040102机械设计基础
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《机械设计基础》综合复习资料
一、简答题
1．何为机械？
2．给出铰链四杆机构成为双摇杆机构的条件。
3. 尖顶从动件与滚子从动件盘形凸轮轮廓之间有何关系。
4. 一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是什么？
5. 将连续的旋转运动变为间歇运动的机构有哪些（至少回答三种）？
6. 给出运动链成为机构的条件。
7. 简述平面四杆机构的死点位置。
8. 说明为什么标准渐开线直齿圆柱齿轮传动具有可分性？
9. 机构与机器的特征有何不同？
10. 转子静平衡条件是什么？转子动平衡条件是什么？两者的关系是什么？
11. 请说明铰链四杆机构成为双摇杆机构的条件。
12. 凸轮机构中从动件的运动规律为匀速运动时，有何缺点，应用在什么场合？
13. 回转类零件动平衡与静平衡有何不同？
14. 简述平面四杆机构的急回特性。
15. 说明为什么带传动需要张紧而链传动一般不需要张紧，哪种传动一般紧边在上，哪种传动一般紧边在下，为什么？
二、计算题
1.如图所示为一平面机构，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标出)。
2.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，测得其中心距为６０毫米，小齿轮的齿数为２０，传动比为２，试分别计算该对齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。
3. 某手摇卷扬机传动系统如图所示，各齿轮的齿数均已知，试求传动比i 15的大小，并画出提升重物时手柄及各轮的转向。
4. 如图所示为一机构，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标出)。
5. 如图所示用两个M10?1的普通螺栓固定一牵引钩，若螺栓材料为Q235，被联接件结合面摩擦系数f= 0.15，求其允许的最大牵引力F 。已知材料为Q235的螺栓的许用应力
MPa 115][=σ，螺纹小径的经验公式为P d d 1.11-=。
6.如图所示平面机构，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标出)。
7. 6307型深沟球轴承，承受纯径向载荷。其转速n=8000rpm，预期寿命为Lh=3400小时，载荷平稳，使用温度低于100 °C。计算此轴承所能承受的最大径向载荷是多少? (已查得该轴承的基本额定动载荷C=26200N)
8. 如图所示为一周转轮系，试求其自由度(如有复合铰链、虚约束、局部自由度请标出)。
三、改错题
1、试指出下图轴的设计错误，标出并改正。（例如：1——缺少调整垫片）
2、该轴的结构设计错误已标出，如图所示，试说明错误并改正。（例如：1——缺少调整垫片）
3、试指出该轴的结构设计错误，标出并改正。
4、试指出该轴的结构设计错误，标出并改正。
《机械设计基础》综合复习资料答案
一、简答题
1．何为机械？
机械是机器和机构的总称；
机器的特征：（1）人为机件的组合；（2）有确定的运动；（3）能够进行能量转换或代替人的劳动。
机构的特征：（1）人为机件的组合；（2）有确定的运动。
2．给出铰链四杆机构成为双摇杆机构的条件。
（1）最短杆+最长杆≤其余两杆长度之和
最短杆的对边为机架；
（2）最短杆+最长杆＞其余两杆长度之和
3. 尖顶从动件与滚子从动件盘形凸轮轮廓之间有何关系。
尖顶从动件与滚子从动件盘形凸轮轮廓为等距线。等距线之间的距离为滚子半径。
4. 一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是什么？
21m m =
21αα=
21ββ=
5. 将连续的旋转运动变为间歇运动的机构有哪些（至少回答三种）？
螺旋机构、凸轮机构、齿轮齿条机构
6．给出运动链成为机构的条件。
（1）有一个构件为机架；
（2）自由度数不小于1
（3）自由度数等于原动件数
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
作业 1. 计算下图的自由度，若有复合铰链，局部自由度和虚约束应具体指出。 （a ） （b ） 解：B 处为复合铰链，D 处为局部自由度，F 或E 处为虚约束， N=6,PL=8,PH=1 F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1 2．有一钢制液压油缸，如图示。缸内油压P =1.6 MPa ，缸体内径D=160mm ，螺栓分布圆直径D 0=200mm ，缸盖外径D 1=240mm.。为保证气密性要求, 残余预紧力取为工作载荷的1.8倍，螺栓 间弧线距离不大于100mm 。已知螺栓的许用应力为[σ]=102MPa 。试计算螺栓小径。提示: 螺栓数可取为8 。 解：先进行螺栓的受力分析： 在缸内油压P 的作用下，螺栓组联接承受的轴向力为： N D P P V 6.3215316046.1422 =??=?=π π 在轴向力P V 的作用下，各螺栓所承受轴向工作载荷为：
N Z P F V 2.40198 6.32153min === 所以单个螺栓承受的总拉力： N F F F F Q Q P 76.112532.40198.28.28.1'=?==+=+= 因此，螺栓危险截面的直径为： ][52.13102 76.112533.143.141=???=?≥πσπQ d ㎜ 故螺栓小径d 1≥13.52㎜ 3. 某轴仅作用平稳的轴向力，由一对代号为6308的深沟球轴承支承。若轴的转速n=3000r/min ，工作温度不超过100℃，预期寿命为10 000h ，试由寿命要求计算轴承能承受的最大轴向力。 注: 已知6308轴承C=40800N ，C 0=24000N, A /C 0=0.084，X=0.56, Y=1.55。 解：已知6308轴承C=40800n ，C 0=24000n 。轴承只受轴向力，径向力ft 可忽略不计，故，F a /F r >e 。 由寿命公式： επ??? ??=P C L a 60106 令L h =L h ’=10000h ，则可解出： N nL C P h 335410000 300060104080060103666=???== ⑴设F a /C 0=0.07,由系数表查得，X=0.56,Y=1.63.取f P =1.0，则根据当量动载公式： ()a a t P YF YF XF F P =+= 故轴向力F a 可求得为 N Y P F a 205863 .13354=== 此时，F a /C 0=2058/2400=0.9,仍与所设不符。 ⑵设F a /C 0=0.085,查表得得Y=1.546, N Y P F a 2169546 .13354=== F a /C 0=2169/24000=0.09,仍与所设不符。 ⑶设F a /C 0=0.09,查表得得Y=1.256, 同法求得F a =2198N, F a /C 0=0.091,与假设基本相符。 结论：6308轴承可以承受的最大轴向力为2198N 。
《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）
第一章平面机构的自由度和速度分析1-1至1-4绘制出下图机构的机构运动简图 答案：
1-5至1-12指出下图机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算各机构的自由度。
1-5解 滚子是局部自由度，去掉 n=6 p 8l = p 1h = F=3×6-2×8-1=1 1-6解 滚子是局部自由度，去掉 n 8= 11l P = 1h P = F=3×8-2×11-1=1 1-7解 n 8= 11l P = 0h P = F=3×8-2×11=2 1-8解n 6= 8l P = 1h P = F=3×6-2×8-1=1 1-9解 滚子是局部自由度，去掉 n 4= 4l P = 2h P = F=3×4-2×4-2=2 1-10解 滚子时局部自由度，去掉右端三杆组成的转动副，复合铰链下端两构件组成的移动副，去掉一个. n 9= 12l P = 2h P = F=3×9-2×12-2=1
1-11解最下面齿轮、系杆和机架组成复合铰链 n 4= 4l P = 2h P = F=3×4-2×4-2=2 1-12解 n 3= 3l P = 0h P = F=3×3-2×3=3 第2章 平面连杆机构 2-1 试根据2-1所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。 （a ）40+110<90+70 以最短的做机架，时双曲柄机构，A B 整转副 （b ）45+120<100+70 以最短杆相邻杆作机架，是曲柄摇杆机构，A B 整转副 （c ）60+100>70+62 不存在整转副 是双摇杆机构 （d ）50+100<90+70 以最短杆相对杆作机架，双摇杆机构 C D 摆转副 2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。
3 凸轮机构 1．【答】 根据形状，可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三类。 基本组成部分有凸轮、从动件和机架三个部分。 凸轮与从动件之间的接触可以通过弹簧力、重力或凹槽来实现。 2．【答】 从动件采用等速运动规律时，运动开始时，速度由零突变为一常数，运动终止时，速度由常数突变为零，因此从动件加速度及惯性力在理论上为无穷大（由于材料有弹性变形，实际上不可能达到无穷大），使机构受到强烈的冲击。这种由于惯性力无穷大突变而引起的冲击，称为刚性冲击。 从动件运动时加速度出现有限值的突然变化，产生惯性力的突变，但突变是有限的，其引起的冲击也是有限的，这种由于加速度发生有限值突变而引起的冲击称为柔性冲击。等加速等减速运动规律和简谐运动规律都会产生柔性冲击。 3．【答】应注意的问题有： 1）滚子半径：必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力； 2）校核压力角：进行为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。如果最大压力角超过许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律； 3）合理选择基圆半径：凸轮的基圆半径应尽可能小些，以使所设计的凸轮机构可能紧凑，但基圆半径越小，凸轮推程轮廓越陡峻，压力角也越大，致使机构工作情况变坏。基圆半径过小，压力角就会超过许用值，使机构效率太低，甚至发生自锁。 4．【答】绘制滚子从动件凸轮轮廓时，按反转法绘制的尖顶从动件的凸轮轮廓曲线称为凸轮的理论轮廓。由于滚子从动件的中心真实反映了从动件的运动规律和受力状况，因此基圆半径和压力角应在理论轮廓上量取。
n P t P α γ C D A B ω P 12δδt h s = 12ωδt h v = 2=a 21222δδt h s =12 1 24δδωt h v =22 124t h a δω=2122)(2δδδ-- =t t h h s )(4121 2δδδω-=t t h v 22124t h a δ ω-=绪论：机械：机器与机构的总称。机器：机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。机构：是具有确定相对运动的构件的组合。用来传递运动和力的有一个构件为机架的用构件能够相对运动的连接方式组成的构件系统统称为机构。构件：机构中的（最小）运动单元一个或若干个零件刚性联接而成。是运动的单元，它可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构。零件：制造的单元。分为：1、通用零件，2、专用零件。 一：自由度：构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。 约束：对构件独立运动所施加的限制称为约束。运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。低副：两构件通过面接触而构成的运动副。根据两构件间的相对运动形式，可分为转动副和移动副。F = 3n- 2PL-PH 机构的原动件（主动件）数目必须等于机构的自由度。复合铰链：三个或三个以上个构 件在同一条轴线上形成的转动副。由m 个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应 为（m-1）个。虚约束：重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。局部自由度: 与输出件运动无关的自由度，计算机构自由度时可删除。 二：连杆机构：由若干构件通过低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。优点：(1)面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传力大。(2)低副易于加工，可获得较高精度，成本低。(3)杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制。(4)可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹。缺点：(1)低副中存在间隙，精度低。(2)不容易实现精确复杂的运动规律。铰链四杆机构：具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。整转副：存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。构成：整转副是由最短杆及其邻边构成。类型判定：(1）如果：lmin+lmax ≤其它两杆长度之和，曲柄为最短杆；曲柄摇杆机构：以最短杆的相邻构件为机架。双曲柄机构：以最短杆为机架。双摇杆机构：以最短杆的对边为机架。(2)如果： lmin+lmax ＞其它两杆长度之和；不满足曲柄存在的条件，则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。急回运动：有不少的平面机构，当主动曲柄做等速转动时，做往复运 动的从动件摇杆，在前进行程运行速度较慢，而回程运动速度要快，机构的这种性质就是所谓的机构的“急回运动”特性。 压力角：作用于C 点的力P 与C 点绝对速度方向所夹的锐角α。传动角：压力角的余角γ，死点：无论我们 在原 动件上施加 多大的力都不能使机构运 动，这种位置我们称为死点γ=0。解决办法：（1）在机构中安装大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点；（2）利用多组机构来消除运动不确定现象。即连杆BC 与摇杆CD 所夹锐角。 三：凸轮: 一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。从动件: 被凸轮直接推动的构件。机架: 固定不动的构件(导路)。凸轮类型：(1)盘形回转凸轮(2)移动凸轮 (3)圆柱回转凸轮 从动件类型：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件(1)直动从动件 (2)摆动从动件 1基圆：以凸轮最小向径为半径作的圆，用rmin 表示。2推程：从动件远离中心位置的过 程。推程运动角δt ；3远休止：从动件在远离中心位置停留不动。远休止角δs ；4回程:从动件由远离中心位置向中心位置运动的过程。回程运动角δh ；5近休止:从动件靠近中心位置停留不动。近休止角δs ˊ；6行程:从动件在推程或回程中移动的距离，用 h 表示。7从动件位移线图：从动件位移S2与凸轮转角δ1之间的关系曲线称为从动件位移 线图。1.等 速运动规 律: 1、特点：设计简单、匀速进给。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。 2、等加速等减速运动规律: 推程等加速段运动方程： 推 程 等减速段运动方程： 柔 性冲击:加速度发 生有限值的突变（适用于中速场合） 3、简谐运动规律: 柔性冲击 四：根切根念：用范成法加工齿轮时，有时会发现刀具的顶部切入了轮齿的根部，而把齿根切去了一部分，破坏了渐开线齿廓，如图这种现象称为根切。 根切形成的原因：标准齿轮：刀具的齿顶线超过了极限啮合点N 。 不根切的条件可以表示为： 不根切的最少齿数为： 标准齿轮：指m 、α、ha*、c* 均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚s 等于齿槽宽e 的齿轮。 成型法：加工原理：成形法是用渐开线齿形的成形铣刀直接切出齿形。加工：(a) 盘形铣刀加工齿轮。(b)指状铣刀加工齿轮。缺点：加工精度低；加工不连续，生产率低；加工成本高。优点：可以用普通铣床加工。 范成法：加工原理：根据共轭曲线原理，利 用一对齿轮互相啮合传动时，两轮的齿廓互为包络线的原理来加工。加工：(a)齿轮插刀:是一个齿廓为刀刃的外齿轮。(b)齿条插刀（梳齿刀）:是一个齿廓为刀刃的齿条。原理与用齿轮插刀加工相同，仅是范成运动变为齿条与齿轮的啮合运动。(c)滚刀切齿:原理与用齿条插刀加工基本相同,滚刀转动时，刀刃的螺旋运动代替了齿条插刀的展成运动和切削运动。 九：失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。类型：（1）断裂。在机械载荷或应力作用下(有时还兼有各种热、腐蚀等因素作用)，使物体分成几个部分的现象，通常定义为固体完全断裂，简称断裂。静力拉断、疲劳断裂。（2）变形。由于作用零件上的应力超过了材料的屈服极限，使零 1 1PN PB ≤2 sin sin * α α mz m h a ≤ α 2* min sin 2a h z = )]cos(1[212δδπt h s -=)sin(2112δδπδωπt t h v =)cos(2122122δδπ δωπt t h a =
第二章 平面机构的自由度和速度分析 习 题 2-2抄画图2-26所示机构简图，补注构件号、运动副符号、计算自由度F 。若有局部自由度、复合铰链、虚约束，请在图上明确指出。 解：活动构件n=4 A 处为复合铰链，3’处为虚约束，无局部自由度。 2 214243 23=?-?-?=--=H L P P n F (a) 周转轮系 解：活动构件n=8 2为无局部自由度，无复合铰链，无虚约束 1 1111283 23=?-?-?=--=H L P P n F (b) 锯木机机构
解：活动构件n=6 D 处为复合铰链，有3个转动副，无虚约束，无局部自由度。 1 317263 23=?-?-?=--=H L P P n F (c) 连杆齿轮组合机构 解：活动构件n=9 无复合铰链，无虚约束，无局部自由度。 1 0113293 23=?-?-?=--=H L P P n F (d) 多杆机构 解：活动构件n=7 A 、 B 、 C 、 D 处为复合铰链，四处的转动副数均为2，无虚约束，无局部自由度。 2 318273 23=?-?-?=--=H L P P n F (e) 连杆齿轮组合机构
解：活动构件n=7 滚子5和9处存在局部自由度，同时D ’处为虚约束，无复合铰链。 1 219273 23=?-?-?=--=H L P P n F (f) 凸轮连杆机构 图2-26 几种机构运动简图 2-3画出图2-27所示机构的运动简图并计算自由度F 。试找出原动件，并标以箭头。 解：活动构件n=3 无复合铰链，无局部自由度，无虚约束。 1 014233 23=?-?-?=--=H L P P n F 图2－27（a ） 解：活动构件n=4 无复合铰链，无局部自由度，无虚约束。 1 115243 23=?-?-?=--=H L P P n F 图2－27（b ）
《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）
第一章 1-2、n=5,P L=7;F=1 1-3、a) n=7,P L=10 F=1 ,复合铰链C; b )n=7,P L=9, P H=1; F=2，局部自由度G，复合铰链C，虚约束EF f) n=7P L=10; F=1; h) n=9,P L=12, P H=2; F=1或者n=8,P L=11, P H=1; F=1, 第二章 2-2、单个螺栓允许的为3.372KN,因为为2个螺栓，所以允许的最大静载荷为6.745KN 2-3、螺钉联结允许的最大牵曳力为841.04N 2-6、参考38页例题 2-10、选用挤压应力为110MPa,键的类型为平键A型；能传递的最大扭矩为2.71KNm 第三章 3-2、齿轮齿数：54，模数：2.5，分度圆直径：135mm，顶圆直径：140mm，根圆直径：128.75mm 3-3、1）切向力垂直纸面向外，径向力向上；2）切向力垂直纸面向内，径向力向上；3）切向力垂直纸面向内，径向力向下，轴向力向左；4）切向力垂直纸面向外，径向力向下，轴向力向左；5）切向力垂直纸面向外，径向力向上，轴向力向左。
3-5、按接触疲劳强度计算的最大扭矩为（取K=1.2）：18.57Nm，最大功率19.45KW：以齿根弯曲疲劳强度校核：安全系数取1.4，1Fσ=59.79<314.29Mpa, 2Fσ=52.75<234.28Mpa,故减速器能传递的功率为19.45KW。 3-7、斜齿轮的螺旋角：‘’ ’24 13 ，分度圆直径： 10 53.88mm,135.99mm，顶圆直径：58.88mm,140.99mm，根圆直径：47.63mm,129.74mm，端面模数：2.566mm，当量齿数：22.75,57.41。 3-8、（1）齿轮2 右旋，齿轮3右旋，齿轮4左旋；（2）齿轮2各分力分别为：径向力：1594N,轴向力：599N,法向力413N。齿轮3各分力: 径向力：2.73K N,轴向力：1.02KN,法向力614.2N 3-12、（1）齿轮3：左旋,螺旋角为“ ‘21 13 ；齿轮4：右旋，螺 23 旋角为“ ‘21 13 。 23 第四章 4-3、（1）齿轮3右旋；齿轮4左旋；（2）蜗轮切向力=7876.3N，径向力=2866.7N，轴向力=2187.9N。斜齿轮切向力=16.3KN，径向力=6.18KN，轴向力4744.5KN。 4-4、齿轮1左旋，齿轮2右旋，蜗轮顺时针方向；（2）切向力垂直纸面向外，轴向力向右，径向力向上；（3）螺旋角‘’ ’19 12 ， 50 导程角‘’ ’35 11 ，转矩为439NM 18 第五章
机械设计基础复习资料 一、基础知识 0、零件（独立的机械制造单元）组成（无相对运动）构件（一个或多个零件、是刚体；独立的运动单元）组成（动连接）机构（构件组合体）；两构件直接接触的可动连接称为运动副；运动副要素（点、线、面）；平面运动副、空间运动副；转动副、移动副、高副（滚动副）；点接触或线接触的运动副称为高副（两个自由度、一个约束）、面接触的运动副称为低副（一个自由度、两个约束，如转动副和移动副） 0.1曲柄存在的必要条件：最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和。 连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 0.2在四杆机构中，不满足曲柄存在条件的为双摇杆机构，满足后，若以最短杆为机架，则为双曲柄机构；若以最短杆相对的杆为机架则为双摇杆机构；若以最短杆的两邻杆之一为机架，则为曲柄摇杆机构 0.3 凸轮从动件作等速运动规律时，速度会突变，在速度突变处有刚性冲击，只能适用于低速凸轮机构；从动件作等加等减速运动规律时，有柔性冲击，适用于中、低速凸轮机构；从动件作简谐运动时，在始末位置加速度也会变化，也有柔性冲击，之适用于中速凸轮，只有当从动件做无停程的升降升连续往复运动时，才可以得到连续的加速度曲线（正弦加速度运动规律），无冲击，可适用于高速传动。 0.4凸轮基圆半径和凸轮机构压力角有关，当基圆半径减小时，压力角增大；反之，当基圆半径增大时，压力角减小。设计时应适当增大基圆半径，以减小压力角，改善凸轮受力情况。 0.5.机械零件良好的结构工艺性表现为便于生产的性能便于装配的性能制造成本低 1.按照工作条件，齿轮传动可分为开式传动两种。 1.1．在一般工作条件下，齿面硬度HB≤350的闭式齿轮传动，通常的主要失效形式为【齿面疲劳点蚀】 1.2对于闭式软齿面来说，齿面点蚀，轮齿折断和胶合是主要失效形式，应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按齿面弯曲疲劳强度进行校核。 1.3闭式齿轮传动中的轴承常用的润滑方式为飞溅润滑 1.4. 直齿圆锥齿轮的标准模数规定在_大_端的分度圆上。 2．开式齿轮传动主要的失效形式是『磨损』开式齿轮磨损较快，一般不会点蚀 2.1. 轮齿疲劳点蚀通常首先出现在齿廓的节线靠近齿根处部位。 在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30一50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些 2.12. 根据齿轮设计准则，软齿面闭式齿轮传动一般按接触强度设计，按弯曲强度校核；硬齿面闭式齿轮传动一般按弯曲强度设计，按接触强度校核。 2．13在变速齿轮传动中，若大、小齿轮材料相同，但硬度不同，则两齿轮工作中产生的齿面接触应力相同，材料的许用接触应力不同，工作中产生的齿根弯曲应力不同，材料的许用弯曲应力不同。 标准模数和压力角在齿轮大端；受力分析和强度计算用平均分度圆直径。 2.15、在齿轮传动中，大小齿轮的接触应力是相等的，大小齿轮的弯曲应力是不相等的。 2.16、直齿圆柱齿轮作接触强度计算时取节点处的接触应力为计算依据，其载荷由一对轮齿承担。
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。
《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
自由度为 F 3n (2P L P H P') F' 3 9 (2 12 1 0) 1 1 或： F 3n 2P L F H 3 8 2 11 1 24 22 1 1 自由度为： F 3n (2P L P H P') F' 3 10 (2 1 4 1 2 2) 1 30 28 1 1 或：
F 3n 2P L P H 3 9 2 12 1 2 27 24 2 1 1 — 11 F 3n 2P L P H 3 4 2 4 2 2 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。 1 |P 14 p 3 3 P 34 P 13 1 IB4 R 3I 4 3 |p 4 P 13| 1 1 — 14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设 1 10rad/s ，求构件3的速度 v 3。
P 24P 12 第二章平面连杆机构 2- 1试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、 双摇杆机构。 (1)双曲柄机构 v 3 v P13 1 R4R 3 10 200 2000mm/s 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 1 / 2。 P 24、 P 14分别为构件2与构件 1相对于机架的绝对瞬心 双曲柄机构还是 100 构件1、2的瞬心为P 12 1 | P 14 p 2 2
(2)曲柄摇杆机构 (3)双摇杆机构 (4)双摇杆机构 2-3画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。
机械设计基础习题库 一、单项选择题（每小题2分） 1.机器中运动的最小单元称为（） A．零件B．部件 C．机件D．构件 2.在如图所示的齿轮—凸轮轴系中，轴4称为( ) A.零件 B.机构 C.构件 D.部件 3.若组成运动副的两构件间的相对运动是移动，则称这种运动副为( ) A.转动副 B.移动副 C.球面副 D.螺旋副 4.机构具有确定相对运动的条件是( ) A.机构的自由度数目等于主动件数目 B.机构的自由度数目大于主动件数目 C.机构的自由度数目小于主动件数目 D.机构的自由度数目大于等于主动件数目 5.在平面机构中，每增加一个低副将引入（） A．0个约束B．1个约束 C．2个约束D．3个约束 6.若两构件组成低副，则其接触形式为（） A．面接触B．点或线接触C．点或面接触D．线或面接触7.平面运动副的最大约束数为（）
A．1 B．2 C．3 D．5 8.铰链四杆机构的死点位置发生在( ) A.从动件与连杆共线位置 B.从动件与机架共线位置 C.主动件与连杆共线位置 D.主动件与机架共线位置 9.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则为了获得曲 柄摇杆机构，其机架应取( ) A.最短杆 B.最短杆的相邻杆 C.最短杆的相对杆 D.任何一杆 10.连杆机构处在死点位置时，传动角γ是（） A 等于90oB等于0o C 0o<γ< 90oD大于90o 11.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则为了获得双 曲柄机构，其机架应取（） A．最短杆B．最短杆的相邻杆 C．最短杆的相对杆D．任何一杆 12.为保证四杆机构良好的机械性能，___________不应小于最小许用值。 A压力角B传动角C极位夹角D摆角 13.连杆机构处在死点位置时，压力角α是______。 A 等于90oB等于0o C 0o<α< 90oD大于90o 14.在凸轮机构的从动件选用等速运动规律时，其从动件的运动( ) A.将产生刚性冲击 B.将产生柔性冲击 C.没有冲击 D.既有刚性冲击又有柔性冲击 15.凸轮机构中的压力角是指（）间的夹角。 A凸轮上接触点的法线与从动件的运动方向 B 凸轮上接触点的法线与该点的线速度方向 C凸轮上接触点的切线与从动件的运动方向 D凸轮上接触点的切线与该点的线速度方向 16.凸轮机构的从动件选用等加速等减速运动规律时，其从动件的运动（） A．将产生刚性冲击B．将产生柔性冲击 C．没有冲击D．既有刚性冲击又有柔性冲击 17.下列凸轮机构中，图_______所画的压力角是正确的。BBCDD
《机械设计基础》知识要点 绪论；基本概念：机构，机器，构件，零件，机械 第1章：1）运动副的概念及分类 2）机构自由度的概念 3）机构具有确定运动的条件 4）机构自由度的计算 第2章：1）铰链四杆机构三种基本形式及判断方法。 2）四杆机构极限位置的作图方法 3）掌握了解：极限位置、死点位置、压力角、传动角、急回特性、极位夹角。 4）按给定行程速比系数设计四杆机构。 第3章：1）凸轮机构的基本系数。 2）等速运动的位移，速度，加速度公式及线图。 3）凸轮机构的压力角概念及作图。 第4章：1）齿轮的分类（按齿向、按轴线位置）。 2）渐开线的性质。 3）基本概念：节点、节圆、模数、压力角、分度圆，根切、最少齿数、节圆和分度圆的区别。 4）直齿轮、斜齿轮基本尺寸的计算；直齿轮齿廓各点压力角的计算；m = p /π的推导过程。 5）直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮的正确啮合条件。 第5章：1）基本概念：中心轮、行星轮、转臂、转化轮系。 2）定轴轮系、周转轮系、混合轮系的传动比计算。 第9章：1）掌握：失效、计算载荷、对称循环变应力、脉动循环变应力、许用应力、安全系数、疲劳极限。 了解：常用材料的牌号和名称。 第10章: 1）螺纹参数d、d1、d2、P、S、ψ、α、β及相互关系。 2）掌握：螺旋副受力模型及力矩公式、自锁、摩擦角、当量摩擦角、螺纹下行自锁条件、常用螺纹类型、螺纹联接类型、普通螺纹、细牙螺纹。 3）螺纹联接的强度计算。 第11章: 1）基本概念：轮齿的主要失效形式、齿轮常用热处理方法。 2）直齿圆柱齿轮接触强度、弯曲强度的计算。 3）直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮的作用力（大小和方向）计算及受力分析。 第12章: 1）蜗杆传动基本参数：m a1、m t2、γ、β、q、P a、d1、d2、V S及蜗杆传动的正确啮合条件。 2）蜗杆传动受力分析。 第13章: 1）掌握：带传动的类型、传动原理及带传动基本参数：d1、d2、L d、a、α1、α2、F1、F2、F0 2）带传动的受力分析及应力分析：F1、F2、F0、σ1、σ2、σC、σb及影响因素。 3）弹性滑动与打滑的区别。 4）了解：带传动的设计计算。 第14章: 1）轴的分类（按载荷性质分）。 2）掌握轴的强度计算：按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算。 第15章: 1）摩擦的三种状态：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦。 第16章: 1）常用滚动轴承的型号。 2）向心角接触轴承的内部轴向力计算，总轴向力的计算。 滚动轴承当量动载荷的计算。滚动轴承的寿命计算。 第17章: 1）联轴器与离合器的区别 第一章平面机构的自由度和速度分析 1、自由度：构件相对于参考系的独立运动称为自由度。 2、运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件组成运动副后，其运动受到约束，自由度减少。
2010年秋季学期机械设计基础第三次作业 一、分析计算题（100分，共 5 题，每小题 20 分） 1. 一牵曳钩用2个M10（d l =8.376mm ）的普通螺栓固定于机体上，如下图所示。已知接合面间摩擦系数f s =0.15，可靠性系数K f =1.2，螺栓材料强度级别为6.8级，许用安全系数[S]=3。试计算该螺栓组联接允许的最大牵引力F Rmax 。 2. 图示蜗杆传动，蜗杆为主动件。已知m=2.5mm ，d 1=45mm ，传动比i=50，蜗轮齿数z 2=50。要求： 1）在图上蜗杆与蜗轮啮合处画出作用力（F t1，F r1，F a1，F t2，F r2，F a2）的方向； 2）在图上画出蜗轮n 2的转向和螺旋线的方向； 3）计算出蜗杆的导程角γ、传动的中心距a 。 3. 设有一A 型普通平键连接。已知：轴的直径d=50mm ，键宽b=14mm ，键高h=9mm ，键的公称长度L=90mm ，键的许用切应力[τ]=90MPa ，其许用挤压应力[σp ]=100MPa 。试问：该键连接所能传递的最大转矩是多少？ 4. 在一个中心距为250mm 的旧箱体内，配上一对z 1=18，z 2=81，m n =5mm 的斜齿圆柱齿轮，试求该对齿轮的螺旋角β。若小齿轮为左旋，则大齿轮应为左旋还是右旋？ 5. 如图所示，已知四杆机构各构件长度为a=240mm ，b=600mm ，c=400mm ，d=500mm ，试问： 1）当取AD 为机架时，是否有曲柄存在？ 2）若各构件长度不变，能否以选不同构件为机架的办法获得双曲柄机构或双摇杆机构？如何获得？
答案： 一、分析计算题（100分，共 5 题，每小题 20 分） 1. 参考答案： 解题方案： 评分标准： 2. 参考答案：
南京工业大学 机械设计基础课程设计计算说明书 设计题目 系（院） 班级 设计者 指导教师 年月日
目录 1：课程设计任务书。。。。。。。。。。。。。。。。。1 2：课程设计方案选择。。。。。。。。。。。。。。。。2 3：电动机的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 4：计算总传动比和分配各级传动比。。。。。。。。。。4 5:计算传动装置的运动和动力参数。。。。。。。。。。。5 6：减速器传动零件的设计与计算 （1）V带的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。8 （2）齿轮的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。13 （3）轴的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。。17 7：键的选择与校核。。。。。。。。。。。。。。。。。26 8：联轴器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。28 9：润滑和密封。。。。。。。。。。。。。。。。。。。29 10：铸铁减速器箱体主要结构设计。。。。。。。。。。。30 11：感想与参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。32
一、设计任务书 ①设计条件 设计带式输送机的传动系统，采用带传动和一级圆柱出论减速器 ②原始数据 输送带有效拉力F＝5000N 输送带工作速度V＝1.7m/s 输送带滚筒直径d＝450mm ③工作条件 两班制工作，空载起动载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为380/220V。 ④使用期限及检修间隔 工作期限：8年，大修期限：4年。 二．传功方案的选择 带式输送机传动系统方案如图所示：（画方案图）
带式输送机由电动机驱动。电动机1将动力传到带传动2，再由带传动传入一级减速器3，再经联轴器4将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。传动系统中采用带传动及一级圆柱齿轮减速器，采用直齿圆柱齿轮传动。