机械设计基础作业
郑州大学现代远程教育《机械设计基础》课程考核
要求
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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
C. 回转件形状不规则
20、在正常条件下，滚动轴承的主要失效形式是______。（C ）
A.工作表面疲劳点蚀
B.滚动体破裂
C.滚道磨损
（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.机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零。（√）2．当曲柄为主动件时，曲柄滑块机构存在死点和急回特性。（×）3.直动从动件盘形凸轮机构可以用减小基圆半径的方法减小其推程压力角。（×）4．斜齿圆柱齿轮的螺旋角越大越好。（×）5．一对能正确啮合传动的渐开线直齿圆柱齿轮，其啮合角一定为20度。（√）6．所谓过桥齿轮就是在轮系中不起作用的齿轮。（×）
7、设计V带传动时，可以通过增大传动中心距来增大小带轮的包角。（√）
8、带传动的弹性滑动是可以避免的。（√）
9、滚子链设计中，由于链节数一般选用偶数，考虑到均匀磨损，链（√）
10、选择链条型号时，依据的参数是传递的功率。（√）
11、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来确定。（√）
12、轴的各段长度取决于轴上零件的轴向尺寸。为防止零件的窜动，一般轴头长度应稍大于轮毂的长度。（×）
13、选用滑动轴承润滑剂和润滑方式的主要依据是载荷大小。（×）
14、若两轴刚性较好，且安装时能精确对中，可选用刚性凸缘联轴器。（√）
15、机械式钟表中的发条属于环形弹簧。（√）（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：C处为复合铰链； E和H其中之一为虚约束； F处滚子为局部自由度。机构的可动构件数n=7, 低副数Pl＝9, 高副数Ph=1。 F
＝3n －2Pl －Ph ＝3×7－2×9－1＝2 此机构自由度数等于2, 与原动件数相等。 2．（8
分）一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，正常齿制，小齿轮损坏需配制，已知：
mm d a 4082=，1002=z ，标准中心距mm a 310=，试求：（1）m ，1z ；（2）1f d ，1a d 。
解：m=d/z=408/100=4.08约等于4 Z1=2a/m-Z2=2*310/4-100=55 df1=220 da1=400
经计算，小齿轮，模数4；齿数55；压力角20°；齿根圆d f1 =210；齿顶圆d a1=400
3．（10分）有一个钢制液压油缸（如图），缸体内油压为2/2mm N p =，缸径为mm D 200=，
缸盖上联接螺栓共有10个（扳手空间满足要求）。已知螺栓材料为45钢，
[]2
/120mm N =σ，试计算所需螺栓的最小直径1d 。
解：因24
pD π
=
P
[]24
10d σπ
?
≤P
[]mm pD d 16.81200
80000102==≥∴σ
即螺栓的最小直径为8.16mm
4．（10分） 根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触球轴承， 如图所示，轴承型号为7208，已知轴承的径向载荷分别为 F r 1=2200N ， F r 2=2000N ，作用在轴上的轴向的外载荷F A ＝1000N ，判别系数e ＝0.7，F S ＝0.7F r ，试画出内部轴向力F S1、F S2的方向，并计算轴承的当量动载荷P 1、P 2。
（注：当
e F F r a >时，X=0.41 , Y=0.87 ；当 e F F
r
a ≤时，X=1 , Y=0）
解：（1）先计算轴承1、2的轴向力FS1、FS2：两个7208型轴承的内部轴向力为 S 1=0.7Fr 1=0.7*2200=1540N S 2=0.7Fr 2=0.7*2000=1400N 因S 1+FA=1540+1000=2540N>S2
所以 FS 2=S 1+FA=1540+1000=2540N FS 1=S 1=1540N 方向如图所示
（2）计算轴承1、2的当量动载荷：7208型轴承e=0.7，而FS 1/ Fr 1=e=0.7 FS 2/ Fr 2=1.17>0.7
所以X 1=1、Y 1=0；X 2=0.41、Y 2=0.87。故径向当量动载荷为
P1=1*2200+0*1540=2200N
P2=0.410*2000+0.87*2540=820+2209.8=3029.8N （四）课程设计题（30分）
设计结果如下：
1：装配图：
齿轮轴零件图
2.设计计算说明书
一、拟定传动方案
由已知条件计算驱动滚筒的转速n ω,即
5.953206
.1100060100060≈??=?=
π
πυωD n r/min 一般选用同步转速为1000r/min 或1500r/min 的电动机作为原动机，因此传动装置传动比约为10或15。根据总传动比数值，初步拟定出以二级传动为主的多种传动方案。
2.选择电动机
1）电动机类型和结构型式
按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y （IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。
2）电动机容量
（1）滚筒输出功率P w
kw n T 3.19550
5
.951309550P =?=?=
ωω （2）电动机输出功率P
kw d 59.1%
823
.1P P ==
=
η
ω
4）电动机的技术数据和外形、安装尺寸
由表20-1，20-2查出Y112M-6 型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表记录备用（略）。
3.计算传动装置传动比和分配各级传动比 1）传动装置传动比
84.95
.95940
n ===
ωn i m 2）分配各级传动比
取V 带传动的传动比i 1 =2.5，则单级圆柱齿轮减速器传动比为
45
.284.912≈==
i i i 所得i 2值符合一般圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。
4.计算传动装置的运动和动力参数 1）各轴转速
电动机轴为0轴，减速器高速轴为I 轴，低速轴为Ⅱ轴，各轴转速为
n 0=n m =940r/min
n I =n 0/i 1=940/2.5≈376
n II =n I /i 2=376/3.94≈95.5r/min
二、V 带选择 1． 选择V 带的型号
根据任务书说明，每天工作8小时，载荷平稳，由《精密机械设计》的表7-5查得K A =1.0。则
kw n T I 3.19550
5
.951309550P =?=?=
ω P d =P I ·K A =1.0×2.2=2.2kW
根据Pd=2.2和n1=940r/min,由《机械设计基础课程设计》图7-17确定选取A 型普通V 带。
2． 确定带轮直径D 1，D 2。
由图7-17可知，A 型V 带推荐小带轮直径D 1=125～140mm 。考虑到带速不宜过低，否则带的根数将要增多，对传动不利。因此确定小带轮直径D 1=125mm 。大带轮直径，由公式D 2=iD 1（1-ε） (其中ε取0.02)
由查《机械设计基础课程设计》表9-1，取 D 2=315mm 。 3． 检验带速v v=1.6m/s<25m/s 4． 确定带的基准长度
根据公式7—29：0.7（D 1+D 2） 依据式（7-12）计算带的近似长度L a D D D D a L 4)()(222 21210-+++=π = 1708.9mm 由表7-3选取L d =1800mm ，K L =1.01 5． 确定实际中心距a 2 0L L a a d -+ ≈=545.6mm 6． 验算小带包角α1 a a o 12o 157.3)D -(D -180 ?≈ =1600 7． 计算V 带的根数z 。 由表7-8查得P 0≈1.40，由表7-9查得Ka=0.95，由表7-10查得△P 0=0.11，则V 带的根数 L a d K K P P P z )(00?+= =1.52根 取z=2 三．高速级齿轮传动设计 1） 选择材料、精度及参数 小齿轮：45钢，调质，HB 1 =240 大齿轮：45钢，正火，HB 2 =190 模数：m=2 齿数：z 1=24 z 2=96 齿数比： u=z 2/z 1=96/24=4 精度等级：选8级（GB10095-88） 齿宽系数Ψd: Ψd =0.83 （推荐取值：0.8~1.4） 齿轮直径：d1=mz1=48mm d2=mz2=192mm 压力角：a=200 齿顶高：h a=m=2mm 齿根高：h f=1.25m≈2.5mm 全齿高：h=(h a+h f)=4.5mm 中心距：a=m(z1+z2)/2=120mm 小齿轮宽：b1=Ψd·d1=0.83×48=39.84mm 大齿轮宽：根据《机械设计基础课程设计》P24,为保证全齿宽接触，通常使小齿轮较大齿轮宽，因此得：b2=40mm 1．计算齿轮上的作用力 设高速轴为1，低速轴为2 圆周力：F t1=2T1/d=2200N F t2=2T/d=2058.3N 径向力：F r1=F1t·tana=800.7N F r2=F2t·tana=749.2N 轴向力为几乎为零 2）齿轮许用应力[σ]H [σ]F及校验 []H d V E H uc H u u d K K T Z Z Z E F σψμπρσβε≤±=-= 12)1(23 112 Z H ——节点齿合系数n H a Z 2sin cos 22β =。对于标准直齿轮， a n =20o,β=0,Z H =1.76 Z E ——弹性系数，) 1(2μπ-= E Z E 。当两轮皆为钢制齿轮（μ=0.3， E1=E2=2.10x10N/mm2）时，Z E =2712mm N ； Z ε——重合系数，a K Z εεε1= 。对于直齿轮，Z ε=1。 .K β——载荷集中系数，u u F F K max =β由《精密机械设计》图8-38选取，k β =1.08 Kv ——动载荷系数，《精密机械设计》图8-39，kv=1.02 计算得 σH =465.00 N ·mm -2 []HL H b H H K S lim σσ= b H lim σ——对应于N HO 的齿面接触极限应力其值决定于齿轮齿轮材 料及热处理条件，《精密机械设计》表 8-10； b H lim σ=2HBS+69=240x2+69=549N ·mm -2 。 S H ——安全系数。对于正火、调质、整体淬火的齿轮，去S H =1.1； K HL ——寿命系数。 6 H HO HL N N K =式中N HO ：循环基数，查《精密机械设计》图8-41，N HO =1.5x107；N H ：齿轮的应力循环次数，N H =60nt=60x376x60x8=1.08288x107； 取K HL =1.06 []H σ=529.04 N ·mm -2 σH =465.00 N ·mm -2≤[]H σ=529.04 N ·mm -2 因此接触强度足够 []F d V F V P t F F m d K K T Y K K bm F Y σψσβ≤==2112 B ——齿宽，1d b d ψ==0.83x48=39.84； []F σ——许用弯曲应力； []FC FL F b F F K K S lim σσ= 四、轴的结构设计 1． 轴的材料 选用45钢 2． 估算轴的直径 根据《精密机械设计》P257式(10-2)，查表10-2 轴的最小直径33 6][2.0/P 1055.9n P C n d T ?=?≥τ取C=110或][T τ=30 计算得 d 1min ≈20mm d2min≈30mm 取 d1=20mm，d2=30mm 3．轴的各段轴径 根据《机械设计基础课程设计》P26，当轴肩用于轴上零件定位和承受内力时，应具有一定高度，轴肩差一般可取6～10mm。用作滚动轴承内圈定位时，轴肩的直径应按轴承的安装尺寸取。如果两相邻轴段直径的变化仅是为了轴上零件装拆方便或区分加工表面时两直径略有差值即可，例如取1～5mm也可以采用相同公称直径而不同的公差数值。 按照这些原则高速轴的轴径由小到大分别为：20mm,22mm,25mm,48mm,25mm；低速轴的轴径由小到大分别为：30mm,32mm,35mm,40mm,48mm，35mm。 4．轴的各段长度设计 1) 根据《机械设计基础课程设计》表3-1，表4-1以及图4-1，得 δ取8mm, δ1取8mm, 齿轮顶圆至箱体内壁的距离：△1=10mm 齿轮端面至箱体内壁的距离：△2=10mm 轴承端面至箱体内壁的距离（轴承用油润滑时）：△3=5mm 箱体外壁至轴承座孔端面的距离：L1=δ+C1+C2+(5～10)=45mm 轴承端盖凸缘厚度：e=10mm 5． 轴的校核计算（《精密机械设计》P257—P262，《机械设计手册》） 对于高速轴校核： 垂直面内支点反力：L a :28.5带轮中径到轴承距离，L b ：67.5mm 两轴承间距离。 ·N L L L F F b b a r rA 5.10655 .67) 5.675.28(2.749=+?=+? = N L L F F b a r rB 3.3165 .675.282.749≈?=? = 校核F rA = F r + F rB 1065.5N=（749.2+316.3）N 类似方法求水平面内支点反力： V 带在轴上的载荷可近似地由下式确定： 2 sin 2zF F 1 0z α= ； F 0——单根V 带的张紧力（N ） 20)15 .2( 500F qv zv P K d +-=α P d ——计算功率P d =2.079Kw ; Z ——V 带的根数；ν=6.2 m ·s -1（为带速） K a ——包角修正系数K a =0.95 q ——V 带单位长度质量q=0.10（k g ·m -1）《精密机械设计》表7-11 计算得 F 0=144.7 F z =570N N L L F l L F l F F a t c b Z c Z tB 11485 .1345.283.2058)675.67(5705.33570)(2≈?++?+?=+++? = （l c =Lc =67中轴到轴承距离） 3.20663.2058114857022F tA =--?=--=t tB z F F F N, M ⊥A=F r ·L a =21352.2N ·mm M ⊥B=0 同理求得： M =A =F t ·L a =58662.4 N ·mm M =B =F z ·Lc=38190 N ·mm 5.624274.586622.213522 222≈+=+==⊥A A M M M A N ·mm 381903819002222=+=+==⊥B B M M M B N ·mm 五、滚动轴承的选择及校核计算 根据任务书上表明的条件：载荷平稳，以及轴承主要受到轴向力，所以选择圆锥滚子轴承。由轴径的相应段根据《机械设计基础课程设计》表15-7选择轻窄（2）系列，其尺寸分别为： 内径：d 1=25mm,d 2=35mm 外径：D 1=52mm. D 2=72mm 宽度：B 1=15mm ，B 2=17mm 滚动轴承的当量载荷为： ）（＝a r p Y F XF f P + ∵a F ＝0，∴e 0F F r a <＝∴X=1；Y=0； 则 N 2640220022002.10.1F f P r p ～＝）～＝（＝? h 20.1851402640 102.237636010P C n 6010L 310 36max min 6max 10h ＝）（＝）（＝） （??ε C ——额定动载荷，《机械设计基础课程设计》表15-7 而题目要求的轴承寿命为h 30000L h ＝<）（max 10 h L ，故轴承的寿命完全符合要求 六、键联接的选择及校核计算 1．根据轴径的尺寸，由《机械设计基础课程设计》表14-1 高速轴与V 带轮联接的键为：键C8X30 GB1096-79 大齿轮与轴连接的键为：键 12X32 GB1096-79 轴与联轴器的键为：键C8X50 GB1096-79 2．键的强度校核 齿轮与轴上的键 ：键C12×32 GB1096-79 b ×h=12×8,L=32,则Ls=L-b=20mm 圆周力：F r =2T II /d=2×197600/40=9880N 挤压强度：s r p L h F ?= 2σ=123.5<125~150MPa=[σp] 因此挤压强度足够 剪切强度：s L b Fr ?= 2τ=82.3<120MPa=[τ] 因此剪切强度足够 键C8×30 GB1096-79和键C8×56 GB1096-79根据上面的步骤校核，并且符合要求。 七、联轴器的选择 根据轴径的和《机械设计基础课程设计》表17-1选择联轴器的型号： GB3852-83 J1一对组合 轴孔直径：d=30mm, 长度：L=60mm 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。 2019年秋作业答案 1. 运动副是指能使两构件之间既保持直接接触。而又能产生一定形式相对运动的联接。 2. 3. 在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作 的构件叫曲柄。 4.请说明下列轴承的类型、尺寸、系列、结构特点及精度等级： 32210E、7312AC、 6203/ P4 （本题12分）请参阅教材210-215页 5. 带传动中，带中的最大应力 是由拉应力、离心 max 6. 按照滑动轴承工作时的摩擦状态， 7 载能力高，球轴承的极限转速高。 （以上每空3分） 8. 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。（本题20分，每小题10分） （a）（b） F=3n-2p l-p h F=3n-2p l-p h F=3*6-2*8-1 F=3*7-2*9-1 F=1 F=1 9．图中为一压力容器，容器盖与缸体用8个普通螺栓联接，缸 内压强p=1.6 N/mm2，缸径D=160mm。根据联接的紧密性要求，每个 螺栓的残余预紧力Qr=1.8Q F，Q F为单个螺栓的工作拉力，选用螺栓材 料为35#钢，屈服极限σs=300N/mm2，装配时不严格控制预紧力，试计 算所需螺栓的小径d1。（本题11分）提示: 可取[σ] =0.3σs ） 10. 如图示为一标准普通圆柱蜗杆传动，现已知蜗杆为主动件，蜗杆的转动方向和其螺旋线方向如图示，试确定： （a）蜗轮的转动方向和螺旋角的方向 （b）蜗杆蜗轮的圆周力，径向力和轴向力的方向（本题11分） 解：蜗轮顺时针转动，螺旋角的方向为右旋 ←Fa1 ↑Fr1 Ft1背离纸面；→Ft2 ↓Fr2 Fa2指向纸面 11.结构改错题（本题10分） 请用文字指出下图中轴系结构的错误，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。 解：1-----二端轴太长 2---键太长 3---固定轴承的套筒超过轴承内圈的高度 4---二齿轮之间应用轴肩定位 5—安装二齿轮的轴段应小于二齿轮的宽度 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 。 《机械设计基础》作业答案 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： 1 1 19 21 1 )0 1 9 2( 7 3 ' )' 2( 3 = -- = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 8 2 6 3 2 3 = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－6 自由度为 1 1 )0 1 12 2( 9 3 ' )' 2( 3 = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 22 24 1 11 2 8 3 2 3 = -- = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－10 自由度为： 1 128301)221142(103')'2(3=--=--?+?-?=--+-=F P P P n F H L 或： 1 22427211229323=--=?-?-?=--=H L P P n F 1－11 2 2424323=-?-?=--=H L P P n F 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。 1334313141P P P P ?=?ωω 1 1314133431==P P ω 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 s mm P P v v P /20002001013141133=?===ω 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21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 1224212141P P P P ?=?ωω 12 带 传 动13 链 传 动14 轴15 滑 动 轴 承16 滚 动 轴 承 17 联轴器、离合器及制动器 1、【答】由公式 αα f f ec e e F F /11/1120+-= 影响带传动工作能力的因素有： （1） 预紧力：预紧力越大，工作能力越强，但应适度，以避免过大拉应力； （2） 包角：包角越大越好，一般不小于120度； （3） 摩擦系数：摩擦系数越大越好。 2、【答】由公式A c 2 υσ=可知，为避免过大的离心拉应力，带速不宜太高； 1） 由公式（12-6），带传动的圆周力 υP F 1000= 由公式（12-8），紧边拉力 υ P F F F F 10002001+=+= 因此，为避免紧边的拉应力 A F 11= σ 过大，带速不宜太低。 3、【答】 带传动中的弹性滑动是由于带松边和紧边拉力不同，导致带的弹性变形并引起带与带轮之间发生相对微小滑动产生的，是带传动固有的物理现象。弹性滑动会使带产生磨损，并且使从动轮转速小于主动轮转速。 带传动中由于工作载荷超过临界值并进一步增大时，带与带轮间将产生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。 4、【答】带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。 带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 13 链 传 动 2 1、【答】链传动优点与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张得很，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样的条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温和低温的情况下工作。 2、【答】链传动运动中由于链条围绕在链轮上形成了正多边形，造成了运动的不均匀性，称为链传动的多边形效应。这是链传动固有的特性。 减轻链传动多边形效应的主要措施有： 1） 减小链条节距； 2） 增加链轮齿数； 3） 降低链速。 3、【答】滚子链传动的主要失效形式为： 1）链的疲劳破坏：链在工作时，周而复始地由松边到紧边不断运动着，因而它的各个元件都是在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会出现疲劳断裂，或者套筒、滚子表面将会出现疲劳点蚀（多边形效应引起的冲击疲劳）。 2）链条铰链的磨损：链条在工作过程中，由于铰链的销轴与套筒间承受较大的压力，传动时彼此又产生相对转动,导致铰链磨损,使链条总长伸长,从而使链的松边垂度变化,增大动载荷,发生振动,引起跳齿,加大噪声以及其它破坏,如销轴因磨损削弱而断裂等。 3）链条铰链的胶合：当链轮转速高达一定数值时，链节啮入时受到的冲击能量增大，销轴和套筒间润滑油被破坏，使两者的工作表面在很高的温度和压力下直接接触，从而导致胶合。因此，胶合在一定程度上限制了链的传动的极限转速。 4）链条静力拉断：低速（6.0<υm/s ）的链条过载，并超过了链条静力强度的情况下，链条就会被拉断。 14 轴 1、【答】 工作中只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。 自行车的前轴和后轴属于心轴，中轴属于转轴。 2、【答】轴的常用周向定位方式有：键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 轴的常用轴向定位方式有：轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等。 3、【答】轴的强度不足时，可采取：增大轴的直径；改变材料类型；增大过渡圆角半径；对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理；提高表面加工质量；用开卸载槽等方法降低过盈配合处的应力集中程度；改进轴的结构形状等措施。 刚度不足时只能采取增大轴径，改变轴外形等措施。 6、 绪论作业： 一、单项选择题： 1．以下四种机械零件中不是通用零件的是（） A．齿轮 B．带轮 C．蜗轮 D．叶轮 二、填空题： 1 2．机器的定义是：由零件组成的执行机械运动的装置。用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量、物料或信息 三、简答题： 1．机械一般由哪四部分组成？ 密封件、辅助密封件、压紧件、传动件 2．机械零件设计时有哪四个主要要求？ 功能要求、可靠性要求、经济性要求、操作方便和安全要求 3．机械、机器和机构三者有何区别和联系？ 1）他们都是若干人为实体的组合 2)各实体之间具有确定的相对运动 3）能用来代替人们的劳动去实现机械能与其他形式能量之间的转换或做有用的机械功。具备以上（1）（2）两个特征的成为机构。及其与机构的主要区别在于：机器具有运动和能量（而且总包含有机械能）的转换，而机构只有运动的变换。机器由机构组成，机构是机械的运动部分，机构又是有构建组成，构件时机械运动的基本单元体。 4．构件和零件有何区别和联系？ 零件:组成机器的基本单元称为零件 零件是一个产品最小的组成单元，而构件可以是某个产品的某个组成部分，构件可以是一个零件，也可以由多个零件组成。 第一章作业 三：2、何谓运动链？如何使运动链成为机构？ 构件通过运动服连接而成的系统成为运动链。 当运动链具备以下条件时就成为机构： （1）具有一个机架。 （2）具有足够的给定运动规律的构件。这种构件成为主动件。 4 、在计算机构自由度时，什么是局部自由度？什么是复合铰链？什么是虚约束？ 局部自由度使之机构中某些构件具有的并不影响其他构件运动关系的自由度。由三个或 三个以上构件同时在一处用转动副连接，称此结构为复合铰链。某些情况下，机构中有些运动副引入的约束与其他运动副引入的约束相重复，此时，这些运动副对构件的约束，形式上虽然存在而实际上并不起作用，一般把这类约束成为虚约束。 6 、写出平面机构自由度计算公式，并说明式中各符号的意义 F=3n-2P5-P4；n为自由度不为零的运动构件个数；P4高副个数；P5为低副个数。 四：1．计算图1-1所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明） F=3n-2P5-P4=3X5-2X6-1=2 有复合铰链和虚约束 3、计算图1-3所示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明） F=3n-2P5-P4=3X6-2X7-3=1 有复合铰链和虚约束 4、求图1-4所示实现直线轨迹机构的自由度（若有复合铰链、局部自由度或虚约束时请加以说明）。 F=3n-2P5-P4=3X6-2X9=0 5:略 第二章作业 一、单项选择题： 1．最简单的平面连杆机构是（）机构。 A．一杆B．两杆C．三杆D．四杆 2．机构在死点位置时（）。 A．γ= 90°B．γ= 45°C．γ= 0°D．α= 0° 3．为使平面连杆机构具有急回特性，要求行程速比系数（） A．K=0 B．K=1 C．K>1 D．K<1 三、简答题： 2．什么是机构的急回特性？ 做往复运动的构件，其往复运动区间的两个极端位置称为极限位置。工程实际中，往往要求机器中做往复运动的从动件在工作行程时速度慢些，而在空回程时则速度快些，以缩短辅助时间，提高机器的生产率，这种特性称为急回特性。 四：略 第三章作业： 一、单项选择题： 1．凸轮的基圆半径是指（）半径。 A．凸轮转动中心至实际轮廓的最小 B．凸轮转动中心至理论轮廓的最小 C．凸轮理论轮廓的最小曲率 D．从动件静止位置凸轮轮廓的 2．凸轮机构从动件常用运动规律中，有刚性冲击的运动规律是（）。 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 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 2021年春作业 1. 运动副是指能使两构件之间既保持直接接触。而又能产生一定形式相对运动的可动连接。 2. 斜齿圆柱齿轮的齿形系数是按齿轮系数表查图表确定。 3. 在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整圆运动的连架杆叫曲柄。 4.请说明下列轴承的类型、尺寸、系列、结构特点及精度等级： 32210E、7312AC、 6203/ P4 （本题12分） 答：32210E--.圆锥滚子轴承、宽2轻2系列、内径50、加强型； 7312AC-角接触球轴承、窄0中2系列、內径60、接触角α=25° 6203/P4--.沟轴承、窄0轻2系列、内径17、4级精度。 5. 带传动中，带中的最大应力 由拉应力弯曲应力和由离 max 心力产生的拉应力组成。 6. 按照滑动轴承工作时的摩擦状态，可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承两种主要类型。 7．相同系列和尺寸的球轴承与滚子轴承相比较，滚子轴承的承载能力高，球轴承的极限转速高。 （以上每空3分） 8. 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。（本题20分，每小题10分） （a）（b） 9．图中为一压力容器，容器盖与缸体用8个普通螺栓联接，缸内压强p=1.6 N/mm2，缸径D=160mm。根据联接的紧密性要求，每个螺栓的残余预紧力Qr=1.8Q F，Q F为单个螺栓的工作拉力，选用螺栓材料为35#钢，屈服极限σs=300N/mm2，装配时不严格控制预紧力，试计算所需螺栓的小径d1。（本题11分）提示: 可取[σ] =0.3σs ） 10. 如图示为一标准普通圆柱蜗杆传动，现已知蜗杆为主动件，蜗杆的转动方向和其螺旋线方向如图示，试确定： （a）蜗轮的转动方向和螺旋角的方向 （b）蜗杆蜗轮的圆周力，径向力和轴向力的方向（本题11分） 《机械设计基础》作业答案第一章平面机构的自由度和速度分析 1 —1 1 - 2 1 —3 1 —4 自由度为 F 3n (2P L P H P') F' 3 9 (2 12 1 0) 1 1 或： F 3n 2P L F H 3 8 2 11 1 24 22 1 1 自由度为： F 3n (2P L P H P') F' 3 10 (2 1 4 1 2 2) 1 30 28 1 1 或： F 3n 2P L P H 3 9 2 12 1 2 27 24 2 1 1 — 11 F 3n 2P L P H 3 4 2 4 2 2 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 |P 14 p 3 3 P 34 P 13 1 IB4 R 3I 4 3 |p 4 P 13| 1 1 — 14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设 1 10rad/s ，求构件3的速度 v 3。 P 24P 12 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、 双摇杆机构。 (1)双曲柄机构 v 3 v P13 1 R4R 3 10 200 2000mm/s 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 1 / 2。 P 24、 P 14分别为构件2与构件 1相对于机架的绝对瞬心 双曲柄机构还是 100 构件1、2的瞬心为P 12 1 | P 14 p 2 2 (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。 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 机械设计基础习题库 一、单项选择题（每小题2分） 1.机器中运动的最小单元称为（） A．零件B．部件 C．机件D．构件 2.在如图所示的齿轮—凸轮轴系中，轴4称为( ) A.零件 B.机构 C.构件 D.部件 3.若组成运动副的两构件间的相对运动是移动，则称这种运动副为( ) A.转动副 B.移动副 C.球面副 D.螺旋副 4.机构具有确定相对运动的条件是( ) A.机构的自由度数目等于主动件数目 B.机构的自由度数目大于主动件数目 C.机构的自由度数目小于主动件数目 D.机构的自由度数目大于等于主动件数目 5.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 6.若两构件组成低副，则其接触形式为（） A．面接触B．点或线接触C．点或面接触D．线或面接触7.平面运动副的最大约束数为（） A．1 B．2 C．3 D．5 8.铰链四杆机构的死点位置发生在( ) A.从动件与连杆共线位置 B.从动件与机架共线位置 C.主动件与连杆共线位置 D.主动件与机架共线位置 9.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则为了获得曲 柄摇杆机构，其机架应取( ) A.最短杆 B.最短杆的相邻杆 C.最短杆的相对杆 D.任何一杆 10.连杆机构处在死点位置时，传动角γ是（） A 等于90oB等于0o C 0o<γ< 90oD大于90o 11.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则为了获得双 曲柄机构，其机架应取（） A．最短杆B．最短杆的相邻杆 C．最短杆的相对杆D．任何一杆 12.为保证四杆机构良好的机械性能，___________不应小于最小许用值。 A压力角B传动角C极位夹角D摆角 13.连杆机构处在死点位置时，压力角α是______。 A 等于90oB等于0o C 0o<α< 90oD大于90o 14.在凸轮机构的从动件选用等速运动规律时，其从动件的运动( ) A.将产生刚性冲击 B.将产生柔性冲击 C.没有冲击 D.既有刚性冲击又有柔性冲击 15.凸轮机构中的压力角是指（）间的夹角。 A凸轮上接触点的法线与从动件的运动方向 B 凸轮上接触点的法线与该点的线速度方向 C凸轮上接触点的切线与从动件的运动方向 D凸轮上接触点的切线与该点的线速度方向 16.凸轮机构的从动件选用等加速等减速运动规律时，其从动件的运动（） A．将产生刚性冲击B．将产生柔性冲击 C．没有冲击D．既有刚性冲击又有柔性冲击 17.下列凸轮机构中，图_______所画的压力角是正确的。BBCDD 0 绪论 1．【答】 机器的共同特征是：（1）它们是一种人为实物的组合；（2）各部分之间形成各个运动单元，且各单元之间具有确定的相对运动；（3）在生产过程中能完成有用的机械功（如：机床的切削加工）或转换机械能（如：内燃机、电动机）。 机构的共同特征是：（1）它们是一种人为实物的组合；（2）它们各部分之间形成各个运动单元，且各单元之间具有确定的相对运动。如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构。 机器与机构的区别是前者在生产过程中能完成有用的机械功或转换机械能。 2．【答】 构件与零件的区别是：构件是运动的单元，而零件是制造的单元。 零件的实例有：齿轮，键，轴，弹簧。 构件的实例有：连杆，齿轮、键、轴组成的装配体。 3、【答】 在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。 在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。 1 平面机构及其自由度 1．【答】 运动副是由两构件直接接触形成的一种可动联接。 面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运动副称为高副。 在平面机构中低副引入2个约束，高副引入1个约束。 低副容易加工制造，并且承载能力大。 2．【答】 机构具有确定运动的条件是：机构的自由度大于0，且机构的原动件数等于机构的自由度数。 若不满足这一条件，机构会出现三种情况： （1）当机构的自由度数大于原动件数时，从动件的运动不确定； （2）当机构的自由度大于0，但小于原动件数时，会发生运动干涉而破坏构件； （3）当机构的自由度小于或等于0时，不能形成机构，是不能产生相对运动的静定或超静定刚性结构。 3．【答】 机构的自由度是指机构中各构件相对于机架所具有的独立运动数目。 计算自由度时应注意：（1）复合铰链；（2）局部自由度；（3）虚约束。 4．【a解】Array活动构件数5 n,低副数量7 = P，高副数量 = L = P，故自由度为 H - ? F ? = 3= 1 - 7 2 5 该机构无复合铰链、局部自由度和虚约束。 a） 华南理工大学机械设计基础考试试题一 华南理工大学《机械设计基础》试题 班级学号姓名 题号一二三四五部分分数20 20 6 45 9 100 得分 一、选择题（每小题2分） 1. 优质碳素钢与普通碳素钢的主要区别在于。 A. 含有害杂质少 B. 机械性能良好 C. 保证化学成分和机械性能 2. 带传动中V带是以作为公称长度的。 A. 外周长度 B. 内周长度 C. 基准长度 3. 按齿面接触疲劳强度设计计算齿轮传动时，若两齿轮材料的许用接触应力[]H1≠[]H2，在计算公式中应代入进行计算。 A. 大者 B. 小者 C. 两者分别代入 4. 链传动设计时，链条的型号是通过而确定的。 A. 抗拉强度计算公式 B. 疲劳破坏计算公式 C. 功率曲线图 5. 平键联接中的平键截面尺寸b×h是按选定的。 A. 转矩T B. 功率P C. 轴径d 6. 一根转轴承受一径向静载荷时，此转轴产生的弯曲应力是。 A. 静应力 B. 脉动循环变应力 C. 对称循环变应力 7. 滚动轴承的额定寿命是指一批同规格的轴承在规定的试验条件下运转，其中轴承发生破坏时所达到的寿命（运转转数或工作小时数） A. 1％ B. 5％ C. 10％ 8. 螺栓的强度计算是以螺纹的来计算的。 A. 小径 B. 中径 C. 大径 9. 非液体摩擦滑动轴承主要失效形式是 A. 点蚀 B. 胶合 C. 磨损 10. 为了提高轴的刚度，一般采用的措施是。 A. 用合金钢代替碳素钢 B. 增大轴的直径 C. 采用降低应力集中的结构措施 二、填空题（每小题2分） 1. 机构要能够动，自由度必须，机构具有确定运动的条件是。 2. 机构中的相对静止件称为，机构中按给定运动规律运动的构件称为。 3. 工作中只受弯矩不传递扭矩的轴叫轴；只传递扭矩不受弯矩的轴叫轴；同时承受弯矩和扭矩的轴叫轴。 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： 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。 《机械设计基础》作业答案 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s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 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21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14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：s mm l AB /100=，s mm l BC /250=， s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。 在三角形ABC 中， BCA AB BC ∠= sin 45sin 0 ，52sin = ∠BCA ，5 23cos =∠BCA ， 0 45 sin sin BC ABC AC =∠，mm AC 7.310≈ 1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径20=r 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离mm l AC 15=，mm l AB 90=，s rad /101=ω，求00=θ和0180=θ时，从动件角速度2ω的数值和方向。 00=θ时 方向如图中所示 当0180=θ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01210=? 则空回程曲柄的转角02150=? 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 在水平位置上下各摆100，且mm l mm l AD CD 1000,500==。（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mm l 1003=，摆角030=ψ，摇杆的行程速比变化系数2.1=K 。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇ 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 机械设计基础课程设计 计算说明书 设计题目：一级圆柱齿轮减速器学院：材料学院 班级： 学号： 设计者： 指导教师：姜勇 日期：2014年7月 目录 一．设计任务书 (1) 二．传动系统方案的拟定 (1) 三．电动机的选择 (1) 四．传动比的分配 (2) 五．传动系统的运动和动力参数计算 (3) 六．传动零件的设计计算 (4) 七．减速器轴的设计 (8) 八．轴承的选择与校核 (15) 九．键的选择与校核 (17) 十．联轴器的选择 (19) 十一．减速器润滑方式，润滑剂及密封装置 (19) 十二．箱体结构的设计 (20) 十三．设计小结 (22) 十四．参考文献 (23) 设计与计算过程演示 结果 一、设计任务书 1、设计任务 设计带式输送机的传动系统，采用带传动和一级圆柱齿轮减速器。软齿面、按照工作机 功率计算。 2、原始数据 输送带轴所需扭矩 τ=670Nm 输送带工作速度 ν=0.75m/s 输送带滚筒直径 d =330mm 减速器设计寿命为8年（两班制），大修期限四年。 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 。 二、传动系统方案的拟定 带式输送机传动系统方案如图所示： 1：V 带；2输送带；3：圆柱齿轮减速器；4：联轴器；5：电动机；6滚筒 带式输送机由电动机驱动。电动机5将动力传到带传动1，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6，带动输送带2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。 三、电动机的选择 按设计要求及工作条件选用Y 系列三相异步电动机，卧式封闭结构，电压380V 。 1、电动机的功率 根据已知条件由计算得知工作机所需有效效率 KW Fv P w 05.31000 75 .02/33.0670 1000=?== 设：η1—联轴器效率=0.99； η2—闭式圆柱齿轮传动效率=0.97 η3—V 带传动效率=0.96 η4—对轴承效率=0.99 KW P w 05.3=合工大机械设计基础作业部分答案
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