2-3 凸轮机构（教案）《汽车机械基础》上好课（人交版·第5版)

《汽车机械基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 2-3凸轮机构 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 二、设计意图 学情分析 学生已掌握机械运动基础、平面机构常识，对汽车配气机构有初步认知，但对凸轮机构的运动原理、力学特性缺乏系统理解，抽象思维能力较弱，对纯理论推导接受度低。 学生动手意愿强，对汽车实物、动画演示等直观内容兴趣浓厚，偏好 “理论 + 实物 + 互动” 的学习模式，对公式推导、纯理论讲解易产生倦怠。 背景分析 本节课是是凸轮机构章节的核心内容，承接平面连杆机构知识，为后续汽车配气机构、凸轮轴检修等实操课程奠定理论基础，是 “理论 - 实操” 衔接的关键节点。凸轮机构是汽车发动机配气机构、燃油喷射系统的核心组成，学生掌握本节课内容，能为后续汽车维修、零部件检测等岗位能力培养提供支撑，贴合中职 “岗课赛证” 融合的教学要求。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 1.建立 “理论联系实际” 的机械思维，感受凸轮机构在汽车工程中的应用价值，提升专业认同感。 2.通过小组讨论、互动探究，培养团队协作能力与严谨的机械分析思维，激发机械专业学习兴趣。 3.树立 “安全、高效” 的工程意识，理解机械设计中 “避免冲击、保证传动可靠” 的核心原则。 1.掌握凸轮机构的组成、工作过程（推程、远休止、回程、近休止）及核心参数（升程、运动角、休止角）。 2.理解从动件两种常用运动规律（等速运动、等加速等减速运动）的特性、冲击类型及适用场景。 3.掌握压力角的定义、力学意义，理解压力角对凸轮机构传动性能的影响及许用值要求。 1.能结合汽车配气凸轮实物 / 模型，准确描述凸轮机构的工作过程，识别凸轮轮廓各段对应的工作阶段。 2.能通过位移线图，区分两种从动件运动规律的曲线特征，判断其冲击类型。 3.能结合压力角公式，分析凸轮机构传动效率的影响因素，提出优化措施。 学习任务 描述 1.拆解凸轮机构工作过程，掌握 4 个工作阶段的定义、对应凸轮转角及核心参数。 2.对比分析两种从动件运动规律的曲线特征、冲击类型及适用场景，完成课堂辨析练习。 3.探究压力角的力学意义，分析压力角对凸轮机构传动性能的影响，掌握许用压力角要求。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 1.凸轮机构的工作过程及核心参数； 2.从动件两种常用运动规律的特性及适用场景； 3.压力角的定义与对机构传动性能的影响。 教学难点 1.两种运动规律的冲击类型（刚性冲击、柔性冲击）的产生原因与区别； 2.压力角的力学分解与自锁现象的理解； 3.凸轮机构理论与汽车配气机构实际应用的结合。 教学难点突破方法 1.具象对比突破法 2.直观演示突破法 3.对比辨析法 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《汽车机械基础》，全国交通运输职业教育教学指导委员会组织编写。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入（2分钟） [引入主题]（2分钟） 1.播放汽车发动机配气机构工作动画，展示凸轮轴驱动气门开闭的全过程； 2.提问：“发动机气门为什么能精准、定时开闭？这个核心零件是什么？”； 3.引出本节课主题：凸轮机构的工作过程与运动规律。 1.播放动画，手持汽车配气凸轮实物进行展示； 2.抛出引导问题，邀请 2-3 名学生分享观察到的现象； 3.点评学生回答，点明本节课的学习价值，引出学习目标。 1. 观看动画、观察实物，思考问题； 2. 主动分享自己的观察与猜想； 3. 明确本节课的学习目标与任务。 1. 用学生熟悉的汽车发动机场景导入，降低理论知识的陌生感，激发学习兴趣； 2. 通过实物 + 动画的直观展示，快速吸引学生注意力，建立 “实物 - 理论” 的初步关联； 3. 以问题为导向，让学生带着疑问进入新课，提升课堂专注度。 探索 新知（20分钟） 凸轮机构的工作过 机构组成讲解程 1. 讲解对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的组成：凸轮、从动件（挺柱）、机架； 2. 讲解核心基础参数：基圆半径、升程 h 的定义（h=r_max - r_min）。 工作过程拆解 1.逐段讲解凸轮机构的4个工作阶段： 推程：从动件从最近点到最远点，对应推程运动角・远休止：从动件在最远点停留，对应远休止角； 回程：从动件从最远点回到起始位置，对应回程运动角； 近休止：从动件在最近点停留，对应近休止角； 讲解从动件位移线图的绘制逻辑，对应 4 个阶段的曲线特征。 汽车配气凸轮实例延伸 1.结合教材图 2-40，讲解配气凸轮的轮廓分段： 圆弧 EA：近休止阶段，气门关闭； 轮廓 BCD：气门开启阶段，决定气门升程与运动规律； 讲解气门开启持续角 φ、气门间隙对应转角 ρ1、ρ2 的意义。 1.结合教材图 2-39、实物模型，逐一对组成部分进行标注讲解； 2.邀请学生上台，在模型上指出凸轮、从动件、基圆的位置； 3.用公式推导升程的计算方式，结合实物举例说明。 1.用动画逐段演示凸轮旋转时从动件的运动过程，同步讲解每个阶段的定义； 2.结合教材图 2-39b 的位移线图，对应讲解每个阶段的曲线与凸轮转角的关系； 3.组织小组讨论：“汽车配气机构中，气门开启、关闭分别对应哪个阶段？”，邀请小组代表分享。 1.展示配气凸轮实物，对应图 2-40 的轮廓分段进行讲解； 2.提问：“为什么配气凸轮需要设计休止角？”，引导学生思考配气相位的要求。 1.对照教材图与实物，识别机构组成； 2.上台完成标注任务，加深记忆； 3.记录核心参数定义，完成随堂填空练习。 1.观看动画，跟随教师讲解，记录 4 个阶段的定义与对应转角； 2.参与小组讨论，结合配气机构实例，对应工作阶段； 3.完成随堂连线题：将凸轮转角与工作阶段对应。 1.对照实物，识别配气凸轮的轮廓分段； 2.思考并回答问题，理解配气机构的设计逻辑。 1.从基础组成入手，由浅入深，降低学习门槛； 2.让学生动手标注，强化直观认知，避免纯理论灌输。 1.用动画动态演示，突破静态图片的局限，让学生清晰理解运动过程； 2.结合汽车实例的小组讨论，让学生快速将理论与实际结合，深化理解； 3.随堂练习即时巩固，检验学习效果。 1.回归导入环节的汽车实例，形成 “导入 - 讲解 - 应用” 的闭环； 2.为后续汽车维修实操课程埋下伏笔，体现专业课程的连贯性。 学 习 新 知（20分钟） 二、从动件常用运动规律 等速运动规律 1.定义：凸轮等速回转时，从动件运动速度为常数的运动规律； 2.曲线特征：位移线图为斜直线，速度线图为水平直线，加速度线图为无穷大突变； 3.冲击特性：运动开始与终止时，加速度无穷大突变，产生刚性冲击； 4.适用场景：仅用于低速、轻载的凸轮机构，需加过渡曲线。 等加速等减速运动规律 1.定义：推程 / 回程中，前半行程等加速、后半行程等减速的运动规律； 2.曲线特征：位移线图为两段抛物线，速度线图为斜直线，加速度线图为有限值突变； 3.冲击特性：加速度为有限值突变，产生柔性冲击，冲击危害远小于刚性冲击； 4.适用场景：中速凸轮机构，适合汽车配气机构，可减少气门与座圈的撞击。相贯线：两回转体表面的交线。 三、压力角与传动角 压力角的定义与力学分解 1.定义：从动件运动方向与接触处轮廓法线方向所夹的锐角，用 α 表示； 2.力学分解：凸轮对从动件的推力 F_n，分解为有效分力 F_y（推动从动件运动）和有害分力 F_x（压紧导轨，产生摩擦）； 3.公式：F_y=F_n cosα，F_x=F_n sinα。 压力角的影响与许用值 1.影响：压力角 α 越大，有害分力 F_x 越大，机构效率越低；当 α 过大，F_x 引起的摩擦阻力大于有效分力 F_y 时，产生自锁现象，从动件无法运动； 2.许用值：直动从动件推程 [α]≤30°，摆动从动件 [α]≤45°；回程一般无需校核； 3.优化措施：压力角过大时，可增大基圆半径优化。 1.结合教材图 2-41，逐一对位移、速度、加速度线图进行讲解； 2.用“汽车急刹车”类比刚性冲击，让学生理解冲击的危害； 3.组织互动提问：“为什么等速运动规律不能单独用于高速发动机配气机构？”，邀请学生回答。 1.结合教材2-42，对比等速运动规律，逐图讲解曲线特征； 2.用 “汽车平稳起步再平稳减速” 类比柔性冲击，对比刚性冲击的区别； 3.组织小组讨论：“两种运动规律的冲击有什么区别？为什么等加速等减速更适合汽车配气机构？”，邀请小组代表分享。 1.结合教材图 2-43，用动画演示压力角的定义，标注力的分解过程； 2.用 “斜推箱子” 类比：斜推时，垂直地面的分力越大，摩擦力越大，推动越费力，对应压力角越大，有害分力越大； 3.邀请学生上台，在图上标注压力角、有效分力与有害分力。 1.结合公式推导，讲解压力角与机构效率、自锁的关系； 2.提问：“如果凸轮机构出现自锁，无法运动，我们可以怎么解决？”，引导学生思考； 3.结合汽车配气凸轮实例，说明设计时控制压力角的重要性。 1.记录运动规律的定义、曲线特征； 2.结合类比理解刚性冲击的产生原因； 3.思考并回答问题，理解其适用场景的限制。 1.记录运动规律的定义、曲线特征，对比等速运动规律的不同； 2.参与小组讨论，区分两种冲击的区别； 3.完成随堂对比表格，梳理两种运动规律的核心差异。 1.记录压力角的定义、力的分解公式； 2.结合类比理解压力角对力的影响； 3.上台完成标注任务，强化记忆。 1.记录压力角的影响、许用值与优化措施； 2.思考并回答问题，理解自锁现象的解决方法； 3.完成随堂判断题，检验对压力角的理解。 1.用生活类比降低抽象概念的理解难度，避免学生对 “无穷大加速度” 产生畏难情绪； 2.互动提问引导学生主动思考，而不是被动接收知识。 1.用对比法讲解，让学生清晰区分两种运动规律的核心差异，避免混淆； 2.小组讨论培养学生的协作能力，同时深化对知识点的理解； 3.回归汽车实例，强化知识的应用价值。 1.用生活类比突破力学分解的抽象难点，让学生快速理解压力角的意义； 2.动手标注强化直观认知，避免纯公式推导的枯燥。 1.从 “影响 - 许用值 - 优化措施” 的逻辑讲解，让学生形成完整的知识链条； 2.用实例强化工程应用意识，贴合中职岗位需求。 课堂 总结（2分钟） 本节课主要学习了 1.凸轮机构工作过程：推程→远休止→回程→近休止，核心参数升程、运动角、休止角； 2.从动件运动规律：等速运动（刚性冲击，低速轻载）、等加速等减速运动（柔性冲击，中速适用）； 3.压力角：定义、力学意义、对机构效率的影响、许用值与优化措施。 布置下节课任务（1分钟） 布置下节课任务（1分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（1分钟） 1.画出凸轮机构的4个工作阶段的位移线图，标注每个阶段对应的凸轮转角。 2.列表对比等速运动规律与等加速等减速运动规律的曲线特征、冲击类型、适用场景。 3.简述压力角的定义，以及压力角过大对凸轮机构的影响。 板书 设计 凸轮机构的工作过程与从动件运动规律 一、凸轮机构的工作过程 组成：凸轮、从动件、机架 核心参数： 基圆半径 升程 4 个工作阶段： 推程→ 远休止→ 回程→ 近休止 二、从动件常用运动规律 表格 运动规律 曲线特征 冲击类型 适用场景 等速运动 位移线为斜直线 刚性冲击 低速轻载 等加速等减速运动 位移线为两段抛物线 柔性冲击 中速（汽车配气） 三、压力角与传动性能 定义：从动件运动方向与法线方向的锐角 α 力的分解： 有效分力：F_y = F_n cosα（推动运动） 有害分力：F_x = F_n sinα（产生摩擦） 影响：α 越大，效率越低，过大→自锁 许用值：直动从动件 [α]≤30° 优化：增大基圆半径 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 教师分配任务 学生分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $