《机械零件与机构的分析及选用》单元教学设计

《机械零件与机构的分析及选用》课程

第1单元

教案

（~学年第学期）

单元名称：常用机构认知

开课单位：机械学院

制定人：_______王丽梅____________

合作人：南玉华朱国龙

制定时间：_________________________

四平职业大学

《机械零件与机构的分析及选用》课程教案

单元教学学时2

单元标题：常用机构认知

在整体设计中的位置第1次

授上

课课周月日第节至上课

班时周月日第节地点

级间

能力目标知识目标素质目标

1.始终保持积极

1.了解机器的组成向上的职业精神

教

1.了解本课程的内容、性质和任务及其特征和终身学习的态

学度。

2.掌握机械、机器、机构、构件、零2.熟悉机构、构件、

目2.对待工作认真

标件的概念零件、部件的概念负责。

3.了解几种典型机器的组成、原理及其区别3.与团队成员进

行人际交流、思想

沟通、获取信息。

能

力

训任务1：本课程的性质、地位和发展趋势

练任务2：认知机械

任

任务3：了解典型机器

务

案例1：古代机器：东汉“水排”、晋代“连磨”。

案案例2：现代机器：数控车床、中国首艘航母辽宁号。

例

案例3：未来机器：神州九号载人飞船、焊接机器人。

和

案例4：自动洗衣机

教

学案例5：旋转木马

材案例6：内燃机

料案例7：颗式破碎机

资料：教材《机械设计基础》

仪器、设备：多媒体机房、模型、教学视频

单元教学进度

教学内容及时间

步骤教师活动学生活动

能力/知识目标（分钟）

自我介绍和课程介绍

1、介绍本课程的性质、地位和发展趋

1（导入

讲授听讲10

新课）势等。

2、介绍本次课的知识目标、能力目标

和素质目标。

任务导入：让同学们举出生活中机器讲授

2（告知）发言5

或机构的实例，师生互动。演示

任务1：本课程的性质、地位和发展讲授

3（操练）听讲10

趋势演示

任务2：认知机械

讲授听讲

4（深化）介绍古代机械、现代机械、未来机械。30

演示讨论

介绍机械、机器、机构、构件、零件

5（归纳）讲授观看15

等概念；介绍机器的分类和组成。

任务3：典型机器结构分析

讲授听讲

6（训练）通过以上典型机器实例，让学生熟悉15

演示观看

机器的原理、组成等。

小结：

1.本课程性质、地位、发展趋势。

7（总结）讲授听讲5

2.认知常见机构

3.机械设计的基本要求和一般过程

作业

课后

多举实际生活中常见的机械实例

体会

机构是具有确定相对运动的各种实物的组合，它只符合机器的前两个特

征。

任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。

机枸一能缚用来传递运动和力取改变运动形式的多件

实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、

齿轮机构等'o种类有限

机嘱—根据某科具体使用要求而设计蚪多件实物的组合体o

如：健纫机、洗衣机、各类机床、运输车柄、农用

机器、起重机等。

机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但

具有相同的基本特征C

知识

链接

图1

机器的分类：

原电机

种类有PR

工作机-完成专用功（如机床等）种#券■梦

工作机的组成：

原做部分一工作机动力的来源，最笊见的是电动机

和内凝机O

工作部分-完成预定的动作，位于传动路线的终点。

传动部分一联接原动机和工作部分的中间部分。

控制部分一保证机器的启动、停止和正常协诵I动作。

《机械零件与机构的分析及选用》课程

第2单元

教案

（~学年第学期）

单元名称：平面机构运动简图

开课单位：机械学院

制定人：_______王丽梅____________

合作人：南玉华朱国龙

制定时间：________________________

四平职业大学

《机械零件与机构的分析及选用》课程教案

单元教学学时2

单元标题：平面机构运动简图

在整体设计中的位置第2次

授上

课课周月日第节至上课

班时周月日第节地点

级间

能力目标知识目标素质目标

1.始终保持积极

1.学生能说出运动副的概念，辨别运向上的职业精神

1.平面机构自由度

教动副的类型。和终身学习的态

学的概念度。

2.学生能就具体的机械（器）数出运

目2.运动副的概念2.对待工作认真

标动副和活动构件的数目。负责。

3.机构运动简图的

3.学生能用标准的符号正确绘制机3.与团队成员进

绘制

构运动简图。行人际交流、思想

沟通、获取信息。

能

力

训任务1：平面机构的自由度

练任务2：运动副的概念、类型及特点

任

任务3：平面机构的运动简图绘制

务

案例1：凸轮机构运动副分析

案

例案例2：齿轮机构运动副分析

和案例3：绘制内燃机的机构运动简图

教案例4：绘制鳄式破碎机的运动简图

学

案例5：绘制偏心泵的运动简图

材

料案例6：绘制如图所示游梁抽油机主体机构的运动简图

资料：教材《机械设计基础》

仪器、设备：多媒体机房、模型、教学视频

单元教学进度

教学内容及时间

步骤教师活动学生活动

能力/知识目标（分钟）

复习上次课内容

1（导入

告知学生本次课需要解决的主要问题讲授听讲10

新课）

及需要达到的教学目标

展示：内燃机机构运动简图

讲授

2（告知）以提问的形式引入课题：平面机构运发言5

演示

动简图

任务1：平面机构的自由度

介绍自由度的概念。讲授

3（操练）听讲10

进行自由度动画演示演示

任务2：运动副的概念、类型及特点

以凸轮、齿轮机构为例，介绍高副和讲授听讲

4（深化）30

低副的概念，判断方法。演示讨论

常用运动副符号。

任务3：平面机构的运动简图绘制

了解常用机构运动简图符号

（归纳）讲授观看15

5介绍常用机构运动简图绘制的思路和

步骤

案例1：绘制内燃机的机构运动简图

案例2：绘制鳄式破碎机的运动简图

讲授听讲

6（训练）案例3：绘制偏心泵的运动简图15

演示观看

案例4：绘制如图所示游梁抽油机主

体机构的运动简图

小结

1.运动副及其分类

7（总结）讲授听讲5

2.平面机构的运动简图

作业

课后

多举实物的例子，多用多媒体课件演示，使学生对实际的运动的连接属于何种运动副

体会

能够准确的分析

构件(Member)：运动的单元；机构(Mechanism)是由构件组成的，各构件之

间具有确定的相对运动；平面机构(PlanarMechanism)所有构件都在同一

平面或相互平行的平面内运动的机构。

一个作平面运动的自由构件具有三个独立的运动，构件相对于参考系的独

立运动称为自由度。机构是由许多构件组成的，机构的每个构件都以一定的方

式与某些构件相互连接。这种连接不是固定连接，而是能产生一定相对运动的

连接。两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。

a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动(三个条件，缺一不可)

图2平面运动刚体的自由度

运动副的类型及其特点(KinematicPairClassification)：

平面机构中，由于运动副将各构件的运动限制在同一平面或相互平行的平

知识面内，故这种运动副也称为平面运动副。根据构件间接触形式的不同，平面运

动副可分为低副和高副。

链接

低副一一两构件通过面接触组成的运动副。根据两构件间相对运动形式的

不同，常见的平面低副有转动副和移动副两种。转动副一两构件间只能产生

相对转动的运动副，又称回转副或钱链。移动副一一若组成运动副的两构件只

能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。如图3所示。

高副一两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。

《机械零件与机构的分析及选用》课程

第3单元

教案

（~学年第学期）

单元名称：平面机构的自由度

开课单位：机械学院

制定人：_______王丽梅____________

合作人：南玉华朱国龙

制定时间：_________________________

四平职业大学

《机械零件与机构的分析及选用》课程教案

单元教学学时2

单元标题：平面机构的自由度

在整体设计中的位置第3次

授上

课课周月日第节至上课

班时周月日第节地点

级间

能力目标知识目标素质目标

1.始终保持积极

1.平面机构自由度向上的职业精神

教1.掌握平面机构自由度计算公式，并计算公式和终身学习的态

学能准确判断机构运动是否确定2.计算平面机构自度。

目2.掌握复合铁链、局部自由度、虚约由度时应注意的事2.对待工作认真

标束的判断方法项负责。

3.了解系统具有确定运动的条件3.系统具有确定运3.与团队成员进

动的条件行人际交流、思想

沟通、获取信息。

能

力

训任务1：平面机构自由度计算公式

练任务2：计算平面机构自由度时应注意的事项

任任务3：系统具有确定运动的条件

务

案

案例1：圆盘锯机构的自由度计算

例

案例2：凸轮机构的自由度计算

和

案例3：火车车轮机构的自由度计算

教

案例4：机械大筛机构的自由度计算

学

资料：教材《机械设计基础》

材

仪器、设备：多媒体机房、模型、教学视频

料

单元教学进度

教学内容及时间

步骤教师活动学生活动

能力/知识目标（分钟）

复习上次课内容

1（导入

告知学生本次课需要解决的主要问题讲授听讲10

新课）

及需要达到的教学目标

以平面四杆机构的运动情况分析引入

讲授

2（告知）新课：发言5

演示

平面机构自由度计算

讲授

3（操练）任务1：平面机构自由度计算公式听讲10

演示

分析公式的由来，含义。

任务2：计算平面机构自由度时应注

意的事项

讲授听讲

4（深化）案例1：圆盘锯机构的自由度计算30

演示讨论

案例2：凸轮机构的自由度计算

案例3：火车车轮机构的自由度计算

5（归纳）讲授观看15

案例4：机械大筛机构的自由度计算

讲授听讲

6（训练）任务3：系统具有确定运动的条件15

演示观看

总结自由度的计算及其注意事项

25字口诀：

标出复局虚，

7（总结）注意要加减，讲授听讲5

数清可动件，

弄清高低副，

列出计算式。

作业

课后能力目标的实现，以通过各种相关项目的反复训练来达到，力求达到掌握

体会相应的知识和技能。

—'、机构运动简图的绘制(DrawingKinematicSchemeofMechanism)

机构是由若干构件通过若干运动副组合在一起的。在研究机构运动时，为

了便于分析，常常瞥开它们因强度等原因形成的复杂外形及具体构造，仅用简

单的符号和线条表示，并按一定的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明

表示机构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图。

机构运动简图用来表示机构的结构和运动情况，作为运动分析和动力分析

的依据。绘制机构简图应满足如下条件：1)构件数目与实际相同；2)运动副

的性质、数目与实际相符；3)运动副之间的相对位置及构件尺寸与实际机构成

比例。

二、构件的分类及带有运动副元素的构件的图示

1.构件的分类

机构中的构件按其运动性质可分为三类：

(1)机架机架是机构中视作固定不动的构件，它用来支承其它可动构件。

例如各种机床的床身是机架，它支承着轴、齿轮等活动构件。在机构简图中，

将机架打上斜线表示。

(2)原动件已给定运动规律的活动构件，即直接接受能源或最先接受能源

知识作用有驱动力或力矩的构件。例如柴油机中的活塞。它的运动是外界输入的，

链接因此又称为输入构件。在机构简图中，将原动件标上箭头表示。

(3)从动件机构中随着原动件的运动而运动的其他活动构件。如柴油机中

的连杆、曲轴、齿轮等都是从动件。当从动件输出运动或实现机构的功能时，

便称其为执行件。

2.带有运动副元素的构件的图示

运动副以及带有运动副元素的构件的画法见表lo

3.平面机构运动简图的绘制

绘制步骤：1)分清机构由主动件至从动件之间的运动路线；

2)弄清机构构件数目、各构件间的连接关系和机构的运动尺寸；

3)选择一个最能反映机构中各构件之间的运动关系的平面按比

例尺绘制。

机构运动简图应满足的条件：

L构件数目与实际相同

2.运动副的性质、数目与实际相符

3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。

《机械零件与机构的分析及选用》课程

第4单元

教案

（~学年第学期）

单元名称：平面四杆机构

开课单位：机械学院

制定人：_______王丽梅____________

合作人：南玉华朱国龙

制定时间：_________________________

四平职业大学

《机械零件与机构的分析及选用》课程教案

单元教学学时2

单元标题：平面四杆机构

在整体设计中的位置第4次

授上

课课周月日第节至上课

班时周月日第节地点

级间

能力目标知识目标素质目标

1.始终保持积极

1.平面连杆机构概向上的职业精神

教1.能准确判断具体实例属于哪种平

述和终身学习的态

学面四杆机构类型度。

2.平面连杆机构基

目2.熟悉平面四杆机构的基本型式、2.对待工作认真

标本类型负责。

应用及其演化

3.平面连杆机构的3.与团队成员进

演化行人际交流、思想

沟通、获取信息。

能

力任务1：概述

训

练任务2：四杆机构的基本型式及演化

任任务3：平面四杆机构的演化

务

案

例案例1：雷达天线俯仰角调整机构曲柄摇杆机构

和案例2：机车车轮联动机构双曲柄机构

教案例3：码头起重机双摇杆机构

学

资料：教材《机械设计基础》

材

仪器、设备：多媒体机房、模型、教学视频

料

单元教学进度

教学内容及时间

步骤教师活动学生活动

能力/知识目标（分钟）

复习上次课内容

1（导入

告知学生本节课主要需要解决的问题讲授听讲10

新课）

及需要达到的目标

任务1：概述讲授

2（告知）发言5

介绍钱链四杆机构的概念，组成演示

讲授

3（操练）由汽车雨刮器运动原理引入新课听讲10

演示

任务2：四杆机构的基本型式及演化

案例1：雷达天线俯仰角调整机构

讲授听讲

4（深化）曲柄摇杆机构30

演示讨论

案例2：机车车轮联动机构双曲柄

机构

5（归纳）案例3：码头起重机双摇杆机构讲授观看15

任务3：平面四杆机构的演化

曲柄滑块机构

讲授听讲

6（训练）导杆机构15

演示观看

摇块机构和定块机构

偏心轮机构

1.平面连杆机构概述

7（总结）2.平面连杆机构基本类型讲授听讲5

3.平面连杆机构的演化

作业

课后

多媒体教学，采用动画展示平面连杆机构的运动特点，注重启发学生理论

体会

联系实际。

平面连杆机构是由若干构件用低副（转动副、移动副）连接组成的平面机构,

又称平面低副机构。平面连杆机构的特点：运动形式多样，可以实现给定运动

规律或运动轨迹；以圆柱面或平面相接触，承载能力高，耐磨损，制造简便，

易于获得较高的制造精度。缺点：不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为

复杂；当构件数和运动副数较多时，效率较低。

「全转动副的较链四杆机构

按含移动副数目划分V含一个移动副的四杆机构

1含两个移动副的四杆机构

钱链四杆机构

全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面较链四杆机构，简称钱链四杆

机构。

如右图所示，机构的固定构件4称为机架；与

机架用转动副相连接的构件1和3称为连架杆；不岁/

与机架直接连接的构件2称为连杆。若组成转动副、连架杆

知识

的两构件能作整周相对转动，则称该转动副为整转连架中［\'

链接副，否则称为摆动副。与机架组成整转副的连架杆1V

称为曲柄，与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆。

按照连架杆是曲柄还是摇杆，将钱链四杆机构分为三种基本形式：曲柄摇

杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。

曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。

曲柄为主动件时，可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动

转换。摇杆为主动件时，则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。

应用实例：牛头刨床的横向自动进给机构，雷达调整机构，缝纫机

B2___CB____

曲柄摇杆机构平行四边形机构

《机械零件与机构的分析及选用》课程

第5单元

教案

（~学年第学期）

单元名称：较链四杆机构的特性

开课单位：机械学院

制定人：_______王丽梅____________

合作人：南玉华朱国龙

制定时间：________________________

四平职业大学

《机械零件与机构的分析及选用》课程教案

单元教学学时2

单元标题：较链四杆机构的特性

在整体设计中的位置第5次

授上

课课周月日第节至上课

班时周月日第节地点

级间

能力目标知识目标素质目标

1.始终保持积极

向上的职业精神

教和终身学习的态

学理解平面四杆机构

理解平面四杆机构工作特性的工程度。

目

的几个工作特性2.对待工作认真

标应用负责。

3.与团队成员进

行人际交流、思想

沟通、获取信息。

能任务1:较链四杆机构有曲柄的条件

力

训任务2：压力角和传动角

练任务3：急回特性

任

务任务4：死点

案

案例1：简易刨床的急回特性分析

例

和案例2：缝纫机踏板的死点分析

教

案例3：火车轮如何避免死点产生

学

材案例4：飞机起落架利用死点工作资料：

料教材《机械设计基础》

仪器、设备：多媒体机房、模型、教学视频

单元教学进度

教学内容及时间

步骤教师活动学生活动

能力/知识目标（分钟）

复习上次课内容

1（导入

告知学生本节课主要需要解决的问题讲授听讲10

新课）

及需要达到的目标

讲授

2（告知）由牛头刨床运动分析引入新课发言5

演示

任务1：钱链四杆机构有曲柄的条件讲授

3（操练）听讲10

演示

任务2：压力角和传动角讲授听讲

4（深化）30

演示讨论

任务3：急回特性

5（归纳）案例：简易刨床的急回特性分析讲授观看15

任务4：死点

案例1：缝纫机踏板的死点分析

讲授听讲

6（训练）案例2：火车轮如何避免死点产生15

演示观看

案例3：飞机起落架利用死点工作

小结：

平面连杆机构几个工作特性

7（总结）讲授听讲5

的生成操作。

作业

多举实物的例子，多用多媒体课件演示，使学生对实际的运动的连接属于

课后

何种运动副能够准确的分析

体会

1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；

2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条

件）

上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。

当杆长度不变而取不同杆为机架时，可得到不同类型钱链四杆机构。如：

（1）取最短杆相邻构件为机架时，最短杆为曲柄,另一连架杆3为摇杆,

故图a所示两个机构均为曲柄摇杆机构。

（2）取最短杆为机架，其连架杆2和4均为曲柄,故图b所示为双曲柄机

构。

（3）取最短杆的对边为机架，两连架杆和都不能作整周转动，故图c所示

为双摇杆机构。

如果钱链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，

则该机构中不存在整转副，无论取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构。

知识急回特性

链接当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速

度，摇杆的这种运动特性称为急回特性。

曲柄摇杆机构中,曲柄转一周有两次与连杆BC共线，该两位置钱链中心A

与C的距离AG、AC?分别最短和最长，因而，GD、C2D分别为摇杆CD两个极限

位置，简称极位。摇杆在两极限

位置的夹角V称为摇杆的摆角。

曲柄由AB】顺时针转到AB2

时，曲柄转角（pi=i80+e,摇杆由

极位CD摆到极位CzD,摇杆摆角

V；曲柄顺时针再转过q）2=180-e

时，摇杆由位置C2D摆回到位置

GD,其摆角仍vo摇杆来回摆

动摆角相同，但对应曲柄转角却不等（中1〉中2）。当曲柄匀速转动时，对应时间不

等（tl〉t2）,即摇杆往复摆动快慢不同。

《机械零件与机构的分析及选用》课程

第6单元

教案

（~学年第学期）

单元名称：二级减速器拆装实训

开课单位：机械学院

制定人：_______王丽梅____________

合作人：南玉华朱国龙

制定时间：________________________

四平职业大学

《机械零件与机构的分析及选用》课程教案

单元教学学时2

单元标题：二级减速器拆装实训

在整体设计中的位置第6次

授上

课课周月日第节至上课

班时周月日第节地点

级间

能力目标知识目标素质目标

1.了解传动装置中各种轴承部件的组合设1.了解减速器各部分1.始终保持积极向

教计特点及其调整方法；的结构，并分析其结上的职业精神和终

学2.通过轴上零件的拆装，了解阶梯轴设计构工艺性。身学习的态度。

目的一般原则；2.了解减速箱各部分2.对待工作认真负

标3.培养分析、判断和正确设计轴承部件的的装配关系和比例关贝。

能力。系。3.与团队成员进行

3.熟悉减速器的拆装人际交流、思想沟

和调整过程通、获取信息。

1.了解铸造箱体的结构。

能

力2.观察、了解减速器附属零件的用途，结构安装位置的要求。

训3.测量减速器的中心距，中心高、箱座下凸缘及箱盖上凸缘的宽度和厚度、筋板厚度、

练齿轮端面与箱体内壁的距离、大齿轮顶圆与箱体底壁之间的距离、轴承内端面至箱内壁

任

之间的距离。

务

4.了解轴承的润滑方式和密封装置，包括外密封的型式，轴承内侧的挡油环、封油环的

作用原理及其结构和安装位置。

(1)拆卸。

案①仔细观察减速器外部各部分的结构。

例

②用板手拆下观察孔盖板，考虑观察孔位置是否恰当，大小是否合适。

和

教③拆卸箱盖

学(2)装配

材按原样将减速器装配好，装配时按先内部后外部的合理顺序进行，装配轴套和滚动轴承

料时，应注意方向，注意滚动轴承的合理装拆方法，经指导教师检查合格后才能合上箱盖，

注意退回启盖螺钉，并在装配上、下箱盖之间螺栓前应先安装好定位销，最后拧紧各个

螺栓。

单元教学进度

教学内容及时间

步骤教师活动学生活动

能力/知识目标（分钟）

复习上次课内容

1（导入

告知学生本节课主要需要解决的问题讲授听讲10

新课）

及需要达到的目标

（1）拆卸。

①仔细观察减速器外部各部分的结

构。讲授

2（告知）发言5

②用板手拆下观察孔盖板，考虑观察演示

孔位置是否恰当，大小是否合适。

③拆卸箱盖

a、用扳手拆卸上，下箱体之间的连接讲授

3（操练）听讲10

螺栓、拆下定位销。演示

b、仔细观察箱体内各零部件的结构和

讲授听讲

4（深化）位置。30

演示讨论

C、测量实验内容了解所要求的尺寸。

d、卸下轴承盖，将轴和轴上零件

5（归纳）一起从箱内取出，按合理顺序拆卸轴讲授观看