杨可桢《机械设计基础》(第6版)笔记和课后习题(含考研真题)详解 第11章 齿轮传动【圣才出品】

第2章平面连杆机构2.1复习笔记【通关提要】本章主要介绍了平面四杆机构的基本类型、基本特性和设计方法。

学习时需要掌握铰链四杆机构有整转副的条件、急回特性的应用和计算、压力角与传动角以及死点位置的分析等内容。

本章主要以选择题、填空题和计算题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、平面四杆机构的基本类型及其应用（见表2-1-1）表2-1-1平面四杆机构的基本类型及其应用二、平面四杆机构的基本特性（见表2-1-2）表2-1-2平面四杆机构的基本特性图2-1-1图2-1-2连杆机构的压力角和传动角2.2课后习题详解2-1试根据图2-2-1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。

图2-2-1答：（a）40＋110＝150＜70＋90＝160满足杆长条件，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。

（b）45＋120＝165＜100＋70＝170满足杆长条件，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。

（c）60＋100＝160＞70＋62＝132不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。

（d）50＋100＝150＜100＋90＝190满足杆长条件，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。

2-2试运用铰链四杆机构有整转副的结论，推导图2-2-2所示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件（提示：转动导杆机构可视为双曲柄机构）。

图2-2-2答：根据铰链四杆机构有整转副的结论，则A、B均为整转副。

（1）当A为整转副时，要求AF能通过两次与机架共线的位置。

如图2-2-3中位置ABC′F′和ABC′′F′′。

在Rt△BF′C′中，因为直角边小于斜边，所以l AB ＋e＜l BC。

同理，在Rt△BF′′C′′中，有l AB－e＜l BC（极限情况取等号）。

综上，得l AB＋e＜l BC。

（2）当B为整转副时，要求BC能通过两次与机架共线的位置。

如图2-2-3中位置ABC1F1和ABC2F2。

第11章齿轮传动11.1 复习笔记【通关提要】本章主要介绍了标准直齿圆柱齿轮传动、标准斜齿圆柱齿轮传动及标准直齿锥齿轮传动的作用力和强度计算。

学习时需要掌握齿轮传动的作用力分析及计算、失效形式及设计准则、计算载荷及参数选择，多以选择题、填空题和简答题的形式出现。

针对三种齿轮传动的强度计算，由于计算难度较大，通常以选择题和简答题的方式考查其中的重难点，比如设计计算中，许用应力的计算和选取，齿轮的受力分析等。

复习本章时不应以计算为重点，需理解记忆其中要点。

【重点难点归纳】一、轮齿的失效形式和设计计算准则1．轮齿的失效形式（见表11-1-1）表11-1-1 轮齿的失效形式2．齿轮设计计算准则（1）对于闭式齿轮传动，必须计算轮齿弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度。

对于高速重载齿轮传动，还必须计算其抗胶合能力。

对于一般的传动，选择恰当的润滑方式和润滑油的牌号和粘度。

（2）对于开式传动，只需计算轮齿的弯曲疲劳强度，以免轮齿疲劳折断。

二、齿轮材料及热处理（见表11-1-2）表11-1-2 齿轮材料及热处理三、齿轮传动的精度1．误差对传动的影响（1）影响传递运动的准确性；（2）影响传动的平稳性；（3）影响载荷分布的均匀性。

2．齿轮传动精度等级的选用齿轮的精度按国家标准规定，可分为13个精度等级：0级最高，12级最低。

常用的是6～9级精度。

四、直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷（见表11-1-3）表11-1-3 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷五、直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算（见表11-1-4）表11-1-4 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算六、直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算（见表11-1-5）表11-1-5 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算七、圆柱齿轮材料和参数的选取与计算方法（见表11-1-6）表11-1-6 圆柱齿轮材料和参数的选取与计算方法八、斜齿圆柱齿轮传动1．轮齿的作用力（见表11-1-7）表11-1-7 斜齿圆柱齿轮的作用力2．强度计算（见表11-1-8）。

1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。

图 1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图图1.13 题1-3解图图1.14 题1-4解图1-5 解1-6 解1-7 解1-8 解1-9 解1-10 解1-11 解1-12 解1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方向垂直向上。

1-15解要求轮 1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。

则：，轮2与轮1的转向相反。

1-16解（ 1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。

（ 2）图b中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。

故图 b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。

题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。

b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。

c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。

d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。

题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。

（ 1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。

见图 2-15 中位置和。

在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。

综合这二者，要求即可。

（ 2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。

见图 2-15 中位置和。

在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。

（ 3 ）综合（ 1 ）、（ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题 2-3 见图 2.16 。

图 2.16题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（ 2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转 / 分钟题 2-5解 : （ 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。

杨可桢《机械设计基础》修订版考研笔记和考研真题第1章平面机构的自由度和速度分析1.1 复习笔记【通关提要】本章是本书的基础章节之一，主要介绍了平面机构自由度的计算和平面机构的速度分析。

学习时需要掌握平面机构运动简图的绘制、自由度的计算和速度瞬心的应用等内容。

本章主要以选择题、填空题和计算题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、运动副及其分类（见表1-1-1）表1-1-1 运动副及其分类二、平面机构运动简图机构运动简图指用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，来表明机构间相对运动关系的简化图形。

1机构中运动副表示方法机构运动简图中的运动副的表示方法如图1-1-1所示。

图1-1-1 平面运动副的表示方法2构件的表示方法构件的表示方法如图1-1-2所示。

图1-1-2 构件的表示方法3机构中构件的分类（见表1-1-2）表1-1-2 机构中构件的分类三、平面机构的自由度活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数称为机构自由度，以F表示。

1平面机构自由度计算公式F＝3n－2P L－P H式中，n为机构中活动构件的数目；P L为低副的个数；P H为高副的个数。

机构具有确定运动的条件是：机构的自由度F＞0且F等于原动件数目。

2计算平面机构自由度的注意事项（见表1-1-3）表1-1-3 计算平面机构自由度的注意事项四、速度瞬心及其在机构速度分析上的应用（见表1-1-4）表1-1-4 速度瞬心及其应用本书是杨可桢《机械设计基础》（第6版）教材的学习辅导书，主要包括以下内容：1．整理名校笔记，浓缩内容精华。

在参考了国内外名校名师讲授该教材的课堂笔记基础上，复习笔记部分对该章的重难点进行了整理，因此，本书的内容几乎浓缩了该教材的知识精华。

2．解析课后习题，提供详尽答案。

本书参考了该教材的国内外配套资料和其他教材的相关知识对该教材的课（章）后习题进行了详细的分析和解答，并对相关重要知识点进行了延伸和归纳。

1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。

图1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图图1.13 题1-3解图图1.14 题1-4解图1-5 解1-6 解1-7 解1-8 解1-9 解1-10 解1-11 解1-12 解1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件3的速度为：，方向垂直向上。

1-15解要求轮1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。

则：，轮2与轮1的转向相反。

1-16解（1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。

（2）图b中的CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。

故图b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。

题2-1答: a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。

b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。

c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。

d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。

题2-2解: 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。

（1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。

见图2-15 中位置和。

在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。

综合这二者，要求即可。

（2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。

见图2-15 中位置和。

在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。

（3 ）综合（1 ）、（2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题2-3 见图2.16 。

图2.16题2-4解: （1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转/ 分钟题2-5解: （1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。

第10章连接10.1复习笔记【通关提要】本章介绍了零件连接形式：螺纹连接、键连接和销连接，主要阐述了螺纹的类型和几何参数、螺纹连接的基本类型、螺栓连接的受力分析和强度计算、螺旋传动、键连接的类型和强度计算以及销连接。

学习时需要重点掌握螺栓连接的受力分析和强度计算、键连接的强度计算，此处多以计算题的形式出现；熟练掌握螺纹和螺纹连接的类型和应用、提高螺纹连接强度的措施、键连接的类型、应用及布置等内容，多以选择题、填空题、判断题和简答题的形式出现。

复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、螺纹参数（见表10-1-1）表10-1-1螺纹的分类和几何参数二、螺旋副的受力分析、效率和自锁（见表10-1-2）表10-1-2螺旋副的受力分析、效率和自锁三、机械制造常用螺纹（见表10-1-3）表10-1-3机械制造常用螺纹四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件（见表10-1-4）表10-1-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件五、螺纹连接的预紧和防松1．拧紧力矩（见表10-1-5）表10-1-5拧紧力矩2．螺纹连接的防松（见表10-1-6）表10-1-6螺纹连接的防松六、螺栓连接的强度计算（见表10-1-7）表10-1-7螺栓连接的强度计算七、螺栓的材料和许用应力1．材料螺栓的常用材料为低碳钢和中碳钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用力学性能较高的合金钢。

2．许用应力及安全系数许用应力及安全系数可见教材表10-7和表10-8。

八、提高螺栓连接强度的措施（见表10-1-8）表10-1-8提高螺栓连接强度的措施九、螺旋传动螺旋传动主要用来把回转运动变为直线运动，其主要失效是螺纹磨损。

按使用要求的不同可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。

1．耐磨性计算（1）通常是限制螺纹接触处的压强p，其校核公式为p＝F a/（πd2hz）≤[p]式中，F a为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；h为螺纹工作高度；[p]为许用压强。

（2）确定螺纹中径d2的设计公式①梯形螺纹d≥2②锯齿形螺纹2d≥其中，φ＝H/d2，z＝H/P，H为螺母高度；梯形螺纹的工作高度h＝0.5P；锯齿形螺纹的工作高度h＝0.75P。

第3章凸轮机构3.1复习笔记【通关提要】本章主要介绍了凸轮机构的常用运动规律、凸轮压力角以及图解法设计凸轮轮廓。

学习时需要掌握不同运动规律的特点、凸轮压力角与凸轮作用力和凸轮尺寸的关系以及图解法设计凸轮轮廓等内容。

本章主要以选择题、填空题、简答题和计算题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、凸轮机构的应用和类型（见表3-1-1）表3-1-1凸轮机构的应用和类型二、从动件的运动规律1．基本概念（见表3-1-2）表3-1-2从动件运动规律的基本概念图3-1-1凸轮轮廓与从动件位移线图2．推杆的运动规律（见表3-1-3）表3-1-3推杆的运动规律三、凸轮机构的压力角压力角指作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。

对于高副机构，压力角即接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角，如图3-1-2所示。

1．压力角与作用力的关系F′′＝F′tanα式中，F′′为有害分力；F′为有用分力。

图3-1-2凸轮机构的压力角对于直动从动件凸轮机构，建议取许用压力角[α]＝30°；对于摆动从动件凸轮机构，建议取许用压力角[α]＝45°。

2．压力角与凸轮机构尺寸的关系如图3-1-2所示，直动从动件盘形凸轮机构的压力角计算公式为tan α=式中，s 为对应凸轮转角φ的从动件的位移；r 0为基圆半径；e 为从动件导路偏离凸轮回转中心的距离，称为偏距。

注：①导路与瞬心P 在凸轮轴心O 点同侧，取“－”号，此时可使推程压力角α减小；②导路与瞬心P 在凸轮轴心O 点异侧，取“＋”号，此时可使推程压力角α增大。

四、图解法和解析法设计凸轮轮廓（见表3-1-4）表3-1-4图解法和解析法设计凸轮轮廓图3-1-3滚子直动从动件盘形凸轮轮廓图3-1-4平底直动从动件盘形凸轮——极坐标3.2课后习题详解3-1图3-2-1所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。

已知AB段为凸轮的推程轮廓线，试在图上标注推程运动角Φ。

机械设计基础(杨可桢第六版)考试提纲及题库.20XX年上半年机械设计基础考试提纲一、选择题二、填空题三、简答题带传动；齿轮传动、蜗杆传动；键连接；回转件的平衡；滑动轴承。

四、分析与设计题偏置直动推杆盘形凸轮轮廓曲线设计；按给定行程速比系数设计曲柄摇杆结构或曲柄滑块结构；斜齿齿轮传动，锥齿轮传动，蜗杆传动受力分析；轴系改错题。

五、计算自度计算；周转轮系传动比；轴承当量载荷计算；反受预紧力的螺栓强度计算；外啮合标准直齿圆柱齿轮传动基本参数计算。

1作业一一、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 B. 0 C. b D. 13. 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. 零件的工作安全系数为。

A. 零件的极限应力比许用应力 B. 零件的极限应力比工作应力 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. 自锻造 D. 模锻6. 工程上采用几何级数作为优先数字基础，级数项的公比一般取为。

A. n5 B. n10 C. n15 D. n207. 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。

第6章间歇运动机构6.1 复习笔记【通关提要】本章主要介绍了棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构这四种间歇运动机构的基本原理和特点。

学习时需要牢记特点和相关计算公式。

本章多以判断题和简答题的形式出现，但是在考研中本章出现的几率较小，复习时需酌情删减内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构三种间歇运动机构原理比较（见表6-1-1）表6-1-1 三种间歇运动机构原理比较二、棘轮机构（见表6-1-2）表6-1-2 棘轮机构图6-1-1 棘爪受力分析三、槽轮机构（见表6-1-3）表6-1-3 槽轮机构四、不完全齿轮机构（见表6-1-4）表6-1-4 不完全齿轮机构五、凸轮间歇运动机构1．形式凸轮间歇运动机构通常有两种形式：圆柱形凸轮间歇运动机构和蜗杆形凸轮间歇运动机构。

2．优点运转可靠、传动平稳、定位精度高，适用于高速传动，转盘可以实现任何运动规律，转盘转动与停歇时间的比值可以通过改变凸轮推程运动角来得到。

6.2 课后习题详解6-1 已知一棘轮机构，棘轮模数m＝5mm，齿数z＝12，试确定机构的几何尺寸并画出棘轮的齿形。

解：顶圆直径D＝m z＝5×12mm＝60mm齿高h＝0.75m＝0.75×5mm＝3.75mm齿顶厚a＝m＝5mm齿槽夹角θ＝60°棘爪长度L＝2πm＝2π×5mm＝31.4mm棘轮的齿形如图6-2-1所示。

图6-2-16-2 已知槽轮的槽数z＝6，拨盘的圆销数K＝1，转速n1＝60r/min，求槽轮的运动时间t m和静止时间t s。

解：槽轮机构的运动特性系数：τ＝t m/t＝2φ1/（2π）＝（z－2）/（2z）＝1/3。

拨盘转速n1＝60r/min，故拨盘转1转所用的时间为1s。

槽轮的运动时间：t m＝τt＝1/3s。

槽轮的静止时间：t s＝t－t m＝2/3s。

第9章机械零件设计概论一、选择题1．对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要因素是（）。

A．最大应力B．平均应力C．应力幅【答案】C2．由试验知，有效应力集中，绝对尺寸，表面质量和表面强化只对零件的（）有影响。

A．应力幅B．平均应力C．应力幅和平均应力【答案】A3．零件的形状、尺寸、结构、精度和材料相同时，磨削加工的零件与精车加工的零件相比，其疲劳强度（）。

A．较高B．较低C．相同【答案】A【解析】磨削加工与精车加工相比，后者的表面质量不如前者，而表面质量越高，零件的疲劳强度越高，因此，磨削加工的零件，其疲劳强度比精车加工高。

4．下列四种叙述中，（）是正确的。

A．应变力只能由变载荷产生B．静载荷不能产生应变力C．变应力是由静载荷产生的D．变应力是由变载荷产生，也有可能由静载荷产生【答案】D【解析】例如，心轴工作时，受到径向静载荷作用，弯曲应力就是对称循环变化的变应力。

5．绘制塑性材料的简化的极限应力图时，所必需的已知数据是（）。

A．B．C．D．【答案】A6．零件的工作安全系数为（）。

A．零件的极限应力比许用应力B．零件的极限应力比零件的工作应力C．零件的工作应力比许用应力D．零件的工作盈利比零件的极限应力【答案】A【解析】lim []S σσ=。

7．影响零件疲劳强度的综合影响系数（K ）D 或（K r ）D 与（）等因素有关。

A ．零件的应力集中、加工方法、过载B ．零件的应力循环特性、应力集中、加载状态C ．零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中D ．零件的材料、热处理方法、绝对尺寸【答案】C 【解析】由公式σσD σ()k k βε=或ττD τ()k k βε=可以得出结论。

σk 、τk 是有效应力集中系数，σε、τε是尺寸系数，β是表面状态系数。

8．已知45钢调质后的力学性能为：，等效系数σψ为（）。

A ．1.6B ．2.2C ．0.24D ．0.26【答案】C 【解析】根据等效系数计算公式：10σ02σσψσ--=。