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机械设计基础（上）

绪论

第一章 机工的结构分析　　　　　　　　　　 第六章 轮系及其设计

第二章 平面机构的运动分析 　　　　　　　 第七章 其它常用机构

第三章 平面连杆机构 　　　　　　　　　　 第八章 平面机构的力分析

第四章 凸轮机构及其设计 　　　　　　　　 第九章 机械的平衡

第五章 齿轮机构及其设计 　　　　　　　　 第十章 机械效率

第十一章 机器的运转及速度波动的调节

机械设计基础（下）

第一章 机械设计概论 　　　　　　　　　　　　　第二章 机械零件的强度

第三章 磨擦、磨损与润滑　　　　　　　　　　　 第四章 螺纹联接和螺旋转动

第五章 键、花键、无键及销联接　　　　　　　　 第六章 铆接、焊接与胶接

第七章 带传动　　　 第八章 链传动　　　　　　 第九章 齿轮传动 　　　　 第十章 蜗杆传动

第十一章 轴 　　 　　第十二章 滑动轴承 　 　　 第十三章 滚动轴承

第十四章 联轴器、离合器与制动器　　　　　 　 第十五章 弹簧 　　　　　　第十六章 机架零件

机械设计基础（上）

绪 论

复习思考题

1、 试述构件和零件的区别与联系？

2、 何谓机架、原动件和从动件？

第一章 机械的结构分析返回目录

复习思考题

1、两构件构成运动副的特征是什么？

2、如何区别平面及空间运动副？

3、 何谓自由度和约束？

4、 转动副与移动副的运动特点有何区别与联系？

5、 何谓复合铰链？计算机构自由度时应如何处理？

6、 机构具有确定运动的条件是什么？

7、 什么是虚约束？

习题

1、 画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。

（a） (b) (c)

2、一简易冲床的初拟设计方案如图。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。

3、计算图示平面机构的自由度；机构中的原动件用圆弧箭头表示。

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

第二章 平面机构的运动分析返回目录

复习思考题

1、已知作平面相对运动两构件上两个重合点的相对速度及的方向，它们的相对瞬心P₁₂在何处？

2、当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其速度瞬心在何处？

3、如何考虑机构中不组成运动副的两构件的速度瞬心？

4、利用速度瞬心，在机构运动分析中可以求哪些运动参数？

5、在平面机构运动分析中，哥氏加速度大小及方向如何确定？

习题

1、 试求出下列机构中的所有速度瞬心。

(a) (b)

(c) (d)

2、图示的凸轮机构中，凸轮的角速度ω₁=10s^-1，R=50mm，l_A0=20mm，试求当φ=0°、45°及90°时，构件2的速度v。

题2图 凸轮机构 题3图 组合机构

3、图示机构，由曲柄1、连杆2、摇杆3及机架6组成铰链四杆机构，轮1′与曲柄1固接，其轴心为B，轮4分别与轮1′和轮5相切，轮5活套于轴D上。各相切轮之间作纯滚动。试用速度瞬心法确定曲柄1与轮5的角速比ω₁/ω₅。

4、在图示的颚式破碎机中，已知：x_D=260mm，y_D=480mm，x_G=400mm，y_G=200mm，l_AB=l_CE=100mm，l_BC=l_BE=500mm，l_CD=300mm，l_EF=400mm，l_GF=685mm，₁=45°,ω₁=30rad/s逆时针。求ω₅、ε₅。

题4图 破碎机 题5图 曲柄摇块机构

5、图示的曲柄摇块机构， l_AB=30mm，l_AC=100mm，l_BD=50mm，l_DE=40mm，₁=45°，等角速度ω₁=10rad/s，求点E、D的速度和加速度，构件3的角速度和角加速度。

6、图示正弦机构，曲柄1长度l₁=0.05m，角速度ω₁=20rad/s（常数），试分别用图解法和解析法确定该机构在₁=45°时导杆3的速度v₃与加速度a₃。

题6图 正弦机构 题7图 六杆机构

7、在图示机构中，已知l_AE=70mm，l_AB=40mm，l_EF=70mm，l_DE=35mm，l_CD=75mm，l_BC=50mm，₁=60°，构件1以等角速度ω₁=10rad/s逆时针方向转动，试求点C的速度和加速度。

第三章 平面连杆机构返回目录

复习思考题

1、如何依照各杆长度判别铰链四杆机构的型式？

2、平面四连杆机构最基本形态是什么？由它演化为其它平面四杆机构，有哪些具体途径？

3、图示摆动导杆机构中，AB杆匀角速转动。该机构存在的几何条件是什么？给定其摆杆的行程速度变化系数K后，怎么用K值表达AB和AC杆的长度关系？

题3、4图 题5图

4、图示摆动导杆机构中，AB杆匀角速转动。若，那么，其摆杆的行程速度变化系数为何值？又若摆杆顺时针方向转动为回程，要求有比工作行程较大的平均速度，那么，应如何选择AB杆的转向？

5、试回答图示曲柄滑块机构存在的几何条件。若AB杆等角速转动，而滑块向右移动为回程。要求回程比工作行程少占用时间，那么，应如何选取AB杆的转向？

习题

1、图示铰链四杆机构，已知：l_BC=50mm，l_CD=35mm，l_AB=30mm，AD为机架，

（1）若此机构为曲柄摇杆机械，且AB为曲柄，求l_AB的最大值：

（2）若此机构为双曲柄机构，求l_AB的范围；

（3）若此机构为双摇杆机构，求l_AB的范围。

（a） (b)

题1图 题2图

2、图示两种曲柄滑块机构，若已知a=120mm，b=600mm，对心时e=0及偏置时e=120mm，求此两机械的极位夹角θ及行程速比系数K。又在对心曲柄滑块机构中，若连杆BC为二力杆件，则滑块的压力角将在什么范围内变化？

3、图示六杆机构，已知（单位mm）：l₁=20，l₂=53，l₃=35，l₄=40，l₅=20，l₆=60，试确定：1）构件AB能否整周回转？2）滑块行程h；3）滑块的行程速度变化系数K；4）机构DEF中的最大压力角α_max。

题3图 题4图

4、在图示插床的转动导杆机构中，已知l_AB=50mm，l_AD=40mm及行程速比系数K=1.4，求曲柄BC的长度及插切P的行程。又若需行程速比系数K=2，则曲柄BC应调整为多长？此时插刀行程是否改变？

5、图示机床变速箱中操纵滑动齿轮的操纵机构，已知滑动齿轮行程H=60mm，l_DE=100mm，l_CD=120mm，l_AD=250mm，其相互位置如图所示。当滑动齿轮在行程的另一端时，操纵手柄朝垂直方向，试设计此机构。

6、图示用铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。炉门上两铰链的中心距为50mm，炉门打开后成水平位置时，要求炉门的外边朝上，固定铰链装在xy轴线上，其相互位置的尺寸如图上所示。试设计此机构。

题5图

题6图

题7图

7、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5，滑块的冲程l_C1C2=50mm，导路的偏距e=20mm，求曲柄长度l_AB和连杆长度l_BC。

第四章 凸轮机构及其设计返回目录

复习思考题

1、 连杆机构和凸轮机构在组成方面有何不同，各有什么优缺点？

2、 凸轮机构中，刚性冲击是指什么？举出一种存在刚性冲击的运动规律。

3、 凸轮机构中，柔性冲击是指什么？举出一个具有柔性冲击的从动件常用运动规律。

4、 何谓凸轮的理论轮廓与实际轮廓？

5、 凸轮机构中的力锁合与几何锁合各有什么优缺点？

6、 为什么不能为了机构紧凑，而任意减小盘形凸轮的基圆半径？

7、设计滚子从动件盘形凸轮机构时，如实际轮廓上出现尖点，将可能出现什么后果？面对这一实际结果，设计上应如何加以处理？

习题

1、图（a）和图（b）分别为滚子对心直动从动件盘形凸轮机构和滚子偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知：R=100mm，OA=20mm，e=10mm，r_T=10mm，试用图解法确定；当凸轮自图示位置（从动件最低位置）顺时针方向回转90°时两机构的压力角及从动件的位移值。

（a） (b)

题1图 题2图

2、设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从动件初始位置如图所示。已知偏距e=10mm，基圆半径r₀=40mm，滚子半径r_T=10mm，从动件运动规律如下：Φ=150°，Φ_S=30°，Φ’=120°，Φ′_S=60°，从动件在推程以简谐运动规律上升，行程h=20mm；回程以等加速等减速运动规律返回原处，试绘出从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。

3、设计一平底直动从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从动件初始位置如图所示。已知基圆半径r₀=60mm，行程h=20mm，Φ=150°，Φ_S=30°，Φ’=120°，Φ′_S=60°，从动件在推程以简谐运动规律上升，回程以等加速等减速运动规律返回原处，试绘出该机构凸轮轮廓曲线并决定从动件底面应有的长度。

题3图 题4图

4、设计一平底摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向和从动件初始位置如图所示。已知l_OA=75，r₀=30mm，从动件运动规律如下：Φ=180°，Φ_S=0°，Φ’=180°，Φ′_S=0°，从动件推程以简谐运动规律顺时针摆动，ψ_max=15°；回程以等加速等减速运动规律返回原处。试绘出凸轮轮廓曲线并确定从动件的长度。

第五章 齿轮机构及其设计返回目录

复习思考题

1、 欲使一对齿廓在其啮合过程中保持传动比不变，该对齿廓应符合什么条件？

2、 当一对互相啮合的渐开线齿廓绕各自的基圆圆心转动时，其传动比不变。为什么？

3、 何谓齿轮传动的啮合线？为什么渐开线齿轮的啮合线为直线？

4、 什么叫渐开线齿轮传动的可分性？

5、 什么叫渐开线标准直齿圆柱齿轮？

6、 标准直齿条的特点是什么？

7、什么叫渐开线齿轮传动的实际啮合线？渐开线直齿轮传动的实际啮合线是如何确定的？

8、一对渐开线标准直齿轮的正确啮合条件是什么？若放弃模数和压力角必须取标准值的限制，一对渐开线直齿轮的正确啮合条件是什么？

9、一对渐开线直齿轮无侧隙啮合的条件是什么？

10、一对渐开线标准外啮合直齿轮非标准安装时，安装中心距a'与标准中心距a中哪个大？啮合角α'与压力α中哪个大？为什么？

11、用齿条型刀具展成加工齿轮时，如何加工出渐开线标准直齿轮？

12、若用齿条形刀具加工的渐开线直齿外齿轮不发生根切，当改用齿轮形刀具加工时会不会发生要切？为什么？

13、齿轮修正的目的是什么？

14、渐开线变位直齿轮与渐开线标准直齿轮相比，哪些参数不变？哪些参数发生变化？

15、渐开线变位直齿轮传动有哪三种传动类型？区别传动类型的依据是什么？

16、与直齿圆柱齿轮传动相比较，平行轴斜齿轮的主要优缺点是什么？

17、平行轴斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是什么？

18、为什么一对平行轴斜齿轮传动的重合度往往比一对直齿轮传动的重合度来得大？

习题

1、一根渐开线在基圆半径r_b=50mm的圆上发生，试求渐开线上向径r=65mm的点的曲率半径ρ、压力角α和展开角θ。

2、题5-4当α=20°的渐开线标准齿轮的齿根圆和基圆相重合时，其齿数为若干？又若齿数大于求出的数值，则基圆和根圆哪一个大一些？

3、题5-6有一对渐开线标准直齿轮啮合，已知z₁=19，z₂=42，m=5mm。 （1）试求当α′=20°时，这对齿轮的实际啮合线B₁B₂的长、作用弧、作用角及重合度ε；（2）绘出一对齿和两对齿的啮合区图（选适当的长度比例尺μ_l，不用画出啮合齿廓），并按图上尺寸计算重合度。

4、题5-7一对渐开线标准圆柱直齿轮外啮合传动。已知z₁=40、传动比i₁₂=2.5、h_a*=1、c*=0.25、α=20°、m=10mm。

（1）在标准安装时，试求小齿轮的尺寸（r_a、r_f、r_b、r、r'、p、s、e、p'、s'、e'、p_b）以及啮合的中心距a与啮合角α′。

（2）若安装的中心距a'比标准中心距a加大1mm，试求小齿轮的尺寸（r_a、r_f、r_b、r、r'、p、s、e、p'、p_b）以及啮合角α′。

5、题5-9用标准齿条刀具切制直齿轮，已知齿轮参数z=35，h_a*=1，α=20°。欲使齿轮齿廓的渐开线起始点在基圆上，试问是否需要变位？如需变位，其变位系数应取多少？

6、题5-10设计一对外啮合直齿圆柱齿轮，已知：模数m=10，压力角α=20°，齿顶高系数h_a*=1，齿数z₁=z₂=12，中心距a'=130mm，试计算这对齿轮的啮合角α′及两轮的变位系数x₁、x₂（取x₁=x₂）。

7、题5-11有一对使用日久磨损严重的标准齿轮需要修复。按磨损情况，拟将小齿轮报废，修复大齿轮，修复后的大齿轮的齿顶圆要减小8mm。已知z₁=24，z₂=96，m=4mm，α=20°，h_a*=1，c*=0.25。试设计这对齿轮传动。

8、题5-12设有一对外啮合圆柱齿轮，已知：模数m_n=2，齿数z₁=21，z₂=22，中心距a=45mm，现不用变位而拟用斜齿圆柱齿轮来配凑中心距，问这对斜齿轮的螺旋角应为多少？

9、题5-13有一对斜齿轮传动。已知m_n=1.5mm，z₁=z₂=18，β=15°，α_n=20°，h_an*=1，c_n*=0.25，b=14mm。求（1）齿距p_n和p_t；（2）分度圆半径r₁和r₂及中心距a；（3）重合度ε；（4）当量齿数z_v1和z_v2。

10、题5-15已知一对蜗杆轮的参数为z₁=1，z₂=40，α=20°，h_a*=1，c*=0.2，m=5mm，q=10。试计算其几何尺寸和传动比。

11、题5-16有一对标准直齿圆锥齿轮。已知m=3mm，z₁=24，z₂=32，α=20°，h_a*=1，c*=0.2及Σ=90°。试计算该对圆锥齿轮的几何尺寸。

12、题5-17在图示回归轮系中，已知：z₁=17，z₂=51，m₁₂=2；z₃=20，z₄=34，m₃₄=2.5；各轮压力角α=20°。试问有几种传动方案可供选择？哪一种比较合理？

题12图

第六章 轮系及其设计返回目录

复习思考题

1、 对一个基本周转轮系，如何判断其是差动轮系还是行星轮系？

2、 定轴轮系输入、输出轴平行时，如何决定传动比前的正、负号？

3、 简述计算组合轮系传动比的方法。

习题

1、在图示轮系中，各轮齿数为z₁=20，z₂=40，z_2'=20，z₃=30，z_3'=20，z₄=40。试求传动经i₁₄，并问：如面变更i₁₄的符号，可采取什么措施？

题1图 题2图

2、在图示自动化照明灯具的传动装置中，已知输入轴的转速n₁=19.5r/min，各齿轮的齿数为z₁=60，z₂=z₃=30，z₄=z₅=40，z₆=120。求箱体B的转速n_B。

3、在图示双速传动装置中，A为输入轴，H为输出轴，z₁=40，z₂=20，z₃=80。合上C而松开B时为高速挡；脱开C而刹紧B时为低速挡；同时脱开C和B时为空挡。求前两挡的i_HA=；并讨论空挡时ω_H与ω_A关系。

题3图 题4图

4、在图示输送带的减速器中，已知z₁=10，z₂=32，z₃=74，z₄=72，z_2'=30及电动机的转速为1450r/min，求输出轴的转速n₄。

5、在图示自行车里程表的机构中，C为车轮轴。已知各轮的齿数为z₁=17，z₃=23，z₄=19，z_4'=20及z₅=24。设轮胎受压变形后使28in车轮的有效直径约为0.7m。当车行一千米时，表上的指钢刚好回转一周，求齿轮2的齿数。

题5图 题6图

6、在图示减速装置中，齿轮1固定于电动机M轴上，而该电动机安装在行星架H上。已知各轮齿数为z₁=z₂=20，z₃=60，z₄=90，z₅=210，电动机转速（相对于行星架H的转速）n₁^H=1440r/min，求n_H。

第七章 其他常用机构返回目录

复习思考题

1、 试阐述联接共平面轴的双万向轴节恒速比传支斩两个条件。

2、 试举出双万向联轴节的两个应用场合。

3、 何谓槽轮机构的运动系数

习题

1、有一槽轮机构，已知：槽数z=4，中心距d=100mm，拨盘上装有一个圆销，试求：（1）该槽轮机构的运动系数τ；（2）当拨盘以ω₁=100rad/s等角速逆时针方向转动时，槽轮在图示位置（=30°）的角速度ω₂和角加速度ε₂。

题1图 题2图

2、图示螺旋机构，构件1与2组成螺旋副A，其导程p_A=2.5mm，构件1与3组成螺旋副B，其导程p_B=3mm，螺杆1转向如图所示，如果要使2、3由距离H₁=100mm快速趋近至H₂=78mm，试确定螺旋副A、B的旋向及1应转几圈？

3、在六角车床的六角头外槽轮机构中，已知槽轮槽数z=6，运动时间是静止时间的两倍，求应该设计几个圆销。

第八章 平面机构的力分析返回目录

复习思考题

1、 作用在机械系统上的内力和外力各有哪些？

2、 何谓机构的静力计算和机构的动态静力计算？

3、 何谓摩擦圆？怎样确定径向轴颈转动副中总反力作用线位置及方向？

4、 何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？

5、当一径向轴颈以相同方向按等速、加速或减速转动时，在载荷不变的情况下，其上作用的摩擦力矩是否一样？为什么？

6、何谓自锁？从受力观点分析，移动副在什么条件下自锁？

7、何谓自锁？从受力观点分析，径向轴颈转动副在什么条件下自锁？

习题

1、如图示斜面机构，已知：f（滑块1、2与导槽3相互之间摩擦系数），=arctgf，λ（滑块1的倾斜角）、Q（工作阻力，沿水平方向），设不计两滑块质量，试确定该机构等速运动时所需的铅重方向的驱动力F。

题1图 题2图

2、图示楔形滑块2沿倾斜角为λ的V形槽面1滑动。已知：λ=35°，θ=60°，f=0.13，载荷Q=1000N。试求滑块等速上升时所需驱动力F的大小，并分析滑块以Q为驱动力时是否自锁。

3、图示楔块机构中，已知：γ=β=60°，Q=1000N，各接触面摩擦系数f=0.15。如Q为有效阻力，试求所需的驱动力F。

题3图 题4图

4、图示机构中，如已知转动副A、B的轴颈半径为r及当量摩擦系数f₀，且各构件的惯性力和重力均略去不计，试作出各运动副中总反力的作用线。

5、图示一焊接用的楔形夹具。用楔块3将焊接的工件1和1’夹紧在该楔块与夹具座2之间。已知各接触面的摩擦系数f，摩擦角=arctgf。试问：楔角α在何种条件下可保持楔块3不自动松脱？

题5图 题6图

6、图示偏心圆盘凸轮机构中，凸轮半径r₁=40mm，其几何中心O与回转中心A的偏距为25mm。从动件质心在点C，绕质心的转动惯量为0.02kg·m2，有一垂直力F作用于点D，l_CD=60mm。以B为中心装一半径r₂=20mm的滚子，l_BC=50mm。凸轮转速ω₁=12rad/s，转向如图。当∠ACB为直角时，∠OBC=60°。试问如此时要保证凸轮与滚子接触，力F的最小值应为多少（不考虑摩擦力）？

提示：要保证凸轮与从动件的滚子接触，力F对点C产生的力矩至少应能平衡此时从动件的惯性力矩。

第九章 机械的平衡返回目录

复习思考题

1、 刚性回转件静平衡的充要条件是什么？

2、 刚性回转件动平衡的充要条件是什么？

3、 刚性回转件静平衡与动平衡的关系是什么？

4、 在刚性回转件的平衡问题中，何谓质径积？

5、何谓平衡力或平衡力矩？平衡力是否一定是驱动力？

5、 摩擦角及摩擦圆大小各与哪些因素有关？

习题

1、图示转轴系统，各不平衡质量皆分布在回转线的同一轴向平面内，m₁=2.0kg、m₂=1.0kg、m₃=0.5kg，r₁=50mm、r₂=50mm、r₃=100mm，各载荷间的距离为l_L1=100mm、l₁₂=200mm、l₂₃=100mm，轴承的跨距l=500mm，转轴的转速为n=1000r/min，试求作用在轴承L和R中的动压力。

题1图 题2图

2、图示为一行星轮系，各轮为标准齿轮，其齿数z₁=58，z₂=42，z_2'=44，z₃=56，模数均为m=5，行星轮2-2’轴系本身已平衡，质心位于轴线上，其总质量m=2kg。问：（1）行星轮2-2’轴系的不平衡质径积为多少kg·mm？（2）采取什么措施加以平衡？

第十章 机械效率返回目录

复习思考题

1、 谓自锁？从效率的观点看，机器自锁的条件是什么？

2、 机构具有自锁性能是指什么？试举出二个具有自锁性能的机构实例。

3、 机器运动时，一般要经过哪三个时期？各个时期的特征是什么？

习题

1、在图示钻模夹具中，已知阻力Q，各滑动面间的摩擦系数均为f，楔形块倾斜角为δ。试求正、反行程中的P和P’，以及此夹具的适用条件（即求δ在什么范围内正行程不自锁而反行程却能自锁的条件）。

题1图 题2图

2、在图示的缓冲器中，已知各滑块接触面之间的摩擦系数均为f，弹簧压力为Q，各滑块倾角为α。试求正、反行程中P力的大小和该机构效率，以及缓冲器的适用条件（即正、反行程不自锁的几何条件）。

3、在图示双滑块机构中，滑块1在驱动力P作用下等速运动。设已知各转动副中轴颈半径r=10mm，当量摩擦系数f_v=0.1，移动副中的滑动摩擦系数f=0.176327，l_AB=200mm。各构件的重量略而不计。当P=500N时，试求所能克服的生产阻力Q以及该机构在此瞬时位置的效率。

题3图

第十一章 机器的运转及速度波动的调节返回目录

复习思考题

1、 什么要进行机器的速度调节？

2、 周期性速度波动”与“非周期性速度波动”的特点，它们各用什么方法来调节？

3、为什么要建立等效力，等效质量，等效力矩、等效转动惯量的概念？它们是怎样求得的？它们的性质如何？当机组的真实运动尚不知道时也能求出？为什么？

4、在飞轮设计求等效力或等效力矩时是否要考虑惯性力？

5、为减轻飞轮的重量，飞轮最好安装在何处？

习题

1、图示铰链四杆机构，已知l₁=100mm，l₂=390mm，l₃=200mm，l₄=250mm，若阻力矩M₃=100N·m。试求：（1）当时，加于构件1上的等效阻力矩M_er。（2）当时，加于构件1上的等效阻力矩M_er。

2、在图示的行星轮系中，已知各轮的齿数z₁=z_2'=20，z₂=z₃=40；各构件的质心均在其相对回转轴线上，且J₁=0.01kg·m²，J₂=0.04 kg·m²，J_2'=0.01 kg·m²，J_H=0.18 kg·m²；行星轮的质量m₂=2kg，m_2'=4kg，模数m=10mm。求由作用在行星架H上的力矩M_H=60 N·m换算到轮1的轴O₁上的等效力矩M以及换算到轴O₁上的各构件质量的等效转动惯量J。

题1图 题2图

3、在某机械系统中，取其主轴为等效构件，平均转速n_m=1000r/min，等效阻力矩M_r()如图所示。设等效驱动力矩M_d为常数，且除飞轮以外其他构件的转动惯量均可略去不计，求保证速度不均匀系数δ不超过0.04时，安装在主轴上的飞轮转动惯量J_F。设该机械由电动机驱动，所需平均功率多大？如希望把此飞轮转动惯量减小一半，而保持原来的δ值，则应如何考虑？

4、某机械换算到主轴上的等效阻力矩M_r()在一个工作循环中的变化规律如图所示。设等效驱动力矩M_d为常数，主轴平均转速n_m=300r/min。速度不均匀系数δ≤0.05，设机械中其他构件的转动惯量均略去不计。求要装在主轴上的飞轮转动惯量J_F。

题3图 题4图

机械设计基础（下）

第一章 机械设计概论返回目录

复习思考题

1、机械设计的基本要求包括哪些方面？

2、机械设计的一般程序如何？

3、对机械零件设计有哪些一般步骤？

4、对机械零件设计有哪些常用计算准则？

5、对机械零件材料的选择应考虑哪些方面的要求：

习 题

1．何谓机械零件的失效？何谓机械零件的工作能力？

2．机械零件常用的计算准则有哪些？

第二章 机械零件的强度返回目录

复习思考题

1、静应力与变应力的区别？静应力与变应力下零件的强度计算有何不同？

2、稳定循环变应力的种类有哪些？画出其应力变化曲线，并分别写出最大应力σ_max、最小应力σ_min、平均应力σ_m、应力幅σ_a与应力循环特性γ的表达式。

3、静应力是否一定由静载荷产生？变应力是否一定由变载荷产生？

4、机械零件疲劳破坏的特征有哪些？机械零件疲劳强度与哪些因素有关？

5、如何由σ_-1、σ₀和σ_s三个试验数据作出材料的简化极限应力图？

6、相对于材料，影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？综合影响因素K_σ的表达式为何？如何作零件的简化极限应力图？

7、应力集中、零件尺寸和表面状态是否对零件的平均应力σ_m和应力幅均有影响？

8、按Hertz公式，两球体和圆柱体接触时的接触强度与哪些因素有关？

习题

1．某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa。取循环基数N₀=5×10⁶，m=9，试求循环次数N分别为7000、25000、62000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。

2．已知材料的机械性能为σ_s=260MPa，σ_-1=170MPa，ψ_σ=0.2，试绘制此材料的简化根限应力线图。

3．圆轴轴肩处的尺寸为：D=54mm，d=45mm，r=3mm。如用上题中的材料，设其强度极限_B=420MPa，试绘制此零件的简化极限应力线图，零件的β_σ=β_q=1。

4．如上题中危险剖面上的平均应力σ_m=20MPa，应力幅σ_a=30MPa，试分别按①=C，②σ_m=C，求出该载面的计算安全系数S_ca。

第三章 摩擦、磨损与润滑返回目录

复习思考题

1、滑动摩擦为哪几种类型？各有何特点？

2、典型的磨损分哪三个阶段？磨损按机理分哪几种类型？

3、润滑油和润滑脂的主要性能指标有哪些？

4、什么是流体的粘性定律？

5、粘度的常用单位有哪些？影响粘度的主要因素是什么？如何影响？

6、流体润滑有哪些类型？各有何特点？

习 题

1． 根据摩擦面间存在润滑剂的状况，滑动摩擦分为哪几种？

2． 获得流体动力润滑的基本条件是什么？

3． 评价润滑脂和润滑油性能的指标各有哪几个？

第四章 螺纹联接和螺旋传动 返回目录

复习思考题

1、受横向转矩的螺栓组采用铰制孔时，每个螺栓所受的载荷是 。

①相等的；②与到几何中心距离成正比；③与到几何中心距离成反比；④都不变

2、在螺栓联接的结构设计中，被联接件与螺母和螺栓头接触表面处需要加工，这是为了 。

①不致损伤螺栓头和螺母；②增大接触面积，不易松脱；③防止产生附加偏心载荷；④便于装配。

3、在受轴向载荷的紧螺栓强度计算公式，Q为 。

①工作载荷；②预紧力；③预紧力+工作载荷；④工作载荷+残余预紧力。

4、设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状，这主要是为了 。

①美观；②受力最小；③联接方便；④接合面受力较均匀。

5、在确定紧螺栓联接的计算载荷时，预紧力Q_P比一般值提高30%，这是考虑了 。

①螺纹上的应力集中；②螺栓杆横截面上的扭转应力；③载荷沿螺纹圈分布的不均匀性；④螺纹毛刺的部分挤压。

6、受横向载荷的普通螺栓联接有何缺点？

7、为什么大多数螺纹联接都要预紧？预紧力Q_P过小后果是什么？预紧力Q_P过大有什么结果？

8、简述提高螺纹联接强度的四种措施：

9、若用降低螺栓刚度的办法来提高螺栓联接的疲劳强度，试作力和变形图说明之。

10、举二种常用螺纹联接的类型，并分别说明应用场合？

11、螺纹联接中摩擦防松、机械防松装置各有哪几种？（各举出二例）。

12、螺旋传动有哪些类型？滚珠螺旋传动有何特点？

习 题

1．如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：（1）当工作载荷为2000N时，求螺栓所受总拉力及被联接件间残余预紧力。（2）若被联接件间不出现缝隙，最大工作载荷是多少？

2．如图所示支承杆用三个M12铰制孔螺栓联接在机架上，（铰孔直径d₀=13mm）若螺杆与孔壁的挤压强度足够，试求作用于该悬壁梁的最大作用力F。（不考虑构件本身的强度，螺栓材料的屈服极限σ_s=600MPa，取剪切安全系数n_τ=2.5）。

3．如图凸缘联轴器，用六个普通螺栓联接，螺栓分布在D=100mm的圆周上，接合面摩擦系数f=0.16，防滑系数K_S=1.2，若联轴器传递扭矩为150N·m，试求螺栓螺纹小径。（螺栓[σ]=120MPa）

第五章 键、花键、无键联接及销联接返回目录

复习思考题

1、平键联接的可能失效形式为 。

①疲劳点蚀；②弯曲疲劳破坏；③胶合；④压溃、摩损、剪切破坏等

2、楔键联接与平键联接相比，前者对中性 。

①好；②差；③相同；④无法比较

3、半圆键联接具有 特点。

①对轴强度削弱小；②工艺性差、装配不方便；③调心性好；④承载能力大

4、渐开线花键的定心方式有哪些？

5、花键联接与平键联接相比，有哪些特点？

习 题

如图所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相联接。试选择两处键的类型及尺寸，并校核其联接强度。已知轴的材料为45号钢，传递的转矩T=1000N·m，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰铸铁制成，工作时有轻微冲击。

第六章 铆接、焊接与胶接返回目录

复习思考题

1、按工作要求铆缝分哪些类型？

2、常用焊接方法有哪些？焊缝的类型有哪些？

3、胶接接头应如何设计？如何选择粘胶剂？

第七章 带传动返回目录

复习思考题

1、带传动正常工作时，小带轮上的滑动角 小带轮的包角。

①大于；②小于；③小于或等于；④大于或等于。

2、设计中限制小带轮的直径D₁≥D₁min是为了 。

①限制带的弯曲应力；②限制相对滑移量；③保证带与轮面间的摩擦力；④带轮在轴上安装需要。

3、带传动的设计准则是 。

①保证带具有一定寿命；②保证带不被拉断；③保证不发生滑动情况下，带又不被拉断；④保证传动不打滑条件下，带具有一定的疲劳强度。

4、在相同的条件下，为什么三角胶带比平型带的传动能力大？

5、带传动为什么要限制其最小中心距？

6、在三角胶带传动中，为什么一般推荐使用的带速v≤25m/s？

7、带传动的弹性滑动是什么原因引起的？它对传动的影响如何？

8、带传动的打滑经常在什么情况下发生？打滑多发生在大轮上还是小轮上？刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力有什么关系？

9、给出带的应力分布图注明各种应力名称及最大合成应力的位置？

习 题

1．V带传动传递的功率P=7.5kW，平均带速v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍（F₁=2F₂）。试求紧边拉力F₁，有效圆周力F_e和预紧力F₀。

2．V带传动传递的功率P=5kW，小带轮直径D₁=140mm，转速n₁=1440r/min，大带轮直径D₂=400mm，V带传动的滑动率ε=2%，①求从动轮转速n₂；②求有效圆周力F_e。

3．C618车床的电动机和床头箱之间采用垂直布置的V型带传动。已知电动机功率P=4.5kW，转速n=1440r/min，传动比i=2.1，二班制工作，根据机床结构，带轮中心距a应为900mm左右。试设计此V带传动。

第八章 链传动返回目录

复习思考题

1、链传动设计中限制小链轮齿数不小于9齿是为了 。

①防止脱链现象；②防止小链轮转速过高；③提高传动平稳性；④保证链轮轮齿的强度。

2、链传动中当其它条件不变的情况下，传动的平稳性随链条节距P的 。

①减小而提高；②减小而降低；③增大而提高；④增大而不变。

3、链传动中合理的链条长 。

①应等于奇数倍链节距；②应等于偶数倍链节距；③可以为任意值；④按链轮齿数来决定

4、链传动为何小链轮齿数Z₁不宜过少？而大链轮齿数Z₂又不宜过多？

5、影响链传动不平稳的因素有哪些？

6、链传动有哪几种主要的失效形式？

习 题

一链式运输机驱动装置采用套筒滚子链传动，链节距p=25.4mm，主动链轮齿数z₁=17，从动链轮齿数z₂=69，主动链轮转速n1=960r/min，试求：

（1）链条的平均速度v；

（2）链条的最大速度v_max和最小速度v_min；

（3）平均传动比i。

第九章 齿轮传动返回目录

复习思考题

1、锥齿轮弯曲强度计算中的齿形系数Y_Fa应按 确定：

①max{[σ]_H1,[σ]_H2}；②min{[σ]_H1,[σ]_H2}；③[σ]_H1；④[σ]_H2

2、由直齿和斜齿圆柱齿轮组成的减速器，为使传动平稳，应将直齿圆柱齿轮布置在 。

①高速级；②低速级；③高速级或低速级；④哪一级，无法判断。

3、齿轮传动中，当齿轮分度圆直径不变时，将模数加大，其接触疲劳强度将 ，弯曲强度将 。

①提高；②降低；③不变；④无法判明变动情况。

4、一对齿轮啮合传动时，大、小齿轮上齿面的接触应力 。

①σ_H1=σ_H2；②σ_H1>σ_H2；③σ_H1<σ_H2；④不能判明大小关系。

5、开式齿轮传动中，保证齿根弯曲应力σ_F≤[σ]_F，主要是为了避免齿轮的 失效。

①轮齿折断；②齿面磨损；③齿面胶合；④齿面点蚀。

6、在齿轮传动中，提高其抗点蚀能力的措施之一是 。

①提高齿面硬度；②降低润滑油粘度；③减小分度圆直径；④减少齿数。

7、在齿轮传动中，为减少动载，可采取的措施是 。

①改用好材料；②提高齿轮制造精度；③降低润滑油粘度；④加大模数。

8、在齿轮传动中，为改善齿端偏载现象，可采取的措施之一是 。

①增加齿宽；②将齿轮轮齿作成鼓形齿；③把齿轮悬臂布置；④加大齿面硬度。

9、在齿轮传动的载荷计算中，为什么要引入动载荷系数K_v？K_v与哪些因素有关？

10、为提高齿面的抗点蚀能力，试至少举出三种办法。

11、为提高齿轮轮齿抵抗弯曲折断的能力，试至少举出三种措施。

12、在齿轮传动中，为减少动载荷，试至少举出三种措施。

13、在齿轮传动中，为减轻齿轮的齿端偏载，试至少举出三种措施。

习 题

1．齿轮传动主要有哪几种失效？

2．齿轮传动强度计算中引入的载荷系数K考虑了哪几方面的影响？分别加以说明。

3．图示为蜗杆、齿轮传动装置。右旋蜗杆I为主动件，为使轴Ⅱ、Ⅲ上传动件的轴向力能相抵消，试确定：

（1）蜗杆的转向1；

（2）一对斜齿轮3、4轮齿的旋向；

（3）用图表示轴Ⅱ上传动件的受力（用各分力表示）情况。

4．图示两级斜齿轮传动，已知第一对齿轮：z₁=20，z₂=40，m_n1=5mm，°；第二对齿轮；z₃=17，z₄=52，m_n2=7mm。今使轴Ⅱ上传动件的轴向力相互抵消，试确定：

（1）斜齿轮3、4的螺旋角β₂的大小及轮齿的旋向；

（2）用图表示轴Ⅱ上传动件的受力情况（用各分力表示）。

第十章 蜗杆传动返回目录

复习思考题

1、磨削时没有理论误差精度较高的普通圆柱蜗杆是

①延伸渐开线蜗杆；②渐开线蜗杆；③阿基米德蜗杆；④圆弧面蜗杆

2、标准蜗杆传动的中心距计算公式应力

①； ②；

③； ④

3、蜗杆蜗轮啮合面间的滑动速度V_a与蜗杆的圆周速度V₁之间有如下关系

①V_a=V₁；②；V_a>V₁；③V_a<V₁；④V_a与V₁没关系

4、蜗杆传动的主要失效形式是

①齿面疲劳点蚀；②齿根的弯曲折断；③齿面的胶合和磨损；④齿面的塑性变形

5、蜗杆传动的油温最高不应超过

①30℃；②50℃；③80℃；④120℃

6、其他条件相同时，若增加蜗杆头数，则滑动速度

①增加；②减小；③保持不变；④不一定

7、蜗杆传动为什么要引入直径系数q？

8、蜗杆的热平衡核算不满足要求时可采取哪些措施。

习 题

1．闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？

2．试分析图示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向（用各分力表示）。

3．图中所示为手动绞车。已知：m=8，q=8，z₁=1，z₂=40，D=200mm。问：

（1）欲使重物W上升1m，手柄应转多少转？转向如何？

（2）若当量摩擦系数f_v=0.2，该传动啮合效率η₁是多少？该机构能否自锁？

第十一章 轴返回目录

复习思考题

1、轴上零件的轴向定位方法有哪些？

2、自行车的前轴是 。

心轴；②转轴；③传动轴；④光轴

3、若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料由碳素钢改为合金钢，轴的刚度 。

不变；②降低了；③增加了；④不定

4、轴的强度计算公式中α的含意是什么？其大小如何确定？

5、当旋转轴上作用恒定的径向载荷时，轴上某定点所受的弯曲应力是对称循环应力、脉动循环应力还是恒应力？为什么？

6、公式d≥A有何用处？其中A取决于什么？计算出的d应作为轴上哪部分的直径？

7、按许用应力验算轴时，危险剖面取在哪些剖面上？为什么？

8、轴的刚度计算内容包括哪些？

9、什么叫刚性轴？什么叫挠性轴？

习 题

1．由电机直接驱动的离心水泵，功率3kW，轴转速为960r/min，轴材料为45钢，试按强度要求计算轴所需的直径。

2．如图所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出其改正图。

第十二章 滑动轴承返回目录

复习思考题

1、滑动轴承的宽径比B/d愈小，则 。

①轴承温升愈大；②摩擦功耗愈小；③承载能力愈大；④端泄愈小。

2、流体动压润滑轴承进行P、v、Pv的验算是因为 。

①启动时属于液体润滑状态；②运行时属于液体润滑状态；③运行时会发生金属过度磨损；④启动时会发生金属过度磨损。

3、影响流体动力润滑后滑动轴承承载能力因素有：

①轴承的直径；②宽径比B/d；③相对间隙；④轴承包角

4、流体动力润滑轴承在稳定运转工作时，油膜不致被破坏的条件是什么？

5、流体动压轴承的工作过程可分为哪三个阶段？

6、向心滑动轴承有哪几种结构类型？

7、简要说明设计非液体摩擦向心滑动轴承时，计算p、v值是解决了什么问题？

8、试分析滑动轴承相对间隙的大小对承载能力有什么影响？

9、试说明单油楔圆柱形流体动压滑动轴承的工作过程如何？并绘图说明其轴颈中心位置的变化。

10、形成流体动压润滑的基本条件是什么？

习 题

1．非全液体润滑滑动轴承验算p、v、pv三项指标的物理本质是什么？为什么液体动力润滑滑动轴承设计时首先也要验算此三项指标？

2．某不安全液体润滑径向滑动轴承，已知：轴径直径d=200mm，轴承宽度B=200mm，轴颈转速n=300r/min，轴瓦材料为ZCuSn10P1，试问它可以承受的最大径向载荷是多少？

第十三章 滚动轴承返回目录

复习思考题

1、向心推力滚动轴承承受轴向载荷的能力是随接触角的增大而 。

①增大；②减小；③不变；④不一定

2、典型的滚动轴承由哪四部分组成？

3、什么是滚动轴承的接触角？

4、滚动轴承最常见的失效形式是什么？

5、安装滚动轴承时为什么要施加预紧力？

6、增加滚动轴承刚度的办法有哪些？

7、什么是轴承的寿命？什么是轴承的额定寿命？

8、为什么向心推力轴承必须成对安装使用？

9、什么是滚动轴承的当量动载荷P？P应如何计算？

10、轴向载荷是如何影响角接触滚动轴承滚动体的载荷分布的？

11、滚动轴承的支承形式有哪些？各有何特点？

12、选择滚动轴承配合的原则有哪些？

习 题

1．试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承的公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受径向载荷能力最大？哪个不能承受径向载荷？

6208/P2、30208、5308/P6、N2208

2．设某斜齿轮轴根据工作条件在轴的两端反装两个圆锥滚子轴承，如图所示。已知轴上齿轮受力切向力F_t=2200N，径向力F_r=900N，轴向力Fa=400N，齿轮分度圆直径d=314mm，轴转速n=520r/min，运转中有中等冲击载荷，轴承预期计算寿命L’_h=15000h。设初选两个轴承型号均为30205，其基本额定动载荷和静载荷分别为C=32200N、C₀=37000N，计算系数e=0.37，Y=1.6，Y₀=0.9。试验算该对轴承能否达到预期寿命要求。

3．指出图中齿轮轴系上的错误结构并改正之。滚动轴承采用脂润滑。

第十四章 联轴器、离合器与制动器

复习思考题返回目录

1、机械式联轴器有哪些类型？各有何特点？分别适用于什么场合？

2、如何确定联轴器的类型与尺寸？

3、牙嵌式离合器与摩擦式离合器各适用于什么场合？

4、超越离合器的工作原理如何？适用于哪些场合？

5、制动器与离合器的区别是什么？常开式制动器与常闭式制动器各适用于什么场合？

习 题

1．试说明联轴器与离合器的不同功用。

2．离心式水泵与驱动电动机用尼龙柱销联轴器联接，传递功率38kW，转速为960r/min。两端被联接轴直径分别为d₁=60mm，d₂=50mm。试选择联轴器的型号。

第十五章 弹簧返回目录

复习思考题

1、按承载性质和外形弹簧各分为哪几种主要类型？

2、什么是弹簧的刚度？什么是弹簧的阻尼系数？

3、如何确定弹簧的材料及许用应力？

4、什么是弹簧的弹簧指数？它与弹簧的工作性能有什么关系？

第十六章 机架零件返回目录

复习思考题

1、对机架零件设计的一般要求有哪些？

2、不同截面形状的机架，对强度和刚度的影响如何？

3、如何合理布置机架的肋板以增加机架的强度和刚度？

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