机械设计基础(曹井新)项目4教案

授课教案
No
授课内容任务4.1 棘轮机构的认识
一、复习10分钟
复习上次课学习内容
二、教师导课与课程学习：
（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。

15分钟
本任务将通过对自行车后轮超越离合机构（内啮合式棘轮机构）的学习来认识棘轮机构。

教师介绍本任务的学习内容：棘轮机构的工作原理及应用；棘轮机构的主要类型。

（2）分小组学习: 40分钟
4.1.1棘轮机构的工作原理及应用
1.棘轮机构的工作原理
如图所示的外啮合式棘轮机构由棘轮1、棘爪2、扭簧3摇杆4止动棘爪5及机架组成。

棘轮1安装在摇杆4的固定转动轴上，可绕机架定轴转动。

棘爪2铰接于摇杆4上，摇杆4可绕棘轮轴自由摆动，将曲柄的连续转动转换成往复运动。

是一种典型的间歇运动机构，其运动简图如右图所示。

外啮合式棘轮机构
2.棘轮机构的应用
卷扬机、提升机中常用棘轮停止器，棘轮停止器的主要作用是防止机构自主逆转，从而有效阻止重物坠落。

提升机的棘轮停止机构学生发言汇报、记录学习笔记
学生发言汇报并记录学习笔记
阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记
No 授课内容
4.1.2棘轮机构的主要类型
1.按照结构特点来划分，常用的棘轮机构有齿式棘轮机构和摩擦式
棘轮机构两大类。

其中，齿式棘轮机构的
内、外缘或端面上具有刚性的轮齿。

2.按照啮合方式来划分，可分为外啮
合式棘轮机构和内啮合式棘轮机构两种
形式。

3.按照棘轮轮齿形式来划分，可分为
锯齿形棘轮机构和矩形齿棘轮机构两种。

4.按照棘轮可转动方向来划分，可分
为单动式棘轮机构、可变向式棘轮机构、
双动式棘轮机构。

双动式棘轮机构
4.1.3齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的特点
1.齿式棘轮机构的特点
棘轮机构只适用于低速、轻载和棘轮转角不大的场合，通常用来实现间
歇进给式输送和超越运动等工作要求。

2.摩擦式棘轮机构的特点
为了减少棘轮机构的冲击及噪声，并实现棘轮转角大小的无级调
节，可以采用摩擦式棘轮机构。

由于摩擦式棘轮机构是依靠主动棘爪与
无齿棘轮之间的摩擦力来推动棘轮转动的，所以摩擦力足够大。

No
授课内容
（3）任务实施10分钟
【任务内容】：试描述如图4-8所示的自行车后轮超越离合机构（内啮合式棘轮机构）的工作过程。

1-内棘轮（与链轮为一个构件） 2-棘爪 3-轮毂当自行车正常骑行时，链轮由链条带动逆时针转动，内棘轮1、棘爪2和轮毂3刚化一个构件，自行车由后轮驱动向前行驶。

自行车下坡或骑车人不踏自行车脚蹬（固定住脚蹬，脚蹬相对于自行车不动）时，链轮不转，轮毂3的转速比链轮的转速快，此时，棘爪便在内棘轮的内棘齿上滑动，轮毂3继续转动而链轮不动，各自以不同的转速转动或不动，这种运动特性称为超越特性。

（4）教师点评任务实施情况并进行评价。

5分钟
（5）教师小结，解析本任务的重点和难点。

布置作业与下次课预习内容。

10分钟
棘轮机构的工作原理及应用；
棘轮机构的主要类型。

四、课后任务
1.完成作业：课后练习。

2.让学生在生活中去发现本任务讲解的内容。

3.复习并预习下次课内容:任务
4.2。

学生在老师的指导下分组学习并进行小组学习成果汇报
以学生学习小组为单位进行任务实施汇报
No 授课内容
任务4.2 槽轮机构的认识
一、复习10分钟
复习上次课学习内容
二、教师导课与课程学习：
（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。

15分钟
本任务将通过对电影放映机中槽轮机构工作原理的学习来认识槽轮机构。

教师介绍本任务的学习内容：槽轮机构的工作原理和应用；槽轮机构的主要参数。

（2）分小组学习: 40分钟
4.2.1槽轮机构的工作原理和应用
1.槽轮机构的工作原理
如图所示，槽轮机构由带有圆销的主动拨盘1、具有若干径向槽的从动槽轮2和机架组成。

拨盘1为主动件，作连续匀速转动，通过主动拨盘1上的圆销与径向槽的啮入或啮出，推动从动槽轮2作单向间歇转动。

2.槽轮机构的应用
槽轮机构一般适用于各种转速较低的自动机械中做转位或分度机构装置。

4.2.2槽轮机构的主要参数
槽轮机构的主要参数有槽轮径向槽数Z和拨盘圆销数ｋ。

槽轮每转动一次，转过的角度为Z
π
ϕ2
2
=；而主动拨盘转动一周，槽轮转动的次数主要取决于圆销数ｋ。

学生发言汇报、记录学习笔记
学生发言汇报并记录学习笔记
阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记
No 授课内容
（3）任务实施10分钟
【任务内容】：试描述如图所示电影放映机中槽轮机构的工作原理。

电影放映机中的槽轮机构
电影放映机镜头里发出一束光，把胶片上的影像投射到银幕上，观众在银幕上就可以看到影像了。

即胶片每秒钟走24张，但观众在银幕上确看不到胶片的连续运动，这就要求24张胶片不是连续播放的，而是每张都要有停顿，即每张胶片都是间歇运动的。

电影放映机械中的卷片机构要求电影胶片呈间歇运动形式，槽轮机构满足了这一工作要求，具有4个径向槽的从动槽轮与卷片轴同轴转动，带有圆销的主动拨盘为主动件，主动拨盘连续转动带动从动槽轮间歇运动就可以实现胶片的间歇运动，再配合光源的交替灭、亮就可以播放电影了。

（4）教师点评任务实施情况并进行评价。

5分钟
（5）教师小结，解析本任务的重点和难点。

布置作业与下次课预习内容。

10分钟
槽轮机构的工作原理和应用；
槽轮机构的主要参数。

三、课后任务
1.完成作业：课后练习。

2.让学生在生活中去发现本任务讲解的内容。

3.复习并预习下次课内容：任务
4.3 学生在老师的指导下分组学习并进行小组学习成果汇报
以学生学习小组为单位进行任务实施汇报
No 授课内容
任务4.3 螺旋传动机构的认识
一、复习10分钟
复习上次课学习内容
二、教师导课与课程学习：
（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。

15分钟
本任务将通过对矩形螺纹牙型和三角形螺纹牙型的螺旋机构进行受力分析来认识螺旋传动机构。

教师介绍本任务的学习内容：螺纹的形成、基本要素和分类；螺旋传动的类型；滑动螺旋副中的摩擦。

（2）分小组学习: 40分钟
4.3.1螺纹的形成、基本要素和分类
1.螺纹的形成
当一个平面图形（如三角形、梯形、矩形等）绕着圆柱面作螺旋运动时，形成的圆柱螺旋体称为螺纹。

2.螺纹的基本要素
(1)牙型
沿螺纹轴线方向剖切，所得到的螺纹牙齿剖面的形状称为螺纹的牙型。

常见的螺纹牙型有三角形、矩形、梯形、锯齿形等，三角形螺纹主要用于联接，梯形螺纹、锯齿形螺纹和矩形螺纹多用于传动。

（2)螺纹直径
①大径②小径③中径
（3）旋向螺纹有右旋和左旋两种。

（4）线数或头数螺纹有单线和多线之分。

用ｎ表示。

（5）螺距P和导程L
螺纹相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离称为螺距，用P 表示；同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离，称为导程，用L表示。

3.螺纹的分类
可以根据以下分类标准，对螺纹进行分类。

（1）按螺纹要素来分
①标准螺纹：牙型、直径和螺距均符合国家标准的螺纹；
②特殊螺纹：牙型符合国家标准，直径或螺距不符合标准的螺纹。

（2）按螺纹的用途来来分
①联接螺纹，如普通三角形螺纹、管螺纹；
②传动螺纹，如梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹等。

（3）按制式来分：米制、英制，我国只有管螺纹采用英制螺纹，其他螺纹均为米制螺纹。

（4）按螺纹所处的位置来分：内螺纹和外螺纹。

学生发言汇报、记录学习笔记
学生发言汇报并记录学习笔记
阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记
No
（5）按螺纹牙型来分：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。

（6）按螺距（大径d 相同时）来分：粗牙（螺距值最大）螺纹和细牙（螺距值最小）螺纹。

（7）按螺旋线的线数来分：单线螺纹和多线螺纹。

（8）按形成螺纹母体形状来分：圆柱螺纹和圆锥螺纹。

（9）按螺旋线的旋向来分：左旋螺纹和右旋螺纹。

4.3.2螺旋传动的类型 1.按螺旋传动的用途划分 （1）传力螺旋。

（2）传导螺旋。

（3）调整螺旋。

2.按螺旋传动副的摩擦性质划分 （1）滑动螺旋。

（2）滚动螺旋。

（3）静压螺旋。

4.3.3滑动螺旋副中的摩擦 1. 静摩擦与滑动摩擦
两个相互接触的物体发生相对滑动时，彼此之间就有阻碍滑动的力存在，此力称为滑动摩擦力。

只有滑动趋势而无滑动事实的摩擦称为静滑动摩擦，简称静摩擦。

2.摩擦角
当考虑摩擦时，全反力F R 与接触面公法线的夹角为α，当静摩擦力达到最大值时，夹角α也达到最大值ϕ，称为临界摩擦角，简称摩擦角，如图所示，由图可知：
图4-18 摩擦角
s
N
N
s fm
f F F f F α==
=
tan N
F
如物体与支承面的摩擦系数在各个方向都相同，则这个范围在空间就形成一个锥体，称为摩擦锥
3.自锁
如图4-19所示，若主动力F Q 作用在摩擦锥范围内，则约束面必产生一个与之等值、反向且共线的全反力F R 与之平衡。

不论怎样增加F Q 的大小，物体总能保持平衡，这种现象称为自锁。

（3）任务实施10分钟
【任务内容】：在螺旋机构中，当螺纹的牙型为矩形和三角形时，试对螺旋副进行受力分析。

学生在老师的指导下分组学习并进行小组学习成果汇报
No
1.矩形牙型螺旋副的受力分析
根据两个平衡关系可得到各力平衡条件的关系式： ①当滑块等速上行时，需要的水平推力F 为
()ρψ+=tan a F F 其拧紧力矩1T 为
()ρψd T a
+tan 2=12
F
②反之，当滑块下行时，为维持等速下滑，需水平推力F '为
()ρψ-='tan a F F 其维持力矩1T '为
()ρψd F T a
-tan 2=′12
2.三角形牙型螺旋副的受力分析
螺纹牙型角等于β2的三角形螺旋，其上作用的轴向推力F ，从而在通过其轴线的断面内产生支承法向反力2N 。

三角形螺纹与楔形滑块的力对比分析
这样，从受力情况看，三角形螺纹接触面之间的摩擦可以简化
为楔形滑块的摩擦来处理。

由于螺纹的牙型角β2与V 形槽面的槽形角θ2的关系为)90(22βθ-= ，故由公式
()ρβ
β'==-=
'tan cos 90sin f
f f
其中，f '－当量摩擦系数 ρ'－当量摩擦角，β－牙型半角。

对楔形滑块摩擦阻力为F
f F
f F f '==
'βcos
如果把摩擦角ρ用当量摩擦角ρ'代替，则楔形滑块的力平衡
关系式如下：
No。