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《机械设计基础》学习概要及作业集（上册）姓名：学号：专业年级：学院：昆明理工大学目录绪论--------------------------------------------------------------------------------------3第一章平面机构的自由度和速度分析-----------------------------------------4第三章凸轮机构--------------------------------------------------------------------7第五章轮系-----------------------------------------------------------------------11第十章联接--------------------------------------------------------------------14第十二章蜗杆传动--------------------------------------------------------------------15第十四章轴-----------------------------------------------------------------------------18绪论这一章对本课程以及学习本课程应注意的问题作一个大致的介绍。内容1、定义几个基本的名词术语2、设计机器应满足的基本要求3、机械设计的几种方法和机械设计的大致步骤4、课程研究的内容与教学目标5、本课程的特点和学习方法重点机械设计的基本要求课程研究内容与目标课程特点和学习方法难点机械设计应满足的基本要求思考题1.对具有下述功用的机器各举出两个实例：（1）原动机；（2）变换机械能为其他形式能量的机器；（3）变换物料的机器；（4）变换或传递信息的机器；（5）传递物料的机器；（6）传递机械能的机器。2.指出下列机器的动力部分、传动部分、控制部分和执行部分：（1）汽车；（2）自行车；（3）车床；（4）缝纫机；（5）电风扇；（6）录音机。3.指出缝纫机中若干专用零件和通用零件。第一章平面机构的自由度和速度分析教学目标1、弄清构件组合满足什么条件才具有确定的相对运动？2、能绘制机构运动简图。3、理解何谓速度瞬心？明白速度瞬心有哪些用途？基本要求明确自由度、运动副、主动件、机架、瞬心、复合铰链、局部自由度、虚约束等概念；能正确计算平面机构的自由度；能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。重点机构自由度的计算；机构运动简图的绘制难点机构运动简图的绘制；瞬心的判定及在速度分析中的应用所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。工程中常见的机构大多数属于平面机构，因此，本章只讨论平面机构。习题题1—1至1-4绘出图示机构的机构运动简图题1—1图题1—2图题1—3图题1—4图题1—5至1—12指出下列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。思考题１.解释：自由度、运动副、机架、瞬心、局部自由度、虚约束。２.机构中复合铰链、局部自由度、虚约束通常出现在什么地方。３.构件组合具有确定相对运动的条件是什么？４.如给出机构运动简图，您能根据瞬心定义和三心定理找出机构的全部瞬心吗？５.给出机构运动简图，您确信自己能正确计算机构的自由度吗？６.何谓“机构运动简图”？简述机构运动简图的作图步骤。７.对图示的三角形桁架，计算机构自由度时，将它视为一个刚性构件或三个构件的组合，对计算结果有无影响？第三章凸轮机构凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个构件组成，是最简单的单自由度的高副机构之一，是机械中的一种常用机构。教学目标1．了解凸轮机构的类型，明确凸轮机构的优缺点及适用的工业场合。2、能正确绘制从动件常用运动规律的位移线图。3、掌握反转法，能用图解法绘制凸轮轮廓线，能编程设计凸轮廓线。4、明确影响凸轮机构工作性能和空间尺寸的有关因素。具体内容1、凸轮机构的类型和应用2、从动件的常用运动规律3、凸轮廓线的图解设计4、凸轮设计中应注意的两个问题基本要求凸轮机构的特点和应用；从动件常用运动规律及特点；凸轮廓线的图解设计；影响凸轮机构性能的因素。重点从动件的常用运动规律；凸轮廓线的图解设计；影响凸轮机构性能的因素。难点反转法、基圆半径的确定。习题3—1偏置直动从动件盘形凸轮机构如图所示。已知AB段为凸轮的推程廓线，试在图上标出推程运动角。3—2偏置直动从动件盘形凸轮机构如图示。凸轮为一以Ｃ为中心的圆盘，问轮廓上Ｄ点与尖顶接触时其压力角为若干(作图表示)？3—3一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构如图示。已知凸轮顺时针方向匀速转动，凸轮基圆半径=40mm，从动件的升程h=30mm，滚子半径=10mm,=150°,=30°,=120°,=60°，从动件在推程作简谐运动，在回程作等加速等减速运动。试用图解法绘出该凸轮的轮廓。3—6在图示自动车床中控制刀架移动的滚子摆动从动件凸轮机构中，已知=60mm，=36mm，=35mm，=8mm。从动件运动规律如下：当凸轮以等角速度逆时针回转150°，从动件以简谐运动向上摆15°；当凸轮自150°转到180°时，从动件停止不动；当凸轮自180°转到300°时，从动件以简谐运动摆回原处；当凸轮自300°转到360°时，从动件又停止不动。试绘制凸轮的轮廓。思考题１.名词解释：推程；推程运动角；基圆；压力角；刚性冲击；柔性冲击。２.若给出凸轮机构的机构运动简图，您能正确作出给定的推程角、给定位置的压力角吗？３.简述对心直动滚子从动件盘形凸轮机构凸轮廓线的绘制步骤。４.试分析：凸轮机构的滚子半径、基圆半径对凸轮机构性能的影响。若您所设计的凸轮机构的最大压力角超标，那么，可从哪些方面采取措施加以改进？第五章轮系教学目标由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。通过学习本章，您应该1、了解轮系有哪些用途。2、明确轮系有哪几种类型。3、会计算轮系传动比，会正确判定轮系的转向。4、对几种特殊行星轮系的工作原理和结构有所了解。教学内容1、轮系的类型2、定轴轮系及其传动比3、周转轮系及其传动比4、复合轮系及其传动比5、轮系的应用6、特殊行星传动简介基本要求轮系的分类；输入、输出轴转向的判定；定轴轮系传动比的计算；周转轮系传动比的计算。重点轮系传动比的计算及转向的判定。难点蜗杆蜗轮转向的判定（左、右手定则）；反转法（周转轮系与定轴轮系的转化）。习题5—２图示轮系中，=15，=25，=15，=30，=15，=30，=2(右旋)，=60，=20，(m=4mm)，若=500r/min，求齿条６线速度v的大小和方向。答案：v=10.5mm/s，方向向右。5—５图示手动葫芦中，S为手动链轮，H为起重链轮，=12，=28，=14，=54，求传动比。5—9图示差动轮系中，各轮齿数为：=30，=25，=20，=75，齿轮1的转速为200r/min(箭头向上)，齿轮3的转速为50r/min(箭头向下)，求行星架转速的大小和方向。5—12图示轮系中，==40，==30，==100，求。5—14图示自行车里程表机构中，C为车轮轴。=17，=23，=19，=20，=24。设轮胎受压变形后使28in(英寸)的车轮有效直径约为0.7m。当车行一公里时，表上的指针P要刚好回转一周，求齿轮2的齿数。思考题１.解释：“定轴轮系”、“周转轮系”、“复合轮系”？２.简述“左(右)手定则”的方法？３.简述计算周转轮系传动比的方法？４.和的含义有何不同？５.简述计算混合轮系传动比的方法？６.轮系有哪些用途？第十章联接机械制造中，联接是指被联接零件之间的固定接合。就机械零件而言，被联接零件有轴与轴上零件(如齿轮、飞轮)、轮缘与轮心、箱体与箱盖、焊接零件中的钢板与型钢等。专门用于联接的零件称为联接件，也称为紧固件，如螺栓、螺母、销等。有些联接则没有专门的紧固件，如靠被联接本身变形组成的过盈联接、利用分子结合力组成的焊接和粘接等。联接分为可拆和不可拆的。允许多次装拆而无损于使用性能的联接称为可拆联接，如螺纹联接、键联接和销联接；若不损坏组成零件就不能拆开的联接则称为不可拆联接，如焊接、粘接和铆接。本章只讨论可拆联接。教学目标明确概念：效率、自锁、粗牙螺纹、细牙螺纹、联接螺纹、传动螺纹。知道影响螺纹副效率(或自锁)的因素；受拉、受剪螺栓联接的结构特点；防松原理与装置；提高联接螺栓强度的措施；平键、楔键、花键联接的工作原理、结构、特点；旋传动的计算内容。会判定螺旋线的旋向；分析螺栓组各螺栓的受力，进行强度计算；选择键联接的类型。基本要求螺纹参数与类型，螺纹副受力与效率分析，机械制造常用螺纹和螺纹联接类型，拧紧与防松，螺栓联接强度计算与增强措施，螺旋传动，键、花键联接的工作原理及特点。思考题１.简述判定螺旋线旋向的方法。２.何谓“自锁”？简述螺纹副的自锁条件。３.为什么联接常用三角形螺纹，而传动常用梯形螺纹？４.为什么说细牙螺纹比粗牙螺纹的防松性能好？５.铰制孔用螺栓与普通螺栓的工作原理和结构有何不同？６.在螺栓联接中，为什么有时要采用细光杆螺栓或空心杆螺栓？７.“制造和装配精度足够高，则螺纹旋合后各圈螺纹牙的受力就相等”。这种说法正确吗？为什么？8.简述平键、半圆键、楔键、切向键的工作原理、特点及键的选择步骤(如何确定键类型、截面尺寸、长度)。第十二章蜗杆传动蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角为90°，多数情况下蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。教学内容蜗杆传动的特点与类型蜗杆传动的参数与尺寸失效形式、材料和结构蜗杆传动受力分析蜗杆传动的强度计算效率、润滑和热平衡计算教学目标知道蜗杆传动的特点、类型与适用场合，蜗杆传动的失效形式、影响传动工作能力的主要因素；能正确分析作用力(大小、方向)，选材和确定蜗轮结构，能正确设计蜗杆传动、正确选用润滑方式与润滑剂。基本要求传动的特点与类型，传动的参数与尺寸，失效形式、材料和结构，受力分析，强度计算，效率、润滑和热平衡计算。重点传动的参数与尺寸，失效形式和材料选择，受力分析，强度计算，热平衡计算。作业12—2如图所示，蜗杆主动，=20Nm，m=4mm，=2，=50mm，=50，啮合效率=0.75，试确定：(1)蜗轮的转向；(2)蜗杆、蜗轮上作用力的大小和方向。12—3如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴上的锥齿轮的转向n。问：(1)欲使中间轴上的轴向力为最小，蜗杆螺旋线的旋向和蜗杆转向应如何？(2)在(1)的前提下，标出各轮轴向力的方向。12—4设计一由电动机驱动的单级圆柱蜗杆减速器。电动机功率等于7kW，转速为1440r/min，蜗轮轴转速为80r/min，载荷平稳，单向转动。蜗轮材料为锡磷青铜、砂型；蜗杆为40Cr、表面淬火。思考题１.齿轮传动的传动比公式21did和中心距公式12()2mazz对于蜗杆传动也适用吗？２.蜗杆传动有哪些特点？对蜗杆蜗轮副的材料组合有哪些要求？３.试证明蜗轮主动时自锁的蜗杆传动，蜗杆主动时啮合效率50%。４.对于动力传动，一般尽可能不用单头蜗杆，其理由何在？５.与齿轮传动一样，蜗杆传动的模数也是标准的。那么，国家为什么要将蜗杆的分度圆直径也标准化呢？６.什么情况下要对蜗杆传动进行热平衡计算？如果热平衡计算不满足要求，应从哪几方面采取措施？７.过盈配合的蜗轮齿圈的骑缝螺钉为什么要偏向铸铁轮芯一侧？第十四章轴轴是机器中最重要的零件之一，所有作旋转运动的机械零件(如齿轮、带轮等)都要装在轴上以实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。教学内容轴的功用和类型轴的材料轴的结构设计轴的强度计算轴的刚度计算轴的临界转速的概念教学目标知道轴的功用和分类，影响轴强度、刚度的因素，结构设计原则；能正确选择轴的材料及热处理，具备结构设计能力；会对轴进行必要的工作能力计算；了解轴临界转速的概念。基本要求轴的功用和类型，轴材料与热处理，轴的结构设计，轴的强度计算和刚度计算。重点轴的结构设计，轴