机械设计基础小结

机械设计基础小结（共9篇）

1.机械设计基础小结 篇一

工序：一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个上件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。

安装：（在同一工序中，工件在工作位置可能只装夹一次，也可能要装夹多次。）安装就是工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。

工位：（在同一工序中，有时为了减少多次装夹带来的误差及时间损失，往往采用转位工作台或转位夹具。）工位是在工件的一次装夹中，工件相对于机床(或刀具)每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程。

工步：工步是在加工表面、切削刀具和切削用量(指机床主轴转速和进给量)都不变的情况下所完成的耶一部分工艺过程。

复合工步：几把刀具同时加工几个表面。

走刀：在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切，每切削一次，就称为一次走刀。

根据加工零件的年生产纲领和零件本身的特性(轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等)，可以将零件的生产类型划分为单件生产、成批生产、大量生产三种生产类型。

基准：用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面。

基准可分为设计基准和工艺基准

设计基准：设计图样上标注设计尺寸所依据的基准。

工艺基准：工艺过程中所使用的基准。

按其用途分为：工序基准、定位基准、测量基准和装配基准；

工件的六点定位原理：是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使

工件在空间得到确定定位的方法。

完全定位：工件的六个自由度完全被限制的定位。

不完全定位：按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位。

欠定位：按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位。欠定位时绝对不允许的。

过定位：工件的同一自由度被重复定位。应尽量避免出现过定位。

P14，P17，P22，P163公式，P230，切削用量三要素：切削速度Vc，进给量f，背吃刀量ap

外圆车刀的切削部分由以下六个基本结构要素构造：

前刀面，主后刀面，副后刀面，主切削刃，副切削刃，刀尖

组成刀具标注角度参考系的各参考平面定义如下： 基面pr，切削平面ps，正交平面po

刀具材料的性能要求：

1）较高的硬度和耐磨性

2）足够的强度和韧性

3）较高的耐热性

4）良好的导热性和耐热冲击性能 5）良好的工艺性

常用刀具材料：高速钢，硬质合金

变形区的划分：（发生在什么地点？特点？）P28，PPT第二章47页

积屑瘤：在切削速度不高而又能形成带状切削的情况下，加工一般钢料或铝合金等塑性材料时，常在刀具前刀面常常粘结一块断面呈三角状的硬块，它的硬度很高，通常是工件材料硬度的2—3倍，这块金属被称为积屑瘤。

积屑瘤对金属切削过程产生的影响 ：（了解）

P33（控制措施）1）刀具前角增大

2）切削厚度变化 3）加工表面粗糙度增大

4）对刀具寿命的影响

切屑的类型：带状切屑，节状切屑，粒状切屑，崩碎切屑

刀具磨损的形态：前刀面磨损，后刀面磨损，边界磨损（P46详解）

刀具磨损机制：硬质点划痕，冷焊粘结，扩散磨损，化学磨损

刀具磨损过程的三个阶段：初期磨损阶段，正常磨损阶段，急剧磨损阶段

刀具的磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。国际标准ISO统一规定，以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。

刀具寿命：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间。

砂轮的硬度：磨粒在磨削力的作用下，从砂轮工作表面脱落的难易程度。

砂轮硬度的自锐性：由于磨粒的微刃逐步钝化，磨削力逐步增加，致使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的微刃。这种特性称为自锐性。磨削过程大致分为三个阶段：滑擦阶段，耕犁阶段，形成切屑

磨削温度：磨削中所消耗的能量在磨削中迅速转变成热嫩嫩个，磨粒磨削点温度很高，砂轮磨削区温度也有几百度。

零件表面的形成方法：轨迹法，成形法，相切法，展成法

金属切削机床的基本机构：动力源，运动执行机构，传动机构，控制系统和伺服系统，支承系统

传动链：构成机床传动联系的一系列传动件

引偏：钻孔时钻头容易产生的偏移。钻孔加工的两种形式：一是钻头旋转：由于切削刃不对称和钻头刚性不足而使钻头引偏时，被加工孔的中心线会发生偏斜或不直，但孔径基本不变。二是工件旋转：钻头引偏会引起孔径变化，而孔中心线仍然是直的。

铣削方式：铣平面有端铣和周铣两种方式，周铣有顺铣和逆铣。

刨刀的来回运动：

加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。

零件的加工精度包括：尺寸精度，形状精度，位置精度

加工误差：指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离量

加工经济精度：正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的公认，不延长加工时间）所能保证的加工精度。

误差敏感方向：1.对加工误差影响最大的那个方向（即通过刀刃表面的加工表面的法线方向）

2、对车床来说，误差敏感方向是导轨在水平面内的直线度误差；而对于平面磨床、铣 床及龙门刨床来说，误差敏感方向是导轨在垂直面内的直线度误差。

机械加工系统由机床、夹具、刀具和工件组成。影响加工误差的原始误差主要包括以下几方面：

机床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有：主轴回转误差、导轨误差、传动误差

主轴回转误差：径向圆跳动：车外圆是是加工面产生圆度和圆柱度误差

轴向圆跳动：车端面时是工件端面产生垂直度、平面度误差 角度摆动：车削时使加工表面产生圆柱度误差和端面形状误差

导轨误差分为：导轨在水平面内直线度误差对加工精度的影响

导轨在垂直面内直线度误差对加工精度的影响

导轨间的平行度误差对加工精度的影响

传动误差：指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。

误差的复映：

当毛坯有误差时，因切削力的变化，会引起工艺系统产生与余量相对应的弹性 变形，因此工件加工后必定仍有误差，由于工件误差与毛坯误差是相对应的，可以把工件误差看成是毛坯误差的“复映”。同时，毛坯的误差将复映到从毛坯 到成品的每一个机械加工工序中，但每次走刀后工件的误差将逐步减少。这个 规律就是毛坯误差的复映规律。

原理误差：指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓

而产生的误差。

按照加工误差的性质，加工误差可分为系统性误差和随机性误差。系统性误差分为：常值性系统误差和变值性系统误差。（P179）

冷作硬化：机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变 形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而 使表面层的强度和硬度增加，塑性减小，这种现象称为冷作硬化

再生原理：车刀只做横向进给。在稳定的切削过程中，刀架系统因材料的硬点，加工余量不均匀，或其它原因的冲击等，受到偶然的扰动。刀架系统因此产生 了一次自由振动，并在被加工表面留下相应的振纹。当工件转过一转后，刀具 要在留有振纹的表面上切削，因切削厚度发生了变化，所以引起了切削力周期 性的变化。产生动态切削力。将这种由于切削厚度的变化而引起的自激振动，称为 “再生颤振”。

振型耦合原理：（P201）

精基准的选择原则：基准重合原则，统一基本原则，互为基准原则，自为基准原

则

精基准的选择原则：1）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则.2）合理分配加工余量的原则

3）便于装夹的原则 4）在同一尺寸方向上粗基准一般不得重复使用的原则

加工阶段的划分：（填空）粗加工，半精加工，精加工，（光整加工）

机械加工工序的安排：

1）先加工定位基面，再加工其他表面 2）先加工主要表面，后加工次要表面 3）先安排粗加工工序，后安排精加工工序 4）先加工平面，后加工孔

保证装配精度的四种装配方法：互换装配法，分组装配法，修配装配法，调整装

配法

机床夹具的作用：

1）减少加工误差，提高加工精度 2）提高生产效率 3）减轻劳动强度

4）扩大机床的工艺范围

夹紧作用点的选择：

1）夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内 2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位

3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠

夹紧力作用方向的选择：

1）夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面

2）夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形 3）夹紧力的作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，可减小

所需夹紧力值

柔性制造系统：由两台以上数控机床或加工中心、工件储运系统、刀具储运系统

和多层计算机控制系统组成。

绿色产品设计须遵守的原则： 1）资源最佳利用原则 2）能量最佳利用原则 3）污染最小化原则

2.机械设计基础小结 篇二

机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程是机械类、近机械类专业学生必修的技术基础课, 在教学计划中起着承前启后的作用, 是学生学习后续专业课程的基础。三门课程不仅具有较强的理论性, 同时具有较强的实践性和应用性, 在培养机械类、近机械类工程技术人才中, 具有增强学生机械理论基础, 培养学生实践能力和创新能力的重要作用。

我校机械原理及机械设计教研室承担全校机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教学任务, 通过几十年的教学实践, 课程建设取得了较好的成绩, 三门课程先后在2003年、2004年和2008年被评为河南省精品课程, 机械原理、机械设计先后在2012年、2013年成为河南省精品资源共享课程。

为了进一步加强课程建设, 自2008年开始, 我们陆续编写出版了三门课程的教材和配套作业集, 现已出版《机械原理》《机械设计基础》《机械原理作业集》《机械设计基础作业集》和《机械设计作业集》5本教材。

1 教材编写指导思想

在教材编写过程中, 我们遵循的指导思想是, 以教学大纲为依据, 以培养学生的综合设计能力为主线, 紧扣学科前沿发展动态, 注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力, 为培养应用型高级技术人才奠定良好基础。同时, 力求使教材体现我校办学特色, 结合普通高等院校的学生特点与需求, 遵循适用、够用的原则, 符合地方普通高等院校特点。

2 教材的主要特点

在内容取舍方面, 注意传授知识与培养能力并重;加强逻辑思维能力与形象思维能力的共同培养, 特别加强结构设计能力和计算机应用能力的培养。机械原理着重讲解有关基本概念、基本理论和基本方法, 以传统的机构结构分析、机构运动分析、机器动力学及常用机构的分析与设计为重点, 为提高学生的设计思维和设计创新能力、机构选型、分析与设计的综合能力, 适当增加了有关机构变异创新、组合创新和机械系统运动方案设计的内容;在机构分析与设计的方法上, 既保留了形象直观、易于理解且仍有实际应用价值的图解法, 也介绍了解析法。在机构运动分析的章节中, 不仅介绍了解析法数学模型的建立, 而且介绍了程序设计的方法, 并给出了相应的程序框图和子程序, 这样利于学生熟悉解析法计算、上机的全过程, 真正让学生掌握学过的程序设计知识, 也使学生充分感受到图解法和解析法各自的优势。机械设计内容则重点介绍各种通用机械零部件的设计原理、设计方法及机械设计的一般规律。为了提高学生的结构设计能力, 特别增加了结构设计章节。

在内容的阐述方面, 我们特别注重教学方法的选择。对于学生必须掌握的内容, 尽量讲解详细、分析透彻;而对于一些偏难、繁杂的数学推导, 则适当简化;对教学中学生难以掌握的难点、疑点, 由浅入深, 循序渐进, 重点论述, 使之符合学生认知规律。教材在各章首辅以内容提示, 在各章末增加学习要点, 对各章节的内容进行梳理、总结, 突出重点, 便于学生自学。教材中的图形简洁、形象、直观, 在机械设计教材中, 还增加了机械零件实物图形。为了使学生更好地理解教学内容, 增加了一些典型例题。在传统板书教学的基础上, 结合当前多媒体教学特点, 我们将教材与多媒体教学课件协调配合, 以提高学生听课效率。

作业是课程内容的重要补充, 用以巩固课堂知识。学生通过作业掌握课程基本内容, 学会举一反三, 从而更灵活地应用知识。为了达到这样的目的, 我们编写的作业集, 在题目的内容、覆盖知识点及难易程度等方面与教材一致, 重要的知识点都有对应的作业题, 而且有选择题、判断题、填空题、问答题、设计计算题和结构题等多种题型, 在难度上由浅入深、循序渐进, 题目的数量有一定余量, 可供不同要求、不同层次的学生选择使用。学生在完成作业集的作业后, 即可掌握机械原理、机械设计和机械设计基础解题的基本方法, 掌握课程的主要内容。作业集采用活页形式, 既方便学生作业, 也有利于教师批改, 并使作业规范化。

3 教材的使用情况

《机械原理》等5本教材自出版以来, 面向全国发行, 累计印数达到32 000册, 并在20余所高校中使用或参考, 受到师生广泛好评。师生普遍认为:教材重点突出, 叙述详细, 取材精炼, 深入浅出, 较好地满足了当前高等教育教学的实际需求。

4 体会

通过几年的努力, 机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教材建设取得了一定的成绩, 教师通过编写教材提高了教学水平。

4.1 教材编写应考虑学生特点与基础

我校是地方普通高等院校, 学生的层次、水平与重点院校不同, 在编写教材的过程中, 要充分考虑学生的知识水平、接受能力, 对课程内容的叙述要更为详细, 过难、过繁的内容要适当简化。

4.2 教材编写应注重实用性

三门课程实践性强, 与生产实际联系紧密, 在教材编写中要注重理论联系实际, 树立工程观念, 如在教材的例题中, 有不同的设计方案, 对不合理的设计有不同的改进方案, 使学生真正理解设计不是千篇一律的, 强化学生的工程意识, 提高设计能力。

4.3 编写教材应遵循教学规律

要尊重学生的认知规律, 先易后难、循序渐进, 根据课程的内在联系, 使教材各部分之间前后呼应、紧密配合。教材的内容要主次分明、详略得当, 文字通俗易懂, 语言自然流畅, 便于组织教学。

5 结束语

3.机械设计基础教学探析 篇三

关键词：职业教育；机械设计；教学实例

我校每年为徐工集团、卡特彼勒、三一重工等大型集团定向培养机电类高级技工，同时对学校教学提出了更高的要求。机械设计基础为专业核心课，可以使学生熟悉常用机构的工作原理、运动特点，掌握通用零件的基本原理、特点及运用方面的知识，并学会运用标准、规范、手册、图册等有关资料进行机械设计，从而更好地适应现代企业环境，更快地进入角色，帮助企业解决实际生产问题。

一、当前社会环境及背景

目前，我国高素质的、熟练的技术型人才严重缺乏。总体就业形势严峻，但对于多数技术工种来说，却存在着一人难求的局面。

职业教育经费投入不足。相比普教经费来源稳定，教学设备需求不高，职教的技能训练需要大量的工厂设备和实验仪器，且需要不断更新才能跟上技术的不断进步。

职业教育师资力量不足，特别是专业课教师的缺少，而且教师多缺少教育学和心理学修养，对于教学技能的把握比较欠缺，较易出现灌输式的教学方式。

二、本校学情

本校的生源主要分为三类，一类是初中生源，学制三年；一类是初中生源，学制五年；一类是高中生源，学制三年。开设本课程的为高中生源班。

高中生源相对于初中生源，有了一定的文化基础课知识，但是综合素质相对较差。因技能实践的学时一般多于理论课的学时，再加上最后一年多为入厂实习时间，所以给予本课程的学时较少，对于教材的内容也应有一定的取舍，并且应有足够的时间进行相关的课程设计。就读于本校的学生多为农村子女和城市贫困家庭子女，因此大多吃苦耐劳，通过适当的帮助和引导一定能使之努力地刻苦学习。

三、教学探析

（一）根据学校的实际情况，对教材内容进行适当的增减，突出知识的重点性和实用性

本课程之前，学生已学习过工程力学部分，因此教师在选取教材的时候就应充分考虑到实际情况，排除相关的静力学部分。由于学时较紧，教师还应在保证本课程的基本知识、基本理论和基本技能训练的前提下，尽量删略繁琐公式的推导和理论引证，简化设计计算公式。

结合订单企业产品特点，重点讲授平面连杆机构（各种起重机、挖掘机、工程车辆等的升降机构）、连接（液压系统的装配、转动系统的装配）、齿轮、轴及轴承章节的内容。

对于带传动、链传动以及周转轮系的计算等实际应用较少的部分教师应予以删减课时。

（二）根据学生的实际情况，对课堂的教学进设计，突出可操作的实践部分

所以，对于学生的情况前边已经有了相关的分析。多数学生的基础较差，尽量避免理论的枯燥灌输，多采用直观教学法，结合多媒体教学，能有效地激发学生的兴趣和提高学生的课堂注意力。比如通过一些视频短片介绍机构的运行原理或者是实际生产的加工，也可以借助于实物、模型、挂图或贴近生活的实例作为教学手段。又如在讲授“齿轮渐开线的形成”时，可以借助绳索、粉笔以及基圆的圆柱形替代品来演示绘制。这些都不需要太复杂的道具，但是又能起到很好的表达理论概念的作用，学生也不会感到晦涩难懂。

（三）根据企业的实际情况，满足企业的发展需求，着重培养学生的综合分析和解决问题的能力

随着产品的精密复杂化，人员的分工协作化，生产上实际问题可能牵扯到方方面面，这种环境下要想培养出能解决现场问题的高级技工，就需要学生具备对整个机械的总体把握和从系统的角度分析问题的能力。

在学习平面机构运动简图绘制的时候可以采取任务驱动教学法：首先对学生分组，然后各组进行柱塞泵实物的分解和测绘，根据讲解和练习过的平面机构运动简图绘制方法画出柱塞泵的机构运动简图。在这个过程中，学生要利用到液压相关的知识来读懂柱塞泵的结构原理图，要掌握运动的知识，要用到拆装的操作技能，要用到公差配合的理论知识和测量技术，还要考验大家的分工协作能力，同时激发学生的竞争意识和提高学生的学习兴趣，可谓是一举多得。

（四）充分合理运用现代技术手段，帮助提升教学质量，克服硬件缺憾

现代技术手段不仅包括多媒体教学（基本已普及），还有各种CAD/CAM软件，特别是机械设计基础这门课程可以非常好地利用到三维软件。如徐工集团使用的就是PRE设计软件，当然还有CAXA，AutoCAD，CATIA，UG，SolidWorks等二维、三维软件可供

使用。

例如：对于棘轮机构、槽轮机构及凸轮间歇机构等平面图形难以读懂和讲解，通过三维软件的建模和运动仿真，能非常逼真地演示其运行原理和过程，且可以任意角度放大或缩小地观察，

就像在展示极其精致的实物。

四、持续改进

教学是常抓常新的东西，在教学实践的过程中发现问题、解

决问题。充分利用好学校的教学资源，把握企业办学的特点，借助假期的工厂实践机会，调研一线的用工需求，紧跟新技术、新工艺的发展，不使教学内容老化，为教学实例提供新鲜血液。

参考文献：

［1］孙学斋.当前我国企业技工短缺的成因探析.中国石油大学胜利学院学报，2009（1）.

［2］王国新.技工院校《机械设计基础》课程整合探析.职业，2010（35）.

［3］时忠明.机械设计基础.北京大学出版社，2009.

［4］刘会英.机械原理.北京：机械工业出版社，2003.

4.机械设计基础小结 篇四

经过两周的奋战我们的课程设计终于完成了，在这次课程设计中我学到得不仅是专业的知识，还有的是如何进行团队的合作，因为任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成，它必然是团队成员的细致分工完成某一小部分，然后在将所有的部分紧密的结合起来，并认真调试它们之间的运动关系之后形成一个完美的作品。

这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为我们的出发点都是一致的。

经过这次课程设计我们学到了很多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助，所以，这次的课程设计不仅仅有汗水和艰辛，更的是苦后的甘甜。

5.机械设计基础总结 篇五

F=3n-2PL-PH 机构具有确定运动的条件

（原动件数>F，机构破坏）

平面四杆机构

在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。

四杆机构存在曲柄的条件

1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；

2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）

急回特性和行程速比系数

当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性

极位夹角θ:曲柄整周运动时，连杆的两个极限位置的夹角

当机构存在极位夹角θ 时，机构便具有急回运动特性。且θ角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著 压力角与传动角

连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角γ 称为四杆机构在此位置的传动角。显然γ越大，有效分力Pt越大，Pn越小，对机构的传动就越有利。所以，在连杆机构中也常用传动角的大小及变化情况来描述机构传动性能的优劣。为了保证机构传力性能良好，应使γmin≥40 ～50°

最小传动角的确定： 对于曲柄摇杆机构，γmin出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。

死点

（传动角为0）

当以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角γ＝0°，这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为“死点”

凸轮轮廓曲线设计

反转法

．对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构

（1）选取适当的比例尺，取为半径作圆；

（2）先作相应于推程的一段凸轮廓线。为此，根据反转法原理，将凸轮机构按进行反转此时凸轮静止不动，而推杆绕凸轮顺时针转动。按顺时针方向先量出推程运动角，再按一定的分度值（凸轮精度要求高时，分度值取小些，反之可以取小些）将此运动角分成若干等份，并依据推杆的运动规律算出各分点时推杆的位移值S。

（3）确定推杆在反转运动中所占据的每个位置。为此，根据反转法原理，从A点开始，将运动角按顺时针方向按一个分点进行等份，则各等份径向线01，02，……08即为推杆在反转运动中所依次占据的位置。

（4）确定出推杆在复合运动中其尖顶所占据的一系列位置。根据表中所示数值s，沿径向等分线由基圆向外量取，得到点，即为推杆在复合运动中其尖顶所占据的一系列位置。

（5）用光滑曲线连接，即得推杆升程时凸轮的一段廓线。（6）凸轮再转过时，由于推杆停在最高位置不动，故该段廓线为一圆弧。以O为圆心，以为半径画一段圆弧。

齿轮机构的应用和分类

齿轮机构的应用和分类

传递功率大、效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点。但是要求有较高的制造和安装精度，成本较高；不宜在两轴中心距很大的场合使用

齿廓啮合基本定理

齿廓啮合的基本定律（Basic Law of Tooth Profile Meshing)

左图所示为一对互相啮合的齿轮，设主动轮1以角速度绕顺时针方向回转，从动轮2受轮1的推动以角速度绕两轮轮齿的齿廓在某一点K接触，它们在点K处的线速度为方法：

⒈ 过点K作两齿廓的公法线 nn 显然，要使这一对齿廓能连续的接触传动，它们沿接触点的公法线方向是不能相对运动的。否则，两齿廓将不是彼此分离就是互相嵌入，因而不能达到正常传动的目的。这就是说，要使两齿廓能够连续接触传动，则 和 在公法线 nn 方向的分速度应该相等。所以两齿廓接触点间的相对速度

只能沿两齿廓接触点的公切线方向。由三心定理，P点为

逆时针方向回转。,。

齿轮1、2的速度瞬心

则两轮的传动比为

（*）

式（*）表明:

互相啮合传动的一对齿轮在任一位置时的传动比，都与其连心线被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比。这一规律称为齿廓啮合的基本定律。

⒉ 要使两齿轮做定传动比传动，则其齿廓必须满足的条件是：

不论两齿廓在何位置接触，过接触点所做的两齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一定点。

证明：由式（*）可知，如果要求两齿轮的传动比为常数，则应使在两齿轮的传动过程中，其轴心、均为定点（即

为常数。由于

为

为定长），所以，欲使常数，则必须使点P在连心线上为一定点。

⒊ 两齿轮的啮合传动可以视为两轮的节圆作纯滚动

证明：由于两轮作定传动比传动时，节点P为连心线上的一定点，故点P在轮1的运动平面上的轨迹是一以为圆心，为半径的圆。同理，点P在轮2的运动平面上的轨迹是一以为圆心，为半径的圆。这两个圆分别称为轮1与轮2的节圆。而由上述可知，轮1与轮2的节圆相切于P点，而且在点P处两轮的线速度相等，即，故两齿轮的啮合传动可以视为两轮的节圆作纯滚动。

渐开线齿廓

直线BC沿一圆周作纯滚动时，直线上任意点I的轨迹AI，称为该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆，其半径用表示。直线NI称为渐开线的发生线

一对渐开线齿轮正确啮合的条件

法向齿距相等

m1cos1m2cos2

即：

m1m2m12 渐开线齿轮连续传动的条件

（B1，B2分别为两齿轮齿顶圆与啮合线的交点

为了保证传动的连续性，要求前一对齿在 B1 点脱离啮合时，后一对齿应进入啮合，为此要求两齿轮的实际啮合线 B 1 B 2 应大于或等于齿轮的法节 pb。通常把 B1 B2 与 pb 的 比值 称为齿轮传动的重合度，用 εα 来表示 于是得齿轮连续传动的条件是 ：

ε α =（B 1 B 2 / p b）≥ 1

无侧隙啮合条件

在齿轮传动中，为避免或减小轮齿的冲击，应使两轮齿侧间隙为零；而为防止轮齿受力变形、发热膨胀以及其它因素引起轮齿间的挤轧现象，两轮非工作齿廓间又要留有一定的齿侧间隙。这个齿侧间隙一般很小，通常由制造公差来保证。所以在我们的实际设计中，齿轮的公称尺寸是按无侧隙计算的。

齿轮的加工方法

近代齿轮的加工方法很多，有铸造法、热轧法、冲压法、模锻法和切齿法等。其中最常用的是切削方法，就其原理可以概括分为仿形法和范成法两大类。

仿形法

顾名思义，仿形法就是刀具的轴剖面刀刃形状和被切齿槽的形状相同。其刀具有盘状铣刀和指状铣刀等，如图所示。

范成法（又称展成法）

这种方法是加工齿轮中最常用的一种方法。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的。将一对互相啮合传动的齿轮之一变为刀具，而另一个作为轮坯，并使二者仍按原传动比进行传动，则在传动过程中，刀具的齿廓便将在轮坯上包络出与其共轭的齿廓。

根切与Zmin

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，如图所示。这种现象称为根切

用范成法加工齿轮，若刀具的齿顶超过啮合极限点N1则被切齿轮必定发生轮齿根切。

渐开线标准齿轮不根切的最少齿数为

zmin*2ha2sin

齿轮传动失效形式及材料

轮齿折断

弯曲疲劳折断——闭式硬齿面齿轮传动最主要的失效形式。

过载折断——载荷过大或脆性材料部分形式：齿根整体折断——直齿，b较小时

局部折断——斜齿或偏载时

 提高轮齿抗折断能力的措施：  1）减小齿根应力集中（增加齿根过渡圆角，降低齿根部分表面粗糙度）

 2）高安装精度及支承刚性，避免轮齿偏载，设计时限制齿根弯曲应力小于许用值  3）改善热处理，使其有足够的齿芯韧性和齿面硬度

齿根部分进行表面强化处理（喷丸、滚压）

齿面疲劳点蚀—闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式收敛性点蚀——开始由于表在粗糙，局部接触应力较大引起点蚀，过后经跑合，凸起磨平软齿面逐渐消失扩展性点蚀——硬齿面发生点蚀或软齿面时 位置：节线附近

原因：1）单齿对啮合接触应力较大；2）节线处相对滑动速度较低，不易形成润滑油膜；3）另外油起到一 个媒介作用，润滑油渗入到微裂纹中，在较大接触应力挤压下使裂纹扩展直至表面金属剥落。

防止措施：1）提高齿面硬度； 2）降低表面粗糙度；

3）采用角度变位（增加综合曲率半径）； 4）选用较高 粘度的润滑油； 5）提高精度（加工、安装）； 6）改善散热。

开式齿轮传动由于磨损较快，一般不会点蚀

齿面磨损——

开式齿轮的主要失效形式 类型——齿面磨粒磨损

防止措施：1）提高齿面硬度；2）降低表面粗糙度；3）降低滑动系数；4）润滑油定期清洁和更换；5）变开式为闭式。

齿面胶合——高速重载传动的主要失效形式——热

胶合。

原因：高速、重载→压力大，滑动速度高→摩擦热大→

高温→啮合齿面粘结（冷焊结点）→结点部位材料被

剪切→沿相对滑动方向齿面材料被撕裂。

低速重载或缺油→冷胶合（压力过大、油膜被挤破引

起胶合）

形式：热胶合——高速重载；冷胶合——低速重载，缺

润滑油

防止措施：1）采用抗胶合能力强的润滑油（加极压添加剂）；2）采用角度变位齿轮传动，使滑动速度VS下降。3）减小m和齿高h，降低滑动速度VS；4）提高齿面硬度；5）降低表面粗糙度；6）配对齿轮有适当的硬度差；7）改善润滑与散热条件。

5、齿面塑性变形—低速重载软齿轮传动的主要失效形式

齿面在过大的摩擦力作用下处于屈服状态，产生沿摩擦力方向的齿面材料的塑性流动，从而使齿面正确轮廓曲线被损坏。

防止措施：1）提高齿面硬度；2）采用高粘度的润滑油或加极压添加剂 齿轮材料

选择齿轮材料总体上要考虑防止产生齿面失效和轮齿折断。基本要求：齿面要硬，齿芯要韧

常用的齿轮材料

1、钢——最常用，可通过热处理改善机械性能（1）锻钢：

软齿面齿轮（HBS≤350）

如45、40Cr 热处理，正火调质，加工方法，热处理后精切齿形—

8、7级，适合于对精度、强度和速度要求不高的齿轮传动

（2）铸钢——用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除铸造应力。强度稍低

直齿圆柱齿轮传动载荷与设计

齿根弯曲疲劳强度计算

防止弯曲疲劳折断；设计公式

m2KT1YFSYdZ12[]F 齿面接触疲劳强度计算

防止齿面点蚀破坏；设计公式

d12.323Ku1ZEZdu[]H

2设计准则

软齿面——按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度 硬齿面——按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度

1、齿数Z1

闭式软齿面齿轮（点蚀）→Z1可取多一些（20~40

闭式硬齿面齿轮（弯曲疲劳）→a一定时，宜取Z1少 一些（使m↑），Z1=17~20 蜗杆传动

与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有传动比大，在动力传递中传动比在8～100之间，在分度机构中传动比可以达到1000；传动平稳、噪声低；结构紧凑；在一定条件下可以实现自锁等优点而得到广泛使用。但蜗杆传动有效率低、发热量大和磨损严重，涡轮齿圈部分经常用减磨性能好的有色金属（如青铜）制造，成本高等缺点。

按蜗杆分度曲面的形状不同，蜗杆传动可以分为：圆柱蜗杆传动（如图a）、环面蜗杆传动（如图b）、锥蜗杆传动（如图c）三种类型

因为分度圆直径等于模数乘以直径系数。模数是标准值，直径系数为了简化刀具也进行了规定，即为标准值，所以分度圆直径亦为标准值。

模数m和压力角

蜗杆传动的尺寸计算与齿轮传动一样，也是以模数m作为计算的主要参数。在中间平面内蜗杆传动相当于齿轮和齿条传动，蜗杆的轴向模数和轴向压力角分别与涡轮的端面模数和端面压力角相等，为此将此平面内的模数和压力角规定为标准值，标准模数见书中所附表格，标准压力角为20°

蜗杆头数z1和传动比

蜗杆头数z1可根据要求和的传动比和效率来选定。单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低。如果要提高效率，应增加蜗杆的头数。但蜗杆头数过多，又会给加工带来困难。所以，通常蜗杆头数取为1、2、4、6。蜗杆为主动件;蜗杆与蜗轮之间的传动比为(其中：z2为蜗轮的齿数)

in1z2n2z1

导程角γ

蜗杆的直径系数q和蜗杆头数z1选定之后，蜗杆分度圆柱上的导程角γ也就确定了

tanzppzzmz1mz11a1d1d1d1d1q

蜗杆的分度圆直径d1

在蜗杆传动中，为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆相同尺寸的蜗轮滚刀来加工与其配对的涡轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就需要一种对应的蜗轮滚刀。对于同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀。显然，这样很不经济。

为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1，而把比值

qd1m

称为蜗杆直径系数。

蜗杆传动的标准中心距

a11(d1d2)(qz2)m22

蜗杆传动的失效形式

和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式主要有：胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断等。由于蜗杆传动啮合面间的相对滑动速度较大，效率低，发热量大，再润滑和散热不良时，胶合和磨损为主要失效形式。

蜗杆传动的设计准则

闭式蜗杆传动按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；

开式蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。

蜗杆和蜗轮材料

由失效形式知道，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的磨合（跑合）、减磨性、耐磨性和抗胶合能力等。

蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成：一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40、45钢，并经调质处理。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并经渗碳淬火。

蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5），铸造铝铁青铜（ZCuAl1010Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200）等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度大于3m/s的重要传动；铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些，但价格便宜，一般用于滑动速度小于4m/s的传动；如果滑动速度不高（小于2m/s），对效率要求也不高时，可以采用灰铸铁

螺纹连接与传动

螺纹参数

1.大径d（D）：螺纹的最大直径在标准中也作公称直径。

2.小径d1(D1)：即螺纹的最小直径

3.中径d2——在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想

4、牙型角α、牙型斜角β

在螺纹的轴向剖面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角称为牙型角α。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角β，对称牙型的β＝α/2

升角λ

在中径d2的圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，由图7．4可得

升角大：传动效率高，升角大与当量摩擦角时无自锁性 升角小：传动效率低；自锁性能好，snptand2d2，螺纹种类

粗牙：普通联接使用普通螺纹细牙：小载荷、调整机构。自锁性好。圆柱管螺纹：管路联接联接螺纹管螺纹圆锥管螺纹：具有自封性。高温、高压管路。螺纹圆锥螺纹：管路联接（与圆锥管螺纹相似）传动螺纹：有矩形螺纹；梯形螺纹：双向传动；锯齿型螺纹：单向

1、三角形螺纹（普通螺纹）

牙型角为60º，可以分为粗牙和细牙，粗牙用于一般联接；与粗牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升角也小，自锁性能好，宜用于薄壁零件和微调装置。

2、管螺纹

多用于有紧密性要求的管件联接，牙型角为55º，公称直径近似于管子内径，属于细牙三角螺纹。

3、梯形螺纹

牙型角为30º，是应用最为广泛的传动螺纹。

4、锯齿型螺纹

两侧牙型角分别为3º和30º，3º的一侧用来承受载荷，可得到较高效率；30º一侧用来增加牙根强度。适用于单向受载的传动螺纹。

5、矩形螺纹

牙型角为0º，适于作传动螺纹 螺旋副的受力分析、效率和自锁

滑块在斜面上等速上升时。当量摩擦角

滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上

由公式可知，若λ≤（当量摩擦角），FFQtan()说明此时无论轴向载荷有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动，这种现象称为自锁 螺旋副的效率

W2FQsW12T1FQd2tantanFdtan()2Q2tan()2

螺纹联接主要类型

螺栓联接

普通螺栓联接——被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装折方便，可多个装拆，应用较广。

双头螺栓联接

螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而 被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。

螺钉联接

螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。

紧定螺钉联接

拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭

螺纹联接的防松

摩擦防松

弹簧垫片防松 双螺母防松 自锁螺母防松

机械防松

永久防松

轴

轴的分类

转轴

同时承受扭矩和弯曲载荷的作用，例如齿轮减速器中的轴 心轴

只需承受弯矩而不传递转距，例如铁路车辆的轴、自行车的前轴等。按轴旋转与否分为转动心轴和固定心轴两种，传动轴

只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴。例如图所示的汽车传动轴。

轴的材料

由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等

轴的主要材料是碳钢和合金钢。

1、碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较低，可以利用热处理提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢。

2、合金钢：对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以采用合金钢材料。耐磨性要求较高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢；要求较高的轴可以使用40Cr

3、对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低

轴的结构设计

轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸，主要要求有：

1）轴上零件的定位、固定； 2）轴上零件的拆装、调整； 3）轴的制造工艺性；

4）轴上零件的结构和位置的安排。

轴上零件的装配

轴向定位 轴肩与轴环定位

套筒定位

弹性挡圈定位

周向定位

轴上零件的周向定位方法主要有键（平键、半圆键、楔键等）、花键、型面、过盈等等

平键联接

制造简单、装拆方便。用于传递转矩较大，对中性要求一般的场合，应用最为广泛。

花键联接

承载能力高，定心好、导向性好，但制造较困难，成本较高。

适用于传递转矩较大，对中性要求较高或零件在轴上移动时要求导向性良好的场合。

滚动轴承

按轴承的内部结构和所能承受的外载荷或公称接触

角的不同，滚动轴承分为：

①深沟球轴承（向心球轴承）（6）——主要承受径

向载，也可受一定双向轴向载荷，f小精度高，结构

简单，价格低，最常用。

②调心球轴承（1）——主要承受径向载荷，也可承受

较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较

差的场合。

③圆柱滚子轴承N（2）——只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。

④角接触球轴承——（7）能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角，越大，承载Fa能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。

⑤圆锥滚子轴承——（3）能同时承受径向载荷和单向Fa，越大，承受Fa能力越大，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。

⑥推力球轴承——（5）单向推力球轴承51000—只能受单向Fa；双向推力球轴承52000—能承受双向Fa。不能受Fr，且极限nj转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。

6.机械设计基础小结 篇六

1两构件通过__点__________或_线___________接触组成的运动副称为高副。机构要能够动，其自由度必须_____大于零_______。

2满足曲柄存在条件的铰链四杆机构，取与最短杆相邻的杆为机架时，为_曲柄摇杆机构___________机构，取最短杆为机架时，为__双曲柄__________机构。3在凸轮机构中，当从动件的运动规律为_等速（简谐）（正弦加速度运动）___________运动时，将出现______刚性（柔性）（无）______冲击。

4V带传动的主要失效形式是_打滑___________和__发生疲劳损坏__________。

5直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取__节点__________处的接触应力为计算依据，其载荷由____一________对齿轮承担。

6斜齿圆柱齿轮的法面模数与端面模数的关系为___mn=mt*cosβ_________（写出关系式）。7工作时既受弯矩又传递转矩的轴称为_______转_____轴。传动轴只传递转矩而不承受弯矩，心轴只承受弯矩而不传递转矩，转轴既传递转矩又承受弯矩

对于闭式软齿面齿轮传动，主要按齿面接触强度进行设计，而按齿根弯曲强度进行校核，这时影响齿轮强度的最主要几何参数是齿轮直径d。8一对标准渐开线斜齿圆柱齿轮要正确啮合，它们必须满足模数相等、压力角相等和螺旋角相等方向相反。

9.凸轮机构中，从动件的运动规律取决于_凸轮轮廓__________的形状。10带轮的基准直径越小，带所产生的弯曲应力越___大________。11.两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接称为__运动副_________。

12.斜齿圆柱齿轮以__法向_________模数为标准模数。法向模数=端面模数*螺旋角的余弦 13.根据工作原理分类，螺栓联接采用对顶螺母防松是属于_摩擦________防松。

14.盘形凸轮的基圆半径越___大______________，则该凸轮机构的传动角越大，机械效率越______高___________。

15.普通螺栓联接在工作时主要承受拉力，它的主要失效形式是螺纹部分的___压溃____________或_剪断________________。

16.带传动中，小带轮直径越___小_________，弯曲应力越大，弯曲应力是引起带____疲劳破坏_________的主要因素。

17.磨粒磨损和弯曲疲劳折断是_开式________________齿轮传动的主要失效形式。18.在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度和__小于或等于_______________其它两杆长度之和，则最短杆相邻杆为机架时，可得曲柄摇杆机构。

19.型号为6307的滚动轴承，其内径d=_35_____________mm，公差等级为_____零级____________。

二、选择题

1．在曲柄摇杆机构中，为提高机构的传力性能，应该____________。极位角表示极位特性，压力角，其余角为传动角，传动角越大，传力特性越强

A．增大传动角 B．减少传动角 C．增大压力角 D．减少极位夹角 2．在铰链四杆机构中，机构的传动角和压力角的关系是____________。

A．=180-

B．=90+

C． =90-

D．= 3．链条的节数宜采用____________。

A．奇数 B．偶数 C．5的倍数

D．3的倍数 4．带传动在工作时产生弹性滑动，是由于____________。

A．包角1太小 B．初拉力F0太小

C．紧边与松边拉力不等 D．传动过载 5．对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是____________。

A．压力

B．扭矩 C．拉力 D．拉力和扭矩 6．渐开线标准齿轮的根切现象发生在 ____________。

A．齿数较少时 B．模数较小时 C．模数较大时 D．齿数较多时

7．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的原因是____________。

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 8．在下列四种型号的滚动轴承中，____________必须成对使用。

A．深沟球轴承 B．圆柱滚子轴承 C．推力球轴承 D．圆锥滚子轴承 9．在计算轴的弯矩时，常用当量弯矩MeM2(T)2，式中在不变的转矩作用下可近似取为________________。对不变的转矩，=0.3；当转矩脉动变化时，=0.6；对频繁正反转的轴=1；

A．0

B．0.3

C．0.6 D．1 10．下列四种联轴器，能补偿两轴相对位移，且可缓和冲击、吸收振动的是____________。

A．凸缘联轴器 B．齿式联轴器 C．万向联轴器 D．弹性套柱销联轴器 11.题1图为卷扬机传动示意图，图中序号3所示部分属于（）A.动力部分 C.控制部分

12.由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为（）A.1 C.m

B.m-1 D.m+l B.传动部分 D.工作部分

13.无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为(极位角越大极位特性越强)A.<0

C.≥0

B.=0 D.>0 14.凸轮机构的主要优点是（）A.实现任意预期的从动件运动规律 C.适合于高速场合

B.承载能力大 D.凸轮轮廓加工简单

15.在设计直动平底从动件盘形凸轮机构时，若出现运动失真现象，则应（）A.减小凸轮基圆半径 C.减小平底宽度

B.增大凸轮基圆半径 D.增大平底宽度

16.棘轮机构中采用了止回棘爪主要是为了（）A.防止棘轮反转

C.保证棘轮每次转过相同的角度

B.对棘轮进行双向定位 D.驱动棘轮转动

17.与相同公称尺寸的三角形粗牙螺纹相比，细牙螺纹（）A.自锁性好，螺杆强度低 C.自锁性差，螺杆强度高

B.自锁性好，螺杆强度高 D.自锁性差，螺杆强度低

18.普通V带传动中，若主动轮圆周速度为v1，从动轮圆周速度为v2，带的线速度为v，则（）A.v1=v=v2 C.v1>v=v2

B.v1>v>v2 D.v1=v>v2

19.常用来传递空间两交错轴运动的齿轮机构是（）A.直齿圆柱齿轮 C.斜齿圆锥齿轮

B.直齿圆锥齿轮 D.蜗轮蜗杆

20.选择齿轮精度的主要依据是齿轮的（）A.圆周速度 C.传递功率

B.转速 D.传递扭矩

21.对齿轮轮齿材料性能的基本要求是（）A.齿面要软，齿芯要韧 C.齿面要软，齿芯要脆

B.齿面要硬，齿芯要脆 D.齿面要硬，齿芯要韧

22.开式蜗杆传动的主要失效形式是（）A.轮齿折断和齿面胶合 C.齿面点蚀和齿面磨损

B.齿面磨损和轮齿折断 D.齿面胶合和齿面点蚀

23.在传动中，各齿轮轴线位置固定不动的轮系称为（）A.周转轮系 C.行星轮系

B.定轴轮系 D.混合轮系

24.型号为7315的滚动轴承，其内径是（）3圆锥滚子轴承5推力球轴承6深沟球轴承7角接触球轴承+宽度系列代号（可省略）+直径系列代号+内径写列代号（5的倍数）+内部结构代号 A.15mm C.75mm A.小于

C.大于

A.大于

C.小于

A.F1/F2=eC.F2/F1=eμα

B.60mm D.90mm

B.等于 D.大于或等于 B.等于

D.可能等于也可能大于 B.F2/F1>e

μαμα25.当机构中主动件数目（）机构自由度数目时，该机构具有确定的相对运动。

26.一对标准齿轮啮合传动时，其啮合角（）其分度圆压力角。

27.带传动中紧边拉力为F1，松边拉力为F2，则即将打滑时F1和F2的关系为（）。

μα

D.F2/F1

C.30000

D.60000

三、判断题

1．在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，为双曲柄机构。X 2．在凸轮机构中，基圆半径取得较大时，其压力角也较大。X 3．一对齿轮啮合时，其齿相互作用的轮齿上受的接触应力大小相等。V 5．在蜗杆传动中，由于蜗轮的工作次数较少，因此采用强度较低的有色金属材料 7．带传动在工作时产生弹性滑动是由于传动过载。X 8．转轴弯曲应力的应力循环特性为脉动循环变应力。V 9．推力调心球轴承既能承受径向载荷，又能承受轴向载荷。X(单列球轴承仅承受单向轴向荷载，双列球轴承可承受双向轴向荷载)10.四杆机构的传动角是指从动揺杆的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角。（X）

11.带传动的最大应力点发生在紧边绕上小带轮处，其值近似地表示为：σ（V）

12.螺纹的公称直径为：与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相重合的假想圆柱体的直径。（V）

13.一标准直齿圆柱齿轮传动，主动轮1和从动轮2的材料和热处理硬度不相同，齿数Z1

四、问答题

五、分析计算题

1．在铰链四杆机构中，已知lAB=30mm，lBC=70mm，lCD=67mm，lAD=80mm，试判断该机构的类型，并说明理由。（本题6分）

曲柄摇杆机构因为30+80≦70+67，且最短边的邻边作机架

max=σ1+σb2+σc。

题

五、1图

2.计算题33图所示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度和虚约束，请明确指出。

活动构件5个，平面高副0个，低副7个，所以自由度=3*5-2*7=1，其中e、f处为虚约束，d处仅仅是滑动副。

3.计算图示机构的自由度，如有复合铰链、局部自由度和虚约束，必须编号明确指出。有虚约束，两处都有复合铰链，活动构件=7，低副=10，高副=0，自由度=3*7-2*10=1，由一个自由度有一个主动力，所以机构有确定的运动。

5.已知图示机构中，LAB=72mm，LBC=50mm，LCD=96mm，LAD=120mm问：

（1）此机构中，当取构件AD为机架时，是否存在曲柄？如果存在，指出是哪一构件？（必须根据计算结果说明理由）

（2）当分别取构件AB、BC、CD为机架时，各将得到什么机构？

50+120=170大于72+96=168，所以 机构没有整转副，所以无论那个机构作为机架都只能得到双摇杆机构。

7.已知在一对斜齿圆柱齿轮传动中，1轮为主动轮，其螺旋线方向为左旋，圆周力Ft1方向如题31图所示。在图上标出从动轮2的螺旋线方向，轴向力Fa1、Fa2及圆周力Ft2的方向，两轮转向。轮1逆时针旋转，轮2顺时针旋转，轮2右弦，轮2圆周力向右（2图中），轮1轴向力水平向右，轮2轴向力水平向左（1图中）

8.图示一斜齿轮一蜗杆传动装置（转向如图）。(1)分析蜗杆3受力，用分力表示于啮合点A；(2)判断蜗轮4转动方向（标明在图上）。逆时针

10.如题35图所示轮系中，已知各轮的齿数为：z1=20，z2=40，zz3=30，z4=30，z2=50，3=20，试求此轮系的传动比i1H。

11.在图示轮系中，已知z1=40、z2=20、n1=120r/min，求使系杆转速nH=0时齿轮3的转速n3的大小和方向。下图为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，指出该设计的错误。要求：

1． 在图中用序号标注设计错误处；

2． 在图下方的空白处标注序号，按序号列出错误，并提出修改建议； 3． 不必在图中直接改正。看收藏的幻灯片“轴的作业”

1.端盖与轴接触且无密封，应有一定的空隙且装有密封；

2.套筒与轴承接触时超过轴承内圈高度，使轴承装卸不方便，应低于轴承内圈高度； 3.套筒顶不住齿轮，应使轴肩适当向齿轮内部，使套筒只是顶在齿轮上； 4.精加工面过长，且装卸轴承不方便，应该给轴分级；

5.联轴器的键和齿轮的键位置不对，两者的键应该在同一条直线上；

6.轴肩过高超过轴承内圈高度，无法拆卸轴承，应适当降低高度，使其在轴承内圈内；

题六图

17.题38图所示轴系结构，按示例①，编号指出其他错误(不少于7处)。(注：不考虑轴承的润滑方式以及图中的倒角和圆角)。示例：①—缺少调整垫片 1.端盖直接与轴接 触，且无密封；

2.套筒太高，超过轴承内圈高度； 3.键过长，套筒无法装入；

4.精加工面过长，且装卸轴承不方便； 5.轴无分级，致使轴套无法紧固齿轮；

6.轴肩过高，超过了轴承的内圈高度，无法装卸轴承； 7.轴承不用用键周向固定；

8.缺少调整垫片，无法调整轴承间隙。

18.指出轴系中的错误结构，编号说明其错误原因。

1.此处不用键，无周向旋转构件可固定； 2.精加工面过长，使轴承装卸不方便； 3.端盖直接与轴接触且无密封； 4.无调整垫片，无法调整轴承间隙；

7.机械设计基础小结 篇七

近几年来, 随着高考生源减少和本科院校的扩招, 低分生源进入高职院校已是不争的事实。他们文化基础知识薄弱、学习能力偏低, 抽象的机械类专业的学科知识让他们感到很难学懂, 传统的教学方法不能激发出他们的学习兴趣。

在机械制造与设计专业的人才培养计划中, 机械设计基础课程设计是安排在《机械设计基础》课程结束后进行的, 其传统项目是一级或二级的齿轮减速器设计。这个项目是简单地套用本科的教学版本, 而真正适合于高职教育的版本还没有出现。从这几年的教学效果来看, 它并不适合现在的高职教育对专业人才培养的要求。在这项实训教学过程中, 学生只是反复地套用教材中有关轴和齿轮的设计计算过程, 没有积极、主动地思考“为什么”, 只是在消极地、为了完成任务而勉为其难地应付, 更有甚者直接抄袭他人的设计计算过程、复制他人的图纸。在课程设计之初, 教师讲解做设计的思路、方案及步骤, 在学生遇到难题时给予解答, 帮助学生分析问题。在这个教学过程中教师成了总指挥, 而学生则成了不用思维的木偶。这样的一种教与学的方式很难培养出学生分析解决问题的能力, 很难激发他们的创新思维。

面对新形势下市场对高职专业人才培养提出的新要求以及现阶段高职教育面临的新问题, 从事机械设计基础课程设计教学的教师必须探索出一种适合高职教育的新的教学方法。

二、教学模式的改进

(一) 原有专业教学计划和传统教学模式的弊端

以往课程设计是安排在《机械设计基础》课程教学结束后进行的, 传统的项目是减速器设计。在课程设计教学中, 学生往往只是按照课程设计指导书中的设计步骤, 以及《机械设计基础》教材中机构的设计计算步骤进行课程设计。教师则在一旁监督学生, 学生有问题, 教师就去解决。教学中, 教师和学生都很被动。这种教学模式存在以下弊端:其一, 课程设计中涉及到的力学知识是在第一学期讲授的, 当第二学期期末再来让学生运用, 有很多知识学生已经忘记, 这在一定程度上增加了课程设计的难度;其二, 课程设计中减速器设计的设计思路、设计方案都由教师给定, 这样的课程设计只能起到巩固加深学生已学知识的目的, 而不能起到培养学生设计思维和设计方法以及创新能力的作用;其三, 对《机械设计基础》课程而言, 课程设计不能起到理论联系实际的作用, 学生普遍感到在课程设计中, 理论与实践的脱节;其四, 课程设计中学生只是机械地将数据套入计算公式, 而不能进行正确的分析, 其能动性发挥有限。

(二) 新的教学模式

鉴于上述几点原因, 笔者认为应从以下几方面改革机械设计基础课程设计的教学模式。

1. 专业教学计划的调整

教学团队在制定专业教学计划时可以将机械设计基础课程设计安排在第二学年第二学期的整个教学时间段, 每周安排2-4学时。这样与集中在两周内完成相比, 前者无形中延长了学生的课程设计时间, 使学生有充足的时间思考、自学及查找资料, 减轻了学生的学习压力。同时, 教师可以利用课程设计的上课时间及时解决学生设计中遇到的疑难问题, 检查学生的工作进度。

第二学年第一学期《机械设计基础》课程主要讲授力学知识、平面机构、V带传动等知识, 而第二学期则主要讲授齿轮、轮系、轴系等知识, 内容上涉及到齿轮和轴的结构设计和受力分析。课程设计安排在第二学期可以使学生知道该如何选题, 使学生在做设计的过程中知道哪些知识学过, 哪些知识没有学过, 对于没有学过的知识该如何获取等。

2. 课程设计项目的改变

机械设计基础课程设计是学生入学以来开设的第一门设计课程, 其主要目的在于培养学生的设计思想和创新能力, 使学生初步掌握一般机械的设计方法和设计步骤, 其次是让学生加深理解、巩固已学的机械制图、公差配合、金属材料与热处理、机械设计基础等知识。在传统的减速器设计中, 教师把设计思路和设计方案直接交给学生, 学生做设计时不需要去进行设计的前期资料收集, 不需要思考采用何种设计方案。这在很大程度上抑制了学生创新思维能力的提高, 剥夺了学生体验设计快乐的权利, 违背了开设课程设计的意旨。因此传统的减速器设计项目必须摒弃, 教师应该提出新的项目, 以达到培养学生课程设计所要求的能力。

教师可以在第一学期期末, 即在《机械设计基础》课程中的平面机构讲解完成后将课程设计的任务下发给学生, 让学生利用假期的时间去寻求适合自己的题目。教师要给定题目的大范围, 机械设计基础课程设计的题目范围应该是围绕着《机械设计基础》课程来展开的, 其所涉及的知识必须包含力学、平面机构和至少一种传动机构, 内容大部分应属于学生所学的范畴。比如改进玩具的运动机构、增加机构运动功能, 以及改进手摇补鞋机的结构等学生可以接触到的、能让学生产生创造愿望的一些设计, 甚至可以鼓励学生根据身边所见事物来发明一些简易的机械装置。学生选好项目后, 教师要求学生在第二学期开学时提交开题报告初稿。学生可分组进行, 每组不超过4人, 尽量避免抄袭现象的发生。

这是学生的初次课程设计, 在选题方面具体该如何做, 很多学生都弄不清楚。因此, 教师可以多举一些浅显易懂的例子供学生参考。对于学生选好的项目, 教师必须检查其选题是否合适, 教师应该从以下几个方面进行检查。首先, 检查学生选题所涉及的知识点是否单一, 学生是否学过, 如果只有少部分知识未曾学过, 那么学生便可自学完成, 如果大部分知识都没有学过, 就劝导学生重新选题或者教师给学生一些项目供学生选择。其次, 要检查这些项目的任务量是否合适, 初步制订的工作计划是否合理。最后, 需要检查项目的创新性和学生能力方面, 这一步主要是检查项目中是否含有学生自身的设计思想, 以及凭借学生现有的能力和知识水平是否能够完成设计任务。

3. 项目的具体实施过程

(1) 方案的确定。学生以4人1组的团队形式进行分工合作。首先收集资料, 找到与设计相关的同类模型、上网查找相关的网络资源、寻找与设计有关的书籍等等, 学生发挥各自优势合作完成。然后对所收集到的资料进行深入分析讨论, 依据设计的要求编制设计方案。最后经过严密的论证初步确定最终方案。教师应参与最终方案的讨论、修订, 及时发现方案的不合理之处, 并提出改正的意见。

(2) 方案的实施。学生要将工作计划细化至每一周, 设计任务按照工作计划分阶段进行。凡是涉及机械零件的结构设计计算部分, 每个组员都必须要做。遇到不懂的, 学生可以通过图书、网络、教材获取所需资料, 也可以通过询问教师获得相关知识。完成每一阶段任务时, 学生都要进行自查, 把自查作为一项重要的工作去做。在这个过程中, 教师起着指导、检查和监督的作用, 要对学生的工作周周检查, 随时跟进。检查中肯定学生所取得的成绩, 指出其中的不足, 指明改进的方向。当学生遇到疑难问题时, 教师只需要给学生指明解决问题的方向, 具体怎么做让学生自己去思考。教师要培养学生迎难而上、勇于挑战的精神, 让学生体会到学习的快乐与艰辛。

4. 考核方式的改进

机械设计基础课程设计的考核方式不能再采用只凭结果定成绩的终结性考核形式, 不能只看说明书和图纸, 而不看学生学习过程中的表现。为了更加客观、公正地评价学生的学习情况, 该课程设计应采用过程评价与作品评价相结合的形式 (见表) 。

过程考核应分阶段进行, 要将考核点与各个阶段的项目一一对应, 采用逐项加分的方法, 肯定学生每一阶段所取得的成绩。学生在完成项目的过程中要不断地进行自我检查, 客观地进行自我评价, 使学生能够自我发现、自我提高。项目完成后, 分组进行全面的考核与评价。

三、新教学模式对教师提出的要求

(一) 教师要增强课堂教学控制能力

教师要能够在《机械设计基础》理论教学和课程设计之间找到恰当的结合点, 使理论课程和实践课程之间实现相辅相成。在理论课的讲授中, 教师若以学生所做的项目为载体进行新知识的讲解, 就能激发学生学习的主动性, 使学生切实感受到理论课程的学习能解决实践中的一些问题。在课程设计的课堂教学中, 学生要认识到课堂上主要是解决课程设计中难解的问题, 而不是将繁琐的计算拿到课堂上进行。教师要明确课堂上教师要起到解疑释惑的作用, 而不是做监督学生做作业的监工。

(二) 教师要加强自身的学习

高职院校中从事专业基础课教学的教师大多来自学校, 他们在从事高职院校教学工作之前没有企业实践锻炼经历, 实践方面的知识比较匮乏。机械设计基础课程设计中, 学生的选题项目多源自身边所见的事物, 所涉及的知识面比较广, 如果教师自身的学识不足, 就很难弄清楚学生的项目内容, 更谈不上对学生进行进一步的指导。因此, 从事课程设计的教师要从实践知识和理论专业知识两个方面加强学习, 不断拓宽自己的知识面。除此以外, 教师还应学习机械设计创新的理论知识, 掌握创新的方法, 锻炼自己的创新思维。

四、结语

机械设计基础课程设计教学改革的部分内容是借鉴基于工作过程的教学模式。改革的目的在于激发学生的学习兴趣, 培养学生工程设计的实际能力, 培养学生积极、主动的学习态度。课程设计的教学改革只有适应职业教育对专业人才的要求, 才能体现出教学的实际意义。基于实践的教学改革过程任重而道远, 需要从事机械设计基础教学的同行们共同努力探索和实践。

摘要：机械设计基础课程设计是《机械设计基础》课程中的一个非常重要的实践环节, 其目的是培养学生系统综合地运用所学知识解决实际问题的能力, 同时使学生掌握一般工程设计设计思路和设计方法, 并满足高等职业教育对创新型人才培养的需要。针对高等职业教育对专业人才提出的新要求, 在分析机械设计基础课程设计教学现状的基础上, 从专业教学计划、课程设计项目、项目实施过程, 以及课程考核等几个方面入手进行探讨, 有利于弄清课程设计教学改革的方向和目的。

关键词：课程设计,项目,改革

参考文献

[1]陈立德.机械设计基础课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社, 2007.

[2]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 2007.

[3]周玉丰.机械设计基础[M].北京:机械工业出社, 2008.

[4]李学锋.工作过程系统化高职课程建设的研究与实践[J].成都航空职业技术学院学报, 2008 (3) .

[5]张源峰.基于工作过程导向的课程体系开发与实践[J].闽西职业技术学院学报, 2009 (2) .

8.现代机械设计的理论基础分析 篇八

【关键词】机械设计；计算机辅助设计；仿真分析

1.现代机械设计理论概述

随着现代化化技术的发展，制造业面临着与日俱增的挑战，机械产品的设计也随着人们的需求而提出更高的要求。在这种情况下，传统的机械设计理论方法已不能满足工厂的需要，一种更智能、更便捷、更合理的方法被提出——现代机械设计理论。在短期的发展历程中，有人提出现代机械设计理论的几大方向，包括：（1）信息论方法；（2）系统论法；（3）控制论法；（4）优化论法；（5）对应论方法；（6）智能论方法；（7）寿命论方法；（8）离散论方法；（9）模糊论方法；（10）突变论方法；（11）艺术论方法等。这些方法的引入，是基于现代化技术的发展，如计算机科学、现代测量理论、现代数学理论等。

正是有了一系列现代化设计理论，机械设计在传统的基础理论上有了质的飞跃，与传统设计理论相比，现代机械设计理论更加突出合理性、有据性和形象性。例如用CAD技术对机械产品的设计，使我们在短时间内看到产品的外观，可以在设计过程中边建模边分析，这样对其形状有一个比较形象的把握，而传统上的机械设计方法只能凭设计人员的经验和想象力。在这方面，现代化机械设计方法要具有很多优势。

2.现代机械设计理论基础与分析

现代机械设计理论主要包括四种：现代设计方法学、计算机辅助设计、可信性设计、设计试验技术。这些方法都是在传统机械设计的基础上，根据现实需要发展延伸而来的，是基于现代设计技术和传统设计理论而衍生的新的设计理论。

2.1现代设计方法学

设计方法学是研究产品设计规律、设计程序及设计中思维和工作方法的一门综合性学科。在传统的机械设计方法中，经验设计占据主导部分，人们根据经验对机器的整体外观进行想象化设计，然后由团队式进行分析。而现代设计方法学是在总结以往的设计规律，在此基础上对要设计的产品进行相似性分析，对以往设计方法加以利用。

现代设计方法学包括并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、模糊设计、价值工程、反求工程技术、质量功能配置、绿色设计、面向对象的设计、工业造型设计。并行设计是一种整体设计法，要求设计人员在初始阶段便对产品的整个生命周期进行考虑，包括产品的设计、改善使用、销售、维修等方面的内容。是设计者利用现代协作技术，多部门，多学科间的一种联系，充分考虑产品生命周期内的各种因素。模块化设计是指将整个机械分为几个功能模块分别设计，在设计中只需考虑各模块的功能和各模块外部之间如何关联。这样的设计，不仅减少了单个设计人员的信息关注量，而且在使用客户中也可以根据需要进行甄别选取，然后组合使用，这样既节省了单个劳动人员的工作量，又加快了设计速度，缩短产品设计流程，又避免了客户对产品上的功能性浪费。这些现代化方法，都使设计更加便捷化，程序化，合理化。

2.2计算机辅助设计（CAD）

计算机辅助设计英文全称为computer aided design，包括优化设计、有限元法、智能计算机辅助设计、工程数据库、虚拟设计和模拟仿真。计算机辅助设计是基于机械设计软件如AutoCAD、Ansys、Solidworks等设计软件的现代设计理论方法。

在目前的设计理论中，超前化设计之前是每个企业和设计人员必须学会的方法，现代机械设计软件各种设计方法的利用，让设计人员可以把想法在电脑上提前展示出来。然后再利用有限元软件对产品的受力，温度等进行分析，进行强度校核，这就大大缩短了产品设计周期，而且虚拟的产品分析还可以降低设计成本。例如对一个机械手臂的设计中，设计人员首先将产品大致外观用三维软件solidworks进行三维建模仿真，待装配完成，对外观及机构结构上不合理的部分进行初步改进。待这些外观结构改善完毕，导入有限元分析软件ansys，施加虚拟外力，对机械手臂各部件进行可行性分析，强度、寿命是否能达到要求。这样，一个机械产品设计完毕，进行试生产后，机械部分的设计成功率几乎达到99%，这便是CAD技术的优点。

2.3可信性设计

可信性的引入，是在机械设计技术成熟之后才提出的。包括安全设计、可靠性设计、动态分析与设计疲劳可靠性设计、防断裂设计、减摩耐磨设计、防腐蚀设计、健壮设计、耐环境设计、维修性设计、测试性设计、人机工程设计。它融合了材料、断裂力学、疲劳理论、数理统计等内容的一个学科，比传统的机械设计复杂。

对于现代设计理论学说，可靠性设计的提出是在市场竞争下提出来的，它关系到一个产品的生命周期，以及在这个生命周期内的平均修复时间等问题。设计人员在设计产品时，兼顾考虑产品的使用性能，并在这基础上对产品进行改进，使产品结构更加合理。可靠性设计包括两种基本方法：定量化和定性化。定量化的方法要从故障（失效）的概率分布讲起，如何能定量地设计、试验、控制和管理产品的可靠性。定性方法则是经验为主，也就是要把过去积累处理失效的经验设计到产品中，使它具有免故障的能力。定性和定量方法是相辅相成的。可靠性设计目的是在设计阶段预测和预防所有可能发生的故障和隐患，消除于未然，把可靠性设计到产品中去。事前分析指出产品在运行中的故障诊断、检测，和寿命预测技术，以保持运行的可靠性。事后分析指产品发生故障或失效后的分析，找出产品故障模式的原因，研究预防故障的技术。尤其是事前分析，这便是可靠性研究重点的重点，美国工业中90%的可靠性成本用于设计上，而且在提高可靠性方面已积累了不少经验和技术。

2.4设计试验技术

机械设计试验技术，是基于虚拟仿真技术的基础上发展而来的又一新兴学科。在设计人员对产品外观等设计完毕后，在电脑上对产品的可靠性验证和运动仿真，发现需要改进的方面后对产品进行优化。它包括环保性能试验、仿真与虚拟试验、可靠性试验。

设计试验技术理论，要求事先制定好试验指标，即判断试验结果是否达到预期效果的技术性指标。这些指标要求定量定性，以求得到的结果更具有科学性和可比较性。在这些技术里，关键在于检测技术，如有限元软件的引入，虚拟仿真软件的运用等。设计人员在建模完成后可以对产品各部件的运动输入计算机，计算机根据大量的计算得到产品的运动特性，受力特点。设计人员便可以形象直观的知道产品各方面特性。这种虚拟试验的好处便是缩短设计周期，降低研发成本，减小设计人员工作量。他的理论基础是计算机运动关系分析和受力分析。

3.结论

面对市场上日益剧烈的竞争，机械设计者不仅面临技术上的竞争，还要进行时间上的赛跑，而现代机械设计技术正是在这方面要求的基础上发展而来的，它是在现代计算机技术，现代数据库技术和现代数学理论的基础上发展而来的，在机械设计上一种革新式的新理论。

9.《机械设计基础》答案要点 篇九

第一章平面机构的自由度和速度分析

1－1

1－2

1－3

1－4

1－5

自由度为：

或：

1－6

自由度为

或：

1－10

自由度为：

或：

1－11

1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设，求构件3的速度。

1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接

。触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比

构件1、2的瞬心为P12

P24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心

1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：，求机构全部瞬心、滑块速度，和连杆角速度

。，在三角形ABC中，，，1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径，求的数值和方向。的圆盘，圆盘中心C与凸轮和

时，从动件回转中心的距离，角速度

时

方向如图中所示 当时

方向如图中所示

第二章平面连杆机构

2-1 试根据题2-1图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。

（1）双曲柄机构

（2）曲柄摇杆机构

（3）双摇杆机构

（4）双摇杆机构

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。

2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得：

工作行程曲柄的转角

则空回程曲柄的转角

摇杆工作行程用时7s，则可得到空回程需时：

（2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s，则曲柄每分钟的转数为

2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD在水平位置上0下各摆10，且。（1）试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。解：

以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。

2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速比变化系数。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇确定机构最小传动角计）。

解：由K=1.2可得极位夹角

（若，则应另选铰链A的位置，重新设

2-7 设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示。已知滑块的行程，行程速度变化系数，求曲柄和连杆的长度。，偏距解：由K=1.2可得极位夹角

2-8 设计一摆动导杆机构。已知机架长度求曲柄长度。

解：由K=1.4可得极位夹角，行程速度变化系数，2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构。已知炉门上两活动铰链的中心距为50mm，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在yy轴线上，其相关尺寸如题图2-10图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。

2-12

已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题2-12图所示，；，；，；机架长度，试用解析法求其余三杆长度。

解：由书35页图2-31可建立如下方程组：

消去δ，并整理可得：

令：

（1）

（2）

（3）

于是可得到

分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于P1、P2、P3由三个方程组成的方程组。可解得：，再由（1）、（2）、（3），可解得：

第三章 凸轮机构

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段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角Φ。

3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C点为圆心的圆盘，试求轮廓上D点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。

3-4 设计题3-4图所示偏置从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距，凸轮基圆半径，滚子半径，从动件的升程，，，从动件在升程和回程均作简谐运动，试用图解法绘制出凸轮的轮廓并校核推程压力角。解：（1）推程： 推程角：

从动件的位移方程：

从动件的行程：

00 0

500 2.01

1000 27.99

1500 30（mm）

（2）回程： 回程角：

从动件的位移方程：00

400

800

1200（mm）30

27.99

2.01

0

于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子，绘制内包络线，就得到凸轮的实际轮廓曲线（略）

注：题3-

6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是：3-6为一摆动从动件盘形凸轮机构，3-7为一平底直动从动件盘形凸轮机构。

第四章 齿轮机构

4-1 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿跟高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿跟圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。解：

项目及计算公式

齿轮1

齿轮2

分度圆直径

齿顶高

（）3

齿跟高

（）3.75

3.75 顶隙

（）

0.75 0.75 中心距

齿顶圆直径

齿跟圆直径

49.5 115.5 基圆直径

（）53.5625

9.42 4.71 4.71，齿数

115.5822 齿距，齿厚

齿槽宽

4-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距，求模数和分度圆直径。

解：由

可得

则其分度圆直径分别为

4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数该轮的模数。解：

正常齿制标准直齿圆柱齿轮：则有，齿顶圆直径，求

4-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮,圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。，试分别求出分度圆、基解：

齿顶圆压力角：

基圆压力角：

分度圆上齿廓曲率半径：

齿顶圆上齿廓曲率半径：

基圆上齿廓曲率半径：

4-6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，，试参照图4-1b计算该对齿轮的中心距和内齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿跟圆直径。

解：该对齿轮为内啮合，所以有 中心距齿轮2为内齿轮，所以有

4-10 试与标准齿轮相比较，说明正变位直齿圆柱齿轮的下列参数：、解： 不变的参数、、、、、、、、，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？、、、变化 增大、、、、减小，，试计4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。

解：对外啮合的斜齿轮中心距为

代入已知参数可得

所以

端面模数

分度圆直径分别为

mm

mm

mm 齿顶圆直径分别为

mm mm 齿跟圆直径分别为

mm mm

第五章 轮系

5-1 在题5-1图所示双级蜗轮传动中，已知右旋蜗杆1的转向如图所示，试判断蜗轮2和蜗轮3的转向，用箭头表示。

5-2 在题5-2图所示轮系中，已知，（右旋），线速度的大小和方向。，，若，，求齿条6

解：

方向为水平向右。

5-3 在题5-3图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设，时针的传动比。，，，，，求秒针与分针的传动比和分针与

解：为定轴轮系

注意各轮转速之间的关系：

得到则有

5-6 在题5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知，液压马达M的转速，回转台H的转速，求齿轮1的齿数（提示：）。

解：

5-9 在题5-9图所示差动轮系中，已知各轮的齿数，，齿轮1的转速为

（箭头向上），齿轮3的转速为头向下），求行星架转速的大小和方向。

（箭

解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有

在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，已的值为正，的值为负，代入上式中，则有

即

于是解得

其值为正，说明H的转向与轮1的转向相同。5-10 在题5-10图所示机构中，已知，，，求：

（1）当、时，（2）当时，（3）当、时，，解：该轮系为一复合（混合）轮系（1）有1、2、3构成定轴轮系，则有

即

（2）由3（H）、4、5、6、7构成周转轮系 易知

即

联立定轴轮系

则

即

①当②当③当，时，时，时，第七章 机械运转速度波动的调节

7-2 在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩的变化规律如题7-2图所示。设驱动力矩等于常数，剪床主轴转速为，机械运转速度不均匀系数。求：（1）驱动力矩的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。

解：（1）按一个周期中（一运动循环）阻力矩和驱动力矩做功相等，有

（2）分三个区间 第一区间盈功：

第二区间亏功：

第三区间盈功：

画出能量指示图：

则最大盈亏功为：

则飞轮的转动惯量为

7-3 为什么本章介绍的飞轮设计方法称为近似方法？试说明哪些因素影响飞轮设计的精确性。

解：因在本章所讨论的飞轮设计中，用的是算术平均值代替的实际平均值，对速度不均匀系数的选择也只是在它的容许范围内选择，还有，在计算时忽略了其他构件的转动惯量，也忽略了其他构件的动能影响。所以是近似计算。

7-5 设某机组发动机供给的驱动力矩（即驱动力矩与瞬时角速度成反比），阻力矩在变化如题7-5图所示，，若忽略其他构件的转动惯量，求

状态下飞轮的转动惯量。

解：用平均角速度处理

两时间段的转角

： ：

则在0～0.1s之间

则在0.1～0.9s之间

则最大盈亏功为

由

可得

第8章 回转件的平衡

8-1 某汽轮机转子质量为1t，由于材质不均匀及叶片安装误差致使质心偏离回转轴线0.5mm，当该转子以5000r/min的转速转动时，其离心力有多大？离心力是它本身重力的几倍？ 解：离心力为：

离心力与重力之比为：

8-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积方向沿和。由于结构限制，不允许在与方向各加一个质径积来进行平衡。求

和的数值。

等于，相反方向上加平衡质量，只允许在解：依题意可得：

于是可解得：

8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知，，，，设所有不平衡质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡？

解：各偏心质量产生的质径积分别为：

于是不平衡质径积的向量和为：

即应在图示反方向的方位加上质径积，回转件才能达到平衡。

第10章 连接 10-4 解：设螺旋副的升角为，当量摩擦角为，当量摩擦系数用

表示

则 已知，则，（1）工作台上升的效率为

（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为

（3）螺杆的导程为

则可得螺杆的转速为：

螺杆所需的功率为：

（4）工作台在制动装置。作用下等速下降，因，该螺旋副不具有自锁性，所以需要加于螺杆上的制动力矩为：

10-7 解：查表10-1，M20螺栓的小径为

由题意知，因F作用而在轴上产生的摩擦力矩应与W作用而在轴上产生的力矩平衡，即有

则

则每个螺栓所受的轴向力为

螺栓的力学性能等级为4.8级，查表10-5，查表10-7，则

代入试（10-12）有

则 10-10 解：（参考）

暂取螺柱个数为12，性能等级为5.8级（已知）查表10-5 查表10-7

取残余预紧力

则

取M16的螺柱（其）

螺柱的分布圆直径为

～取

则螺柱间距为：

所以，选择正确。10-14 解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径可知，与之相装配的轴径也为结合轮毂长度尺寸84，可由表10-9查得需要选择的键为：

键16×80 GB/T 1096-2003 同时可查得键的厚度尺寸，然后根据题10-8中传递的转矩，利用公式（10-26）及表10-10进行验算强度即可

第11章 齿轮传动 11-1

解：利用题中给定的条件可推导出：

11-4

解：本题为设计计算题，按照例题的步骤进行计算即可。11-6

解：（1）；（2）；（3）；（4）

11-7 解：

11-9 解：

要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：

且知轮2和轮3所传递的转矩相等，设都为T，则