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。
第2章摩擦、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，以及毡圈。
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3章 平面机构的结构分析
3.1 机构具有确定运动的条件是什么?
答：机构的主动件数等于自由度数时,机构就具有确定的相对运动。 3.2 在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？
答：应注意机构中是否包含着复合铰链、局部自由度、虚约束。 3.3 机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？
答：（1）能抛开机构的具体结构和构件的真实外形，简明地表达机构的传动原理，并能对机构进行方案讨论和运动、受力分析。
（2）绘制机构运动简图的步骤如下所述：
①认真研究机构的结构及其动作原理，分清机架，确定主动件。
②循着运动传递的路线，搞清各构件间相对运动的性质，确定运动副的种类。 ③测量出运动副间的相对位置。
④选择视图平面和比例尺，用规定的线条和符号表示其构件和运动副，绘制成机构运动简图。 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 9130n 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 32332321
F 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 570n P P ===，，代入式（3.1）中可得L H 32352701
F 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 340n P P ===，， ，则L H 321F n P P =--=； 图b)：L
H 340n 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 7100n 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 7100n P P ===，，。L H 32372101F n P P =--=?-?=运动确定
d) L H 442n P P ===，，。L H 32342422F n P P =--=?-?-=运动确定。 e) L
H 340n P P ===，，。L H 3233241F n P P =--=?-?=运动确定。 f) L
H 570n P P ===，，。L H 3235271F n P P =--=?-?=运动确定。 g) L
H 9122n P P ===，，。L H 323921221F n P P =--=?-?-=运动确定 h) L
H 9120n P P ===，，。L H 32392123F n P P =--=?-?=运动确定。
3.7 试问如题3.7图所示各机构在组成上是否合理？如不合理，请针对错误提出修改方案。
题3.7图
答：图示机构的自由度为零，故都不合理，修改方案如下：对于题3.7图a 的机构，在D 处改为一个滑块，如题3.7图a 所示。
对于题3.7图b 的机构，在构件4上增加一个转动副，如题3.7答案图b 所示；或在构件4的D 处
添加一滑块，如题3.7答案图c 所示。
第4章
平面连杆机构
4.1 机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？
答：同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的形状相似，且字母顺序一致。 4.2 为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？
答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功，使机械发热和降低其机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命，降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。
机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如带传动和摩擦轮传动等。 4.3 何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？
答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角?。
（2）总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角90
?+
，据此来确定总反力的方向。
4.4 何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线？
答：（1）以转轴的轴心为圆心，以0()P P
rf =为半径所作的圆称为摩擦圆。
（2）总反力与摩擦圆相切，其位置取决于两构件的相对转动方向，总反力产生的摩擦力矩与相对
转动的转向相反。
4.5 从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？
答：机械自锁的条件为0η
≤。
4.6 连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急回特性？
答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K 来表示这种特性。
（2）当0θ
≠时，则1K >，机构具有急回特性。
4.7 铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？
答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或相邻杆应为机架。 （2）曲柄不一定为最短杆，如双曲柄机构中，机架为最短杆。 4.8 何谓连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点的例子。
答：（1）主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心时的位置，称为连杆机构的死点位置。
（2）机车车轮在工作中应设法避免死点位置。如采用机车车轮联动机构，当一个机构处于死点位置时，可借助另一个机构来越过死点；飞机起落架是利用死点工作的，当起落架放下时，机构处于死点位置，使降落可靠。
4.9 在题4.9图示中，已知机构的尺寸和相对位置，构件1以等角速度1ω逆时针转动，求图示位置C 点和D 点的速度及加速度，构件2的角速度和角加速度。
题4.9图
解：取长度比例尺，绘制简图如题4.9答案图a 所示。
题4.9答案图
解：（1）速度分析。
①求B v .由图可知，1B v AB ω=?，方向垂直于AB ，指向与1ω的转向一致。
②求C v .因B 点与C 点同为构件2上的点，故有：
C B CB v v v =+
大小 ？ 1AB l ω ？ 方向 水平 AB ⊥
BC ⊥
取速度比例尺v μ（m/s
mm ）,作速度矢量图如题4.9答案图b 所示，则pc
代表C v ；bc 代表CB v ，
其大小为C
v v pc μ=?，CB v v bc μ=?。
③求2ω。因2CB
BC v l ω=?，则
2CB BC
v l ω=
方向为顺时针转。
④求D v 。因为B 、C 、D 为同一构件上的三点，所以可利用速度影像原理求得d 点，连接
pd
代表D v ，
如题4.9答案图b 所示，其大小为D v v pd μ=?，方向同pd
。
（2）加速度分析。
①求B a 。由已知条件可知：21n
B
AB a l ω=?，方向为B →A ；0t
B a =。
②求C a 。根据相对运动原理，可选立下列方程式
n t
C B CB CB a a a a =++
大小 ？ 2
1AB l ω 22AB l ω? ？
方向 水平 B A → C B → BC ⊥
取加速度比例尺(
)
2
m/s mm
a
μ，作加速度矢量如题4.9答案图c ，则b c '''
代表n
CB a ，c c '''
代表
t
CB
a 。 由图可知，C a a p c μ''=?方向同p c '' （水平向左）；t
CB a a c c μ'''=?，方向同c c ''' 。
③求2α。因2t
CB
CB a l α=?，则
2a CB t c c CB l CB
a l μα'''
==（方向为逆时针）
④求D a 。
n t n t
D B D B D B C D C D C
a a a a a a a =++=++大小 ？ 2
1
AB l ω? 22DB l ω? ？ a p c μ''? 22DB l ω? ？
方向 ？ B A → D B → BC ⊥ p c ''
D C → BC ⊥ 作矢量图，如题4.9答案图c 所示，可见p d ''
代表D a 。
由图可见，D a =a p d μ''?
，方向同p d ''
。
4.10 如题 4.10图所示的铰链四杆机构中，已知30mm AB
l =，75mm BC l =，32mm CD l =，
80AD l mm =，构件1以等角速度1
10rad/s ω=顺时针转动。现已作出该瞬时的速度多边形（题
4.10
图b ）和加速度多边形（题4.10图 c ）。试用图解法求：（1）构件2上速度为零的点E 的位置，并求出该点的加速度E a ；（2）为加速度多边形中各矢量标注相应符号：（3）求构件2的角加速度2a 。
题4.10图
解：取m mm 0.01L μ=，作结构简图，如题4.10答案图a 所示。
（1）求构件2上速度为零的点E 及E 点的加速度E a 。
题4.10答案图
①求B v 。m s 1100.030.3B AB v l ω=?=?=，方向如题4.10答案图a 所示，且AB ⊥。
②求C v 。
C B CB
v v v =+
大小 ？ m s 0.3 ？
方向 水平 AB ⊥ BC ⊥
取m/s mm 0.01v
μ=，作速度矢量图如题4.10答案图b 所示。
因0E
v =，故在速度图中，e 与极点p 相重合，即三角符号Δpbc 为ΔBCE 的影像，其作图过程为：
过B 点作BE pb ⊥，过C 点作CE pc ⊥，其交点即为E 点，如题4.10答案图a 所示。
③求2ω、3ω及C a 。
由图可知，m m s s 0.01330.33,0.01380.38CB v C v v bc v pc μμ=?=?==?=?=。
又因
23CB BC C CD v l v l ωω=?=? ，
则
20.33
4.40.075
CB BC v l ω=
==rad
s ，方向为逆时针。
30.38
11.880.032
C C
D v l ω=
==rad
s ，方向为逆时针。
C n t n t
C C B CB CB
a a a a a a =+=++ 大小 2
3
CD l ω ？ 21AB l ω? 22CB l ω ？
方向 C D → CD ⊥ B A → C B → BC ⊥
取2m
0.1s
a μ=，作加速度矢量图，如题4.10答案图c 所示，则p c ''
代表C a 。
2m
0.145 4.5s
C a a p c μ''=?=?=，方向p c '' 。
④求
E
a 。利用加速度影像原理，即
b
c e '''
?∽BCE
?。作图过程为：作
,c b e BCE c b e CBE ''''''∠=∠∠=∠，其交点即为e '，则p e '' 代表E a 。
（2）各矢量标准符号如题4.10答案图c 所示。
（3）求构件2的角加速度2α。
由图可知，2
m
0.168.5 6.85s
t
CB
a a c c μ''''=?=?=，又因2,t
CB
CB a l α=?则
22 6.85rad 214.1s 0.032
t C B CB a l α===。
4.11 如题4.11图所示为一四杆机构，设已知21O
B
O A 2400mm l l ==，650mm BC l =，
1350mm,120rad min AB l ω==，求当1O A 平行于2O B 且垂直于AB 时的C v 和C a 。
题4.11图
解：取m
0.01mm
L
μ=，画出机构的位置图，如题4.11答案图a 所示。
题4.11答案图
（1） 速度分析。
①求A v 。 11120
0.20.4m s 60
A AO v l ω==
?= ，方向垂直于1O A 。 ②求B v 。因B 点与A 点同为构件2上的点，故有：
B A BA v v v =+
大小 ？ 0.4
？
方向
2O B ⊥ 1O A ⊥ AB ⊥
取速度比例尺m/s
0.01mm
v
μ=，作速度矢量如题4.11答案图b 所示，由图可知：
B A v v pa pb ===
③求C v 。因为,A B v v =所以构件2在此瞬时作平动，即,C A B v v v pa ===
20BA
BA v l ω=
= 223400.01rad
1
s 0.4
v B O B
O B pb v l l μω??=
=
==
方向为顺时针转。 （2）加速度分析。
① 求A a 。由已知条件可知：122
21120m ()0.20.8s 60
n
A
O A a l ω=?=?=，方向1A O →，
0t
B a =。
②求B a 。根据相对运动原理，可建立下列方程式
n t n t
B B B A BA BA
a a a a a a =+=++ 大小 ？
2
2
3O B l ω? ？ 0.8 0 ？
方向 ？
2B O → 2O B ⊥ 1B O → BA ⊥
取2
m
0.025,s
a
μ=作加速度矢量图如题4.11答案图c 所示，则p b '' 代表B a 。 ③求C a 。根据影像原理可得出：::BA AC b a a c ''''=，作图如题4.11答案图c 所示，可得出p c ''
代表C a 。
2
m
0.02547 1.18s C a a p c μ''=?=?=，方向垂直向下。
4.12 如题4.12图所示为摆动导杆机构，设已知60mm,120mm,AB AC l l ==曲柄AB 以等角速度
130rad s ω=顺时针转动。求：
（1）当90BAC ∠=
时，构件3的角速度3ω和角加速度3a ；（2）当90ABC ∠= 时，构件3的角速度3ω和角加速度；（3）当180ABC ∠=
（B 点转于AC 之间）时，
构件3的角速度3ω和角加速度3a 。
题4.12图
解：（1）当90BAC ∠= 时，取L m
0.003mm
μ=,画出机构的位置图，如题4.12答案图（一）
a 所示。
题4.12答案图（一）
①求3ω。
3232B B B B v v v =+ (1)
大小
？
1AB l ω?
？
方向
BC ⊥ AB ⊥
BC
取m
s
0.06
mm
v
μ=，作速度矢量图如题4.12答案图（一）b 所示，由图可知：3pb
代表3B v ，则 B333BC L 120.06rad
5.33s 450.003
v v pb l BC μωμ??=
===??
方向为顺时针，且2
2ωω=。
②求3α。
333232
32n t k r
B B B B B B B B a a a a a a =+=++ (2)
大小
2
3BC l ω? ？ 21AB l ω?
3222B B v ω
？
方向
B C → BC ⊥
B A → B
C ⊥
BC
式中3
n
22
3m
5.33450.037.20s B
BC a l ω=?=??=
222
21m
300.0654s B AB a l ω=?=?=
32
32k
2
2323m 222 5.33270.0617.3s B B B B v a v b b ωωμ=?=??=???=
取m
s
1
mm
a
μ=，作加速度矢量图如题4.12答案图（一）c 所示，由图可知：33b b '''
代表3
t
B a ，将
33b b '''
移至B 点，得：
3
t 332330.051rad 222.6s 450.003
B a BC
L a b b l BC μαμ'''??=
===??
方向为逆时针转。
（2）当90ABC ∠= 时，取L m
0.003mm
μ=，画出机构的位置图，如题4.12答案图（二）a
所示。
题4.12答案图（二）
①求3ω。依据矢量方程（1），作速度矢量图如题4.12答案图（二）b 所示，取m
s
0.06
mm
v
μ= 。
由图可知：23b b
代表32
B B v ，
30pb =
，则30ω=。
②求3α。依据矢量方程（2），作加速度矢量图如题4.12答案图（二）c 所示，取2
m s 1
mm
a
μ=。
由图可知：32b b '''
代表3t
B a ，则
3
3223371
rad 352.4s 350.003t B a BC
L
a b b l BC μαμ'''??=
=
==??
方向为逆时针转。
（3）当180ABC
∠= 时，取L m
0.003mm
μ=，画出机构的位置图，如题4.12答案图（三）
a 所示。
a) b) c)
题4.12答案
① 求3ω。依据矢量方程（1），作速度矢量图如题4.12答案图（三）b 所示，取m
s
0.06
mm
v
μ=。
由图可知：23b b
代表3
2
B B v ，又2b 、3b 重合，则32
30,B B
v pb =
代表3B v ，则
33rad s 3300.06
30200.003
B b v B
C L v p l BC μωμ??=
===?? 方向为逆时针转。
②求3α。依据矢量方程（2），作加速度矢量如题4.12答案图（三）c 所示，取2
m
s 1
mm
a μ=。由
图可知：因3b ''、2b '重合，3
0t
B
v =，则30α=。
4.13 如题4.13图所示，设已知1
200mm,O A
l =构件逆时针转动，rad min 130ω=，求B v 及B a 。
题4.13图
解：取L
m
0.005mm
μ=，画出机构的位置图，如题4.13答案图a 所示。
题4.13答案图
(1) 速度分析（求B v ）。
12A A v v =,即1m s 12130
0.20.160
A A O A v v l ω==?=
?=，方向垂直于1O A 。 22
B A BA v v v =+
大小
？
0.1
？
方向 水平
1O A ⊥
铅垂
取m
s
0.005
mm
v
μ=，作速度矢量图如题4.13答案图b 所示，由图可知：pb
代表2;B v a b 代表2BA v ,则
m
14.50.0050.073s
B v v pb μ=?=?=
方向为水平。
（2）加速度分析（求B a ）。
22
2k r
B A B A B A a a a a =++
大小 ？
1
21O A v ω?
222BA v ω? ？
方向 水平
1A O →
水平向右
垂直
式中2
12
2
21
30m 0.20.05s 60B
O A
a l ω??
=?=?= ???
2
2221230
m 22280.0050.04s 60
k
BA BA BA a v v ωω=?=?=???=
取m
s
0.00125
mm
a
μ=，作加速度矢量图如题4.13答案图c 所示，由图可知：
p b ''
代表B a ，
则
2
m
0.0012550.00625s B a a p b μ''=?=?=
方向为水平向右。
4.14 如题4.14图所示为一机床的矩形-V 形导轨，已知拖板1的运动方向垂直于纸面，重心在S 处，几何尺寸如图所示，各接触面间的滑动摩擦系数
0.1f =。求V 形导轨处的当量摩擦系数v f 。
题4.14图
解：作用于导轨上压力为1W 、2W 。
12W W W =+
根据力矩平衡条件可知：
12W W =
作用在左右导轨上的摩擦力为1F 、2F
111
2
F f W fW =?=
221
sin452sin45W F f f W =?
=?
所以
1
sin45
v F f =
4.15 如题4.15图所示，已知250mm,200mm,d x y F ==为驱动力，r F 为工作阻力，转动副A 、
B 的轴颈半径为r ，当量摩擦系数为o f ，滑动摩擦系数为f
，忽略各构件的重力和惯性力。试作出各运动
副中总反力的作用线。
题4.15图
答：（1）求12R F 、32R F 。忽略各构件的重量和惯性力，杆2为二力杆，作用在杆2上的两个力32
R F
和12R F
应等值、共线、反向。当考虑摩擦后，该二力不通过铰链中心，而与摩擦圆相切。滑块3向下移动，
连杆2与垂直导路的夹角α增大，连杆2相对于滑块3的转速23ω为顺时针方向。所以，32R F
对轴心产
生的摩擦力矩为逆时针方向。因而R32F 应切于摩擦圆上方。同时，滑块1左移，β角减小，21ω为顺时针方向，所以R32F 对轴心产生的摩擦力为逆时针方向。因而R12F 应切于摩擦圆下方。由于12R F 与32R F
应共线，因此，它们的作用线应是A 、B 两点摩擦圆的内公切线，如题4.15答案图所示。
题4.15答案图
（2）求43R F 。取滑块3为单元体，其上作用力为d F 、23R F 、43R F ，且三力汇交于一点。43
R F
与滑块3的速度3v
的夹角大于90
，如题4.15答案所示。
（3）求41R F 。取滑块1为单元体，其上作用力为r F 、23R F 、41R F ，且三力汇交于一点，41R F 与1v
的夹角大于90 ，如题4.15答案图所示。
《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
第4章 平面连杆机构 4.1 机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？ 答：同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的形状相似，且字母顺序一致。 4.2 为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？ 答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功，使机械发热和降低其机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命，降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。 机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如带传动和摩擦轮传动等。 4.3 何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？ 答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角?。 （2）总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角90?+ ，据此来确定总反力的方向。 4.4 何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线？ 答：（1）以转轴的轴心为圆心，以0()P P rf =为半径所作的圆称为摩擦圆。 （2）总反力与摩擦圆相切，其位置取决于两构件的相对转动方向，总反力产生的摩擦力矩与相对 转动的转向相反。 4.5 从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？ 答：机械自锁的条件为0η≤。 4.6 连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急回特性？ 答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K 来表示这种特性。 （2）当0θ≠时，则1K >，机构具有急回特性。 4.7 铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？ 答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或相邻杆应为机架。 （2）曲柄不一定为最短杆，如双曲柄机构中，机架为最短杆。 4.8 何谓连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点的例子。 （1）主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心时的位置，称为连杆机构的死点位置。 （2）机车车轮在工作中应设法避免死点位置。如采用机车车轮联动机构，当一个机构处于死点位置时，可借助另一个机构来越过死点；飞机起落架是利用死点工作的，当起落架放下时，机构处于死点位置，使降落可靠。 4.9 在题4.9图示中，已知机构的尺寸和相对位置，构件1以等角速度1ω逆时针转动，求图示位置C 点和D 点的速度及加速度，构件2的角速度和角加速度。 题4.9图 解：取长度比例尺，绘制简图如题4.9答案图a 所示。
《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。
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?
7-1何谓蜗杆传动的主平面？在主平面内，蜗杆传动的参数有何意义？ 答：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的中间平面称为主平面。 在主平面内，蜗杆蜗轮的啮合关系相当于齿条与齿轮的传动。在蜗杆传动的设计计算中，均取主平面的参数和几何尺寸为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。主平面内蜗杆的参数为轴面参数，蜗轮的参数为端面参数。 7-2 何谓蜗杆传动的滑动速度？它对效率有何影响？ 答：蜗杆传动时，蜗杆齿面啮合点相对蜗轮齿面的啮合点间的相对速度称为蜗杆传动的滑动速度。滑动速度越大，传动的效率越低。 7-3 蜗杆热平衡计算的前提条件是什么？但热平衡不满足要求时，可采取什么措施？ 答：热平衡计算的前提条件是：使蜗杆传动单位时间内产生的热量与散发热量相等。当热平衡条件不满足时，可采取以下措施：1.在箱体外表面铸出或焊上散热片，以增加散热面积；2.在蜗杆轴端安装风扇，加速空气流动，提高散热能力；3.在箱体油池中安装蛇形冷却水管，利用循环水冷却；4.用压力喷油的方法进行循环润滑，并达到散热目的。 7-4答案略。 7-5图示为一提升机构传动简图，已知电动机轴的转向（图中n1）及重物的运行方向（图中v）。试确定：（1）蜗杆的旋向；（2）各啮合点上的受力方向。 习题7-5图 答：（1）蜗杆为右旋。（2）各传动件的转动方向如图所示。锥齿轮啮合处，圆周力的方向垂直向外；蜗轮处，根据所需蜗轮到转动方向，圆周力的方向与转向相同，如图；蜗轮所受圆周力的方向为蜗杆轴向力的反向，利用“左右手定则”，判断出蜗杆旋向为右旋。
7-6 图示为蜗杆－斜齿轮传动，为使轴Ⅱ上的轴向力抵消一部分，斜齿轮3的旋向应如何？画出蜗轮及斜齿轮3上轴向力的方向。 答：斜齿轮3的旋向应为左旋。 蜗轮轴向力水平向左，齿轮3的轴向力水平向右 习题7-6答案
《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 / n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、d i、d2、P、S、2、a、B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 ai、m t2、丫、B、q、P a、d i、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、a1、 a 2、F1、F2、F0 2）带传动的受力分析及应力分析：F1、F2、F0、（T 1、（T 2、b C、（T b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，
合肥学院20 13至20 14 学年第1 学期机械设计基础课程考试（A ）卷 化工系系11 级无机非专业学号姓名题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分
阅卷 得分 一、填空题(14×2=28分) 1、常用机械设计准则 。 机械传动形式。 齿轮传动的失效方式。 4、滚动轴承的主要失效形式。 5、螺纹连接种类。 6、弹簧的制造方法。 7、带传动的张紧装置。 8、轴的材料主要采用。 9、常用的润滑剂可分为。 10、齿轮传动设计主要参数。 11、弹簧的类型。 12、常用的轴毂连接是。 13、带传动的组成。 14、传动系统设计中的两大类参数。 得分 二、选择题(15×2=30分) 1 零件的工作安全系数为____。 (1) 零件的极限应力比许用应力(2) 零件的极限应力比零件的工作应力(3) 零件的工作应力比许用应力(4) 零件的工作应力比零件的极限应力2 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的____。 (1) 屈服点(2) 疲劳极限(3) 强度极限(4) 弹性极限
3 在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是________。 (1) 三角形螺纹(2) 梯形螺纹(3) 锯齿形螺纹(4) 矩形螺纹 4 当两个被联接件不太厚时，宜采用________。 (1) 双头螺柱联接(2) 螺栓联接(3) 螺钉联接(4) 紧定螺钉联接 5 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往采用______。 (1) 螺栓联接(2) 螺钉联接(3) 双头螺柱联接(4) 紧定螺钉联接 6 带传动采用张紧装置的目的是____。 (1) 减轻带的弹性滑动(2) 提高带的寿命(3) 改变带的运动方向(4) 调节带的预 紧力 7 设计链传动时，链节数最好取______。 (1) 偶数(2) 奇数(3) 质数(4) 链轮齿数的整数倍 8 链传动设计中，当载荷大，中心距小，传动比大时，宜选用_____。 (1) 大节距单排练(2) 小节距多排练 (3) 小节距单排练(3) 大节距多排练 9 链传动的张紧轮应装在_____。 (1) 靠近主动轮的松边上(2) 靠近主动轮的紧边上 (3) 靠近从动轮的松边上(4) 靠近从动轮的紧边上 10 链传动人工润滑时，润滑油应加在______。 (1) 紧边上(2) 链条和链论啮合处(3) 松边上 11 在机械传动中，传动效率高，结构紧凑，功率和速度适用范围最广的是______。 (1) 带传动(2) 摩擦轮传动(3) 链传动(4) 齿轮传动 12 要实现两平行轴之间的传动，可采用____。 (1) 圆柱齿轮传动(2)直齿锥齿轮传动(3)准双曲面齿轮传动 (4) 曲线齿锥齿轮传动 13 要实现两相交轴之间的传动，可采用____。 (1) 圆柱直齿轮传动(2)圆柱斜齿轮传动(3)直齿锥齿轮传动(4) 准双曲面齿轮传动 14 一般参数的闭式软齿面齿轮传动主要失效形式是______。 (1)齿面点蚀(2)软齿折断(3)齿面磨粒磨损(4)齿面胶合 15 深沟球轴承，内径100mm，宽度系列O，直径系列2，公差等级为O级，游隙O组，其代号为_____。 (1) 60220 (2) 6220/PO (3) 60220/PO (4) 6220 得分 三、简答题(3×8=24分) 简述轴的结构设计的基本要求。 提高螺纹连接强度的措施有哪些？ 3、简述机械设计创新基本原理。 得分 四、计算题(1×18=18分)
天津大学《机械设计基础1》课程教学大纲 课程编号：2010008课程名称：机械设计基础1 学时：80 学分： 5 学时分配：授课：80上机：实验：6实践：实践（周）： 授课学院：机械工程学院 适用专业：近机类 先修课程：工程图学，材料力学，理论力学 一、课程的性质与目的 机械设计基础是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课。本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面着重设计技能和创新能力的基本训练。 本课程的主要目的和任务是培养学生：1）掌握常用机构的工作原理、运动特性和动力特性，具有分析和设计常用机构的基本能力，并初步具有机械运动方案设计的能力；2）掌握通用机械零部件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，并具有设计简单机械及通用机械传动装置的基本能力；3）具有应用计算机进行辅助设计的能力；4）具有应用标准、规范、手册、图册等有关资料的能力；5）能通过实验巩固和加深对理论的理解, 获得实验技能的基本训练。 二、教学基本要求 1、要求掌握的基本知识 机械设计的一般知识。熟悉机构和机械零件的主要类型、性能、特点和应用，熟悉机械零件的常用材料、标准和结构，熟悉摩擦、磨损、润滑和密封的一般知识。 2、要求掌握的基本理论和方法 熟悉机构的组成、主要类型、工作原理和运动特性，具有分析和设计常用机构的能力，能进行简单机构的分析与综合。掌握机械动力学的基本原理，了解机械的调速、刚性回转件的平衡。熟悉机械零件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等。熟练掌握机械零件的设计计算准则：强度、刚度、耐磨性、寿命、热平衡及经济性等。能进行简化计算，掌握当量法，试算法等。了解改善载
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：
郑州大学现代远程教育《机械设计基础》课程 考核要求 说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为WORD格式的文档，登陆学习平台提交，并检查和确认提交成功。 一．作业要求 1. 作业题中涉及到的公式、符号以教材为主； 2. 课程设计题按照课堂上讲的“课程设计任务与要求”完成。设 计计算说明书不少于20页。 二．作业内容 （一）.选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将正确答案的号码填在题干的括号内，每小题1分，共20分） 1．在平面机构中，每增加一个高副将引入。（C ）A．0个约束B．1个约束 C．2个约束D．3个约束 2.无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为。( B ) A.θ?0 3．在圆柱凸轮机构设计中，从动件应采用从动件。（B ）A．尖顶B．滚子 C．平底D．任意 Y只与有关。（ B ）4．齿轮的齿形系数 F A．模数B．齿形 C．传动比D．中心距 5．闭式硬齿面齿轮传动中，齿轮的主要失效形式为。（C ）A．齿面胶合B．齿面磨损 C．齿根断裂D．齿面点蚀 6．在其它条件相同的蜗杆传动中，蜗杆导程角越大，传动效率。（ B ）
A．越低B．越高 C．不变D．不确定 7、带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为_____。（ C ） A.带的材料不符合胡克定律 B.带容易变形和磨损 C.带的弹性滑动. D带在带轮上打滑 8、链传动设计中，当载荷大，中心距小，传动比大时，宜选用_____。（ B ） A 大节距单排链 B 小节距多排链 C 小节距单排链 D 大节距多排链 9、平键联接选取键的公称尺寸b ×h的依据是_____。（ D ） A.轮毂长 B.键长 C.传递的转矩大小 D.轴段的直径 10、齿轮减速器的箱体和箱盖用螺纹联接，箱体被联接处的厚度不太大，且经常拆装，一般用联接. （ C ） A.螺栓联接 B.螺钉联接 C. 双头螺柱联接 11、自行车的前轮轴是。（ C ） A．转轴B．传动轴 C．心轴D．曲轴 12、通常把轴设计为阶梯形的主要目的在于。（C ） A．加工制造方便B．满足轴的局部结构要求 C．便于装拆轴上零件D．节省材料 13、不属于非接触式密封。（ D ） A .间隙密封 B.曲路密封 C.挡油环密封 D.毛毡圈密封 14、工程实践中见到最多的摩擦状况是_____。（ D ） A.干摩擦 B. 流体摩擦 C.边界摩擦 D.混合摩擦 15、联轴器和离合器的主要作用是。（ A ） A.联接两轴，使其一同旋转并传递转矩 B.补偿两轴的综合位移 C.防止机器发生过载 D.缓和冲击和振动 16、对于径向位移较大，转速较低，无冲击的两轴间宜选用_____联轴器。（ C ） A.弹性套柱销 B.万向 C.滑块 D.径向簧片 17、采用热卷法制成的弹簧，其热处理方式为_____。（ D ） A.低温回火 B.渗碳淬火
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 =
2013年上半年机械设计基础考试提纲 一、选择题（10分） 二、填空题（10分） 三、简答题（16分） （1）带传动； （2）齿轮传动、蜗杆传动； （3）键连接； （4）回转件的平衡； （5）滑动轴承。 四、分析与设计题（28分） （1）偏置直动推杆盘形凸轮轮廓曲线设计； （2）按给定行程速比系数设计曲柄摇杆结构或曲柄滑块结构；（3）斜齿齿轮传动，锥齿轮传动，蜗杆传动受力分析； （4）轴系改错题。 五、计算（36分） （1）自由度计算； （2）周转轮系传动比； （3）轴承当量载荷计算； （4）反受预紧力的螺栓强度计算； （5）外啮合标准直齿圆柱齿轮传动基本参数计算。
作业一（机械设计总论） 一、选择与填空题 1. 下列机械零件中：汽车发动机的阀门弹簧；起重机的抓斗；汽轮机的轮叶；车床变速箱中的齿轮；纺织机的织梭；f ：飞机的螺旋桨；g ：柴油机的曲轴；h ：自行车的链条。有 是专用零件而不是通用零件。 A. 三种 B. 四种 C. 五种 D. 六种 2. 进行钢制零件静强度计算时，应选取 作为其极限应力。 A. s σ B. 0σ C. b σ D. 1σ- 3. 当零件可能出现断裂时，应按 准则计算。 A. 强度 B. 刚度 C. 寿命 D. 振动稳定性 4. A. C. 零件的工作应力比许用应力 D. 零件的工作应力比极限应力 5. 对大量生产、强度要求高、尺寸不大、形状不复杂的零件，应选 毛坯。 A ．铸造 B. 冲压 C. 自由锻造 D. 模锻 6. A. n 5 B. n 10 C. n 15 7. 表征可修复零件可靠度的一个较为合适的技术指标是零件的 。 A. MTBF B. MTTF C. 失效率 D. 可靠度 8. 经过 、 和 ，并给以 的零件和部件称为标准件。 9. 设计机器的方法大体上有 、 和 等三种。 10. 机械零件的“三化”是指零件的 、 和 。 11. 刚度是零件抵抗 变形的能力。 12. 机器主要由 动力装置 、 执行装置 、 传动装置 和 操作装置 等四大功能组成部分组成。 二、判断题 13. 当零件的出现塑性变形时，应按刚度准则计算。 【 】 14. 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。 【 】 15. 调质钢的回火温度越高，其硬度和强度将越低，塑性越好。 【 】 16. 机器的设计阶段是决定机器质量好坏的关键。 【 】 17. 疲劳破坏是引起大部分机械零件失效的主要原因。 【 】 18. 随着工作时间的延长，零件的可靠度总是不变。 【 】 19. 在给定生产条件下，便于制造的零件就是工艺性好的零件。 【 】 20. 机械设计是应用新的原理、新的概念创造新的机器或已有的机器重新设计或改造。 【 】 21. 零件的强度是指零件抵抗破坏的能力。 【 】 22. 零件的工作能力是指零件抵抗失效的能力。 【 】 三、分析与思考题 23. 机器的基本组成要素是什么？ 24. 什么是通用零件？什么是专用零件？试各举例出其中三个列子。 25. 什么是机械零件的失效？ 26. 影响机械零件疲劳强度的主要因素是什么？ 27. 机械零件设计应满足的基本要求有哪些？ 28. 以一个设计者的观点来看，进行机械设计时应主要考虑哪些因素？ 29. 试简述开发型设计的一般过程。
1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。 图题1-1解图图题1-2解图 图题1-3解图图题1-4解图 题 2-3 见图。 题 2-7 解 : 作图步骤如下（见图）： （ 1 ）求，；并确定比例尺。 （ 2 ）作，顶角，。 （ 3 ）作的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。 （ 4 ）作一水平线，于相距，交圆周于点。 （ 5 ）由图量得，。解得： 曲柄长度： 连杆长度： 题 2-7图 3-1解 图题3-1解图 如图所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线，此线为 凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角如图所示。
3-2解 图题3-2解图 如图所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线，此线为 凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角如图所示。 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 4-11解因 螺旋角 端面模数 端面压力角
当量齿数 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应 说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不 连续、传动精度低，产生振动和噪声。 （ 2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因 螺旋角 分度圆直径 节圆与分度圆重合， 4-15答：一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角必须分别相等，即 、。 一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向 相反（外啮合），即、、。 一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的大端模数和压力角分别相等，即、。 5-1解：蜗轮 2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即和。
机械设计基础作业答案 1-1~1-4略 2-1判断题 2-2选择题 2-3填空题构件运动副运动一个几个刚性平面低副 2 平面高副 1 可以也可以减少 大于0 原动件数目等于机构自由度 垂直于导路无穷远处过高副接触点的公法线上 绝对速度相等，相对速度为零相对瞬心的绝对速度不为零，绝对瞬心的 绝对速度为零 3个同一条直线上 2-4～2-6 F=1，机构简图略。 2-7 F=0，不能运动，所以不能实现设计意图。机构简图及修改略。 2-8 F=2。 2-9～2-11 F=1。 2-12 F=2，该机构具有确定运动的条件为：给定2个原动件。 2-13 F=1，该机构具有确定运动的条件为：给定1个原动件。 2-14 v3=1m/s。 2-15 更正：求构件3的速度 v3=/s。 2-16 v3=p13p14l1，2=1p12p14/ p12p24。 2-17 2=1p12p13/ p12p23。，与1方向相同。 3-1
3-2填空题摇杆的形状和尺寸曲柄与连杆组成转动副的尺寸机架有 AB 曲柄摇杆 AB CD 曲柄机架 曲柄摇杆机构曲柄滑块机构摆动导杆机构… 曲柄摇杆机构摆动导杆机构…曲柄滑块机构正弦机构…等速运动为原动件 7 往复连杆从动曲柄 5 3-3 70＜lCD＜670 3-4～3-11略。 3-12 lAB= lBC= lBC= lCD=80mm 4-1判断题4-2 4-3填空题等速运动等加速等减速、余弦加速度运动增大基圆半径采用正偏置凸轮回转中心理论廓线上速度加速度 升程开始点、中点和结束点柔性增大基圆半径减小滚子半径重合于法向等距大小 0° 减小推程压力角 4-4～4-11略。 5-2 5-3k= k= 44°25′ K=11°43′22″k= 44°42′rk= 5-4 z= 5-5 z1= 20 z2= 30 r1= 40mm r2= 60mm ra1= 44mm ra2= 64mm
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 。
十四平面连杆机构 1．教学目标 1）铰链四杆机构的基本类型； 2）铰链四杆机构的演化； 3）对曲柄存在的条件、传动角、死点、急回运动、行程速比系数等有明确的概念； 4）平面四杆机构的设计； 2．教学重点和难点 1）曲柄存在条件、传动角、死点、行程速比系数； 2）平面四杆机构的图解法设计； 3）有关曲柄存在条件的杆长关系式的全面分析、平面四杆机构最小传动角的确定等问题。3．讲授方法：多媒体课件 正文 我们在实际生活中已经见过许多的平面连杆机构，被广泛地使用在各种机器、仪表及操纵装置中。例如内燃机、牛头刨、钢窗启闭机构、碎石机等等，这些机构都有一个共同的特点：其机构都是通过低副连接而成，故此这些机构又称低副机构。 根据这一特点，我们定义：若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的机构称作连杆机构。连杆机构中各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，连杆机构又可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。 平面连杆机构是由若干构件用平面低副（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。平面连杆机构的使用更加广泛，所以主要讨论平面连杆机构。
平面连杆机构的类型很多，单从组成机构的杆件数来看就有四杆、五杆和多杆机构。一般的多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成。所以平面四杆机构不但结构最简单、应用最广泛，而且只要掌握了四杆机构的有关知识和设计方法，就为进行多杆机构的设计和分析奠定了基础，所以本章我们重点讨论四杆机构。 3.1 平面四杆机构的类型及应用 一、平面四杆机构的基本型式 构件之间都是用转动副联接的平面四杆机构称为铰链四 杆机构,如图2-1所示。铰链四杆机构是平面机构的最基本的 可以实现运动和力转换的连杆机构型式。 也就是说：铰链四杆机构是具有转换运动功能而构件 数目最少的平面连杆机构。其它型式的四杆机构都可以看成 是在它基础上通过演化而来的。 在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两 构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连 架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角 度范围内摆动的构件称为摇杆。 因此，根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四 杆机构又有三种基本形式： 1．曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。 当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转 图2—2 曲柄连杆机构图2－1
第11章齿轮传动 11.1复习笔记 一、轮齿的失效形式和设计计算准则 1．轮齿的失效形式 轮齿的主要失效形式有5种：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。 （1）轮齿折断 ①产生原因 轮齿折断一般发生在齿根部分，因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中。 ②主要类型 a．过载折断 轮齿因短时意外的严重过载而引起的突然折断，称为过载折断。 b．疲劳折断 在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹，裂纹的逐渐扩展最终将引起轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。 ③单（双）侧工作 a．若轮齿单侧工作，就任一侧而言，其应力都是按脉动循环变化。 b．若轮齿双侧工作，则弯曲应力可按对称循环变化作近似计算。 （2）齿面点蚀 ①产生原因
a．疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处； b．在该处同时啮合的齿数较少，接触应力较大； c．在该区域齿面相对运动速度低，难于形成油膜润滑，故所受的摩擦力较大； d．在摩擦力和接触应力作用下，容易产生点蚀现象。 ②抗点蚀能力 齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。 （3）齿面胶合 ①定义 在高速、重载传动中，齿面间压力大，相对滑动速度高，因摩擦发热而使啮合区温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触并相互粘连，而随后的齿面相对运动，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种现象称为齿面胶合。 ②增强抗胶合能力的措施 a．提高齿面硬度； b．减小表面粗糙度； b．对于低速传动，采用粘度较大的润滑油； c．对于高速传动，采用含抗胶合添加剂的润滑油。 （4）齿面磨损 齿面磨损通常有磨粒磨损和跑合磨损两种。 ①磨粒磨损 a．产生原因 由于灰尘、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒磨损，在开式传动中是难以避免的。 b．防止或减轻磨损的方法
浙江大学机械设计基础答案 【篇一：浙大机械设计_自己总结】 柱扭转螺旋弹簧所受应力主要是弯矩。而圆柱压缩或者是拉伸弹簧 所受主要应力是切应力（包括了扭剪应力和切应力之和，在内侧最大）。 1、机械周期性速度波动的最大盈亏功:1 不一定等于相邻速度波转折点间的最大的盈功或者是亏功（因为相邻不一定是一个周期内最大 的盈功或者是亏功）；2、等于一个周期内最大盈功和亏功的代数差（从一个周期的初始位置算起，最大盈功为正，最大亏功为负，两 者代数和为最大盈亏功）。 2、轴承合金通常只用在双金属轴瓦的表层材料。 3、在单向间歇运动机构中的几个： 1、能够实现不同转向的间歇运动——棘轮传动 2、可以避免刚性冲击和柔性冲击——槽轮传动 3、实现较大范围内角度的调节——棘轮传动 5、用平面高副联接的两构件拥有的自由度——5 注：因为原来两个都是活动构件，不带有机架。 6、自由度：行星轮系—1 个，3*2－2*2－1=1. 所以有“只需要一个 原动件的运动就可以得到具体的运动了”；差动轮系—2 个，3*3－2*3-1=2 ，所以有“要给出两个原动件才可以有确定的运动”。 7、低碳钢渗碳淬火（“很有名的”）耐磨性好，外硬内柔软，可以很好的耐冲击。（20gr 。。） 8、v 带轮的传递效率低于平带轮（传递相同的载荷时产生的摩擦力大），允许的传动比比平带大（传递载荷的能力大），允许的最小 中心距更小。 9、带传动的功率主要和包角有很大的关系，还有带的根数、摩擦系数、能产生的摩擦力（v 带）等相关。 9、小带轮的直径与传送带根数反相关。t=f*d/2 ，根数和 f 正相关，传递相同的转矩。。。 10、链轮采用的材料的因素是：链条的线速度（因为线速度的大小 基本上就决定了产生的冲击载荷的大小了。） 11、齿条与齿轮啮合的一条“永恒定律”——不管与齿条啮合的是标准齿轮还是变位齿轮，齿轮的分度圆始终是啮合过程中的节圆，啮 合角始终是齿轮的分度圆上的压力角。