机构设计课程教学实施大纲

PAGEPAGE38《机构设计》课程实施大纲目录1,教学理念…………………11.1关注学生的发展……………………11.2关注教学有效性……………………11.3关注教学价值观……………………12,课程描述………………12.1课程的性质………12.2课程在机械设计与制造学科专业结构中的地位、作用……………22.3课程的历史与文化传统………………22.4课程的前沿及发展趋势………………22.5课程与经济社会发展的关系…………32.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题……………32.7学习本课程的必要性………………33,教师简介…………………34,先修课程…………………35,课程目标…………………45.1知识和技能……………………45.2过程和方法…………45.3情感、态度与价值观方面…………56，课程内容，课时安排及主要难点……….57,课程教学实施…………9第一章绪论…………9第二章机构运动规律设计与创造性………………..9第三章机构的型式综合…………12第四章机构的运动分析………..……15第五章平面连杆机构综合的解析法………………..17第六章平面连杆机构的近似综合21第七章行星轮系..……………..…………………..23综合举例……………….298．学生课程学习要求………328.1学生自学的要求……………………328.2课外阅读的要求……………………328.3课堂讨论的要求……………………328.4课程实践的要求……………………329．课程考核方式及评分规程…………….329.1出勤（迟到、早退等）、作业的要求…………….329.2成绩的构成与评分规则说明……..339.3考试形式及说明（含补考）……..3310．学术诚信规定………….3311.课堂规范……………..3311.1课堂纪律……………3311.2课堂礼仪……………3312．课程资源………………3412.1教材与参考书……………………3412.2专业刊物与专著………………….3412.3网络课程资源…………………….3413．学术合作备忘录（契约）…………….3513.1教师作出师德师风承诺……………3513.2阅读课程实施大纲，理解其内容…………………3513.2同意遵守课程实施大纲中阐述的标准和期望……35《机构设计》课程教学实施大纲1，教学理念坚持教书与育人并重的原则，关注每一个学生的学习状况。与学生平等相处，帮助学生完成课程的学习、合作交流、探究新问题、创新教学方式，提高教学效果。1.1关注学生的发展确立学生的主体地位，树立“一切为了学生的发展”的思想。学生发展应该是全面的发展，而不是某一方面或某一学科的发展，所以，在教学过程中，教师应关注学生的学习情况，关注学生的发展。1.2关注教学的有效性教师应该关心教学的有效性，即教学的实际效果。教师在教学时既不能跟着感觉走，又不能简单地把教学的有效性理解为“花最少的时间教最多的内容”。教学的有效性不取决于教师教多少内容，而是取决于在规定的时间内，学生对课程教学内容的理解和掌握的程度，特别是对课程核心内容的理解和掌握的程度。需要具备对教学过程进行反思的意识。要不断地反思和回顾自己的日常教学行为：“我的教学有效吗？”，“怎样的教学才是有效的？”，“怎么讲，才能使学生更容易理解教学内容？”通过对教学内容和教学过程的反思，不断改进和提高教学效果。1.3关注教学价值观教学价值观作为人们关于教学实践和教育价值关系的根本看法，是指导、支配和评价教育行为和功效的核心观念，对于整个教育活动起着深刻的导向作用，直接影响着教学的目的、内容、形式和方法，影响着教育的规划、结构、布局和体制。教学价值观在微观层次，是指基于教学系统本身各个内部要素之间有机联系的目标指向；在宏观层次是指基于教学同社会中其他系统之间的相互协调关系的价值取向。教学价值观是一个整体，而这两个层次相互制约、相互作用；微观层次是内在的方面，起决定性的作用；宏观层次涉及教育的社会环境，是外在的方面，同样是不可或缺的重要方面。在《机构设计》教学过程中，把握教师教和学生学的价值取向，教学要为社会服务，要让学生认识到作为机械设计的基本知识，机构设计课程的知识与其他先修课程知识，如高等数学，理论力学，机械原理等课程之间的联系和发展，同时还要说明机构设计在机械设计中的广泛应用，提高学生学习的自主性和积极性。2,课程描述2.1课程的性质《机构设计》是机械设计与制造及其自动化专业机械设计专业方向的一门专业课,其任务是通过本课程的学习,掌握平面机构组成的基本原理，能对具体的机构组成进行抽象和分析，在此基础上，利用机构形态的变异和组合，培养学生进行创造性设计的意识，拓宽学生机构运动规律设计的思路，培养学生具有按照设计要求，设计一般平面机构和周转轮系的能力。机构设计是机设专业方向必修的专业课，是以机构组成和分析为主的理论性课程，理论性强，对数学知识要求较高，教学难度较大。该课程的任务是在《机械原理》课程的基础上，使学生进一步学习平面机构组成的一般规律和机构创新设计的基本知识，重点以用途广泛的四杆和六杆机构为主。对学生的基本要求是；掌握机构组成的基本规律；了解四杆机构的复数运动分析方法；掌握用解析法进行四杆刚体导引机构的设计计算方法；掌握用解析法和近似方法进行函数生成机构的设计计算方法；了解机构创新设计的基本方法，会进行一般机构的还原和变异；掌握周转轮系的设计计算基本方法和周转轮系结构设计特点。2.2课程在机械设计与制造学科专业结构中的地位、作用机构设计是机械设计学科的基础性内容，是现代机械设计的基础。机构设计的基本理论受到机械工程技术领域的高度重视。机构的基本组成理论是任何机构设计的基础，任何复杂的机械装置都可以看成是很多基本机构形式的组合，机构设计从过去的经验设计，图解法设计，到今天以解析法和计算机辅助设计为主的设计，是科学技术高度发展与技术进步的必然。所以，机构设计在整个机械设计领域是处于重要的基础性地位，掌握必要的机构设计基本知识是进行现代机械设计的基础。2.3课程的历史与文化传统机构设计是机械原理与机械设计的一个组成部分，具有悠久的历史，是现代机械设计的基础。而将机械原理中，部分涉及平面连杆机构和空间连杆机构单独分离出来，进行专业研究，是现代机械设计发展的结果，体现了工业文明的发展。2.4课程的前沿及发展趋势机构设计包含的知识很多，对本课程所讲主要教学内容，其发展的前沿与趋势主要体现为：(1)对单自由度平面机构的基本组成原理和型式综合研究的比较透彻，对空间多自由度机构的研究还不够；（2）对平面连杆机构的尺寸综合可分为解析法和近似综合，在一般要求不高的情况下，能得到满意的解，但还是存在一定的限制。在多点位的情况下，计算比较复杂。近年为了能按照需要的运动规律较快地进行相应机构的设计，在原来连杆机构图谱的基础上，出现了“数值图谱”，数值图谱是基于计算机辅助设计的原理，建立各种连杆曲线的数学模型，按照所需运动的特征值，对相应机构进行快速的设计，提高了设计的精度和速度，是计算机辅助设计技术在机构设计中的运用。（3）行星齿轮机构由于体积小，传递功率大而得到广泛的应用，同时随着对行星齿轮传动机构理论研究的深入，行星齿轮传动机构的可靠性和制造精度也得到提高，这反过来促进了行星齿轮技术在传动领域的运用。（4）由于计算机辅助设计软件的发展，现在已经可以很方便的运用计算机辅助设计软件，如ADMAS,SOLIDWOKS,PRO/E,UG等进行机构的运动学和动力学仿真，通过运用这些软件，大大简化了繁琐的计算，提高了设计的效率。就是传统的机构图解综合法，在采用AutoCAD作图后，也可以提高作图的精度。（5）计算机辅助优化技术的发展，通过对机构基本参数的优化设计，可以使设计的机构具有更好的运动学和动力学特性，可以提高机构的效率和可靠性，更好地满足使用的要求。2.5课程与经济社会发展的关系作为机械设计与制造及其自动化专业、机械设计专业方向而言，本课程通过对机构设计相关知识的学习，使学生能对实际机械装置的组成进行分析，进而更好地掌握和理解现有的机械；另一方面，从机械产品的改进和研发来说，只有对现有相关机械和机构的深入分析和理解，才能找出现有机构的弱点进行改进设计或创新设计。而这些，都需要以机构设计的基本知识为基础才能完成。学好本课程，对提高企业经济效益和促进社会技术发展是有益的。2.7课程内容可能涉及到的伦理与道德问题本课程不涉及伦理与道德问题2.8学习本课程的必要性本课程是机械设计专业方向的必修专业课程。作为机械设计的基本性课程，通过课程的学习，可以使学生理解和掌握机构设计的基础知识，使学生认识到，机构设计是任何复杂机械的基础，任何复杂的机械，都可以看成是简单机构的组合。通过本课程的学习，使学生掌握机构组成和分析的基础理论，并具有对简单平面四杆和六杆机构进行分析，抽象和创新设计的能力，为其他专业课学习和参加实际机械设计实践打下必要的基础。通过课程的学习，可以使学生掌握采用解析法进行四杆机构的运动分析，进行平面刚体导引机构，函数生成机构的设计，掌握周转轮系设计的基本要求和结构设计的特点，为相关课程学习和以后的工程设计工作打好基础。3，教师简介4.先修课程本课程的先修课程主要有《理论力学》，《机械原理》，《高等数学》，《机械设计》等课程，在学习本课程之前，需要学生具备高等数学中，复数，线性代数等方面的知识，具备理论力学中，刚体平面运动分析的知识，具备机械原理中，关于运动副，运动链，自由度，机构运动简图，平面连杆机构，凸轮机构，夹紧机构，齿轮和周转轮系方面的知识，具备机械设计中，关于轴的结构设计，轴承的选择与装配等方面的知识。5.课程目标5.1知识和技能通过学习，使学生掌握机构组成的基本规律；了解四杆机构的复数运动分析方法；掌握用解析法进行四杆刚体导引机构的设计计算方法；掌握用解析法和近似方法进行函数生成机构的设计计算方法；了解机构创新设计的基本方法，会进行一般机构的还原和变异；掌握周转轮系的设计计算的基本方法和行星轮系齿轮传动装置结构设计的特点；了解六杆机构的运动分析；了解四杆机构进行轨迹生成机构的解析法。5.2过程和方法是通过学习课程知识，使学生对机构的基本组成规律有明确的认识，能够在一定的构件和运动副的情况下，组成正确的运动链，并按照所需的自由度，组成合适的机构类型。可以对既有的机构类型进行适当的变异，掌握机构组成构件进行运动副变异的方法；通过对现有机构的还原和抽象，还原机构的实际运动链，然后通过选择不同的构件作为机架和执行件的方式来进行机构的创新设计。通过对书上相关举例的讲解，使学生了解和掌握对机械进行创新设计的一般过程和方法，如联想法，仿生法，运动分解与组合的方法等；采用复数法和图解法，对机构的运动进行分析和求解。通过对刚体平面运动的分析，建立刚体定轴转动和一般平面运动的方程，在此基础上，建立刚体平面导引机构的方程组，并得到刚体导引机构的基本设计参数。在讲解的过程中，主要是要使学生学会处理问题的方式，如何按照已有的条件，建立合适的方程，在方程不能求解的情况下，如何将一些未知量转化为已知量（选定），使本来不能求解的方程变为可以求解的方程，使问题得到解决。这是机构设计课程的一个特点。通过倒置机架的方式,将函数发生机构的综合转变为刚体导引机构,从而利用刚体导引的方程组,来解决函数发生机构的问题。在上述两种机构类型的尺寸综合过程中，由于涉及较多的线性代数方面的知识，公式复杂。在讲解的过程中，主要是要让学生理解和掌握如何建立问题的模型方程，以及方程的求解方法。在机构的近似综合部分，通过讲解，是使学生理解对同一函数机构尺寸综合问题，采用不同的数学方法来处理。函数发生机构的近似综合，就是采用数学上的数学逼近问题来处理的，在建立误差函数以后，对建立方程的条件设定的不同，近似综合又可以分为插值法，均方法和最佳逼近法。通过对误差的分析，使学生理解各种方法的特点和适用的情况。通过对行星轮系一章的教学，使学生在机械原理课程知识的基础上，进一步理解和掌握各种简单类型的2K-H,3K行星齿轮机构传动比的计算方法，行星轮系基本传动比的计算公式，以及混合轮系传动比的计算；理解行星轮系内部功率和力矩的流向，在此基础上，通过公式的推导，讲解在行星轮系中，选择不同构件作为输入构件和输出构件时，对行星轮系传动效率的影响。最后，以实际的行星轮系装配图为基础，讲解行星轮系结构设计的特点。5.3情感、态度与价值观方面在整个教学过程中，以严谨的科学态度，用形象生动的语音来进行教学，在教学过程中，注意与学生的交流与互动，以学生已有知识为基础，来逐步讲授新的知识，这实际上是一个带领学生发现知识的过程，在这个过程中，由于有些知识涉及繁琐的数学计算，这也是培养学生学习耐心和细心的过程，使学生养成严谨的工作态度，这些对一个毕业后将主要从事现代机械工程的人员来说，是做好技术工作应该具备的最基本素质。在教学过程中，应严格要求学生，对出现的不良学风要进行公开的抵制和批评，让学生认识自己在社会进步和发展过程中，应该承担的社会责任，以及为了承担社会责任而需要具备的基本素质,成为一个有文化和一定科学技术知识的合格公民。6.课程内容，课时安排及主要难点第一章绪论（2学时）1、本章基本要求介绍机构设计的基本过程和机构设计学科的历史与发展现状。2、主要内容1．1机构的设计过程1．2本课程研究的内容1．3机构学学科的发展第二章运动规律设计与创造性（4学时）1、本章基本要求讲解功能原理设计与运动规律设计的基本知识，按使用要求制定运动规律的步骤，创造性设计的主要方法。2、主要内容2．1功能原理设计与运动规律设计2．2按使用要求制定运动规律的步骤2．3运动规律设计的创造性第三章机构的型式综合（5学时）1、本章基本要求讲解机构型式综合的三种基本方法，讲解机构创新设计的基本方法，使学生重点掌握机构组成的基本原理。2、主要内容3．1机构型式综合的原则和任务3．2按机构的运动特性进行机构的型式综合3．3按机构的动作功能分解和组合原理进行机构的型式综合3．4按机构组成原理进行机构的型式综合3．5平面连杆机构的创新设计3，重点难点及处理方法本章的重点是按机构的组成原理进行机构的型式综合，难点是这部分内容比较抽象。处理的方法是联系学生已经学过的知识进行重点讲解，争取使大部分学生能理解和掌握。4、作业要求、次数、题量、类型布置课外作业二次。第四章机构运动分析（6学时）1、本章基本要求通过教学，使学生掌握四杆机构的复数运动分析方法，了解和基本掌握平面6杆机构的位移与速度图解法。2、主要内容4．1概述4．2平面机构运动分析的复数矢量解4．3机构位移分析的迭代求解4．4机构速度，加速度解析4．5机构运动的型转化图解法3，重点难点及处理方法本章的重点难点是复数矢量的运动分析方法，以及对六杆机构用虚拟位移，虚拟速度的方法进行图解的方法，处理方法是采取循序渐进的方法，在复习复数和理论力学相关知识的基础上，进行讲解。4、作业要求、次数、题量、类型布置课外作业一次。第五章平面连杆机构综合的解析法（6学时）1、本章基本要求讲解刚体导引机构和函数机构的设计计算方法，使学生掌握用解析法进行刚体导引机构和函数发生机构的基本方法。2、主要内容5．1概述5．2刚体位移矩阵5．3刚体导引机构综合5．4函数生成机构的综合5．5轨迹生成机构的综合3、重点难点及处理方法本章的重点和难点是讲解刚体导引机构和函数发生机构的基本解题思路，学习机构设计中，当方程未知数大于方程数的情况下，选定一定的未知参数后，进行求解的解题方法。4、作业要求、次数、题量、类型布置课外作业两次，进行刚体平面导引机构和函数发生机构的设计计算。要求根据计算结果进行作图验证。第六章平面连杆机构的近似综合（6学时）1、本章基本要求主要讲解函数机构设计的近似计算方法，使学生了解和基本掌握用近似法进行函数发生机构设计的基本方法，了解用近似的方法进行轨迹生成机构设计的方法。2、主要内容6．1函数生成机构的近似综合6．2轨迹生成机构的近似综合3、重点难点及处理方法本章的重点是讲解用近似法进行函数机构设计计算的基本思路，难点是让学生理解用近似法进行函数机构设计时如何建立方程，以及方程的求解。4、作业要求、次数、题量、类型布置课外作业一次，用函数插值法进行函数机构的设计计算，并作图验证。第七章行星轮系（9学时）1、本章基本要求本章主要讲解行星轮系设计计算的基本知识，使学生掌握行星轮系的基本设计计算方法，使学生了解行星轮系力能和效率的计算方法，了解行星轮系结构设计的有关基本知识。2、主要内容7．1行星轮系的结构类型与应用7．2行星轮系的传动比计算7．3行星轮系的力能分析和功率流向7．4行星轮系的效率计算7．5行星轮系的齿数选配和啮合计算7．5行星轮系的均载装置3，重点难点及处理方法本章的重点是行星轮系的设计计算部分。难点是行星轮系的传动比计算，特别是混合轮系的传动比计算。在讲课中，注意提醒学生对轮系应进行正确的划分，区分周转轮系与定轴轮系。4、作业要求、次数、题量、类型布置课外作业二次，进行轮系传动比和效率的计算。综合举例（2学时）以设计一拉延冲压机构为例，对机构的型式综合和尺寸综合过程进行综合的讲解和分析。复习、机动（2学时）7.课程教学实施第一章绪论（2学时）1，教学目标：本章的教学内容是对机构设计课程的一个概论性介绍。通过教学，使学生对机构的设计过程、本课程研究的主要内容、机构学科的发展有一个初步的了解。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法、回顾法等方法进行教学、PPT与黑板结合使用。在讲解的过程中，注意对例图进行分析和讲解。3,主要知识点和难点：主要知识点：通过对一个产品设计、试制、试验、改进等过程的介绍，使学生对一个新产品从概念开始，到最后投放市场成为商品的过程有一个完整了解，建立产品设计的初步概念。掌握机构综合的三个基本内容。难点：本章内容属于介绍性内容，没有知识性难点。4，主要教学内容与过程4.1机构的设计过程4.2本课程研究的内容、目的和要求机构设计研究的主要内容运动规律设计机构的形式综合机构的尺寸综合以将水从低处送向高处为例，介绍抽水（或送水）机构的设计过程，并从中引出机构综合的三个基本内容4.3机构学学科的发展在机构学科发展部分内容，从古代的冷兵器如弓箭，强弩发射车，到云梯等，到现代的仿生机器产品，讲解机构的起源与演变。5，作业安排与课后反思：课后反思：机械产品从概念到产品的基本过程，理解机构综合的三个基本步骤。6，课前准备预习参考教材第一章第二章机构运动规律设计与创造性（4学时）1、教学目标本章主要是利用例图的方式，进行讲解，主要讲解功能原理设计与运动规律设计的基本知识，通过讲解,使学生了解和掌握按使用要求制定运动规律的步骤，创造性设计的主要方法。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板结合使用。3,主要知识点和难点：主要知识点:机构运动规律设计与机构创新设计的基本方法。难点：功能原理设计与运动规律制定的基本要求。4，主要教学内容与过程4．1功能原理设计与运动规律设计功能原理：是完成一定的动作或功能所依据的物理原理。4．2按使用要求制定运动规律的步骤4．3运动规律设计的创造性进行运动规律设计时,可遵循创造性方法学中的一些基本方法,通过联想,对比和综合等方法,以现有的机构为基础,设计出新的机构。1），分析综合法：分析综合法就是将提出的使用要求，分解为各个层次，分别加以研究，分析其本质，然后再按其内容本质，组合起来成为一个新的系统。在讲授分析综合法时，以设计一个在方形罐头上自动贴商标的机器为例，来进行具体讲解。完成功能要求的基本步骤：(1)把商标纸从一叠中分离出一张、(2)给商标纸上胶水、(3)罐头进入和送出贴商标位置、(4)将商标纸自动贴上并压紧。对于这样的工艺动作要求，可以将它分解成几个简单的动作：（注意；在这里主要是要采用启发式的教学方法，通过老师的讲解和引导，让学生明白贴商标的基本动作要求和顺序）。2)，联想法又称技术移植法，是把其它行业的技术成果联想(移植)到设计的产品中。当然，这一般不是简单的“搬家”，而是要经过适当的改造，进行重新设计。在讲解联想法时举例：如拉链在外科手术中的运用，借用拉链可以重复打开和关闭的特点，设计用于医疗手术使用的拉链，对需要多次开刀才能完成手术的情况，就非常合适。3),还原法又称抽象法，它的含义是：任何发明和革新都有创造的起点和创造的原点，研究已有事物的创造起点，并深入到它的创造原点，再从创造原点另辟门路，用新的思想方法，新的技术,重新创造或从原点解决问题，这就是还原法的目的。例1，洗衣机:其创造的起点是代替人的劳动，而洗衣的原点是将衣物上的污垢从衣服上分离出来。可以看出，洗衣的原点实际上就是洗衣的本质。例2：缝纫机,4),仿生法：模仿也称为仿生学，主要是模仿自然界的生物和人的动作。元宵机，是模仿人的动作，将混合好的米面，通过元宵心子和面之间的相对运动，粘到心子的表面，形成元宵。仿生手和机械人这种装置由于需要具有与人类似的动作功能要求，在设计上，基本上是按照收的骨骼结构来进行设计；而仿生机械人，为了模仿人的行动方式，在大的关节设计上，也是模仿人肥肉关节结构进行设计。5），思维扩展作为一个设计人员，需要有较宽的知识面，才能在设计过程中，产生丰富的联想和创新的思维。以蛙式打夯机为例来进行说明：5，作业安排与课后反思课后反思：按照本节所讲创造性方法，观察身边的物品，有无改进或创新设计的想法？6，课前准备预习参考教材第二章第三章机构的型式综合（1）（3学时）1、教学目标讲解机构型式综合的三种基本方法，讲解机构创新设计的基本方法，使学生重点掌握机构组成的基本原理。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法、回顾法等方法进行教学、PPT与黑板结合使用。在讲解的过程中，注意对例图进行分析和讲解。3，主要知识点和难点主要知识点：机构型式综合的三种基本方法，平面单自由度机构组成的基本原理。主要难点：对三种机构型式综合方法基本原理的理解。4、主要教学内容和过程4，1机构型式综合的原则和任务在设计中对多种可以完成同一功能机构型式的选择，称为机构的型式综合。在讲解机构型式综合的原则后提问：在矿山和野外作业时，为什么多是采用风动的工具4．2按机构的运动特性进行机构的型式综合属于复习性内容，是按照机构所能完成的运动特性进行归纳，对应出运动规律与相应机构的类型，通过这种归类，在设计是，按照所需的运动类型，可以较快地确定所使用的机构类型。在教学过程中，主要是通过提出问题，运用互动和回顾教学法，让学生运用已经学习过的知识，找出能完成该运动规律的机构类型。4．3按机构的动作功能分解和组合原理进行机构的型式综合（1）按功能分解的原理，任何功能都可以按功能的总体要求进行分解，将复杂的总功能分解成为一些分功能，从机构设计的角度，对每一个分功能，找出相应的机构来完成，而这些分功能的有机组合，便可以完成机构的总功能。这样，就组成所谓的“功能—技术矩阵”。用这种方法，可以拓展思路，寻找各种可能的解决方案组合。以汽车举升机为例，进行具体说明。（2）基本运动和机构的基本功能在功能分解过程中，为了更好地表达各种基本功能，可以用下面的图形符号来进行功能的分解与表示。以设计一锻压装置为例，说明方案形成过程：4．4按机构组成原理进行机构的型式综合把一定数量的构件和运动副进行排列搭配，组成完整的机构类型的过程，就是机构的型式综合，或称为数综合。讲解：通过公式推导，说明平面单自由度机构组成的基本原理和运动副，构件数与闭环数之间必须满足的条件，构件运动副的连接方法。通过图示的方法，说明机构基本结构形式的变换方法，以瓦特链为例，画图说明如何用齿轮机构代替四杆机构。在黑板画图完成后，用PPT作完整的演示。5，作业安排与课后反思课后反思：理解平面单自由度机构组成的基本原理与运动副，构件数与闭环数之间必须满足的条件。6，课前准备预习参考教材第三章第三章机构的型式综合（2）（2学时）1、教学目标讲解基于运动链抽象与还原原理，进行机构创新设计的方法，让学生掌握运用该方法，进行机构创新设计的基本步骤。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板结合使用。在讲解的过程中，注意对例图进行分析和讲解。3，主要知识点与难点主要知识点：平面机构的抽象与还原、机构的变异的原理和要求。主要难点：平面机构的抽象与还原的方法。4，主要教学内容与过程4.1平面连杆机构的创新设计再生运动链法（1）基本思想（2）一般化原则（3）举例以一液压压紧装置为例，详细说明机构抽象和还原，再生的具体方法。1123456在上课的过程中，要注意与学生互动，通过互动，观察学生对新知识的掌握程度。4.2关于自由度与机构功能的关系的讨论以夹紧装置为例，采用讨论式教学方法，说明机构自由度与机构功能的关系，并图示讲解夹紧装置的变异与演化的方法。5，作业安排与课后反思：课后作业：布置课后作业1题；课后反思：理解平面连杆机构创新设计的基本要求以及具体的方法。6，课前准备预习参考教材第三章第四章机构运动分析（1）（3学时）1、教学目标通过教学，使学生掌握运用复数进行四杆机构的运动分析方法，基本掌握平面6杆机构的位移与速度图解法。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3、主要知识点和难点主要知识点：平面连杆机构的复数矢量解的具体方法；机构位移迭代求解的原理与方程组的建立；难点：复数矢量方程的建立与求解，对迭代数值求解方法的理解。4，主要教学内容与过程简要介绍机构运动分析在机构设计的作用，在讲机构运动分析复数矢量解之前，简单地回顾复数的基本知识；如复数的定义，复数的基本运算等。4,1平面机构运动的复数矢量解推导并建立平面连杆机构的复数矢量方程，通过对方程的运算，求解机构构件的位移，速度，加速度参数。4.2平面机构运动的迭代求解通过对机构运动确定性的证明，说明机构的从动件数与方程的数量是相等的。所以可以通过对方程组的求解，来确定机构构件的运动参数。推导迭代逼近的基本公式（牛顿一罗夫生法），说明方程求解的基本方法。然后讲解参考教材上的例4-1和4-2，说明迭代逼近方法的具体运用。5，作业安排与课后反思：理解复数矢量法和迭代逼近方法的基本原理和具体的使用方法。6，课前准备预习参考教材第四章中前1、2节第四章机构运动分析（2）（3学时）1、教学目标通过教学，使学生掌握进行四杆机构组成分析的基本方法以及在机构运动分析中的运用；机构扩展的基本原理；掌握平面6杆机构的位移与速度图解法。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3、主要知识点和难点主要知识点：平面连杆机构的组成分析，机构扩展的基本原理，多杆机构的运动分析图解法。难点：平面机构的基本组成分析中，关于机构杆组级别的判断以及在机构运动分析中的运用，多杆机构运动分析图解法的基本作图原理与具体的图解方法。4，主要教学内容与过程4.1机构组成分析用PPT图示讲解机构组成分析的基本方法，讲解机构在主动件断开后，杆组的分解，杆组级别的定义。说明通过对机构杆组级别的判断，在机构运动分析中的运用。讲解参考教材例4-3。4.2机构扩展原理用PPT图示讲解机构扩展的基本原理，并举例说明：对多杆机构，都可以看出是在四杆机构的基础上，增加自由度为零的杆组的组合。4,3多杆机构的运动分析图解法(1)用PPT图示讲解多杆机构运动分析的位移分析方法的基本原理，并举例说明，为什么对多杆平面机构位移分析不能使用四杆机构所用的“交轨法”，而需要采用“虚拟位移法”，举例讲解运用“虚拟位移法”进行位移分析的具体作图方法与步骤。(2)在讲解多杆机构运动分析的速度、加速度方法之前，先复习理论力学中，刚体平面运动中速度，加速度的基本公式和图解方法。用四杆机构作为例子，讲解四杆机构构件速度和加速度的图解法。然后，以六杆机构为例，说明用“虚拟速度”和“虚拟加速度”方法，来图解六杆机构构件速度和加速度的具体作图方法与步骤。5，作业安排与课后反思：课后作业：参考教材作业4-1,4-2.课后反思：为什么不能直接用交轨法来直接求六杆机构的位移？采用虚拟位移和速度方法，来求解六杆机构位移速度的基本原理，具体的作图步骤。6，课前要求预习参考教材中第四章第3节的内容。第五章平面连杆机构综合的解析法（1）（3学时）1、教学目标讲解刚体定轴转动和一般平面位移的矩阵方程，刚体导引机构的设计计算方法，使学生掌握用解析法进行刚体导引机构综合设计的基本方法。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3,主要知识点和难点主要知识点:刚体定轴转动矩阵方程；刚体一般平面位移矩阵方程；刚体导引机构综合的基本原理与主要的方程。学习在机构设计中，当方程未知数大于方程数的情况下，选定一定的未知参数后，进行求解的解题方法。主要难点：理解刚体导引机构综合的基本原理，包括建立约束方程的条件，方程的求解的主要步骤。4，主要教学内容与过程4.1概述介绍平面机构综合的三个基本命题，即刚体导引，函数发生机构，轨迹生成机构。4.2刚体位移矩阵推导刚体定轴转动，刚体一般平面位移的矩阵方程。4.3刚体导引发生机构平面四杆机构的刚体导引机构的综合，是使连杆通过规定的几个位置。四杆机构有两种基本型式：四连杆和曲柄滑块机构。（1）R-R导引的综合R-R导引是四杆机构的两个连架杆均为转动。这是本教学单元的重点，先给出R-R刚体导引机构设计的基本已知条件和设计的目标；然后分析设计的问题，找出建立设计方程的约束条件。由于连架杆上的动铰链点绕定铰链点转动，其距离不变，可建立设计的定长约束方程。同时，所求的动铰链点还在连杆上，随连杆作一般的平面位移，所以，满足刚体平面位移矩阵，通过两方程组的联立和变量代换，可以消除4个未知数，但最后得到的二元一次方程组仍包含4个未知数，为了求解，在4个未知数中，选定两个，求出另外两个。上述方法，再进行一次，求出另外一个动铰链点，完成四杆导引机构基本参数设计计算。在讲解的过程中，重点在讲解如何按照已知条件建立方程和如何求解方程，特别是在方程未知数大于方程数的条件下，如何适当地选定一定数量的未知数来求解方程。讲解参考教材例题5-1，说明平面四杆导引机构综合的具体解题过程。（2）P-R导引的综合P-R导引是曲柄滑块机构导引，先给出R-R刚体导引机构设计的基本已知条件和设计的目标；然后分析设计的问题，找出建立设计方程的约束条件。由于曲柄滑块机构有一个定轴转动的连架杆，所以，与已经讲过的R-R导引的区别，在于滑块位置参数的确定。用PPT图示分析滑块的运动情况，找出滑块运动应满足的约束条件：即滑块的几个位置始终在一条直线上，满足斜率不变的条件，即建立定斜率方程。同时，该点也在连杆上，随连杆作一般平面运动，满足刚体平面位移方程。通过方程组联立求解和变量代换，化简后得到一个圆方程，但有两个未知数，最后在圆方程上，选定一个未知数，求出另一个。在讲解中，重点是讲解定斜率约束方程的建立，方程的求解。讲解参考教材例5-2。5，作业安排与课后反思课后作业：参考教材5-3。课后反思：理解刚体导引机构综合的基本解体思路，主要的解体步骤。6，课前准备预习参考教材5.1--5.3。第五章平面连杆机构综合的解析法（2）（3学时）1、教学目标讲解刚体函数发生机构和轨迹生成机构的设计计算方法，使学生掌握用解析法进行函数发生机构综合设计的基本方法，了解轨迹生成机构的设计原理。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3,主要知识点和难点主要知识点:平面函数生成机构综合的基本原理与主要的方程，轨迹机构设计的基本方法。学习在机构设计中，当方程未知数大于方程数的情况下，选定一定的未知参数后，进行求解的解题方法。主要难点：理解函数生成机构综合的基本原理，包括建立方程的条件，方程的求解的主要步骤。4，主要教学内容与过程4.1什么是函数发生机构函数生成机构是指这样一类机构，它可以近似实现所要求的输出构件相对输入构件的某种函数关系。举例介绍函数发生机构的应用。4.2精确点在函数自变量的区间内，函数发生机构由于几何尺寸的限制，不可能完全满足函数方程，只能在有限个点位上，函数与机构实际值之间没有误差，在其余点处，是存在误差的，没有误差的点，称为精确点。4.3切贝雪夫精确点位置配置法介绍切贝雪夫精确点位置配置法的公式和几何意义。4.4平面相对位移矩阵按照函数机构的构成，可分为四杆机构和曲柄滑块机构两大类。四杆机构用PPT演示、推导刚体相对位移平面矩阵。曲柄滑块机构用PPT演示、推导曲柄滑块机构刚体相对平面位移矩阵。（5）三个精确点函数生成机构的综合讲解三个精确点函数发生机构的已知条件，假定条件和求解方法。在讲解的过程中，要注意让学生明白是如何通过倒置机架的方式，将函数机构的生成问题，转化为刚体导引机构的问题，从而找到建立方程的条件，即定长方程，并建立方程组。建立定长方程组以后的解题方法，与刚体导引的方法类似。（6）讲解例题5-4该题是四杆机构函数发生机构的设计计算，在讲解的过程中，通过提问的方式，让学生明白（b1x,b1y）参数在选取时，需要注意的问题，为什么不能随意地取。讲解如何作图验证设计计算的正确性。（7）讲解例题5-5该题是曲柄滑块机构函数发生机构的设计计算。（8）四个精确点的综合在四个精确点的情况下，与三个精确点的不同，方程变为非线性方程组，求解比较麻烦。讲解例题5-6。（9）轨迹生成机构的综合这部分内容属于不要求学生掌握的教学内容，在教学过程中，主要是讲清楚如何按照给定的轨迹点位，来建立相应的设计方程组和如何求解。5，作业安排与课后反思课后作业，参考教材5-6。课后反思：函数发生机构建立方程的条件和如何求解，为什么待求的b1x,b1y不能随意取值？了解轨迹生成机构的基本设计思路和未知参数的选取，以及转化的方法。6，课前准备预习指定参考教材5-4，5-5。第六章平面连杆机构的近似综合（3学时）1、教学目标讲解刚体函数发生机构的近似综合设计计算方法，使学生掌握用插值法进行函数机构近似综合设计的基本方法，了解均方法和最佳逼近法的基本原理与特点。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3,主要知识点和难点主要知识点:平面函数近似综合方法的基本原理，建立方程的条件。三种近似综合方法的特点以及应用的场合。主要难点：理解近似综合方法进行函数生成机构综合的基本原理，包括建立方程的条件，方程的求解的主要步骤。4，主要教学内容与过程函数生成机构的近似综合从数学上讲，实际上是函数的逼近问题，即要按照一定的条件来构造一个函数去逼近一个已知的函数。在机构设计中，由于需要确定机构的基本结构尺寸，所以，这个构造的函数，就要包含被求的机构基本结构参数。4,1偏差表达式的建立讲解偏差表达式的建立方法和具体的表达式；讲解如何确定插值点，还是用切贝雪夫精确点位置配置法来计算插值点；4.2插值法三参数综合讲解在建立了偏差表示式的基础上，如何建立方程，求解机构待定的结构参数。在这里，应重点讲解建立方程的条件，作为三参数插值法，建立方程的条件是在插值点处其误差△q为零。这样，在插值区间计算三组对应转角和选定机架的偏角、主，从动连架杆的起始角度后，可以建立一个三元一次线性方程组，从而解出a,b,c。如果不选定主、从动连架杆的起始角，则方程有五个未知数，将是三角函数方程，很难解。讲解例题6.1在讲解例题6,1的过程中，提出假如在解方程后，得到的a,b,c三个杆长的参数有负数怎么办？应如何理解和处理。4.3均方逼近法讲解均分逼近法的原理：当机构综合时，在区间(x0，xm)内，使逼近函数P(x)与给定函数F(x)的均方偏差为最小时称为均方逼近。在讲清楚原理之后，讲解具体的解题步骤和方法。在讲解的过程中，关键是讲清楚建立方程的基本原理和具体的步骤，以及均分逼近法的特点。均方逼近法的特点是：由于其系数的计算是用求和的方式，对插值点的数量没有限制。所以，在插值点数量较多的情况下，就适合运用均方逼近法。讲解例题6.24.4最佳逼近法讲解最佳逼近法建立方程的基本原理：以逼近函数y=P（x）与给定函数y=F（x）的最大极限误差的模：Δmax=max[F（x）-P（x）]在自变量所讨论的区间内（x0，xm）内为最小作为条件，来求得机构待定参数。最佳逼近法与插值法和均方逼近法相比，它能使极限偏差Δmax为最小，且均匀地趋于一致；而其他两种方法则有较大的偏差存在，所以最佳逼近法的逼近精度是最好的。讲解最佳逼近法具体的解题方法和步骤。讲解例题6.35，作业安排与课后反思课后作业：参考教材6-1，并作图验证。课后反思：三种函数机构近似综合方法的基本原理，建立方程组的条件是什么？三种方法各有什么特点？体会其中所表现出来的创造性思维。6，课前准备预习指定参考教材6.1。第七章行星轮系(1)（3学时）1、教学目标讲解行星轮系的基本结构特点，行星轮系的分类,行星轮系的应用,行星轮系基本传比的计算，使学生了解行星轮系的特点与应用，掌握行星轮系基本传动比的计算方法。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3,主要知识点和难点主要知识点:行星轮系的基本结构类型与应用，行星轮系基本传动比的计算方法。主要难点：行星轮系基本传动比的计算，行星轮系传动比计算公式之间的关系。4，主要教学内容与过程介绍行星轮系的基本结构和基本类型，行星轮系的具体应用，特别介绍行星轮系在现代风力发电装置中的应用。通过分析行星轮系和一般平行轴齿轮传动轮系的差异，主要是行星轮的自转与公转，而为了计算行星轮系的传动比，建立转化轮系模型，使系杆不动，这样，就将行星轮系转化为定轴轮系。在行星轮系中，如果b轮固定，中心轮a输入，系杆H输出的传动比为：讲解例题8-1，8-2，讲解3K行星轮系传动比的计算方法，讲解K-H-V轮系的传动比计算。5，作业安排与课后反思课后作业：参考教材8-1,8-2。课后反思：行星轮系与普通定轴轮系的差异，为何通过转化轮系就可以将行星轮系看成定轴轮系？6，课前准备预习指定参考教材8.1，8.2。第七章行星轮系(2)（4学时）1、教学目标讲解混合轮系的基本结构特点，混合轮系传动比的计算方法,行星轮系力能和效率的计算，行星轮系功率流向，使学生了解混合轮系和功率流向的特点，掌握行星轮系力能和效率的基本方法，掌握混合行星轮系传动比的计算方法。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3,主要知识点和难点主要知识点:混合行星轮系传动比的计算，行星轮系力能分析与计算，行星轮系效率的基本计算方法。主要难点：混合行星轮系传动比的计算，行星轮系力能分析与计算。4，主要教学内容与过程4.1混合行星轮系传动比的计算在讲解前面行星轮系基本传动比计算方法的基础上，讲解混合行星轮系传动比的计算方法。所谓混合行星轮系一般是指采用差动轮系作为基本轮系，然后加上定轴轮系组合而成的轮系。由于定轴轮系和行星轮系传动比计算的方法不同，所以，在计算混合行星轮系的传动比时，首先是要正确区分定轴轮系和行星轮系，并分别计算，然后找到轮系中同时属于行星轮系，又属于定轴轮系的构件作为封闭条件，将行星轮系与定轴轮系连接起来，最后，解出所要求解的传动比。图8-2混合行星轮系讲解参考教材例8-34.2行星轮系的构件力能计算与功率流向（1）行星轮系有四个基本构件，即两个中心轮，系杆和行星轮，在进行行星轮系各构件上的力能分析和计算时，各基本构件上作用的转矩，可以通过转化机构、用定轴轮系的方法来计算。这种转化机构中传递的功率，称为“啮合功率”，而具体判断齿轮a或b为输入或输出功率，还需要按照ωa和ωH的关系来进行判断。如ωa＞ωH，则在转化机构中，a轮为输入齿轮，而b轮为输出齿轮，其效率为：8-8差动混合行星轮系反之，则a轮为输出齿轮，而b轮为输入齿轮。在这里，应注意讲清楚转化机构和实际机构之间的差别，从力的绝对值看，其间差了一个系杆的转动速度ωH。讲解参考教材例8-4（2）讲解差动行星轮系的功率流向在差动混合封闭行星轮系中，如果行星轮系的基本传动比取的不合适，会出现在差动混合轮系中特有的功率倒流现象，形成封闭功率流，出现这种现象，会影响响行星轮系的传动效率，应将其消除。在这里，通过对8-8图分别采用系杆输入和γ轴输入时，功率流向的分析，来讲解封闭功率流的形成。重点讲解有无封闭功率流的判断方法。对图8-8，如果设γ轴为输入轴，则系杆H为输出轴。从上式可以看出，当行星轮系基本传动比时，则说明行星轮系中的b轮传递的是输出功率，这部分功率通过a2,b2又传回到输入轴，形成封闭功率流。要改变这种情况，需要重新确定行星齿轮的齿数，使，这样，就可以消除封闭功率流。讲解参考教材例8-5行星轮系效率计算行星轮系用于传递运动时,一般不考虑效率，但在传递动力时，就有必要进行效率的计算，以决定其设计是否合理，通过效率计算，还可以找到提高效率的途径。行星轮系的效率计算是一个比较复杂的问题，这里仅讨论基本的2K-H型行星轮系效率计算的基本方法。实际行星轮系效率的损失主要有：啮合损失，搅油损失和轴承的摩擦损失。在计算效率时，主要考虑啮合损失。推导2K-H型行星齿轮的传动效率。图a为中心轮输入，系杆输出。图b为系杆输入，中心轮输出从中心论输入和系杆输入的图像，分析在两种不同情况下，对传动效率的影响。主要表现为以下几个方面：1）不论中心轮输入，还是系杆输入，在iHa=1附近，都有最大效率；2）在中心轮输入时，如果基本传动比取得多大，会出现自锁现象；3）在系杆输入时，则不论基本传动比如何，都不会发生自锁。讲解参考教材例8-65，作业安排与课后反思课后作业：参考教材8-3，8-4。课后反思：混合行星轮系为什么会参数功率倒流现象，如何判定和消除？如何在传动装置设计中，实现正向传动，反向自锁的设计。6，课前准备预习指定参考教材8.3，8.4。第七章行星轮系(3)（2学时）1、教学目标讲解行星轮系齿数选配应该满足的条件，行星轮系均载装置的结构设计；使学生了解行星轮系均载结构的主要类型和实现原理，掌握行星轮系齿数选配时应该满足的基本要求和计算方法。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3,主要知识点和难点主要知识点:行星轮系齿数选配的条件，行星轮系均载装置的基本结构类型。主要难点：行星轮系齿数选配的条件和计算公式的推导。4，主要教学内容与过程4.1行星轮系齿数选配的条件主要是按照行星齿轮工作的状况，分析行星齿轮齿数选配时，应该满足的几个基本要求：传动比要求，同轴条件，是指行星齿轮同时与两个中心轮啮合，应符合中心距的要求；装配条件：是指在装配时，如何使多个行星轮能均匀地分布在圆周上应满足的条件；邻接条件：是指在行星齿轮装入后，行星轮之间不能碰撞。这里主要是按照这些条件的定义和要求，推导具体的公式。4.2行星齿轮均载装置设计为什么行星齿轮需要均载装置，这是因为在行星轮系中，中心轮同时与多个行星齿轮啮合，由于制造误差，在与多个齿轮同时啮合的过程中，很容易出现载荷不均的现象，会影响到齿轮的载荷，如果过分偏载，会影响齿轮的可靠性。（1）浮动构件均载装置所谓“浮动构件”是在行星轮系中，有一个或两个基本构件的径向位置没有固定，而是靠工作时各行星轮的作用力自由浮动。由于行星轮是对称布置的，当浮动构件处于平衡位置时，其载荷也是平衡的。（2）悬臂支撑均载结构是利用悬臂梁端部在受载时，会产生一定变形的原理，使行星轮间的载荷分配均匀。（3）弹性元件均载结构是在行星轮系中，设置柔性较大的弹性元件来使各行星轮载荷分布均匀。这里主要是按照参考教材上的例图，来对具体的设计装配图进行结构分析和讲解。5，作业安排与课后反思课后反思：行星轮系齿数选配的条件有哪些？行星齿轮为什么需要进行均载设计？具体的均载设计有哪些基本类型？。6，课前准备预习指定参考教材8.5,8.6。综合举例（3学时）1、教学目标通过综合举例，将机构设计所学主要内容：按照实际要求，进行平面机构的型式比较选择与综合，尺寸综合的相关知识串起来讲，巩固学生所学相关的知识，以及在具体应用中，应注意的问题。2，教学方法：采用多媒体教学，主要采用课堂讲授法、根据所讲内容，采用提问法、互动讲授法等方法进行教学、PPT与黑板板书结合使用。3,主要知识点和难点主要知识点:按照实际的需要，如何进行机构的基本型式选择，机构的尺寸设计与综合。主要难点：机构的合理选性与尺寸的综合计算。4，主要教学内容与过程是以一个压延拉伸机构为设计对象，按照压延拉伸机构的工艺要求，需要完成工件的压紧与拉伸两个动作，对功能进行分析后，确定需要两套机构才能共同完成。图3-24工艺动作循环图按照工艺动作要求，将机构分为拉伸机构与压紧机构两部分，分别进行设计。对压紧机构，要求长时间基本处于压紧位置不动，按照其动作特点，可找出如下机构可作为备选的机构形式：最后经过对机构具体特点的分析，决定选取机构C作为基本型式。由于冲压拉伸机构需要急回特性，且机构的运动曲线不是对称曲线，所以，最简单的四杆曲柄连杆机构是不能满足要求的，可以在6杆机构中选择可能的形式：图3-31六杆机构备选方案按照上述机构类型的特点，通过分析，可以选用方案a。其他机构方案从滑块输出看，实际上都是由简单的四杆机构构成的，所以不能采用。在机构的形式综合部分，主要是通过对具体工艺要求的分析，来找出可能的备选机构形式，在讲课的过程中，主要是需要使学生理解工艺的需求，和这种需求对机构的要求是什么。（2）机构的