（2012.06.29）机械设计基础课程期末复习指导（文本）

1．（8分）计算图示机构的自由度。

解：活动构件数 n＝7 （2分）

低副数 PL＝10 （2分）

高副数 PH＝0 （2分）

自由度数 F=3N-2Pl-Ph （2分）

2．（10分）作用在杆各截面1-1、2-2、3-3上的外力如图所示，画出下图中各杆的轴力图，并计算最大轴力Nmax。

图（a） 图（b）

解：图（a）杆件轴力图： （3分）

最大轴力 （2分）

图（b）杆件轴力图： （3分）

最大轴力 （2分）

3．（12分）如图所示一矩形截面梁，已知承受载荷F=10KN，材料的许用应力[]=160MPa。求：

（1）梁A、B端的约束力；

（2）确定横截面的尺寸。

解：求支反力：

（3分）

（3分）

word/media/image15_1.png （2分）

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截面宽b＝36mm，高h＝2b＝72mm （4分）

4．（10分）如图所示的轮系，已知z1=15， z2=25，z2’=15，z3=30，z3’=15，z4=30，q4’=2（右旋），若，求齿条6线速度的大小。（提示：齿轮齿条机构中齿条的运动速度，d为齿轮分度圆直径，n为齿轮转速）

解： （4分）

（3分）

word/media/image26_1.png （3分）

王乐：力的三要素？

孙志娟：大小、方向、作用点

孙帅：约束反力图怎么画？

孙志娟：约束限制非自由体运动的力称为约束反作用力，简称约束反力。常见约束类型：

（1 ）柔体约束

组成：柔软的绳索、链条或带。

反力：只能是拉力。

（2）光滑面约束

组成：导轨、滑槽、气缸等。

反力：法向支承力。

（3）光滑铰链约束

固定铰链约束

反力：正交分力。

活动铰链约束

反力：法向支持力。

固定端约束

反力：正交分力和反力偶

田坤：力偶距怎么求？

孙志娟：更正：应该是力偶矩，是指组成一给定力偶的两个力对空间任意一点之矩的矢量和。

孙志娟：回复：力偶距怎么求――力偶矩-----大小相等，方向相反.不在同一作用线上的一对平行力称为“力偶”；

力偶所在的平面称为“力偶作用面”；

平行的两力的作用线间的距离称为“力偶臂”；

力偶矩的计算是平行力中的一个力与力偶臂的乘积。

孙帅：机构简图怎么画?

孙志娟：（1）为了将机构运动简图表示清楚，在绘制时首先应恰当地选择投影面，该面应为机构中大多数构件的运动平面。必要时也可选择两个或两个以上的投影面，然后展示到同一图面上。

（2）认清机架、输入构件和输出构件。

（3）搞清机构运动传递路线。标出机架和主动件，按照机构运动传递路线，分清有几个活动构件，各实现何种形式的相对运动，并标上构件序（件）号。应注意，某些构件在机构中的运动量是很微小的；某些起调节作用的构件在调节机构运动时是活动构件，而当调节过程完成后即成为为固定构件。

（4）当了解清楚两相连接构件之间的相对运动后，应确定与机构运动特性相关的运动要素：运动副间的相对位置，如转动副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。同一构件（如双副元素杆）上转动副中心间的连线即为该构件的长度，并代表该构件。

（5）选取适当的机构长度比例尺，用规定的表示机构运动简图的符号，绘出相应于主动件某一位置时的机构运动简图。

（6）主动（输入）构件和输出构件可用规定符号（见GB/T4460—1984）标出其运动形式和方向。

孙帅：运动副的分类怎样分？

孙志娟: 　　

（1）按照运动副的接触形式分类：面和面接触的运动副在接触部分的压强较低，被称为低副；而点或线接触的运动副称为高副，高副比低副容易磨损。 　　

（2）按照相对运动的形式分类：构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则为平面运动副；若为空间运动则称为空间运动副；两个构件之间只做相对转动的运动副被称为转动副；两个构件之间只做相对移动的运动副称为移动副。

袁芳：高副的形成？

孙志娟：两构件通过点接触或线接触而构成的运动副统称为高副。

李娟：机构具有确定运动的条件是什么？

孙志娟：机构原动件的个数等于机构的自由度。

杨玉琴：铰链四杆机构有哪几种类型？如何判别？它们各有什么运动特点？

孙志娟：铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式:

1、曲柄摇杆机构

定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。

运动特点：曲柄摇杆机构连架杆之一整周回转，另一连架杆摆动；

2、双曲柄机构

定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄时，此机构称为双曲柄机构。

运动特点：双曲柄机构两连架杆都作整周回转。

在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，如惯性筛。如果两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行双曲柄机构。这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等，在机器中应用也很广泛，如机车车轮联动机构。

3、双摇杆机构

定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时，此机构称为双摇杆机构。

运动特点：双摇杆机构两连架杆均作摆动。

在双摇杆机构中，两摇杆可分别为主动件，当主动摇杆摆动时，通过连杆带动从动摇杆作摆动运动。如码头起重机中的双摇杆机构，当CD摇杆摆动时，连杆BC上悬挂重物的点M近似水平直线移动。

判定方法：

杆长之和条件: 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和。

满足杆长之和条件:

1 短杆为机架-----双曲柄机构;

2 最短杆的相邻杆为机架----曲柄摇杆机构;

3 最短杆的相对杆为机架-----双摇杆机构。

不满足杆长之和条件：无论以哪个杆作机架，均为双摇杆机构.

田坤：什么是压力角？什么是传动角？

孙志娟：压力角就是在不计摩擦力、惯性力和重力时，从动件所受的力F与受力点速度V所夹的锐角a。

传动角就是连杆与从动件所夹的锐角γ。传动角与压力角之和等于90°，传动角越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使最小传动角γmin≥40°，对于高速大功率机械应使γmin≥50°。

从力学分析:

有效分力Ft=Fcosa=Fsinγ

有害分力Fn=Fsina=Fcorγ

显然，压力角a角越小，或者传动角γ角越大，使从动杆运动的有效分力就越大，对机构传动就越有利。由于传动角γ便于观察和测量，工程上常以传动角γ来衡量连杆机构的传动性能。

袁芳：压力角怎么画？

孙志娟：压力角是不计算摩擦力的情况下，受力方向和运动方向所夹的锐角。

金伟刚：什么是构件的强度？什么是构件的刚度？

孙志娟：构件的强度要求，就是构件有足够的抵抗破坏的能力。

李楠：滚动轴承的装拆要求？

孙志娟：（1）装拆前准备工作：

a、装配前对与轴承相配合的轴颈，座孔尺寸及轴承型号做检查。

b、做好轴承与相配合的清洁工作。新轴承表面的防锈油，可用汽油或煤油清洗。

c、对需拆卸的轴承，检查轴端有无碰毛现象，如有，需用锉刀修整后才能进行装配。

（2）装拆时的作用力应作用在被拆圈的端部，同时，力要均匀作用在圈的整个端面。

（3）轴承内外圈的装配顺序，一般可根据轴承内外圈与相结合的松紧程度来定，内圈与轴配合较紧的一般先将轴承装在轴上；反之，先将轴承装入轴承座孔；内外圈配合都紧时，可同时压入。

（4）压入前结合面应涂上润滑油。

（5）压入方法：

a、可以用套筒压在轴承圈上，用锤子锤击套筒尾端，将轴承正确装入轴颈或座孔中。

b、对轴承与所装件过盈量较小时，可用铜棒通过锤子锤击将轴承装入。注意保持作用力相对平衡，并防止用锤子直接锤击轴承圈。

c、对轴承配合过盈量较大的可在压力机上压装。

d、当轴承配合过盈量大的，可利用温差法装入。（电磁感应法、冷却法和油加热法）

e、推力轴承装配时注意松圈与紧圈的位置，一定要使紧圈与轴肩紧靠，使紧圈与轴保持固定不变的位置。

（6）滚动轴承的拆卸方法与其结构有关，一般可采用拉、压、敲击等方法进行。同样注意拆卸作用力必须作用在轴承圈上。

田坤：滑动轴承的转速越高，所选的润滑油粘度怎么选？

孙志娟： http://bbs.openedu.com.cn/showtopic-.aspx

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孙帅：v带传动分类有哪些？

孙志娟： 1．普通V带

V带中最常见的一种。 楔角为40度 ，相对高度（带厚对带宽之比）约为0.7，由包布层、伸张胶层（顶胶）、强力层（抗拉层）、缓冲层和压缩层（底胶）等部分组成。 强力层由多层帘布或单排线绳构成，带顶面宽与带高之比为1.6。 用于工农业各种动力传送。

2．窄V带

楔角(V带两个侧面之夹角)为40°，相对高度为0.9，由包布层、伸张胶层、强力层和压缩胶层等部分组成。强力层由多层涂胶帘布或单排浸胶线绳组成。带顶面宽与带高之比为1.1～1.2，带宽较普通V带缩小了约1/3，故横向刚度大。带顶呈弓形，使绳芯受力时仍保持排列整齐，因而受力均匀，充分发挥每根线绳的作用。强力层线绳排放位置稍高，带两侧呈内凹形，其强力层和压缩胶层之间设置一层定向纤维胶片。由于结构上的特点，在相同的速度下，传动能力比普通V带可提高0.5～1.5倍。而在传动功率相同时，窄V带的结构尺寸较普通V带减少50%，使用寿命明显延长，极限速度可达40～50m/s，传动效率可达90%～97%。此外使用窄V带可使传动中心距缩短，带轮宽度减少，广泛用于各种动力传递。

3．宽V带

又称变速V带。相对高度(带厚对带宽之比)为0.3。按其顶面和底面带齿或不带齿，可分为无齿宽V带、内齿形宽V带、内外齿宽V带和截锥形宽V带四种。通常应用于带式无级变速器的动力传动。由于其具有结构简单、制造容易、传动平稳、能吸收振动、维修方便、制造成本低等优点而得到广泛应用和迅速发展。

4．多楔带

多楔带是指以平带为基体、内表面排布有等间距纵向40°梯形楔的环形橡胶传动带，其工作面为楔的侧面。 多楔带的优点是：多楔带与带轮的接触面积和摩擦力较大，载荷沿带宽的分布较均匀，因而传动能力更大；由于带体薄而轻、柔性好、结构合理，故工作应力小，可在较小的带轮上工作；多楔带还具有传动振动小、散热快、运转平稳、使用伸长小、传动比大和极限线速度高等特点，因而寿命更长；节能效果明显，传动效率高；传动紧凑，占据空间小。此外，多楔带的背面也能传动，而且可使用自动张力调整器，使传动更加安全、可靠。多楔带特别适用于结构要求紧凑、传动功率大的高速传动。 主要特点如下：(1)传动功率大，空间相同时比普通V带的传动功率的高30％; (2)传动系统结构紧凑，在相同的传动功率情况下，传递装置所占空间比普通V带小25％; (3)带体薄，富有柔软性，适应带轮直径小的传动，也适应高速传动，带速可达40m/s；振动小，发热少，运转平稳; (4)耐热、耐油、耐磨，使用伸长小，寿命长。 目前市场上的类型有：PH、PJ、PK、PL、PM。

孙帅：螺纹连接的类型有哪些？

孙志娟： 1．螺栓联接：被联接件的孔中不切制螺纹，装拆方便。

2．双头螺柱联接：使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔。适用于被联接件较厚，要求结构紧凑和经常拆装的场合。 　　

3．螺钉联接：螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，结构较简单，适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。但经常拆装会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效，所以不适用于经常拆装的场合。 　　

4．紧定螺钉联接：将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中。常用于固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。

孙帅：螺纹类型怎样分？

孙志娟：螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。联接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接；传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。

螺纹是螺纹联结和螺旋传动的关键部分，现将机械中几种常用螺纹的特点和应用介绍如下：

1．三角形螺纹

牙型角大，自锁性能好，而且牙根厚、强度高，故多用于联接。常用的有普通螺纹、英制螺纹和圆柱管螺纹。

（1）普通螺纹：国家标准中，把牙型角α = 60°的三角形米制螺纹称为普通螺纹，大径d为公称直径。同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹，粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的小径大、升角小，因而自锁性能好、强度高，但不耐磨、易滑扣，适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构的调整。普通螺纹的基本尺寸见教材表。

（2）.英制螺纹： 牙型角α = 55°，以英寸为单位，螺距以每英寸的牙数表示，也有粗牙、细牙之分。主要是英、美等国使用，国内一般仅在修配中使用。

2．圆柱管螺纹 牙型角α = 55°，牙顶呈圆弧形，旋合螺纹间无径向间隙，紧密性好，公称直径为管子的公称通径，广泛用于水、煤气、润滑等管路系统联接中。

3．矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角α = 0°，牙厚为螺距的一半，当量摩擦系数较小，效率较高，但牙根强度较低，螺纹磨损后造成的轴向间隙难以补偿，对中精度低，且精加工较困难，因此，这种螺纹已较少采用。

4．梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角α = 30°，效率比矩形螺纹低，但易于加工，对中性好，牙根强度较高，当采用剖分螺母时还可以消除因磨损而产生的间隙，因此广泛应用于螺旋传动中。 5. 锯齿形螺纹 锯齿形螺纹工作面的牙侧角为3，非工作面的牙侧角为30，兼有矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，但只能承受单向载荷，适用于单向承载的螺旋传动。螺纹牙强度高，用于单向受力的传力螺旋；如螺旋压力机、千斤顶等。

孙帅：蜗杆传动的主要传动类型有哪些？

孙志娟：按蜗杆形状的不同可分： 　　

1．圆柱蜗杆传动：

2．环面蜗杆传动： 　　

3．锥蜗杆传动：

孙帅：轮系这一块怎样掌握？

孙志娟：主要掌握以下两个方面：

1．轮系的组成和应用

2．掌握定轴轮系的传动比计算

孙帅：关于键与销的联接在哪块？

孙志娟：键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摆动零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动和扭矩。键联接如图所示:

销主要用于联接和定位。常用的销有圆柱销、圆锥销和开口销。圆柱销、圆锥销可起定位和联接作用。开口销常与带孔螺栓和六角开槽螺母配对使用，把销插入螺栓的孔与螺母的槽中，以防螺母松脱。销联接如图所示:

孙帅：轴有哪些分类？

孙志娟：可分为转轴、心轴和传动轴。既受弯矩、同时又受扭矩的轴称为转轴；只受弯矩的轴称为心轴；只受扭矩或同时受很小弯矩的轴称为传动轴。

孙帅：轴的强度怎样计算？

孙志娟：请结合网络课程学习:http://jpkc2008.nudt.edu.cn/jxsjjc/courseware1/B15005.htm

附件1：

机械设计基础试题D

1．机器是构件之间具有确定的相对运动，并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。（ √ ）

2．构件受两个力作用平衡时，两个力的大小相等、方向相反并作用在一条直线上。（ √ ）

3．刚体上作用力偶的力偶矩大小与矩心的具体位置无关。（ √）

4．组成移动副的两构件之间的接触形式，只有平面接触。（ √ ）

5．机构具有确定的运动条件是：机构原动件的个数等于机构的自由度。（√　）

6．在曲柄摇杆机构中，曲柄和连杆共线，就是“死点”位置。（ X ）

7．塑性材料的失效主要为屈服失效。（ √ ）

8．渐开线的形状与基圆的大小无关。（　X　）

9．分度圆是计量齿轮各部分尺寸的基准。（　√　）

10．若齿轮连续传动，其重合度要小于1。（　X　）

11．齿轮加工中是否产生根切现象，主要取决于齿轮齿数。（√　　）

12．单对齿轮传动不宜用于两轴间距离大的场合。（　√　）

1. 为保证四杆机构良好的机械性能，______B_____不应小于最小许用值。

A.压力角 B.传动角

C.极位夹角 D.啮合角

2.凸轮机构中从动件常用的运动规律，有刚性冲击的是___A_____。

A.等速运动规律 B.等加等减速运动规律

C.简谐运动规律

3. 渐开线齿廓基圆上的压力角____C________。
A.大于0 B.小于0

C.等于0 D.等于20°

4．为了提高齿轮传动的接触强度，可采取 B 的方法。

A.采用闭式传动 B.增大传动中心距

C.减少齿数 D.增大模数

5．为了减少蜗轮刀具数目，有利于刀具标准化，规定 D 为标准值。

A.蜗轮齿数 B.蜗轮分度圆直径

C.蜗杆头数 D.蜗杆分度圆直径

6. 带传动不能保证准确的传动比，其原因是 C 。

A.带容易变形和磨损 B.带在带轮上出现打滑

C.带传动工作时发生弹性滑动 D.带的弹性变形不符合虎克定律

7. 带传动在工作时，假定小带轮为主动轮，则带内应力的最大值发生在带 B 。

A.进人大带轮处 B.紧边进入小带轮处

C.离开大带轮处 D.离开小带轮处

8．螺纹联接是一种_____A__。

A.可拆联接 B.不可拆联接

C.具有防松装置的为不可拆联接，否则为可拆联接

D.具有自锁性能的为不可拆联接，否则为可拆联接

下图所示的平面四杆机构中，各杆长度分别为a=25mm、b=90mm、c=75mm、d=100mm，试求：

（1）若杆AB是机构的主动件，AD为机架，机构是什么类型的机构？ 答： ）因为lAB+lAD=(25+100)mm=125mm<lBC+lCD=(90+75)mm=165mm，满足杆长之和条件。

主动件AB为最短构件，AD为机架将得到曲柄摇杆机构； （4分）

（2）若杆BC是机构的主动件，AB为机架，机构是什么类型的机构？ 2）同上，机构满足杆长之和条件。 AB为最短构件为机架，与其相连的构件BC为主动件将得到双曲柄机构； （4分）

（3）若杆BC是机构的主动件，CD为机架，机构是什么类型的机构？ 3）同上，机构满足杆长之和条件。若杆BC是机构的主动件，CD为机架，将得到双摇杆机构。

1．（8分）计算图示机构的自由度。

解：活动构件数 n＝7 （2分）

低副数 PL＝10 （2分）

高副数 PH＝0 （2分）

自由度数 （2分

2．（10分）作用在杆各截面1-1、2-2、3-3上的外力如图所示，画出下图中各杆的轴力图，并计算最大轴力Nmax。

图（a） 图（b）

3．（12分）如图所示一矩形截面梁，已知承受载荷F=10KN，材料的许用应力[]=160MPa。求：

（1）梁A、B端的约束力；

（2）确定横截面的尺寸。

4．（10分）如图所示的轮系，已知z1=15， z2=25，z2’=15，z3=30，z3’=15，z4=30，q4’=2（右旋），若，求齿条6线速度的大小。（提示：齿轮齿条机构中齿条的运动速度，d为齿轮分度圆直径，n为齿轮转速）

试题答案及评分标准D

一、判断题（每题2分，共24分）

1．√ 2．√ 3．√ 4．√ 5．√ 6．×

7．√ 8．× 9．√ 10．× 11．√ 12．√

二、单选题（每题3分，共24分）

1．B 2．A 3．C 4．B

5．D 6．C 7．B 8．A

三、简答题（12分）

答：1）因为lAB+lAD=(25+100)mm=125mm<lBC+lCD=(90+75)mm=165mm，满足杆长之和条件。

主动件AB为最短构件，AD为机架将得到曲柄摇杆机构； （4分）

2）同上，机构满足杆长之和条件。 AB为最短构件为机架，与其相连的构件BC为主动件将得到双曲柄机构； （4分）

3）同上，机构满足杆长之和条件。若杆BC是机构的主动件，CD为机架，将得到双摇杆机构。 （4分）

四、计算题（40分）

1．机构自由度计算（8分）

解：活动构件数 n＝7 （2分）

低副数 PL＝10 （2分）

高副数 PH＝0 （2分）

自由度数 （2分）

2．（10分）

解：图（a）杆件轴力图： （3分）

最大轴力 （2分）

图（b）杆件轴力图： （3分）

最大轴力 （2分）

3．（12分）

解：求支反力：

（3分）

（3分）

word/media/image15_1.png （2分）

word/media/image16_1.png

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word/media/image18_1.png

截面宽b＝36mm，高h＝2b＝72mm （4分）

4．齿轮几何尺寸计算（10分）

解： （4分）

（3分）

word/media/image26_1.png （3分）