机械设计基础课程作业
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郑州大学现代远程教育《机械设计基础》课程作业
（一）.选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将正确答案的号码填在题干的括号内，每小题1分，共20分）
1．在平面机构中，每增加一个低副将引入（ C ）。
A ．0个约束
B ．1个约束
C ．2个约束
D ．3个约束
2.铰链四杆机构ABCD 中，AB 为曲柄，CD 为摇杆，BC 为连杆。若杆长l AB =30mm,l BC =70mm ，l CD =80mm ，则机架最大杆长为（ C ）
A.80mm
B.100mm
C.120mm
D.150mm
3．在凸轮机构中，当从动件以 运动规律运动时，存在刚性冲击。 （ A ）
A ．等速
B ．摆线
C ．等加速等减速
D ．简谐
4.棘轮机构中采用了止回棘爪主要是为了( A )
A.防止棘轮反转
B.对棘轮进行双向定位
C.保证棘轮每次转过相同的角度
D.驱动棘轮转动
5．在标准直齿轮传动中，硬齿面齿轮应按 设计。 （ B ）
A ．齿面接触疲劳强度
B ．齿根弯曲疲劳强度
C ．齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度
D ．热平衡
6．在一对标准直齿轮传动中，大、小齿轮的材料及热处理方式相同时，小齿轮的齿面接触应力1H σ和大齿轮的齿面接触应力2H σ的关系为 。 （ C ）
A ．1H σ>2H σ
B ．1H σ<2H σ
C ．1H σ=2H σ
D ．不确定
7．提高蜗杆传动效率的措施是 。 （ D ）
A ．增加蜗杆长度
B ．增大模数
C ．使用循环冷却系统
D ．增大蜗杆螺旋升角
8.在传动中，各齿轮轴线位置固定不动的轮系称为( B )
A.周转轮系
B.定轴轮系
C.行星轮系
D.混合轮系
9、带传动采用张紧轮的目的是 _______ 。（ D ）
A.减轻带的弹性滑动
B.提高带的寿命
C.改变带的运动方向
D.调节带的拉力
10、链传动设计中，当载荷大，中心距小，传动比大时，宜选用_____。（ B ）
A 大节距单排链
B 小节距多排链
C 小节距单排链
D 大节距多排链
11、平键联接选取键的公称尺寸b × h的依据是_____。（ D ）
A.轮毂长
B.键长
C.传递的转矩大小
D.轴段的直径
12、齿轮减速器的箱体和箱盖用螺纹联接，箱体被联接处的厚度不太大，且经常拆装，一般用什么联接？（ A ）
A.螺栓联接
B.螺钉联接
C. 双头螺柱联接
13、对轴进行强度校核时，应选定危险截面，通常危险界面为？（ C ）
A．受集中载荷最大的截面 B．截面积最小的截面 C．受载大，截面小，应力集中的截面
14、按扭转强度估算转轴轴颈时，求出的直径指哪段轴颈？（ B ）
A．装轴承处的轴颈 B．轴的最小直径 C．轴上危险截面处的直径
15、在正常条件下，滚动轴承的主要失效形式是______。（ A ）
A.工作表面疲劳点蚀
B.滚动体破裂
C.滚道磨损
16、不属于非接触式密封。（ D ）
A .间隙密封 B.曲路密封
C.挡油环密封
D.毛毡圈密封
17、要求密封处的密封元件既适用于油润滑，也可以用于脂润滑，应采用_____密封方式。（ B ）
A.毡圈密封
B. 唇形密封圈密封
C.挡油环密封
18、对于径向位移较大，转速较低，无冲击的两轴间宜选用_____联轴器。（ C ）
A.弹性套柱销
B.万向
C.滑块
D.径向簧片
19、联轴器和离合器的主要作用是。（ A ）
A.联接两轴，使其一同旋转并传递转矩
B.补偿两轴的综合位移
C.防止机器发生过载
D.缓和冲击和振动
20、设计时，圆柱螺旋压缩弹簧的工作圈数（有效圈数）应按照＿＿计算确定。（ A ）
A.变形条件（刚度条件）
B.强度条件
C.应力条件
D.稳定性条件
（二）.判断题（在正确的试题后面打√，错误的试题后面打×。每题1 分，共15 分）
1.转动副限制了构件的转动自由度。（×）
2.平面四杆机构的传动角等于90°时，则机构处于死点位置。（√）
3.凸轮机构工作中，从动件的运动规律和凸轮转向无关。（√）
4．一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是基圆齿距相等（√）
5．渐开线上齿廓各点的压力角均相等。（×）
6.将行星轮系转化为定轴轮系后，其各构件间的相对运动关系发生了变化。（×）
7、为了保证V带传动具有一定的传动能力，小带轮的包角通常要求小于或等于120o （×）
8、链传动属于啮合传动，所以它能用于要求瞬时传动比恒定的场合。（×）
9、由于花键联接较平键联接的承载能力高，因此花键联接主要用于载荷较大的场合。（√）
10、对于受轴向载荷的紧螺栓联接，总工作载荷=预紧力+工作载荷。（×）
11、一般机械中的轴多采用阶梯轴，以便于零件的装拆、定位。（√）
12、一批在同样载荷和同样工作条件下运转的同型号滚动轴承，其寿命相同。（×）
13、边界摩擦是指接触表面吸附着一层很薄的边界膜的摩擦现象，接触情况介于干摩擦与流体摩擦两种状态之间。（√）
14、对于多盘摩擦式离合器，当压紧力和摩擦片直径一定时，摩擦片越多，传递转矩的能力越大。（√）
15、非周期性速度波动可用加飞轮的方法调节。（×）
（三）.计算分析题（共35分）
1．（7分）计算图示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度、虚约束必须指出。
解：局部自由度D处，E与F、G处有一个约束，
F=3*3-3*2-2=1
2.（10分） 图示为一曲柄滑块机构，要求：
（1） 在图中标出压力角α、传动角γ；
（2） 分析说明对心曲柄滑块机构是否具有急回运动；
（3） 以哪个构件为原动件会出现死点位置？绘图说明死点位置。
解：对心曲柄滑块机构无急回运动，因为该机构极位夹角a=0
根据公式k=180+a/180-a 得行程速比系数为1，则证明该机构无急回特性，所以不会
产生急回运动。
3．（8分）一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，正常齿制，小齿轮mm d a 1041=，
241=z ；大齿轮mm d a 2322=，试求：（1）齿轮模数m 和大齿轮齿数z 2；（2）传动
比12i ；（3）标准中心距。
解：(1)104)224()2z 11=+=+=
m d a （，m=104/26=4 232)2(22=+=m d z a z 2 =232/4-2=56
(2)12i = z 2/1z =56/24=2.33
(3)α=104+232/2=168mm
4．（10分）设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图，试问：(1)低速级斜齿轮的螺旋
线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相同?(2)画出中间轴上两齿轮的圆
周力F t2、F t3和轴向力F a2、F a3方向。
解：1、由于中间轴两齿轮分别为主动轮和从动轮，且旋转方向相
同，因此使轴向力方向相反，必须使齿轮3的螺旋方向与齿轮2的
相同。齿轮2为左旋，故齿轮3必须左旋，齿轮4右旋。
2、使中间轴上轮2和轮3的轴向互相完全抵消，需要满足F a2=F a3
F t2=F t3tan β2， F t3=F t3tan β3
因齿轮2和齿轮3传递的转矩相同， T= F t2d2/2= F t3 d 1/2 且
（四）课程设计题（30分）
1、绘制一级直齿圆柱齿轮减速器装配图、齿轮轴零件图；
2、书写设计计算说明书。
一级圆柱齿轮减速器设计说明书
目录
一、课程设计的目的 (1)
二、课程设计的内容和任务 (2)
三、课程设计的步骤 (2)
四、电动机的选择 (3)
五、传动零件的设计计算 (5)
（1）带传动的设计计算 (5)
（2）齿轮传动的设计计算 (7)
六、轴的计算 (9)
七、轴承的校核 (13)
八、联轴器的校核 (13)
九、键联接的选择与计算 (14)
十、减速器箱体的主要结构尺寸 (14)
十一、润滑方式的选择 (14)
十二、技术要求·································
(15)
十三、参考资料 (16)
十四、致谢 (17)
一、课程设计的目的：
机械设计基础课程设计是机械设计基础课程的重要实践性环节，是学生在校期间第一次较全面的设计能力训练，在实践学生总体培养目标中占有重要地位。
本课程设计的教学目的是：
1、综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，从而使这些知识得到进一步巩固和扩张。
2、学习和掌握设计机械传动和简单机械的基本方法与步骤，培养学生工程能力及分析问题、解决问题的能力。
3、提高学生在计算、制图、计算机绘图、运用设计资料、进行经验估算等机械设计方面的基本技能。
二、课程设计的内容和任务：
1、课程设计的内容应包括传动装置全部设计计算和结构设计，具体如下：
1）阅读设计任务书，分析传动装置的设计方案。
2）选择电动机，计算传动装置的运动参数和运动参数。
3）进行传动零件的设计计算。
4）减速器装配草图的设计。
5）计算机绘制减速器装配图及零件图。
2、课程设计的主要任务：
1）设计减速器装配草图1张。
2）计算机绘制减速器装配图1张、零件图2张（齿轮、轴等）
3）答辩。
三、课程设计的步骤：
1、设计准备
准备好设计资料、手册、图册、绘图用具、计算用具、坐标纸等。阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟订计划。
2、传动装置的总体设计
根据任务书中所给的参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率。
3、传动装置的总体方案分析
传动装置的设计方案直观地反应了工作机、传动装置和原动机三者间的
动和力的传递关系。满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案首先应满足工作机的性能要求，保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
四、电动机的选择
电动机已经标准化、系列化。应按照工作机的要求，根据选择的传动方案选择电动机的类型、容量和转速，并在产品目录总共查出其型号和尺寸。
选择电动机类型、型号、结构等，确定额定功率、满载转速、结构尺寸等。1、选择电动机类型
电动机有交流和直流电动机之分，一般工厂都采用三相交流电，因而多采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型电动机应用最多/目前应用最广的是Y 系列自扇冷式笼型三相异步电动机，其结构简单、起动性能好、工作可靠、价格低廉，维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合，如运输机、机床、风机、农机、轻工机械等。在经常需要起动、制动和正、反转的场合（如起重机），则要求电动机转动惯量小、过载能力大，应选用起重及冶金用三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR型（绕线型）。
按已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。
2、电动机功率的选择
1）工作机所需的电动机输出功率为
P d =P w/η=Fv/1000ηwη
已知滚筒直径D=450mm，滚筒圆周力 F =2.2KN，输送带速度
V=1.6m/s，由表查联轴器，圆柱齿轮传动减速器：传动带传动效率0.96，圆
柱齿轮传动的轴承传动效率0.99，齿轮传动传动效率0.97，弹性联轴器传动
效率0.99，卷筒轴的轴承传动效率0.98，卷筒传动效率0.96。
ηw·η =0.96·（0.99·0.99）·0.97·0.99·0.98·0.96=0.85
P d=2200 x 1.6/1000 x 0.85=4.14 kw
2）确定电动机转速
卷筒轴的工作转速为
n w=60 x 1000v/3.14D=60 x 1000 x 1.6/3.14 x 450=67.94r/min
取V带传动比i1'=2~4 , 单极齿轮传动比i'2=3~5 ，w则总传动比范围i'=6~20
故电动机转速范围为：n'd= i'·n w =(60~20) x 67.94=408~1359r/min 经查表得有两种适用的电动机型号
综合考虑电动机和装动装置尺寸，重量以及减速器的传动比，其中1号电动机
总传动比比较适用，传动装置结构较紧凑。所选电动机额定功率P ed=5KW,满
载转速n m=720r/min
3、计算总传动比和分配传动比
由选定电动机的满载转速n m和工作机主动轴的转速n w，可得传动装置的总传动比为
i = n m/ n w =720/67.94 =10.60
传动装置的实际传动比要由选定的齿轮齿数或带轮基准直径准确计算，因而很可能与设定的传动比之间有误差。一般允许工作机实际转速，与设定转速之间的相对误差为±（3~5）%
对于多级传动i为
i =i1·i2·i3·```````````·i n
计算出总传动比后，应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减小动载荷，降低精度.
分配各级传动装置传动比：
4、计算传动装置的运动和动力参数
为了进行传动件的设计计算，应首先推算各轴的转速。功率和转矩。
则各轴的转速为
1)、各轴转速
nⅠ=n m / i1=720/3=240r/min
nⅡ= nⅠ/ i2=240/3.5=68.6/min
n卷= nⅡ=68.6r/min
2)、各轴的输入功率
PⅠ =p d·η1=4.14 x 0.96=3.971kw
PⅡ = PⅠ·η12= 3.97x0.99x0.97 =3.80 kw
P卷= PⅡ·η23 = 3.80x0.99x0.99=2.4 kw
3）各轴的输入转矩
T d =9550·4.14/720=54.9N·m
TⅠ= T d·i1·η1=54.9x3x0.96 =158N·m
TⅡ= TⅠ·i2·η23=158x 4x 0.99x 0.97 =531 N·m T卷=TⅡ·i3·η4·η
2=531x1x0.99 x0.99 =520N·m
参数轴名电动机轴一轴二轴卷筒轴转速n
720 240 68.6 68.6 （r/min）
输入功率P(kw) 4.14 3.97 3.80 3.74
54.9 158 531 520 输入转矩
T(N.m)
传动比i 3 3.5 1 效率η0.96 0.96 0.98 Array
五、传动零件的设计计算
（1）带传动的设计计算
1、计算功率P c P c=K A P=1.2 x 5.5=6.6kw
2、选带型
n=720r/min ,由表10-12选取A型带据P c=6.6kw ，
3、带轮基准直径带轮直径较小时结构紧凑，弯矩应力不大，且基准直径
较小时，单根V带所能传递的基本额定功率也较小，从而造成带的根数
增多，因此一般取d d1 d d1=140mm d d2=425 mm 4、验算带速当传递功率一定时，带速过低，则需要很大的圆周力，带的 数要增多，而带速过高则使离心力增大，减小了带与带轮间的压力，容 易打滑。所以带传动需要验算带速，将带速控制在5m/s 则可调整小带轮的基准直径d d1，为充分发挥V带的传动能力，应使带速V=20m/s为最佳，带速V=3.14n d d1/60x1000=5.3m/s 5、验算带长 一般中心距a0取值范围：0.7（d d1+ d d2) <= a0 <=2(d d1+ d d2) 395.5<= a0 <=1130 初定中心距a0 =500mm L d0=2 a0+3.14(d d1+ d d2)/2+( d d2+ d d1)2/4 a0 =2 x500+3.14x(140+425)/2+(425-140)2/4x500 =1927.66mm 由表10-2选取相近的L d=2000mm 6.确定中心距 中心距取大些有利于增大包角，但中心距过大会造成结构不紧凑，在载荷变化或高速运转时，将会引起带的抖动，从而降低了带传动的工作能力，若中心距过小则带短，应力循环次数增多，使带易发生疲劳破坏，同时还使小带轮包角减小，也降低了带传动的工作能力，确定中心距 a=a0+（L d1–L d2）/2=536 mm a min=a-0.015L d=506mm a max=a+0.03L d=596mm 7、验算小带轮包角要求a1>120。若a1过小可以加大中心距，改变传动比或增设张紧轮，a1可由下式计算 a1=180。-[57.3 x (d d2- d d1 )/ a ] =149。 a1>120。故符合要求 8、单根V带传动的额定功率根据d d1和n查图10-11得：P1=1.4kw 9、单根V带额定功率增量根据带型及i查表10-5得：ΔP1=0.09kw 10、确定带的根数为了保证带传动不打滑，并具有一定的疲劳强度，必须保证每根V带所传递的功率不超过它所能传递的额定功率有 查表得 10-6:K a=0.917 查表得 10-7: K l=1.03 Z=P c/[(P1+ΔP) K a K l ] =4.68 所以取Z =5 11、单根V带初拉力查表10-1得q =0 . 10kg/m F0 =500[(2 .5/ K a) -1]( Pc /zv)+qv2 =218N 12、作用在轴上的力为了进行轴和轴承的计算，必须求出V带对轴的压力F Q F Q =2Z F0 SIN（a1 /2）=2100.7N 13、注意事项 ※检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系，带轮直径与电动机的中心高应相称，带轮轴孔的直径，长度应与电动机的轴直径长度对应，大带轮的外圆半径不能过大，否则回与机器底座相互干涉等。 ※带轮的结构形式主要取决于带轮直径的大小，带轮直径确定后应验算实际传动比和带轮的转速。 （2）齿轮传动的设计计算 已知i=3.5n1=240 r/min 传动功率p=3.97 两班制，工作期限10年，单向传动载荷平稳 1、选材料与热处理。所设计的齿轮属于闭式传动,通常才用软齿面的钢制齿轮,小齿轮为45号钢,调质处理，硬度为260HBW，大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215HBS，硬度差为45HBS较合适。 2、选择精度等级，输送机是一般机械，速度不高，故选择8级精度。 3、按齿面接触疲劳强度设计。 本传动为闭式传动，软齿面，因此主要失效形式为疲劳点蚀，应根据齿面接触疲劳强度设计，根据式(6-41) d1> (671/［σH］)2kT1(i+1)/ 1)载荷因数K. 圆周速度不大,精度不高,齿轮关于轴承对称布置,按表6-9取K =1.2. 2)转矩T T=9.55X106X P/n1=9.55x106X 3.97/240=160000N·mm 3)弯曲后减切应力［σH］ 据式(6-42) σH］ =σHmin/S Hmin·z N 由图6-36查得. σHlim1 =610Mpa, H lim2 =500Mpa 接触疲劳寿命系数Z N按一年300工作日，两班制工作每天16小时，由 公式N=60njth算得 N1 =60 X 240 X 10X 300X16 =0.69X109 N2 = N1/i =0.69X109/3.5=0.19 X109 查图6-37中曲线： Z N1 =1.02 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 。 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。 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 合肥学院 Hefei University 论文题目关于机械设计基础课程的学习体会课程名称机械设计基础 指导教师韩成良 系别/班级化工系粉体材料科学与工程（2）班 姓名（学号）周桃磊 1403012003 关于机械设计基础课程的学习体会 作者：周桃磊 合肥学院，化工系，安徽，合肥，230601 摘要：机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。 机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。 关键词：机械设计机械工程粉体工程 正文 一：机械设计基础课程学习状况 1.学习意义：机械设计基础课程是粉体材料科学与工程专业的一门重要的专业课，它的任务是使我们掌握常用机构和通用零件的基本理论和基本知识，初步具有这方面的分析、应用、设计能力，并通过必要的基本技能训练，培养我们正确的设计思想和严谨的工作作风，为培养高素质技能型人才奠定基础。 机械设计基础课程是一门用以培养学生机械设计能力的技术基础课，本课程主要研究内容： 1、阐述常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。 2、阐述常用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。 3、介绍机械系统的设计思路和设计方法。 2.学习方法：（1）学会综合运用知识本课程是一门综合性课程，综合运用本课程和其他课程所学知识解决机械设计问题是本课程的教学目标，也是设计能力的重要标志。 （2）学会知识技能的实际应用本课程又是一门能够应用于工程实际的设计性课程，除完成教学大纲安排的实验、实训、设计训练外，还应注意设计公式的应用条件，公式中系数的选择范围，设计结果的处理，特别是结构设计和工艺性问题。 （3）学会总结归纳本课程的研究对象多，内容繁杂，所以必须对每一个研究对象的基本知识、基本原理、基本设计思路方法进行归纳总结，并与其他研究对象进行比较，掌握其共性与个性，只有这样才能有效提高分析和解决设计问题的能力。 （4）学会创新学习机械设计不仅在于继承，更重要的是应用创新，机械科学产生与发展的历程，就是不断创新的历程。只有学会创新，才能把知识变成分析问题与解决问题的能力。 二：机械设计基础课程内容更新 机械设计基础是高等学校机械类各专业的一门主干技术课，是一门综合性的专业技术基础课。由于它包括的内容广而散，纵横关系复杂，几乎每一章都包括工作原理、类型特点、机构设计或结构设计、参数选择等内容，涉及机械制图、理论力学、材料力学、金属工艺学等多门课程，该课程包含的内容广，主要表现在关系多、门类多、公式多、图形多和表格多等现象。该门课程与工程实际联系紧密，要学 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。 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 平面机构的自由度和速度分析 题1-1 在图示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。 题1—2 图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A 转动时，构件2绕活动中心C 摆动，同时带动刀架3上下移动。B 点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。 题1—3 计算题1－3图a ）与 图b ）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）。 A B C 1 2 3 4 a) 曲柄摇块机构 A B C 1 2 3 4 b) 摆动导杆机构 题解1－1 图 题1－3图a）题1－3图b） 题1—4计算题1—4图a、图b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），并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。 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 题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。 第二章 连杆机构 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。 题2-2 如图所示的曲柄滑块机构： （1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作 行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由； （2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ，最小传动角g min ； （3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置 。 题2-3 图示为偏置曲柄滑块机构，当以曲柄为原动件时，在图中标出传动角的位置， 并给出机构传动角的表达式，分析机构的各参数对最小传动角的影响。 A C D 题2-1图 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 南京工业大学 机械设计基础课程设计计算说明书 设计题目 系（院） 班级 设计者 指导教师 年月日 目录 1：课程设计任务书。。。。。。。。。。。。。。。。。1 2：课程设计方案选择。。。。。。。。。。。。。。。。2 3：电动机的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 4：计算总传动比和分配各级传动比。。。。。。。。。。4 5:计算传动装置的运动和动力参数。。。。。。。。。。。5 6：减速器传动零件的设计与计算 （1）V带的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。8 （2）齿轮的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。13 （3）轴的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。。17 7：键的选择与校核。。。。。。。。。。。。。。。。。26 8：联轴器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。28 9：润滑和密封。。。。。。。。。。。。。。。。。。。29 10：铸铁减速器箱体主要结构设计。。。。。。。。。。。30 11：感想与参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。32 一、设计任务书 ①设计条件 设计带式输送机的传动系统，采用带传动和一级圆柱出论减速器 ②原始数据 输送带有效拉力F＝5000N 输送带工作速度V＝1.7m/s 输送带滚筒直径d＝450mm ③工作条件 两班制工作，空载起动载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为380/220V。 ④使用期限及检修间隔 工作期限：8年，大修期限：4年。 二．传功方案的选择 带式输送机传动系统方案如图所示：（画方案图） 带式输送机由电动机驱动。电动机1将动力传到带传动2，再由带传动传入一级减速器3，再经联轴器4将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。传动系统中采用带传动及一级圆柱齿轮减速器，采用直齿圆柱齿轮传动。 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 绘制其机构运动简图（图b）。 l 图 b） 2）分析其是否能实现设计意图。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF GAGGAGAGGAFFFFAFAF 由图b 可知，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F 故：00)0142(33)2(3=--+?-?='-'-+-=F p p p n F h l 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）。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 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：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F 解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F 3、计算图示平面机构的自由度。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 解：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F 机械设计基础课程形成性考核作业（一） 第1章静力分析基础 1．取分离体画受力图时，__CEF__力的指向可以假定，__ABDG__力的指向不能假定。 A．光滑面约束力B．柔体约束力C．铰链约束力D．活动铰链反力E．固定端约束力F．固定端约束力偶矩G．正压力 2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在__B__的方向上，使投影方程简便；矩心应选在_FG_点上，使力矩方程简便。 A．与已知力垂直B．与未知力垂直C．与未知力平行D．任意 E．已知力作用点F．未知力作用点G．两未知力交点H．任意点 3．画出图示各结构中AB构件的受力图。 4．如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接，已知主动力F＝40kN,AB＝BC＝2m,α＝30?.求两吊杆的受力的大小。 ∑=0 Fx 又因为AB=BC α α 答：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动 2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？ 答：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副称为低副。 3．计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。 （1）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （2）n ＝5，P L ＝7，P H ＝0 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =7253?-? 1= 1= C 处为复合铰链 （3）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （4）n ＝7，P L ＝9，P H ＝1 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =19273-?-? 1= 2= E 、E ’有一处为虚约束 F 为局部自由度 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： 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。 第2章 习题 2-5 计算题2-5图所示各机构的自由度。并指出图中的复合铰、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 或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, 第3章 习 题 3-3 题3-3图所示铰链四杆机构中，已知 BC=100mm ， CD=70mm ， 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AB 的最大值； （2）若此机构为双曲柄机构，求AB 最小值； （3）若此机构为双摇杆机构，求AB 的取值范围。 解：（1）根据题意：AB 为最短杆，且满足杆长之和条件，即： AB+ BC ≤CD+ AD ，得：AB ≤30mm ，AB 杆最大值为30 mm 。 （2）若此机构为双曲柄机构，那么AD 一定为最短杆，即： AD+ BC ≤CD+ AB ，得：AB ≥90mm ，AB 杆最小值为90 mm 。 （3）若此机构为双摇杆机构，则可判定该机构不满足杆长之和条件， 分三种情况讨论: 其一：AB 是最短杆，则有：AB+ BC ＞CD+ AD ， 得：60＞AB ＞30； 其二：AB 不是最短杆也不是最长杆，则AD 为最短杆，有：AD+ BC ＞AB+ CD ， 得：90＞AB ＞60； 其三：AB 是最长杆，则有:AD+ AB ＞BC+ CD ，得：AB ＞110， 又为了满足该机构能成为一个四杆机构，需保证：AB ＜BC+ CD+ AD=230， 即230＞AB ＞110。 综上所述，AB 的取值范围为：AB ∈(30,90)∪(110,230)。 3-4 题3-4图所示四杆机构简图中，各杆长度为a =30 mm ，b =60 mm ，c =75 mm ，d =80 mm ，试求机构的最大传动角和最小传动角、最大压力角和最小压力角、行程速比系数。（用图解法求解） D 题3-3图 郑州大学现代远程教育《机械设计基础》课程考核 要求 说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为WORD格式的文档，登陆学习平台提交，并检查和确认提交成功。 一．作业要求 1.作业题中涉及到的公式、符号以教材为主； 2.课程设计题按照课堂上讲的“课程设计任务与要求”完成。设计 计算说明书不少于20页。 二．作业内容 （一）.选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将正确答案的号码填在题干的括号内，每小题1分，共20分） 1.由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为。 ( B ) A.1 B.m-1 C.m D.m+l 2．在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆之和大于其它两杆长度之和，则以为机架，可以得到双曲柄机构。（ B ） A．最短杆 B．最短杆相对杆 C．最短杆相邻杆 D．任意杆 3.一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为。（ B ） A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D.导杆机构 4．在圆柱凸轮机构设计中，从动件应采用从动件。（ D ） A．尖顶 B．滚子 C．平底 D．任意 5．能满足超越要求的机构是。（ D ）A．外啮合棘轮机构 B．内啮合棘轮机构 C．外啮合槽轮机构 D．内啮合槽轮机构 6．在一对标准直齿轮传动中，大、小齿轮的材料及热处理方式相同，载荷、工作条件和传动比确定后，影响齿轮接触疲劳强度的主要因素是。（ D ） A．中心距 B．齿数 C．模数 D．压力角 7．在标准直齿轮传动中，硬齿面齿轮应按设计。（ C ） A．齿面接触疲劳强度 B．齿根弯曲疲劳强度 C．齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度 D．热平衡 8．蜗杆传动验算热平衡的目的是为了防止。（ C ） A．胶合破坏 B．蜗杆磨损 C．点蚀破坏 D．蜗杆刚度不足 9．提高蜗杆传动效率的措施是。（ D ） A．增加蜗杆长度 B．增大模数 C．使用循环冷却系统 D．增大蜗杆螺旋升角 10、V带比平带传动能力大的主要原因是 _______ 。（ C ） A.V带的强度高 B.没有接头 C.产生的摩擦力大 11、带传动的中心距过大将会引起不良后果。（ A ） A.带会产生抖动 B.带容易磨损 C.带容易产生疲劳破坏 12、滚子链传动中，应尽量避免采用过渡链节的主要原因是_____。（ C ） A 制造困难 B 价格高 C 链板受附加弯曲应力 13、普通平键联接的主要失效形式是。（ B ） A.工作面疲劳点蚀 B.工作面挤压破坏 C.压缩破裂 14、只承受弯矩而不承受扭矩的轴。（ A ） A．心轴 B．传动轴 C．转轴 15、滚动轴承的直径系列，表达了不同直径系列的轴承，区别在于______。（ B ） A.外径相同而内径不同 B.内径相同而外径不同 C.内外径均相同，滚动体大小不同 16、重载、高速、精密程度要求高的机械设备应采用______润滑方式。（ C ） A.油环润滑 B. 飞溅润滑 C.压力润滑 17、下列4种类型的联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及缓和冲击、吸收振动的是。（ A ） A.凸缘联轴器 B.齿式联轴器 C.万向联轴器 D.弹性柱销联轴器 18、其他条件相同时，旋绕比C若选择过小会有_____缺点。（ C ） A.弹簧易产生失稳现象 B.簧丝长度和重量过大 C.卷绕弹簧困难 19、造成回转件不平衡的原因是_____。（ B ） A. 回转件转速过高 B. 回转件质心偏离其回转轴线 机械设计基础习题参考答案 机械设计基础课程组编 武汉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。 机械设计基础习题库 第一章机械设计概述 第二章摩擦、磨损及润滑概述第三章平面机构的结构分析第四章平面连杆机构 第五章凸轮机构和间歇运动机构 第六章螺纹联接和螺旋传动键、花键、销联接第七章轴 第八章带传动第九章链传动第十章齿轮传动第十一章蜗杆传动第十二章轮系 第十三章轴毂连接第十四章轴承 第十五章联轴器和离合器 第一章机械设计概述 一、分析与思考题 1-1 什么是通用零件什么是专用零件试各举三个实例。 1-2 机械设计课程研究的内容是什么 1-3 设计机器时应满足哪些基本要求设计机械零件时应满足哪些基本要求 1-4 机械零件主要有哪些失效形式常用的计算准则主要有哪些 1-5 什么是零件的强度要求强度条件是如何表示的如何提高零件的强度 1-6 什么是零件的刚度要求刚度条件是如何表示的提 高零件刚度的措施有哪些 1-7 机械零件设计中选择材料的原则是什么 1-8 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450， 65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。 1-9 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别 第二章摩擦、磨损及润滑基础 一、分析与思考题 2-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种 2-2 什么是边界膜边界膜的形成机理是什么如何提高边界膜的强度 2-3 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段每个阶段的特征是什么 2-4 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型它们各有什么主要特点 2-5 粘度的表示方法通常有哪几种各种粘度的单位和换算关系是什么 2-6 润滑油的主要性能指标有哪些润滑脂的主要性能指标有哪些 2-7 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同流体静力润滑的主要优缺点是什么 第三章平面机构的结构分析 一、分析与思考题 A卷 一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同与其相互关系 答. 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. 简述“机械运动”的基本含义 答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？ 答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 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？答. 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。 5. 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？ 答. 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。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？ 答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。7. 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minγ发生在什么位置？ 答. 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γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 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？ 答. 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。 9. 渐开线齿廓啮合有哪些主要特点？ 答. 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 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 。机械设计基础 作业
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