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文檔簡介

教案附頁

教學過程

時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

V組織教學

2,新課導入

教學目的

1.了解研究對象及內容、性質和任務、學習

方法;

2.了解機械設計的基本要求和一般過程;

3.理解機械、機器、機構、構件、零件。

教學重點

本課程的內容、性質和任務;掌握基本概念:

機械、機器、機構、構件、零件

教學難點

82,樹立好學習本課程的決心和信心

新課

緒論

§0-1引言

機器是人類為了提高勞動生產率而創造出來的

主要工具,使用機器進行生產的水平是衡量一個國

家的技術水平和現代化程度的重要標志之一。大量

的新機器也從傳統的純機械系統,演變成機電一體

化的機械設備。機器的設計、制造進入了智能化的

新階段。機器的設計制造周期越來越短,對機器的

性能、質量的要求也越來越高,個性化要求越來越

多,機械產品向著高速、精密、重載、智能等方面

發展。

機械的種類繁多,性能、用途各異,但是他們有共同

的特征:我們從它的特征出發,剖析其結構,研究其組成原

理,以達到掌握、運用的目的。

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教學過程

時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

§0—2機器的組成及其特征

一.基本概念

1.機械--機器和機構的總稱;

2.機器的三大特征:

定義:是執行機械運動的裝置

特征:

(1)都是人為的實物組合;

(2)組成機器的各實物之間具有確定的相對運動;講授

(3)能實現能量轉換(如內燃機、電動機、發電機

或渦輪機)或完成有用的機械功(如金屬切削機床、

飛機、汽車、包裝機、運輸機和機械手等)以及實

現信息傳遞和變換(如打印機、繪圖機、復印機、

照相機和放映機)。

凡具備上述三個特征的實物組合就稱為機器,

它可用來傳遞運動和變換運動形式。

3.機構的兩大特征;

1)它們都是由一系列的相對運動單元體所組成。

2)組成機器的各運動單元體之間都具有確定的

相對運動。

4.構件一運動的單元。

5.機械零件一制造的單元。

零件可分為:通用零件和專用零件兩類:

(1)通用零件是在各種機械中普遍采用的零件,如:

螺釘、齒輪、軸承等;

(2)專用零件只出現在特殊機械中,如:汽輪機葉

片、內燃機活塞等。

6.構件與零件的區別及關系:構件可以是由一個或

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

幾個零件組成的剛性結構。

§0-3機械設計的基本要求及一般程序

機械設計的目的是為了滿足社會生產和生活需求,在設

計中應合理確定機械系統功能,增強可靠性,提高經濟性,

確保安全性。機械產品設計應滿足以下幾方面的基本要求。

1.實現預定功能:機器應能實現預定功能,并在規定

的工作條件下、規定的工作期限內能正常運轉。為此,必須

正確選擇機器的工作原理、機構的類型和機械傳動方案,合

理設計零件,滿足強度、剛度、耐磨性等方面的要求。

2.滿足可靠性要求:機械產品的可靠性是由組成機械講授

的零、部件的可靠性保證的。只有零、部件的可靠性高,才

能使系統的可靠性高。機械系統的零、部件越多,其可靠度

越低。為此,要盡量減少機械系統的零件數目,并對系統可

靠性有關鍵影響的零件,必須保證其必要的可靠性。

3.符合經濟合理性:符合經濟合理性要求設計的機械

產品應先進、功能強、生產效率高、成本低、使用維護方便、

在產品壽命周期內用最低的成本實現產品的預定功能。

4.確保安全性要求:要能保證操作者的安全和機械設

備的安全,以及保證設備對周圍環境無危害,要設置過載保

護安全互鎖等裝置。

5.推行標準化要求:機械產品規格、參數符合國家標

準,零部件應最大限度的與同類產品互換通用,產品應成系

列發展,推行標準化、系列化、通用化,提高標準化程度和

水平。

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設計過程列出一個框圖如下:

設計任務書調查研究——開發計劃書

§0-4機械設計基礎課程的內容、性質和任務

一、課程的內容

本課程內容在簡要介紹有關整部機器設計的基本知識講授

的基礎上,重點討論常用機構的組成原理,傳動特點、功能

特性、設計方法等基本知識;重點討論通用機械零件在一般

工作條件下的工作原理、結構特點、選用及設計計算問題。

二、課程的性質

本課程是一門技術基礎課,它綜合運用了工程力學、金

屬工藝學、機械制圖、公差配合等先修課程知識,解決常用

機構及通用零部件的分析設計問題,較之以往的先修課程更

接近工程實際,但也有別于專業課程,它主要是研究各類機

械所具有的共性問題,在機電類專業課程體系中占有重要位

置。

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三、課程的任務和要求

本課程的任務:

1.了解常用機構的工作原理,運動特性及機械設計的

基本理論和方法。

2.掌握通用零件的工作原理、選用和維護等方面的知

識。

3.培養學生初步具有運用標準手冊,查閱相關技術資料

能力,具有通用零件的參數選擇和簡單機械傳動裝置的設計

計算能力。

講授

4.獲得本學科實驗技能的初步訓練。

5.通過本課程的學習為后續專業課程打好基礎。

基本要求:

1.教與學是雙向活動,學生必須配合老師;

2.課堂上做到:

聽課認真;記好筆記;看清演示;

小結

最常用的機構有連桿機構、凸輪機構、齒輪

3,

機構、輪系和間歇運動機構等

機器與機構之間在本質上并無區別,只是研究的

著重點不同。前者強調減輕或代替人們勞動的功能

作用,后者則主要以結構、運動和力作用為研究內

容,而且研究者首先關心的是機構的組成結構與運

動學問題。

機械、機器、機構、構件、零件之間的關系:

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

V組織教學

復習提問

3,1.什么是機械、機器、機構?

2.什么是構件、零件?零件分為哪幾種?

2,新課導入

由復習提問導入新課

新課

79,

教學目的

1.掌握運動副及其分類;

2.理解概念:自由度、約束、運動副

教學重點:

掌握平面運動副分類。

教學難點:

平面運動副符號。

第一章平面機構的自由度及機構運動簡圖

板書

本章簡介:1.運動副及其分類2.平面機構運動簡圖

的繪制方法。3.自由度的計算

§1-1平面機構運動副及其分類

一、構件及其自由度

1.構件的自由度:構件的可能出現的獨立運動數目。

2.平面機構的活動構件,都有3個自由度。

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-X-A)

A

t4

O'-

X

二、約束與運動副

1.約束:當一構件與其它構件相互連接時,其相對

運動將受到限制,對構件獨立運動所加的限制稱為

約束。板書

2.運動副:

概念.

“(1)運動副:使兩構件直接接觸并能產生一

定相對運動的連接。

(2)平面運動副:組成運動的兩構件只能相

對作平面運動的運動副。

三.運動副的分類

1.低副

兩構件以面接觸的運動副稱為低副。根據它們

之間的相對運動是轉動還是移動,運動副又可分為

轉動副和移動副。

(1)轉動副若組成運動副的兩構件之間只能

繞某一軸線作相對轉動的運動副。通常轉動副的具

體形式是用錢鏈連接,即由圓柱銷和銷孔所構成的轉

動副,如教材1—3圖所示。

f0

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

板書

2

222▲

2

'',1'

(a)(b)

(2)移動副若組成運動副的兩構件只能作

相對直線移動的運動副。如教材圖1-4所示.

活塞與氣缸體所組成的運動副即為移動副。

掛圖

1

12

211

'22

2

平面機構中的低副引入兩個約束,僅保留

一個自由度。

V<T4

2.高副

兩構件以點或線接觸的運動副成為高11。

如教材圖1—5所示,輪齒1與輪齒2組成的高

副中輪齒1沿公法線〃〃方向的移動受到約束,

而齒輪1相對于齒輪2則即可沿接觸點A的切

線〃方向移動,同時還可繞A點轉動。由此可

見,平面機構中的高副引入一個約束,保留了

兩個自由度。

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此外,常用的運動副還有球面副、螺旋副他們板書

都屬于空間運動副,即兩構件的相對運動為空

間運動。

掛圖

四、運動副符號

五、機構中構件的分類及組成

組成機構的的構件,根據運動副的性質可分為

三類:

1.固定構件(機架)機構中用來支撐可動構件

的部分。

2.主動件(原動件)機構中作用有驅動力或驅

動力矩的構件。

3.從動件機構中除主動件以外的運動構件。

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及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

3,小結:本節課學習了以下內容

1.構件的自由度

2.約束與運動副

3.運動副的分類

4.運動副符號

5.機構中構件的分類及組成

作業:

2,

1.18頁1-1、1-2

2.機構中構件分為哪幾類?

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

V組織教學

3,復習提問

1.什么是運動副?包括幾種類型?

2.什么是低副和高副?平面機構中的高副和

低副各引入幾個約束?

2,新課導入

由復習提問導入新課

7,新課

教學目的

1.掌握平面機構運動簡圖的繪制方法。

2.理解概念:機構運動簡圖。

教學重點:

掌握平面機構運動簡圖的繪制方法。

教學難點:

掌握平面機構運動簡圖的繪制注意事項.

§1-2平面機構運動簡圖

一、機構運動簡圖與機構簡圖定義:板書

1.機構運動簡圖定義:在研究機構運動時,為了使問題簡

化,可以不考慮那些與運動無關的構件外形和運動副的具體

構造,僅用簡單線條和符號表示構件和運動副,并按比例定

出各運動副的位置。這種表明機構各構件間相對運動關系的

宋巨玲

?9J

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簡單圖形稱為機構運動筒圖。

二、繪制機構運動簡圖

1.步驟

(1)確定構件的類型和數目

(2)確定運動副的種類和數目板書

(3)合理選擇試圖

(4)選定比例尺,繪制機構運動簡圖

2.注意:

(1)按一定的長度比例尺繪制

(2)用特定的構件和運動副符號繪制

舉例

練習

3,小結

本節課學習了機構運動簡圖的繪制?

2,作業

1.P191-4

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[機構

機構—r干〃?

f構件—零件一

機械L叫包出:二二零件二

機器《機構二《構件二_

[構件零件…

機構…

2'作業:

1.什么是機械、機器、機構?

2.什么是構件、零件?零件分為哪幾種?

課后追記

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

V組織教學

3,復習提問

1.什么是機構運動簡圖?

2.繪制機構運動簡圖應注意什么?

2,新課導入

導語:為使組合起來的構件能產生確定的相對

運動,需要確定機構的自由度和判定機構是否具備

確定運動的條件。

新課

7,

教學目的

1.掌握平面機構自由度的計算

2.掌握機構具有確定運動的條件

3.掌握平面機構自由度的注意事項

教學重點:

熟練掌握平面機構的自由度的計算

教學難點:

準確識別復合錢鏈、局部自由度、虛約束

§1-3平面機構的自由度

一、平面機構的自由度

1.定義:使該機構中各構件相對于機架所具有

的獨立板書

運動的數目。

2.平面機構自由度的計算公式

若機構中有n個可動構件(即不包括機架),在未通

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

過運動副連接前共有3n個自由度。當用P“個低副和

PL個高副接組成機構后,每個低副引入兩個約束,

每個高副引入一個約束,共引人2R+P”個約束,因

此整個機構的自由度為:

F=3n-2P-PH

一、計算機構自由度時應注意的事項

1、復合錢鏈

兩個以上的構件同時在一處用轉動副相聯接就

構成復合錢鏈。由K個構件組成的復合錢鏈,應當

包含有K—1個轉動副。板書

2.局部自由度

在機構中如某構件的運動,并不影響整個機構

的運動,這種與整個機構運動無關的自由度稱為局

部自由度。在計算機構自由度時,局部自由度應除

去不計。相當于將滾子與推桿固結。

3.虛約束

在運動副引入的約束中,有些約束對機構自由

度的影響是重復的,這些在機構中與其它約束重復

而不起限制運動作用的約束稱虛約束,或稱消極約

束。計算機構自由度時應除去不計。

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如下情況出現虛約束:

1)構件上某點軌跡與該點引入約束后的軌跡相

同;

2)兩構件組成多個導路平行的移動副;

3)兩構件組成多個軸線重復的轉動副;

4)機構中對運動無影響的對稱部分。

三.構件系統具有確定運動的條件

1.分析幾種機構的自由度:

a.桁架結構;自由度為0;

b.四連桿機構:自由度為1,給一個主動件,

機構可以得到確定的運動;板書

c.五連桿機構:自由度為2,需要給出兩個

主動件,機構才有確定運動;

2.結論:機構具有確定運動的條件為:

1)自由度F>0;

2)機構的主動件數=F。

3.機構自由度F與機構原動件數W不等

(1)F>W:機構的運動不確定

(2)F<W:機構卡死或導致運動副損壞或構件的

損壞,不能成為機構。

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四.計算機構自由度的實用意義板書

1.判定機構運動設計方案是否合理

2.改進不合理的運動設計方案,使之具有確定

的相對運動

(1)如果設計方案的機構自由度F=0,而設計要

求機構具有一個自由度時,一般可在該機構中適當

位置,用增加一構件帶一平面低副的方法來解決。

(2)對于設計方案中運動不確定的構件系統,可

采用增加約束或原動件的方法使其運動確定,成為

機構:增加一個帶有兩平面低副的構建;也可增加

原動件。

3,3.判定測繪的機構運動簡圖是否正確

小結:

本節課主要學習了機構自由度的計算和機構具

2,有確定運動的條件

作業

1.P191-5>1-6

2.P181-4

課后追憶

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組織教學板書

教學目的

1.掌握平面機構自由度的計算

2.掌握機構具有確定運動的條件

3.掌握平面機構自由度的注意事項

教學重點:

掌握自由度的計算及應用

教學難點:

復合較鏈、局部、自由度虛約束

自由度計算習題課

引言:本章重點是掌握平面機構的自由度的計算,

難點是準確識別復合錢鏈、局部自由度、虛

3,約束,下面具體練習。

一、作業講評

二、習題課

2,

結合習題重點講清:

1、機構具有確定運動的條件

2、復合較鏈

3、局部自由度

4、虛約束

5、自由度的計算

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組織教學板書

復習提問

1.計算機構自由度的公式是什么?

2.機構具有確定運動的條件是什么?

新課導入

導語:

平面連桿機構是一些剛性構件(簡稱“桿”)用轉

動副和移動副連接而成,故又稱平面低副機構。平

面連桿機構種類繁多,運動形式多樣,應用廣泛。

其中最基本、最常用的是四桿機構。本章將著重討

論四桿機構的類型、應用、工作原理、運動特點及

設計問題。

新課

3,教學目的

1.了解平面連桿機構的特點和應用

2.掌握四桿機構的基本形式

3.掌握四桿機構的演化方法

2,

教學重點:

四桿機構的基本形式

教學難點:

四桿機構的演化方法

第二章平面連桿機構

§2-1平面連桿機構的特點和應用

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教學過程

時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

一、變換運動形式板書

二、實現剛體的若干給定位置

三、實現給定的軌跡

四、連桿機構應用和特點

3,

2,

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

V組織教學

2,

復習提問

1.什么是低副?

新課導入

2,導語

由復習提問導入新課

80,新課

教學目標

1.了解平面連桿機構的特點和應用

2.掌握四桿機構的基本形式

3.掌握四桿機構的演化方法

教學重點

四桿機構的基本形式

教學難點

四桿機構的演化方法

第二章平面連桿機構

引言:平面連桿機構是一些剛性構件(簡稱“桿”)

用轉動副和移動副連接而成,故又稱平面低

副機構。平面連桿機構種類繁多,運動形式

多樣,應用廣泛。其中最基本、最常用的是

四桿機構。本章將著重討論四桿機構的類型、

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教學過程

時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

應用、工作原理、運動特點及設計問題。板書

§2-1概述

一.有關的幾個基本概念

連桿機構:構件間只有低副連接的機構成為連桿機

構。

平面連桿機構:所有構件均作平行于某一平面的平

面運動的連桿機構,稱為平面連桿機構。

四桿機構:具有四個構件的(包括機架)低副機構

稱為四桿機構。

錢鏈四桿機構:構件間用四個轉動副相連的平面四

桿機構稱為較鏈四桿機構。

二.平面連桿機構的特點和應用

1.優點

(1)連桿機構中構件間以低副相連,低副兩元素

為面接觸,在承受同樣載荷的條件下壓強較低,因

而可用來傳遞較大的動力。又由于低副元素的幾何

形狀比較簡單(如平面、圓柱面),故容易加工。

⑵構件運動形式具有多樣性。連桿機構中既有

繞定軸轉動的曲柄、繞定軸往復擺動的搖桿,又有

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作平面一般運動的連桿、作往復直線運動的滑塊等,板書

利用連桿機構可以獲得各種形式的運動,這在工程

實際中具有重要價值。

⑶在主動件運動規律不變的情況下,只要改變連桿

機構各構件的相對尺寸,就可以使從動件實現不同

的運動規律和運動要求。

⑷連桿曲線具有多樣性。連桿機構中的連桿,可以

看作是在所有方向上無限擴展的一個平面,該平面

稱為連桿平面。在機構的運動過程中,固接在連桿

平面上的各點,將描繪出各種不同形狀的曲線,這

些曲線稱為連桿曲線。

2.缺點

⑴根據從動件所需要的運動規律或軌跡來設

計連桿機構比較復雜。

⑵在連桿機構的運動過程中,一些構件(如連

桿)的質心在作變速運動,由此產生的慣性力不好

平衡,因而會增加機構的動載荷,使機構產生強迫

振動。所以連桿機構一般不適于用在高速場合。

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

⑶連桿機構中運動的傳遞要經過中間構件,而板書

各構件的尺寸不可能做得絕對準確,再加上運動副

間的間隙,故運動傳遞的累積誤差比較大。

連桿機構是最常用的基本機構之一。它廣泛應

用于各種機械、儀表和機電產品中。如內燃機、鍛

壓機、空氣壓縮機及牛頭刨床中的主要運動的執行

機構;雷達天線俯仰角的調整機構(圖3-2a);縫

紉機、顆式破碎機、拖拉機、液壓鴕機、回轉式油

泵等機器設備中的傳動、操縱機構等都采用連桿機

構。

2-2四桿機構的基本形式及其演化

一、錢鏈四桿機構的基本形式

1.曲柄搖桿機構

2.雙曲柄機構

3.雙搖桿機構

二、錢鏈四桿機構的演化

1.轉動副演化成移動副

(1)一個轉動副轉化為移動副

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(含教師的教學行為及學生的學習行為)

r組織教學板書

2,復習提問

1.較鏈四桿機構有哪幾種基本形式?

新課導入

導語

2,

由復習提問導入新課

新課

80,

教學目標

掌握錢鏈四桿機構有曲柄的條件

教學重點

錢鏈四桿機構有曲柄的條件

教學難點

錢鏈四桿機構有曲柄的條件的應用

§2-3平面四桿機構的基本特性(一)

一、錢鏈四桿機構有曲柄的條件

(1)連架桿和機架中必有一桿為最短桿

(2)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余

二桿長度之和一一錢鏈四桿機構中曲柄存在的必要

條件。

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時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

板書

/\\1

:艮\/*掛圖

dAD

’、、J

圖3-24曲柄存在條件

例2-1如圖3-25所示的錢鏈四桿機構ABCD

中,已知各桿長分別為a=30,b=50,c-40

J=45,試確定該機構分別以AD,AB,CD和BC各桿為

機架時,屬何種機構?

解:因為a+人<c+d,qC

此機構滿足桿長之和條件,因而\

可能有曲柄存在。氣廠12X

1.以最短桿AB的相鄰I'/\

桿AD為機架Ad

2.因連架桿AB與機架AD中有一最短桿AB,故AB

為曲柄。而另一連架桿CD與機架AD中無最短桿,故

教案附頁

教學過程

時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

CD桿必為搖桿。因此該機構為曲柄搖桿機構。板書

3.以最短桿AB的另一相鄰桿BC為機架

此時與上述情況相似,該機構仍為曲柄搖桿機

構。

4.以最短桿AB為機架

兩連架桿BC和AD均滿足曲柄存在條件(1),即BC桿和

機架AB;AD桿與機架AB中均有最短桿AB,故兩連架桿BC,AD

均為曲柄,該機構為雙曲柄機構。

4.以最短桿AB的對邊桿CD為機架

因兩連架桿BC、AD與機架CD中均無最短桿,故兩連架桿

均為搖桿,該機構為雙搖桿機構。

通過此例,可得出以下兩個推論:

⑴不滿足桿長之和條件的錢鏈四桿機構,任何桿

為機架時皆為雙搖桿機構;

⑵滿足桿長之和條件的較鏈四桿機構,當以最

短桿的相鄰桿為機架時,必為曲柄搖桿機構;當以

最短桿為機架時,必為雙曲柄機構;當以最短桿的

對面桿為機架(最短桿為連桿)時,必為雙搖桿機

構。

3,

練習

小結:本節課學習了錢鏈四桿機構有曲柄的條件

教案附頁

教學過程

時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

2,作業:板書

1.38頁2-4

2.38頁2-6

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時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

r組織教學

2'

復習提問

1.錢鏈四桿機構中有曲柄的條件是什么?

3,

導語

由復習提問導入新課

79,

新課

教學目標

1.掌握行程速度變化系數

2.掌握壓力角和傳動角、死點位置

教學重點

行程速度變化系數概念及意義

教學難點

壓力角和傳動角、死點位置概念

§2-3錢鏈四桿機構的基本特性(二)

二.急回特性板書

急回運動特性可用行程速度變化系數表示,即

一d、K

義—_£1_£1_1800+8

也藁"e2180-6

三、壓力角和傳動角

1.壓力角

F與作用點絕對速度Vc之間所夾的銳角a,稱

教案附頁

教學過程

時間教學手段

及教具

(含教師的教學行為及學生的學習行為)

壓力角。板書

2.傳動角:壓力角的余角=90°—a,稱為傳動角。

傳動角越大越好,當戶90°時,傳力特性最好。

1.曲柄搖桿機構

1.2.曲柄滑塊機構

3.擺動導桿機構

cc

掛圖

圖3-26曲柄搖桿機構的急回特性

四、死點位置

當連桿與曲柄共線,傳動角尸0,連桿加于曲柄

的力恰好通過轉動中心,因此無論作用力多大,曲

柄也不能轉動,此位置稱為死點位置。

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掛圖

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