《机构设计与综合》教学实施方案III.doc

机构设计与综合教学实施方案III（总学时54）课程实践项目：1、主项目：势能转弯小车图1：势能转弯小车小车示意图 图2：势能转弯小车小车在弹簧势能作用下自动行走示意图2011-2012(2)学期，以图1所示的势能转弯小车设计制作为课程主实践项目（该小车通过发条弹性势能驱动，通过一定长度的拉绳拉紧发条，释放后驱动小车前进），分6个小组，每组经费200元。课余时间完成（下学期的材料力学实践中提交产品与竞赛，竞赛规则见附件）。（小车宏观尺寸限制在：长*宽*高=200*100*150mm；车中的发条、拉绳由各组协商统一购买）对应知识点：能量转换机构、杆机构（平面、空间）、（运动学、力学）、常用机构，机构的设计与制造。2、实际机构分析项目，包括发动机机构分析、变速箱（定轴轮系、周转轮系）分析。对应知识点：运动学、力学、效率、凸轮、轮系、传动比、速度波动调节等。3、机构综合项目，采取命题综合设计。对应知识点：综合方法、设计方法、优化方法考核方式：小车方案设计、运动分析、力学分析占40%，答辩成绩10%，设计报告（含机构分析项目、机构综合项目报告）50%。考评小组参与整个过程的考核。教学计划：在实践中学习，围绕势能转弯小车的设计与制造这一主项目，首先简介机构组成、各种典型机构，机构设计过程（方法）等，首先要学生根据要求分组设计势能转弯小车的转向机构方案，经过答辩后初步确定各自的方案。再介绍机构的结构分析、运动分析、力分析等，这个过程中要求学生自制四杆机构（采用木棍、纸片、螺栓等简单材料），根据这个机构介绍相关基础知识，如运动副、自由度等，接着布置学生测试四杆机构中连杆的端点、构件本身的运动学参数（要求学生自行设计简单的测试方法测试运动参数）、测试四杆机构各点的力学参数，通过这个边学边实践的过程，使学生熟悉机构运动学分析、机构的力学性能。然后，继续介绍凸轮机构、轮系、常用机构（通过机构分析项目实践这些知识点，也与势能转弯小车的机构联系起来）。最后介绍机构综合与优化，通过一个命题设计强化这些知识点。在实验室（机构分析与创新室）四周摆放现有汽车中的机构，如发动机剖视实体（包括曲柄连杆、凸轮、带传动、齿轮传动等）、变速箱（包括定轴轮系、周转轮系两种情况的变速箱）、转向机构、刹车机构、车窗玻璃升降机构等，方便教学过程中相关知识点的导入时展示给学生。本课程应用到的工具：测试工具：红外转速计、自行设计运动、力参数测试方法；软件工具：Pro/Engineer、Matlab序号主 要 教 学 内 容学时数分配实施过程讲座研讨实验1一、概述：机构现状与机构类型及作用导入：观看势能转弯小车比赛视频，发动机装配过程视频；提问：这个视频与本课程的关系？你看到了哪些机构？讲述： 1. 机构设计研究发展状况； 2. 机构的基本组成； 3. 机构类型及其作用。（这里介绍机械原理中所有的机构，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、及各种常用机构（包括棘轮机构、槽轮机构、擒纵机构、凸轮式间歇机构、不完全齿轮机构、星轮机构、非圆齿轮机构、螺旋机构、万向铰链机构、组合机构等）；6课后任务：1. 例举出你所见过的机构；2. 该机构起什么作用？3. 上网查询汽车前轮转向、缝纫机、自动麻将机所用到的机构；4.势能转弯小车运动方案研讨。提交：你所见到的机构及应用场所，势能转弯小车打算采用的机构及初步连接。每人提交一份小报告（I）。2二、机械运动方案设计实例分析以冲压式蜂窝煤成型机的运动方案设计为例，分析一个功能完整的机械运动方案设计过程。2课后任务：对势能转弯小车运动方案进行初步设计，并提交报告及供展示的PPT，做好答辩的准备（以组为单位提交报告及PPT）（A）。3三、势能转弯小车运动方案答辩各组进行方案展示，并回答同学的提问，最后作出改进计划。2以小组为单位进行讲演，同学进行质疑，给出改进建议。4四、机构结构分析导入：展示车门四杆机构的结构、及运动过程，导出机构运动副的形成方式、及自由度。 1. 机构简图绘制要点；2. 机构简图实例；3. 机构自由度分析；4. 机构自由度分析中的关键问题；22典型机构结构简图的绘制及自由度计算，介绍机构自由度计算中的要主要的事项。讨论主题：机构自由度分析的必要性及注意事项。课后任务：每位同学提交一份各自第一次报告的机构的结构简图及自由度分析（II）。5五、机构运动学分析导入：各组总结机构运动学分析目的与意义1. 平面运动学；2. 机构的运动分析；42讲述平面运动学、平面机构的运动分析讨论主题：机构运动学分析的作用，各组自制四杆机构运动分析的结果与理论计算结果的比较分析。课后任务：根据各自的势能转弯小车转向机构，在Pro/Engineer中搭建其简化机构，进行运动仿真，提交运动分析报告（包括模型简化思路及可行性、建模与仿真、仿真结果分析、存在的问题及改进思路）。制作PPT，答辩（研讨的2学时），（以组为单位提交报告及PPT）（B）。6六、机构动力学分析导入：学生自制四杆机构各点的力学测试汇报1. 构件的受力来源分析；2. 机构的受力分析；22讲述机构的受力分析。讨论主题：机构力学分析的作用，各组自制四杆机构运动分析的结果与理论计算结果的比较分析。课后任务：利用Matlab给出势能转弯小车转向机构运动学、力学分析报告（按照机械原理中的机构运动学、力学分析的解析法编程计算）。制作PPT，答辩（研讨的2学时），（以组为单位提交报告及PPT）（C）。7七、机械运转中若干关键问题研究（此部分稍微讲解一下，余下在动力学课程中讲）导入：汽车发动机速度波动状况 1. 机械效率与自锁；2. 机械平衡3. 机械运动建模与波动调节2讲授机械效率与自锁、机械平衡、机械运动建模与波动调节。讨论主题：机械波动的根源？各组势能转弯小车速度波动调节方案。课后任务：1. 各组进行势能转弯小车机械效率、机械平衡、速度波动调节的综合分析。8八、平面连杆机构设计导入：发动机曲柄滑块机构要求与设计要点 1. 平面四杆机构的基本知识；（包括急回特性和死点的知识点）2. 平面四杆机构的设计3. 杆机构综合42讲授机构基本知识（有曲柄条件、急回运动、传动角、死点、连杆曲线、运动连续性）、常用机构设计方法、杆件机构综合思路。讨论主题：如何保证杆件机构的运动的连续性？课后任务：势能转弯小车的杆件机构设计，如果某组势能转弯小车没有杆件机构，请进行汽车中转向机构研究（包括类型、功能、参数等），并提交报告。每组提交分析报告（D），不需做PPT和答辩9九、凸轮机构设计导入：汽车发动机气门开闭控制的凸轮机构观察 1. 凸轮机构的基本知识（包括凸轮机构应用与分类、推杆运动规律）；2. 凸轮机构的设计22课后任务：势能转弯小车中凸轮机构设计，如果某组小车中没有凸轮机构，请完成高教出版社出版的机械原理（第七版）中P172的题9-99-14（各组抽签决定做其中一题），给出凸轮机构的分析与设计（题目中没有设计的也要完成设计过程）。10十、轮系设计：导入：汽车变速器分析项目（传统变速器、自动变速器）（课前布置）1. 各类轮系简介2. 各类轮系传动比计算；3. 轮系设计4课后任务：势能转弯小车中齿轮传动参数分析，如果没有轮系，请对手动变速箱轮系分析、自动变速箱轮系分析。11工程项目1：实际机构分析指定机构分析，课内完成结构简图和自由度计算、初步的运动分析（III）2布置课后任务： 势能转弯小车中各机构方案设计分析的完善。12十一、机构仿真与优化： 1. 机构仿真方法；2. 机构优化方法；3. 机构仿真优化实例42课后任务：势能转弯小车机械运动方案优化计算，采用Matlab编程优化参数。每组提交分析报告（E），不需做PPT和答辩13工程项目2：命题机构设计1. 根据教师的命题进行机构的设计；2. 初步给出该机构的运动、力参数。3. 机构优化方案。课内提交设计与计算草稿。（IV）4根据教师的命题进行机构设计与机构分析（包括运动学分析、力学分析、效率、平衡、波动调节等）布置课后任务：本次课后2日内提交该机构的设计、分析报告，每人1份（V）。14势能转弯小车最终运动方案设计、运动学分析、力学分析、平衡分析等。根据初步运动方案、所学知识进行完善，每组进行答辩，考评委员会考核。2要求：1. 给出机构方案选择说明；2. 机构运动、力、及优化计算（应用Matlab求解）；3. 给出机构图等；4.撰写设计、分析报告。每组提交分析报告（F），做PPT和答辩总学时32148注：课后任务后面