平面机构具有确定相对运动条件电子教案

第一篇：平面机构具有确定相对运动条件电子教案

【课题编号】

6—2.2 【课题名称】

平面机构具有确定相对运动条件。【教学目标与要求】

一、知识目标.熟悉平面机构自由度计算公式。.掌握复合铰链、局部自由度和虚约束的情况处理方法。

二、能力目标

能够计算机构的自由度。

三、素质目标

会处理三种特殊情况并计算机构自由度。

四、教学要求.能掌握自由度计算公式。.能够从机构简图中找出三种特殊情况。【教学重点】

自由度计算。【难点分析】

复合铰链是虚约束是学习的难点，只有通过练习解题才得到提高。【分析学生】

首先要看懂机构运动简图的符号，分清复合铰链、局部自由度和复合铰链，然后才能准确地计算出结构的自由度，公式较简单，但分析比较困难。【教学思路设计】

通过大量的习题来锻炼提高，分析判断三种特殊情况，后准确计算机构的自由度。同时要借助于教具来演示自由度。【教学安排】

2学时（90分钟）【教学过程】

一、平面机构的自由度

机构的自由度是指机构具有独立运动的数目，它应当与机构所有能活动构件数的自由度总数和约束构件运动的运动副有关。

一个构件有三个自由度，机构的自由度应当等于除去固定构件外的所有活动构件数(n)的3倍，即3n，但是一个低副Pl连接有2 个约束，一个高副(Ph)连接有1个约束，所以总约束数为(2Pl+Ph)，整个机构的自由度应为：

F=3n—2Pl—Ph

例如：一个由三个构件用铰链连接起来的机构，起自由度为F=3n—2Pl—Ph=3×(3—1)—2×3—0= 0，即机构没有自由度，不能运动,成为一个刚体。如果改成4个构件，则机构的自由度为F=3×(4—1)—2×4—0= 1，如果改为5个构件，机构的自由度为F=3×(5—1)—2×5—0=2。

二、机构具有确定相对运动的条件 只有一个自由度的机构，只要机构有一个主动件，则整个机构即便有确定的一个运动；同理机构的自由度为2时，必须要给定机构二个主动件，机构才能具有确定的运动。可以借助教具来演示证明计算的结果。因此得出机构具有确定相对运动的条件是主动件数W等于机构的自由度F。依此可以用来确定机构所需要的主动件数。三、三种特殊情况影响自由度计算结果

1.复合铰链 三个构件用一个铰链连接在一起，如图2—8所示，实际上它有两个传动副，计算转动副数时应当用铰链的构件数m减去1才是转动副数，即(m—1)。这里应当注意的是m只与构件数有关，如果连接件是固定的机架，也应当包括进去，即与构件是否活动无关。

2.局部自由度 如图2—9所示，从动件局部安装一个小滚子，以减小接触点的磨损，它改善局部运动状态，对整个机构的自由度没有影响，如果计算时不把它去掉，则会影响机构的自由度计算。一般将它与从动件固定，当成一个构件。

3.虚约束 由于机构运动的需要，许多构件对机构的自由度没有任何作用，计算自由度时，要把这些虚假的约束舍去。常见的虚约束有以下三种：

1)两个构件只能有一个转动副或移动副，其余均为虚约束，如图2—9a所示。

2）两连接件上的点的运动轨迹与机构上某连接杆件点的轨迹重合时，该连接杆件为虚约束，如图2—10b所示，表明MN的存在是结构需要，对机构的运动没有影响，计算机构自由度时应当去掉。

3)对称部分在机构件中起平衡作用，计算自由度时也应去掉，如图2—11所示，自行车的左右脚踏板从动件的角度看，只要有一个就可以，但实际上用两个，起对称平衡作用。

自由度的计算要通过实例来提高教学效果，如P63的2—4题： a图，其中有一个局部自由度，活动构件数为3，低副为3个，高副为1个，F=3×3—2×3—1= 1。

b图，其中有一处为3个构件的复合铰链，活动构件为5个，低副为7，高副为0，F=3×5—2×7—0= 1。

C图，其中有一处为3个构件的复合铰链，有3个油缸为移动副，其活动构件数为9，低副为12个，F=3×9—2×12= 3。

d图，其中有一处为局部约束，有一处复合铰链，有一处虚约束，活动构件数为6，低副为8，高副为1，F=3×6—2×8—1= 1。

e图，其中有两处局部约束，一处虚约束，一处复合铰链，活动构件数为6，低副为8，高副为1，F=3×6—2×8—1= 1。

四、小结.研究机构的自由度是为了设计新机构时确保机构的活动度能满足使用要求。.机构的活动度与活动构件数目，与高、低运动副的多少有关。3.计算机构自由度时，要注意复合铰链、局部自由度和虚约束的因素，必须去掉这些因素后才能准确计算出机构的自由度。

五、布置作业 P63 2—

4、5

第二篇：教案平面机构的自由度

平面机构的自由度

【教学目的】

1、掌握运动链成为机构的条件。

2、熟练掌握机构自由度的计算方法。能自如地运用自由度计算公式计算机构自由度，尤其是平面机构的自由度。

【教学内容】

1、引出自由度的概念，明确自由度和约束的关系；

2、推导自由度计算公式，并加以举例说明；

3、学会利用公式计算平面机构的自由度。

【教学重点和难点】

1、机构自由度的计算

【教学方法】

1、课堂以讲授为主，结合实物文件进行分析讲解。

2、注重师生交流，提倡师生互动，上课时细心观察学生的反应，课间与学生交谈，了解学生的掌握情况，根据反馈的信息，适当地调整授课内容和方法等。

【教学内容】

1、概念：平面机构的自由度——机构具有确定运动的独立运动参数称为机构的自由度。

2、自由度的引入

构件的独立运动称为自由度。一个作平面运动的自由构件具有3个独立的运动，见图1。

图1平面自由度

即沿x轴、y轴移动及绕垂直于xoy面的轴线的转动。

构件组成运动副后，其运动就受到了约束，其自由度数随之减少，不同类型的运动副带来的约束不同。

如图2移动副中，限制了2相对1沿垂直于导路的移动及相对限制转动，引入两个约束。

如图3中转动副限制了2相限制1沿x轴y轴移动，引入两个约束。

如图4高副中，限制了2相对1沿法线轴的移动，引入一个约束。

图4 高副及表示符号 自由度公式的推导

如设平面机构共有n个活动构件（不包括机架），当此机构的各构件尚未通过运动副联接时，显然它们共有3n个自由度。

当两构件构成运动副之后，它们的运动就将受到约束，其自由度将减少，假设各构件间共构成了pL个低副和pH个高副，自由度减少的数目等于运动副引入的约束（2pLpH）。于是，该机构的自由度应为

F3n2pLpH3n2pLpH（1）自由度的计算

图5平面四连杆机构

图6平面五连杆机构

（1）三个活动构件，四个低副，零个高副。

F332401

（2）四个活动构件，五个低副，零个高副

F=3?42?50=2

总结：

平面机构自由度的计算是教学中的重点和难点，计算自由度时需要找准活动构件的个数，注意低副和高副的约束，然后进行计算。

第三篇：构件、运动副与平面机构机械基础电子教案[模版]

机械基础电子教案

6.1 构件、运动副与平面机构

【课程名称】

构件、运动副与平面机构 【教材版本】

栾学钢主编。机械基础（多学时）。北京：高等教育出版社，2010 栾学钢主编。机械基础（少学时）。北京：高等教育出版社，2010

【教学目标与要求】 一．知识目标

了解运动副类型、构件和运动简图。二．能力目的

1． 能够判断低副和高副的不同，区分构件和零件。2． 能读懂机构运动简图。三．素质目标

了解运动副的作用，读懂机构运动简图，了解机构的传动过程。四．教学要求

熟悉低副和高副的结构，了解构件和零件的不同，能读懂机构运动简图。【教学重点】

低副和高副的结构特点，机构运动简图。【难点分析】

机构运动简图的表示法。【教学方法】

讲授为主，配合教具课件演示，最后归纳总结。【学生分析】

从机械零件的静止运动转变到常用机构的教学内容，是一个由静向动的变化过程，要从运动的角度出发来启发学生学习本章的内容就比较容易。同时要从具体的构件抽象出简图来研究运动特点，这也是要改变学生思路的方式。在讲课时，一定要把这些特点先告诉学生，以便更快地适应新的教学内容。【教学资源】

1． 机械基础网络课程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吴联兴主编。机械基础练习册。北京：高等教育出版社，2010。【教学安排】

2学时（90分钟）【教学过程】

一． 开始常用机构一章的学习，机构的特点是运动的，所以要从运动的角度出发来研究和分析机构，这样就比较容易理解掌握。要习惯于机构简图的表示内涵及它表示的构件运动特点。如书中图6－

9、10所示。机构的种类很多，本书只介绍平面连杆机构，凸轮机构和间歇运动机构，其共同特点是将主动件连续的匀速转动通过机构转化成断续或不均运的各种运动型式，以满足实际工作场合的需求。二． 新课讲授

1．首先要和学生共同回忆机构的定义，即构件的组合与构件之间具有相对的运动，如果没有相对的运动，就不成机构。接着要讲明连杆的含义，即长度与横截面之比值较大才成为杆，杆之间用运动副（如销轴或滑道）连接。然后再介绍何为平面，即四个杆件的运动都在一个平面内或者在相互平行的平面内才称之为平面连杆机构。开始讲授时，一定要把基本概念阐述严密完整。高低运动副的区别在于是面或是点线接触，多举例说明，如板擦与黑板之间是面接触，而粉笔与黑板是点接触；滚动轴承是点线接触的高副连接，滑动轴承的曲面接触的低副连接。

2．运动副

按接触状态分为点、线接触的高副，面接触的低副。低副又分为曲面接触的转动副，平面接触的移动副。3． 构件

构件可以是一个零件，更多的是多个零件的组合体。构件可分成机架、原动件和从动件三种。构件两端的运动副可以是转动副、移动副或高副。4．平面机构运动简图

只应用一些简单的苻号按一定的比例确定运动副和构件的相对位置，表示机构各构件间的运动关系的图形称平面机构运动简图。画图的步骤是：

找出原动件－传动构件－执形构件－机架－确定运动副的类型－选比例尺－用直线或曲线连接运动副。

三．小结

1．平面连杆机构的功能是将连续匀速的转动转化为非匀速的断续或其它运动型式，满足不同的工作环境要求。

2． 读懂运动副的表示苻号和平面机构运动简图。四．作业布置

【课后分析】

第四篇：平面连杆机构机械基础电子教案

机械基础电子教案 6.2 平面连杆机构

【课程名称】平面连杆机构 【教材版本】

栾学钢主编。机械基础（多学时）。北京：高等教育出版社，2010 栾学钢主编。机械基础（少学时）。北京：高等教育出版社，2010

【教学目标与要求】 一．知识目标

1.了解铰链四杆机构的组成和三种基本型式的运动特性与应用。2.熟悉曲柄存在条件的判别方法。3.了解含有一个移动副的四杆机构。

4.了解铰链四杆机构的运动特性―急回特性和死点。二．能力目的

1． 能够判断四杆机构是否存在曲柄？并根据已知条件确定四杆机构的具体型式。2． 熟悉含有一个移动副的四杆机构和三种基本型式的运动特性及应用场合。三．素质目标

1． 了解四杆机构的运动是将连续匀速的转动转变成变速的摇动或其他型式的运动机构，实现运动型式的转化。

2． 熟悉三种常见的四连杆运动的基本型式的特点。

3． 能够根据曲柄存在条件及取不同构件作为机架来判断出不同的四杆机构。

四．教学要求

1． 熟悉低副接触四杆机构的运动特点和的组成条件。

2． 能够判断四杆机构是否存在曲柄和该机构的基本型式。掌握三种机构的应用场合。【教学重点】

1． 四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆型式的确定。2． 熟悉三种基本型式的运动特点及应用场合。【难点分析】

1． 高、低运动副的区分和四杆机构基本型式的判断。

2． 急回特性的形成，要借助于教具或实物演示，最好请同学上台自己体验。3． 死点的形成条件是曲柄摇杆机构中以摇杆作为主动件才可能出现，如果学生有自己使用过缝纫机请他谈谈使用的感受最好。在理论上要用力矩的大小等于力与力臂的乘积来决定，如果力臂为0，则无论力有多大，则力矩仍为0。【教学方法】

讲授为主，配合教具课件演示，最后归纳总结。【学生分析】

从机械零件的静止运动转变到常用机构的教学内容，是一个由静向动的变化过程，要从运动的角度出发来启发学生学习本章的内容就比较容易。同时要从具体的构件抽象出简图来研究运动特点，这也是要改变学生思路的方式。在讲课时，一定要把这些特点先告诉学生，以便更快地适应新的教学内容。【教学资源】

1． 机械基础网络课程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吴联兴主编。机械基础练习册。北京：高等教育出版社，2010。【教学安排】

4学时（180分钟）【教学过程】

一．

开始常用机构一章的学习，机构的特点是运动的，所以要从运动的角度出发来研究和分析机构，这样就比较容易理解掌握。要习惯于机构简图的表示内涵及它表示的构件运动特点。如书中图6-3所示。机构的种类很多，本书只介绍平面连杆机构，凸轮机构和间歇运动机构，其共同特点是将主动件连续的匀速转动通过机构转化成断续或不均运的各种运动型式，以满足实际工作场合的需求。二． 新课讲授 1．平面连杆机构

首先要和学生共同回忆机构的定义，即构件的组合与构件之间具有相对的运动，如果没有相对的运动，就不成机构。接着要讲明连杆的含义，即长度与横截面之比值较大才成为杆，杆之间用运动副（如销轴或滑道）连接。然后再介绍何为平面，即四个杆件的运动都在一个平面内或者在相互平行的平面内才称之为平面连杆机构。开始讲授时，一定要把基本概念阐述严密完整。高低运动副的区别在于是面或是点线接触，多举例说明，如板擦与黑板之间是面接触，而粉笔与黑板是点接触；滚动轴承是点线接触的高副连接，滑动轴承的曲面接触的低副连接。2．铰链四杆机构

凡是由四个杆件组成的机构即是四杆机构，它必定有固定不动的机架和两个与机架相连的连架杆，另一个不与机架相接触的杆件即为连杆。由于杆件的长度不一，但总能找出其中最短的杆件，将最短杆与其中最长杆的长度之和与其它两杆长度之和的比较，一定能得出如果大于其它两杆长度之和，则此机构取不同的杆件作为机架，将会出现曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构等三种不同型式。曲柄即能绕机架的固定转轴作整周转动，而摇杆只能绕机架作某个角度范围内的摆动。3． 双曲柄机构如果双曲柄的长度相等，又可以根据双曲柄的运动方向是否相同或相反分成二种运动特性。

讲课中重点要结合中职学生的职业特点讲述机构的应用实例，理论要贴近实际，应用到生产实践中，加深学生的记忆，也使学生学以致用，为用而学，才能调动学生的学习主动性。

4． 含有一个移动副的四杆机构

常用曲柄滑块机构，把转动转化成移动，如冲压机。

5． 铰链四杆机构的运动特性

急回特性

从演示中先让学生得出结论入手再按书中图6-28来分析，着重注意虽然摇杆的行程往返一样长，但曲柄转过的圆心角都不相等，由于曲柄作等角速运动，走过的圆心角所需要的时间就长，反之所需要的时间就短，在相同的行程中，时间长的其移动的速度必然就慢，反之必然就快，这就导致在摇杆的往返两个行程产生了不同的行走速度，即一快一慢，出现了快速的回程，这正是机械中空行程所需要的，它可以缩短非工作时间。称为回程的急回特性。

压力角

压力角的大小影响到从动件的运动受力状况，压力角与传动角互成90度，传动角的大小由连杆和摇杆的夹角组成，在运动中容易观察，所以常用传动角的大小来控制。

死点

死点形成的前提是在曲柄摇杆机构中以摇杆作为主动构件，而当摇杆在两端极限位置时，极位夹角成0°或180°时，曲柄的力臂为0，此时无论施加多大的作用力，曲柄都不可能转动，称之为死点位置。解决死点位置的方法是加惯性轮，靠惯性的作用冲过死点，或者采用机构错位排列的方法，如图6-17所示。反之也可以利用死点来作有用的工作，如作夹具或飞机起落架。三．小结

1．平面连杆机构的功能是将连续匀速的转动转化为非匀速的断续或其它运动型式，满足不同的工作环境要求。

2．平面连杆机构主要由低副联接而成的四杆机构，根据组成条件，可以分为曲柄连杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构，这主要取决于四杆机构中是否存在曲柄，并取何杆件作为机架来决定。

3． 双曲柄还可以根据两曲柄的特点进一步细分，但不必讲的过深，简单了解就可以。4． 急回特性是曲柄摇杆机构运动的特点，具有一定的实用价值。死点产生于以摇杆作主动构件的前题。四．作业布置

【课后分析】

第五篇：间歇运动机构机械基础电子教案

机械基础电子教案（26）6.4

间歇运动机构

【课程名称】

间歇运动机构 【教材版本】

栾学钢主编。机械基础（多学时）。北京：高等教育出版社，2010 栾学钢主编。机械基础（少学时）。北京：高等教育出版社，2010 【教学目标与要求】

一．知识目标

熟悉棘轮机构和槽轮机构的组成及运动特点。二．能力目标

熟悉常用棘轮机构与槽轮机构的间歇运动特性。三．素质目标

能够分析棘轮机构和槽轮机构的运动特点和应用实例，培养善于理论联系实际的思维方式。四．教学要求

了解常用间歇运动机构的运动特点与应用。【教学重点】

棘轮机构和槽轮机构的运动特点。【难点分析】

棘轮机构和槽轮机构运动特点比较。【教学方法】

应用课件、教具进行动态演示，分析间歇运动机构的运动特点。【学生分析】

1． 实物与课件、教具的演示将会提高学生的学习兴趣，增强感性认识，提高教学效果。

2． 注意从演示中让学生比较各种间歇运动机构之间的特点。【教学资源】

1． 机械基础网络课程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吴联兴主编。机械基础练习册。北京：高等教育出版社，2010。3． 教具、实物或课件。【教学安排】

2学时（90分钟）【教学过程】

一． 导入新课运动

除了凸轮机构和四杆机构外，还有几种机构可实现间歇运动。

二． 新课讲授

1． 棘轮机构与槽轮机构

从教具或课件的演示入手，比较得出这二种机构的各自组成，主动轮作连续的匀速转动，转化成间歇断续的棘轮和槽轮的运动，所不同的是棘轮的转角比较小，一般不大于45°，而槽轮的转角只能是90°，60° 和45°几种，不能作任意调整。所以可根据从动轮的转角大小，选择对应的间歇运动机构。2． 棘轮机构

由棘轮和棘爪组成，只能棘爪带动棘轮作间歇运动。间歇运动的角度等于棘轮被拨过的与棘轮每一个齿所对应的中心角度的乘积。棘轮的齿数越多，对应的中心角度越小；反之越大。

棘轮机构分为外接和内接式。为防止棘轮反转，应在棘轮上安装止回棘爪。止回棘爪在起重机构中是必不可少的辅助元件，它保证了重物不致于自动下落。

可翻转的棘爪可使棘轮获得双向运动；双棘爪棘轮机构，可使棘轮的运动速度增加一倍。

3．棘轮机构的主要参数

主要参数由齿数、齿距、模数、齿面倾角组成。4．槽轮机构

槽轮机构的结构由槽轮和销组成，分单拨销和多拨销，单拨销每转动一圈，拨动槽轮转过一个径向槽，如4个槽的槽轮，即转过90度。拨销所在的拨盘与槽轮上都有锁住弧，保证槽轮不会逆转。5．槽轮机构的主要参数

主要参数有槽数、拨销数和运动系数。

三．小结

间歇运动机构是将连续转动转变成间歇的运动，按间歇运动的特点，可选用棘轮机构或槽轮机构，前者从动轮的转角可以在小范围内随意调整，而且转角较小；后者转角成固定的90°，60°和45°，不能任意调整。

四．布置作业

【课后分析】