绪 论
1. 简述机构与机器的异同及其相互关系。
2. 简述机械的基本含义。
3. 简述构件和零件的区别与联系。
4. 简述“机械运动”的基本含义。
5. 简述“机械设计基础”课程的主要研究对象和内容。
6. 简述“机械设计基础”课程在专业学习中的性质。
【参考答案】
1. 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. 从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。
3. 构件是机械中的运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件刚性组合而成。
4. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。
5. 研究对象：常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零（部）件（螺栓、键、齿轮、带、链、轴、轴承、联轴器、离合器等）。研究内容：机构的组成及其工作原理、结构分析、运动分析等；零（部）件结构、设计计算、类型选择、使用维护等。
6. “机械设计基础”课程着重研究各类机械中的共性问题，为进一步深入研究各种专门机械奠定基础；同时，“机械设计基础”课程的学习又涉及到高等数学、机械制图、工程力学、工程材料以及机械制造基础等知识的综合运用。因此，“机械设计基础”是课程体系中的一门专业技术基础课程。
平面机构的自由度
1. 什么是机构中的原动件、从动件、输出构件和机架？
2. 机构中的运动副具有哪些必要条件？
3. 运动副是如何进行分类的？
4. 平面低副有哪两种类型？
5. 简述机构运动简图的主要作用，它能表示出原机构哪些方面的特征？
6. 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？
7. 平面运动副中，低副和高副各引入几个约束？
8. 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？
9. 运动链和机构关系如何？
10. 画出下列机构的示意图，并计算其自由度。
(a) (b)
11. 计算下列机构的自由度，若有虚约束、复合铰链和局部自由度，需指出。
（1）齿轮—连杆机构 （2）凸轮—连杆机构
（3）发动机机构 （4）压缩机机构
（5）滚动杠杆机构 （6）凸轮拨杆机构
（7）电锯机构 （8）发动机配气机构
（9）冲压机构 （10）挖掘机机构
【参考答案】
1. 原动件：运动参数由外界输入的活动构件；从动件：除原动件外的其余活动构件；输出构件：输出预期运动的从动件；机架：机构运动的参考物，视作相对固定的构件。
2. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。
3. ①按两构件运动平面的相互关系分：平面运动副、空间运动副；②按两构件接触方式分：低副（面接触）、高副（点、线接触）。
4. 转动副和移动副。
5. 机构运动简图主要用于进行机构的结构分析和运动分析。机构运动简图反映了原机构中的构件类型和数目、运动副类型、数目及其相互位置关系等特征。
6. 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。
7. 每个低副引入2个约束；每个高副引入1个约束。
8. 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。
9. 运动链：由一系列构件通过运动副联接组成的可动的构件系统；机构：各构件运动确定的运动链。
10. (a)机构示意图如图所示。
n=3, P L=4, P H=0
F=3n-2P L-P H
=3×3-2×4-0=1
∴该机构自由度为1。
(b) 机构示意图如图所示。
自由度计算
n=3, P L=4, P H=0
F=3n-2P L-P H
=3×3-2×4-0=1
∴该机构自由度为1。
11. 解：
（1）复合铰链：1
n=4, P L=5, P H=1
F=3n-2P L-P H=3×4-2×5-1×1=1
（2）局部自由度：2，虚约束：2
n=5, P L=6, P H=2
F=3n-2P L-P H=3×5-2×6-1×2=1
（3）无复合铰链、局部自由度和虚约束n=7, P L=10, P H=0
F=3n-2P L-P H=3×7-2×10-0=1
（4）复合铰链：1
n=7, P L=10, P H=0
F=3n-2P L-P H=3×7-2×10-0=1
（5）无复合铰链、局部自由度和虚约束n=4, P L=5, P H=1
F=3n-2P L-P H=3×4-2×5-1×1=1
（6）局部自由度：1
n=3, P L=3, P H=2
F=3n-2P L-P H=3×3-2×3-1×2=1
（7）局部自由度：1
n=8, P L=11, P H=1
F=3n-2P L-P H=3×8-2×11-1×1=1
（8）局部自由度：1，虚约束：1
n=6, P L=8, P H=1
F=3n-2P L-P H=3×6-2×8-1×1=1
（9）复合铰链：1，局部自由度：1 n=9, P L=12, P H=2
F=3n-2P L-P H=3×9-2×12-1×2=1
（10）复合铰链：1
n=11, P L=15, P H=0
F=3n-2P L-P H=3×11-2×15-0=3
平面连杆机构
1. 从运动副类型的角度看，什么是连杆机构？机构中的连杆一般做什么运动？
2. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？
3. 铰链四杆机构可以通过哪几种方式演化成其他型式的四杆机构？试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的？
4. 何谓偏心轮机构？它主要用于什么场合？
5. 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min γ发生在什么位置？
6. 如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为mm a 240=，mm b 600=，mm c 400=，mm d 500=。试问：1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？2）若各杆长度不变，能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构？如何获得？3）若a、b、c 三杆的长度不变，取杆4为机架，要获得曲柄摇杆机构，d 的取值范围应为何值？
题6图
7. 如图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为mm l 281=，mm l 522=，
mm l 503=，mm l 724=，试求：
1）当取杆4为机架时，该机构的极位夹角θ、杆3的最大摆角?、最小传动角min γ和行程速比
系数K ； 2）当取杆1为机架时，将演化成何种类型的机构？为什么？并说明这时C 、D 两个转动副是
整转副还是摆转副； 题7图
3）当取杆3为机架时，又将演化成何种机构？这时A、B 两个转动副是否仍为整转副？
8. 图示曲柄摇杆机构，已知mm 55=AB l ，mm 100=BC l ，mm 125=AD l 。试求： （1）摇杆3的最小长度min )(CD l ；
（2）取()min 1.1CD CD l l =，计算曲柄1等速转动时机构的行程速比系数K ； （3）取()min 1.1CD CD l l =，计算曲柄1为主动时，机构的最小传动角min γ。
9. 在图示的曲柄摇杆机构中，mm l AB 15=，mm l AD 130=，mm l CD 90=。试证明连杆长度只能限定在mm mm 205~55内。
题8图 题9图
10. 如图所示一偏置曲柄滑块机构，曲柄AB 为原动件，长度为mm l AB 25=，偏距mm e 10=，已知最大压力角0max 30=α。试求：
（1）滑块行程H ；
（2）机构的极位夹角θ和行程速比系数K 。
11. 设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5，滑块的冲程mm l C C 5021=，导路的偏距mm e 20=，求曲柄长度a 和连杆长度b 。
题10图 题11图
B
12. 在图示曲柄摇块机构中，AB 杆等角
速转动。若2/AC AB l l =，证明其摇块摆角为°60，且摇块的行程速度变化系数为2。
题12图
13. 设计一铰链四杆机构，
已知摇杆CD 的长度l CD =150 mm ，摇杆的两极限位置与机架AD 所成的角度
o o 90,3021==??，机构的行程速比
系K =1，试确定曲柄AB 和连杆BC 的长度。
题13图
【参考答案】
1. 所有运动副均为低副的机构称连杆机构。机构中的连杆一般做平面复杂运动。
2. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
3. 演化方式：转动副演化为移动副、扩大转动副半径、变更机架、变更杆件尺寸等。
曲柄滑块机构 构。
4. 偏心轮是由曲柄通过扩大转动副半径方式演化得到，曲柄长度即为偏心距。偏心轮的强度和刚度都比曲柄好，因此适用于转速不高而载荷较大场合。
5. 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min γ发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置。
6. 1）Lmin=a ，Lmax=b 。a+b=240+600=840mm ；c+d=400+500=900mm 。即：a+b 2）取杆1为机架，得双曲柄机构；取杆3为机架，得双摇杆机构。 3）分两种情况讨论： ①杆4不是最长杆（d ≤b ）。此时应有：a+b 7. 1）提示：运用相关概念、通过作图或解析方法可确定极位夹角θ、最大摆角?和最小传动角min γ，并利用公式求出行程速比系数K 。答案：05617.18=θ， 05582.70=?，0min 7342.22=γ，K=1.23。 2）Lmin=l 1，Lmax=l 4，l 1+l 4=28+72=100，l 2+l 3=52+50=102，即：l 1+l 4 8. （1）依题意，机架4为最长杆。应有： CD BC AD AB l l l l +≤+?mm 8010012555=?+=?+≥BC AD AB CD l l l l 从而得：mm 80min =CD l （2）mm 88801.1=×=CD l ， 计算得：K =1.0723 （3）0min 6201.33=γ 9. 分两种情况讨论： ①L BC 为最长杆时，应有： L AB +L BC ②L AD 为最长杆时，应有： L AB +L AD 综上：55mm 10. 提示：曲柄与滑块道路垂直时 压力角达到最大。根据已知条件先 求出连杆长度BC l ，则问题易解。 连杆长度：mm e a b l BC 70sin max =+==α （1）()()mm e a b e b a H 6.502 222=??? ?+= （2）()() 07973.6arcsin arcsin =+??=b a e a b e θ，08.1=K （本题也可用图解法求解） 11. 对△C 1AC 2，有： H2=(b-a)2+(b+a)2-2(b-a)(b+a)cos θ — 另有： sin(∠AC 2D)=[(b-a)/H]sin θ 对Rt △ADC 2，有： sin(∠AC 2D)=e/(b+a) 从而有： H=[(b+a)(b-a)/e]sin θ — ② 当θ（或K ）、e 、H 已知时，联立求解式①、②，可直接得： ()()θθcos 1sin /22 12???=eH H a ()()θθcos 1sin /22 1 2+?+= eH H b 对于本题，由已知条件可解出：a=21.5mm ，b=46.5mm （本题也可用图解法求解） 12. 易知，摇块处于极限位置时，导杆与曲 柄垂直，如图所示。 由已知条件：2/AC AB l l =，可知： ∠ACB=300，从而摇块摆角ψ=600。又知： ∠CAB=600，说明反行程（快速行程）对应 的曲柄转角φ2=1200，则正行程（慢速行程）对应的曲柄转角φ1＝2400。从而得机构的行程速比系数： 2120 24021=== ??K 13. 根据已知条件K =1，可知极位夹角θ=00，表明A 点位于C 2C 1延长线与机架交点，且△ADC 2为直角三角形，△C 1DC 2为等边三角形。有这些条件容易解得： l AB =75mm ，l BC =225mm ，l AD =259.8mm 。 A C 2 D A 凸轮机构 1. 理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的运动规律 。 A. 相同 B. 不相同 2. 对于转速较高的凸轮机构，为减小冲击振动，从动件运动规律宜采用 运动规律。 A. 等速 B. 等加速等减速 C. 正弦加速度 3. 若从动件的运动规律为等加速等减速运动规律、简谐运动规律或正弦加速度运动规律，当把凸轮转速提高一倍时，从动件的加速度是原来的 倍。 A. 1 B. 2 C. 4 D. 8 4. 当凸轮基圆半径相同时，采用适当的从动件导路偏置可以 凸轮机构推程的压力角。 A. 减小 B. 增加 C. 保持原来 5. 滚子从动件盘形凸轮机构的滚子半径应 凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 6. 直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角 。 A. 随凸轮转角变化 B. 随从动件运动规律变化 C. 随从动件导路偏置距离变化 D. 等于常数 7. 在设计直动滚子从动件盘形凸轮机构的实际廓线时，发现压力角超过了许用值，且廓线出现变尖现象，此时应采取的措施是 。 A. 减小滚子半径 B. 加大基圆半径 C. 减小基圆半径 8. 设计一直动从动件盘形凸轮，当凸轮角速度ω及从动件运动规律v=v（s）不变时，若αmax由40°减小到20°，则凸轮尺寸会 。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 9. 用同一凸轮驱动不同类型（尖顶、滚子或平底式；直动或摆动式）的从动件时，各从动件的运动规律 。 A. 相同 B. 不同 C. 在无偏距时相同 10. 直动从动件盘形凸轮机构中，当推程为等速运动规律时，最大压力角发生在行程 。 A. 起点 B. 中点 C. 终点 11. 什么是凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击？ 12. 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？ 13. 一滚子从动件盘形凸轮机构，若凸轮实际轮廓线不变而将滚子半径增大，则从动件的运动规律是否变化？ 14. 对于直动从动件盘形凸轮机构，欲减小推程压力角，有哪些常用措施？ 15. 凸轮机构的从动件分别采用等速运动、等加速等减速运动、简谐运动和摆线运动规律时，是否会引起刚性或柔性冲击？ 16. 试标出在图示位置时凸轮机构的压力角；凸轮从图示位置转过°90后从动件的位移和凸轮机构的压力角。 17. 补全图中不完整的从动件位移、速度和加速度线图，并判断哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。 题16图 题17图 2π/3π 4π/3 5π/3 2π π/3 【参考答案】 1. A 2. C 3. C 4. A 5. B 6. D 7. B 8. A 9. B 10. A 11. 在机构运动的某些位置，从动件加速度发生突变。当突变值为无穷大时，将引起刚性冲击；当突变值有限时，则引起柔性冲击。 12. 对于盘形凸轮，当外凸部分的理论轮廓曲率半径ρ与滚子半径r T相等时：ρ=r T，凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径ρ’=0）。在机构运动过程中，该处轮廓易磨损变形，导致从动件运动规律失真。增大凸轮轮廓半径或限制滚子半径均有利于避免实际轮廓变尖现象的发生。 13. 改变滚子半径后凸轮理论轮廓线随之改变，因此从动件运动规律也将发生变化。 14. 增大凸轮基圆半径、采用正偏置（从动件移动导路与推程段速度瞬心位于凸轮转动中心同侧）可以减小凸轮机构推程压力角。 15. 等速运动—刚性冲击；等加速等减速运动、简谐运动—柔性冲击；摆线运动—无冲击。 16. α S2 凸轮理论 轮廓线 17. 在01=δ、3/π、3/4π和3/5π位置处有柔性冲击；在3/21πδ=和π位置处有刚性冲击。 齿轮机构 1. 什么是齿廓啮合基本定律？为什么渐开线齿轮能保证瞬时传动比不变？ 2. 渐开线齿廓啮合有哪些主要特点？ 3. 渐开线标准直齿轮的基本参数有哪些？其中哪些是标准参数？ 4. 齿轮模数的单位是什么？模数大小与齿轮尺寸之间有无关系？ 5. 试说明齿轮的分度圆与节圆、压力角与啮合角之间的区别，什么情况下会相等（重合）？ 6. 试分析标准齿轮标准安装与非标准安装的特点。 7. 渐开线齿轮的连续传动条件是什么？重合度大小对齿轮传动有何影响？ 8. 标准齿条有何特点？齿轮齿条啮合传动有何特点？ 9. 何谓根切？有何危害？如何避免根切？ 10. 平行轴斜齿轮机构的啮合特点是什么？其正确啮合条件及连续传动条件与直齿轮有何异同？ 11. 斜齿轮的当量齿轮有何作用？ 12. 设有一渐开线标准齿轮，26=z ，mm m 3=，*a h ＝１，°=20α，求其齿廓线在分度圆和齿顶圆上的曲率半径及齿顶圆压力角。 13. 已知一对渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮传动的模数mm m 5=、压力角 °=20α、中心距mm a 350=、传动比5/912=i ，试求两轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径以及分度圆上的齿厚和齿槽宽。 14. 设有一对外啮合直齿轮的齿数301=z 、402=z ，模数mm m 20=，压力角 °=20α，齿顶高系数1*=a h 。试求当中心距mm a 725'=时，两轮的啮合角'α。又当'3022'°=α时，试求其中心距'a 。 15. 两个渐开线标准直齿圆柱齿轮，其°=20α，1*=a h ，在标准安装下传动。若两轮齿顶圆正好通过对方的啮合极限点Ｎ，试求两轮理论上的齿数z 应为多少？ 16. 已知一对斜齿轮传动，201=z ，402=z ，mm m n 8=，°=20n α，°=15β（初选值），1*=an h ，试求中心距a （应圆整，并精确重算β）及1v z 、2v z 。 【参考答案】 1. 齿廓啮合基本定律：一对相啮合齿廓的传动比与两轮连心线被接触点公法线所截两线段长度成反比。对于渐开线齿轮，两线段长度之比为定值（等于两轮基圆半径之比），因而传动比恒定。 2. ①传动比恒定；②实际中心距略有改变时，传动比仍保持不变（中心距可分 性）；③啮合过程中，相啮合齿廓间正压力方向始终不变（有利于传动平稳性）。 3. 基本参数：m 、z 、α、* a h 、*c 。除z 外，其余参数均已标准化。 4. 模数单位：mm 。模数越大、齿轮尺寸越大（轮齿强度越好）。 5. 分度圆：模数和压力角均取标准值得圆定义为齿轮分度圆；每个齿轮均有一个分度圆；节圆：一对齿轮啮合时、两个相切并相对作纯滚动的圆定义为节圆。只有当一对齿轮啮合时节圆才存在。 压力角：指分度圆上的标准压力角（常取200）；啮合角：一对齿轮啮合时，节圆上的压力角为啮合角。 标准齿轮、标准安装（无侧隙）时，分度圆与节圆重合；压力角与啮合角相等。 6. 标准安装：无侧隙，'d d =、'αα=、2 2 1d d a += ；非标准安装：有侧隙，d d >'、αα>'、2 2 1'd d a +> 。 7. 传动连续条件：重合度（ε）≥1。ε越大，同时啮合的齿数越多，传动平稳性越好、承载能力也越大。 8. 标准齿条为直线齿廓，齿廓上任意一点的压力角恒定（等于齿形角，'αα≡）、任意一点的齿距恒定（m p ?=π）。齿轮齿条啮合时，无论安装位置如何，齿轮的分度圆始终与节圆重合、啮合角始终等于压力角。 9. 采用范成法加工齿轮时，刀具齿顶线（圆）超过被加工齿轮的啮合极限点时，齿根渐开线齿廓被切去一部分，该现象称为根切。根切使重合度下降、齿根强度减弱。通过使刀具远离轮坯中心或增加被加工齿轮的齿数可避免根切。 10. 斜齿轮传动主要特点：齿廓接触线变化短→长→短、重合度大、不发生根切的最少齿数小，使其传动平稳性好、承载能力大、结构紧凑。正确啮合条件：除两轮模数、压力角相等外，两轮螺旋角大小相等、旋向相反（外啮合）或相同（内啮合）。连续传动条件与直齿轮相同。 7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。 （2 ）求最大盈亏功。根据图7.5做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-” 号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做 ，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭 矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为： （3 ）求飞轮的转动惯量 曲轴的平均角速度：； 系统的运转不均匀系数：； 则飞轮的转动惯量： 图7.5图7.6 7-2 图7.7 图7.8 解：（1）驱动力矩。因为给定为常数，因此为一水平直线。在一个运动循环中，驱 动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即： 因此求得： （2）求最大盈亏功。根据图7.7做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏 功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功； 其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。 由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。 欲求，先求图7.7中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中， 相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，因此有： ，则 根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则 。 （3）求飞轮的转动惯量和质量。 7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮 安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为： 7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。因为是最大动能与最小 动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此： 则飞轮的转动惯量： （2）求飞轮的最大转速和最小转速。 机械设计基础问答题 1.试述机械与机构、零件与构件、运动副与约束的涵义。 2.①零件是制造的基本单元；②某些零件固联成没有相对运动的刚性组合称为构件，构件 是运动的基本单元；③构件与构件之间通过一定的相互接触与制约，构成保持相对运动的可动联接，称为运动副；④当构件用运动副联接以后，它们之间的某些相对运动将不能实现，这种对相对运动的限制称为运动副的约束；⑤能完成有用的机械功或转换机械能的机构组合系统称为机器；⑥机器与机构总称为机械。 3.何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？ 4.①三个或三个以上的构件在同一轴线上用回转副相联接构成复合铰链；②局部自由度是 指不影响机构中输入与输出关系的个别构件的独立运动（凸轮机构中的滚子——提高效率，减少磨损）；③运动副引入的约束中，对机构自由度的影响与其他机构重复，这些重复的约束称为虚约束（机械中常设计带有虚约束，对运动情况虽无影响，但往往能使受力情况得到改善）。 5.机构具有确定运动的条件是什么？若不满足条件，将会出现什么情况？ 6.①运动链成为具有确定相对运动的机构的必要条件为：运动链的自由度必须大于零，主 动构件数必须等于运功链的自由度；②不满足条件时，当自由度为零时，运动链将成为各构件间没有相对运动的刚性构架，当主动构件数大于自由度时，可能会折断构件，当主动构件数小于自由度时，从动件的运动不确定。 7.试述机件损伤和失效的主要形式以及机件工作准则的涵义。 8.①机件的主要的损伤及失效形式有：机件产生整体的或工作表面的破裂或塑性变形，弹 性变形超过允许的限度，工作表面磨损、胶合和其他破环，靠摩擦力工作的机构产生打滑和松动，超过允许强度的强烈震动，等等；②主要准则：强度——机件抵抗断裂、过大的塑性变形或表面疲劳破坏的能力，刚度——机件受载时抵抗弹性变形的能力，常用产生单位变形所需的外力或外力矩来表示（提高刚度的办法：改进机件结构，增加辅助支撑或肋板以及减小支点的距离，适当增加断面尺寸）耐磨性——磨损过程中抵抗材料脱落的能力，振动稳定性——机器在工作时不能发生超过容许的振动，耐热性。 9.机械中常用哪些材料？选用材料的原则是什么？ 10.1.机械制造中常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金以及非金属材料。 11.2.材料选用有3种原则：a：使用要求——考虑机件所受的则和的大小、性质和应力方向 （拉伸为主—钢件；受压机件—铸铁），机件的工作条件，机件的尺寸和重量的限制，机件的重要程度；b：工艺要求；c：经济要求。 12.滑动摩擦根据摩擦面间润滑剂的存在情况，滑动摩擦如何分类？ 13.a：干摩擦：两摩擦表面间无任何润滑剂而直接接触的纯净表面间的摩擦状态； 14.b：边界摩擦：摩擦副表面各吸附一层极薄的边界膜，边界膜厚度通常在以下，尚不足 以将微观不平的两接触表面分隔开，两表面间仍有凸峰接触； 15.c：流体摩擦：两摩擦表面完全被流体层分隔开，表面凸峰不直接接触的摩擦状态； 16.d：混合摩擦：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦处于混合共存状态下的摩擦状态。 17.试述螺纹牙型的主要种类及应用。 18.a：三角形螺纹：螺纹牙根厚、强度高、牙型角大，当量摩擦系数大、自锁性能好但传 动效率低，适用于联接； 机械设计基础 1－5至1-12 指出（题1-5图～1—1２图）机构运动简图中得复合铰链、局部自由度与虚约束,计算各机构得自由度,并判断就是否具有确定得运动。 1-5 解===1 1－6 解===１ 1-7 解=＝=2 １-8解＝＝=１ 1—9 解==＝２ 1－10 解＝==1 1－11 解==＝2 1-12 解＝==３ 2－1 试根据题2-１图所标注得尺寸判断下列铰链四杆机构就是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还就是双摇杆机构。 题2-1图 答：a),且最短杆为机架，因此就是双曲柄机构。 b ），且最短杆得邻边为机架,因此就是曲柄摇杆机构。 ｃ），不满足杆长条件,因此就是双摇杆机构。 d ），且最短杆得对边为机架，因此就是双摇杆机构。 ２－３画出题2－3图所示个机构得传动角与压力角。图中标注箭头得构件为原动件。 题２-３图 解： 2-5 设计一脚踏轧棉机得曲柄摇杆机构，如题2—５图所示,要求踏板ＣD在水平位置上下各摆１0度，且，.（1）试用图解法求曲柄AB与连杆BC得长度；（2）用式（2－6)与式（２-6)’计算此机构得最小传动角。 题2－５图 解：( 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动,就就是曲柄摇杆机构中摇杆得极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。取适当比例图尺，作出两次极限位置与(见图2、１7 ).由图量得：，. 解得： 由已知与上步求解可知： ,,， （２）因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取与代入公式(2－6) 计算可得： ==０、5７68 或： ==0、2970 代入公式（2-6）′，可知 ３-1 题3-１图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。已知ＡＢ段为凸轮得推程廓线,试在图上标注推程运动角。 题3—１图 解 题3-1解图 如图3、10所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过Ｂ点作偏距圆得下切 一 .填空 1.一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=350,b=600,c=200,d=700； (1) 当取c 杆为 机架时，它为何种具体类型？双曲柄机构；（2）当取d杆为机架时，则为曲柄摇杆机构。 平面四杆机构无急回特性时极位夹角θ=0，行程速比系数_ K=1_ 平面连杆机构当行程速比K>1时，机构就具有急回特性。 在双曲柄机构中，已知三杆长度为 a=80mm,b=150mm,c=120mm,则d 杆长度为 110mm≤d≤ 190mm 2.曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，曲柄与连杆共线时为死点位置，曲柄为主动件时， _不存在__死点位置； 在曲柄摇杆机构中，如果将最短杆杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作整周回转运 动，即得到双曲柄机构。 3.曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是，摇杆为主动件，曲柄为从动件。 曲柄摇杆机构中，曲柄为主动件，则传动角是_连杆与摇杆之间所夹锐角_ 3.为保证四杆机构良好的机械性能,传动角不应小于最小许用值。 4.凸轮轮廓曲线决定了从动杆的运动规律。 5.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的_基圆_。 凸轮机构中，凸轮基圆半径愈大, 压力角愈小，机构传动性能愈好。 凸轮机构中，基圆半径是指凸轮转动中心到实际轮廓线上的最小半径。 凸轮机构中的压力角是指凸轮上接触点的法线与从动件的运动方向间的夹角。 凸轮机构中的压力角是指_凸轮上接触点的法线与该点的线速度方向_间的夹角。 凸轮机构能使从动杆按照凸轮轮廓曲线，实现各种复杂的运动。 6.键20X70GB1095—79的含义是_ A型平键宽度b=20mm，长度L=70mm _。．键B18*50 的含义是_ B 型长度50mm _。 普通平键的三种形式为_ A B C。 键联接的主要用途是：周向固定，键“12X50”的含义是传递运动和转矩。紧键联接与 松键连联接的主要区别在于：前者安装后，键与键槽之间就存在有摩擦力。 机械设计基础试卷 1 一、选择题：本大题共15个小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有 一项符合题目的要求，把所选择项前的字母填在题后的括号内。 1．下列铰链四杆机构中，能实现急回运动的是B A．双摇杆机构 B.曲柄摇杆机构 C．双曲柄机构 D.对心曲柄滑块机构 2．平面连杆机构中，当传动角γ较大时，则A A．机构的传力性能较好 B. 机构的传力性能较差 C．可以满足机构的自锁要求 D.机构的效率较低3．当一对渐开线齿轮制成后，即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持 原值不变，原因是：D A. 压力角不变 B. 啮合角不变 C．节圆半径不变 D. 基圆半径不变 【】 4．渐开线齿轮实现连续传动时，其重合度为D A．ε<0 B.ε=0 C.ε<1 D. ε≥1 【】 5. 塑性材料制成的零件进行静强度计算时，其极限应力为B A．σB B. σs C. σ0 D. σ－1【】 6. 下列四种螺纹中，自锁性能最好的是B A．粗牙普通螺纹 B.细牙普通螺纹 C．梯形螺纹 D.锯齿形螺纹 【】 7．普通平键联接在选定尺寸后，主要是验算其A A．挤压强度 B. 剪切强度 C．弯曲强度 D. 耐磨性【】8．一对相啮合的圆柱齿轮的Z2>Z1，b1>b2,其接触应力的大小是C A．σH1<σH2 B. σH1 >σH2 C. σH1=σH2 D. 可能相等，也可能不等 【】 9．实际齿数相同时，直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮三者齿形系 数之间的关系为A A．直齿圆柱齿轮的最大 B. 斜齿圆柱齿轮的最大 C．直齿圆锥齿轮的最大 D. 三者数值相同 【】 10．在润滑良好的条件下，为提高蜗杆传动的啮合效率，可采用的方法为：C A．减小齿面滑动速度υs B. 减少蜗杆头数Z1 C．增加蜗杆头数Z1 D. 增大蜗杆直径系数q 机械设计基础第七版课后习题答案 第一章 1-1什么是运动组合？高对和低对有什么区别？ 答:运动副:使两个部件直接接触并能产生一定的相对运动联系。 平面低副-所有表面接触的运动副分为旋转副和移动副。平面高副-与点或线接触的运动副。 1-2什么是机构运动图？它是做什么的？ 答:简单的线和符号用于表示部件和运动副，每个运动副的位置按比例确定，以表示机构的组成和传动。如此绘制的简明图形称为机构运动图。功能:机构的运动图不仅能显示机构的传动原理，还能通过图解法找出机构上各相关点的运动特性(位移、速度和加速度)。在分析和设计机构时，表达机构的运动是一种简单而科学的方法。 1-3平面机构有确定运动的条件是什么？ 答:如果机构的自由度f大于0且等于活动部件的数量，则确定机构部件之间的相对运动；这是机构有确定运动的条件。(复习关于自由度的四个结论P17)第2章 2-1曲柄摇杆机构的快速返回特性和死点位置是什么？ 答:急回特性:当曲柄以相同速度旋转时，摇杆的往复速度不同。反向冲程期间摇臂的平均摆动速度必须大于正常冲程期间的平均摆动速度，这是快速返回特性。死点位置:摇杆是驱动部分，曲柄是从动部分。当曲柄与连杆共线时，摇杆通过连杆施加到曲柄上的驱动力f刚好经过曲柄的旋转中心，因此不会产生转动曲柄的力矩。该机构的位置称为死点位置。也就是说，机构从动件卡住或运动不确定的位置称为死点位置(从动件的驱动角？=0).第三章 3-2通常用什么方法保持凸轮与从动件接触？ 答:力锁:使用重力、弹簧力或其他外力来保持从动件始终与凸轮轮廓接触。 形状锁定:使用高副元件本身的几何形状，使从动件始终与凸轮轮廓接触。 3-3什么是刚性冲击和柔性冲击？如何避免刚性冲击？ 答:刚性冲击:从动件的速度在运动开始和推动过程结束的瞬间突然变为零。 理论上，加速度是无限的，导致无限的惯性力。该机构受到很大冲击，这被称为刚性冲击。柔性冲击:当从动构件以相等的加速度或减速度运动时，从动构件的惯性力也会在某些加速度突变点发生有限的突变，从而产生冲击。这种由有限突变引起的冲击比由无限惯性力引起的刚性冲击要软得多，所以它被称为柔性冲击。 避免刚性冲击的方法:为了避免刚性冲击，已知运动规律的两段运动，即开始和结束，经常被修改以逐渐增加和降低速度。让随动件按照正弦加速度运动(既不是刚性运动也不是柔性冲击)第4章 4-1棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构的运动特点是什么？给出了这些间歇运动机构的应用实例。 答:槽轮机构特点:结构简单，运行可靠。它通常用于只需要恒定旋转角度的分度机构。停止运动主要取决于槽的数量和圆柱销的数量(运动系数)用途:适用于低转速、间歇旋转的设备。例如:电影放映机纺织机械的自动传动链装置 棘轮机构的特点:这种齿形棘轮至少有一个齿距的过程变化，工作时会发出噪音。应用:起重机绞车成型机横向进给机构计数器 不完全齿轮机构的特点:普通齿轮传动，只是轮齿不是分布在整个圆周上。 主动轮上的锁定弧和从动轮上的锁定弧相互配合锁定，保证从动轮停在预定位置。 应用:各种计数器多站自动机半自动机第6章 6-1设计机械零件时应满足哪些基本要求？ 答:足够的强度和刚度、摩擦和耐磨性、耐热性和抗振性(衡量机械零件工作能力的标准)。 机械设计基础试题答案 一、 填空题：（每空1分，计32分） 1. 按表面间摩擦状态不同,滑动轴承可分为 液体摩擦 滑动轴承和 非液体摩擦 滑动轴承 2. 普通螺栓连接的凸缘联轴器是通过 摩擦力矩 传递转矩的；铰制孔螺栓连接的凸缘联轴器是通过 剪切与挤压 传递转矩的。 3. 三角形螺纹的牙型角为 60度 ，因其具有较好的 自锁 性能，所以通常用于 连接 。 4. 滑动轴承轴瓦上浇铸轴承衬的目的是 提高轴瓦的减磨耐磨性能 写出一种常用轴承衬材料的名称 轴承合金 。 5. 普通平键的工作面是 两侧面 ，其主要失效形式为 平键被压溃 ，其剖面尺寸b*h 是根据 轴的直径 来选择的。 6. 轮齿折断一般发生在 齿根 部位，为防止轮齿折断，应进行 齿根弯曲疲劳 强度计算。 7. 滚动轴承的基本额定寿命是指一批轴承，在相同运转条件下，其中 90 ％的轴承不发生 疲劳点蚀 前所运转的总转数。 8. 按工作原理不同，螺纹连接的防松方法有 摩擦防松 、 机械防松 和 破坏螺纹副防松 。 9.转速与当量动载荷一定的球轴承，若基本额定动载荷增加一倍，其寿命为原来寿命的 8 倍。 10.蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角应等于蜗轮分度圆上的螺旋角，且两螺旋线方向应 相同 。 11.机构具有确定运动的条件是（1） 机构自由度大于零 （2） 原动件数等于自由度数 。 12.曲柄摇杆机构中，当 曲柄 与 机架 处于两次共线位置之一时，出现最小传动角。 13.圆柱螺旋弹簧的特性线是表示弹簧 受力与变形 之间的关系曲线；弹簧受轴向工作载荷时，其簧丝横截面上的应力最大点在 簧丝内侧点 ； 弹簧指数是弹簧设计中的一个重要参数，其表达式为C ＝ D d 。 14.在凸轮机构四种常用的推杆运动规律中， 匀速 运动规律有刚性冲击； 等加速等减速 运动规律和 余弦 运动规律有柔性冲击； 正弦 运动规律无冲击。 二． 问答题：（每题5分，共15分） 1.试述摩擦型带传动工作中为什么会产生弹性滑动现象？写出滑动率计算式。 答：摩擦型带传动中的变形在弹性范围内，带的变形与应力成正比，因带的伸长量不同，因此带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，而从动轮的圆周速度落后于主动轮的圆周速度，带绕过从动轮时也有类似的现象，这里时带速超前于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而引起带与带轮之间的相对滑动，称为弹性滑动。滑动率： 1122 12111 d d d n d n d v v v n d ε?-?-= =? 2.叙述转轴的主要设计步骤，并说明原因。 答：1）、按工作要求选择轴的材料； 2）、估算轴的最小直径； 3）、轴的结构设计； 4）、轴的强度校核计算； 5）、在必要时做刚度或振动稳定性校核计算； 机械设计基础习题参考答案 机械设计基础课程组编 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》试题七答案 一、填空（每空1分，共20分） 1、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，正确啮合条件是模数相等，压力角相等。 2、凸轮机构的种类繁多，按凸轮形状分类可分为：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。 3、 V带传动的张紧可采用的方式主要有：调整中心距和张紧轮装置。 4、齿轮的加工方法很多，按其加工原理的不同，可分为范成法和仿形法。 5、平面四杆机构中，若各杆长度分别为a=30，b=50，c=80，d=90，当以a为机架，则该四杆机构为双曲柄机构。 6、凸轮机构从动杆的运动规律，是由凸轮轮廓曲线所决定的。 7、被联接件受横向外力时，如采用普通螺纹联接，则螺栓可能失效的形式为__拉断。 二、单项选择题（每个选项0.5分，共20分） （）1、一对齿轮啮合时 , 两齿轮的 c 始终相切。 (A)分度圆 (B) 基圆 (C) 节圆 (D) 齿根圆 （）2、一般来说， a 更能承受冲击，但不太适合于较高的转速下工作。 (A) 滚子轴承 (B) 球轴承 (C) 向心轴承 (D) 推力轴承 （）3、四杆机构处于死点时，其传动角γ为A 。 （A）0°（B）90°（C）γ>90°（D）0°<γ<90° （）4、一个齿轮上的圆有 b 。 （A）齿顶圆和齿根圆（B）齿顶圆，分度圆，基圆和齿根圆 （C）齿顶圆，分度圆，基圆，节圆，齿根圆（D）分度圆，基圆和齿根 （）5、如图所示低碳钢的σ－ε曲线，，根据变形发生的特点，在塑性变形阶段的强化阶段(材料恢复抵抗能力)为图上 C 段。 （A）oab （B）bc （C）cd （D）de （）6、力是具有大小和方向的物理量，所以力是 d 。 （A）刚体（B）数量（C）变形体（D）矢量 （）7、当两轴距离较远，且要求传动比准确，宜采用。 (A) 带传动 (B)一对齿轮传动 (C) 轮系传动（D）螺纹传动 （）8、在齿轮运转时，若至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮固定几何轴线转动，则轮系称为 a 。 (A) 行星齿轮系 (B) 定轴齿轮系 (C)定轴线轮系（D）太阳齿轮系 （）9、螺纹的a 被称为公称直径。 (A) 大径 (B)小径 (C) 中径（D）半径 （）10、一对能满足齿廓啮合基本定律的齿廓曲线称为 D 。 (A) 齿轮线 (B) 齿廓线 (C)渐开线（D）共轭齿廓 （ B ）11、在摩擦带传动中是带传动不能保证准确传动比的原因，并且是不可避免的。 (A) 带的打滑 (B) 带的弹性滑动 (C) 带的老化（D）带的磨损 （ D）12、金属抵抗变形的能力，称为。 (A) 硬度 (B)塑性 (C)强度（D）刚度 （ B）13、凸轮轮廓与从动件之间的可动连接是 B。 （A）转动副(B) 高副 (C) 移动副（D）可能是高副也可能是低副 （ B）14、最常用的传动螺纹类型是 c 。 （A）普通螺纹(B) 矩形螺纹(C) 梯形螺纹（D）锯齿形螺纹 （）15、与作用点无关的矢量是 c 。 （A）作用力(B) 力矩 (C) 力偶（D）力偶矩 （）16、有两杆，一为圆截面，一为正方形截面，若两杆材料，横截面积及所受载荷相同，长度不同，则两杆的 c 不同。 （A）轴向正应力σ(B) 轴向线应变ε(C) 轴向伸长△l（D）横向线应变 精品 机械设计基础课后习题解答参考 1-2题 ,7,5===h l P P n 107253=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-3题 1,11, 8===h l P P n 1111283=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-4题 0,11, 8===h l P P n 2011283=-?-?=F 机构有2个主动构件，所以机构有确定运动。 1-5题 1,8, 6===h l P P n 118263=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 2-1题 （a ）双曲柄机构； （b ）曲柄摇杆机构； （c ）双摇杆机构； （d ）双摇杆机构。 2-2题 0≠e 时，曲柄条件：e l l BC AB -<； 0=e 时， 曲柄条件：BC AB l l <。 2-4题 精品 极位夹角 ?=+-??=+-?=3636.161 2.11 2.118011180K K θ 精品 2-7题 极位夹角?=+-??=+-? =361 5.11 5.118011180K K θ 3-2题 精品 4-1题 m z m h z d a a )2()2(* +=+= 所以 25.2100 225 2== +=z d m a mm 主要几何尺寸计算（略）。 4-2题略 4-3题 分锥角 "43'25684287.6817 43arctan arctan 122?=?===z z δ "17'34215713.2190221?=?=-?=-∑=δδδ 分度圆 5117311=?==mz d mm ； 12943322=?==mz d mm 齿顶圆 580.565713.21cos 3251cos 2111=???+=+=δm d d a mm 206.1314287.68cos 32129cos 2222=???+=+=δm d d a mm 齿根圆 304 .445713.21cos 34.251cos 4.2111=???-=-=δm d d f mm 353.1264287.68cos 34.2129cos 4.2222=???-=-=δm d d f mm 锥距 358.6943172 32222 221=+?=+= z z m R mm 齿顶角 "44'4237122.3358.693 arctan arctan ?=?===R h a a θ 齿根角 " 7'2744519.4358 .696 .3arctan arctan ?=?===R h f f θ 《机械设计基础》课程习题 集 系部： 适用专业： 制定人： 审核人： 系（部） 《机械设计基础》课程习题集 第一章机械设计概论 一、填空题。 1、机械零件最常见的失效形式有_______,_______,_______,_______,。 2、机械没计的“三化”指__________,__________,__________。 3、强度是指零件在载荷作用下抵抗__________的能力，强度可分为__________和__________。 4、刚度是指受载后抵抗__________的能力。 5、机械零件丧失预定功能或者预定功能指标降低到许用值以下的现象，为__________。 二、选择题。 1、机械设计这门学科，主要研究（）的工作原理、结构和设计计算方法。 A、各类机械零件和部件 B、通用机械零件和部件 C、专用机械零件和部件 D、标准化的机械零件和部件 2、设计一台机器包括以下几项工作:a、零件设计;b、总体设计;c、技术设计，它们进行的顺序大休上是( )。 A、acb B、bac C、bca D、cba 3、下列零件的失效形式中，不属于强度问题。 A、螺栓断裂 B、齿轮的齿面发生疲劳点蚀 C、蜗杆轴产生过大的弯曲变形 D、滚动轴承套圈的滚道上被压出深深的凹坑 4、在设计机械零件时，对摩擦严重的一些零件，要考虑其散热性，主要是由于（）。 A、在高温下将产生蠕变现象，出现较大塑性变形 B、材料的机械性能下降，可能造成零件因强度不够而失效 C、下产生较大的热变形，影响正常工作 D、升高后，破坏了正常润滑条件，从而使零件发生胶合 5、我国国家标准的代号是（）。 A、GC B、KY C、GB D、ZB 三、是非题。 1、机器的各部分之间具有确定的相对运动，在工作时能够完成有用的机械功或实现能般的转换。 2、机构的各部分之间具有确定的相对运动，所以机器与机构只是说法不同而己。 3、由于强度不够引起的破坏是零件失效中最常见的形式。 4、表面失效主要有疲劳点浊、磨损和腐蚀等，表面失效后通常会增加零件的摩擦，使尺寸发生变化，最终导致零件的报废。 5、刚度足指零件受载后抵抗弹性变形的能力。在机械没计中，零件在载荷作用下产生的弹性变形从应大于或等于机器工作性能允许的极限值。 四、简答题。 平面机构及其自由度 1、如图 a 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。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。 解 1 ）取比例尺l 绘制其机构运动简图（图b）。 图 b） 2）分析其是否能实现设计意图。 由图 b 可知，n 3，p l 4 ， p h 1， p 0，F 0 故： F 3n ( 2p l p h p ) F 3 3 (2 4 1 0) 0 0 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、 4 与机架 5 和运动副 B、 C、D 组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 3）提出修改方案（图 c）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图 c 给出了其中两种方案）。 图 c 1 ）图 c 2 ） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。 解： n 3 ，p l 4 ，p h0， F 3n 2 p l p h 1 解： n 4 ，p l 5 ， p h1， F 3n 2 p l p h 1 3、计算图示平面机构的自由度。 解：解：n 7 ，p l10 ， p h0 ， F 3n 2 p l p h 1 n 8 ，p l11 ， p h1， F 3n 2 p l p h 1 ，局部自由度 解： n 9 ，p l12 ， p h 2 ， F 3n 2 p l p h 1 解： D,E,FG 与 D，H，J，I 为对称结构，去除左边或者右边部分，可得，活动构件总数为 7，其中转动副总数为 8，移动副总数为 2，高副数为 0，机构自由度为 1。 （其中 E、D 及 H 均为复合铰链） 4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号P ij直接标注在图上）。 1. 试述齿廓啮合基本定律。1.所谓齿廓啮合基本定律是指：作平面啮合的一对齿廓，它们的瞬时接触点的公法线，必于两齿轮的连心线交于相应的节点C，该节点将齿轮的连心线所分的两个线段的与齿轮的角速成反比。 2. 试述螺纹联接防松的方法。2.螺纹连接的防松方法按工作原理可分为摩擦防松、机械防松及破坏螺纹副防松。摩擦防松有：弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母、横向切口螺母机械防松有：开口销与槽形螺母、止动垫圈、圆螺母止动垫圈、串连钢丝破坏螺纹副防松有：冲点法、端焊法、黏结法。 3. 试分析影响带传动承载能力的因素？ 3.初拉力Fo? 包角a? 摩擦系数f? 带的单位长度质量q? 速度v. 4.简述螺纹联接的基本类型主要有哪四种？螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接、紧定螺钉联接．提高螺栓联接强度的措施有哪些？降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；改善螺纹牙间的载荷分布；减小应力集中；避免或减小附加应力。6．滚动轴承的基本类型有哪些？调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、推力圆柱滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等。1．简述轮齿的失效形式主要有哪五种？轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形3．试说明滚动轴承代号6308的含义。．6─深沟球轴承3─中系列08─内径d=40mm公差等级为0级游隙组为0组4．简述联轴器的分类及各自的特点。联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。刚性联轴器又分为固定式和可移式。固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移。可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。弹性联轴器包含弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力5．常用的螺纹紧固件有哪些？常用的螺纹紧固件品种很多，包括螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈等。6说出凸轮机构从动件常用运动规律,冲击特性及应用场合。答:等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐运动规律(余弦加速度运动规律);等速运动规律有刚性冲击,用于低速轻载的场合;等加速等减速运动规律有柔性冲击,用于中 低速的场合;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7说明带的弹性滑动与打滑的区别。弹性滑动是由于带传动时的拉力差引起的,只要传递圆周力,就存在着拉力差,所以弹性滑动是不可避免的;而打滑是由于过载引起的,只要不过载,就可以避免打滑,所以,打滑是可以避免的8简述齿廓啮合基本定律。不论齿廓在任何位置接触,过接触点所做的公法线一定通过连心线上一定点,才能保证传动比恒定不变9为什么闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算?蜗杆传动存在着相对滑动,摩擦力大,又因为闭式蜗杆传动散热性差,容易产生胶合,所以要进行热平衡计算1说明螺纹连接的基本类型及应用。螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接。螺栓连接用于被连接件不厚、通孔且经常拆卸的场合;双头螺柱连接用于被连接件之一较厚、盲孔且经常拆卸的场合;螺钉连接用于被连接件之一较厚、盲孔且不经常拆卸的场合2轴上零件的周向固定各有哪些方法?周向固定:键连接、花键连接、过盈配合连接3轴上零件的轴向固定方法主要有哪些种类?各有什么特点?轴向固定:轴肩、轴环、轴套、轴端挡板、弹性档圈轴肩、轴环、轴套固定可靠,可以承受较大的轴向力;弹性档圈固定可以承受较小的轴向 1请说明平面机构速度瞬心的概念，并简述三心定理。答：速度瞬心定义为：互相作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其相对速度为零的重合点。或说是作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其速度相等的重合点（即等速重合点）。三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，他们位于同一直线上。2带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别？答：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由于过载引起的全面滑动，是一种传动失效的表现，应当避免。弹性滑动是由带材料的弹性和紧边、松边的拉力差引起的。只要带传动具有承载能力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。3按轴工作时所受载荷不同，可把轴分成那几类？如何分类？答: 转轴，心轴，传动轴。转轴既传递转矩又承受弯矩。传动轴只传递转矩而不承受弯矩或承受弯矩很小。心轴则承受弯矩而不传递转矩。4螺纹连接为什么要防松？有哪几类防松方法？答：在静载荷作用下且工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。但是在冲击、振动和变载荷作用下，或当温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现象多次重复就会使连接松脱，影响连接的正常工作，甚至会发生严重事故。因此，设计时必须采取防松。摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系。5 简述动压油膜形成的必要条件。答：相对运动表面间必须形成收敛形间隙；要有一定的相对运动速度，并使润滑油从大口流入，从小口流出。间隙间要充满具有一定粘 二、填空题 16．槽轮机构的主要参数是 和 。 17．机械速度的波动可分为 和 两类。 18．轴向尺寸较大的回转件，应进行 平衡，平衡时要选择 个回转平面。 19．当一对齿轮的材料、齿数比一定时，影响齿面接触强度的几何尺寸参数主要是 和 。 20．直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取 处的接触应力为计算依据，其载荷由 对轮齿承担。 21．蜗杆传动作接触强度计算时，铝铁青铜ZCuAl10Fe 3制作的蜗轮，承载能力取决于抗 能力；锡青铜ZCuSn10P 1制作的蜗轮，承载能力取决于抗 能力。 22．若带传动的初拉力一定，增大 和 都可提高带传动的极限摩擦力。 23．滚子链传动中，链的 链速是常数，而其 链速是变化的。 24．轴如按受载性质区分，主要受 的轴为心轴，主要受 的轴为传动轴。 25．非液体摩擦滑动轴承进行工作能力计算时，为了防止过度磨损，必须使 ； 而为了防止过热必须使 。 16．槽数z 拨盘圆销数K 17. 周期性 非周期性 18．动 两 19. 分度圆直径d 1（或中心距a ） 齿宽b 20. 节点 一 21. 胶合 点蚀22．包角1α 摩擦系数 23. 平均 瞬时 24．弯矩 扭矩 25. [][]υυp p p p ≤≤ 三、分析题 26． 图1所示链铰四杆机构中，各构件的长度为a =250mm,b =650mm, C =450mm,d =550mm 。 试问：该机构是哪种铰链四杆机构，并说明理由。 图1 最短杆与最长杆长度之和（250+650）小于其余两杆长度之和（450+550），满足存在曲柄的 必要条件，且最短杆为连架杆。 故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。 27． 图2所示展开式二级斜齿圆柱齿轮传动，I 轴为输入轴，已知小齿轮1的转向n 1和齿 机械设计基础复习题（一） 一、判断题：正确的打符号√，错误的打符号× 1．在实际生产中，有时也利用机构的"死点"位置夹紧工件。( ) 2. 机构具有确定的运动的条件是：原动件的个数等于机构的自由度数。( ) 3．若力的作用线通过矩心，则力矩为零。( ) 4．平面连杆机构中，连杆与从动件之间所夹锐角称为压力角。( ) 5．带传动中，打滑现象是不可避免的。( ) 6．在平面连杆机构中，连杆与曲柄是同时存在的，即只要有连杆就一定有曲柄。 ( ) 7．标准齿轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等。( ) 8．平键的工作面是两个侧面。( ) 9．连续工作的闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算，以控制工作温度。( ) 10．螺纹中径是螺纹的公称直径。（） 11．刚体受三个力作用处于平衡时，这三个力的作用线必交于一点。( ) 12．在运动副中，高副是点接触，低副是线接触。( ) 13．曲柄摇杆机构以曲柄或摇杆为原动件时，均有两个死点位置。( ) 14．加大凸轮基圆半径可以减少凸轮机构的压力角。( ) 15．渐开线标准直齿圆柱齿轮不产生根切的最少齿数是15。( ) 16．周转轮系的自由度一定为1。( ) 17．将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面。( ) 18．代号为6205的滚动轴承，其内径为25mm。( ) 19．在V带传动中，限制带轮最小直径主要是为了限制带的弯曲应力。( ) 20．利用轴肩或轴环是最常用和最方便可靠的轴上固定方法。( ) 二、填空题 1．直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是相等，相等。 2．螺杆相对于螺母转过一周时，它们沿轴线方向相对移动的距离称为 。 3．在V带传动设计中，为了限制带的弯曲应力，应对带轮的 加以限制。 4．硬齿面齿轮常用渗碳淬火来得到，热处理后需要加工。5．要将主动件的连续转动转换为从动件的间歇转动，可用机构。6．轴上零件的轴向固定方法有、、、等。7．常用的滑动轴承材料分为、、三类。8．齿轮轮齿的切削加工方法按其原理可分为和两类。9．凸轮机构按从动件的运动形式和相对位置分类，可分为直动从动件凸轮机构和凸轮机构。 10．带传动的主要失效形式是、及带与带轮的磨损。11．蜗杆传动对蜗杆导程角和蜗轮螺旋角的要求是两者大小和旋向。闭式蜗杆传动必须进行以控制油温。12．软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，其中大齿轮一般经处理，而小齿轮采用处理。 机械设计基础试题库及答案 1 2 一、判断(每题一分) 3 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 5 （×）4、机构是具有确定相对运动的构件组 6 合。………………………………（√）5、构件可以由一个零件组成，也7 可以由几个零件组成。………………（√）6、整体式连杆是最小的制造8 单元，所以它是零件而不是构件。……（×）7、连杆是一个构件，也是9 一个零件。………………………（√） 8、减速器中的轴、齿轮、箱体都是通用零件。…………………………… 10 11 （×） 12 二、选择(每题一分) 1、组成机器的运动单元体是什么？（ B ） 13 14 A．机构 B．构件 C．部件 D．零件 15 2、机器与机构的本质区别是什么？（ A ） 16 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17 而成 18 C．各构件间能否产生相对运动 D．两者没有区 3、下列哪一点是构件概念的正确表述？（ D ） 19 20 A．构件是机器零件组合而成的。 B．构件是机器21 的装配单元 C．构件是机器的制造单元 D．构件 22 23 是机器的运动单元 4、下列实物中，哪一种属于专用零件？（ B ） 24 25 A．钉 B．起重吊钩 C．螺母 D．键 26 5、以下不属于机器的工作部分的是（ D ） 27 A．数控机床的刀架 B．工业机器人的手臂 28 C．汽车的轮子 D．空气压缩机 29 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 30 31 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32 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 33 34 体 35 3、机械中制造的单元称为（零件），运动的单元称为（构件），装36 配的单元称为（机构）。 37 4、从（运动）观点看，机器和机构并无区别，工程上统称为（机械）。 38 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39 用的__机械功___或实现转换__能量___。 40 2 平面机构 41 一、填空题(每空一分) 42 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。 43 44 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。 第三章部分题解参考 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？ 习题3-5图 习题3-5解图(a) 习题3-5解图(b) 习题3-5解图(c) 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： 14233 2345=-?-?=--=P P n F 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： 1 15243 2345=-?-?=--=P P n F 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： 1 23233 2345=-?-?=--=P P n F 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。 习题3-6(a)图 习题3-6(d)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。 自由度计算： 1042332345=-?-?=--=P P n F 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)或习题3-6(d)解图(b) 的两种形式。 自由度计算： 1042332345=-?-?=--=P P n F 习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b) 3-7 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。 解(a) 10102732345=-?-?=--=P P n F 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 ，机械设计基础课后习题答案全
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