第1章平面机构的自由度和速度分析
概述
1.一些基本概念：
1）什么是机构
定义见教材P1
也可以这么定义：确定相对运动的构件组合叫机构。
2）什么是构件：组成运动链的物体之间可以作“刚性连接”，即没有相对运动的连接，可以认为它们是一个物体，叫做运动链的“构件”。组成构件的每一物体叫做“零件”。
3）运动链：由相互接触来限制相对运动的物体配合称为“运动链”，也可称为“运动副”—见教材P6。
5）构件的分类：见教材P9
（1）固定构件（机架）
（2）原动件（主动件）
（3）从动件
（4）构件分类的特点：见教材P9
1.1 运动副及其分类（P6）
1. 低副：图1-2、1-3
低副有转动副和移动副两类。
2. 高副：图1-4
3. 空间运动副：图1-5
1.3 平面机构的自由度
1. 作平面运动的的自由构件，具有沿X轴和Y轴两个移动的自由度和一个绕垂直于平面XOY 轴的转动自由度。即一个作平面运动的构件具有三个自由度。也即要用三个独立参数才能决定其在平面上的位置。
什么是自由度：构件能进行独立运动的方向或坐标。
2. 平面机构自由度的计算公式：式1-1（P11）
1）约束：构件独立运动受到限制叫约束。
约束条件：限制构件一个独立运动称为一个约束条件。
2）约束条件与运动副：
教材P10~11
（1）转动副：（例图1-2）
一个自由度，约束条件2个
（2）移动副：（例图1-3）
一个自由度，约束条件2个
（2）高副：（例图1-4b）
两个自由度，约束条件1个
（3）高副：（例图1-4C）
两个自由度（转、移）；约束条件1个。例1-3 图1-8b
例图1-10：两个自由度—从动件位置不能确定
例图1-11：一个自由度，两个原动件—运动干涉
例图1-12：0个自由度，机构不运动
结论：机构具有确定运动的条件：教材P12
1. 凸轮机构的基本组成：
凸轮（一般为主动件）、从动件、机架
2. 特点：
1）凸轮一般为主动件，作等速连续转动，也有摆动、往复直线运动；从动件的运动一般是连续或间歇的往复移动或摆动。
2）凸轮机构工作的实质是：只需确定适当的凸轮轮廓就可使其从动件得到预定的运动规律。
3）优点：结构简单，易于设计
缺点：高副机构，易于磨损，多用于传力不大的操纵机构、调节机构、
机床的进给机构。
3. 分类：见教材P40
2. 从动件的常用运动规律
工作中，有些运动规律并没有明确规定，设计者可自行选择一些常用运动规律。
其选择要满足以下要求：
（1）在满足工艺过程的要求下有较高生产率
（2）机构受力良好
（3）凸轮轮廓便于制造。
1）等速运动规律：表4-1
特点：（1）S、V a 曲线形状（2）运动
开始及终止时，加速度无穷大—修正（图3-6）
应用：
（1）只适于速度极低或从动件质量不大场合
（2）过渡曲线可用圆角代替。
2）简谐运动规律：表4-1
（1）位移线图的作法
（2）位移方程—经数学推导得速度方程和加速度方程。
特点：见教材
3）正弦加速度运动规律：表4-1
在汽车发动机等凸轮设计中要求避免柔性冲击可采用该种运动规律。
特点：见教材。
3.3 凸轮机构的压力角
什么是压力角：见教材P43，例：图3-7
或：从动件的受力方向与运动方向之间的夹角。
1.压力角与作用力的关系
力分解—有害分离、效率—摩擦力—摩擦力分力与有用分力—自锁。
压力角的推荐值
自锁的概念：P44
回程不会自锁，因作用力小—摩擦力更小—
计算：80°不会产生自锁。
4.2.1. 轮齿的齿形曲线
1. 保证定速比性的条件
要想实现齿轮定速比传动，轮齿的齿形必须符合一定的规律。
见图4-2，可以证明式4-1成立（证明略）
由式4-1得：
1）齿形啮合基本定律：一对轮齿的齿形无论在任何位置接触，过接触点所作齿形的公法线都必须通过连心线上的一个固定点C。
2）重要参数
节点—点C
节圆（见教材P55）
3）重要性质：
一对圆柱齿轮传动相当于两个节园各自绕自己圆心作纯滚动，且速比（角速度比）恒等于两节园半径的反比（见教材P56）
2. 渐开线的形成及性质（P56）
1）形成：见图4-3
直线在基圆上作纯滚动，直线上的点的轨迹。
2）性质：见教材：
（1）（2）
（3）补充：压力角：作用力的方向与物体运动方向之间的夹角。
（4）（5）
3. 渐开线齿形的啮合特点
1）定速比性（图4-5；P57）
（1）齿轮传动中，齿形啮合点的轨迹即为上述公切线，称为啮合线。啮合线为一直线是齿轮传动的一个特点。
（2）啮合线的直线性使齿轮啮合传递压力的方向保持不变。
2）中心距可分性
一对齿轮传动的中心距改变后，原来的瞬时速比不变的性质叫作中心距可分性（基圆不变；渐开线用的地方不一样）
4.4 齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸（P57）
齿轮各部分名称：见图4-6
一对齿轮传动还有中心距a
1.齿轮的模数、分度圆
齿的主要参数—齿厚—齿厚+齿槽宽齿齿相等=齿距—齿距=
πd（任意直径）/Z（齿数）—d（任意直径）=
Z（齿数）X齿距/ π
将齿距/ π =m（模数）则：d（任意直径）= Z（齿数）X m（模数）
4.7 根切、最少齿数及变位齿轮
1.齿轮的根切现象
见图4-15 点C上处
什么是根切现象：教材P65
根切的危害：
1）削弱齿根强度。
2）减小渐开线工作长度，从而减小重合度。
3. 不产生根切的最小齿数
1）齿数越少，越容易产生根切
齿数少—基圆小—实际啮合线靠近齿条中线—齿条刀顶端容易超过极限点
2）最小齿数：
为避免根切，对于标准齿轮的齿数有一个最小极限，叫做最小齿数。
由此可得：
a0 =20°时，f0 =1（标准），Zmin=17
a0 =20°时，f0 =0.8（短齿），Zmin=14
注意：上述为采用滚刀或齿条刀加工时，插刀加工另书介绍。
4. 不产生根切的最小变位系数
1）由中心距可分性—将齿条刀顶移至实际啮合极限点内—避免根切。
2）由此引出的几个术语：
变位量、变位系数：见教材P66
2）变位齿轮的特点
（1）标准齿轮是变位齿轮的一个特例
（2）变位齿轮和标准齿轮的基圆相同，是同一渐开线的不同段。
（3）正变位齿轮：分度圆齿厚、齿根厚度大，齿顶厚度小，齿顶高大，齿根高小。
负变位齿轮：相反
2.变位齿轮的传动类型
教材P66 等移距变位齿轮传动和不等移距变位齿轮传动
一对相啮合的齿轮由于变位系数不同，其特征也不同：
1）标准齿轮（x1 = x2 =0）
其计算见前述。
2）高度变位（x1 =- x2 ）
特征：齿顶高与齿根高与标准齿轮不同
计算见表4-3
3）正角度变位（x1 + x2 >0）特征：
（1）A>1/2m( Z1+Z2 )
（2）节圆直径>分度圆直径
（3）节圆压力>分度圆压力角
（4）全齿高<标准齿轮全齿高
计算：见表P67最后一行。
4）负角度变位（x1 + x2 < 0 ）特征：
（1）A<1/2m( Z1+Z2 )
综上所述：正角度变位的优点是主要的，即使（Z1+Z2）>34，也常采用正角度变位；当
中心距必须等于1/2m(Z1+Z2) ，同时有一齿轮的齿数小于17时，采用高度变位；只有当中心距必须<1/2m(Z1+Z2)才采用负角度变位。
2.变位齿轮的应用
1）利用正变位避免根切
2）利用变位齿轮凑中心距
3）利用正变位齿轮加大齿根圆直径
第九章机械零件设计概述
9.2 机械零件的强度
见教材：P115
1.几个术语：
名义载荷
载荷系数
计算载荷
名义应力
计算应力
2. 强度条件：许用应力法：式9-1
安全系数法：式9-2 注意：分母应为许用应力
9.2.1 应力的种类及特性
静应力与交变应力
1. 静应力：图9-1 （a）
2. 交变应力：随时间变化（方向、大小）的应力
3. 循环应力：变化具有周期性的交变应力。
9.2.3 安全系数
1. 安全系数的重要性
2. 确定方法
2）按选择原则：见教材P119
9.3 机械零件的接触强度
1.什么是接触强度
零件在接触面积很小的条件下，抗破坏的能力叫做接触强度。
接触应力见教材P122
2. 表面疲劳失效产生机理：
接触应力大—初始裂纹—裂纹扩展—剥落——点蚀—（疲劳破坏）
3. 最大接触应力：式9-14 什么是疲劳强度？
4. 接触疲劳强度的判定条件式9-15
9.4 机械零件的耐磨性
1.什么叫磨损：见教材P124
2.什么叫耐磨性：见教材P124
3.耐磨性的表征：
1）磨损量：尺寸、体积或质量的减少量
2）磨损率：磨损快慢的指标
（1）磨损量与时间之比
（2）磨损量与距离之比
4. 磨损的种类：见教材P124
5. 磨损的抗力指标
1）控制压强：式9-16
2）控制PV值：式9-17
9.5.1 金属材料（P125）
1. 铸铁
1）种类：灰口铸铁（HT）、球墨铸铁（QT）、可锻铸铁、合金铸铁。
常用种类：灰口铸铁。
2）特点及适用范围：
工艺性：铸造
优点：减振性、耐磨性、切削性
铸铁适于成型复杂形状零件
球铁适于机械性能要求高的复杂形状零件
2. 钢
1）种类：碳素结构钢（旧牌号A）、优质碳素结构钢（20、35、45、50）、合金结构钢（20cr、40Cr）、【弹簧钢（60Si2MnGCr15）】工具钢（T8、T10、T12），还有铸钢。
2）特点及适用范围：
坯料状态：型材（棒料、结构型材、板材、无缝钢管）锻（适于较复杂零件）铸（适于复杂形状，铸钢）
优点：优良机械性能和力学性能：强度、塑性。
第10章连接
2. 螺纹的自锁特性（教材P138）
什么是自锁：螺纹轴向受力，在螺旋角一定范围，螺旋副不会下滑的现象叫自锁。所以：螺纹升角小于摩擦角时，螺纹自锁。
3）双头螺栓
应用的理由：见教材
补充：装配墙壁装配空间小的内孔时
4）紧定螺钉
应用的理由：见教材
10.5 螺纹连接的预紧与防松
2）简化式：式10-10 （P145）
3）预紧力（计算）的确定：见教材
2. 螺纹连接的防松
1）为什么需要防松：
预紧力在振动及其他交变负载作用下消失，自锁失去作用。
2）防松的根本问题在于：
防止螺纹副的相对转动。
3）防松原理：
（1）靠摩擦力的防松（表146）
（2）机械方法防松（表146）
10.6 螺栓连接的强度计算
1. 螺纹连接的计算
当螺栓与螺孔间有间隙时，不论预紧状态如何，受力状态如何，螺纹总受拉力
2）受横向工作载荷
教材述：为保证被连接件结合面间有足够的摩擦力阻止其发生相对滑动，所需的轴向预紧力为式10-13（P149）。
计算例表明：预紧力可能大于8倍横向载荷
3）受轴向工作载荷的螺栓强度
见图10-21
（1）每个螺栓所受工作载荷F E。
（2）螺栓受预紧力—螺杆伸长，连接件受压。
（3）受工作载荷F E —螺杆伸长增加一个量与此同时连接件受压减小一定量
（4）总拉伸载荷：式10-16
（5）从图10-23可看出式10-16的意义。
（6）紧螺栓连接应能保证被连接件的结合面不出现缝隙，因此，残余应力应大于零—残余预紧力F R的取值参看P151。
10.8 提高螺栓连接强度的措施
2. 改善螺牙间的载荷分布
重要的是载荷分布规律及设计注意点。
第11章齿轮传动
11.4 直齿圆柱齿轮的作用力及计算载荷
2. 计算载荷
KFn：
K：载荷系数；见表11-3
载荷系数主要由两类因素造成，载荷集中和动载荷现象：载荷系数等于载荷集中系数K1 和动载荷系数K2的乘积。
载荷系数的影响因素？
11.5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
见教材：
齿轮失效的主要形式：齿根疲劳折断—齿根弯曲强度；齿面接触点蚀—齿面接触强度
11.3 齿轮传动的精度
2. 为什么要规定齿轮传动的精度及传动精度的类型
1）传动比的准确性—运动精度
2）传动的平稳性—工作平稳性（精度）
3）载荷分布的均匀性—接触精度。
4）热膨胀、制造误差—齿侧间隙。
11.9 直齿圆锥齿轮传动
什么是直齿圆锥齿轮传动：图4-1；P54
直齿圆锥齿轮与圆柱齿轮的区别本质上在于：圆柱齿轮的轮齿分布在圆柱面上，圆锥齿轮在圆锥面上
11.9.1 齿面形成和啮合特点
1. 齿面的形成：
发生平面在基圆锥上作纯滚动，发生面上通过锥顶的任一直线所运动的轨迹。
特点：锥齿轮的渐开线是以锥顶为球心，至渐开线上某点为半径的球面渐开线，齿面是由不同半径的球面渐开线组成的渐开线曲面。
（图4-23；P73）
圆柱齿轮的渐开线是特殊的圆锥齿轮渐开线即锥顶无穷远的渐开线。因此，直齿圆柱齿轮渐开线的性质一般适于锥齿轮。
注意：直齿锥齿轮的正确啮合条件
3.啮合特点：
1）一对圆锥齿轮的啮合，相当于一对当量圆柱齿轮（柱、锥齿轮分度圆相等）的啮合。2）当圆锥齿轮两轴间的夹角等于90度时，传动比n1/n2 = Z2/Z1。
3）距锥顶不同距离位置的模数是不相同的，模数由大端到小端逐渐减小。
4）一对锥齿轮只有锥顶重合才能保证轮齿的良好接触和定速比性。
第14章轴
14.1 轴的功用和类型
1. 功用：支承旋转零件、传递扭矩
2. 分类：
支承旋转零件—心轴—承受弯矩（图14.4）
传递扭矩—传动轴（无支承）—主要承受扭矩（图14.2）
支承旋转零件并传递扭矩—转轴—承受扭矩和弯矩。（图14.1）
零件的周向连接设计
（1）什么是周向连接：回转自由度
不是所有零件均需限制回转自由度。见教材图14-7、14.12
（2）常用周向连接方式：
过盈配合、平键连接、花键连接、销连接等。
结构设计中的一些注意事项
（1）轴端倒角、静配合倒角及粗糙度（图14-7）
（2）轴肩比配合件缩进一定量。（图14-7）
（3）受力尽可能靠近轴承处。（图14-7）
（4）降低应力集中—圆角过渡（图14-16）
（5）台阶处的清角
（6）轴上圆角与配合件倒角（图14-10）
（7）轴结构的标准化设计。
会分析结构设计的问题（见习题）
14.4 轴的校核计算
教材14.4.1式4-1为按扭转强度计算的计算式（实例见例14-2）；式14-2多用于轴的估算
例：14-1 （注意装配图轴承接触处的画法有误）
例：题14.9
10-11 键连接和花键连接
10.11.1 键连接的类型
键的功能：周向固定、传递扭矩。
1.平键（图10-34）
工作面、上表面有间隙
类型：普通平键、导向平键
端部形状—表10-10 单圆头用于轴端。
2.半圆键（图10-35）
工作面、上表面有间隙、注意轴向留间隙
优点：常用于轴端锥面—由于可转动，适应轮毂键槽角度误差。
轴端锥面连接的优点是无间隙，定心精度高
缺点：键槽较深，削弱轴的强度。
10.11.3 花键连接
什么是花键—见图10-40。许多键做在轴上就成花键。
1）花键传递扭矩大，受力均匀。
2）制造用花键拉刀，适于批量较大的加工，如汽车齿轮箱中应用较广。
3）对中性能好，特别适于滑移尺寸的连接。
10-12 销连接
1.用途：见教材：定位、传递不大载荷。
2. 类型：常用：图10-41（a）（b）
圆柱销：常用于极少拆卸场合，加工方便
圆锥销：性能与圆柱销相反
第15章滑动轴承
流体动压润滑的基本方程：式15-10
15.6.2 液体摩擦形成的基本条件
由：流体动压润滑的基本方程：式15-10得：
1.两摩擦表面必须形成收敛形的间隙（h-h0不能等于零）
2. 必须供给充分的具有一定粘度的润滑油，且油的粘度越大，油膜承载力越大。（h ）
3. 摩擦表面间必须具有一定的相对运动，且，速度越高，油膜承载力越大。（V）
4. 影响最大的因素是间隙h（三次方），h越小，油膜承载力越大。
15.8 静压轴承简介
1.结构：
见教材图15-19。
注意轴承与轴之间间隙很小，相当于一个液阻可变的节流器。
2.工作原理：
工作腔被两个节流器隔开，相当于一个独立的具有一定压力的油垫。轴偏移一定量—一边液阻增大，压力增大；相对一边液阻减小，压力减小—压差使轴回移至原平衡状态。
第16章滚动轴承
16.1 滚动轴承的基本类型、特点及选择
1. 滚动轴承的分类主要按所受载荷的方向确定—与接触角的大小有关：
（什么是接触角：见教材P276）
向心轴承：主要承受径向载荷
推力轴承：主要承受轴向载荷
向心推力轴承：承受径向、径向联合载荷，以承受径向为主。
推力向心轴承：承受径向、径向联合载荷，以承受轴向为主。
2. 常用滚动轴承:
1）单列向心球轴承：见P279（6）
（1）价格便宜、主要承受径向力，也可承受双向轴向力。得到广泛应用。
（2）极限转速较高，允许内外圈有一定偏斜。
2）单列圆锥滚子轴承：见P278 （3）
（1）价格便宜、可承受双向较大载荷，转速不高的工况，得到广泛应用。
（2）内外圈可分开，调整方便，成对使用。
（3）转速不高，噪音较大。
（4）不宜承受纯径向载荷
3）圆柱滚子轴承P280 （N）
（1）承受较大径向载荷。
（2）内外圈可分开、装配、润滑方便。
（3）允许转速较低、允许偏斜量较小。
4）推力球轴承P279 （5）
（1）适宜较大轴向载荷，较低转速，与向心轴承联合使用场合。不能承受径向载荷。
（2）一个动圈固定于轴上，一个定圈，与固定件有一定配合要求，固定在固定件上。
（3）允许转速较低、允许偏斜量较小。
5）向心推力球轴承P279 （6）
适于径向、轴向载荷都较大，而转速较高的情况。多成对使用，可预紧，提高刚度。6）滚针轴承P280 （NA）
多用于径向尺寸要求紧凑，转速较低，径向载荷较大的场合。
3. 一般选择原则：
1）转速较大、载荷不太大、旋转精度高，选用球轴承。
2）有冲击载荷时，宜用滚子轴承。
3）径向和轴向载荷均大时，且转速较大时，采用向心推力球轴承；转速不高时。采用圆锥滚子轴承。
4）当径向力比轴向力大很多，且转速较高，用向心球轴承。
5）当轴向力比径向力大很多、转速不高时，用推力球轴承承受轴向力，用圆柱滚子轴承，（或向心球轴承）承受径向载荷。
16.5 滚动轴承的组合设计
轴承的基本组合形式有固定式和固定—游动式两类，特殊情况下有游动式。
2. 固定—游动式轴承部件：图16-13
当量动载荷计算式为：P=XFr+YFa，该式的计算方法及其实际意义是什么: 教材：P284~P285
5. 轴承的预紧（P292）
什么是预紧？
预紧的作用：见教材：消除间隙、提高刚度及旋转精度，减小振动。
预紧的缺点：磨损大、发热大、降低寿命。
16.3.2 按寿命选择滚动轴承尺寸
1. 什么是滚动轴承的寿命：
见教材P283
2. 额定寿命
见教材P283 符号及单位
3. 额定寿命的计算公式
式16-1、16-2
3. 预期寿命表1-10
4. 关于温度系数和载荷系数：式16-3
第17章联轴器、离合器和制动器
17.1. 联轴器、离合器的类型和应用
1.联轴器、离合器的作用：
1.什么是联轴器、离合器（图17-1、图17-18）
2.主要用于两根轴的连接并传递扭矩。
3.两轴间的位置可能不同轴或倾斜—联轴器允许适当的位置误差（图17-2）
4.两轴间的运动不平稳，联轴器吸收其振动和冲击能量
5.离合器有安全装置之作用
2. 联轴器与离合器的区别：
使两轴分离：联轴：停车、拆卸。
离合：工作时可结合或分离。
3. 联轴器的分类及特点
见教材P296
4. 离合器的分类及特点（牙嵌式和摩擦式）
见教材P296
按结合方式分为操纵式和自动式，操纵式可分为刚性和摩擦。自动式是指在特定工作条件下自动结合和分离。
自动式又分为安全离合器和超越离合器。能讲述多片摩擦离合器的组成及工作原理
17.5.1 牙崁离合器
1. 结构：图17-15 注意对中环—与滑移相关
2. 齿形及优缺点（见教材）
（1）三角形：多为细齿，结合性好，传递扭矩小—电磁牙崁离合器。
（2）梯形：结合性好，传递扭矩大，可补偿齿形磨损和消除间隙，分离性好。结合时冲击较小，得到广泛应用。
（3）锯齿形：强度最高，传递扭矩最大，反向易分离，只能传递单向扭矩。用于特殊场合。
2. 电磁离合器（图17-19）
1）特点：
（1）能实现远程控制和自动控制
（2）结合迅速（0.04~1秒）准确。
（3）能快速反向（0.2秒）
（4）离合过程无不平衡轴向力
（5）结合时能平稳驱动从动件
（6）摩擦片间有相对滑动，不能保证传动比
因此，电磁离合器得到广泛应用，用于控制启动、停止、制动、变速、换向等操作。
17.8.1 安全离合器
应用：作安全防护装置
原理：当传递扭矩达预设值时，自动分离，起防止过载的作用。
1. 牙崁式安全离合器（见下课件图）
结构：与牙崁离合器相似，牙的倾角较大，用弹簧机构代替操纵机构。螺母调节弹簧力。
能讲述安全离合器的组成及工作原理
牙崁式安全离合器，注意润滑骑缝螺钉
第18章弹簧
2.压缩弹簧的特性曲线：见图18-12
压缩弹簧的特性曲线表示了弹簧所受载荷变形的关系曲线，曲线表明：等螺距圆柱形螺旋弹簧在轴向压力作用下，产生的轴向压缩变形l 与压力F成正比。
弹簧刚度：式18-10
1）一般在工作前预受一最小工作载荷F1
2）弹簧工作压力一般不大于最大工作载荷F2.
3）弹簧的极限载荷为F3，在F3作用下，弹簧的应力达到材料的弹性极限（超过，其特性曲线非线性）。
A卷 一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同及其相互关系 答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。 2. 简述“机械运动”的基本含义 答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？ 答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？ 答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。 5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？ 答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？ 答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minγ发生在什么位置？ 答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之 锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900 。压力角（传动角）越小（越大）， 机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？
机械设计概述 1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？ 答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段： 1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。 3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。 4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。 1.2常见的失效形式有哪几种？ 答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。 1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？ 答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。对于载荷而言称为承载能力。 根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。 1.4标准化的重要意义是什么？ 答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
摩擦、磨损及润滑概述 2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？ 答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。 干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触，被液体油膜完全隔开，摩擦系数极小，摩擦是在液体的分子间进行的，称为液体润滑。边界摩擦的特点是两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但由于边界膜较薄，不能完全避免金属的直接接触，摩擦系数较大，仍有局部磨损产生。混合摩擦的特点是同时存在边界润滑和液体润滑，摩擦系数比边界润滑小，但会有磨损发生。 2.2磨损过程分几个阶段？各阶段的特点是什么？ 答：磨损过程分三个阶段，即跑合摩合磨损阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。各阶段的特点是:跑合磨损阶段磨损速度由快变慢；稳定磨损阶段磨损缓慢，磨损率稳定；剧烈磨损阶段，磨损速度及磨损率都急剧增大。 2.3 按磨损机理的不同，磨损有哪几种类型？ 答：磨损的分类有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损点蚀、腐蚀磨损。 2.4 哪种磨损对传动件来说是有益的？为什么？ 答：跑合磨损是有益的磨损，因为经跑合磨损后，磨损速度减慢，可改善工作表面的性质，提高摩擦副的使用寿命。 2.5如何选择适当的润滑剂？ 答：选润滑剂时应根据工作载荷、运动速度、工作温度及其它工作条件选择。 当载荷大时，选粘度大的润滑油，如有较大的冲击时选润滑脂或固体润滑剂。高速时选粘度小的润滑油，高速高温时可选气体润滑剂；低速时选粘度小的润滑油，低速重载时可选润滑脂；多尘条件选润滑脂，多水时选耐水润滑脂。 2.6润滑油的润滑方法有哪些？ 答：油润滑的润滑方法有分散润滑法和集中润滑法。集中润滑法是连续润滑，可实现压力润滑。分散润滑法可以是间断的或连续的。间断润滑有人工定时润滑、手动油杯润滑、油芯油杯润滑、针阀油杯润滑、带油润滑、油浴及飞溅润滑、喷油润滑、油零润滑等几种。 2.7接触式密封中常用的密封件有哪些？ 答：接触式密封常用的密封件有O形密封圈，J形、U形、V形、Y形、L形密封圈，以 2.8非接触式密封是如何实现密封的？ 答:非接触式密封有曲路密封和隙缝密封，它是靠隙缝中的润滑脂实现密封的。
第十四章 机械系统动力学 14-11、在图14-19中，行星轮系各轮齿数为123z z z 、、，其质心与轮心重合，又齿轮1、2对质心12O O 、的转动惯量为12J J 、，系杆H 对的转动惯量为H J ，齿轮2的质量为2m ，现以齿轮1为等效构件，求该轮系的等效转动惯量J ν。 2222 2121221 12323121 13212 1 13222 12311212213121313 ( )()()()1()()()( )()()()o H H H o H J J J J m z z z z z z z z z O O z z z z z z z O O J J J J m z z z z z z z z νννωωω ωωωω ωω ωωωωνω=+++=-= += +=+-=++++++解： 14-12、机器主轴的角速度值1()rad ?从降到时2()rad ?，飞轮放出的功 (m)W N ，求飞轮的转动惯量。 max min 122 2 121 ()2 2F F Wy M d J W J ?ν??ωωωω==-=-? 解： 14-15、机器的一个稳定运动循环与主轴两转相对应，以曲柄和连杆所组成的转动副A 的中心为等效力的作用点，等效阻力变化曲线c A F S ν-如图14-22所示。等效驱动力a F ν为常数，等效构件（曲柄）的平均角速度值25/m rad s ?=， 3 H 1 2 3 2 1 H O 1 O 2
不均匀系数0.02δ=，曲柄长度0.5OA l m =，求装在主轴（曲柄轴）上的飞轮的转动惯量。 (a) W v 与时间关系图 （b ）、能量指示图 a 2 24()2 3015m Wy=25N m 25 6.28250.02 c va OA vc OA OA va F W W F l F l l F N Mva N J kg m νν=∏?∏=∏+==∏= =?解：稳定运动循环过程 14-17、图14-24中各轮齿数为12213z z z z =、，，轮1为主动轮，在轮1上加力矩1M =常数。作用在轮 2 上的阻力距地变化为： 2r 22r 020M M M ??≤≤∏==∏≤≤∏=当时，常数；当时，，两轮对各自中心的转动惯量为12J J 、。轮的平均角速度值为m ω。若不均匀系数为δ，则：（1）画出以轮1为等效构件的等效力矩曲线M ν?-；（2）求出最大盈亏功；（3）求飞轮的转动惯量F J 。 图14-24 习题14-17图 40Nm 15∏ 12.5∏ 22.5∏ 15Nm ∏ 2∏ 2.5∏ 4∏ 25∏ 1 1 z 2 z 2 r M 2 M ∏ 2∏ 2?
《机械设计基础》试题库 一、填空题 （机械原理部分） 1．牛头刨床滑枕往复运动的实现是应用了平面四杆机构中的机构。 2．机构具有确定运动的条件是数目与数目相等。 3．平面四杆机构的压力角愈，传力性能愈好。 4．平面四杆机构的传动角愈，传力性能愈好。 5．有些平面四杆机构是具有急回特性的，其中两种的名称是机构、机构。6．在平面四杆机构中，用系数表示急回运动的特性。 7．摆动导杆机构中，以曲柄为原动件时，最大压力角等于度，最小传动角等于度。 8．在摆动导杆机构中，若导杆最大摆角φ= 30°，则其行程速比系数K的值为。9．四杆机构是否存在止点，取决于是否与共线。 10．在铰链四杆机构中，当最短杆和最长杆长度之和大于其他两杆长度之和时，只能获得机构。 11．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫__ 机构。 12．平面连杆机构急回特性系数Ｋ____１时，机构有急回特性。 13．以滑块为主动件的曲柄滑块机构有____个止点位置。 14．凸轮机构主要由、、和三个基本构件组成。 15．盘形凸轮的基圆，是指以凸轮的轮廓的值为半径所作的圆。 16 .在凸轮机构中，从动件的运动规律完全由来决定。 17．据凸轮的形状，凸轮可分为凸轮、凸轮和移动凸轮。 18．凸轮机构的压力角是指的运动方向和方向之间所夹的锐角。 19．在实际设计和制造中，一对渐开线外啮合标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是 相等、相等、且相反。 20．在实际设计和制造中，一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是、。 21．一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的连续传动条件是。 22．在标准齿轮的分度圆上，与数值相等。 23．斜齿圆柱齿轮传动的重合度比直齿圆柱齿轮传动的重合度，因而承载能力。 24．.渐开线上各点的压力角不等，向径越大，则压力角越，圆上的压力角为零。25．单个齿轮的渐开线上任意点的法线必是圆的切线。 26．渐开线齿轮的五个基本参数是齿数、、、系数和顶隙系数。27．我国规定齿轮标准压力角为度；模数的单位是。 28．齿轮切削加工方法可分为仿形法和范成法，用成形铣刀加工齿形的方法属法，用滚刀 加工齿形的方法属法。 29．渐开线齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆称为圆。 30．在普通铣床上用铣刀加工斜齿圆柱齿轮时，刀号据选取。 31．渐开线齿轮的特性称为中心距可分性。 32．齿轮传动最基本的要求是其瞬时传动比必须。 33．用齿条型刀具按范成法加工齿轮，如果切齿结束时，刀具的中线与轮坯分度圆相切，则加工 出来的齿轮是齿轮，刀具的中线与轮坯分度圆不相切，则加工出来的齿轮称为 齿轮。 34．规定渐开线标准斜齿圆柱齿轮____ 面上的参数为标准值。 35．直齿圆锥齿轮的标准模数规定在____端的圆上。 36．对于正确安装的一对渐开线圆柱齿轮，其啮合角等于圆上的角。 37．在课本上所介绍的间歇运动机构中，其中两种机构的名称是：机构、 机构。 38．外槽轮机构由、和机架组成，其中拨盘作转动。 （机械零件部分）
绪论 一、判断题（正确T，错误F） 1. 构件是机械中独立制造的单元。（） 2. 能实现确定的相对运动，又能做有用功或完成能量形式转换的机械称为机器。（） 3. 机构是由构件组成的，构件是机构中每个作整体相对运动的单元体。（） 4. 所有构件一定都是由两个以上零件组成的。（） 二、单项选择题 1. 如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（）。 A 机构 B 零件 C 部件 D 构件 2. 一部机器一般由原动机、传动部分、工作机及控制部分组成， 本课程主要研究（）。 A 原动机 B 传动部分 C 工作机 D 控制部分 三、填空题 1. 构件是机械的运动单元体，零件是机械的______单元体。 2. 机械是______和______的总称。 参考答案 一、判断题（正确T，错误F） 1. F 2. T 3. T 4. F 二、单项选择题 1. B 2. B 三、填空题 1. 制造 2. 机构机器
第一章平面机构的自由度 一、判断题（正确T，错误F） 1. 两构件通过点或线接触组成的运动副为低副。（） 2. 机械运动简图是用来表示机械结构的简单图形。（） 3. 两构件用平面低副联接时相对自由度为1。（） 4. 将构件用运动副联接成具有确定运动的机构的条件是自由度数为1。（） 5. 运动副是两构件之间具有相对运动的联接。（） 6. 对独立运动所加的限制称为约束。（） 7. 由于虚约束在计算机构自由度时应将其去掉，故设计机构时应尽量避免出现虚约束（） 8. 在一个确定运动的机构中，计算自由度时主动件只能有一个。（） 二、单项选择题 1. 两构件通过（）接触组成的运动副称为高副。 A 面 B 点或线 C 点或面 D 面或线 2. 一般情况下，门与门框之间存在两个铰链，这属于（）。 A 复合铰链 B 局部自由度 C 虚约束 D 机构自由度 3. 平面机构具有确定运动的条件是其自由度数等于（）数。 A 1 B 从动件 C 主动件 D 0 4. 所谓机架是指（）的构件。 A 相对地面固定 B 运动规律确定 C 绝对运动为零 D 作为描述其他构件运动的参考坐标点 5. 两构件组成运动副必须具备的条件是两构件（）。 A 相对转动或相对移动 B 都是运动副 C 相对运动恒定不变 D 直接接触且保持一定的相对运动 三、填空题 1. 机构是由若干构件以_______________相联接，并具有__________________________的组合体。 2. 两构件通过______或______接触组成的运动副为高副。 3. m个构件组成同轴复合铰链时具有______个回转副。 四、简答题 1. 何为平面机构？ 2. 试述复合铰链、局部自由度和虚约束的含义？为什么在实际机构中局部自由度和虚约束常会出现？ 3. 计算平面机构自由度，并判断机构具有确定的运动。 （1）（2）
第三章部分题解 3-5 图3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1 带动凸轮2 旋转后,经过摆杆3 带动导杆4 来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有,应如何修改? 解画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a),其自由度为: F =3n-2P -P =33-24-1=0 3-6 54 其中:滚子为局部自由度计算可知:自由度为零,故该方案无法实现所要求的运动,即结 习题3-5 图 图3-37 解决方法:1增加一个构件和一个低副,如习题3-5 解图(b)所示。其自由度为: 构组成原理上有错误。 F =3n-2P -P =34-25-1=1 54 2将一个低副改为高副,如习题3-5 解图(c)所示。其自由度为: F =3n-2P -P =33-23-2=1 54 习题3-5 解图(a)画出图3-38 所示机构的运动简图(运动尺寸由图上量取),并计算其自由度。 (a)机构模型(d) 机构模型图3-38 习题3-6 图 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。计算该机构自由度为:
F =3n-2P -P =33-24-0=1 54 习题3-6(a)解图(a) 习题3-6(a)解图(b)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图(c) 习题3-5 解图(b) 习题3-5 解图(c) 解(a) 解(d) 等多种形式。 -1- 3-7 解(a) 解(b) 解(c) 54
计算该机构自由度为: F =3n-2P -P =33-24-0=1 54 习题3-6(d)解图(a)计算图3-39 所示机构的自由度,并说明各机构应有的原动件数目。 F=3n-2P-P=37-210-0=1 54 A、B、C、D 为复合铰链原动件数目应为1说明:该机构为精确直线机构。当满足BE=BC=CD=DE,AB=AD, AF=CF 条件时,E 点轨迹是精确直线,其轨迹垂直于机架 连心线AF F=3n-2P-P=35-27-0=1 习题3-6(d)解图(b) 习题3-6(d)解图(c) 解(d) 解(e)
机械设计基础习题参考答案 机械设计基础课程组编 武汉科技大学机械自动化学院
第2章 平面机构的自由度和速度分析 2-1画运动简图。 2-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。 4 3 5 1 2 解答：原机构自由度F=3?3- 2 ?4-1 = 0，不合理 ，
2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。 b) a) A E M D F E L K J I F B C C D B A 解答：a) n=7; P l=9; P h=2，F=3?7-2 ?9-2 =1 L处存在局部自由度，D处存在虚约束 b) n=5; P l=6; P h=2，F=3?5-2 ?6-2 =1 E、B处存在局部自由度，F、C处存在虚约束2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。 B D C A (a) C D B A (b) 解答：a) n=4; P l=5; P h=1，F=3?4-2 ?5-1=1 A处存在复合铰链 b) n=6; P l=7; P h=3，F=3?6-2 ?7-3=1 B、C、D处存在复合铰链 2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
A B C D E 解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 C 处存在复合铰链。 b) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 B D E C A c) n=3; P l =3; P h =2，F=3?3 -2 ?3-2 = 1 D 处存在局部自由度。 d) n=4; P l =5; P h =1，F=3?4 -2 ?5-1 = 1 A B C D E F G G' H A B D C E F G H I J e) n=6; P l =8; P h =1，F=3?6 -2 ?8-1 = 1 B 处存在局部自由度，G 、G'处存在虚约束。 f) n=9; P l =12; P h =2，F=3?9 -2 ?12-2 = 1 C 处存在局部自由度，I 处存在复合铰链。
《机械设计基础》 一、选择题： 1.我国标准规定，渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆上的压力角应为 （）度。 a）20 b）30 c）60 d）90 2. 渐开线标准直齿圆柱齿轮（正常齿）的齿顶高系数为（），顶隙系 数为（）。 a）1，0.1 b）1，0.2 c） 1.2，0.2 d）1，0.25 3. 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是（） a）模数相等 b）压力角相等 c）模数和压力角分别相等且为标准值 d）a，b，c都 不对 4.用齿条形刀具加工标准直齿圆柱齿轮,当压力角为20°,齿顶系数为 1时,不根切的最少齿数是多少?（） a） 15 b）16 c） 17 d）18 5.平面机构自由度的计算公式为（）。 a）3n-2P L-P H b）3n- P L- P H c）2n- P L -P H d）n- P L- P H 6. 构件是机构的基本（）单元。 a）运动b）制造c）联结d）a）b）c）都不对 7.平面四杆机构的压力角和传动角的关系为（）。 a）互为余角 b）互为补角 c）a，b都可能 d）a，b都不可能 8. 带传动的最大应力发生在（）。 a)紧边与小轮的切点 b)紧边 c)松边 d)松边与小轮的切点 9.V带的截面形状为（）。 a）V形 b）梯形 c）圆形 d）矩形 10.用范成法切制齿轮时，只要两齿轮（），就可以用同一把滚刀。 a) 模数相等b）压力角相等c)模数和压力角分别相等d)齿数相等 二、填空题： 1．闭式硬齿面齿轮传动常按强度设计，然后校核 强度。
2．预紧后受轴向变载荷的螺纹联接，为提高联接的疲劳强度，应尽量减小的刚度，以及提高的高度。 3．增加蜗杆头数，可以传动效率，但蜗杆头数过多，将会给带来困难。 4．直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以的当量圆柱齿轮为计算基础的。 5．阿基米德蜗杆与蜗轮正确啮合的条件是。 6._______是机器与机构的统称。 7.包角是指带与带轮接触弧所对的圆心角。对于平带传动，一般要求包角 α≥________；对于V带传动，一般要求包角α≥________。 8.凸轮基圆半径是从到的最短距离。 9.凸轮机构从动件的两种常用运动规律中，________________运动有刚性 冲击，这是因为其____________有突变,________________运动有柔性冲击，这是因为其____________有突变。 三、简答题：本大题共4题，每题6分，共24分。 1.影响带传动中摩擦力大小的主要因素是什么？ 2.试给出三种平面连杆机构演化的方法。 3.简述配合螺栓联接（绞制孔用）传递横向载荷的工作原理？ 4.零件和构件的区别是什么？ 、计算题：本大题共3个小题，共26分 2.图示铰链四杆机构，试问：当以杆AD为机架时，称为何种机构？（8分）
第11章连接 基本要求：了解连接的类型和应用；了解螺纹连接的类型和应用；掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁，螺纹连接的防松装置；掌握螺纹连接失效形式及强度计算；了解螺旋传动的受力 情况及计算要点；了解轴毂连接的类型及应用。 重点：螺旋副的受力分析、效率和自锁；螺纹连接失效形式及强度计算。 难点：螺旋副的受力分析，效率和自锁；螺栓连接的计算。 学时：课堂讲授：8学时。 教学方法：多媒体结合板书。
11.1 连接概述 一部机器通常都是由成百上千个零件所组成的，但这些零件并不是随意罗列在一起的，由于使用、结构、制造、装配、运输等原因，机器中有许多零件需要按照一定的要求和方式它们连接起来，而构成一个整体。 零件的连接方式有多种：被连接件间相互固定、不能作相对运动的称为静连接；能按一定运动形式作相对运动的称为动连接。 通常所谓的连接主要是指静连接。 静连接的分类见表10-1。 ——螺纹连接 ——键连接 ——可拆的连接————销连接 ——弹性环连接 连接————成形连接 ——夹紧连接 ——焊接 ——不可拆的连接————铆接 ——粘接 ——过盈配合 在这些连接方式中尤其是以螺纹连接应用最为广泛，各种类型的机器设备中都有这种连接方式，如：自行车等。 螺纹连接的主要特点： 1)构造简单，形式繁多； 2)连接可靠，具有良好的自锁性能； 3)装拆方便； 4）能够承受较大的载荷，如起重设备中的连接； 5)容易制造：手工——板牙、丝锥； 机械——车制、碾制、铣制、磨制； 6）价格低廉，选用方便，标准件。
11.2 螺纹的主要参数 11.2.1 螺纹的形成 如图11-1所示，将一倾斜角为ψ的直角三角形绕在直径为d2的圆柱体上，其三角形的斜边，便形成一条螺旋线任取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 图11-1 螺纹的形成 11.2.2 螺纹的类型和分类 1.按照平面图形的形状：螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。 2.按照螺旋线的旋向：螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。 3.按照螺旋线的数目：螺纹还分为单线螺纹和多线螺纹，为了制造方便，螺纹的线数一般不超过4。 4.按功能：连接螺纹；传动螺纹，调节螺纹，阻塞螺纹等 5.按标准：公制螺纹，英制螺纹 6.螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副或称螺纹副。 7.按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。 11.2.3 螺纹的基本参数 以圆柱螺纹为例， 大径——d、D 中径——d2、D2 小径——d1、D1 线数——n 螺距——P 导程——S S＝nP
机械设计基础试题库 一、判断(每题一分) 1、一部机器可以只含有一个机构，也可以由数个机构组成。……（√） 2、机器的传动部分是完成机器预定的动作，通常处于整个传动的终端。（×） 4、机构是具有确定相对运动的构件组合。………………………………（√） 5、构件可以由一个零件组成，也可以由几个零件组成。………………（√） 6、整体式连杆是最小的制造单元，所以它是零件而不是构件。……（×） 7、连杆是一个构件，也是一个零件。………………………（√） 8、减速器中的轴、齿轮、箱体都是通用零件。………………………………（×） 二、选择(每题一分) 1、组成机器的运动单元体是什么？（B） A．机构B．构件C．部件D．零件 2、机器与机构的本质区别是什么？（A ） A．是否能完成有用的机械功或转换机械能B．是否由许多构件组合而成C．各构件间能否产生相对运动D．两者没有区别 3、下列哪一点是构件概念的正确表述？（D） A．构件是机器零件组合而成的。B．构件是机器的装配单元 C．构件是机器的制造单元D．构件是机器的运动单元 4、下列实物中，哪一种属于专用零件？（B） A．钉B．起重吊钩C．螺母D．键 5、以下不属于机器的工作部分的是（D）
A．数控机床的刀架B．工业机器人的手臂 C．汽车的轮子D．空气压缩机 三、填空(每空一分) 1、根据功能，一台完整的机器是由（动力系统）、（执行系统）、（传动系统）、（操作控制系统）四部分组成的。车床上的主轴属于（执行）部分。 2、机械中不可拆卸的基本单元称为（零件），它是（制造）的单元体。 3、机械中制造的单元称为（零件），运动的单元称为（构件），装配的单元称为（机构）。 4、从（运动）观点看，机器和机构并无区别，工程上统称为（机械）。 5.机器或机构各部分之间应具有_相对__运动。机器工作时，都能完成有用的__机械功___或实现转换__能量___。 2 平面机构 一、填空题(每空一分) 2.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为高副，它产生 1 个约束，而保留 2 个自由度。 3.机构具有确定的相对运动条件是原动件数等于机构的自由度。 4.在平面机构中若引入一个高副将引入___1__个约束，而引入一个低副将引入_2___个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是F=3n-2Pl-Ph 。 5.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为2，至少为 1 。 6.在平面机构中，具有两个约束的运动副是低副，具有一个约束的运动副是高副。
3-1 何谓构件？何谓运动副及运动副元素？运动副是如何进行分类的？ 解答：构件是机器中每一个独立运动的单元体，是组成机构的基本要素之一。运动副是由两个构件直接接触而组成的可动连接，是组成机构的基本要素之一。运动副元素是两构件能够参加接触而构成运动副的表面，如点线面等。运动副分类： a) 按两构件接触情况分为低副和高副； b) 按两构件相对运动情况分为平面运动副和空间运动副。 2 机构运动简图有何用处？它能表示出原机构哪些方面的特征？如何绘制机构运动简图? 答：机构运动简图：表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性，用规定符号表示构件和运动副，并按比例绘制的图形。 机构运动简图的用处：表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性。 4 在计算机构的自由度时，应注意哪些事项？通常在哪些情况下存在虚约束？答：在计算机构的自由度时，应注意复合铰链、局部自由度、虚约束。虚约束通常存在情况有：1.两构件组成多个导路相互平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束；2两构件构成高副，两处接触且法线重合或平行；3. 轨迹重合：在机构中，若被联接到机构上的构件，在联接点处的运动轨迹与机构上的该点的运动轨迹重合时，该联接引入的约束是虚约束；4、机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。 **平面机构中的低副和高副各引入几个约束？ 答：每个自由构件具有3个自由度，高副引入一个约束，还有两个自由度；低副引入两个约束，还有一个自由度。 4-1 什么是连杆机构的急回特性？他用什么表达？什么叫极位角？它与机构的急回特性有什么关系？
4-2什么叫死点？ 5-18、请指出凸轮机构从动件常用运动规律有哪些？并说明每一种运动规律的冲击特性及其应用场合。答：凸轮机构从动件常用运动规律有：（1）等速运动规律；）等速运动规律有刚性冲击，用于低速轻载的场合；（2）等加速等减速运动规律，等加速等减速运动规律有柔性冲击，用于中低速的场合；（3）简谐运动规律（余弦加速度运动规律）；简谐运动规律（余弦加速度运动规律）当有停歇区间时有柔性冲击，用于中低速场合；当无停歇区间时无柔性冲击，用于高速场合。 9、何为带传动的弹性滑动？何为带传动的打滑？请具体说明二者最主要的区别。答：由于带的紧边与松边拉力不等，使带产生弹性变形而引起的带在带轮表面上滑动的现象，称为弹性滑动。 当带传动工作过程中作用到从动轮上的阻力矩大于带和带轮间的极限摩 擦力矩时，带与带轮的接触面就会发生相对滑动的现象，称为打滑。 区别：打滑是有过载引起的，是可以避免的，不过载就不会打滑； 而弹性滑动是由于传动带具有弹性且紧边与松边存在拉力差而产生的，它是带传动中所固有的物理现象，是不可以避免的。 6-2直齿圆柱齿轮的基参数？ （1）齿数z: 齿轮整个圆周上轮齿的总数 2）模数m: 分度圆的周长l=πd=zp，则有分度圆直径d=p/π*z 由于π是无理数，给齿轮的设计、制造及检测带来不便。为此，人们将比值p/π为简单的有理数（如1,2,3…）并将该比值为模数，用m表示，单位是：mm。因此分度圆直径d=mz，分度圆齿距p=πm。模数是决定齿轮尺寸重要参数，齿数相同的齿轮，模数越大，其尺寸也越大。 3）压力角α：渐开线上各点的压力角是不同的。压力角太大对传动不利，我国规定压力角为20度。 4）齿顶高系数ha *和顶隙系数c*。齿轮齿顶高和齿根高得计算：ha = ha *m， hf =
12-7 解：由 得： 12-8 解：由 得： 12-9 解：对不变转矩α=0.3，45钢调质的[σ-1b ]=60MPa ，则： 该轴能满足强度要求。 12-10 解： 对不变转矩α=0.3，则： 由 得： ][1.0)(13 22b e d T M -≤+=σασmm x mm M Fa Ma x 4268.42510 584.1300900030010584.16 6==?-???=-=取x a Fax M +=max Nmm T d M b 622362 23110584.1)23003.0()6010801.0()()][1.0(?=?-???=-≤-ασ][2.01055.936ττ≤?=n d P mm d mm n P d 3828.364010002.040 1055.9][2.01055.93636==????=?≥取τ][2.01055.936ττ≤?= n d P kw nd P 61.711055.9553514502.01055.9][2.06363=????=?≤τ][5.0551.0)10153.0()107(1.0)(132 323322b e MPa d T M -≤=???+?=+=σασ
解： 错误说明：(略) 改正图(略) 12-12 解： 取d =28mm 12-13 解： 1. 计算中间轴上的齿轮受力 中间轴所受转矩为： 1 2 3 4 5 6 1 2
2. 轴的空间受力情况如图a)所示。 3. 垂直面受力简图如图b)所示。 垂直面的弯矩图如图c)所示。 4. 水平面受力简图如图d)所示。 水平面的弯矩图如图e)所示。 B 点左边的弯矩为： B 点右边的弯矩为： C 点右边的弯矩为： C 点左边的弯矩为：
《机械设计基础》作业答案 第一章平面机构的自由度和速度分析1－1 1－2 1－3 1－4 1－5
自由度为： 1 1 19 21 1 )0 1 9 2( 7 3 ' )' 2( 3 = -- = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 8 2 6 3 2 3 = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－6 自由度为 1 1 )0 1 12 2( 9 3 ' )' 2( 3 = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 22 24 1 11 2 8 3 2 3 = -- = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－10
自由度为： 1 128301)221142(103')'2(3=--=--?+?-?=--+-=F P P P n F H L 或： 1 22427211229323=--=?-?-?=--=H L P P n F 1－11 2 2424323=-?-?=--=H L P P n F 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1334313141P P P P ?=?ωω
1 1314133431==P P ω 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 s mm P P v v P /20002001013141133=?===ω 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 1224212141P P P P ?=?ωω
a目录 第1章机械设计概述 (1) 第2章摩擦、磨损及润滑概述 (3) 第3章平面机构的结构分析 (12) 第4章平面连杆机构 (16) 第5章凸轮机构 (36) 第6章间歇运动机构 (46) 第7章螺纹连接与螺旋传动 (48) 第8章带传动 (60) 第9章链传动 (73) 第10章齿轮传动 (80) 第11章蜗杆传动 (112) 第12章齿轮系 (124) 第13章机械传动设计 (131) 第14章轴和轴毂连接 (133) 第15章轴承 (138) 第16章其他常用零、部件 (152) 第17章机械的平衡与调速 (156) 第18章机械设计CAD简介 (163)
第1章机械设计概述 1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什 么？ 答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段： 1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。 3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。 4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。 1.2常见的失效形式有哪几种？ 答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。 1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。对于载荷而言称为承载能力。 根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。 1.4标准化的重要意义是什么？
答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
机械设计基础第二版(晓南_培林)题解 课后答案完整版 从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承 第三章部分题解 3-5 图3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1 带动凸轮2 旋转后，经过摆杆3 带动导杆4 来实现冲头 上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若 有，应如何修改？ 解画出该方案的机动示意图如习题3-5 解图(a)，其自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-1= 0其中：滚子为局部自由度 计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结 图3-37 习题3-5 图构组成原理上有错误。 解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5 解图(b)所示。其自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′4- 2′5-1=1 ②将一个低副改为高副，如习题3-5 解图(c)所示。其自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′3- 2 =1 习题3-5 解图(a)习题3-5 解图(b)习题3-5 解图(c) 3-6 画出图3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。 (a)机构模型 (d) 机构模型图3-38 习题3-6 图 解(a)习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。 计算该机构自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-0 =1 习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b) 解(d)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图 (c) 等多种形式。 - 1 - 计算该机构自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-0 =1
图3-3 仿形刀架 第3章 凸轮机构 §3-1 凸轮机构的应用与分类 一、凸轮机构的应用与特点 凸轮机构广泛应用于各种自动机械和自动控制装置中。如图3-1所示的内燃机配气机构，凸轮1是向径变化的盘形构件，当它匀速转动时，导致气阀的推杆2在固定套筒3内上下移动，使推杆2按预期的运动规律开启或关闭气阀（关闭靠弹簧的作用），使燃气准时进入气缸或废气准时排出气缸。如图3-2所示的自动送料机构，构件1是带沟槽的凸轮，当其匀速转动时，迫使嵌在其沟槽内的送料杆2作往复的左右移动，达到送料的目的。如图3-3 图3-1 内燃机配气机构 图3-2 自动送料凸轮机构 所示，构件1是具有曲线轮廓且只能作相对往复直线运动的凸轮，当刀架3水平移动时，凸轮1的轮廓使从动件2带动刀头按相同的轨迹 移动，从而切出与凸轮轮廓相同的旋转曲面。 由上可知，凸轮是具有某种曲线轮廓或凹 槽的构件，一般作连续匀速转动或移动，通过 高副接触使从动件作连续或不连续的预期运 动。凸轮机构通常由凸轮、从动件和机架组成。 从动件的运动规律由凸轮的轮廓或沟槽 的形状决定。所以只需设计合适的凸轮轮廓曲 线，即可得到任意预期的运动规律，且凸轮机 构简单紧凑，这就是凸轮机构广泛应用的优 点。但是凸轮与从动件之间的接触是高副，易 于磨损，所以常用于传力不大的控制机构。 二、凸轮机构的分类 凸轮的类型很多，常按以下三种方法来分类： 1．按凸轮的形状来分
（1）盘形凸轮（图3-1）凸轮绕固定轴心转动且向径是变化的，其从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。是最常用的基本形型式。 （2）移动凸轮（图3-3）凸轮作往复直线移动，它可看作是轴心在无穷远处的盘形凸轮。 （3）圆柱凸轮（图3-2）凸轮是在圆柱上开曲线凹槽，或在圆柱端面上做出曲线轮廓的构件。 盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动都是平面运动，属于平面凸轮机构。圆柱凸轮与从动件之间的运动是空间运动，属于空间凸轮机构。 2．按从动件的形状来分 图3-4 从动件的形状 （1）尖顶从动件如图3-4a所示，该从动件结构简单，尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现从动件的任意运动规律。但尖顶易磨损，所以只适用于作用力很小的低速凸轮机构，如仪表机构中。 （2）滚子从动件如图3-4b所示，该从动件的端部装有可自由转动的滚子，使其与凸轮间为滚动摩擦，可减少摩擦和磨损，能传递较大的动力，应用广泛。但结构复杂，端部质量较大，所以不宜用于高速场合。 （3）平底从动件如图3-4c所示，若不考虑摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传动效率最高，且平底与凸轮轮廓间易形成油膜，有利于润滑，所以可用于高速场合。但是平底不能用于有内凹曲线或直线的凸轮轮廓的凸轮机构。 3．按凸轮与从动件保持接触（称为封闭）的方式来分 （1）力封闭如图3-1和图3-4所示，分别依靠弹簧力和重力使从动件和凸轮始终保持接触。 3-5 形封闭凸轮结构 （2）形封闭如图3-5a所示，凸轮上加工有沟槽，从动件的滚子嵌在其中，保证凸轮
第3章 平面机构的结构分析 3.4 计算如题3.4图所示各机构的自由度，并说明欲使其具有确定运动，需要有几个原动件？ 题3.4图 答：a ）L H 913 0n P P ===，，代入式（3.1）中可得 L H 323921301F n P P =--=?-?-= 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。 b) B 处存在局部自由度，必须取消，即把滚子与杆刚化，则L H 332n P P ===，，， 代入式（3.1）中可得 L H 32332321F n P P =--=?-?-= 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。 c) L H 570 n P P ===，，代入式（3.1）中可得 L H 32352701F n P P =--=?-?-= 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。 3.5 绘制如题3.5图所示各机构的运动简图，并计算其自由度。
题3.5图 答：取L 0.001m/mm μ=，绘制运动简图如题3.5答案图所示： 题3.5答案图 图a)：L H 34 0n P P ===，， ，则L H 321F n P P =--=； 图b)：L H 34 0n P P ===，，，则L H 321F n P P =--=。 3.6 试计算如题3.6图所示机构的自由度，并判断该机构的运动是否确定（图中绘有箭头的构件为原动件）。
题3.6图 解：a)：L H 710 0n P P ===，，。 L H 32372101F n P P =--=?-?= 运动确定。 b) L H 570n P P ===，， L H 3235271F n P P =--=?-?= 运动确定 c) L H 710 0n P P ===，，。
《机械设计基础》部分习题答案 第一章 1-1.各种机器尽管有着不同的形式、构造和用途，然而都具有下列三个共同特征：①机器是人为的多种实体的组合；②各部分之间具有确定的相对运动；③能完成有效的机械功或变换机械能。 机器是由一个或几个机构组成的，机构仅具有机器的前两个特征，它被用来传递运动或变换运动形式。若单纯从结构和运动的观点看，机器和机构并无区别，因此，通常把机器和机构统称为机械。 1-2. 都是机器。 1-3.①杀车机构；有手柄、软轴、刹车片等。②驱动机构；有脚踏板、链条、链轮后轴，前轴等。 第二章 2-2.问题一：绘制机构运动简图的目的是便于机构设计和分析。 问题二： (1)分析机构的运动原理和结构情况，确定其原动件、机架、执行部分和传动部分。 (2)沿着运动传递路线，逐一分析每个构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。 (3)选择视图平面，通常可选择机械中多数构件的运动平面为视图平面，必要时也可选择两个或两个以上的视图平面，然后将其画到同一图面上。 (4)选择适当的比例尺，定出各运动副的相对位置，并用各运动副的代表符号、常用机构的运动简图符号和简单的线条来绘制机构运动简图。 (5)从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件上标出箭头以表示其运动方向。 问题三：机构具有确定运动的条件是：F＞0,机构原动件的数目等于机构
自由度的数目。 2-3.答：铰链四杆机构有三种类型：它们是曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 铰链四杆机构具有曲柄的条件是： （1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； （2）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 根据曲柄存在条件还可得到如下推论： 1）当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取何杆为机架，都只能得到双摇杆机构。 2）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和，当最短杆的邻边是机架时，机构成为曲柄摇杆机构；当最短杆本身为机架时成为双曲柄机构；当最短杆是连杆时成为双摇杆机构。 2-5. (a) F＝9×3-12×2-1＝2 小滚轮是虚约束，凸轮中心有二个转动副。 (b)F＝3n－P L－P H＝3×5－2×7＝1除A、B、C、D、E外，其余都是虚约束; (c)F＝3n－P L－P H＝3×5－2×7＝1 C处有一复合铰链，E处都是虚约束。 2-6.解：①要得到曲柄摇杆机构，最长杆与最短杆之和必须小于其余两杆之和。 这有三种情况：设a为最长杆 a+40≤45+50 a≤55 设a为最短杆 a+50≤45+40 a≤35 设a为中间值 50+40≤45+a 45≤a 故：a的范围为： 45≤a≤55 ②要得到双摇机构，最长杆与最短杆之和必须大于其余两杆之和。 也有三种情况： a为最大值： a+40＞45+50 a＞55