机械设计基础第十四章 机械系统动力学

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。

第13章机械传动设计13.1简述机械传动装置的功用。

答： (1) 把原动机输出的速度降低或增速。

（2) 实现变速传动。

（3）把原动机输出转矩变为工作机所需的转矩或力。

（4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机的转速或其它类型的运动。

（5）实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机。

13.2选择传动类型时应考虑哪些主要因素？答：根据各种运动方案，选择常用传动机构时，应考虑以下几个主要因素：（1）实现运动形式的变换。

（2）实现运动转速（或速度）的变化。

（3）实现运动的合成与分解。

（4）获得较大的机械效益。

13.3常用机械传动装置有哪些主要性能？答：（1）功率和转矩；（2）圆周速度和转速；（3）传动比；（4）功率损耗和传动效率；（5）外廓尺寸和重量。

13.4机械传动的总体布置方案包括哪些内容？答：总体布置方案包括合理地确定传动类型；多级传动中各种类型传动顺序的合理安排及各级传动比的分配。

13.5简述机械传动装置设计的主要内容和一般步骤。

答：（1）确定传动装置的总传动比。

（2）选择机械传动类型和拟定总体布置方案。

（3）分配总传动比。

（4）计算机械传动装置的性能参数。

性能参数的计算，主要包括动力计算和效率计算等。

（5）确定传动装置的主要几何尺寸。

（6）绘制传动系统图。

（7）绘制装置的装配图。

第14章轴和轴毂连接14.1轴按功用与所受载荷的不同分为哪三种？常见的轴大多属于哪一种？答：轴按功用与所受载荷不同可分为心轴、传动轴和转轴三类。

常见的轴大多数属于转轴。

14.2轴的结构设计应从哪几个方面考虑？答：轴的结构设计应从以下几方面考虑：（1）轴的毛坯种类；（2）轴上作用力的大小及其分布情况；(3)轴上零件的位置、配合性质以及连接固定的方法；（4）轴承的类型、尺寸和位置；（5）轴的加工方法、装配方法以及其它特殊要求。

14.3制造轴的常用材料有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度？为什么？答：制造轴的常用材料有碳素钢和合金钢。

机械设计基础课程大纲、教学计划
（3学分，课内学时48）
教学目标：
以机构的运动设计，机械的动力设计和机械系统计划设计的基本知识为载体，培养学生机械系统计划创新设计的思维方式和主意及自主学习的能力，从而达到提高学生的综合设计能力，创新设计能力和工程实践能力的目的。

主要教学内容：
机构的运动设计：机构的组成与结构；连杆机构；凸轮机构；齿轮机构；轮系；间歇运动机构；其他常用机构；组合机构；开式链机构。

机械的动力设计：机械系统动力学；机械的平衡设计；（机械的效率）。

机械系统计划设计：机械总体计划的拟订；机械执行系统的计划设计；（机械传动系统的计划设计与原动机的挑选）；机械系统计划设计案例。

使用教材：《机械原理教程（第2版）》，申永胜主编，清华大学出版社；
《机械原理辅导与习题（第2版）》，申永胜主编，清华大学出版社
课程参考学时及教学日历
(单周4学时,双周2学时)
说明：该表安顿仅供参考。

失效：由于某些原因机械零件不能在预定的条件下和规定的期限内正常工作Chapter 3 机械运动设计与分析基础机构组成要素：构件，运动副（转动副，移动副，平面滚滑副）运动链：构件通过运动副连接而成的系统机构：运动链+机架+主动件比例尺=实际长度/图示长度m/mm或mm/mm平面机构的自由度：F=3n-2P5-P4 n:自由度不为0的运动构件个数复合铰链：K-1局部自由度虚约束：轨迹重合两构件在两处以上位置接触或配合机构中对传递运动不起独立作用的对称部分速度瞬心：两个互做平面平行运动的缸体上绝对速度相等的瞬时重合点三心定理法：互做平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心必位于同一直线上构件是机构中的（运动）单元体，零件是机器中的（制造）单元体Chapter 6 平面连杆机构平面连杆机构：由若干个刚性构件通过低副连接而成，且各构件均在相互平行的平面内运动的机构优点：更够实现多种运动形式的转换，也可以实现各种预定的运动规律和代数曲线轨迹，易满足生产工艺中各种动作要求，由于是低副机构，构件间接触面上的比压小，易润滑，磨损轻，机构中运动副的元素形状简单，制造方便缺点：只能近似的实现给定的运动要求，且设计方法比较复杂。

机构中做平面复杂运动和往复运动的构件产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动和动载荷，常用于速度较低的场合铰链四杆机构具有曲柄的条件：1.最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和2.连架杆和机架中必有一个是最短杆若满足1：取最短杆相邻杆为机架——曲柄摇杆机构取最短杆为机架——双曲柄机构取与最短杆相对的杆为机架——双摇杆机构若不满足1：只能有双摇杆机构极位夹角θ行程速比系数KK越大，急回特征越明显压力角α：从动件受力点的力方向与受力点速度方向之间所夹的锐角压力角越小，机构的传力效果越好传动角γ：压力角的余角以曲柄为主动件的曲柄摇杆机构，其最小传动角必在曲柄转至与机架共线位置时出现死点位置：传动角γ为0 （从动件会卡死，自锁或正反转运动不确定）措施：1.利用惯性 2.互相辅助 3.外加力平面连杆机构的运动设计1.给定连杆位置：中垂线法2.机构急回特性Chapter 7 凸轮机构基本构件：凸轮，从动件，机架优点：结构简单，紧凑，运动可靠，只要恰当的设计凸轮轮廓曲线，可使从动件实现各种预期的运动规律缺点：凸轮与从动件之间为点或线接触，接触应力大，易于磨损，故多用于传力不大的场合从动件：尖端从动件，滚子从动件，平底从动件，曲面从动件锁合装置：1.力锁合 2.形锁合（锁合：保持从动件与凸轮之间接触的方式）理论廓线：尖端点/滚子中心/平底上一点在凸轮平面上描出的轨迹实际廓线：与从动件工作面直接接触的凸轮轮廓基圆：以凸轮轴心为圆心，理论廓线的最小向径为半径所做的圆。

机械设计基础课件1.引言机械设计是机械工程领域中的重要组成部分，涉及到机械系统的设计、制造和运行。

机械设计基础是机械设计的基础知识，包括机械设计的基本原理、方法和技巧。

本课件旨在介绍机械设计基础的概念、原理和应用，帮助读者掌握机械设计的基本知识和技能。

2.机械设计的基本原理机械设计的基本原理包括力学原理、材料力学、热力学和动力学原理。

力学原理是机械设计的基础，包括静力学和动力学两部分。

静力学主要研究物体在力的作用下的平衡问题，动力学主要研究物体在力的作用下的运动问题。

材料力学主要研究材料的力学性能和材料的变形与破坏规律。

热力学主要研究热能的转换和传递规律。

动力学原理主要研究机械系统的运动规律和控制原理。

3.机械设计的基本方法机械设计的基本方法包括系统设计法、优化设计法和计算机辅助设计法。

系统设计法是将机械系统分解为若干个子系统，对每个子系统进行设计，将各个子系统的设计结果综合起来，形成一个完整的机械系统。

优化设计法是通过优化设计参数，使得机械系统的性能达到最优。

计算机辅助设计法是利用计算机软件进行机械设计，提高设计效率和精度。

4.机械设计的基本技巧机械设计的基本技巧包括尺寸链法、公差法和可靠性设计。

尺寸链法是通过分析机械系统中各个零件的尺寸关系，确定各个零件的尺寸和公差。

公差法是通过合理确定零件的公差，保证机械系统的装配精度和工作性能。

可靠性设计是通过考虑机械系统的可靠性要求，进行机械设计，保证机械系统的可靠性和安全性。

5.机械设计的基本流程机械设计的基本流程包括需求分析、方案设计、详细设计、制造和调试。

需求分析是明确机械系统的功能、性能和可靠性要求。

方案设计是根据需求分析的结果，提出机械系统的设计方案。

详细设计是根据方案设计的结果，进行机械系统的详细设计。

制造是根据详细设计的结果，进行机械系统的制造。

调试是对制造的机械系统进行性能测试和调试，保证机械系统的性能和可靠性。

6.机械设计的应用机械设计的应用非常广泛，涉及到机械制造、交通运输、航空航天、能源和环境等领域。

机械设计基础复习大纲2011、4、3第1章绪论掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功机器的组成：驱动部分+传动部分+执行部分了解:机器、机构、机械、常用机构、通用零件、标准件、专用零件和部件的概念课程内容、性质、特点和任务第2章机械设计概述了解：与机械设计有关的一些基础理论与技术，机器的功能分析、功能原理设计，机械设计的基本要求和一般程序、机械运动系统方案设计的基本要求和一般程序、机械零件设计的基本要求和一般程序,机械设计的类型和常用的设计方法第3章机械运动设计与分析基础知识掌握:构件的定义(运动单元体）、分类（机架、主动件、从动件）构件与零件(加工、制造单元体）的区别平面运动副的定义、分类（低幅：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）机构自由度的定义（具有独立运动的数目)平面运动副引入的约束数（低幅：引入2个约束;高副:引入1个约束）平面机构自由度计算（F＝3n－2P5－P4）应用自由度计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束、公共约束)机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）速度瞬心定义（绝对速度相等的瞬时重合点）瞬心分类:绝对瞬心（绝对速度相等且为零的瞬时重合点，位于绝对速度的垂线上）相对瞬心（绝对速度相等但不为零的瞬时重合点，位于相对速度的垂线上）速度瞬心的数目:K=N（N—1)/2速度瞬心的求法：观察法：转动副位于转动中心；移动副位于垂直于导轨的无穷远；高副位于过接触点的公法线上三心定理：互作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，且位于同一直线上用速度瞬心求解构件的速度（关键找到三个速度瞬心，建立同速点方程，然后求解）了解：运动链的定义及其分类（闭式链：单环链、多环链;开式链)运动链成为机构的条件（具有一个机架、具有足够的主动件）机动示意图（不按比例）与机构运动简图的区别第6章平面连杆机构掌握:平面连杆机构组成（构件+低副;各构件互作平行平面运动）──低副机构平面连杆的基本型式（平面四杆机构）、平面四杆机构的基本型式（铰链四杆机构）铰链四杆机构组成（四构件+四转动副）铰链四杆机构各构件名称(机架、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、固定铰链、活动铰链）铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）铰链四杆机构的运动特性:曲柄存在条件：①最长杆长度+最短杆长度≤其余两杆长度之和②连架杆与机架中有一杆为四杆中之最短杆曲柄摇杆机构的极限位置(曲柄与连杆共线位置）曲柄摇杆机构的极位夹角θ（两极限位置时曲柄所夹锐角）曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数平面四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的传力特性：压力角α：不计摩擦、重力、惯性力时从动件受力方向与受力点速度方向间所夹锐角传动角γ：压力角的余角许用压力角[]︒=40α~︒50、许用传动角[]︒=50γ～︒40曲柄摇杆机构最小传动角位置(曲柄与机架共线的两位置中的一个)死点位置：传动角为零的位置（︒=0γ）实现给定连杆二个或三个位置的设计实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块和摆动导杆机构了解：连杆机构的特点、铰链四杆机构以及变异后机构的特点及应用、死点（止点）位置的应用和渡过 基本设计命题:实现给定的运动要求:连杆有限位置、连架杆对应角位移、轨迹满足各种附加要求:曲柄存在条件、运动连续条件、传力及其他条件实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构，解析法设计实现给定两连架杆对应位置的四杆机构第7章 凸轮机构掌握：凸轮机构的组成（凸轮+从动件+机架）──高副机构凸轮机构的分类:按凸轮分类:平面凸轮(盘形凸轮、移动凸轮），空间凸轮按从动件分类:端部形状：尖端、滚子、平底、曲面运动形式：移动、摆动安装方式：对心、偏置按锁合方式分类：力锁合、形锁合基圆（理论廓线上最小向径所作的圆)、理论廓线、实际廓线、行程从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止)刚性冲击(硬冲：速度突变，加速度无穷大）、柔性冲击（软冲:加速度突变）运动规律特点：等速运动规律：速度为常数、始末两点存在硬冲、用于低速等加速等减速：加速度为常数、始末中三点存在软冲、不宜用于高速余弦加速度：停─升─停型：始末两点存在软冲、不宜用于高速升─降─升型：无冲击、可用于高速正弦加速度：无冲击、可用于高速反转法绘制凸轮廓线的方法：对心或偏置尖端移动从动件，对心或偏置滚子移动从动件滚子半径的选择、基圆半径的确定、运动失真及其解决的方法了解：凸轮机构的特点、凸轮机构的应用、凸轮机构的一般命名原则四种运动规律的推导方法和位移曲线的画法运动规律的基本形式：停─升─停；停─升─降─停;升─降─升运动规律的选择原则，平底从动件凸轮廓线的绘制方法及运动失真的解决方法机构自锁、偏置对压力角的影响，压力角α、许用压力角[]α、临界压力角c α三者关系：[]c ααα<≤max第8章 齿轮传动掌握:齿轮机构的组成（主动齿轮+从动齿轮+机架)──高副机构圆形齿轮机构分类：平行轴:直齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）斜齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）人字齿轮机构相交轴：圆锥齿轮机构(直齿、斜齿、曲齿）相错轴：螺旋齿轮机构、蜗轮蜗杆机构齿廓啮合基本定律（两轮的传动比等于公法线割连心线线段长度之反比）定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓渐开线的形成、特点及方程一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、啮合角和啮合线保持不变、可分性渐开线齿轮各部分名称：齿数、模数、压力角、顶隙、分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆齿顶高、齿根高、齿全高、齿距（周节）、齿厚、齿槽宽标准直齿圆柱齿轮的基本参数：齿数z 、模数m 、压力角α(︒20）齿顶高系数*a h (1.0、0.8）、顶隙系数*c (0。

《机械设计》课程教学大纲一、课程名称：机械设计Machine Design课程负责人：龙振宇二、学时与学分：60学时3学分三、适用专业：机械设计制造及自动化专业四、课程教材：龙振宇主编，机械设计，机械工业出版社，2002年8月五、参考教材：濮良贵纪名刚主编，机械设计（第七版），高等教育出版社，2001年6月邱宣怀主编，机械设计（第四版），高等教育出版社，1998年2月余俊等主编，机械设计（第二版），高等教育出版社，1986年六、开课单位：机械工程学院七、课程的目的、性质和任务《机械设计》是一门培养学生具有机械设计能力的技术基础课。

在机械类各专业教学计划中，它是主要课程。

本课程在教学内容方面应着重基本知识，基本理论，基本方法和创新思维，在培养实践能力方面应着重创新能力设计构思和设计技能的基本训练。

本课程的目的及主要任务是培养学生：1．掌握通用机械零部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律；突出创新意识和创新能力的培养，具有机械系统综合设计能力。

2．树立正确的设计思维，了解国家当前的有关技术经济政策。

3．具有应用计算机技术的能力。

4．具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。

5．掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练。

6．对机械设计的新发展有所了解。

八、课程的主要内容1．教学基本内容机械设计总论：机械设计的一般程序，机械系统总体方案设计，技术设计的主要内容，机器设计的基本原则，标准化等。

机械零件设计基础：机械零件的失效，机械零件的工作能力和计算准则，摩擦、磨损和润滑，寿命和可靠性概述，机械零件常用材料和选用原则，机械零件的工艺性等。

联接件设计：螺纹联接，键、花键联接，过盈配合联接等。

传动件设计：带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动，螺旋传动等。

轴系零、部件设计：轴，滑动轴承，滚动轴承，联轴器，离合器等。

其它零部件设计：弹簧，机架零件，减速器，无级变速器等。

创新设计：创新设计重要性、基本原则及基本方法，实例分析。

机械设计基础机械系统的动力学原理机械设计是工程领域中至关重要的一个分支，它涉及到机械系统的设计、分析和优化。

在机械设计中，动力学原理是一项重要的基础知识。

本文将深入探讨机械系统的动力学原理，以帮助读者更好地理解和应用于实际工程设计中。

一、机械系统的动力学基础知识机械系统的动力学是研究机械运动规律和相互作用力的学科。

它主要涉及到质点、刚体和弹性体的力学性质和运动学特性分析。

在机械系统的动力学研究中，以下几个方面是我们需要了解的基础知识。

1. 质点的运动学与动力学：质点的运动学研究了质点的位置、速度和加速度等物理量之间的关系。

而质点的动力学研究了质点受到的作用力与质点的运动状态之间的关系，其中牛顿第二定律是质点动力学研究的基础。

2. 刚体的运动学与动力学：刚体是指绝对刚性的物体，它的形状和大小在运动过程中不会发生变化。

刚体的运动学研究了刚体的平动和转动规律，包括质心运动和刚体自转运动。

而刚体的动力学研究了刚体受到的力和力矩等作用力与刚体的运动状态之间的关系。

3. 弹性体的运动学与动力学：弹性体是能够发生形变和恢复原状的物体，包括弹簧、弹性杆等。

弹性体的运动学研究了弹性体的形变和位移规律，而弹性体的动力学研究了弹性体受到的力和力矩等作用力与弹性体形变和位移之间的关系。

二、机械系统的运动规律机械系统的运动规律是机械系统动力学研究的核心内容。

根据运动形式的不同，机械系统的运动可以分为平动、转动和振动三种形式。

1. 平动运动：平动是指物体在空间内直线运动的过程。

当一个物体受到合外力的作用时，如果合外力的方向与物体的运动方向一致，物体将会做匀速直线运动；如果合外力的方向与物体的运动方向相反，物体将会做减速直线运动；如果合外力的方向与物体的运动方向垂直，物体将会保持匀速直线运动。

2. 转动运动：转动是指物体围绕一个固定轴线旋转的过程。

当一个物体受到合外力的作用时，如果合外力的力矩为零，物体将会保持静止或匀速转动；如果合外力的力矩不为零，物体将会产生加速度，加速度的大小与合外力矩成正比，与物体的转动惯量成反比。

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。

22222121221123231211321211322212311212213121313()()()()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 OJ J J J m z z z z z z z z νννωωωωωωωωωωωωωνω=+++=-=+=+=+-=++++++解：14-12、机器主轴的角速度值1()rad ϖ从降到时2()rad ϖ，飞轮放出的功(m)W N ，求飞轮的转动惯量。

maxmin1222121()22F F Wy M d J WJ ϕνϕϕωωωω==-=-⎰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3H 1232 1 H O 1O 2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 ϖ=，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 224()23015mWy=25N m 25 6.28250.02cva 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。