机械设计基础学习资料

现代远程教育《机械设计基础》课程学习指导书王立新编《机械设计基础》课程学习指导书课程学习方法指导学生结合自主学习教材，登录学习平台点播网络课件和获取网上教学资源，通过网上答疑、课程讨论、在线测试、网上作业等方式进行学习。学习方法：仔细阅读课件，认真学习教材相应章节，阅读答疑课件的相应章节，自己练习每章课后习题，以及在线自测题。对于配有实验“机构测绘”的第二章“平面机构的运动简图及自由度”学习后，学习实验课件；对于配有实验“齿轮范成”的第六章“圆柱齿轮传动”学习后，学习实验课件；全部教材学习完成后，认真阅读“课程设计”课件和“课程设计指导书”，完成课程设计任务。课程学习进度安排按照远程教育学院的教学进度计划安排自己的学习进度。需要注意的是：课程设计必须有充分的时间保障才能顺利完成，通常在全日制学习的学生，需要停课全身心投入两周时间才能完成整个课程设计的任务。建议远程的学生使用1个月时间来完成课程设计。课程学习课时分配第一章：绪论（2学时）第二章：平面机构的运动简图及自由度（4学时）第三章：平面连杆机构（4学时）第四章：凸轮机构（4学时）第五章：其他常用机构（2学时）第六章：圆柱齿轮传动（10学时）第七章：其他齿轮传动（2学时）第八章：齿轮系（4学时）第九章：带传动（4学时）第十章：链传动（2学时）第十一章：联接（6学时）第十二章：轴（4学时第十三章：轴承（7学时）第十四章：机械的润滑与密封（2学时）第十五章：联轴器、离合器及制动器（2学时）第十六章：弹簧（2学时）第十七章：机械的平衡与调速（3学时）第一章绪论（2学时）一、章节学习目标1、理解机械设计的一般过程。2、熟练掌握《机械设计基础》的课程性质；适用范围；机器、机构、机械、构件和零件的概念；零件和构件的区分方法。3、能运用基本概念判断零件的主要失效形式与设计准则；区分失效与破坏的关系。二、章节重点、要点课程性质：设计性技术基础课弄清楚机器、机构、机械、构件和零件的概念本课适用范围：（一般工作条件下+常用参数范围内）通用零、部件的设计和选用机械零件的设计准则：计算量≤[许用量]机械零件的失效和破坏的关系三、章节考试大纲本章考试以“选择题”和“判断题”的形式出现。四、章节练习题（一）选择题1、机械设计基础课程研究零件的内容只限于_______。A．专用零件和部件B．在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的零件和部件C．在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件D．标准化的零件和部件2、下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。其中有_____是专用零件。A．3种B．4种C．5种D．6种（二）判断题1、《机械设计基础》课程是一门基础课。（）2、汽车发动机的连杆部件是属于构件，而其中的联接螺栓、螺母则是属于零件。（）3、零件破坏了，那么零件就一定是失效了。（）第二章平面机构的运动简图及自由度（4学时）一、章节学习目标1.理解机构与运动副的定义。2.熟练掌握平面机构自由度的计算。3.能运用平面机构的自由度判定机构是否有确定运动。二、章节重点、要点机构——由两个以上构件用运动副联接起来，并具有确定相对运动的构件系统。运动副——两个构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。运动副的分类：高副（点、线接触，保留两个自由度）运动副转动副（保留一个转动自由度）低副(面接触）移动副（保留一个移动自由度）平面机构自由度计算计算公式：F=3n－(2PL+PH)注意事项：①复合铰链；②局部自由度；③虚约束。平面机构具有确定运动的条件◆F0（必要条件）◆原动件数=机构自由度数F（充分条件）三、章节考试大纲考试重点：运动副、平面机构自由度的计算。考试题型：判断题、选择题、计算题。四、章节练习题（一）、选择题1．当计算一机构的自由度为3时，该机构需要个主动件才能具有确定的运动。（）A．0B．1C．3D．52.由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为。()A.1B.m-1C.mD.m+l3．在平面机构中，每增加一个低副将引入。（）。A．0个约束B．1个约束C．2个约束D．3个约束（二）、判断题1．运动副是由回转副和高副两部分组成。（）2.机构具有确定运动的条件是机构的自由度等于1。3.在平面机构中，一个高副引入一个约束。（三）、计算题1、计算机构的自由度，若有局部自由度、复合铰链或虚约束，说明所在位置。第三章平面连杆机构（4学时）一、章节学习目标1.理解曲柄存在的条件。2.熟练掌握铰链四杆机构基本类型的判别，平面连杆机构压力角与传动角的标注。3.能运用曲柄存在条件判断一个四杆机构是否存在曲柄；能运用平面连杆机构的基本特性分析实际问题。二、章节重点、要点平面连杆机构的基本类型：双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构曲柄存在条件：◆最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和◆连架杆或机架之一为最短杆。铰链四杆机构基本类型的判别：◆曲柄摇杆机构——最短杆为连架杆◆双曲柄机构——最短杆为机架◆双摇杆机构——最短杆为连杆平面连杆机构的基本特性◆急回特性及行程速比系数极位夹角——从动件处于两极限位置时，主动件对应两位置所夹的锐角θ。若θ0，则K1，机构有急回特性。且θ越大，K值越大，急回性质越明显。若θ=0，则K=1，机构无急回特性。◆压力角和传动角(机构中的标注）压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。压力角的余角为传动角。γ=90-α压力角和传动角表示机构传力性能的重要参数。α越小，机构传力性能越好。γ越大，机构传力性能越好。摆动导杆机构压力角始终为0，传力性能最好。◆机构的止点位置曲柄摇杆机构：摇杆主动且处于两极限位置时；曲柄滑块机构：滑块主动且处于两极限位置时；摆动导杆机构：导杆主动且处于两极限位置时；铰链四杆机构的演化摆动导杆机构(l1l2)导杆机构转动导杆机构(l1l2)三、章节考试大纲考试重点：铰链四杆机构基本类型的判别、平面连杆机构的基本特性。考试题型：选择题、判断题、分析题。四、章节练习题（一）、选择题1、在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆之和小于其它两杆长度之和，则以为机架，可以得到双曲柄机构。（）A．最短杆B．最短杆相对杆C．最短杆相邻杆D．任意杆2.一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为（）A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.导杆机构（二）、判断题1、在四杆机构中，从动件压力角越大，机构传动效率越高。（）2、在铰链四杆机构中，若采用最短杆为曲柄，则该机构为曲柄摇杆机构。（）3．当曲柄为主动件时，曲柄滑块机构存在死点和急回特性。（）4.平面四杆机构的传动角等于90°时，则机构处于死点位置。（）（三）、分析题1、标出下列曲柄滑块机构的压力角，判定该机构是否会出现死点，为什么？第四章凸轮机构（4学时）一、章节学习目标1.理解凸轮机构的从动件常用的运动规律及其特点、凸轮基圆的定义及基圆对凸轮机构传力性能的影响。2.熟练掌握凸轮机构的工作过程，凸轮机构压力角、传动角的标注。。3.能运用反转法设计凸轮轮廓。二、章节重点、要点凸轮机构的工作过程推程、推程运动角远休止程、远停程角回程、回程运动角近休止程、近停程角从动件常用运动规律1.等速运动规律运动的始末有惯性力引起刚性冲击，适用于低速、轻载的场合。2.等加等减速运动规律在始末两端和中部三处有柔性冲击。多用于中速、轻载的场合。3.简谐（余弦加速度）运动规律在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。适用于中速、中载的场合。反转法设计凸轮轮廓从动件按与凸轮转向相反的方向绕凸轮转动。滚子从动件盘形凸轮的基圆半径指的是理论轮廓线上的最小向径。凸轮机构的压力角α↑，F’减小，F”增大，导路中产生的摩擦阻力增大。传力性能越差。可采用增大基圆半径或适当偏置从动件等措施减小压力角。滚子半径的选择增大基圆半径或减小滚子半径可以避免滚子从动件凸轮机构的“运动失真”三、章节考试大纲考试重点：凸轮机构压力角、基圆、偏心圆的标注。从动件常用运动规律的特点。考试题型：选择题、判断题、分析题。四、章节练习题（一）、选择题1、在凸轮机构设计中，其压力角越大，传动效率。（）A．越低B．越高C．不变D．不确定2、在圆柱凸轮机构设计中，从动件应采用从动件。（）A．尖顶B．滚子C．平底D．任意（二）、判断题1、在结构允许范围内，凸轮基圆半径越大越好。（）2、当从动件以等加速等减速运动规律运动时，凸轮机构有柔性冲击。（）3．凸轮机构的工作过程中按工作要求可不含远停程和近停程。（）（三）、分析题1.图示为一凸轮机构，凸轮的实际轮廓为一个圆，圆心为O’，凸轮的转动中心为O，试求：（1）画出偏距圆；（2）画出基圆，标出基圆半径r0；（3）标出在D点接触时的压力角。（要求保留作图线。）第五章其他常用机构（2学时）一、章节学习目标1.理解棘轮机构、槽轮机构的工作原理。2.熟练掌握螺纹的主要参数、螺纹的类型及其应用场合。3.能运用所学内容判断实际生活中的槽轮机构、棘轮机构。二、章节重点、要点螺纹主要参数(1)大径d：公称直径(2)小径d1：强度计算时，一般为危险截面直径。常用螺纹牙型：三角形、矩形、梯形、锯齿形螺纹牙型角越大，螺纹当量摩擦系数越大，自锁性越好。传动效率越低。联接螺纹一般用三角螺纹；梯形、锯齿形一般用于传动螺纹，锯齿形螺纹只承担单向载荷。棘轮机构组成：棘爪、棘轮、机架。优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。应用：1、送进和输送2、制动3、超越槽轮机构组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮、机架。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。三、章节考试大纲考试重点：螺纹参数、螺纹类型及其应用场合。槽轮机构、棘轮机构的工作原理。考试题型：选择题四、章节练习题（一）、选择题1、普通螺纹的公称直径是指。（）A．中径B．大径C．小径D．管径2、联接一般采用螺纹。()A．三角B．梯形C．矩形D．锯齿形3．能满足超越要求的机构是（）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4．在单圆销的平面槽轮机构中，当圆销所在构件作单向连续转动时，槽轮的运动通常为（）。A．双向往复摆动B．单向间歇转动C．单向连续转动D．双向间歇摆动第六章圆柱齿轮传动（10学时）一、章节学习目标1.理解渐开线齿廓上压力角的定义，渐开线齿廓的三个特性，2.熟练掌握直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算，直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件，斜齿轮各力方向的判定。3.能运用所学知识进行直齿圆柱齿轮的设计二、章节重点、要点渐开线齿廓的特性渐开线上各点压力角不同，离基圆越远，渐开线上的压力角越大。渐开线齿廓传动比的恒定性、传递压力方向不变、传动中心距可分性直齿圆柱齿轮主要参数d=mz，r=mz/2齿数相同的齿轮，模数越大，尺寸越大,承载能力越强。kbkrrOKONcos1212121221zzrrrrddibb分度圆上的压力角为标准压力角。规定标准值：α＝20°rb＝rcosαs=e=πm/2圆柱齿轮传动正确啮合条件直齿轮：m1=m2=m，α1=α2=α斜齿轮：β1＝-β2mn1=mn2，αn1=αn2圆柱齿轮传动的连续传动条件ε≥1重合度越大，同时参加啮合的轮齿越多，传动越平稳。齿轮的主要失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀斜齿轮受力方向的判定。齿轮传动的设计步骤：软齿面闭式齿轮传动：按接触强度进行设计，粗估中心距，确定齿轮传动参数和几何尺寸；然后按弯曲强度校核。硬齿面闭式齿轮传动：按弯曲强度进行设计，粗估模数，确定齿轮传动参数和几何尺寸；然后按接触强度校核。开式齿轮传动：按弯曲强度进行设计，粗估模数并适当放大，确定齿轮传动参数和几何尺寸；三、章节考试大纲考试重点：直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算、斜齿轮受力方向的判定、直齿圆柱齿轮的主要失效形式及其设计准则。考试题型：选择题、判断题、计算题。四、章节练习题（一）、选择题1．