机械设计基础教案

教案2013 -- 2014 学年第1 学期二级学院（部）_____建筑工程学院_____ 教研室 _____基础教研室______ _ 课程名称及代码____ 机械设计基础___ __ 课程类别 ____________ ____ 学分及总学时 ____ 48学时____ __ 授课专业班级建筑环境与设备工程_1101_ 主讲教师 ________白莹莹_______ _ 职称职务 ________无__ _____ _ 使用教材 _机械设计基础陈立德主编山东英才学院教务处制备课内容共3 页第 2 次课的教学整体安排备课笔记共3 页第3次课的教学整体安排备课笔记共6 页3.3.3 应用公式时注意事项1. 局部自由度图3.16所示，放课件（局部自由度）滚子绕其本身轴线作自由转动，丝毫不会影响其它构件的运动，这在进行自由度计算时，要将局部自由度去除，改为图3.16b)。

2. 复合铰链图3.14所示，放课件（复合铰链）什么叫复合铰链，如何进行计算结论：由m个构件汇成的复合铰链应当作为m-1的转动副，如图3-1所示。

图3-1 复合铰链计算3. 虚约束在运动副所加的约束中，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束，在计算自由度时，虚约束应当除去不计，图3.17所示，放课件（图3.17），说明一下图3.17b）中EF 为虚约束，简化成图3.17a）虚约束是很难找出，一般可从下面二点来找1）运动状态不改变2）虚约束去掉前后F不同，图3.17a中F=1，图3.17b中F=0，故EF第4、5次课的教学整体安排备课笔记共11 页图4-1 同一构件上点的速度分析选一个比例尺L μ，做出机构位置图。

步骤：（1）求B v取基点为A 点，B v 大小为1AB l ω，方向AB ⊥，指向与1ω相同。

取比例尺L μ作图，取一极点P ，作一线段/b v pb v μ=作矢量为pb 。

（2）求C v u u v因为B 点与C 点同为构件2上的点，物体2作平面运动，基点取在B 点，这是为什么？问一下学生，根据工程力学可知：C B CB v v v =+u u v u u v u u u vB v ：为基点的速度。

CB v ：为C 点绕B 点相对转动的速度。

C B CB v v v =+u u v u u v u u u v大小 ？1AB l ω ？方向 CD ⊥ AB ⊥ BC ⊥下面说明二点：1）为什么C v 的方向为CD ⊥？在构件3上，C 点的速度为3C v u u u v在构件2上，C 点的速度为2C v u u u v这C 点为同一点，在二个构件上，因此3C v u u u v =2C v u u u v ，由于3C v u u u v 方向为CD ⊥，所以力的分析可为今后计算各构件零件的强度，确定机械效率及轴承型式等提供了必需的资料。

因此这一内容不但是重点，也是一个难点，学生一定要掌握它。

4.3.1 运动副中的摩擦1. 移动副中的摩擦力最常见的移动副中的摩擦可分为平滑块的摩擦和槽形滑块的摩擦二种，我们先谈平滑块的摩擦。

图4.3所示，放课件（平面摩擦），在黑板上按分析顺序作图。

在外力F作用下，滑块1向左移动←12v，滑块1和平面2组成一个移动副，因此分析一下滑块1上作用什么力：①驱动力F；②平面2给1的反力。

下面分析讨论之。

驱动力F：F力为作用在滑块1上的所有作用力的合力，它与接触面法线间所夹的角度为β，将F力分解为法向分力F n和切向分力F t二部分。

①F n：使1滑块紧贴于平面上。

②F t：使1滑块在F t作用下向左运动或具有向左运动趋势。

从图中可得出tan tnFFβ=(4.4)反力：平面2加在滑块1上的反作用力，它有两部分组成。

①正压力F N：为法向反力，它与F n关系是大小相等，方向相等的力，这是为什么？学生去想一下。

②摩擦力F f：F f的方向是与1相对于2的运动方向相反，大小为fF N。

F N与F f的合力就是平面上加在滑块1上的总反作用力F R，又称总反力F R。

tan fNFfFϕ==φ角称为摩擦角（F N与F f之间夹角），在一定工作条件下，f（摩擦系数）为一定的，φ也为一定值，可得出式（4.9）。

讨论一下：1）当β>φ时，说明了外力F的作用线在摩擦角φ之外的情况，这时F t>F f，推动力F t大于摩擦力，使滑块作加速运动。

2）当β=φ时，外力F 的作用线与总反力F R 作用线相重合。

此时F t =F f ，使滑块作等速运动，如滑块原来不动、静止，那么滑块1仍然保持静止不动状态。

3）β<φ时，外力F 的作用线在摩擦角所包围区域的里面，此时F t <F f ，滑块作减速运动，而终于静止。

如滑块1原来不动，那么无论外力F 加得多大，滑块1都不能运动，这种现象称为自锁。

下面谈一下楔形滑块在楔形槽中的摩擦情况。

放一下课件（楔形滑块等速移动受力），图4.4所示，滑块1在楔形槽2中作等速滑移（图中沿z 向移动）。

图4.4 槽面摩擦分析方法同平滑块的，作图。

驱动力为水平的F 反力，滑块的两个接触面上同时承受正压21N F 、21NF ，和摩擦力F f （画图加上这三个力）。

根据平衡条件，经推导可得出式（4.6）F=fF r /sin θ=f v F r 4.6式中f v 称为当量摩擦系数，其数值始终大于f ，也就是说槽面摩擦的摩擦力总是大于滑块的摩擦力，这样引入f v 概念后，就可将槽面摩擦简化为平面摩擦概念来处理。

2. 转动副中的摩擦力轴承就是转动副，轴在轴承孔中转动，轴安装在轴承孔的那一部分称为轴颈。

根据作用在轴颈上载荷的方向可分为径向轴颈和轴向轴颈，本讲只讨论径向轴颈摩擦问题。

图4.4所示，放课件（轴颈摩擦和摩擦圆、转动副）。

作用力如何？轴颈上作用着径向载荷F r 及轴承孔2加在轴颈1上的总反力21R F 。

在驱动力矩M 作用下，使1在轴承孔2中作等速转动ω12，根据平衡条件可知：F r 与21R F 必须构成一个阻止轴颈转动的力矩，这力矩称为摩擦力矩M f ，这M f大小必须与驱动力矩M 相平衡。

M =M f因此，21R F 必与F r 为大小相等，方向相反的二个力组成的一个力偶。

其作用线间相距一个距离为ρ，可得出M f =21R F ·ρ=F r ·ρ。

第6、7 次课的教学整体安排备课笔记共5页5.2.1 平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数放课件（凸轮机构的运动过程），图5.6所示，现以偏置移动尖顶从动件盘形凸轮机构为例来说明一下。

图5.6偏距e：从动件移动导路至凸轮转动中心的距离称为偏距e。

以e为半径，转动中心为圆心，所作的圆称为偏距圆，如e=0，称为对心的。

基圆：以凸轮转动中心为圆心，轮廓上最小的向径r0为半径画圆，这圆称为基圆，r0为基圆半径。

凸轮以ω1转动，推动从动件移动，现在从动件处于最低位置，A点。

AB曲线——凸轮转，向径增大，即从动件将由最低位置A按一定的运动规律推动到最远距离B，这一过程称为推程，凸轮相应地转过一个角度为φ，称为推程运动角。

在推程过程中，从动件移动的距离为h，称为升程（行程）。

φ，这时从动件处于BC曲线——它为以凸轮轴心O为圆心的圆弧，凸轮转角为sφ称为远休止角。

最高位置静止不动，这sCD曲线——从动件由最高位置B回到最低位置A，这一个过程称为回程，凸轮转过角度为φ'称为回程运动角。

DA曲线——DA的基圆上一部分，凸轮继续转动，这样从动件停止不动，凸轮φ'，称为近休止角。

转过s这样凸轮，转一转，从动件就作升-停-降-停的运动循环连续转动凸轮，这过程就重复循环进行着。

现以φ与从动件位移的关系做出一线图，s-φ图称为从动件的位移线图，通过微分就可得出速度线图，加速度线图，这三个线图总称为从动件的运动线图，这就表明出从动件的运动规律，它由凸轮轮廓曲线形状来决定的。

因此设计轮廓曲线，就必须要首先确定从动件的运动规律。

下面为讨论一下从动件运动规律有哪几图5.9说明一下凸轮转角分度越多，得出曲线就越正确。

当e=0时，偏距圆的切线就是过O点的径向线，可按上法得出对心直动尖顶从动件盘形凸轮的轮廓曲线。

若将尖顶从动件改为滚子从动件，这时可以减少接触处的磨损，轮廓曲线设计方法还是这样，这时应将滚子中心看成为尖顶，用上法设计出轮廓曲线，放课件（偏置直动滚子从动件盘状凸轮机构），说明一下，这条曲线称为理论轮廓曲线，然后以曲线上各点为圆心，以滚子半径r T为半径，做出一系列的圆，最后做出这些圆的包络线就成为凸轮轮廓曲线，这曲线称为凸轮的实际轮廓曲线。

这时基圆半径r0应在理论轮廓曲线上量出的，图5.10所示。

5.3.3 解析法设计凸轮轮廓曲线轮廓设计的理论基础还是反转法，现在介绍一种极坐标法，坐标原点取在凸轮回转中心，经教学推导可求出轮廓曲线点的极坐标值（式5.3）。

5.3.4 凸轮轮廓的加工方法采用什么样的设计方法与采用什么样加工方法有着直接关系。

加工方法通常有二种：①铣削、锉削加工用图解法设计曲线②数控加工用解析法设计曲线这里要了解，在数控加工中为什么坐标原点要取在凸轮回转中心，这是加工工艺要求的，否则会影响到凸轮的精度。

5.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构设计，不仅要考虑到能实现预期的运动规律，而且还要求它的传力性能好，结构紧凑等这些要求都与压力角、基圆半径、滚子半径等有关。

第8次课的教学整体安排备课笔记共 3 页一、棘轮机构1、棘轮机构的工作原理棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。

棘轮机构的其它类型：1．摩擦棘轮（无声棘轮）由于摩擦传动会出现打滑现象，不适于从动件转有要求精确的地方。

2、双向棘轮2、棘轮转角的调节1、调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角2.用遮板调节棘轮转角3、棘轮机构的特点与应用二、槽轮机构1、槽轮机构的工作原理组成：具有径向槽的槽轮、具有圆销的构件、机架工作原理：构件1→连续转动；构件2（槽轮）→时而转动，时而静止。

当构件1的圆销A 尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。

当构件1的圆销A 开始进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。

当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。

4个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转41周。

6个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转61周。

2、槽轮机构的类型、特点及应用1、平面槽轮机构。

2、空间槽轮机构3、 槽轮槽数Z 和拨盘圆柱销数k 的选择运动系数（τ）：槽轮每次运动的时间tm 对主动构件回转一周的时间t 之比。

Z Z K 2)2(-=τ当z ＝3时，k 可取1～5；当z ＝4或5时，k 可取1～3；当z>6时，k 取1或2。