第四版机械基础全单元教案
机械基础(第四版)
绪论（2课时）
【导入】人们的生活离不开机械，在日常生活中都随处可见（例如：螺钉、自行车、汽车、挖掘机），它通常有两类：一类是可以使物体运动速度加快的
称为加速机械（自行车、飞机）；一类是使人们能够对物体施加更大力的
称为加力机械（旋具、机床）。
教学目标：1、本课程的性质、内容、特点及学习方法
2、掌握零件、构件、机构、机器的概念及它们之间的区别与联系和
机器的组成
3、掌握运动副的概念和分类
教学重点难点：1、机器和机构的区分
2、运动副的概念和分类
一、课程概述
1.课程性质
机械基础就是来研究这些机械的一门专业基础课，是为学习专业技术课培养专业岗位能力服务的。
2.课程内容
它包括机械传动、常用机构、轴系零件及液压与气压传动等方面的基础知识。
3.课程任务
学以致用。
二、机器、机构、机械、构件和零件
1.零件和构件
（1）零件：是机器及各种设备的基本组成单元（例如螺母、螺栓），有时也将用简单方式练成的单元件称为零件（如轴承）。
（2）构件：是机构中的运动单元体（如曲柄、连杆）。
（3）两者间的区别和联系
区别：零件是制造单元，相互之间没有运动。
构件是运动单元，相互之间有确定的相对运动。
联系：构件可以是一个独立的零件，也可以是由若干个零件组成
2.机器和机构
（1）机构：是具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递运动和力的构件系统（如带传动机构、齿轮机构）。
（2）机器：是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息，从而代替或减轻人类的体力劳动和脑力劳动（如电动机
手机）。
（3）两者之间的异同点
不同点：机器能代替人的劳动完成有用的机械工或实现能量转换，机构只
能用来传递运动和力而不能做功或实现能量转换。
相同点：都是由构件组成；构件间都具有确定的相对运动。
3.机器的组成
一台完整的机器，通常由四部分组成
动力部分：作用是将其它形式的能量转换为机械能，以驱动机器各部分的运动。
执行部分（工作机构）：机器中直接完成具体工作任务。
传动部分（传动装置）：将原动机的运动和动力传递给工作机构。
控制部分：显示、反映、控制机器的运行和工作。
三、运动副的概念及应用特点
1.运动副：两构件之间直接接触并能产生一定形式相对运动的可动联接。根据接触情况
可分为高副和低副。
（1）低副：两构件间作面接触的运动副。根据运动特征分为转动、副移动副和螺旋副。（2）高副：两构件间作点或线接触的运动副。按接触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触和齿轮接触。
2.运动副的应用特点
（1）低副特点：单位面积压力小，传力性能好，滑动摩擦，摩擦阻力大，效率低。不能传递较复杂的运动。
（2）高副特点：单位面积压力大，两构件接触处容易磨损，制造和维修困难，能传递较复杂的运动。
3.低副机构与高副机构
机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构；机构中至少有一个运动副是高副的机构称为高副机构。
(a)转动副(b) 移动副(c) 螺旋副
四、机械传动的分类(P10)
本章小结1．机器、机构的特征及异同点。
2．构件与零件的概念。
3．机械、机器、机构、构件、零件之间的关系。
4．机器的组成。
5．运动副概念及其分类。
6．高副、低副的应用特点。
7．机械传动的分类。
作业：上述3，4，6
第一章带传动（5课时）
教学目标：1. 掌握带传动的组成及工作原理
2. 掌握V带的主要参数和标记
3. 理解V带传动的安装维护及张紧装置
4. 了解带传动的分类
5. 了解V带的结构和带轮的结构分类
6．了解同步带传动
教学重点难点：1.带传动的工作原理及传动比
2.V带的主要参数和标记
【复习】1.零件和构件的定义及区别和联系
2.机器和机械的异同点；机器的分类
3.运动副的概念及分类
4.高副和低副的概念、分类和特点
第一节带传动的组成、原理和类型
【导入】在日常生活中经常会看到用带传动的场合（例如缝纫机、录音机、跑步机），还有一些机器中也常用到带传动（例如粉碎机、手扶拖拉机）。
这么多用到带传动的场合，那么带传动是由哪几部分组成的？它又是怎
么来传递运动和动力的？
【新授】一、带传动的组成和原理
1.带传动的组成
带传动一般由固连与主动件的带轮（主动轮），固连与从动件的带轮（从动轮）和紧套在
两轮上的挠性带组成。
2．带传动的工作原理
带传动是以张紧在至少两个轮上的带作为中间挠性件，依靠带与带轮接触面间产生的摩擦
力（啮合力）来传递运动与力的。目前，大多数用带传动的都是依靠摩擦力来传递运动和
动力：主动轮通过摩擦力将运动和力传递给带，带有通过摩擦力将运动和力传递给从动轮，
从而实现带传动的正常工作。摩擦力的大小不仅与带和带轮接触面的摩擦系数有关，还与
接触面间的正压力有关。因此，带与带轮之间应有一定的张紧程度，以保证足够的摩擦力。
3．机构传动比i
机构中瞬时输入角速度与输出角速度的比值称为机构的传动比。传动比是机械传动中的一
个重要概念，针对不同的机械传动，具体的表达式会有所不同，但基本概念是相同的。
带传动的传动比就是主动轮转速n1与从动轮转速n2之比，通常用i12表示
i=n1∕n2
从传动比公式可以得出：
当0 当i=1时，机械传动为等速传动（从动轮转速等于主动轮转速）； 当i>1时，机械传动为减速传动（从动轮转速小于主动轮转速）。 机械中常用的是减速传动。 传动比的角标符号的含义要清楚，i12与i21的含义是不同的，在计算中不能混淆。 i12：1为主动轮，2为从动轮，表示轮1与轮2的转速比； i21：2为主动轮，1为从动轮，表示轮2与轮1的转速比。 二、带传动的类型(P13) 第二节V 带传动 一、V 带及带轮 带传动 摩擦型带传动 啮合型带传动：同步带传动 圆带传动 平带传动 V 带传动 普通V 带传动 窄V 带传动 多楔带传动 V 带传动是由一条或数条V 带和V 带带轮组成的摩擦带传动。 1.V 带 （1）外形：V 带是一种无接头的环形带，其横截面为等腰梯形，工作面是与轮槽相接处的 两侧面，带与轮槽底面不接触。 （2）分类：按结构不同可以分为帘布芯和绳芯 （3）组成：由包布、顶胶、抗拉体和底胶 （4）特点：帘布芯：制造简单，抗拉强度高，价格低，应用广。 绳芯：柔韧性好，适用于转速较高的场合。 2.V 带带轮 常用结构有实心式、腹板式、孔板式和轮辐式 基准直径较小时采用实心式带轮，当基准直径大于300mm 时，采用轮辐式带轮 材料: 铸铁,常用HT150、HT200。转速高时：用铸钢、钢的焊接结构低速、小功率时： 用铝合金、塑料。 实心式：当带轮直径d ≤（2.5-3）d S (带轮轴孔直径)采用。 腹板式:当带轮直径d ≤300mm 时采用。 孔板式: 当带轮直径d ≤300mm 时采用。 轮辐式: 当带轮直径d ≥300mm 时采用。 二、V 带传动的主要参数 1、.普通V 带的横截面尺寸楔角ａ为40度（带的两侧面所夹的锐角），相对高度（ｈ∕ｂ p ）为0.7的V 带称为普通V 带。 顶宽b ——V 带横截面中梯形轮廓的最大宽度。 节宽bp ——V 带绕带轮弯曲时，长度和宽度不变的层面称中性层，中性层的宽度称节宽。 高度h ——梯形轮廓的高度 相对高度ｈ∕ｂp ——带的高度与节宽之比 普通V 带已经标准化，按横截面尺寸由小到大分别为Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E 七种型号， 在相同的条件下，横截面尺寸越大，传递的功率越大。 为了保证带传动工作时带和带轮槽工作面接触良好，V 带带轮轮槽角要适当减小些，一般 取34、36、38度。 2．V 带带轮的基准直径d d V 带带轮的基准直径d d ——带轮上与所配用V 带的节宽b p 相对应处的直径。 在带传动中，带轮基准直径越小，传动时带在带轮上的弯曲变形越严重，V 带的弯曲应 力越大，从而会降低带的使用寿命。为了延长传动带的使用寿命，对各种型号的普通V 带带轮都规定了最小基准直径。 3．V 带传动的传动比i d d1——主动轮基准直径，mm d2 1 d n d d2——从动轮基准直径，mm n 1——主动轮的转速，r/min n 2——从动轮的转速，r/min 通常V 带传动比i ≤7，常用2~7 4．小带轮的包角α1 包角——带与带轮接触弧所对应的圆心角。包角的大小反映了带与带轮轮缘表面间接触 弧的长短。两带轮中心距越大，小带轮包角也越大，带与带轮接触弧也越长，带能传 递的功率也越大；反之，带能传递的功率就越小。为了使带传动可靠，一般要求小带 轮包角大于等于120度。 包角计算公式 5．中心距a 中心距——两带轮中心连线的长度。 两带轮中心距增大，使带传动能力提高；但中心距过大，又会使整个传动尺寸不够 紧凑，在高速时易使带发生震动，反而使带传动能力下降。因此，两带轮中心距一 般在0.7~2（dd1+dd2）范围内。 6．带速v 带速太低，传动尺寸大而不经济 带速太高，离心力又会使带与带轮间的压紧程度减少，传动能力降低因此带速一般 取5~25m ∕s 7．V 带的根数Z 根数多，传递功率大,但受力会不均匀，所以带的根数应小于7。 三、普通V 带的标记与应用特点 1．普通V 带的标记 中性层——V 带绕带轮弯曲时，其长度和宽度均保持不变的层面。 基准长度L d ——在规定的张紧力下，沿V 带中性层量得的周长，又称为公称长度。 标记示例： 2．普通V 带传动的应用特点 优点：（1）结构简单，制造安装精度要求不高，使用维护方便，适用于两轴中心距较大 的场合 （2）传动平稳，噪声低，有缓冲吸振作用 （3）在过载时，传动带在带轮上打滑，可以防止薄弱零件的损坏，起安全保护作用。 缺点：（1）不能保证的准确的传动比 （2）外廓尺寸大，传动效率低 d2d11()18057.3d d a α-≈?-?? 四、V带传动的安装维护及张紧装置 1．V带传动的安装与维护 （1）安装V带时，用大拇指将带按下15mm左右，带的张紧程度就达到合适状态。 （2）安装V带时，两轮轴线要平行，两轮槽对称平面应重合，偏角误差小于20' （3）V带在轮槽内要有正确的位置。V带顶面应与带轮外缘表面平齐或略高一些，底面与槽底面应有一定间隙。 （4）在使用过程中应定期检查并及时调整。 （5）为了保证安全生产和V带清洁，应给V带传动加防护罩。 2．V带传动的张紧装置 V带常用的张紧方法有调整中心距法和采用张紧轮法，其中在安装张紧轮时，要安装在松边内侧且靠近大带轮处，目的是不使小带轮的包角减小。 第三节同步带传动简介； 【复习】1.V带的主要参数和型号 2.V带传动比和包角的计算公式 3.V带包角中心距带速和根数对带传动的影响及取值范围 4.V带的标记和应用特点 5.V带安装与维护时的注意事项 6.V带传动的张紧方法 【导入】前面讲到的带传动都是靠带与带轮接触弧上的摩擦力来传递运动和动力的，但有一种带并不是靠摩擦力来传递运动和力的，这就是今天要讲的同步带。【新授】一、同步带传动的特点 同步带是一种啮合传动，依靠带内周的等距横向齿与带轮相应齿槽间的啮合力来传递运动和力，兼有带传动和齿轮传动的特点。 1.带与带轮之间没有打滑现象，.能保证准确的传动比 2.传动效率高，传动比大 3.允许带速高 4.安装时对中心距要求严格 5. 制造要求高，价格较贵 二、同步带传动的应用 同步带传动主要用于要求传动比准确的中、小功率传动中，如计算机、录音机、数控机 床、汽车等。 同步带规格已经标准化，它最基本的参数是节距。 同步带的齿形一般采用渐开线，并用与齿轮加工相似的方法加工。为了防止同步带从带轮上脱落，带轮侧边应装挡圈。 【总结】1．带传动的组成、工作原理。 2．普通V带的结构、主要参数。 3．普通V带传动的标记及应用特点。 4．普通V带传动的。 5．带传动的安装维护及常用张紧装置。 6．窄V带和同步带传动的一般概念。 作业p14练习1—3，p20练习1—7 第二章螺纹传动（5课时） 教学目标 1、了解螺纹类型、特点及应用 2、理解普通螺纹的主要参数，掌握标记方法 3、掌握螺旋传动的应用形式 教学重点难点 1、普通螺纹的主要参数及标记方法 2、差动螺旋传动原理及计算 第一节螺纹的种类和应用 【导入】大家肯定不会对螺纹感到陌生，螺纹是在生活中经常看到的，但螺纹是不是只有咱们看到的这一种呢？如果不是它还有什么样的？又是怎么分的呢？这就是今天要跟大家讲的内容。 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。 【新授】一、按螺纹牙型的不同分类 1.三角形螺纹：又称普通螺纹，牙型为三角形，分为粗牙和细牙两种，广泛用于各种 紧固连接。粗牙的应用最广，细牙的使用于薄壁零件的连接和微调机构的调整。 2.矩形螺纹：牙型为矩形，传动效率高，用于螺旋传动。但牙根强度低，精加工困难， 还未标准化已逐渐被梯形螺纹代替 3.梯形螺纹：牙型是梯形，牙根强度较高，易加工。广泛用于螺旋传动。 4.锯齿型螺纹：牙型是锯齿形，牙根强度较高，用于单向螺旋传动。 二、按螺旋线方向分类及应用 根据螺旋线方向不同，螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。 螺旋线方向的判别： 方法一：右旋螺纹：顺时针旋入的螺纹（或右边高），应用广泛。左旋螺纹：逆时针旋入的螺纹（或左边高）。 方法二：用右手来判定：伸出右手，手心对着自己，四指与轴线平行，看螺纹的倾斜方向是否与大拇指的指向一致，一致就为右旋螺纹，不一致就为左旋螺纹。 三、按螺旋线的线数分类及其应用 根据螺旋线的线数（头数），分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。 单线螺纹：沿一条螺旋线所形成的螺纹，多用于螺纹连接。 多线（双线）螺纹：沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹，多 用于螺旋传动。 四、按螺旋线形成的表面分类 根据螺旋线形成的表面，分为内螺纹和外螺纹。 第二节普通螺纹的主要参数 【导入】上节课讲了那么多的螺纹，它们在加工的时候肯定要根据不同的尺寸加工，那么应该知道哪些尺寸呢？我们叫这些尺寸为螺纹的参数。 【新课】一、螺纹的直径 1.螺纹的直径分为大径、中径和小径 普通螺纹的大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。 内螺纹的大径用代号D表示，外螺纹的大径用代号d表示。螺纹的公称直径是指代表螺纹尺寸的直径。 普通螺纹的公称直径是大径。 2. 小径 普通螺纹的小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。 内螺纹的小径用代号D1表示，外螺纹的小径用代号d1表示。 3. 中径 普通螺纹的中径是指一个假想圆柱的直径，该圆柱的素线通过牙型上的沟槽和凸起宽度相等的地方。该假想圆柱称为中径圆柱。内螺纹的中径用代号D2表示，外螺纹的中径用代号d2表示。 二、牙型角 牙型角是指在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角。 普通螺纹的牙型角a。牙型半角是牙型角的一半，用代号a/2表示。 牙侧角是指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。 三、螺距和导程 1. 螺距（P） 螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 2. 导程（P h） 导程是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 3.螺距、线数、导程之间的关系 单线螺纹的导程就等于螺距 多线螺纹的导程等于螺旋线数与螺距的乘积 即P h＝ZP 四、螺纹升角 螺纹升角又称导程角，普通螺纹的螺纹升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。 五、牙型高度h1 在螺纹牙型上，牙顶到牙底在垂直于螺纹轴线方向上的距离 第三节螺纹的代号标注 螺纹代号与标记1、普通螺纹的代号与标记 1)普通螺纹代号 粗牙普通螺纹用字母M及公称直径表示 细牙普通螺纹用字母M及公称直径×螺距表示 当螺纹为左旋时，在螺纹代号之后加“LH”字 2)普通螺纹标记 普通螺纹的完整标记由螺纹代号，螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。 ①细牙螺纹的每一个公称直径对应着数个螺距，因此必须标出螺距值，而粗牙普通螺纹 不标螺距。 ②右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。 ③旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N和短旋合长度S三种，中等旋合长度N不标 注。 ④公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者为顶径公差带代号，两者一致时则只标注一 个公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。 ⑤内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公差带代号，后者为外螺纹公差带代号，中间用“ / ”分开。 2、梯形螺纹代号和标记 1)梯形螺纹代号 梯形螺纹用字母Tr及公称直径表示 2)梯形螺纹标记 梯形螺纹的完整标记由螺纹代号，螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。 ①单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。 ②右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用LH表示。 ③旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N两种，中等旋合长度N不标注。 ④公差带代号中，螺纹只标注中径公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。 ⑤内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公差带代号，后者为外螺纹公差带代 号，中间用“ / ”分开。 3、管螺纹标记 1)用螺纹密封的管螺纹 2）非螺纹密封的管螺纹 ①管螺纹尺寸代号不再称作公称直径，也不是螺纹本身的任何直径尺寸，只是一个无单位的代号。 ②管螺纹为英制细牙螺纹，其公称直径近似为管子的内孔直径，以英寸为单位。 ③右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。 ④非螺纹密封管螺纹的外螺纹的公差等级有A、B两级，A级精度较高；内螺纹的公差等级只有一个，故无公差等级代号。 ⑤内、外螺纹配合在一起时，内、外螺纹的标注用“ / ”分开，前者为内螺纹的标注，后者为外螺纹的标注。 【总结】知道螺纹的主要参数是哪几个，螺距、线数和导程之间的关系，螺纹代号标注中应该注意的问题。 第四节螺旋传动的应用形式 【导入】前面我们学习摩擦轮传动时，已接触过摩擦压力机，在它的未端，是一种螺旋传动，那么螺旋传动还有哪些应用形式呢？今天我们就来学习相关 内容。 【新授】一．螺旋传动的特点及分类 螺旋传动是一种空间运动机构，是面接触的低副机构，螺杆与螺母间组成螺旋副。 螺旋传动是利用螺旋副来传递运动和动力的一种机械传动，可以方便地把主动件的回转运动转变为从动件的直线运动。 1.特点：结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，但摩擦大，传动 效率低，易磨损。 2.分类：普通螺旋传动，差动螺旋传动和滚珠螺旋传动。 二、普通螺旋传动 1、普通螺旋传动的应用形式 普通螺旋传动是由构件螺杆与螺母组成的简单螺旋副实现的传动。 1）螺母固定不动，螺杆回转并作直线运动 应用实例：台虎钳、螺旋压力机、千分尺、活络扳手 2）螺杆固定不动，螺母回转并作直线移动 应用实例：螺旋千斤顶，插齿机刀架 3）螺杆原位回转，螺母直线移动 应用实例：车床横刀架、机床溜板箱 4）螺母原位回转，螺杆直线移动 应用实例：应力试验机上的观察镜螺旋调整装置。 2、普通螺旋传动中构件移向的判断 普通螺旋传动时，从动件作直线运动的方向，不仅与螺纹的回转方向有关，还与螺纹的旋向有关。 方法：1) 判断螺旋传动中，转动和移动的构件是否为同一构件。 2）根据螺纹的旋向用左手或右手 即右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手 3）手握空拳，四指指向与螺杆（或螺母）的回转方向相同，大拇指竖直，如果转 动和移动的情况属于第一种则大拇指的指向就是主动件（或从动件）的移动方向； 如果属于第二种情况则大拇指的反方向即为主动件（或从动件）的移动方向。 3、普通螺旋传动移距（移速）的计算 普通螺旋传动，螺杆或螺母的移动距离与螺纹的导程有关。 移动距离 h NP L = （mm ） L —螺杆（或螺母）的移动距离，mm N —回转圈数 Ph —螺纹导程 移动速度 h nP v = （mm/min ） v —螺杆（或螺母）的移动速度，mm/min n —转速，r/min 【例1】 普通螺旋传动中，已知左旋双线螺杆的螺距为8mm ，若螺杆按图示方向回转两周， 螺母移动了多少距离？方向如何？(P33) 解：普通螺旋传动螺母移动距离为 h NP L ==NPZ=2×8×2=32 mm 螺母移动方向按上面讲的判断：此题中是螺杆回转，螺母移动。左旋螺纹用左手确定方 向，四指指向与螺杆回转方向相同，大拇指指向的相反方向为螺母的移动方向。因此， 螺母移动的方向向右。 三、滚珠螺旋传动简介 滚珠螺旋传动由滚珠、螺杆、螺母及滚珠循环装置组成，当螺杆或螺母转动时，滚动体在螺杆与螺母间的螺纹滚道内滚动，使螺杆和螺母间为滚动摩擦，从而提高传动精度和传动效率。 滚珠螺旋传动具有滚动摩擦阻力小，传动效率高传动时运动平稳动作灵敏等优点。但其 结构复杂，外形尺寸较大，制造技术要求高，因此成本也较高。目前主要应用于精密传动的数控机床，以及自动控制装置、升降机构、精密测量仪器、车辆转向机构等对传动精度要求较高的场合。 “差动螺旋传动”常见的障碍 1．很难理解“差动螺旋传动”中“差动”的含义，往往认为“差动”就是某两个位移相． 减． 的意思； 2．解决相关计算问题时，主要有两方面的障碍： （1）求移动件位移时，常常错误运用公式，即()21ph ph n L -=； （2）已知移动件位移和一处螺旋副导程，需求另一处导程时，思维混乱，不知道对情况 进行讨论； （3）运用公式()21ph ph n L ±=时，不知道1ph 和 2ph 分别对应螺旋机构中的哪一处螺 距。 3．判别移动件移动方向时，主要存在以下障碍： （1）知道“左、右手定则”内容，但不会真正“操作”； （2）将“差动螺旋传动”当作是“螺杆转动、螺母移动的普通螺旋传动”情形， 认为“活 动螺母”的移动方向始终与“螺杆”的移动方向相反； （3）对“差动螺旋传动”的位移判别方法呈现“零认知”。 障碍三：移动件移动方向的判别 1．左右手定则判别普通螺旋传动移动方向的内容是：根据旋向确定用左手或右手（左旋 用左手，右旋用右手），四指绕向与螺杆（或螺母）的回转方向一致，大拇指所指的方向（或相反方向）即是所判别的移动方向。调查发现，一般来说，学生能够“说出”判别方法，但在“操作”时存在一些问题，即“四指不知道怎样弯”．．．．．．．．． ，于是乎大拇指所指的方向也就出错了。 2．没有理解“差动螺旋机构的组成”是导致此障碍的主要原因。学生有时遇到的“差动 螺旋机构”与教材上给出的机构图会出现差异，只要学生能抓住问题的本质，就不会影响解决问题的正确性了：撇开三个构件的结构形式，抓住它们的运动特点，即一个构件（1）既能转动又能移动、一个构件（2）只能移动不能转动、还有一个构件（3）固定不动（称之为机架）。在运用公式时，构件1与构件3组成的螺旋副的螺距对应公式中的1ph ，构件2与构件3组成的螺旋副的螺距对应公式中的2ph 。 三、教学建议 生活中的实例：有一辆在地面上行驶的汽车、车内有一个沿车身方向走动的人，用这个 形象生动的实例类比“差动螺旋传动”，降低学生想象的难度。 类 比 汽车（运动） 螺杆（既转又移） 人（运动） 活动螺母（只移不转） 地面（静止） 固定螺母（静止） 汽车运动，带着车内的人一起向某个方向运动，若人在车内不走动，则人与汽车的位移 （均相对地面）是相等（一致）的，若人在车内走动，人与汽车的位移（均相对地面）就不相等（一致）了。 同样的道理（类比）： 螺杆移动，带动螺杆上的活动螺母一起向某个方向移动，同时，活动螺母在螺杆上也作 机械工程控制基础（第六版）公式 1.典型时间函数的拉氏变换以及拉氏变换的性质 22222 1 111[1];[()]1;[];[]![sin ];[cos ];[]at n n L L t L t L e S S S a w S n L wt L wt L t S w S W S δ+= ===-===++ ①延迟性质：[()].()as L f t a e F S --= ②复数域的位移性质：[()]()at L e f t F S a -=+ ③相似定理：1[()]()S L f at F a a = ④微分性质：()12'(1)[()][](0)(0)(0)n n n n n L f t S F S S f S f f -+-+-+=---- 当初始条件为零时：()[()][]n n L f t S F S = ⑤积分性质：(1)()1[()](0)F S L f t dt f S S -+= +? 初始条件为零时：() [()]F S L f t dt S =? ⑥初值定理：0 (0)lim ()lim ()s t f f t SF S + + →+∞ →==;⑦终值定理：0 lim ()lim ()t s f t SF S →+∞ →= 2.传递函数的典型环节及公式 ①比例环节K ；②积分环节 1S ；③微分环节S ；④惯性环节11TS +；⑤一阶微分环节1TS + ⑥振荡环节 22 121 T S TS ζ++；⑦二阶微分环节2221T S TS ζ++；⑧延时环节S e τ- ⑨开环传递函数()()H S G S ； 其中G(S)为向前通道传递函数，()H S 为反馈传递函数 闭环传递函数() ()1()() G S G S H S G S = +闭 ⑩梅逊公式n n n t T ∑?= ? ； 1231i j k i j k L L L ?=-∑+∑-∑+ 其中：T ——总传递函数 n t ——第n 条前向通路得传递函数； ?——信号流图的特征式 3.系统的瞬态响应及误差分析 ①一阶系统传递函数的标准式()1 K G S TS = +， K 一般取1 ②二阶系统传递函数的标准式222 1 ().2n n n w G S k S w S w ζ=++; K 一般取1 ③2 1d n w w ζ=-；其中ζ为阻尼比，n w 为无阻尼自然频率，d w 为阻尼自然频率 4-1解分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶隙 中心距 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚、齿槽宽 4-2解由可得模数 分度圆直径 4-3解由得 4-4解分度圆半径 分度圆上渐开线齿廓的曲率半径 分度圆上渐开线齿廓的压力角 基圆半径 基圆上渐开线齿廓的曲率半径为0； 压力角为。 齿顶圆半径 齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径 齿顶圆上渐开线齿廓的压力角 4-5解正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径： 基圆直径 假定则解得 故当齿数时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数，基圆小于齿根圆。 4-6解中心距 内齿轮分度圆直径 内齿轮齿顶圆直径 内齿轮齿根圆直径 4-7 证明用齿条刀具加工标准渐开线直齿圆柱齿轮，不发生根切的临界位置是极限点正好在刀具 的顶线上。此时有关系： 正常齿制标准齿轮、，代入上式 短齿制标准齿轮、，代入上式 图 4.7 题4-7解图 4-8证明如图所示，、两点为卡脚与渐开线齿廓的切点，则线段即为渐开线的法线。根据渐开线的特性：渐开线的法线必与基圆相切，切点为。 再根据渐开线的特性：发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，可知： AC 对于任一渐开线齿轮，基圆齿厚与基圆齿距均为定值，卡尺的位置不影响测量结果。 图 4.8 题4-8图图4.9 题4-8解图 4-9解模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径大，所以基圆直径就大。根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率大,基圆大，则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿 厚均为大值。 4-10解切制变位齿轮与切制标准齿轮用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，它们的模数、压 力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。故参数、 、、不变。 变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。因此、 、变大，变小。 啮合角与节圆直径是一对齿轮啮合传动的范畴。 课程设计说明书 系别机电工程系 专业机械设计制造及其自动化 方向机电一体化 课程名称《制造技术基础课程设计》 学号 06080729 姓名张森 指导教师 题目名称 CA6140车床拨叉 设计时间 2011年3-6月 2011 年 5 月日 目录 一、序言 (1) 二、零件的工艺分析及生产类型的确定 (2) 三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 (4) 四、选择加工方法，制定工艺路线 (8) 五、工序设计 (10) 六、确定切削用量及基本时间 (12) 七、专用机床夹具设计 (15) 八、设计心得 (17) 九、参考文献 (18) 十、附图 (19) 序言 一、序言 机械制造技术基础课程设计在学完了机械制造基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一次实践性教学环节。这次课程程设计是我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好基础。 由于能力有限，经验不足，设计中还有血多不足之处，希望各位老师多加指教。 二、零件的工艺分析及生产类型的确定 1.零件的作用 本次设计所给的零件是CA6140车床变速齿轮拨叉，用于双联变换齿轮的啮合，输出不同的转速，已达到变速的目的。该拨叉应用在CA6140车船的变速箱变速机构中机构中。拨 孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双叉头以φ22mm孔套在变速叉轴上，并用销钉经8mm 联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换转速，从而改变车床的主轴转度。 该拨叉在改换转速时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔mm（H7）和锁销孔φ8mm，在设计工艺规程时应重点予以保证。 图1-1 拨叉零件图 2.零件的技术要求 CA6140车床拨叉技术要求表1-1 Chp.1 绪论 基本要求 （1）了解机械工程控制论的基本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务；掌握广义 系统动力学方程的含义。 （2）了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性；了解系统动态模型和静态模 型之间的关系。 （3）掌握反馈的含义，学会分析动态系统内信息流动的过程，掌握系统或过程中存在的反馈。 （4）了解广义系统的几种分类方法；掌握闭环控制系统的工作原理、组成；学会绘制 控制系统的方框图。 （5）了解控制系统中基本名词和基本变量。 （6）了解正反馈、负反馈、内反馈、外反馈的概念。 （7）了解对控制系统的基本要求。 重点与难点 本章重点 （1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流，理解信息反馈的含义及其作用。 （2）掌握控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理；绘制控制系统方框 图。 本章难点 广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制。 一、课程简介 性质：机械设计制造及其自动化专业的一门技术基础课。 学时：32h 先修课程：复变函数、机械动力学、交流电路理论 后续课程：为专业基础和专业课打下一定基础。如：机械工程测试技术、机电传动控制、数控机床等。 主要内容：本课程是数理基础课与专业课程之间的桥梁。主要内容包括：控制理论的研究对象与任务、物理系统数学模型建立、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能分析与校正、系统辩识、控制系统的计算机辅助分析. 教材：杨叔子主编，《机械工程控制基础》，华中科技大学出版社，2004 参考书目： （1）Katsuhiko Ogata. 卢伯英等译，现代控制工程（第四版）.北京：电子工业出版社， 2003 （2）李友善主编：《自动控制原理》，国防工业出版社，2003 教材结构：1）对研究对象（机械工程）问题建立数学模型chp.2 2）在一定输入下分析系统的输出： 时间响应（时域分析）chp.3 频率响应(频率分析) chp.4 3) 系统性能分析：稳定性判据chp.5 4) 系统校正：使系统全面满足性能指标要求 chp.6 机械加工工序卡片生产类型大批生产工序号 2 零件名称车床套零件号 零件重量同时加工零件 数 1 材料毛坯 牌号硬度型式重量 45 HB190～ 210 圆钢 设备夹具和辅助工具名称型号 三爪卡盘 车床CA6140 工序工 步 工步说明 刀 具 量 具 走刀 长度 （mm） 走刀 次数 切削 深度 (mm) 进给量 (mm/z) 主轴 转速 （r/ min） 切削 速度 (mm/s ) 基本工 时min 2 1 2 3 夹φ75外圆，粗车一端面，车 外圆φ42.4，长43，外圆φ45.4， 长41，外圆φ70，长5 钻内孔φ23 扩孔φ24.8 掉头装夹，粗车相同参数 切断 45°硬质合金 车刀 Φ23麻花钻 Φ24.8扩孔钻 切断刀 游标卡尺43 45 5 90 90 35 6 4 2 1 1 1 3 3 2 0.6 0.6 0.6 0.20 0.56 500 500 560 200 250 117.8 117.8 122.1 14.45 17.85 1.92 1.60 0.06 2.65 0.714 10.1 卧式铣床X62W 工序工 步 工步说明 刀 具 量 具 走刀 长度 （mm） 走刀 次数 切削 深度 (mm) 进给量 (mm/r) 主轴转 速 （r/mi n） 切削 速度 (m/mi n) 基本工 时min 5 1 铣开挡5H9，保证尺寸2 6 φ63三面 刃铣刀游标 卡尺 9 1 4 0.06 750 148 0.04 机械加工工序卡片生产类型大批生产工序号 6 零件名称车床套零件号 零件重量同时加工零件数 1 材料毛坯 牌号硬度型式重量 45 HB190～ 210 圆钢 设备夹具和辅助工具名称型号 专用钻床夹具摇臂钻床Z35 工序工 步 工步说明 刀 具 量 具 走刀 长度 （mm） 走刀 次数 切削 深度 (mm) 进给量 (mm/r) 主轴转 速 （r/mi n） 切削 速度 (mm/r ) 基本工 时min 6 1 钻孔φ7，钻锥孔φ13 φ7麻花 钻 φ13x90 度锪钻游标 卡尺 4.5 2 1 1 4.5 2 0.20 0.20 530 530 11.65 11.65 0.108 0.047 0.155 机械加工工序卡片生产类型大批生产工序号7 零件名称车床套零件号 第七章习题及答案 7-1试述生产过程、工序、工步、走刀、安装、工位的概念。 答：制造机械产品时，将原材料转变为成品的全过程称为生产过程。 工序是指一个（或一组）工人在一个工作地点或一台机床，对同一个或同时对几个工件进行加工所连续完成的那一部分工艺过程。 工步是指在一个工序中，当加工表面不变、加工工具不变的情况下所连续完成的那部分工艺过程。 在一个工步内，如果被加工表面需切去的金属层很厚，一次切削无法完成，则应分几次切削，每进行一次切削就是一次走刀。 安装是指工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置（即为定位），然后加以夹紧的过程称为装夹。工件经过一次装夹完成的工序称为安装。 工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为工位。 7-2什么是机械加工工艺过程？什么是机械加工工艺规程？ 答：机械加工工艺规程（简称工艺规程）是将机械加工工艺过程的各项内容写成文件，用来指导生产、组织和管理生产的技术文件。 工艺过程是生产过程中的主要部分，是指在生产过程中直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和材料性能，使其成为半成品或成品的过程。 7-3试指明下列工艺过程中的工序、安装、工位及工步。坯料为棒料，零件图如图题7-3所示。 1）卧式车床上车左端面，钻中心孔。 答：车左端面、钻中心孔分别为工步。 2）在卧式车床上夹右端，顶左端中心孔，粗车左端台阶。 答：夹右端，顶左端中心孔为装夹，粗车左端台阶为工步。 3）调头，在卧式车床上车右端面，钻中心孔。 答：车右端面、钻中心孔分别为工序。 4）在卧式车床上夹左端，顶右端中心孔，粗车右端台阶。 答：夹左端，顶右端中心孔为装夹。车右端台阶为工步。 5）在卧式车床上用两顶尖，精车各台阶。 答：两顶尖定位为装夹，精车左、右端台阶为工步。 图题7-3 7-4拟定机械加工工艺规程的原则与步骤有哪些？工艺规程的作用和制定原则各有哪些？ 答：制定工艺规程的原则是优质、高产和低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。 制定工艺规程的步骤： 1）分析研究部件或总成装配图样和零件图样； 机械工程控制基础课程教学大纲 一、课程名称 机械工程控制基础Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering 学时：40 二、授课对象 机械类各专业 三、先修课程 复变函数、积分变换 四、课程的性质、目标与任务 本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。它是控制论为理论基础，以机械工程系统为研究对象的广义系统动力学；同时，它又是一种方法论。学习本课程的目的在于使学生能以动力学的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。 五、课程的基本要求 1．对于建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 2．对于典型系统的时域和频域特性，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 3．掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。 4．对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。 5．了解线性离散系统和非线性系统的基本概念和基本的分析方法。 6．对系统辩识问题应建立基本概念。 六、教学内容与学时分配 授课学时为40学时，实验8学时；复习、做习题、写实验报告等课外学时为50学时以上。 机械工程控制基础知识点 ●控制论的中心思想：它抓住一切通讯和控制系统所共有的特点，站在一个更概括的理论高度揭示了它们的共同本质，即通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 机械工程控制论：是研究机械工程技术为对象的控制论问题。（研究系统及其输入输出三者的动态关系）。 机械控制工程主要研究并解决的问题：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即●最优设计。（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。 ●信息：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息。 信息传递/转换：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递。 信息的反馈：是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯号（或作用）的方向相反（或相位相差180度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。 ●系统：是指完成一定任务的一些部件的组合。 控制系统：是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。 开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的。闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。 机械制造基础课程设计 设计题目：制订轴承端盖工艺及直径为10mm孔夹具设计 班级： 学生： 指导教师： 目录 设计任务书 一、零件的分析……………………………………… 二、工艺规程设计…………………………………… （一）、确定毛坯的制造形式…………………… （二）、基面的选择……………………………… （三）、制订工艺路线…………………………… （四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺 才的确定…………………………………………… （五）、确定切削用量及基本工时……………… 三、夹具设计………………………………………… 四、参考文献………………………………………… 订做机械制造基础课程设计工艺及夹具设计- 1 - 一、零件的分析 （一）零件的工艺分析 轴承端盖具有密封，定位的作用，因此结合面要有比较高的表面质量，孔系加工也要求有比较高位置精度和形状精度，这个零件从零件图上可以看出，所有加工表面是以?16mm为中心的，包括：?32H7mm及倒角，尺寸为?11mm，?7mm的沉头孔及螺纹孔，M5螺纹底孔，?11mm，?10mm进油孔，以及?56mm圆柱面，?16mm孔与?56mm柱面同心度为0.025； 由以上分析可知，对于这些加工表面而言，我们首先加工出?56mm外圆柱面，并以此为粗基准加工出关键部分孔?16mm，并以此为基准加工其它表面，并且保证其它表面与孔之间的位置精度要求。 二、工艺规程设计 （一）确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200，考虑到该零件在车床中的受力并保证零件的工作可靠性，零件为中批生产，而且零件的尺寸不大，因此，毛坯可采用金属模砂型铸造。 （二）基面的选择 1 基准选择原则 ①粗基准的选择 选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则： 1) 选择重要表面为粗基准 2) 选择加工余量最小的表面为粗基准 3) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准以便工件定位可靠、夹紧方便。 4) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。 订做机械制造基础课程设计工艺及夹具设计- 2 - 《机械制造基础》课程教学大纲 课程代码：010331008 课程英文名称：Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology 课程总学时：40 讲课：36 实验：4 上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化 大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程以机械制造工程基础为主线，力图达到强化工程基础原理、扩大专业讲授知识面、反映专业新技术和发展趋势、加强学生专业基础能力和专业适应能力的培养和提高。通过学习，使学生掌握金属切削过程的一般现象和基本规律，掌握机械加工工艺规程制订的基本技能，学会分析工程中出现的加工质量问题的原因和解决的方法。能根据具体条件，合理选择各种刀具及其切削用量。使学生在实际工作中能够寻找出改善加工表面质量，提高切削加工生产率和降低成本的基本途径。并能运用所学的知识分析和解决生产实践中出现的一些有关问题。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．使学生掌握金属切削加工的基本理论，能按加工条件选择合理的刀具材料、几何参数、切削用量。了解常用刀具的类型、结构特点、使用范围并能正确地选择使用。 2．通过学习掌握设计机械零件加工工艺规程的基础知识，掌握加工方法的选择、切削用量的确定、了解专用机床夹具的设计方法。 3．掌握影响机械加工精度的因素和提高加工精度的工艺理论和方法。 （三）实施说明 1．要求课堂讲解内容简练、清晰，概念正确，突出重点、难点，取舍得当，举例合适。 2．严格遵守教学大纲要求组织教学内容。 3．作业是检验学生学习情况的重要教学环节，为了帮助学生掌握课程的基本内容，适当安排一定数量的分析讨论案例。 4．实验是教学的一个主要环节，用于基本实验的时间为6学时，每次实验每小组4人，使每个学生均有亲自操作的机会。 5．开展实际工程案例教学，充分利用多媒体等现代化教学手段 （四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程先修课程为：工程力学、金属材料及热处理、工程制图、互换性及技术测量、机械设计、机械原理。 （五）对习题课、实践环节的要求 1．工艺规程设计综合练习举例讲解工艺规程设计设计过程使学生掌握工艺规程设计设计基本能力 2．实验: 实验内容学时分配 一、车刀几何角度的测量 2 目的：弄清车刀各几何角度的定义及其在图纸上的标注方法：掌握测量车刀几何 角度的方法 二、误差统计和分析实验 目的：作X-R控制图了解工序质量管理的意义；学会判断工艺过程的稳定性； 2 初步掌握分析零件加工精度的影响因素 《机械工程控制基础》课程教学大纲 课程名称：机械工程控制基础 英文名称：Control Fundamental of Mechanical Engineering 课程编码：51510502 学时/学分：36/2 课程性质：必修课 适用专业：机械类各专业 先修课程：高等数学，理论力学，电工与电子技术，复变函数与积分变换（可选） 一、课程的目的与任务 《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业的机械电子工程及相近专业方向的一门技术基础课。 本课程是在高等数学和工程数学（复变函数与积分变换）的知识基础上，结合力学、电学等相关知识，介绍机械工程类专业的重要理论基础之一——工程控制论。这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的思想论和方法论，对启迪与发展人们的思维与智力有很大的作用。 本课程的基本任务是将自动控制理论应用于机械工程实际，基本要求是在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的基础上，使学生学会建立和变换系统的数学模型，掌握控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法，并在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。使学生以辩证方法冲破形而上学的思想方法，推动这一领域的生产与学科向前发展。 在学习本课程之前，学生应当从先修课程中获得动力学分析、电路分析的能力，了解微分方程求解知识和复变函数的概念，初步掌握积分变换及其逆变换的基本方法。 学习本课程之后，学生还应当注意结合其它机械工程学的知识，将控制理论应用到工程实践中去。 二、教学内容及基本要求 第一章绪论 教学目的和要求：本章首先阐述了机械工程控制基础这门课程的重要意义，然后介绍控制工程的基本思想、基本概念、控制系统的分类和基本要求，使学生了解机械工程控制论的研究对象与任务和系统、模型等知识，深刻理解反馈和反馈控制，接下来对控制理论的发展进行简单介绍。 (此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 第一讲绪论 教学目标 (一）能力目标 1.解本课程的内容、性质和任务 2.掌握学习本课程的方法 (二)知识目标 1.了解机器的组成及其特征 2.熟悉机构、构件、零件、部件的概念及其区别 教学内容 1.机械设计基础研究的对象 2.本课程的作用 3.机械设计的基本要求和一般过程 教学的重点与难点 (一）重点 本课程的研究对象、内容。 (二)难点 机构、构件、零件、部件的概念及其区别。 教学方法与手段 采用动画演示,注重启发引导式教学。 一、机器的组成及特性 （一）机器的组成及其特征 以内燃机为例 1、工作原理 内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器。 2、组成 内燃机由三部分组成：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。 3、机器的特性 （二）机构、构件、零件 1、机构 机构是用来传递运动和力，有一个构件为机架，用运动副连接起来的构件系统。 一台机器可以由一个机构，也可以由多个机构组成。 常用机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等。 2、构件 构件是指机构的运动单元体。如键、齿轮、螺栓等。 构件可能是一个零件，也可能是由若干个零件组合的刚性体。如内燃机连杆就是由连杆体、连杆盖、螺母和螺栓等零件组成的构件，因为组合成连杆的各零件之间没有相对运动。 3、零件及其分类 机械零件是指机器的制造单元体。 机械零件又分通用零件和专用零件。通用零件是指各种机器普遍用到的零件，如螺栓、螺母、键、销等；专用零件是指某种机器才用到的零件，如内燃机的曲轴、活塞等。 二、本课程的内容、性质和任务 1、本课程的性质 专业基础课 2、本课程的研究对象 常用机构和通用零件 3、本课程的研究内容 Chp.4 频率特性分析 机械制造基础课程设计书明书 课程名称：机械制造基础课程设计 题目名称：设计“阶梯轴”的机械加工工艺班级： 姓名： 学号： 指导老： 工序号工序名称工序内容 1 备料锻造 2 车 1 三爪卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔。 用尾顶尖顶住，粗车三个台阶，直径、长度均 留2mm余量. 2调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面， 保证总长259mm，钻中心孔。用尾顶尖顶住， 粗车另外四个台阶，长度、直径均留2mm余 量 3 热处理调质处理硬度24~28HRC 4 钳修研中心孔 5 粗车 1 双顶尖装夹半精车三个台阶，长度达到尺 寸要求，螺纹大径车到 mm，其余两个台阶直径上留 0.5mm余量，切槽三个，倒角三个 2调头，双顶尖装夹半精车余下的五个台阶。 mm及mm 台阶车到图样规 定的尺寸。螺纹大径车到mm， 其余两个台阶直径上留0.5mm余量，切槽三 个，倒角四个 6 修中心孔用金刚石或硬质合金顶尖加压修研 7 精车双顶尖装夹，车一端螺纹M24×1.6-6g 调头，车另一端M24×1.6-6g 8 划线划出键槽及?5位置 9 铣铣两个键槽及一个止动垫圈槽，键槽深度比图 样规定尺寸大0.25mm，作为外圆磨削的余量 10 磨磨外圆Q、M并用砂轮端面靠磨台肩H、I 调头，磨外圆N、P，靠磨台肩G 11 检验按图纸检验 工序说明： 1、该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以中心孔为定位基准粗车外又以粗车外圆为定位基准加工孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。 2、螺纹因淬火后，在车床上无法加工，如先车好螺纹后再淬火，会使螺纹产生变形。因此，螺纹一般不允许淬硬，所以在工件的螺纹部分的直径和长度上必须留去碳层。 3、为保证中心孔精度，工件中心孔也不允许淬硬。 4、为保证工件外圆的磨削精度，热处理后需安排研磨中心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。 5、为消除磨削应力，磨后安排低温时效工序。 第一章绪论 1、控制论的中心思想、三要素和研究对象。 中心思想：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 三要素：信息、反馈与控制。 研究对象：研究控制系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 2、反馈、偏差及反馈控制原理。 反馈：系统的输出信号部分或全部地返回到输入端并共同作用于系统的过程称为反馈。 偏差：输出信号与反馈信号之差。 反馈控制原理：检测偏差，并纠正偏差的原理。 3、反馈控制系统的基本组成。 控制部分：给定环节、比较环节、放大运算环节、执行环节、反馈（测量）环节 被控对象 基本变量：被控制量、给定量（希望值）、控制量、扰动量（干扰） 4、控制系统的分类 1）按反馈的情况分类 a、开环控制系统：当系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，该系 统称开环控制系统。 特点：结构简单，不存在稳定性问题，抗干扰性能差，控制精度低。 b、闭环控制系统：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在反馈回路时，该系 统称闭环控制系统。 特点：抗干扰性能强，控制精度高，存在稳定性问题，设计和构建较困难，成本高。 2）按输出的变化规律分类 自动调节系统 随动系统 程序控制系统 3）其他分类 线性控制系统连续控制系统 非线性控制系统离散控制系统 5、对控制系统的基本要求 1）系统的稳定性：首要条件 是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 2）系统响应的快速性 是指当系统输出量与给定的输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的能力。 3）系统响应的准确性（静态精度） 是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差大小。 第二章系统的数学模型 1、系统的数学模型：描述系统、输入、输出三者之间动态关系的数学表达式。 时域的数学模型：微分方程；时域描述输入、输出之间的关系。→单位脉冲响应函数复数域的数学模型：传递函数；复数域描述输入、输出之间的关系。 频域的数学模型：频率特性；频域描述输入、输出之间的关系。 2、线性系统与非线性系统 线性系统：可以用线性方程描述的系统。 重要特性是具有叠加原理。 3、系统微分方程的列写 4、非线性系统的线性化 5、传递函数的概念： 1）定义：初始状态为零时，输出的拉式变换与输入的拉氏变换之比。即 G(s) =Y(s)/X(s) 2）特点： （a）传递函数反映系统固有特性，与外界无关。 （b）传递函数的量纲取决于输入输出的性质，同性质的物理量无量纲；不同性质的物理量有量纲，为两者的比值。 （c）不同的物理系统可以有相似的传递函数，传递函数不反映系统的真实的物理结构。（d）传递函数的分母为系统的特征多项式，令分母等于零为系统的特征方程，其解为特征根。 （e）传递函数与单位脉冲响应函数互为拉氏变换与拉氏反变换的关系。 机械设计基础陈立德版教 案课程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020 绪论 本章学习后，要使学生能解决三大问题，学什么，为啥学，怎样学三大问题。 01 机器的组成 人们广泛使用过，接触过机器，放一课件（单缸内燃机、颚式破碎机），图01，02所示，但定义如何，为什么称它为机器，学生们是不大清楚的。它要有三个特征，才能称上机器。 1）是一种人为的实物组合。 2）各部分形成运动单元，各单元之间具有确定的相对运动关系。 3）能实现能量转换或完成有用的机械功。 什么叫能量转换，指的是机械能转换成电能，或反之。这样具备三个条件者就称为机器，这样学生就可说出车床是机器吗电动机是否也是机器，电动机根据三个条件可得出一定为机器。 随着科学技术的发展，创造出各种新型机器，故对机器的定义也有了更广泛的定义，什么叫机器，是一种用来转换或传递能量、物料和信息的，能执行机械运动的装置，那么一台机器由什么组成，从装配角度来看：由零件→构件→机构→机器，因此设计制造一台机器必有零件开始，组装成构件，再由构件组装成机构，加上原动件装置就成为一台机器了。 接下来说说什么叫机构、构件、零件。 什么叫机构：具备前二个条件的称为机构，即为多个实物的组合，又能实现预期的机械运动，例齿轮机构、连杆机构等，放课件（连杆机构、齿轮机构）。 什么叫构件，构件为组成机械的各个相对运动的实物。例连杆，放课件（构件）从中可看连杆为多个零件装配而成的。 什么叫零件，零件是机械中不可拆的制造单元，因此构件可以是一个零件组成也可以由多个零件组成的。 机械制造基础课程设计--一阶梯状轴 1序言------------------------------------------（1） 2机械加工工艺规程设计步骤---------------------（2-7) 2.1 生产类型及零件分析-------------------------------------- (2) 2.2确定毛坯及各表面加工方法--------------------------------（2-3） 2.3确定定位基准及划分加工阶段------------------------------（3-4） 2.4热处理及工艺路线----------------------------------------（4-5） 2.5工序设计及加工余量选择----------------------------------（6） 3工艺说明----------------------—-------------（7-17） 3.1 工序一 --------------------------------------------(7) 3.2 工序二 --------------------------------------------(7) 3.3 工序三 --------------------------------------------(7-17) 塞规 -------------------------------------------（7-14）深浅样板 -------------------------------------------（15-16）成型车刀 -------------------------------------------（16-17） 3.4 工序四 -------------------------------------------（17） 4课设总结-------------------------------------（18） JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 机械基础绪论教案 学院名称：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 09机制3Z 姓名：缪润亭 学号： 09321323 关于蒸汽机的故事：1688年，法国物理学家德尼斯·帕潘，曾用一个圆筒和活塞制造出第一台简单的蒸汽机。但是，帕潘的发明没有实际运用到工业生产上。十年后，英国人托易斯·塞维利发明了蒸汽抽水机，主要用于矿井抽水。1705年，纽克曼经过长期研究，综合帕潘和塞维利发明的优点，创造了空气蒸汽机。 教学目的与要求： 1.了解机械的组成及机器、机构、构件和零件； 2.了解机械分析的一般程序和基本方法； 3.了解本课程的性质、任务、内容和学习方法。 教学重点与难点： 重点：1．掌握机械的基本组成； 2．掌握机器、机械、机构、零件等概念。 难点：机器与机构的区别。 教学手段与方式： 课堂讲授 教学内容： 绪论 第一节机械的组成 第二节机械分析的一般程序和基本方法 第三节本课程的性质、任务、内容和学习方法 绪论 第一节机械的组成 本课程研究的对象是机械。它是机器与机构的总称。 一、机器与机构 在现代的日常生活和工程实践中随处都可见到各种各样的机器。例如：洗衣机、缝纫机、内燃机、拖拉机、金属切削机床、起重机、包装机、复印机等。 机器——一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成一定的工作过程，以代替或减轻人类的劳动。 机构——由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。 1．机器的分类( 按工作类型的不同分) 动力机器——实现能量转换；如：内燃机、电动机、蒸汽机、发电机、压气机等。 工作机器——完成有用的机械功或搬运物品；如：机床、织布机、汽车、飞机、起重机、输送机等。 信息机器——完成信息的传递和变换；如：复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。 机器的种类繁多，它们的构造、用途和功能也各不相同。但具有相同的基本特征。实例1：单缸四冲程内燃机 实例2：小型压力机 2．机器与机构的共有特征 1）人为的实物（机件）组合体。 2）各个运动实物之间具有确定的相对运动。 3）代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。凡具备上述1）、2）两个特征的实物组合体称为机构。 3．机器与机构的区别 机器能实现能量的转换或代替人的劳动去作有用的机械功，而机构则没有这种功能。 仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通常我们把机器与机构统称为机械。 机器的种类很多，但基本机构的种类不多，最常用的机构有：连杆机构，凸轮机构，齿轮传动机构，间歇运动机构。 二、机器的组成 1．按功能分析机器的组成 就功能来说，一般机器主要由四个基本部分组成： 动力部分传动部分工作部分 控制部分 动力部分——是机器工作动力源。最常见的是电动机和内燃机。 工作部分——是机器特定功能的执行部分。比如：汽车的车轮、起重机的吊钩、机床的刀架、飞机的尾舵和机翼以及轮船的螺旋桨等。 传动部分——联接原动机和工作部分的中间部分。比如：汽车的变速箱、机床的主轴箱、起重机的减速器等。 控制部分——控制机器的启动、停止和正常协调动作。比如：汽车的方向盘和转向系统、排挡杆，刹车及其踏板，离合器踏板及油门等就组成了汽车的控制系统。 实例3：分析自动洗衣机的组成 2．按结构分析机器的组成 静联接动联接协调组合 零件构件机构机器 与动力源 静联接：被联接件的相对位置在工作时不能也不允许发生变化的联接。 动联接：被联接件的相对位置在工作时能够按需要变化的联接。 构件是组成机器的运动单元。 构件可以是单一的零件，也可以是由几个零件装配而成的刚性结构（如内燃机中的曲轴，连杆）。零件是组成机器的最基本单元（即制造单元）。通用零件——机器中普遍 《机械工程控制基础》试卷（A 卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。 2、已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s 2+1/s 或者（1+s ）/s 2 。 3、二阶系统的极点分别为s 1=?0.5,s 2=?4，系统增益为2，则其传递函数G(S)= 2/(s+0.5)(s+_4) 4、零频幅值A(0)表示当频率ω接近于零时，闭 环系统输出的幅值与输入幅值之比。 5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题，机械工程控制就是研究系统、输入、输出三者之间的动态关系。 6、系统的频率特性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s 换为 jw 来求取。 8、微分环节的控制作用主要有 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 。 9、二阶系统的传递函数为2 22 2)(n n n s s s G ωξωω++=，其中n ω为系统的 无阻尼固有频率 ，当10<<ξ时为 欠阻尼 系统。在阻尼比ξ<0.707时，幅频特性出现峰值，称谐振峰值，此时 的频率称谐振频率ωr ＝221ξω-n 。 10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。 11、对自动控制系统按照输出变化规律分为自动调节系统、随动系统、程序控制系统。 12、对积分环节而言，其相频特性∠G(jw)=-900。 二、名词解释（每个4分，共20分） 1、闭环系统：当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时，称之为闭环系统。 2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置，当干扰撤除后，系统自动回到平衡位置的能力。 3、频率特性：对于线性定常系统，若输入为谐波信号，那么稳态输出一定是同频率的谐波信号，输出输入的幅值之比及输出输入相位之差统称为频率特性。 4、传递函数：在外界作用系统前，输入、输出的初始条件为零时，线性定常系统、环节或元件的输出x 0(t)的Laplace 变换X 0(S)与输入x i (t)的Laplace 变换X i (S)之比，称为该系统、环节或元件的传递函数G(S) 5、系统：由相互联系、相互作用的若干部分构成，而且有一定的目的或一定运动规律的一个整体，称为系统。 三、 分析题（每题6分，共12分） 1、分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。（要求绘出原理方框图） 分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。 解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态（比如速度、方向、安全等），人脑根据这个理想状态指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响，使自行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉自行车的状态，并将此信息返回到大脑，大脑根据实际状态与理想状态的偏差调整四肢动作，如此循环往复。其信息流动与反馈过程可用下图表示。 2、 C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(3)比较以上各传递函数的分母,从中可以得出什么结论。 (1)以R(S)为输入,当N(S)＝0时,C(S) ,Y(S)为输出的闭环传递函数； (2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,以C(S)为输出的闭环传递函数； 从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的取法不同时，前向通道的传递函数不同，反馈回路的传递函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数分母不变，这是因为分母反映了系统固有特性，而与外界无关。 四、计算题（每题10分，共30分） 1、求图所示两系统的传递函数,其中x i (t)、u i 为输入，x o (t)、u o 为输出 。(写出具体过程) 专业班级： 姓名： 学号： …………………………密………………………………封………………………………线………………………… )()()(1) ()()()()(2121s H s G s G s G s G s R s C s G C +==) ()()(1)()()()(211s H s G s G s G s R s Y s G Y +==)()()(1)()()()(212s H s G s G s G s N s C s G C +==)()()(1)()()()()()(2121s H s G s G s H s G s G s N s Y s G Y +-==机械工程控制基础(第六版)公式
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机械工程控制基础第四章教案
基本要求
1．掌握频率特性的定义和代数表示法以及与传递函数、单位脉冲响应函数和微分方程 之间的相互关系；掌握频率特性和频率响应的求法； 掌握动刚度与动柔度的概念。
2．掌握频率特性的 Nyquist 图和 Bode 图的组成原理，熟悉典型环节的 Nyquist 图和 Bode 图的特点及其绘制， 掌握一般系统的 Nyquist 图和 Bode 图的特点和绘制。
3．了解闭环频率特性与开环频率特性之间的关系。 4．掌握频域中性能指标的定义和求法； 了解频域性能指标与系统性能的关系。 5． 解最小相位系统和非最小相位系统的概念。
重点与难点 本章重点
1．频率特性基本概念、代数表示法及其特点。 2．频率特性的图示法的原理、典型环节的图示法及其特点和一般系统频率特性的两种 图形的绘制。 3． 频域中的性能指标。
本章难点
1．一般系统频率特性图的画法以及对图形的分析。 2．频域性能指标和时域性能指标之间的基本关系。
§1 概述
一、频域法的特点： 系统分析法：时域法、频域法 ① 仅数学语言表达不同：将 t 转换为ω，不影响对系统本身物理过程的分析； ② 时域法侧重于计算分析，频域法侧重于作图分析； 工程上更喜欢频域法 ③ 优点：a)系统无法用计算分析法建立传递函数时，可用频域法求出频率特性，进而 导出其传递函数； b)验证原传递函数的正确性： 计算法建立的传递函数，通过实验求出频率特性以验证； c)物理意义较直观。 ④ 缺点：仅适用于线性定常系统 工程上大量使用频域法。
二、基本概念： 1、频率响应： 定义：系统对正弦（或余弦）信号的稳态响应。 输入：xi(t)=Xisinωt 输出：包括两部分： ① 瞬态响应：非正弦函数，且 t→∞时，瞬态响应为零。 ② 稳态响应：与输入信号同频率的波形，仍为正弦波，但振幅和相位发生 变化。机械制造基础课程设计
机械工程控制基础知识点整合
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机械制造基础课程设计--一阶梯状轴
机械基础绪论教案课程
机械工程控制基础试卷及答案