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【高职教学大纲模板】
XXX学院
《机械设计基础》教学大纲
专业：数控技术
系部：机电工程系
制定人：刘志国
审定时间：
郑州信息工程职业学院教务处制
XXX学院机电工程系
《机械设计基础》课程教学大纲（数控技术专业）
（供参考）
一、课程的性质与任务
（一）本课程的性质
《机械设计基础》是机械类、机电类、近机类专业必修的一门专业基础课，它在教学计划中起着承先启后的桥梁作用，为学生学习后续的专业课打下必要的基础。它不仅具有较强的理论性，同时具有较强的实用性。它在培养机械类、机电类、近机类工程技术人才的全局中，具有增强学生的机械理论基础，提高学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新能力的作用。
（二）本课程的任务
本课程的作用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法；培养学生具备机械设计中的一般通用零部件设计方法的能力，为后继专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。
（三）本课程培养人才的定位
主要针对机械加工制造单位的机械设计人员岗位。
二、课程的基本要求
（一）掌握关于机构的运动分析、受力分析和机器动力学方面的基本理论和基本知识。
（二）具有初步的分析和设计能力。
（三）具有设计一般通用零部件和一般机器装置的能力；逐渐形成规范的设计思想和逻辑思维能力。
（四）掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律。
（五）具有运用标准、规范、手册和查阅有关技术资料的能力。
（六）掌握典型机械零件的实验方法及技能。
（七）了解一些机械领域的新成果和发展动向。
三、课程内容
（一）课程主要内容
本课程共十五单元。
0、绪论
【教学目的与要求】
机械设计基础课程的研究对象、研究内容。机械设计基础课程在四个现代化中的作用，了解本课程的内容、性质和任务。
【教学内容】
（1）引言
（2）机器的组成及其特征
（3）机械设计的基本要求及一般程序
（4）机械设计基础课程的内容、性质和任务
【重点难点】
（1）机器的组成及其特征。
（2）机械设计的基本要求及一般程序。
1、平面机构的运动简图及自由度
【教学目的与要求】
理解平面机构、运动副、自由度等基本概念，掌握机构运动简图绘制的基本方法和自由度的计算，掌握机构具有确定运动的条件。
【教学内容】
（1）平面机构的组成
（2）平面机构运动简图
（3）平面机构的自由度
【重点难点】
（1）自由度的概念和运动副对自由度的限制。
（2）简单机构自由度的计算。
2、平面连杆机构
【教学目的与要求】
能分析连杆机构的工作特性，会分析压力角、传动角的物理意义。
【教学内容】
（1）概述
（2）铰链四杆机构的基本型式及其演化
（3）平面四杆机构的基本特性
（4）平面四杆机构的设计
（5）平面多杆机构简介
【重点难点】
（1）铰链四杆机构有曲柄存在的条件。
（2）机构压力角、传动角的概念及物理意义。
（3）急回特性、死点位置的特性和应用。
3、凸轮机构
【教学目的与要求】
凸轮机构的应用和分类，从动件常用运动规律按给定运动规律设计凸轮轮廓––图解法。尖底、滚子和平底从动件凸轮轮廓设计，摆动从动件凸轮轮廓设计。
【教学内容】
（1）凸轮机构的应用和分类
（2）常用的从动件运动规律
（3）用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线
（4）解析法设计凸轮轮廓
（5）设计凸轮机构应注意的问题
【重点难点】
（1）凸轮机构的特点、应用。
（2）凸轮机构常用的运动规律和选择。
4、间歇运动机构
【教学目的与要求】
2018年硕士学位研究生招生考试业务课考试大纲 考试科目：机械设计基础 一、机械原理部分 1．平面机构的结构分析 构件、运动副及机构的概念；机构具有确定运动的条件和机构自由度的计算；平面机构的高副低代方法和Ⅱ级、Ⅲ级杆组的结构特点，平面机构的组成原理和结构分析方法。 2．平面机构的速度分析 速度瞬心的概念；机构速度瞬心的数目和瞬心位置的确定方法；速度瞬心法在机构速度分析中的应用。 3．平面连杆机构及其设计 平面四杆机构的基本型式及其演化；平面四杆机构的主要工作特性（平面四杆机构有曲柄的条件，急回运动、行程速度变化系数及极位夹角，压力角和传动角，死点位置）；平面四杆机构设计图解法。 4．凸轮机构及其设计 凸轮机构的类型和特点；凸轮机构从动件的常用运动规律及其特性；凸轮机构偏心、凸轮基圆、推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角、理论轮廓与实际轮廓、从动件行程及机构压力角等概念，并能在图中标出；了解直动从动件盘形凸轮机构正配置、负配置对压力角的影响；理解基圆半径与压力角的定性影响关系；掌握按给定运动规律设计各类盘形凸轮轮廓曲线，重点是图解法；凸轮机构基本尺寸确定的原则（压力角、基圆半径和滚子半径）。 5．齿轮机构及其设计 齿轮机构的类型；齿廓啮合基本定律；渐开线的性质及渐开线齿廓的特点；渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算；渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动应满足的条件（正确啮合的条件、无侧隙啮合条件及标准安装、连续传动的条件）；渐开线齿轮的切齿原理、根切现象及最少齿数；平行轴斜齿圆柱齿轮机构（啮合特点、斜齿轮的基本参数、几何尺寸计算和当量齿数、斜齿轮传动的正确啮合条件和传动特点）。 6．轮系及其设计 定轴轮系、周转轮系和复合轮系传动比的计算方法。 7．其他常用机构 棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构的组成、工作原理及运动特点。 8．刚性回转件的平衡 刚性回转件的静平衡与动平衡的原理和计算方法。 9．机械速度波动的调节 机械速度波动的基本知识及其调节方法。 8．回转件的平衡
《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 。
机械设计基础考试大纲 一、课程性质与设置目的要求 《机械设计基础》是高等机械制造及其自动化及机械电子工程专业必修主干技术基础课，也可作为其它各相关专业的选修课程。 它是培养和检验学生掌握通用零件的工作原理、特点、维护和设计计算的基本知识，并初步具有设计机械传动装置和简单机械的能力；具有应用标准、规范、手册和图册等有关技术资料的能力，而设置的一门技术基础课。 本课程的要求是：应考者比较系统的掌握通用零部件的工作原理、结构特点、维护和设计计算方法，初步具有设计机械传动装置和简单机械的能力，运用机械零部件标准、规范、手册和图册和查阅有关技术资料的能力。 二、课程内容与考核要求 0 绪论 课程内容 0-1本课程的研究对象、内容 0-2本课程在教学中的地位 0-3机械设计的基本要求和一般过程 考核知识点及考核要求 1、机器的组成 机器与机构的含义和区别；构件与零件的含义和区别。 2、机器和机械零件设计的基本要求 第1章平面机构的自由度和速度分析 课程内容 1-1运动副及其分类 1-2平面机构运动简图 1-3平面机构自由度 1-4速度瞬心及其在机构速度分析上的应用 考核知识点和考核要求 1、运动副的含义；平面运动副的分类 2、平面机构运动简图中运动副和构件的表示符号和表示方法 3、平面机构自由度的意义；机构具有确定相对运动的条件；复合铰链、局部自由度、虚约 束的形式 4、正确判断和处理复合铰链、局部自由度、虚约束，进行平面机构自由度的计算，并能判 断机构是否具有确定相对运动 5、速度瞬心的含义和求法；能用速度瞬心法求简单平面机构的速度 第2章平面连杆机构 课程内容 2-1平面四杆机构的基本类型及其应用 2-2平面四杆机构的基本特性 2-3平面四杆机构的设计 考核知识点和考核要求 1、识别铰链四杆机构的基本类型及其演化机构 2、曲柄存在条件、急回特性、压力角、传动角和死点位置
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。
机械基础习题5 一、填空题 1.机械零件丧失预定的功能而不能正常工作的现象,称为(。 2.载荷按其大小和方向是否随时间变化分为(和(两类。 3.根据原动机或负载的额定功率计算出的作用在零件上的载荷叫(。 4.载荷系数K与名义载荷的乘积叫(。 5.按照应力的大小和方向是否随时间变化分为(和(。 6.合理选择安全系数的原则是:在保证(的原则下,尽可能(安全系数。 7.疲劳设计有(和(两种不同的设计方法。 8.在疲劳曲线中,纵坐标 rN表示零件材料的(。 9.许多机器都是由(、(和(三部分组成的。 10.按工作原理,机械传动可分为(和(两大类。 11.带传动的主要失效形式是(、(和(。 12.带传动的设计准则是:在保证带传动在工作时(的条件下,具有一定的(和(。 13.V带轮的材料主要采用(,转速高时可采用(。 14.与带传动相比,链传动无(和(现象,工作可靠,具有准确的(,传动效率较高。 15.在带传动中,弹性滑动和滑动率的大小与(和(的拉力差有关,随着传递(的增加,弹性滑动和滑动率也将增大。 16.单根V带所能传递功率主要取决于(和(。
17.链条的长度以(来表示,一般应尽量避免(节。 18.滚子链传动最主要的参数是(。 19.按螺旋机构的工作情况,螺旋主要用于以下三种情况:(、(和(螺旋。 20.按照母体形状,螺纹分为(螺纹和(螺纹。 21.按螺旋和螺母的运动情况,螺旋传动有四种结构,但它们的(关系是相同的。 22.按螺纹副的摩擦性质,可分为(螺旋、(螺旋和(螺旋。 23.在齿轮传动中,齿轮齿面常见的失效形式有(、(、(和(。 24.开式齿轮传动的主要失效形式是(和(。 25.闭式齿轮传动的主要失效形式是(和(。 26.齿轮能承受动载荷的大小取决于齿轮的(及(。 27.设计齿轮传动时,为限制整个传动的尺寸过大,一般应限制大小齿轮的齿数比≤(。, 28.对闭式蜗杆传动,为避免油温升高而导致胶合,设计时要进行(计算。 二、填空题 1.机械零件的计算载荷由(确定。 A.原动机的额定功率和效率 B.工作机的负载和机械效率 C.零件名义载荷和工作应力 D.零件名义载荷和附加载荷
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 ）
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》教学大纲 课程编号： 课程名称：机械设计基础A 英文名称：The Fundamental of Machine Design 学分：7 学时：112 （其中实验学时20） 适用对象：四年制机械电子专业 一、目的与任务 1、课程性质：必修 2、课程类别：专业基础课 3、目的与任务： 本课程是机械电子工程专业的一门综合性和实践性都很强的专业基础课，是研究机械共性问题的专业主干课程。本课程结合应用力学、机械理论和生产知识，解决常用机构及通用零部件的分析和设计问题，为学生进行机电产品的设计开发、技术创新、维修维护以及后续专业课学习奠定基础。本课程在教学内容方面注重基本知识、基本理论和基本方法；在培养学生能力方面着重设计构思和设计技能的基本训练。使学生经过必要的基本技能的训练，具备分析和解决生产实际中问题的综合能力。本课程突出应用能力和综合素质的培养，侧重理论和技能两者并重、相互结合。所以本课程在专业培养计划中占据重要的地位与作用，是一门专业核心课程。 学习本课程的目的是使学生掌握机械常用机构的结构、特性，初步具备分析、选用常用机械机构的能力；掌握机械中通用零件的工作原理、特点、应用及设计计算的工程方法；初步具有运用标准、规范、手册等技术资料的能力；获得实验技能的初步训练。 本课程的主要任务是使学生掌握常用机械传动和通用机械零部件的工作原理、基本结构及选用的基本方法，初步具有分析和设计常用机械零件和简单传动装置的能力；并进而具备向新技术渗透和联接的接口能力。 二、教学内容及学时分配（理论学时92+实验学时20） 第1讲绪论（3学时+0） 熟悉机器与机构，零件与构件的基本概念，了解本课程内容、性质和任务，介绍本课程的学习方法。了解机械设计的内容、步骤及基本要求，熟悉零件的机械物理特性。
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》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
贵州大学硕士研究生入学考试大纲 考试科目代码/名称：847/机械设计基础 一、考试基本要求 1.掌握常用机构的工作原理，运动特性及机构设计方面的知识； 2.掌握通用零件的工作原理，特点，失效形式，选用和维护方面的知识； 3.能应用理论知识,进行一般参数的通用零件和简单机械传动装置的设计和计算，具备基本机械设计分析问题解决问题的能力。 二、适用范围 适用于机械工程专业。 三、考试形式 闭卷，180分钟 自带有函数的计算器、直尺、圆规 四、考试内容和考试要求 （一）命题难度 基础类型占30%，分析类型占50%，综合类型占20%。 （二）考试题型 填空题、选择题、简答题、分析题、计算题、改错题等。 （三）命题范围与考试要求 1.绪论 掌握机械设计的基本要求及一般过程 2.平面机构的自由度和速度分析 掌握零件、构件、运动副、约束、机构等基本概念； 掌握机构具有确定运动的条件； 熟练掌握平面机构自由度的计算方法，能准确地识别和处理复合较链、局部自由度和常见虚约束； 掌握速度瞬心及其在机构速度分析上的应用。 3.平面连杆机构 了解平面连杆机构的特点和应用； 掌握铰链四杆机构的基本类型与传动特性； 熟练掌握铰链四杆机构的基本特性（存在曲柄的条件、急回特性、压力角和传动角以及死点位置）。 4.凸轮机构 了解凸轮机构的类型、特点和应用；
了解凸轮机构的压力角和基圆半径的关系； 掌握从动件常用运动规律及凸轮轮廓的设计原理和方法； 5.齿轮机构与齿轮传动 了解齿轮机构的类型和特点； 掌握齿廓啮合基本定律； 理解渐开线的形成，掌握渐开线性质，并能绘制渐开线上各点的压力角；掌握渐开线齿廓啮合满足齿廓啮合基本定律，掌握啮合线是直线、啮合过程中压力方向不变、中心距具有可分性等特点； 熟练掌握渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸计算； 掌握渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件、连续传动条件；了解重合度和标准安装等概念； 了解齿轮加工的根切现象、最小齿数和变位齿轮的基本概念； 掌握齿轮轮齿的五种常见失效形式（轮齿折断、齿面点蚀、过度磨损、胶合、塑性变形），特别是轮齿折断和齿面点蚀； 熟练掌握闭式齿轮传动的设计准则； 理解计算载荷和名义载荷的关系，熟练掌握直齿圆柱齿轮传动的受力分析，包括作用力大小的计算和方向的判定； 了解标准直齿圆柱齿轮传动齿面接触强度和齿根弯曲强度计算公式的理论依据，理解公式中各参数的含义和对强度的影响； 熟练掌握接触强度公式的应用：理解相啮合大小齿轮的接触应力相等、大小齿轮的许用接触应力不等、强度计算时应取大小齿轮许用接触应力值中之较小者； 熟练掌握齿根弯曲强度公式的应用：理解齿形系数YFa的含义和相啮合的大小齿轮齿形系数不等、大小齿轮的齿根弯曲应力不等、大小齿轮的许用弯曲应力不等、强度计算时应取大小齿轮齿形系数与许用弯曲应力之比值中的较大者。 了解渐开线斜齿圆柱齿轮齿廓形成原理，掌握法向模数mn与端面模数mt 、的关系及正确啮合条件，能计算渐开线标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸，如d、d a 、α、β等； d f 熟练掌握斜齿圆柱齿轮传动的受力分析，能判定各分力的方向。 6.蜗杆传动 理解阿基米德蜗杆传动的主要参数及其含义； 掌握蜗杆传动的正确啮合条件； 理解有关参数对啮合效率、蜗杆刚度的影响； 理解相对滑动速度与蜗轮材料选择的关系； 了解热平衡计算的目的，了解散热及冷却措施，了解传动的效率与润滑的关系； 掌握蜗杆传动的受力分析，能判定各分力方向以及蜗杆和蜗轮的旋转方向。 7.轮系 了解齿轮系的分类及功用； 熟练掌握定轴轮系、周转轮系及简单复合轮系的传动比计算方法。 8.连接 了解螺纹的分类和应用，螺纹的主要参数； 掌握螺旋副受力分析和自锁条件； 了解螺纹连接的基本类型、应用场合及螺纹紧固件；
《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：