机械设计基础课标教案

PAGE9 PAGE9PAGE2 PAGE2《机械设计基础》课程标准【课程名称】机械设计基础 【课程编码】【课程类别】专业必修课 【适用专业】机械类专业【授课单位】 【总学时】52【编写执笔人】 【编写日期】一、课程定位和课程设计1.1课程性质与任务《机械设计基础》是机械类专业必修的一门技术基础课程，旨在为学生提供机械设计所需的基本理论、基本知识和基本技能，为后续专业课程学习及从事机械设计、制造、维护等工作奠定坚实的基础。通过本课程的学习，可以使学生掌握常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法，并具备初步的设计分析能力，能够运用标准、规范及手册等有关技术资料，解决机械设计中的一般问题。1.2课程设计思路本课程设计以项目为载体，贯彻理实一体、从做中学的原则，突出实践导向，按照应用知识的方式来进行学习。教学项目由简单到复杂，项目承载的知识点按照机构认知、机械零件认知再到机构设计、机械传动及零件设计的编排方式，符合从感性认识到理性认识的认知规律。在教学方法上突出任务引领和行动导向，促进学生多元智能发展，强调综合职业能力培养，使学生掌握正确的学习和工作方法，树立良好的职业意识，为其职业能力进一步发展奠定良好的基础。教学过程中强调以学生为主体，教师注重控制过程，注重学习效果检查和工作结果的质量评价，重点培养分析和解决问题的综合能力。二、课程目标2.1知识目标（1）了解机械的基本名词术语。（2）了解机械中常见机构的组成、工作原理、特点和应用范围。（3）了解机械中常见传动方式的组成、工作原理、特点和应用范围。（4）了解机械中常见联接方式的组成、工作原理、特点和应用范围。（5）了解机械中常见零部件的组成、特点、材料、加工和应用范围。2.2能力目标（1）了解机械的基本名词术语.（2）有机械的基本意识，如标准化系列化、结构工艺性、设计准则等。（3）了解平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、螺旋机构的组成、工作原理、特点和应用范围。（4）能识读机构运动简图。（5）能根据机构运动简图判断机构的运动状况。（6）掌握齿轮传动能做到准确平稳的条件。（7）能从多方面比较齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动、螺旋传动的优缺点，并有初步选择机械传动方式的能力。（8）能列举出常见的机械联接方式。（9）掌握轴的结构设计要求。（10）掌握轴承的分类和应用场合。2.3素质目标（1）掌握学习方法，养成自主学习的习惯，不断提高学习能力。（2）提高查阅各种手册、资料的能力。（3）具有团队合作意识。（4）形成良好的职业素养和勤奋工作的基本素质。（5）培养爱岗敬业、热情主动的工作态度。（6）具有良好的身体素质和心理素质。（7）培养协作、创新和严谨的工作作风。（8）提高爱国意识和文化自豪感。三、课程内容与教学要求本课程内容根据机械类专业的实际需要，以机械设计与制造行业人员应具备的基础知识为出发点，进行机械设计基础知识的安排。课程除绪论外，共分为三个模块。模块一为常用机构，包括三个项目，分别为平面机构的运动简图和自由度、平面连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构；模块二为常用机械传动装置，包括四个项目，分别为带传动和链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轮系及其传动比计算；模块三为常用机械零部件，包括三个项目，分别为轴，轴承，连接、连接件及其他机械零部件。其教学内容和课时分配如表1所示。表1《机械设计基础》课程内容及课时分配表学期所用教材课程内容学时分配第一学期《机械设计基础》绪论2252模块一常用机构项目一平面机构的运动简图和自由度任务一绘制平面机构运动简图任务二计算平面机构自由度项目二平面连杆机构任务一认识铰链四杆机构24任务二了解平面四杆机构的运动特性2任务三用图解法设计平面四杆机构项目三凸轮机构和间歇运动机构任务一认识凸轮机构26任务二用图解法设计凸轮轮廓曲线2任务三了解间歇运动机构2模块二常用机械传动装置项目四带传动和链传动任务一认识带传动26任务二设计普通V带传动2任务三了解链传动2项目五齿轮传动任务一了解齿轮传动的基础知识48任务二设计直齿圆柱齿轮传动2任务三设计斜齿圆柱齿轮传动2项目六蜗杆传动任务一了解蜗杆传动的基础知识24任务二设计蜗杆传动2项目七轮系及其传动比计算任务一了解轮系及其应用24任务二计算轮系的传动比2模块三常用机械零部件项目八轴任务一了解轴24任务二设计轴2项目九轴承任务一了解滚动轴承26任务二设计滚动轴承2任务三了解滑动轴承2项目十连接、连接件及其他机械零部件任务一认识螺纹和螺纹连接28任务二计算螺栓连接的强度2任务三了解键连接和销连接2任务四了解联轴器、离合器和制动器2四、课程实施4.1教学条件我校十分注重建设和完善本课程的教学设施，如多媒体教室、实验室、网络教学平台、网络数据库等。同时，我校有一支强大的师资队伍，可以为本课程的教学出谋划策。4.2教学方法建议本课程遵循“教师引导，学生为主”的原则，采用讲解、多媒体演示、练习、讨论、翻转课堂等多种方法，努力为学生创设更多知识应用的机会。（1）讲解法：主要用于讲授本课程的基础知识、行业岗位知识等理论性较强的知识。（2）多媒体演示法：在讲解过程中，借助音频、视频、图片等直观手段来呈现教学内容，在激发其学习兴趣和积极性的同时，不断提高其知识储备能力和综合文化素质。（3）练习法：通过练习典型例题，巩固学生所学知识，提高学生作图设计能力和齿轮传动受力分析的能力，同时有助于学生将理论知识应用到实际问题中，提高解决实际工程问题的能力（4）讨论法：根据知识点，鼓励学生运用所学知识进行主题讨论，使其在讨论中逐步提升交际能力、思辨能力、解决实际问题的能力等。（5）翻转课堂法：坚持学生的主体地位，鼓励学生在课上对自己学到的知识点进行分享和讲解，并对其讲解进行补充和评价，不断完善学生的知识结构，加深其对所学知识的理解。教师在教学过程中，可根据学生的实际情况灵活选用教学方法，因材施教，尽量照顾到每一个学生的学习需求。4.3教学评价与考核要求课程的教学评价由形成性测评（40%）和终结性测评（60%）组成，其考核要求如下：4.3.1形成性测评形成性测评考核学生在学习本课程过程中的学习情况和实际应用能力的发展情况，包括出勤考核（10%）、课堂参与程度考核（10%）、作业完成质量考核（20%）等。（1）出勤考核：本项考核通过课前点名考核学生的课堂出勤率。迟到15分钟以内每次扣1分，迟到15分钟以上或无故缺勤一节课每次扣2分，该项考核累计最多扣10分。（2）课堂参与程度考核：本项考核主要通过课堂提问和课堂积极发言来评判学生的学习态度、学习主动性、课堂参与程度，以及学生的思辨能力、问题解决能力及其对课堂教学知识的掌握情况等。只要学生能按时上课听讲，即可获得5分的基本分。学生上课发言一次，即可另外获得0.5分，课堂发言最多可得5分。学生的最后成绩为“5+课堂发言得分”。（3）作业完成质量考核：本项考核主要通过学生作业来检测其对教学主体内容的掌握与理解程度、实际应用知识的能力、自主学习能力、信息收集与处理能力等。每次作业成绩按照相应标准而定，学生作业质量划分为优秀（10分）、良好（8分）、中等（7分）、及格（6分）和不及格（0分）五个档次。最后的作业成绩为学生作业完成质量成绩的平均数。4.3.2终结性测评终结性测评主要考核学生在学完本课程后所达到的水平，通过期末考试进行考核。期末考试由闭卷笔试（60%）组成，主要评估学生对本门课程基本知识的掌握情况与综合运用能力。五、课程资源开发与利用5.1推荐教材使用5.2网络资源

《机械设计基础》教案课时分配表章序课程内容课时备注0绪论11项目一平面机构的运动简图和自由度12项目二平面连杆机构43项目三凸轮机构和间歇运动机构64项目四带传动和链传动65项目五齿轮传动86项目六蜗杆传动47项目七轮系及其传动比计算48项目八轴49项目九轴承610项目十连接、连接件及其他机械零部件8合计52

课题绪论、平面机构的运动简图和自由度课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握运动副的含义和运动副的分类方法。（2）掌握平面机构运动简图的含义和绘制平面机构运动简图的方法。（3）理解自由度和约束的含义，掌握平面机构自由度的计算公式。（4）掌握识别平面机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的方法。（5）掌握平面机构具有确定运动的条件。素质目标：（1）通过学习国家标准规定的平面机构运动简图图形符号，体会“标准”在机械设计中的广泛性和重要性，树立标准意识和规范意识。（2）通过学习构件与机构的关系，正确认识个人与集体的关系，树立团队意识，培养协作精神。教学重难点教学重点：运动副的含义和分类方法，平面机构运动简图的含义和绘制方法，自由度和约束的含义，平面机构自由度的计算公式，平面机构具有确定运动的条件，识别平面机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的方法教学难点：平面机构运动简图的含义和绘制方法，平面机构自由度的计算公式教学方法多媒体展示法、问答法、讨论法、讲授法、练习法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：→传授新知（25min）→实践探索（10min）第2节课：任务引入（5min）→传授新知（25min）→实践探索（10min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，完成课前任务请大家了解我国机械行业的发展，以及机械产品在我们生活中的应用。【学生】查找资料，完成课前任务通过学生课前预习，让学生了解本门课程的大概内容，激发学生的学习欲望考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况新课预热

（8min）【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程定位、内容安排、考核要求等【学生】聆听、互动【教师】询问学生对机械行业的了解与看法，为什么选择学习机械专业，对自己的未来有何期待？鼓励学生畅所欲言【学生】聆听、思考、发言通过老师自我介绍，与学生相互熟悉，并让学生了解这门课的大致内容和考核要求，借助课堂讨论，拉近师生距离传授新知

（25min）【教师】总结学生回答，讲解新知绪论一、机械设计研究的对象机械设计是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各种零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。由此看出，机械设计研究的对象是机械。机械是机器和机构的总称。【教师】提出问题，随机邀请学生回答什么是机器？什么是机构？两者有什么区别？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知（一）机器机器是指由零件组成的执行机械运动的装置，用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量（如蒸汽机、电动机等）、变换和传递运动与力（如起重机、压缩机等）、传送物料与传递信息（如输送机、电话机等）等。（二）机构机构是由两个或两个以上构件通过活动连接组成的构件系统。构件是机构的基本运动单元，它可以是单一的零件，也可以是由若干零件组成的运动单元。【教师】展示“连杆”图片（详见教材），对机构的定义进行举例说明【学生】观看、聆听、思考、理解【教师】先播放“单缸活塞式内燃机”微课视频（详见教材），然后结合“单缸活塞式内燃机”图片（详见教材），讲解新知组成机构的构件按运动情况不同，可分为机架、主动件和从动件三类。机架又称固定构件，是指构件中固定不动、用于支撑运动构件的构件。主动件又称原动件，是指驱动机构的外力所作用的、具有独立运动的构件。从动件是指构件中除机架和主动件外，被迫做强制运动的构件。【教师】提出问题，随机邀请学生回答主动件与从动件的区别是什么？【学生】聆听、理解、回答【教师】总结学生回答，讲解新知本课程将以常用机构（如平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等）、常用机械传动（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等）、常用机械零部件（如轴、轴承、螺栓、联轴器等）为研究对象，建立分析、设计机械的知识体系，从而为各类具体机器的研究打下基础。二、机械设计的基本要求（1）机械产品应具有可靠性。可靠性是指机械产品在规定的条件下实现规定的功能的能力。（2）机械产品应具有经济性。在进行机械设计时，应做到以下几点：尽可能多地选用标准件和成套组件，以降低人工成本；节约原材料，以降低材料成本；优化加工工艺，以减少加工成本。（3）机械产品应具有安全性。（4）机械产品应具有美观性。（5）机械产品应满足环保要求。【教师】提出问题，随机邀请学生回答为什么机械产品的可靠性排第一位？可靠性与安全性有哪些区别？【学生】聆听、理解、回答【教师】总结学生回答，讲解新知三、机械设计的一般过程【教师】展示“机械设计的一般过程”图片（详见教材），讲解新知（1）明确设计要求。（2）确定设计方案。（3）技术设计。（4）样机试制。（5）产品定型。……（详见教材）项目一平面机构的运动简图和自由度任务一绘制平面机构运动简图【教师】讲述“任务引入”的相关内容新学期即将来临，某高校机械设计与制造专业的学生小王非常兴奋。小王是一名机械爱好者，在开学前就已经学习了机械设计基础这门课的相关知识点，他知道平面机构运动简图对于机械设计来说很重要。例如，平面机构运动简图可以表示机构中各个构件之间的运动关系，为人们理解和分析机构的运动特征提供方便；可以用于机构的动力学分析，为机构的设计和优化提供依据；可以用于机械的制造和维护，为人们进行机械加工和装配、了解机械的故障部位和原因提供帮助；等等。……详见教材【学生】聆听、理解、记忆一、运动副两构件直接接触而限制某些相对运动，但还能产生一定相对运动的活动连接称为运动副。（一）低副和高副按两构件是面接触还是点或线接触，运动副分为低副和高副。【教师】先播放“转动副”和“移动副”微课视频（详见教材），然后结合“转动副”和“移动副”图片（详见教材），讲解新知两构件通过面接触组成的运动副称为低副。按两构件之间的相对运动是转动还是移动，低副又可分为转动副和移动副。其中，转动副是指组成运动副的两构件只能绕某一轴线做相对转动的运动副，移动副是指组成运动副的两构件只能做相对直线移动的运动副。【教师】提出问题，随机邀请学生回答列举1~2个转动副和转动副在生活中的应用案例。【学生】聆听、理解、回答【教师】总结学生回答，展示“齿轮副”和“凸轮副”图片（详见教材），讲解新知两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副。齿轮副和凸轮副均为高副，构件

1（构件

4）无法沿公法线方向移动，但是可以相对于构件

2（构件

3）沿公切线方向移动并且在平面内转动。【教师】提出问题，随机邀请学生回答高副和低副的区别是什么？【学生】聆听、理解、回答【教师】总结学生回答，展示“球面副”和“螺旋副”图片（详见教材），讲解新知（二）平面副和空间副按两构件相对做平面运动还是空间运动，运动副分为平面副和空间副。常见的平面副有转动副和移动副，常见的空间副有球面副、圆柱副和螺旋副。【教师】组织课堂活动，展示“挖掘机”图片（详见教材），请学生尽可能多地指出图中的运动副【学生】观察、聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（一）平面机构运动简图的含义分析平面机构运动时，应先画出平面机构运动简图（以下简称“机构运动简图”）。在机构运动简图中，构件和运动副用规定的线条和符号表示，并且构件的长度按一定的比例绘制。机构运动简图能够正确地反映机构实际的运动情况。常用运动副和构件的表示方法如表1-1所示。【教师】展示“常用运动副和构件的表示方法”表格（详见教材），讲解常用运动副和构件的表示方法（二）绘制机构运动简图的方法【教师】展示“颚式破碎机的结构图”图片（详见教材），讲述“同步例题”的相关内容，演示绘制步骤与方法【例

1-1】颚式破碎机是一种由一个固定颚和一个动颚组成的压缩式破碎机，其结构图如图1-8所示。请绘制颚式破碎机的机构运动简图。【解】绘制颚式破碎机的机构运动简图步骤如下。（1）分析机构的组成和运动情况。（2）确定运动副的类型和数量。（3）选择投影面。（4）选择瞬时位置。（5）选择适当的比例尺并绘图。……详见教材【学生】观看、聆听、理解、记忆【教师】展示“手摇抽水泵的结构图”图片（详见教材），组织课堂活动图为手摇抽水泵的结构图。已知，，请绘制手摇抽水泵的机构运动简图。【学生】聆听、理解、思考、练习绘图【学生】聆听、理解、记忆通过图片、视频微课、老师讲解和提问，使学生了解机械设计研究的对象、设计的要求和一般过程借助任务导入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度借助生活实例，提高学生对课程的兴趣，明白课程的实用价值通过讲解，演示、举例，帮助学生理解平面机构运动简图的含义，学会平面机构运动简图的绘制方法实践探索（10min）【教师】布置学生绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图内燃机是一种通过使燃料在发动机气缸内燃烧，并将燃烧放出的热能直接转换为动能的动力机械。内燃机有很多种类，其中，活塞式内燃机的应用最为广泛。活塞式内燃机的工作原理如下：燃料和空气混合并在气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温、高压燃气，燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。请根据图0-2所示的单缸活塞式内燃机，按照如下步骤绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图：①分析机构的组成和运动情况；②确定运动副的类型和数量；③选择投影面；④选择瞬时位置；⑤选择适当的比例尺并绘图。【学生】写出绘制单缸活塞式内燃机机构运动简图的具体步骤，并画出规范的机构运动简图【教师】对学生提交的作业进行点评通过实践探索，巩固课上所学知识，培养学生的数字素养和归纳总结能力第二节课任务引入

（5min）【教师】讲述“任务引入”的相关内容通过预习，小王知道在平面机构的设计过程中，应根据实际需求确定平面机构的自由度，并且为了使构件能够产生确定的相对运动，机构的自由度应与主动件的数量相等。但在实际应用中，机构的自由度通常与主动件的数量不相等。例如，对于需要实现复杂运动的机构，往往通过增加机构的自由度来提高机构的灵活性；对于一些有高精度要求的机构，则往往通过减少外部约束和减小摩擦力来提高机构的稳定性。那么，该如何计算平面机构的自由度？在计算平面机构自由度时，应注意哪些事项？【学生】聆听、思考借助任务引入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度传授新知

（25min）【教师】讲解新知任务二计算平面机构自由度一、自由度和约束在直角坐标系中，构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度。一个在空间内处于自由状态的构件，具有

6

个独立运动的参数，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，因此其自由度为

6。两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制，自由度减少。运动副限制构件独立运动的作用称为约束。二、平面机构自由度的计算公式如果一个平面机构中包含

n

个可动构件，未用运动副连接之前，这些构件的自由度总数为

3n；用运动副连接之后，这些构件的自由度将发生变化。【教师】展示“转动副”“移动副”“齿轮副”和“凸轮副”图片（详见教材），举例讲解用运动副连接之后，这些构件自由度发生的变化若机构中有个低副和个高副，则这些运动副引入的约束数为。于是，平面机构的自由度F可表示为（1-1）三、计算平面机构自由度的注意事项（一）复合铰链【教师】先播放“惯性筛机构”和“复合铰链”微课视频（详见教材），然后结合“惯性筛的机构运动简图和复合铰链”图片（详见教材），讲解新知由三个或更多个构件组成的两个或更多个共轴线的转动副称为复合铰链。k个构件汇交成的复合铰链包含个转动副。【教师】展示“惯性筛的机构运动简图和复合铰链”图片（详见教材），讲述“同步例题”的相关内容【例1-2】试计算图1-11（a）所示惯性筛机构的自由度。【解】由图1-11（a）可知，惯性筛机构中有5个构件，即。构件1在A、B处分别形成一个转动副，构件2在B处形成一个转动副，构件4在E处形成一个转动副，构件5

在地面移动形成一个移动副，构件

2、3、4在C处汇交成复合铰链，包含两个转动副。因此，惯性筛机构共有

6

个转动副和

1

个移动副，即。该机构中不存在高副，故。则该机构的自由度为【学生】聆听、理解、记忆（二）局部自由度不影响机构输出与输入运动关系的个别构件的独立运动自由度称为局部自由度。在计算平面机构的自由度时，应将局部自由度除去。【教师】展示“局部自由度”图片（详见教材），讲述“同步例题”的相关内容【例1-3】计算图1-12（a）所示凸轮机构的自由度。【解】在凸轮机构中，主动件凸轮1沿逆时针方向转动，通过滚子2使从动件3在导路中往复移动。显然，滚子2绕其自身轴线B的转动并不影响凸轮1与从动件3间的相对运动，因此滚子2绕其自身轴线B的转动为局部自由度。在计算机构的自由度时，可将滚子2与从动件3固连在一起，作为一个构件来考虑，如图1-12（b）所示。故在该机构中，，，。则该机构的自由度为【学生】聆听、理解、记忆（三）虚约束在运动副引入的约束中，与其他约束重复而不限制机构运动的约束称为虚约束。在计算平面机构的自由度时，应将虚约束除去。平面机构中存在虚约束的情况如下：（1）两构件间形成多个导路平行或重合的移动副。【教师】展示“轴线重合时的虚约束”图片（详见教材），讲解新知（2）两构件组成多个轴线重合的转动副。【教师】先播放“机车车轮联动机构”微课视频（详见教材），然后展示“机车车轮联动机构”图片（详见教材），讲解新知（3）两构件上连接点的运动轨迹互相重合。【教师】展示“结构对称时的虚约束”图片（详见教材），讲解新知（4）机构中存在对运动不起作用的对称部分。虚约束虽然对机构的运动不起作用，但是可以增强机构的刚性，改善其受力情况，因而经常出现在机构中。【教师】展示“筛料机构”图片（详见教材），讲述“同步例题”的相关内容【例1-4】计算图1-16（a）所示筛料机构的自由度。【解】在图1-16（a）中，滚子G有局部自由度。顶杆DG与机架在E处和处形成两个导路重合的移动副，其中一个为虚约束。C处为复合铰链。去掉局部自由度和虚约束后，可将图1-16（a）转化为图1-16（b）。由图1-16（b）可知，。则筛料机构的自由度为此筛料机构的自由度为2，有两个主动构件（构件1和5）。【学生】聆听、理解、记忆四、平面机构具有确定运动的条件【教师】展示“平面三杆构件组合体”图片（详见教材），讲解新知平面三杆构件组合体的自由度。但自由度大于零只能说明机构能够运动，并不能说明机构有确定的运动。【教师】播放“五杆铰链构件组合体”微课视频（详见教材），讲解新知【学生】聆听、理解、记忆通过视频微课、图片和老师讲解，帮助学生理解自由度和约束的含义，掌握平面机构自由度的计算公式通过同步例题的和老师的示范讲解，帮助学生掌握识别平面机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的方法通过老师讲解和视频微课，使学生掌握平面机构具有确定运动的条件实践探索（10min）【教师】展示“冲压机构的机构运动简图”图片（详见教材），组织学生计算冲压机构的自由度按照以下步骤计算图片中冲压机构的自由度，并判断其运动是否确定。①判断机构中有多少个活动构件；②找出机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束；③确定低副和高副的数目；④按式（1-1）计算自由度。【学生】将计算过程记录下来并提交给老师，绘制出去掉局部自由度和虚约束的机构运动简图【教师】老师对学生提交的作业进行点评通过实践探索，巩固课上所学知识，加深学生对机构运动简图的理解课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了运动副的含义和分类方法，平面机构运动简图的含义和绘制平面机构运动简图的方法，自由度和约束的含义，平面机构自由度的计算公式，识别平面机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的方法以及平面机构具有确定运动的条件，希望大家通过学习，对机械设计基础知识有一个初步的认识。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对本节知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业本课作业布置二维码老师扫描此码，即可进行线上作业布置【学生】完成课后任务复习巩固学到的知识教学反思本节课学生接触了新的知识，学习兴趣较高。通过微课视频、图片和案例，加深了学生对知识点的理解。在教学中，教师要将学生作为教学的主体，时刻关注学生学习成绩、方法等各方面的变化，引导学生从被动学习转为自主学习和思考，从而提高学习的积极性和主动性。 PAGE7 PAGE7PAGE8 PAGE8

课题认识铰链四杆机构课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式。（2）掌握曲柄、摇杆和连架杆的含义。素质目标：通过制作铰链四杆机构模型，认识到在学习和工作中，应秉持严谨细致的态度，并且应具备精益求精的工匠精神。教学重难点教学重点：铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式，曲柄、摇杆和连架杆的含义教学难点：铰链四杆机构的类型判定和演化形式教学方法多媒体展示法、问答法、讨论法、讲授法、练习法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：任务引入传授新知（28min）→实践探索（10min）第2节课：问题引入（3min）→传授新知（17min）→实践探索（20min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务引入

（5min）【教师】展示“起重机”图片（详见教材），讲述“任务引入”的相关内容从学习机械设计基础这门课起，小王就开始留心生活中的各种机械，并发现了许多有趣的现象。例如，乘坐公交车时，小王发现每到一站，公交车后门的两扇车门会朝相反的方向转动，从而保证两扇车门能同时开或关；路过某工地时，小王发现正在作业的起重机上的AB杆摆动时，CD杆随之摆动，使CB杆延长线上的E点（吊重物处）学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。【学生】聆听、思考借助任务引入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度传授新知

（28min）【教师】讲解新知【教师】组织学生先扫码观看“铰链四杆机构”微课视频（详见教材），然后请学生结合视频内容，简述铰链四杆机构的特点【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，展示“铰链四杆机构”图片（详见教材）或教具，讲解新知一、铰链四杆机构的类型全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。在铰链四杆机构中，固定构件4称为机架，与机架相连的构件

1

和构件

3

称为连架杆，不与机架直接连接的构件

2

称为连杆。若连架杆能相对机架整周转动，则称此连架杆为曲柄；若连架杆仅能在某一角度范围内往复摆动，则称此连架杆为摇杆。根据连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型。（一）曲柄摇杆机构具有一个曲柄、一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，通常曲柄为主动件，做匀速转动运动；摇杆为从动件，在曲柄的带动下做变速往复运动。【教师】展示“调整雷达天线仰俯角的机构”图片（详见教材），对曲柄摇杆机构进行举例说明在调整雷达天线仰俯角的机构中，曲柄

1

缓慢匀速转动，通过连杆

2

使摇杆

3

在一定角度范围内摆动，从而达到调整雷达天线仰俯角的目的。当以摇杆为主动件时，摇杆的往复摆动可通过连杆转化为曲柄的整周转动。【教师】组织学生扫码观看“缝纫机踏板机构”微课视频（详见教材），提出问题，随机邀请学生回答缝纫机踏板机构与调整雷达天线仰俯角机构的区别是什么？共同点有哪些？【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知在缝纫机踏板机构中，脚踏动踏板（相当于摇杆3）使其往复摆动，通过连杆2带动曲柄1整周转动，再通过带传动使机头主轴转动。（二）双曲柄机构【教师】组织学生扫码观看“双曲柄机构”微课视频（详见教材），提出问题，随机邀请学生回答双曲柄机构与曲柄摇杆机构的区别是什么？【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，通常主动曲柄做匀速转动运动，从动曲柄做同向变速转动运动。【教师】展示“惯性筛”图片（详见教材），讲解双曲柄机构案例在双曲柄机构中，如果组成四边形的对边杆的长度相等，则根据两曲柄转动方向的不同，可得到平行四边形机构和逆平行四边形机构。前者两曲柄的转动方向相同，后者两曲柄的转动方向相反。【教师】组织学生扫码观看“平行四边形机构”和“逆平行四边形机构”微课视频（详见教材），提出问题，随机邀请学生回答平行四边形机构与逆平行四边形机构有哪些共同点？有哪些不同点？【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，展示“机车车轮联动机构”图片和“车门启闭机构”图片（详见教材），讲解平行四边形机构和逆平行四边形机构的应用实例【学生】观看、聆听、理解【教师】展示“从动曲柄与主动曲柄的旋转方向相反的现象”图片（详见教材），讲述小贴士（详见教材）在平行四边形机构中，当各构件共线时，可能出现从动曲柄与主动曲柄的旋转方向相反的现象。为了避免出现这种现象，可采取使用辅助曲柄等措施，如在机车车轮联动机构中采用第三个平行曲柄。【学生】聆听、理解、记忆（三）双摇杆机构两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，如果两摇杆的长度相等，则此机构为等腰梯形机构。【教师】提出问题，随机邀请学生回答双摇杆机构与双曲柄机构的区别是什么？试列举1~2个日常生活中的应用案例。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，组织学生先扫码观看“汽车前轮转向机构”微课视频，然后结合“汽车前轮转向机构”图片（详见教材），讲解双摇杆机构的应用实例【学生】观看、聆听、理解、记忆【教师】展示“各种机构”图片（详见教材），组织课堂活动请说明图片所示机构属于曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构，指出各个机构中的曲柄或摇杆，并说明各个机构的工作原理。【学生】观察、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知二、铰链四杆机构的类型判定铰链四杆机构的三种基本类型主要是通过判别机构中是否存在曲柄来区分的。而在铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的相对尺寸关系。【教师】展示“曲柄摇杆机构ABCD”图片（详见教材），讲解通过曲柄摇杆机构来分析铰链四杆机构具有曲柄的条件铰链四杆机构中存在曲柄的条件如下：（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和（此条件称为杆长和条件）。（2）连架杆与机架中至少有一个是最短杆。综上所述，若铰链四杆机构各杆长满足杆长和条件，则可通过最短杆的类型判定铰链四杆机构的类型：（1）若最短杆为曲柄，则得到曲柄摇杆机构。（2）若最短杆为机架，则得到双曲柄机构。（3）若最短杆为连杆，则得到双摇杆机构。若铰链四杆机构各杆长不满足杆长和条件，则无论取何杆为机架，均不存在曲柄，故只能得到双摇杆机构。【教师】展示“例2-1图”图片（详见教材），讲述“同步例题”的相关内容【例

2-1】如图

2-12

所示，铰链四杆机构

ABCD

的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？【解】由题可知，杆AB为最短杆，杆BC为最长杆。又因为，满足杆长和条件，于是可得：若以杆

AB

为机架，因杆

AB

最短，故得到双曲柄机构；若以杆

BC

为机架，此时最短杆为曲柄，故得到曲柄摇杆机构；若以杆

CD

为机架，此时最短杆为连杆，故得到双摇杆机构；若以杆AD为机架，此时最短杆为曲柄，故得到曲柄摇杆机构。【学生】聆听、思考、理解聆听、思考、理解通过视频微课、图片和老师讲解，帮助学生掌握铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式借助应用实例，使学生感悟各类机构的奇妙，进而提高学生对课程的兴趣实践探索（10min）【教师】展示“铰链四杆机构ABCD”图片（详见教材），组织课堂活动如图所示，铰链四杆机构ABCD的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？参考老师讲解的案例，完成课堂活动【教师】对学生提交的作业进行点评通过实践探索，巩固课上所学知识，培养学生的举一反三能力第二节课问题引入

（3min）【教师】复习提问什么是铰链四杆机构？铰链四杆机构可分为哪些类型？如何判别铰链四杆机构中是否存在曲柄？【学生】思考、回答用问题引入，检查学生对前面知识点的掌握程度传授新知

（17min）【教师】总结学生回答，讲解新知三、铰链四杆机构的演化形式通过采取将转动副转换为移动副、改变构件的形状、选取不同构件作为机架等措施，可使铰链四杆机构演化为不同的形式，如曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构等。（一）曲柄滑块机构【教师】先扫码播放“曲柄摇杆机构演化为曲柄滑块机构的过程”微课视频，然后结合“曲柄摇杆机构演化为曲柄滑块机构的过程”图片（详见教材），讲解新知在图

2-14（a）所示的曲柄摇杆机构中，点

C

沿圆弧做往复运动。若将点

C

做成滑块，如图

2-14（b）所示，则滑块将沿着圆弧往复滑动。当增至无穷大时，点

C

的轨迹将变成直线，此时该机构称为曲柄滑块机构，如图

2-14（c）所示。在曲柄滑块机构中，滑块两个极限位置之间的距离称为行程，通常用字母

H

表示。若曲柄转动中心

A

在滑块移动导路的中心线上，则该机构称为对心曲柄滑块机构，如图

2-14（c）所示；若曲柄转动中心A不在滑块移动导路的中心线上，即曲柄转动中心A与滑块移动导路的中心线之间存在偏距e，则称该机构为偏置曲柄滑块机构，如图2-14（d）所示。【教师】先扫码播放“偏心轮机构”微课视频，然后结合“将曲柄做成偏心轮结构”图片（详见教材），讲解新知在曲柄滑块机构中，当曲柄较短时，通常将曲柄做成偏心轮结构，偏心距e（偏心轮的几何中心B至转动中心A的距离）与曲柄长度相等。这种结构增大了转动副的尺寸，提高了传动轴的强度和刚度，可广泛应用于压力机、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。【教师】提出问题，随机邀请学生回答曲柄滑块机构和偏心轮结构有哪些共同点？有哪些不同点？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解新知（二）导杆机构【教师】先扫码播放“曲柄滑块机构演化为导杆机构的过程”微课视频，然后结合“曲柄滑块机构演化为导杆机构的过程”图片（详见教材），讲解新知在图2-16（a）所示的曲柄滑块机构中，若将杆1作为机架，则曲柄滑块机构就演化为导杆机构。当时，杆2和杆4均可整周转动，此种导杆机构称为转动导杆机构，如图2-16（b）所示；当时，杆2可整周转动，而杆4只能往复摆动，此种导杆机构称为摆动导杆机构，如图2-16（c）所示。在上述两种导杆机构中，杆4对滑块3的运动起导路作用，故称为导杆。导杆机构常用在牛头刨床（其主运动机构如图2-17所示）、插床、回转泵等机械中。【教师】先扫码播放“牛头刨床主运动机构”微课视频，然后结合“牛头刨床主运动机构”图片（详见教材），讲解导杆机构的应用实例（三）摇块机构和定块机构【教师】展示“摇块机构”图片（详见教材），讲解新知若将图2-16（a）所示的曲柄滑块机构中的杆2作为机架，则得到如图2-18所示的摇块机构。这种机构广泛应用于液压驱动装置中。【教师】展示“翻斗车车厢自动翻转卸料机构”图片（详见教材），讲解曲柄滑块机构的应用实例在翻斗车车厢自动翻转卸料机构中，当液压缸

3

内的高压油推动活塞，使活塞杆

4活动时，车厢

1

绕点

B

倾转，当达到一定角度时，物料即可被卸下。【教师】展示“定块机构”图片（详见教材），讲解新知若将图

2-16（a）所示的曲柄滑块机构中的滑块

3

作为机架，则得到定块机构。这种机构常用在抽油泵、手摇抽水泵等机械中。【教师】提出问题，随机邀请学生回答摇块机构和定块机构的区别有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答聆听、理解、记忆通过老师讲解，帮助学生了解铰链四杆机构的演化形式借助微课视频和应用实例，提高学生对知识点的领悟，体会课程的实用价值实践探索（20min）【教师】组织学生自由分组，每组3～4人，然后以小组为单位，进行制作铰链四杆机构模型活动【实施流程】（1）各小组自备材料，制作以下铰链四杆机构模型：曲柄摇杆机构模型、双曲柄机构模型和双摇杆机构模型。（2）各小组完成模型的制作后，总结制作过程中遇到的问题和不同类型铰链四杆机构的制作条件。先分工协作开展实践活动，然后派代表在课堂上展示本小组制作的模型，并分享任务实施的心得【教师】对各小组的表现进行评价通过课堂实践，帮助学生巩固知识点，体会学以致用的成功感课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式，以及曲柄、摇杆和连架杆的含义。希望大家课下认真复习，巩固所学知识。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对铰链四杆机构的理解作业布置

（2min）【教师】布置课后作业本课作业布置二维码老师扫描此码，即可进行线上作业布置【学生】完成课后任务复习巩固学到的知识教学反思本节课效果不错，学生积极参与，主动求知。教学中，教师应为学生提供充分表达自己的机会和空间，并能有针对性地开启顿悟，进行更有效的教育，同时培养他们发现问题与解决问题的能力。 PAGE7 PAGE7PAGE8 PAGE8

课题了解平面四杆机构的运动特性、用图解法设计平面四杆机构课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握传动角、压力角、死点等的含义。（2）理解平面四杆机构的急回特性和传力特性。（3）掌握设计平面四杆机构的图解法。素质目标：（1）通过学习死点经过合理设计，可以实现定位、夹紧等功能，化不利为有利，认识到无论在学习还是生活中，事物都存在两面性，学会辩证地看待问题。（2）通过使用图解法设计振实造型机，认识到在学习和工作中，应秉持严谨细致的态度，并且应具备精益求精的工匠精神。教学重难点教学重点：传动角、压力角和死点等的含义，平面四杆机构的急回特性、传力特性和设计方法教学难点：传动角、压力角和死点等的含义，设计平面四杆机构的图解法教学方法多媒体展示法、问答法、讨论法、讲授法、练习法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：任务引入传授新知（28min）→实践探索（10min）第2节课：任务引入（5min）→传授新知（20min）→实践探索（15min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务引入

（5min）【教师】展示“起落架”图片（详见教材），讲述“任务引入”的相关内容【学生】聆听、思考借助任务引入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度传授新知

（28min）【教师】讲解新知任务二了解平面四杆机构的运动特性【教师】组织学生先扫码观看“平面四杆机构的急回特性”微课视频（详见教材），然后结合视频内容，简述什么是平面四杆机构的急回特性【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，展示“曲柄摇杆机构”图片（详见教材）或教具，进行讲解一、急回特性摇杆的两个极限位置之间的夹角称为摆角，用表示。摇杆的空回行程平均角速度比工作行程平均角速度快，这一性质称为机构的急回特性。机构急回的程度可用行程速度变化系数K来表示，公式为（2-6）于是可得（2-7）或（2-8）称为极位夹角，与

K

存在一一对应的关系。表示了机构急回的程度，越大，K

值越大，机构急回的程度越高，机构运动的平稳性就越差；时，机构无急回特性。【教师】展示“摇摆式输送机示意图”图片（详见教材），对平面四杆机构的急回特性进行举例说明将平面四杆机构的急回特性应用于牛头刨床、摇摆式输送机等机械中，可以节省空回行程时间，从而达到节省动力和提高生产率的目的。【教师】提出问题，随机邀请学生回答曲柄摇杆机构一定具有急回特性吗？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲述“小贴士”的相关内容曲柄摇杆机构并不一定具有急回特性，只有当时，曲柄摇杆机构才具有急回特性。偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构一定具有急回特性。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】讲述“同步例题”的相关内容【例

2-2】已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为，摇杆工作行程用时7s。请问：摇杆空回行程用时多少？曲柄每分钟的转数是多少？【解】设摇杆工作行程用时，空回行程用时，将已知条件代入式（2-6）中可得则空回行程用时。曲柄转动一周用时，则每分钟（60

s）的转数。【学生】聆听、思考、理解二、传力特性（一）压力角和传动角【教师】先扫码播放“平面四杆机构的压力角和传动角”微课视频（详见教材），然后展示“平面四杆机构的压力角和传动角”图片（详见教材），讲解新知平面四杆机构的传力特性通常可用压力角或传动角来表征。在图示的曲柄摇杆机构中，若忽略各杆的质量和转动副中摩擦力的影响，则主动件曲柄

1

通过连杆

2

传给从动件摇杆

3

的力F沿BC方向。力F与该力作用点的速度之间所夹的锐角称为压力角，压力角的余角称为传动角。压力角越小，就越大，机构传动的效率就越高，所以可用压力角的大小判断机构的传力性能。但为了度量方便，常用压力角的余角判断机构的传力性能。在机构运转过程中，传动角随从动件的位置改变而变化。为了保证机构能正常工作，必须规定最小传动角。对于一般机械，应使；对于高速和大功率的传动机械，应使。不同类型的平面四杆机构，其最小传动角的位置不同。【教师】展示“平面四杆机构的压力角和传动角”图片，分析图片中最小传动角的位置（1）如图2-24所示，在曲柄摇杆机构运转过程中，最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置，即为图

2-24

中的或。若和均为锐角，则较小的为；若和中有一个为钝角，则求其补角后与另一个相比较，较小的为。【教师】展示“偏置曲柄滑块机构的传动角”图片，提出问题，随机邀请学生回答分析图片中最小传动角的位置。【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解分析方法如图2-25所示，对于以曲柄为主动件的偏置曲柄滑块机构，其传动角为连杆与导路垂线所夹的锐角，最小传动角出现在曲柄垂直于导路时的位置，此位置处于与偏距方向相反的一侧。对于以曲柄为主动件的对心曲柄滑块机构，最小传动角出现在曲柄垂直于导路时的位置。【教师】展示“摆动导杆机构的传动角”图片，提出问题，随机邀请学生回答分析图片中最小传动角的位置。【学生】观看、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解分析方法（3）如图

2-26

所示，对于以曲柄为主动件的摆动导杆机构，因滑块对导路的作用力始终垂直于导杆，故其传动角恒为90°，即机构运转过程中任何位置都是最小传动角的位置，这说明摆动导杆机构具有良好的传力性能。【教师】展示“正在运转的机构”图片（详见教材），组织课堂活动试标出图

2-27

所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为主动件，箭头方向代表构件转动的方向。【学生】观察、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知（二）死点【教师】组织学生扫码观看“死点”微课视频和“死点”图片（详见教材），讲解新知在图

2-28

所示的曲柄摇杆机构中，若摇杆

CD

为主动件，曲柄

AB

为从动件，当摇杆摆到极限位置和时，连杆

BC

与曲柄

AB

共线，两者之间的传动角。这时摇杆CD经连杆BC传给曲柄AB的力通过曲柄转动中心A，转动力矩为零，从动件不动，机构停顿，机构所处的这种位置称为死点。对于具有极限位置（如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构）的平面四杆机构，当以往复摆动构件为主动件时，机构均有两个死点。【教师】提出问题，随机邀请学生回答你在日常生活中遇到过“死点”吗？试列举1~2个日常生活中的应用案例。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解“死点”的应用实例死点会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。为了使机构顺利地通过死点，可以对从动件施加外力或利用构件自身的惯性作用。例如，缝纫机在使用过程中有时候会出现踏不动或倒车现象，这都是由机构处于死点引起的。借助安装在机头主轴上的飞轮的惯性作用，可以使缝纫机踏板机构中的曲柄冲过死点。【教师】扫码播放“夹紧机构”微课视频，然后结合“夹紧机构”图片（详见教材），讲解利用死点实现夹紧功能【教师】扫码播放“飞机起落架机构”微课视频，然后结合“飞机起落架机构”图片（详见教材），讲解利用死点实现夹紧功能聆听、思考、理解通过视频微课、图片和老师讲解，帮助学生理解平面四杆机构的急回特性和传力特性通过视频微课、图片和老师讲解，帮助学生理解压力角和传动角的含义通过老师讲解，课堂提问和课堂活动，培养学生举一反三的能力，帮助学生学会解决问题通过学习死点经过合理设计，可以实现定位、夹紧等功能，化不利为有利，认识到无论在学习还是生活中，事物都存在两面性，学会辩证地看待问题实践探索（10min）【教师】组织学生分组，每组3～4人，然后以小组为单位，进行搜集急回特性和传力特性的应用实例的活动各小组通过查资料、实地调查等方式搜集平面四杆机构的急回特性和传力特性在生产、生活中的应用实例（尽量不与本任务中所涉及的实例相同），小组长组织小组成员分析这些特性具体作用在机械中的哪些机构上，并说明这些机构的工作原理。各小组将任务实施的成果做成PPT，并派代表在课堂上讲解【教师】对各小组的表现进行评价通过课堂实践，帮助学生巩固知识点，体会学以致用的成功感，培养学生数字素养的养成第二节课任务引入

（5min）【教师】讲述“任务引入”的相关内容某日，小王走在校园里，路过公告栏时，被一张关于全国大学生机器人大赛的参赛海报所吸引。通过阅读海报上的内容，小王了解到参赛者需要综合运用机械、电子、控制、计算机等技术知识和方法，制作出满足要求的机器人，并利用机器人完成相关任务。小王对参加这项比赛充满了期待，但他知道自己所掌握的知识还远远不够。于是，小王找到教授机械设计基础这门课的老师，询问如何才能设计出属于自己的机器人。老师告诉小王：“千里之行始于足下，你不妨从学习如何设计最简单的平面四杆机构开始学起。”小王听后，郑重地点了点头，他决定努力学习，为自己的参赛梦付出切实行动。【学生】聆听、思考借助任务引入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度传授新知

（20min）【教师】讲解新知任务三用图解法设计平面四杆机构一、按给定的行程速度变化系数设计设计具有急回特性的平面四杆机构时，通常先根据实际工程需要确定行程速度变化系数K，然后根据机构处于极限位置时的几何特点，结合有关辅助条件来确定机构的尺寸。（一）设计曲柄摇杆机构设计要求：已知摇杆长度、摆角和行程速度变化系数K，要求用图解法设计此曲柄摇杆机构。【教师】展示“曲柄摇杆机构设计图”图片（详见教材），讲解新知设计分析：由图

2-31

所示的曲柄摇杆机构处于极限位置时的几何特点可知，，确定曲柄长度和连杆长度。综上可知，设计此曲柄摇杆机构的实质是确定固定铰链中心A的位置。设计步骤：（1）由给定的行程速度变化系数K，按式（2-8）求出极位夹角。（2）选取适当比例尺，任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度和摆角，作出摇杆的两个极限位置和。【教师】讲述“小贴士”的相关内容，其单位为m/mm或mm/mm。【学生】聆听、思考、理解、记忆（3）作，由三角形内角和等于可知，。（4）以点O为圆心，为半径作圆，分别与和的延长线交于点E和点F。在圆周（圆弧和上除外）上任取一点作为固定铰链中心A。连接和，因圆周角是圆心角的一半，故。（5）先测量和的长度，再计算出AB和BC的长度，最后按比例尺计算出各杆的实际长度：【教师】讲述“小贴士”的相关内容由于点A是圆周上任取的一点，所以若仅按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构，可得无穷多的解。若给定一些其他辅助条件（如机架长度、最小传动角等），则可有唯一解。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】组织课堂活动已知一曲柄摇杆机构的摇杆长度为

80

mm，摆角为，摇杆的行程速度变化系数为1，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为。试用图解法确定该曲柄摇杆机构中其余三杆的长度。【学生】聆听、思考、练习（二）设计摆动导杆机构设计要求：已知机架长度和行程速度变化系数

K，要求用图解法设计此摆动导杆机构。【教师】展示“摆动导杆机构设计图”图片（详见教材），讲解新知设计分析：由图

2-32

可知，摆动导杆机构的极位夹角与导杆的摆角相等，而极位夹角可由行程速度变化系数K求得，因此设计此摆动导杆机构的关键是确定曲柄的长度。设计步骤：（1）由给定的行程速度变化系数K，按式（2-8）求出极位夹角。（2）取适当比例尺，根据导杆的摆角等于极位夹角，任选一点C，过点C作两条直线Cm和Cn，使。（3）作∠mCn的角平分线，过点C作线段AC，使，得固定铰链中心A的位置。（4）过点A作Cm和Cn的垂线，得点、，可得曲柄的长度【教师】组织课堂活动已知一摆动导杆机构的机架长度为100mm，行程速度变化系数为1.4，试求曲柄的长度。【学生】聆听、思考、练习【教师】提出问题，随机邀请学生回答设计摆动导杆机构与曲柄摇杆机构有哪些区别？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知二、按给定的连杆长度和位置设计【教师】展示“平面四杆机构的设计图”图片（详见教材），讲解新知设计要求：如图

2-33

所示，已知连杆

BC

的长度和连杆的三个预定位置、、，要求用图解法设计此平面四杆机构。设计分析：设计的关键是确定固定铰链中心

A、D

的位置，然后确定其他构件的长度。由于连杆上点

B

在以点

A

为圆心的圆弧上运动，所以点

A

必位于、的垂直平分线上。同理，点D必位于、的垂直平分线上。设计步骤：（1）选取适当比例尺，按连杆长度和给定的位置画出、、。（2）分别连接与、与、与、与。作和的垂直平分线和，其交点便是固定铰链中心A的位置；作和的垂直平分线和，其交点便是固定铰链中心D的位置。（3）分别连接与、与、与，即可得所要求设计的平面四杆机构。从图中量取各杆的长度再乘以比例尺，便可得到实际构件的长度。【教师】讲述“小贴士”的相关内容在实际工程中，有时只对连杆的两个极限位置提出要求，若要据此设计出满足条件的平面四杆机构，则需要提出其他附加条件（如给定机架位置、最小传动角，或提出其他结构上的要求），否则会有多个解。【学生】聆听、思考、理解、记忆聆听、思考、理解、记忆通过老师讲解，帮助学生学会用图解法设计平面四杆机构借助课堂活动，巩固学生对知识点的领悟，培养学生举一反三的能力实践探索（15min）【教师】展示“振实造型机的反转机构”图片（详见教材），组织学生使用图解法设计振实造型机的反转机构振实造型机是指振击紧实型砂的造型机。图

2-34

所示为振实造型机的反转机构，在图中位置Ⅰ处，砂箱

6

与翻台

5

固连，并在振实台

4

上振实造型。当液压油推动活塞

1

移动时，通过连杆

2

使摇杆

9

摆动，从而将翻台与砂箱转到位置Ⅱ处；然后托台

10

上升接触砂箱，解除砂箱与翻台之间的固连并起模。已知连杆BC的长度和两个位置、。请确定连架杆与机架组成的固定铰链中心A、D的位置（要求A和D在同一水平线上并且），并求出其余三杆的长度。用图解法确定其余三杆的长度，要求写出具体的设计步骤。提示：由于连杆

7

上点B、C分别在以A、D为圆心的圆弧上运动，所以点A、D必分别位于、的垂直平分线上。将计算过程记录下来并提交给老师【教师】老师对学生提交的作业进行点评通过课堂实践，帮助学生巩固知识点，学会用图解法设计平面四杆机构课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了传动角、压力角、死点等的含义，平面四杆机构的急回特性和传力特性以及设计平面四杆机构的图解法。希望大家课下认真复习，巩固所学知识。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对平面四杆机构的理解作业布置

（2min）【教师】布置课后作业本课作业布置二维码老师扫描此码，即可进行线上作业布置【学生】完成课后任务复习巩固学到的知识教学反思本节课学生接触了新的知识，学习兴趣较高，但主动提问较少。在课堂上教师应大胆地让学生进行自由讨论、交流，赞扬学生一些独特看法，让学生真切地感受到学习是快乐的。此外，还应经常与学生沟通交流，了解他们的心里变化，从精神上给予鼓励，成为学生学习活动的引导者，而不再是主导者。 PAGE7 PAGE7PAGE8 PAGE8

课题认识凸轮机构课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）了解凸轮机构的特点、应用和分类。（2）熟悉凸轮机构的工作过程，以及推程、回程、远休止角、近休止角等的含义。素质目标：通过凸轮机构知识竞赛，认识到想要学到真本领，必须坚定信心，勤于学习，不畏险阻，踔厉奋发。教学重难点教学重点：凸轮机构的特点、应用、分类和工作过程，推程、回程、远休止角、近休止角等的含义，教学难点：凸轮机构的分类和工作过程，教学方法多媒体展示法、问答法、讨论法、讲授法、练习法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：任务引入传授新知（28min）→实践探索（10min）第2节课：问题引入（3min）→传授新知（22min）→实践探索（15min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务引入

（5min）【教师】展示“配钥匙的机器”图片（详见教材），讲述“任务引入”的相关内容【学生】聆听、思考借助任务引入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度传授新知

（28min）【教师】讲解新知一、凸轮机构的特点和应用凸轮机构是指由具有曲线或曲面轮廓且作为高副元素的凸轮、从动件和机架三个基本部分组成的机构。凸轮机构能将凸轮的等速转动转换为从动件的往复移动或摆动。（一）凸轮机构的特点凸轮机构的优点是组成凸轮机构的构件较少且结构较简单，只要合理地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件按照预期的规律运动。凸轮机构的缺点是凸轮与从动件构成的运动副为高副，在接触处由于相互作用力和相对运动，会产生较大的摩擦和磨损。（二）凸轮机构的应用凸轮机构广泛应用于内燃机、自动车床等机械中。【教师】先扫码播放“内燃机配气机构”微课视频（详见教材），然后展示“内燃机配气机构”图片（详见教材），讲解凸轮机构在内燃机中的应用图中所示为内燃机配气机构，凸轮1以等角速度回转，驱动推杆

2

按预期的运动规律运动，带动气阀的开闭，从而控制气缸内气体的进出。【教师】先扫码播放“自动车床靠模车削机构”微课视频，然后结合“自动车床靠模车削机构”图片（详见教材），讲解凸轮机构在自动车床中的应用图中所示为自动车床靠模车削机构，工件

1

为回转体，凸轮4作为靠模被固定在机床上，刀架2在拖板3的带动下沿凸轮的轮廓运动，从而切削出与凸轮轮廓曲线一致的工件。【教师】展示“绕线机中用于排线的凸轮机构”图片（详见教材），讲解凸轮机构在绕线机中的应用图中所示为绕线机中用于排线的凸轮机构，当绕线轴

3快速转动时，蜗轮带动凸轮1缓慢转动，凸轮轮廓与从动件

2上的尖顶A之间相互作用，驱使从动件

2

往复摆动，从而使线均匀地缠绕在绕线轴3的卷筒上。【教师】提出问题，随机邀请学生回答三种应用实例中的凸轮机构有哪些共同点？有哪些不同点？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类，凸轮机构可分为以下几种：【教师】展示“按凸轮的形状分类的凸轮机构”图片，讲解凸轮机构的分类（1）盘形凸轮机构。盘形凸轮机构中的凸轮是一个轮廓向径变化的盘形构件，且该构件可绕固定轴线回转。（2）移动凸轮机构。若盘形凸轮的回转中心趋于无穷远，且凸轮不再转动，而是相对机架做往复直线移动，则此时的盘形凸轮机构为移动凸轮机构。（3）圆柱凸轮机构。圆柱凸轮机构中的凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上做出曲线轮廓的构件。圆柱凸轮机构可使从动件获得较大的行程。【教师】提出问题，随机邀请学生回答分析三种机构的异同。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知（二）按从动件的端部形状分类按从动件的端部形状分类，凸轮机构可分为以下几种：【教师】展示“按从动件的端部形状分类的凸轮机构”图片（详见教材），讲解新知（1）尖顶从动件凸轮机构。尖顶从动件的端部为尖顶。尖顶能与任意凸轮的轮廓相接触，因此可以使从动件实现复杂的运动规律。由于尖顶与凸轮之间是点接触，从动件易磨损，因此此种机构只适用于低速、轻载场合。（2）滚子从动件凸轮机构。滚子从动件的端部装有可自由转动的滚子。由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，从动件耐磨损，并且可以承受较大载荷，因此此种机构的应用范围较广。（3）平底从动件凸轮机构。平底从动件的端部为一平底。不考虑摩擦时，平底从动件与凸轮之间的作用力始终与平底相垂直，且接触处易形成油膜，因此此种机构传力性能较好且利于润滑，常用于高速场合。【教师】提出问题，随机邀请学生回答总结三种机构的特点和应用场合。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲述“小贴士”的相关内容平底从动件不能与外轮廓上有凹槽的凸轮组成凸轮机构。【学生】聆听、思考、理解、记忆（三）按从动件的运动形式和相对位置分类按从动件的运动形式和相对位置分类，凸轮机构可分为以下几种：（1）直动从动件凸轮机构。从动件相对机架做往复直线运动的凸轮机构称为直动从动件凸轮机构。若直动从动件的导路中心线通过凸轮的回转中心，则此种从动件称为对心直动从动件，否则称为偏置直动从动件。（2）摆动从动件凸轮机构。从动件相对机架做往复摆动的凸轮机构称为摆动从动件凸轮机构。【教师】提出问题，随机邀请学生回答直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构的区别是什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知（四）按从动件与凸轮的锁合方式分类按从动件与凸轮的锁合方式分类，凸轮机构可分为以下几种：（1）力锁合凸轮机构。利用从动件的重力、弹簧的弹力或其他外力使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构称为力锁合凸轮机构。【教师】展示“形锁合凸轮机构”图片，讲解新知（2）形锁合凸轮机构。利用凸轮与从动件的特殊几何结构使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构称为形锁合凸轮机构。聆听、思考、理解、记忆通过视频微课、图片和老师讲解，帮助学生理解凸轮机构的特点和应用通过图片和老师讲解，帮助学生了解凸轮机构的分类实践探索（10min）【教师】展示“凸轮机构”图片（详见教材），组织课堂活动试说出图片中凸轮机构的类型。参照教师的讲解，结合自己的理解，判断凸轮机构的类型【教师】点评学生的判断通过课堂实践，帮助学生巩固知识点，培养学生举一反三的能力第二节课问题引入

（3min）【教师】复习提问1.凸轮机构的特点有哪些？应用在哪些场合？2.简述凸轮机构的分类。【学生】思考、回答通过复习提问，检查学生对知识的理解与掌握程度传授新知

（22min）【教师】讲解新知三、凸轮机构的工作过程【教师】展示“尖顶直动从动件盘形凸轮机构与位移线图”图片（详见教材），以尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，说明凸轮机构的工作过程在图

3-9（a）中，以凸轮轮廓的最小向径为半径所绘的圆称为基圆。凸轮由从动件上升的起始位置（即尖顶与凸轮轮廓上的点A相接触的位置）起，以角速度按顺时针方向回转。当凸轮回转时，从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定运动规律由离回转中心

O

最近的位置A到达离回转中心O最远的位置，这个过程称为推程。从动件所走过的距离h称为升程，与推程对应的凸轮转角称为推程运动角。当凸轮继续回转时，以O为中心的圆弧与尖顶相作用，从动件在最远位置停留不动，因此称为远休止角。当凸轮继续回转时，接触点由点

C

转移至点

D，凸轮轮廓的向径逐渐减小，从动件以一定运动规律回到起始位置，这个过程称为回程，称为回程运动角。当凸轮继续回转时，以

O

为中心的圆弧与尖顶相作用，从动件在最近位置停留不动，因此称为近休止角。当凸轮继续回转时，从动件重复上述运动。【教师】提出问题，随机邀请学生回答推程与回程的区别是什么？远休止角与近休止角有何区别？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知如果以直角坐标系的纵坐标代表从动件的位移s，横坐标代表凸轮转角，则可以画出从动件位移

s

与凸轮转角之间的关系曲线，此关系曲线图称为位移线图。图

3-9（b）是图

3-9（a）所示凸轮机构中从动件的位移线图，其中AB、BC、CD、DA四条位移曲线，分别表示凸轮机构在推程、远休止、回程、近休止四个阶段的运动规律。【教师】展示“某凸轮机构”图片（详见教材），组织课堂活动如图

3-10

所示，、为以

O

为圆心的圆弧，则凸轮机构的推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角各为多少度？【学生】聆听、思考、练习四、从动件的常见运动规律在凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。可见，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从动件的运动规律（即在推程和回程过程中，从动件的位移

s、速度

v、加速度

a

随凸轮转角变化的规律），然后按照这一运动规律设计凸轮轮廓曲线。从动件的常见运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐运动规律和摆线运动规律。（一）等速运动规律从动件在推程和回程阶段的运动速度为定值，这个运动规律称为等速运动规律。以推程为例，设凸轮以角速度ω转动，推程运动角为，从动件升程为h，则从动件的运动方程为（3-1）【教师】组织学生完成以下任务试根据运动方程，绘制运动线图。【学生】聆听、思考、绘图【教师】点评学生的绘图，展示“从动件在推程阶段做等速运动的运动线图”图片（详见教材），讲解新知由加速度线图可知，从动件在推程起点和终点的瞬时加速度在理论上趋于无穷大，这将使从动件在短时间内产生巨大的惯性力，导致凸轮机构受到强烈冲击。从动件在某瞬时速度发生突变，其加速度及惯性力在理论上均趋于无穷大时引起的冲击称为刚性冲击。刚性冲击会造成严重危害，故等速运动规律只适用于低速、轻载场合。（二）等加速等减速运动规律从动件在一个推程的前半段（h/2）做等加速运动，后半段（h/2）做等减速运动，这个运动规律称为等加速等减速运动规律。从动件在等加速推程阶段和等减速推程阶段的加速度的绝对值相等，并且凸轮转动时角速度不变，所以从动件做等加速运动和等减速运动的时间相等，对应的凸轮转角也相等，均为。从动件在等加速推程阶段的运动方程为（3-2）从动件在等减速推程阶段的运动方程为（3-3）【教师】提出问题，随机邀请学生回答从动件在等加速推程阶段和等减速推程阶段的加速度有何关系？【学生】聆听、思考、练习【教师】总结学生回答，展示“从动件在推程阶段做等加速等减速运动的运动线图”图片（详见教材），讲解新知从动件在推程阶段做等加速等减速运动的位移线图的作图方法详见教材。由从动件在推程阶段做等加速等减速运动的运动线图可知，从动件在O、A、B三点处的加速度会发生有限突变，机构中会产生有限的冲击力，这种冲击力引起的冲击称为柔性冲击。与等速运动规律相比，等加速等减速运动规律的冲击程度大为减小，因此等加速等减速运动规律适用于中速、中载场合。（三）简谐运动规律一质点在圆周上做匀速运动时，它在该圆的直径上的投影点的运动称为简谐运动。从动件在推程阶段做简谐运动的运动方程为（3-4）由式（3-4）可知，从动件做简谐运动时，其加速度按余弦规律变化，故简谐运动规律又称余弦加速度运动规律。根据式（3-4）可以作出从动件在推程阶段做简谐运动的运动线图，如图3-13所示。【教师】展示“从动件在推程阶段做简谐运动的运动线图”图片，讲解位移线图的作图方法从动件在推程阶段做简谐运动的位移线图的作图方法详见教材。由从动件在推程阶段做简谐运动的运动线图可知，从动件的加速度也存在突变，机构中也会产生柔性冲击，故简谐运动规律适用于中速、中载场合。（四）摆线运动规律【教师】展示“从动件在推程阶段做摆线运动的运动线图”图片（详见教材），讲解新知当半径为

r

的圆沿纵坐标轴做匀速纯滚动时，圆周上一点的轨迹为一条摆线，如图

3-14（a）所示；该点在纵坐标轴上的投影随时