机械部分设计
1 绪论
1.1 高层玻璃幕墙清洗机器人研发意义
随着人口规模的不断扩大，城市高层建筑越来越多。摩天大楼逐渐成为生活中常见的一景。由于玻璃具有采光性好、保温性好、防潮性好等诸多优点，同时，由于彩色玻璃美观大方，所以越来越多的高层建筑选择了用玻璃幕墙。目前，我国大部分玻璃幕墙的清洗都需要依靠“蜘蛛人”来完成，但是，这种高空作业有一定的危险性。因此，需要一个能够代替人力完成清洗任务的机器人。
1.2 高层玻璃幕墙清洗机器人研究现状及分析
1.2.1国外玻璃幕墙清洗机器人研究现状
德国相关公司委托制作的“SKYWAH”是这个星球上第一个能够成功制作出来的清洗机器人。这个庞大的机器人主要结构是个多关节巨型伸缩臂，能够在距离33米的地方完成工作。所有的轴采用抗拉钢材并采用液压驱动，所以结构重量较轻。这一款清洗机器装置安装在四轮驱动的汽车相关底盘上，清洗刷较长，定位精度高。该机器人可以在人的监视下完成清洗工作，动作灵活。
与我们一衣带水的邻国——日本，他们的机器人公司之一——BE公司研制过一款轨道已经固定好的的专门用于擦玻璃的机器人，依据安装在楼顶的轨道和相关的提升系统，清洗机可以准确地对准窗户。该设备优点是自动化程度相对较高。但是，一般建筑在设计之初不会将擦窗系统考虑其中，使该机构适用性大大降低。
图自动清洗机
-1
图2
1-1
SKYWAH
德国玛歌堡的费劳恩霍费尔相关的研究所是德意志共和国主要的生产和自动化中心，它们在过去的这些年，曾经较为成功地研究了一系列清洗机器人。该机器人可横向、可纵向，随心所欲完成清洗任务。
德国佛拉货福尔研究所研制了一种名为SIRIUSC的清洗机器人。在那些要清洗的相关建筑物上，我们放在了上面一辆跟随及其运动的小车，这辆小车不紧急今年能够起到定位的作用，而且还能对装置起到安全保护的作用。机器人坐竖直运动，左右移动依靠小车来完成。
美国航空航天宇航局下属的机器人公司，在上个世纪研制了爬壁机器人“Sky Washer”（用于清洗摩天大楼），它重大约四十斤，该机器人利用两组框架（L型）进行相对滑动，交替吸附来实现机器人的移动。每组框架有三个“脚掌”（每个“脚掌”有两个吸盘）。
还有，德意志共和国、西班牙王国、大不列颠及北爱尔兰联合王国、即将举办世界杯和奥运会的巴西、位于马六甲海峡附近的新加坡、深陷战火的以色列、奥地利、澳大利亚、加拿大等国家相继进行了研究。
1.2.2 国内玻璃幕墙清洗机器人研究现状
或许因为历史上的种种原因，我国在相关产业方面起步较晚，但是发展迅速。在二十时期七十年代中期，日本相关企业来到中国进行科技展览会，川崎公司在中国第一次展出了工业机器人，从此，我国开始了机器人研制的相关研究。
上海大学自1988年起，先后进行了玻璃窗清洗机器人以及球形爬壁机器人的研究。前者是那种质量非常大而且还缺少至关重要的清洗系统。后者采用腿足式移动机构，足端为真空吸盘。
哈工大研发过多款爬壁机器人。轮式负压机器人的堡垒已经被其轻松攻破。该类机器人还设有卷扬机，地面支援小车。柔性设计的密封款式，虽然它对壁面的适应能力远远高于其他机构，但越障能力却远远差于其他装置。
-1
4
图
高层清洗机器人
图3-11-
CLEANBOT
1996年起，北航在国家“863”计划的资助下，先后研制了SKYCLEAN
WASHMAN“擦玻璃的机器人（灵、CLEANBOT
、
、
巧款）”、“天空洁宝”、“吊篮式擦窗机器人”，前三种为十字机构移动机器人。而进入新千年而研发的双车体机器人，但重量小得多，仅为40斤。该机器人本体结构采用具有滑动密封负压吸附装置，能实现越障和曲面转换功能。
香港大学和内地大学合作研发的CLEANBOT-I采用北京航空航天大学的原型，CLEANBOT-II则是采用了仿照坦克的原型。与其它相比，它采用了多个转盘的设计。
1.3 高层建筑外墙清洗机发展趋势
由于清洗工作需要在墙壁上这种极其特殊的环境下进行，所以清洗爬壁机器人的总体设计要求是相当苛刻的。总的原则为：尽可能低的重量，尽可能低的造价，尽可能高的可靠性，适应性要比较高，满足于各种墙面，当然，较高的清洗效率也是不可缺少的因素。
我们从清洗机的工作环境不难看出，发展方向可能有下面几个：
首先，要适用于玻璃幕墙清洗，由于其工作条件所限制，导致它必须能够尽可能地做到结构简单，方便控制。
其次，该机器人要适用于复杂墙面，如爬楼梯，一个墙壁上有多个窗户的壁面清洗，但是，这样会对其结构，控制，运动方式等其他因素提出更高的要求，必须要求设计时能够提出更加更为复杂的设计理念。
1.4 高层建筑外墙清洗机现存问题
国内外关于高层爬壁清洗机器人的设计与研究已经有数十年的进程，同时，在各种各样的机器人中，也存在着一些或个性或共性的问题。
吸附能力难以满足各种工作面的要求，在现实的清洗过程中，建筑物外墙壁可能是各种各样的材料，材料甚至非常复杂，不仅仅是一个两个材料物质，而且结构上也不是那么简单，或有沟缝，或有凸起，或有凹陷；那么我们必须解决类似于跨越，密封，移动等许多技术难题，否则极大的影响避免清洗机器人的效率。
移动的技术性和灵活性相互矛盾，在实际的清洗过程中，我们发现既要保证结构的小型化和较高的效率，还需要在具有一定负载的前提下能够自由的上下的移动，具有较强的越障能力。
控制技术与可靠性同样存在着矛盾。控制需要电源线和通讯线，但是这些存在大大影响了机器人的灵活性和控制机器人的工作完整性，而如果去掉机器人电源线和通讯线的话，又会对自己的控制造成不良影响。
清洗机构与机器人负重的矛盾。设计的安全性，清洗机构和污水再利用，我们能够识别清洗质量，但是如果机构设计不合理，过高的增添成本，反而会造成一种得不偿失。
1.5 高层建筑外墙清洗机课题提出
考虑到以上高楼爬壁清洗机器人所包含的那么多问题，我们所设计的清洗机构不仅仅要满足壁面的清洗工作，还要思考一下水源，清洗的刷子，清洗专用液以及相关气动装置。所以我们要努力地在设计的灵活性和功能的合理性中间找到一个点。在移动的过程中，为了要克服重力并且灵活移动，我要尽可能采用轻质材料，尽可能地采取一种方便控制和吸附的移动机构，并尽量利用新型能源材料的开发和无线通讯技术来实现对机器人的自动控制，尽可能是机器人更加智能化、通用化、使其成为一条产业链。
2 机械部分设计
2.1设计任务
根据清洗机器人清洗作业的要求，在完成一列玻璃的清洗后，需要进行提升，因此清洗机器人系统应该包括机器人清洗部分、吸附部分、提升部分、驱动部分和控制系统四大部分。
2.2清洗系统部分设计
2.2.1盘刷设计
盘刷具有弹性和刚度，可保证能够承载一定的压紧力来清洗墙面。只有受了力墙面清晰的才算干净，同时若墙面有障碍物，塑料毛有一定的弹性来完成退让相关障碍物，盘刷与联刷体可通过螺栓来装配衔接的。
刷子半径=刷子R 214mm ； 有毛半径=有效R 208mm ； 刷毛长度=刷毛L 50mm 。 2.2.2滚刷设计
滚刷的内层筒壁为尼龙，在上面穿制猪鬃，在筒的两侧安装上轴的端部，起到支撑作用并且和V 带相联接。滚刷需要通过障碍物需要依靠鬃毛的变形，所以长度不宜过小，根据实际经验，选择60mmm 为佳。
设计参数为:
滚刷宽度mm 1000L =刷宽 刷毛长度mm 60L =刷毛
鬃毛螺旋穿制可以方便引流，采用一软一硬的猪鬃对称滚筒中心人字形缠绕。
选择螺旋升角φ为15°，则有如下关系：
()()mm d P m 09.4215tan 50tan 0=???==πφπ 式中：
0d - 滚刷穿制直径（mm ）；
m P - 鬃毛螺旋导程（mm ）
。
鬃毛根据自然膨胀效应会成倒圆锥，由经验可知?=5γ，那么一个尖端的实际直径为：
()()mm d h d 6.1645tan 602tan 212=+???=+??=φ 式中：
h - 鬃毛的长度（mm ）
； 1d - 鬃毛穿制孔直径(mm)。
滚刷边缘与鬃毛束的距离t 为：
mm mm d P t m 4.445.46.162
09.4222≈=-=-=
5mm 的间隙既能对清洗液完成引流，还能有效地完成清洗壁面的工作。实际穿制滚刷时，选取导程=m P 42mm ，圈数为：
486.47211000
2
≈===
m m P L n 滚刷转速直接影响到清洗速度和效果。为保证清洗机正常运动，需使滚刷转速和移动速度相匹配，使玻璃和滚刷之间产生相对滑动，从而减少磨损。
清洗机正常运动速度3m/min ，估算转速为：
R v
k n ???=
π30 式中：
n- 滚刷转速（r/min ）； v- 清洗机移动速度（m/s ）； k- 刷洗系数； R- 滚刷半径（m ）。
取k=5：
min /r 28085
.005.053030=???=???=ππR v k n
2.2.3电机的选用
下面对驱动力矩和功率需求进行计算： 1）滚刷所需力矩为：
R N M ??=μ滚
式中：
-μ滚刷鬃毛与壁面摩擦因数
N- 壁面与滚刷间作用力 R- 滚刷半径
根据相关经验，μ在0.45—0.68之间变化，取μ=0.5；N 的结果与鬃毛变形量有关，当变形量为5mm 时，F=50.25±0.23N ；当变形量为10mm 时。F=139.64±0.11N 。故取N=140N
R N M ??=μ滚=0.5?140?0.085=6N 2m
2）盘刷所需力矩为：
N r M ??=μ盘
式中：
μ-刷毛与壁面摩擦因数（取0.15）
r -盘刷半径
m N r M ?=??=??=N 2.41402.015.0μ盘 所需总转矩为m N M M M ?=+=4.2022滚盘总 3）所需功率的计算
w w w M k P 179.58467.024.203=???=??=π
根据刷洗力矩，我们选择Y2-802-6电机，相关参数如下：
额定功率 550W 转速 900r/min 平键 4320
力矩
m N ?350
2.2.3盘刷弹簧的选用
1）弹簧的种类：圆柱螺旋压缩弹簧; 2) 弹簧的材料：碳素弹簧钢； 3）弹簧的设计计算
弹簧的工作圈数（根据《机械设计手册》第三卷）：
mm N N 5.65.11=+=
弹簧丝直径（根据《机械设计手册》第三卷）：
mm 53.D =，
允许极限负荷下的单圈变形：N 75.13=F 单圈刚度：mm N P /3331= 弹簧节距：25.T = 最大工作载荷：N P 4602= 极限工作载荷：N P 5753= 弹簧每圈展开长度：mm L 52= 计算数据如下： 名称 公式
数据（mm ）
弹簧中径 d D D -=2 16.5 弹簧内径 d D D ?-=21
13 弹簧间隙 d t δ-= 1.7 弹簧总展开长
度 n L ?=1
260
螺旋角
α
7°
弹簧自由高度 d
)(n n δH ?++?=1134.75 极限负载弹簧高度 33F H H -=
26.1
弹簧旋向
左旋右旋均可
2.2.4锥齿轮的设计计算和相关校核
锥齿轮选用直齿锥齿轮，我们设计的相关参数： 名称 系数 齿形角α 20°
齿顶高系数 *a h =1
顶隙系数 *c =0.2
螺旋角 β=0°
周交角
90°
根据《机械设计手册（第五版）》第三卷表14-3-5，选择大端端面模数5.2=m 。
小齿轮大端分度圆直径mm d 601=，小齿轮齿数为则齿数：
605.224Z 24121
1=?=?===i Z m
d Z 节锥角为：
02
1
18.21==Z Z arctg
δ 0122.68=-∑=δδ 锥距为：
mm δd δd R 81sin 2sin 22
2
11===
齿宽系数R φ取0.3，则齿宽：
mm 3.24==R b R φ
故取b=24mm 。 齿顶高：
mm
525.1mm,
475.32*
21*
1=+==+=m x h h m x h h a a a a ）（）（ 齿高：
mm
m c h h a 5.5)2(**=+= 齿根圆：
大端齿顶圆直径：
66.45mm 43.18cos 475.3260cos δ21111=??+=+=?a a h d d
mm 15157.71cos 525.12150cos 202222=??+=+=δa a h d d 齿根角：
0114.1arctan
==R
h f f θ
02
2
9.2arctan ==R
h f f θ
齿顶角：
01214.1===f a a θθθ
顶锥角：
mm h h h mm h h h a f a f 975.3025.22211=-==-=
02117.24=+=f a θδδ
01226..69=+=f a θδδ
根锥角：
01114.20=-=f f θδδ 02223.65=-=f f θδδ
冠顶距：
mm 5.738.21sin 475.32150sin 201121=-=-=δa K h d A mm 5.282.68sin 525.12
60sin 202212
=-=-=δa K h d A 确定传动的精度等级
初选平均切线速度m/s 3.3)100060/(=???=n d V m t π 参考《机械设计手册》，可以得出传动等级为8级。 下面进行载荷系数的确定：
V A K K K K ??=β 式中：
A K -使用系数,取25.1=A K V K -动载荷系数，取16.1=V K
βK -齿向载荷分布系数,取8.1=βK
计算结果为：
61.28.116.125.1=??=??=V A K K K K β 下面校核齿面接触疲劳强度：
1）确定许用应力 ][H σ 该齿轮副接触疲劳极限为： MPa H H 352lim 1lim ==σσ
那么许用应力为：
MPa S Z H N H H H 35/][][111lim 21=?==σσσ 式中：
N Z -寿命系数,由已知条件取121==N N Z Z H S -安全系数,取121==H H S S
2）弹性系数，由《机械设计手册》可知： 214.56MPa Z E =
3）节点区域系数，由《机械设计手册》可知： 5.2=H Z
4) 小齿轮所需大端分度圆直径1d ：
()mm 37][5.01432
21
1=???? ??-≥H E R R Z u KT d φφφ
5）验算速度mt V 平均直径：
()()mm d d R m 456.313.05.0137111=?-?=-?=φ 平均线速度：
()s m n d V m m t /1.3100060/11=???=π 确定模数m: 5.2/11==z d m
由以上可知，满足要求。
下面进行齿根抗弯疲劳强度计算： 确定许用弯曲应力][1F σ ][2F σ 1) 寿命系数
1
21==N N Y Y 2) 安全系数3.12
1==F F S S
3) 尺寸系数1=X Y
4) 极限应力1lim F σ,2lim F σ5ff 取MPa 302lim 1lim ==F F σσ 5) 许用弯曲应力
齿形系数1Fa Y , 2Fa Y
1) 分锥角
?=8.211δ ?=2.682δ
2) 当量齿数: 8.23cos /111==δZ Z V
6.59cos /222==δZ Z V
3) 由《机械设计手册》，取78.21=Fa Y ,13
.22=Fa Y 4) 应力修正系数 由《机械设计手册》，取
56
.11=Sa Y ，88
.12=Sa Y
5) 校核齿根抗弯疲劳强度由《机械设计手册》
()R Sa
Fa t F bm Y Y KF φσ5.011-=
2
1
21+=u mz b R φ
()
R t zm T F φ5.0121
-=
三式联立求得
()][MPa 6.391
5.01412
2
3
2
11
111F R R Sa Fa F u m z Y Y KT σφφσ<=+-=
()][MPa 7.161
5.01422
2
3
2
22
212F R R Sa Fa F u m z Y Y KT σφφσ<=+-=
由以上内容可知，满足要求。
2.2.5直齿轮副的设计计算和相关校核
根据工作要求，小齿轮转速min,/15001r n =传动比 4.1i =，在齿轮传动的过程中，可以允许有4%的误差，预计这齿轮的使用寿命预期寿命五年，每年按180天计算。工作有轻微冲击，齿轮对称布置。 齿轮相关参数为：
小齿轮 大齿轮 材料 40Cr 调质 45钢调质 硬度
260HBS
230HBS
初选齿数
32
2131321412.=×.=z =i z ?
取2z =129
齿数比
03.432
129
12===
z z μ （
1.403
.41.4-3100%=1.7%<4%，允许） 齿宽系数 根据《机械设计手册》,?d =0.275
初估小齿轮直径
mm 80估1=d
齿宽 mm 228027501估=?=?=.d b d ?
齿轮圆周速度
m/s 28.6m/s 1000
601500
80100
601
1=???=
?=
ππνn d 估
精度等级 7级
计算小齿轮转矩1T
16
11055.9n P T ?=mm N 10559mm N 1500
511055936??=???=... 定重合度系数εZ 、εY
1.7551291
3213.21.8811.23.88121=+?-=???
? ??±?-=）（z z ε 根据《机械设计手册》得
εZ =
34ε-=3
755
.14-=0.865 εY =0.25+
677.0755
.175
.025.075
.0=+
=ε
下面，确定载荷系数H K 、F K
βH αV A K K K K = K ???
式中：
1) 使用系数A K 取A K =1.35 2) 动载系数v K 取v K =1.14
3) 齿向载荷分布系数βK ，取βK =1.29 4) 齿间载荷分配系数αH K 、αF K 根据条件
N/mm 100N/mm 6514N/mm 802210559351223
11<=????==....bd T K b F K A t A
得34.1865.011
2
2
=??? ??=???
? ??=ε
α
z K H αF K =1/ Y ε=1/0.677=1.48 5) 计算载荷系数H K 、F K 为
662341291141351.=.×.×.×.=K K K K = K βH αV A ???
94.234.1/48.166.2/=?==ααH F H F K K K K 齿面接触疲劳强度的计算情况如下： （1）确定许用应力[H σ]
1）总工作时间：h 800052008=??=h t
2）应力循环次数N 1、N 2，根据机械设计手册查得：
8110278000150016060?=???=.γnt =N h
88121079.103
.4102.7?=?==u N N
3）寿命系数1N Z 、2N Z
由《机械设计手册》，取1N Z =1 2N Z =1 4）接触疲劳极限 2lim 1lim H H σσ， ：
由《机械设计手册》取1lim H σ=630MPa ，2lim H σ=490MPa 5）安全系数H S ： 由《机械设计手册》取H S =1 6）许用应力[1H σ]、[2H σ]： 由《机械设计手册》得： [1H σ]=
MPa S Z H
N H 6301
1
6301
lim =?=
σ [2H σ]=
MPa S Z H
N
H 4901
1
490lim =?=
σ
（2）弹性系数E Z ：
由《机械设计手册》， 取E Z =190MPa （3）节点区域系数H Z ： 由《机械设计手册》，取H Z =2.5
（4）求所需小齿轮直径1d 由《机械设计手册》得：
[]
3
2
22
1))(1(2H d H E H u Z Z Z u T K d σ?ε??+≥ mm
5.64mm 490
03.4275.0)865.05.2190)(103.4(1055.966.2232
2
3=????+????= 计算结果，符合初估数值
（5）确定中心距以及模数等其他参数： 1）中心距a 初算中心距
mm 9.1662
)
1(min 10=+=
u d a 园整取中心距a =200mm
2）模数m 由中心距a 及初选齿数1z 、2z 得
mm 48.2129
32200
2221=+?=+=
z z a m 按标准取m =2.5mm 3）分度圆直径1d 、2d
1d =m z 1=2.5332=80mm 2d =m 2z =2.53129=322.5mm
取为2d =320mm 4）确定齿宽 大齿轮齿宽2b =b =22mm 小齿轮齿宽1b =32mm
接下来进行齿根抗弯疲劳强度验算 （1）求许用弯曲应力[]F ζ
小齿轮
大齿轮
应力循环次数 811027?=.N F
×.=N F 107912
寿命系数 1N Y = 1 2N Y =1
极限应力 1lim F σ=220MPa 2lim F σ=170MPa
尺寸系数x Y x Y =1 安全系数F S
F S =1.5
根据以上参数，计算出来的许用弯曲应力：
[]1F σ=MPa 2935
.11
1220221lim =???=
F
x
N F S Y Y σ
[]2F σ=MPa 2275
.11
1170222lim =???=
F
x
N F S Y Y σ
小齿轮
大齿轮
齿形系数 1Fa Y =2.5 2Fa Y =2.15
应力修正系数 1sa Y =1.63
2sa Y =1.82
（4）由《机械设计手册》，我们可以校核齿根抗弯曲疲劳强度：
[]
113
11111
1MPa 2.35677.063.15.25
.280221055.994.222F F F sa Fa F F Y Y Y m
bd T K σσσσε
<=????????==
[]211221
2MPa 83363
15282
1152235F sa Fa sa Fa F F ζ......Y Y Y Y ζζ<=???==
所以，抗弯疲劳强度足够。 然后，进行齿面静强度计算。 (1) 确定许用接触应力[]max H σ：
参照《机械设计手册》，取静强度安全系数1.1='H
S ，寿命系数6.121='='N N
Z Z 那么接触应力（大轮较低）
[][]MPa 77121
111
61490222max ...S Z S Z ζζH
N H
N H H =???
=''
= (2) 校核齿面静强度
根据过载条件，由《机械设计手册》，齿面最大接触应力
[]
[]max
112max MPa 6.558MPa
14.135.12
49012H v A H H K K T T σσσ<=??=?=
所以，齿面静强度足够。
最后，进行齿根（抗弯）静强度验算。 （1）确定许用弯曲应力
参照《机械设计手册》，取静强度安全系数6.1='F
S ，取寿
《机械设计基础》
第一章概论 一、判断 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。（×） 3、机构是具有确定相对运动的构件组合。（√） 4、构件可以由一个零件组成，也可以由几个零件组成。（√） 5、整体式连杆是最小的制造单元，所以它是零件而不是构件。（×） 6、连杆是一个构件，也是一个零件。（√） 7、减速器中的轴、齿轮、箱体都是通用零件。（×） 二、选择 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 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）。
机械设计基础部分例题答案
机械设计基础部分例题答案
题1—5 计算题1—5图所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）,并标出原动件。 题1—5 图 题解1—5图 解题分析: 图中C处为3杆形成的复合铰链；移动副M与F导路互相平行，其之一为虚约束；图示有6个杆和10个转动副（I、J、G、L及复合铰链K和H）形成虚约束。 解答： 1．机构的自由度： 2．选AB杆为原动件。 题2-1在图示铰链四杆机构中，已知l BC=100mm，l CD=70mm，l AD=60mm，AD为机架。试问： （1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄， 求l AB的最大值；
（2）若此机构为双曲柄机构，求l AB 最小值； （3）若此机构为双摇杆机构，求l AB 的取值范围。 解题分析： 根据铰链四杆机构曲柄存在条件进行计算分析。在铰链四杆机构中，若满足杆长条件，以最短杆或最短杆相邻的杆为机架，机构则有曲柄，否则无曲柄；若不满足杆长条件，无论取哪个构件为机架，机构均为无曲柄，即为双摇杆机构。 解答： 1．因为AD 为机架，AB 为曲柄，故AB 为最短杆，有AD CD BC AB l l l l +≤+， 则 m m 30)1006070(=-+=-+≤BC AD CD AB l l l l 故 mm 30max =AB l 2．因为AD 为机架，AB 及CD 均为曲柄，故AD 杆必为最短杆，有下列两种情况： 若BC 为最长杆，则 m m 100=
机械设计基础重点
机械设计基础重点文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
自由度F=3n-2PL-PH（n：活动机构，pl:低副（通过面接触）ph:高副（通过点或线接触））F必须大于0曲柄摇杆机构有急回特性（反行程摆动速度必然大于正行程）和死点位置（从动件出现卡死和运动不确定现象，死点应加以克服，利用构件的惯性来保证机构顺利通过死点） 凸轮与从动件之间依靠弹簧力、重力、沟槽接触来维持。凸轮从动件的三种常用运动规律为：等速运动、等加速等减速运动和摆线运动。 常见间隙机构：槽轮机构（运动系数T必须>0，径向槽的系数z大于等于3，T 总小于1/2,如使T大于1/2，须在构件1安装多个圆角），棘轮，不完全齿轮，凸轮间隙运动间隙（凸优点：运转可靠，工作平稳，可用作高速间隙运动）。 在机器中安装飞轮的目的：调节机器速度的周期性波动（非周期性波动通过调速器调节）一般把飞轮安装在机器的高速轴上。 调节机器速度波动目的：机器速度的波动带来一系列不良影响，如在运动副中产生动压力，引起机械振动，降低机器效率和产品质量等。因此，必须设法调节其速度，使速度波动限制在该类机器容许的范围内. 静平衡条件： P53 动平衡：P54 螺纹连接的主要类型：螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈。常用的连接螺纹为单线三角形右旋螺纹。细牙螺纹特点：螺距较小，细牙普通螺纹的螺栓的抗压强度较高。一般适用薄壁零件及受冲压零件的联接。但细牙不耐磨，易滑扣不宜经常拆卸，故广泛适用粗牙。 螺纹连接防松原理：1、利用摩擦力（在螺纹间保持一定的摩擦力，且摩擦力尽 可能不随载荷大小而变化）2、机械方法（1.用机械装置把螺母和螺栓连在一起2.
机械设计试验报告2(附答案)
实验二、机械设计课程减速器拆装实验报告减速器名称班级日期 同组实验者姓名
回答下列问题 减速器拆装步骤及各步骤中应考虑的问题 一、观察外形及外部结构 1．起吊装置，定位销、起盖螺钉、油标、油塞各起什么作用？布置在什么位置？ 答： 定位销：为安装方便，箱座和箱盖用圆锥定位销定位并用螺栓连接固紧 起盖螺钉：为了便于揭开箱盖，常在箱盖凸缘上装有起盖螺钉 起吊装置：为了便于吊运，在箱体上设置有起吊装置箱盖上的起吊孔用于提升箱盖箱座上的吊钩用于提升整个减速器 油标：为了便于检查箱内油面高低，箱座上设有油标 油塞：拔下即可注油，拧上是为了防止杂质进入该油箱，常在箱体顶部位置设置油塞 2．箱体、箱盖上为什么要设计筋板？筋板的作用是什么，如何布置？ 答： 原因：为保证壳体的强度、刚度，减小壳体的厚度。 作用：增大减速机壳体刚度。 布置：一般是在两轴安装轴承的上下对称位置分别布置较好。 3．轴承座两侧联接螺栓应如何布置，支承螺栓的凸台高度及空间尺寸应如何确定？ 答： 轴承旁凸台高度h 由低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。取50mm 轴承旁连接螺栓的距离S 以Md1螺栓和Md3螺钉互不干涉为准尽量靠近一般取S=D。 4．铸造成型的箱体最小壁厚是多少？如何减轻其重量及表面加工面积？ 答： 大约10mm左右。减轻重量主要是减少厚度，做加强筋来满足。 5．箱盖上为什么要设置铭牌？其目的是什么？铭牌中有什么内容？ 答： 为了显示型号，基本参数，外国的产品还包含序列号，给厂家提供序列号，可以查到出厂时的所有参数，方便使用维护，比如用了几年，你要买备件或备机，提供名牌信息。 二、拆卸观察孔盖 1．观察孔起什么作用？应布置在什么位置及设计多大才是适宜的？ 答： 为了检查齿轮与齿轮（或涡轮与蜗杆）的啮合情况、润滑状况、接触斑点、齿侧间隙、齿轮损坏情况，并向减速器箱体内注入润滑油。 应设置在箱盖顶部的适当位置：孔的尺寸大小以便于观察传动件啮合的位置为宜，并允许手伸入箱体内检查齿面磨损情况。
机械设计常用资料大全
机械设计常用资料大全》(Mechanical design common documents daqo)1.0 这么多的机械设计用资料，对你进行机械设计或者学习，有非常大的帮助，省去了你查找资料的时间。本资源对机械设计的资料进行了分类，极大地方便了你下载需要参考的资料，同时也会对你学习机械专业知识，有一个整体性的了解，可以帮助你应该加强哪部分内容的学习！ 供在校大学生或机械类工程技术人员使用。 一、手册类 机械设计课程设计手册(第三版) 机械设计手册(第五版)第1卷 机械设计手册(第五版)第2卷 机械设计手册(第五版)第3卷 机械设计手册(第五版)第4卷 机械设计手册(第五版)第5卷 机械设计手册.(新版).第1卷 机械设计手册.(新版).第2卷 机械设计手册.(新版).第3卷 机械设计手册.(新版).第4卷 机械设计手册.(新版).第5卷 机械设计手册.(新版).第6卷 [精密加工技术实用手册].精密加工技术实用手册 包装机械选用手册上-印刷实务 包装机械选用手册下-印刷实务 机电一体化专业必备知识与技能手册 机械工程师手册.第二版 机械加工工艺师手册 机械设计、制造常用数据及标准规范实用手册 机械制图手册(清晰版) 机械制造工艺设计简明手册 联轴器、离合器与制动器设计选用手册 实用机床设计手册 运输机械设计选用手册.上册 运输机械设计选用手册.下册 中国机械设计大典数据库 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 最新实用五金手册(修订本) 最新轴承手册 二、机构类 高等机构设计 机构参考手册 机构创新设计方法学 机构设计丛书.凸轮机构设计 机构设计实用构思图册-verygood
机械设计部分知识点.
机械设计基础总结 1、 2普通螺纹(三角形螺纹:分为粗牙和细牙 特点:自锁性能好,螺纹牙抗剪强度高。 应用:连接多用粗牙,细牙用于薄壁零件,也用于变载震动及冲击载荷的连接 矩形螺纹: 特点:传动效率高,但制造困难,对中精度低,牙根强度较低。 应用:用于力的传递 梯形螺纹: 特点:α=30°与矩形螺纹相比传动效率较低,但工艺性能好牙根强度较高,对中性好 应用:用于传动螺旋。丝杠刀架等。, 锯齿形螺纹 特点:工作面的牙型角为3°非工作面的为30°综合了矩形螺纹和梯形螺纹的牙根强度特点 应用:用于单向受力的传力螺旋。轧钢机的压力螺旋,螺旋压力机,起重机。 3、螺栓连接 4普通螺栓连接特点及其应用:被连接件不需切制螺纹,结构简单装拆方便,适用广泛用于被连接件不太厚和便于加工通孔的场合。
5双头螺柱连接特点及应用:螺柱的一端旋紧在被连接件之一的螺纹孔中另一端则穿过被连接件的孔中通常用于被连接件之一太厚不宜制作通孔的场合 6螺钉连接特点及其应用:不用螺母,它适用于被连接件之一太厚且不经常拆卸的场合 7紧定螺钉连接特点应用:螺钉的末端顶住零件表面或顶入该零件的凹坑中将零件固定,它可以传递不大的载荷 8预紧的概念及其目的:螺纹连接在装备时都必须拧紧,是连接在承受工作载荷之前,预先收到力的作用 9放松的概念:螺纹连接在静载荷和工作温度变化不大时,螺纹连接不会自动 放松方法:分摩擦放松和机械放松 摩擦放松:轴向压紧和径向压紧 机械放松开口销放松止动垫片放松圆螺母金属丝放松。 其他还有焊接铆住冲点粘合等 10、键 键可分为:平键,半圆键、钩头楔键 键的长度由轮毂长度确定键长应比轮毂长短5~10mm。 相隔180°装两个平键只能按1.5个键做强度计算。 花键的分类:矩形花键、渐开线花键 11、摩擦带传动的主要特点
《机械设计基础》复习重点、要点总结
《机械设计基础》 第1章机械设计概论 复习重点 1. 机械零件常见的失效形式 2. 机械设计中，主要的设计准则 习题 1-1 机械零件常见的失效形式有哪些？ 1-2 在机械设计中，主要的设计准则有哪些？ 1-3 在机械设计中，选用材料的依据是什么？ 第2章润滑与密封概述 复习重点 1. 摩擦的四种状态 2. 常用润滑剂的性能 习题 2-1 摩擦可分哪几类？各有何特点？ 2-2 润滑剂的作用是什麽？常用润滑剂有几类？ 第3章平面机构的结构分析 复习重点 1、机构及运动副的概念 2、自由度计算 平面机构：各运动构件均在同一平面内或相互平行平面内运动的机构，称为平面机构。 3.1 运动副及其分类 运动副：构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动） 按照接触情况和两构件接触后的相对运动形式的不同，通常把平面运动副分为低副和高副两类。 3.2 平面机构自由度的计算 一个作平面运动的自由构件具有三个自由度，若机构中有n个活动构件(即不包括机架)，在未通过运动副连接前共有3n个自由度。当用P L个低副和P H个高副连接组成机构后，每个低副引入两个约束，每个高副引入一个约束，共引入2P L+P H个约束，因此整个机构相对机架的自由度数，即机构的自由度为 F=3n-2P L-P H (1-1)下面举例说明此式的应用。 例1-1 试计算下图所示颚式破碎机机构的自由度。 解由其机构运动简图不难看出，该 机构有3个活动构件，n=3；包含4个转 动副，P L=4；没有高副，P H=0。因此， 由式(1-1)得该机构自由度为 F=3n-2P L-P H =3×3-2×4-0=1
机械设计练习(一)(答案)
机械设计练习（一）一、单项选择题（每题1 分，共20 分）。 1.采用螺纹联接时，若被联接件总厚度较大，且材料较软，强度较低，需要经常拆装的情况下，一般宜采用。 A.普通螺栓联接 B.铰制孔用螺栓联接 C.双头螺柱联接 2.紧联接螺栓按拉伸强度计算时，考虑到拉伸和扭转的联合作用，应将拉伸载荷增至。 A.0.3 倍 B.1.3 倍 C.1.7 倍 3.在承受轴向变载荷的紧螺栓联接中，采用空心杆螺栓的作用是。（ B ） A.减轻联接的重量 B.减小螺栓刚度，降低应力幅 C.增加联接的紧密性 4.螺纹的公称直径（管螺纹除外）是指它的。 A.内径d1 B.大径d C.中径d2 5.在螺纹联接常用的防松方法中，当承受冲击或振动载荷时，无效的方法是（ C ） A. 采用开口销与六角开槽螺母 B. 采用胶接或焊接的方法 C .设计时使螺纹联接具有自锁性能 6.承受轴向拉伸工作载荷的紧螺栓联接，设预紧力为F0,工作载荷为F,则螺栓承受的总拉力F2。 A.小于F0+F B.等于F0+F C.大于F0+F 7.在滑动螺旋是设计计算中，限制螺纹工作面上的压力P,主要是为了。（ C） A.使材料硬度低的螺母避免被压坏 B. 防止接触面上应力过大而产生疲劳点蚀 C减轻工作面的磨损 8. 常用螺纹的牙形有三角形、矩形、梯形和锯齿形等，其中用于联接和用于传动的牙形分别为。 A .第一种和第三种 B .第二种和第三种 C .第三种和第一种 9.普通螺纹联接中的松联接和紧联接之间的主要区别是：松联接的螺纹部分不承受。 A.拉伸作用 B.扭转作用 C.弯曲作用 10.用两个普通螺栓将两块钢板联接起来。已知每块板所受横向力为F,接合面间的摩 擦系数f=0.15，为使联接可靠，应使摩擦力比外载荷大20%，则每个螺栓需要的预紧力A.0.5F B.2F C.4F
机械设计基础复习资料汇总
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。
机械设计实验部分
机械设计实验部分 Experiment of Mechanical Design 课程代码：901120205 学时数：4 学分数： 执笔人：张祖立审核人：王君玲 讨论参加人：张祖立，王君玲，张本华 一、本实验课的目的、意义 按照“素质教育”要求，以培养面向21世纪具有一定创新能力的人才为目标。机械设计实验主要为综合性实验，属于机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、农业工程及相近专业必修实践性环节，是机械设计课程的重要组成部分。机械设计实验教学应该以实验方法、设计思路，实验手段的合理运用等内容为主，充分发挥学生的主观能动性，因材施教。 二、本实验课主要目标 在实验过程中培养学生的实验技能和科学研究能力，引导学生利用机械设计中的理论知识，分析和解决机械工程中的实际问题，培养工程观点，进一步熟悉和掌握机械中典型零部件的结构和组成，了解其工作原理和特性，掌握和巩固基本理论知识。 通过实验，锻炼学生实际操作能力，正确使用电源、实验操作台。实验后能分析、归纳实验结果，编写出完整的实验报告，为学习后续课程和以后从事本专业工程技术和科学研究工作打下基础。进而全面提高学生的创新能力和综合素质。 三、主要实验内容 在实验前，首先讲解所做实验的目的、内容、注意事项，然后边做边指导。 实验一带传动弹性滑动实验（2学时） 观察带传动的弹性滑动及打滑现象，了解测定带传动效率的工作原理，计算并绘制滑动率曲和及效率曲线，分析带传动弹性滑动的性质及其对带传动性能的影响。 实验二液体动压滑动轴承实验（2学时） 观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象，测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力，观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况，观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况，了解径向滑动轴承的摩擦系数的测定方法和摩擦特性曲线的绘制方法。 四、实验成绩考核办法 根据学生预习情况、实验操作情况、实验报告的质量综合评定，满分为100分，乘以系数10%后计入期末总成绩。 五、实验教材、参考资料 实验教材：《机械设计实验》，张祖立、佟玲，沈阳农业大学出版.2008
现代机械设计方法复习题【答案2】
现代机械设计方法试题-----复习使用 考试形式：闭卷（带计算器与尺） 一、图解题 1．图解优化问题：min F (X)=(x 1-6)2+(x 2-2)2 s ．t ． 0．5x 1+x 2≤4 3x 1+x 2≤9 x 1+x 2≥1 x 1≥0, x 2≥0 求最优点和最优值。 最优点就是切点坐标：X1=2.7,x2=0.9 最优值：12.1【带入公式结果】 2．若应力与强度服从正态分布，当应力均值μs 与强度均值μr 相等时，试作图表示两者的干涉情况，并在图上示意失效概率F 。 参考解： 3 ．已知某零件的强度r 和应力s 均服从正态分布，且μr >μs ,σr <σs ，试用图形表示强度r 和应力s 的分布曲线，以及该零件的分布曲线和可靠度R 的范围。 参考解： f (s) f (r) Y >0安全状态；Y <0安全状态；Y =0极限状态 f (Y)
强度r 与应力s 的差可用一个多元随机函数Y =r -s =f (x 1,x 2,…,x n )表示，这又称为功能函数。 设随机函数Y 的概率密度函数为f (Y )，可以通过强度r 与应力s 的概率密度函数为f (r )和f (s )计算出干涉变量Y =r-s 的概率密度函数f (Y )，因此零件的可靠度可由下式求得： Y Y f Y p R ?∞ =>=0d )( )0( 从公式可以看出，因为可靠度是以Y 轴的右边对f (Y )积分，因此可靠度R 即为图中Y 轴右边的阴影区域。而失效概率F =1-R ，为图中Y 轴左边的区域。 4．用图表示典型产品的失效率与时间关系曲线，其失效率可以分为几个阶段，请分别对这几个阶段进行分析。 失效率曲线：典型的失效率曲线。失效率（或故障率）曲线反映产品总 体寿命期失效率的情况。图示13.1-8为失效率曲线的典型情况，有时形象地 称为浴盆曲线。失效率随时间变化可分为三段时期： (1) 早期失效期，失效率曲线为递减型。产品投于使用的早期，失效率较高 而下降很快。主要由于设计、制造、贮存、运输等形成的缺陷，以及调试、 跑合、起动不当等人为因素所造成的。当这些所谓先天不良的失效后且运转 也逐渐正常，则失效率就趋于稳定，到t 0时失效率曲线已开始变平。t 0以前 称为早期失效期。针对早期失效期的失效原因，应该尽量设法避免，争取失 效率低且t 0短。 (2) 偶然失效期，失效率曲线为恒定型，即t 0到t i 间的失效率近似为常 数。失效主要由非预期的过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清楚的偶 然因素所造成。由于失效原因多属偶然，故称为偶然失效期。偶然失效期是 能有效工作的时期，这段时间称为有效寿命。为降低偶然失效期的失效率而 增长有效寿命，应注意提高产品的质量，精心使用维护。加大零件截面尺寸 可使抗非预期过载的能力增大，从而使失效率显著下降，然而过分地加大， 将使产品笨重，不经济，往往也不允许。 (3) 耗损失效期，失效率是递增型。在t 1以后失效率上升较快，这是由于产品已经老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗损的原因所引起的，故称为耗损失效期。针对耗损失效的原因，应该注意检查、监控、预测耗损开始的时间，提前维修，使失效率仍不上升，如图13.1-8中虚线所示，以延长寿命不多。当然，修复若需花很大费用而延长寿命不多，则不如 报废更为经济。
机械设计复习资料全
一、填空题 1 2 3人的劳动，完成有用的。 4 5运动或运动的形式。 6 7 8、机器的传动部分是把原动部分的运动和功率传递给工作部分的中间环节。 9 器。 1、运动副是指能使两构件之间既保持直接接触。而又能产生一定形式相对运动的连接。 2、由于组成运动副中两构件之间的接触形式不同，运动副分为高副和低副。 3、运动副的两构件之间，接触形式有点接触，线接触和面接触三种。 4、两构件之间作面接触的运动副，叫低副。 5、两构件之间作点或线接触的运动副，叫高副。 6、回转副的两构件之间，在接触处只允许孔的轴心线作相对转动。 7、移动副的两构件之间，在接触处只允许按给定方向作相对移动。 8、带动其他构件运动的构件，叫原动件。 9、在原动件的带动下，作运动的构件，叫从动件。 10、低副的优点：制造和维修，单位面积压力，承载能力。 11、低副的缺点：由于是摩擦，摩擦损失比大，效率。 12、暖水瓶螺旋瓶盖的旋紧或旋开，是低副中的副在接触处的复合运动。 13、房门的开关运动，是副在接触处所允许的相对转动。 14、抽屉的拉出或推进运动，是副在接触处所允许的相对移动。 15、火车车轮在铁轨上的滚动，属于副。 1、平面连杆机构是由一些刚性构件用副和副相互联接而组成的机构。 2、平面连杆机构能实现一些较复杂的运动。 3、当平面四杆机构中的运动副都是副时，就称之为铰链四杆机构；它是其他多杆机构的。 4、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整周的叫曲柄。 5、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作的叫摇杆。 6、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是，另一个是，也可以两个都是或都是。 7、平面四杆机构有三种基本形式，即机构，机构和机构。 8、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和或其他两杆的长度之和；最短杆的相邻构件为，则最短杆为。 9、在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作____ 运动，即
(完整版)机械设计-连接部分习题答案
机械设计-连接部分测试题 一、填空： 1、按照联接类型不同，常用的不可拆卸联接类型分为焊接、铆接、粘接和过盈量大的配合。 2、按照螺纹牙型不同，常见的螺纹分为三角螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹等。 其中三角螺纹主要用于联接，梯形螺纹主要用于传动。 3、根据螺纹联接防松原理的不同，它可分为摩擦防松和机械防松。螺纹联接的防松， 其根本问题在于防止螺纹副转动。 4、对于螺纹联接，当两被联接件中其一较厚不能使用螺栓时，则应用双头螺柱联接或 螺钉联接，其中经常拆卸时选用双头螺柱联接。 5、普通螺栓联接中螺栓所受的力为轴向（拉）力，而铰制孔螺栓联接中螺栓所受的 力为轴向和剪切力。 6、在振动、冲击或变载荷作用下的螺栓联接，应采用防松装置，以保证联接的可靠。 7、在螺纹中，单线螺纹主要用于联接，其原因是自锁，多线螺纹用于传动，其原因是 效率高。 8、在螺纹联接中，被联接上应加工出凸台或沉头座，这主要是为了避免螺纹产生附加弯曲 应力。 楔键的工作面是上下面，而半圆键的工作面是（两）侧面。平键的工作面是（两）侧面。 9、花键联接由内花键和外花键组成。 10、根据采用的标准制度不同，螺纹分为米制和英制，我国除管螺纹外，一般都采用米制螺纹。圆柱普通螺纹的公称直径是指大径，强度计算多用螺纹的（）径。圆柱普通螺纹的牙型角为 60 度，管螺纹的牙型角为（）度。 二、判断： 1、销联接属可拆卸联接的一种。（√） 2、键联接用在轴和轴上支承零件相联接的场合。（√） 3、半圆键是平键中的一种。（×） 4、焊接是一种不可以拆卸的联接。（√） 5、铆接是一种可以拆卸的联接。（×） 一般联接多用细牙螺纹。（×） 6、圆柱普通螺纹的公称直径就是螺纹的最大直径。（√） 7、管螺纹是用于管件联接的一种螺纹。（√） 8、三角形螺纹主要用于传动。（×） 9、梯形螺纹主要用于联接。（×） 10、金属切削机床上丝杠的螺纹通常都是采用三角螺纹。（×） 11、双头螺柱联接适用于被联接件厚度不大的联接。（×） 12、平键联接可承受单方向轴向力。（×） 13、普通平键联接能够使轴上零件周向固定和轴向固定。（×） 14、键联接主要用来联接轴和轴上的传动零件，实现周向固定并传递转矩。（√） 15、紧键联接中键的两侧面是工作面。（×） 16、紧键联接定心较差。（√） 17、单圆头普通平键多用于轴的端部。（√） 18、半圆键联接，由于轴上的键槽较深，故对轴的强度削弱较大。（√） 19、键联接和花键联接是最常用的轴向固定方法。（×） 20、周向固定的目的是防止轴与轴上零件产生相对转动。（√）
《机械设计基础》第六版重点复习资料
《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。
机械设计公差部分
机械设计-公差部分 一、形位公差的基础知识 1、形位公差符号 2、形位公差代号 3、一般规定 4、形位公差带的定义 5、公差原则 二、具体零部件实例讲解
一、形位公差的基础知识 所谓形位公差是指形状公差和位置公差两种1、形位公差符号 （同心）
2、形位公差代号 形位公差代号包括： ①形位公差有关项目的符号（例：直线度—，平行度等） ②形位公差框格和指引线（分为两格或多格） ③最大实体状态 ④ 3、一般规定 ①要素、构成零件几何特的点、线、面 （1）理想要素：具有几何学意义的要素（如下图） （2）实际要素：零件上实际存在的要素 （3）被测要素：给出了形状或位置公差的要素 （4）基准要素：用来确定被测要素方向或位置的要素（5）单一要素：仅对其本身给出形状公差要求的要素
（6）关联要素：对其它要素有功能关系的要素 ②公差与公差带 （1）形状公差：单一实际要素的形状所允许的变动全量（2）位置公差：关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量 I）定向公差：关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量II）定位公差：关联实际要素对基准在位置上允许的变动全量III）跳动公差：关联实际要素绕基准轴线回转一周或连续回转时所允许的最大跳动量 ③形状和位置的公差带： 限制实际要素变动的区域 1）公差带的主要形式有下列十种： a)两平行直线 b)两等距曲线 c)两同心圆 d)一个圆 e)一个球 f)一个圆柱 g)一个四棱柱 h)两同轴圆柱 i)两平行平面 j)两等距曲面
4、形位公差带的定义 在给定方向上公差带是距离为公差值t的两平被测圆柱面的任一素线必须位于距离为公差值0.1的两平 如在公差值前加注Ф则公差带是直径为t 的圆柱面的区域被测圆柱面的轴线必须位于直径为公差值Ф0.05 面内
机械设计基础知识点总结
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 =
《机械设计基础》离线作业部分参考答案
绪论作业： 一、单项选择题： 1．以下四种机械零件中不是通用零件的是（） A．齿轮B．带轮C．蜗轮D．叶轮 二、填空题： 1．构件是机构中的运动单元体；零件是机器中的制造单元体。 2．机器的定义是：由零件组成的执行机械运动的装置。用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量、物料或信息 三、简答题： 1．机械一般由哪四部分组成？ 密封件、辅助密封件、压紧件、传动件 2．机械零件设计时有哪四个主要要求？ 功能要求、可靠性要求、经济性要求、操作方便和安全要求 3．机械、机器和机构三者有何区别和联系？ 1）他们都是若干人为实体的组合 2)各实体之间具有确定的相对运动 3）能用来代替人们的劳动去实现机械能与其他形式能量之间的转换或做有用的机械功。具备以上（1）（2）两个特征的成为机构。及其与机构的主要区别在于：机器具有运动和能量（而且总包含有机械能）的转换，而机构只有运动的变换。机器由机构组成，机构是机械的运动部分，机构又是有构建组成，构件时机械运动的基本单元体。 4．构件和零件有何区别和联系？ 零件:组成机器的基本单元称为零件 零件是一个产品最小的组成单元，而构件可以是某个产品的某个组成部分，构件可以是一个零件，也可以由多个零件组成。 第一章作业 三：2、何谓运动链？如何使运动链成为机构？ 构件通过运动服连接而成的系统成为运动链。 当运动链具备以下条件时就成为机构： 具有一个机架。 具有足够的给定运动规律的构件。这种构件成为主动件。 4 、在计算机构自由度时，什么是局部自由度？什么是复合铰链？什么是虚约束？ 局部自由度使之机构中某些构件具有的并不影响其他构件运动关系的自由度。由三个或三个以上构件同时在一处用转动副连接，称此结构为复合铰链。某些情况下，机构中有些运动副引入的约束与其他运动副引入的约束相重复，此时，这些运动副对构件的约束，形式上虽然存在而实际上并不起作用，一般把这类约束成为虚约束。 6 、写出平面机构自由度计算公式，并说明式中各符号的意义 F=3n-2P5-P4；n为自由度不为零的运动构件个数；P4高副个数；P5为低副个数。 四：1．计算图1-1所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明）F=3n-2P5-P4=3X5-2X6-1=2 有复合铰链和虚约束 3、计算图1-3所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明）F=3n-2P5-P4=3X6-2X7-3=1 有复合铰链和虚约束 4、求图1-4所示实现直线轨迹机构的自由度（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加
机械设计基础总复习
《机械设计基础》试题库 一、填空题： 1、两个构件接触而组成的可动的联接，称为＿＿＿＿＿＿；两构件上能够直接接触而构成的表面称为＿＿＿＿＿＿＿＿。 2、由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿的基本杆组称为Ⅱ级组，而由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿所组成，而且都有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的构件的基本杆组，称为Ⅲ级组。 3、转动副中的总反力的方位，可根据如下三点来确定＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 4、飞轮实际上是一个＿＿＿＿＿＿＿＿＿。它可以用＿＿＿＿＿＿＿＿＿的形式，把能量＿＿＿＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 5、对于齿面硬度大于HRC45(或相当于424HBS)的齿轮,可采用以下热处理方式＿＿＿＿＿＿＿＿＿。其加工方式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 6、两个构件接触而组成的可动的联接，称为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；两构件上能够直接接触而构成的表面称为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 7、运动副根据其所引入的约束的数目进行分类，如：引入两个约束的运动副，称为＿＿＿＿级副。根据构件运动副的接触情况进行分类，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿称为高副，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿则称为低副。 8、转动副中的总反力的方位，可根据如下三点来确定＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 9、在机械稳定运转阶段，有以下三种稳定运转情况＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。而在＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿情况下，不需要进行速度调节。 10、为了不使斜齿轮传动产生过大的轴向推力，设计时，一般取螺旋角β=＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。对于人字齿轮，螺旋角β可
机械设计习题答案解析
绪论 1、机器的基本组成要素就是什么？ 【答】 机械系统总就是由一些机构组成,每个机构又就是由许多零件组成。所以,机器的基本组成要素就就是机械零件。 2、什么就是通用零件？什么就是专用零件？试各举三个实例。 【答】 在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。 在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。 3、在机械零件设计过程中,如何把握零件与机器的关系？ 【答】 在相互连接方面,机器与零件有着相互制约的关系; 在相对运动方面,机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求; 在机器的性能方面,机器的整体性能依赖于各个零件的性能,而每个零件的设计或选择又与机器整机的性能要求分不开。 机械设计总论 1、机器由哪三个基本组成部分组成？传动装置的作用就是什么？ 【答】 机器的三个基本组成部分就是:原动机部分、执行部分与传动部分。 传动装置的作用:介于机器的原动机与执行部分之间,改变原动机提供的运动与动力参数,以满足执行部分的要求。 2、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？ 【答】 机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。 机械零件的主要失效形式有 1)整体断裂; 2)过大的残余变形(塑性变形); 3)零件的表面破坏,主要就是腐蚀、磨损与接触疲劳; 4)破坏正常工作条件引起的失效:有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作,如果破 坏了这些必要的条件,则将发生不同类型的失效,如带传动的打滑,高速转子由于共振而引起
断裂,滑动轴承由于过热而引起的胶合等。 3、什么就是机械零件的设计准则？机械零件的主要设计准则有哪些？ 【答】 机械零件的设计准则就是指机械零件设计计算时应遵循的原则。 机械零件的主要设计准则有:强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则 4、绘出浴盆曲线并简述其含义？ 【答】 浴盆曲线就是失效率曲线的形象化称呼, 表示了零件或部件的失效率与时间的关系,一 般用实验方法求得。 浴盆曲线分为三段:第Ⅰ段代表早期失效 阶段,失效率由开始时很高的数值急剧地下降 到某一稳定的数值;第Ⅱ段代表正常使用阶 段,失效率数值缓慢增长;第Ⅲ段代表损坏阶 段,失效率数值由稳定的数值逐渐急剧上升。 5、设计机械零件时应满足哪些基本要求？ 【答】 机械零件的基本设计要求有:避免在预定寿命期内失效的要求;结构工艺性要求;经济性要求;质量小要求;可靠性要求。 6、简述机械零件的一般设计步骤？ 【答】 机械零件的一般设计步骤就是: (1)选择零件的类型与结构; (2)计算作用载荷; (3)选择材料; (4)确定基本尺寸; (5)结构设计; (6)校核计算; (7)绘图与编写技术文件。