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 v

B 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←

12

v，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 t

n

F

F

β=(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 f

N

F

f

F

ϕ==

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

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 、21N

F ，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。