机械设计基础.docx

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机械设计基础

答题：

1、?

此机构运动简图中无复合铰链、1局部自由度、1个虚约束。

此机构中有6个自由杆件，8个低副，1个高副。

自由度F=3n-2PL-Ph=3*6-2*8-1=1

2、此机构中编号1～9，活动构件数n=9，滚子与杆3联接有局部自由度，滚子不计入活动构件数，.B、C、D、G、H、I、6个回转副（低副），复合铰链J，2个回转副（低副），A、K，各有1个回转副+1个移动副，此两处共4个低副，低副总数PL=6+2+4=12，.两齿轮齿合处E，有1个高副，滚子与凸轮联接处F，有1个高副，高副总数PH=1+1=2.?

自由度F=3n-2PL-PH=3*9-2*12-2=1

3、此机构有6个自由杆件，在C点有1个复合铰链，有1个虚约束、9个低副，没有高副。

自由度F=3n-2PL=3*5-2*7=1

答题：

1、不具有急回特性，其极位夹角为零，即曲柄和连杆重合的两个位置的夹角为0

2、

（1）有急回特性，因为AB可以等速圆周运动，C块做正、反行程的往复运动，且极位夹角不为0°。

（2）当C块向右运动时，AB杆应做等速顺时针圆周运动，C块加速运动；压力角趋向0°，有效分力处于加大过程，驱动力与曲柄转向相反。

所以，曲柄的转向错误。

3、

（1）AB杆是最短杆，即Lab+Lbc（50mm）≤Lad（30mm）+Lcd（35mm），Lab最大值为15mm.

（2）AD杆是最短杆，以AB杆做最长杆，即Lab+Lad（30mm）≤Lbc（50mm）+Lcd（35mm），Lab最大值为55mm.

（3）满足杆长和条件下的双摇杆机构，机架应为最短杆的对边杆，显然与题设要求不符，故只能考虑不满足杆长和条件下的双摇杆机构，此时应满足条件：

Lab＜30mm且Lab+45＞30+35即20mm＜Lab＜30mm

作业三

答：

1、摆动导杆机构以导杆为输出件时存在急回特性，因为其极位夹角θ=ψ，ψ为导杆的摆角。

2、对于曲柄摇杆机构，当曲柄与机架出现在同一条直线上时，会出现两次最小传动角。

3、

（1）摆动机构有曲柄的条件:

Lab为最短杆，且Lab+e＜Lac→Lac＞40+10→Lac最小值为50mm.

（2）当e=0时，此机构成为曲柄摆动导杆机构，必有Lac＜Lab=40mm,Lac最大值为40mm.

（3）对于e=0时的摆动导杆机构，传动角=90°、压力角=0°均为一个常数。

对于e＞0时的摆动导杆机构，其导杆上任何点的速度方向不垂直于导杆，且随曲柄的转动而变化，而滑块作用于导杆的力总是垂直于导杆，故压力角不为零，而0°＜传动角＜90°且是变化的。

从传力效果看，e=0方案较好。

第四次作业：

1、什么是齿轮的分度圆？

它的直径如何计算？

2、标准齿轮有何特点？

3、已知一对渐开线外啮合直齿圆柱标准齿轮的模数m=5mm，压力角α=20°,中心矩a=350mm，角速比i12=9/5。

试求两齿轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径。

（教材P113题4-7）

答1、分度圆是齿轮上一个认为约定的用于计算的基准圆，通常，分度圆是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。

其直径等于模数乘以齿数，即d=mz

2、标准齿轮的特点如下：

1）、分度圆上的齿厚与齿间距相等，均等于周节的一半，即S=W=t/2。

2）、两个标准齿轮传动时，其中心距A0等于两个齿轮分度圆半径之和。

3）3）、齿轮啮合传动时节圆与分度圆重合，节圆半径等于分度圆半径。

4）4）、两个标准齿轮啮合传动时的啮合角与分度圆的压力角相等。

第五次作业：

1、直齿轮的正确啮合条件是什么？

斜齿轮的正确啮合条件是什么？

2、齿轮连续传动的条件是什么？

?

?

?

?

3、一对渐开线外啮合圆柱齿轮,已知z1=21,z2=22,m=2mm，中心距为44mm，若不采用变位齿轮，而用标准斜齿圆柱齿轮凑中心距，求斜齿圆柱齿轮的螺旋角应为多少?

1、

（1）两轮的模数和压力角必须分别相等。

（2）两外啮合斜齿轮的螺旋角应大小相等、方向相反，若其中一轮为右旋齿轮，则另一齿轮应为左旋齿轮。

2、当两齿轮开始啮合时，主动论的根部齿廓与从动轮的齿顶相接触，齿轮传动中，为了避免冲击、振动有及减少噪声，要求它们保持连续定角速比传动。

M1cosa=M2cosa

3、解a=Mn/2cosβ（Z1+Z2）=44mm

Β=12.24°

斜齿圆柱齿轮的螺旋角应为12.24°

作业六

1、变位齿轮是通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿形为非标准渐开线齿形的齿轮。

?

径向变位齿轮与标准齿轮相比，其模数、齿数、分度圆和基圆均无变化；但是正变位时分度圆齿厚增大，齿根圆和齿顶圆也相应增大；负变位时分度圆齿厚减小，齿根圆和齿顶圆也相应地减小。

2、直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线均平行于齿轮的轴线。

因此轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的，载荷沿齿宽突然加上及卸下因此直齿圆柱齿轮传动的平稳性差，容易产生噪音和冲击，因此不适合用于高速和重载的传动中。

一对平行轴斜齿圆柱齿轮啮合时，齿轮的齿阔是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合的，斜齿轮齿阔接触线的长度由零逐渐增加，又逐渐缩短，直至脱离接触，载荷也不是突然加上或卸下的，因此斜齿圆柱齿轮传动工作较平稳。

斜齿轮的重叠系数比直齿轮的大。

由于斜齿轮的螺旋角的存在，它不仅像直齿轮一样有一个端面重叠系数，还多了一个轴面重叠系数。

即斜齿轮比直齿轮在啮合时，同时参与啮合的齿数多，轮齿的承载力就被分担了，所以，斜齿轮的承载能力比直齿轮要高。

七次作业：

1、槽轮机构的槽数为什么应大于等于3？

2、单销外槽轮机构的运动系数为什么总是小于0.5？

3、六角自动车床的六角头外槽轮机构中，已知槽轮的槽数z=6，一个循环中槽轮的静止时间t2′=5/6s，静止时间是运动时间的2倍。

试求：

（1）槽轮机构的运动系数；

（2）所需的圆销数K。

（教材P183题6-1）

1、当主动拨盘回转一周时，槽轮的运动时间td与主动拨盘转一周的总时间t之比，称为槽轮机构的运动系数，并以k表示，即:

k＝td/t＝1/2－1/z

由于k>0，故槽数z≥3。

2、因上式可知，k<0.5，故单销槽轮机构的槽轮的运动时间总是小于其静止时间。

3、解：

因为静止时间是运动时间的2倍

则τ=t2/t1=1/3;

又因为τ=K（Z-2）/2Z;Z=6

故K=1

槽轮机构的运动系数为1/3

所需要的圆销数为1个

第八次作业：

1、静应力、对称循环变应力、非对称循环变应力和脉动循环变应力的循环特征r各等于多少？

静应力r=+1;

对称循环变应力r=-1

非对称循环变应力r不定

脉动循环变应力r=0

2、静应力下的极限应力和变应力下的极限应力是否相同？

如何确定?

静应力——不随时间改变或变化缓慢

变应力——随时间作周期性或非周期性变化

两者不相同。

极限静应力=最大静载荷/承载截面积A。

计算极限变应力时，同样使用这个公式，不过载荷变成变载荷，需要知道变载荷的值，而最大变载荷的值很难确定，采用这个公式计算：

极限变应力=极限静应力×K。

K是一个大于1的系数。

3、什么是机械零件的工作能力?

常用的计算准则有哪几种?

（教材P190题7-

答：

（1）零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力；

（2）强度准则；刚度准则；寿命准则；振动稳定性准则；可靠性准则。

第九次作业：

1、带传动的弹性滑动产生的原因是什么？

2、带传动的承载能力与哪些因素有关？

3、链传动中链轮的齿数和链条的节数怎样选取？

1、由于紧边拉力大于松边拉力，所以紧边变形大于松边变形。

这种由于带的弹性变形量的变化而引起带在带轮表面上产生局部、微小相对滑动的现象，称为弹性滑动。

原因即两轮两边的拉力差，产生带的变形量的变化造成的。

2、带长、带轮直径、带速、带轮包角、摩擦系数等参数以及带的抗拉强度和疲劳强度都与带传动的承载能力有关。

3、在保证链条使用所需的中心距情况下,大、小链轮齿数与链条节数之间的关系是它们两两之间互为质数，也就是说它们之间只有公约数1.关键是齿数与链节数一定要互质。

这样每个链轮齿会和每节链条啮合,磨损更加均匀

作业十一

1、按照轴工作时受载情况的不同，直轴可分为心轴、传动轴和转轴三类。

心轴——只承受弯矩不承受转矩，如铁道车辆的轮轴、自行车轮轴、滑轮轴等；

传动轴——只承受转矩不承受弯矩或弯矩很小，如汽车发动机与后桥之间的传动轴；

转轴——既承受弯矩又承受转矩，减速器中的轴。

2、

1）轴肩（或轴环）

这种方法结构简单，定位可靠，能承受较大的轴向载荷，广泛应用于轮类零件和滚动轴承的轴向定位。

缺点是轴径变化处会产生应力集中。

设计时应注意：

为保证定位准确，轴的过渡圆角半径r应小于相配零件毂孔倒角C或圆角R；定位轴肩或轴环的高度h应大于C或R，通常取h=（2~3）C或（2~3）R；滚动轴承的定位轴肩高度应根据轴承标准查取相关的安装尺寸。

轴环宽度b≈1.4h。

2）套筒

套筒常用于相邻的两个零件之间，起定位和固定作用。

但由于套筒与轴的配合较松，故不宜用于转速很高的轴。

图中套筒对齿轮起固定作用，而对轴承起定位作用。

此时，为保证固定牢靠，与齿轮轮毂相配的轴段长度l应略小于轮毂宽度B，即B－l＝2~3mm。

3）紧定螺钉

其结构简单，但受力较小，不适于高速场合，兼作周向固定。

4）圆螺母和弹性挡圈

圆螺母常与止动垫圈（带翅垫片）联合使用，可承受较大的轴向力，固定可靠，但轴上需切制螺纹和退刀槽，削弱了轴的强度，因此常用于应力不大的轴端。

弹性挡圈结构简单，但轴上切槽会引起应力集中，一般用于轴向力不大的零件的轴向固定。

5）轴端挡圈和圆锥面

用螺钉将挡圈固定在轴的端面，常与轴肩或锥面配合，固定轴端零件。

这种方法固定可靠，能承受较大的轴向力。

圆锥面使轴上零件装拆方便，宜用于高速、冲击载荷及对中性要求高的场合。

作业十

1、齿轮传动失效的形式有：

1）齿轮折断

2）齿面疲劳点蚀

3）齿面胶合

4）齿面磨损

5）齿面塑性变形

2/齿形系数取决于轮齿的齿轮的压力角、齿数和变位系数。

因为齿形系数与齿数成反比，所以大齿轮比小齿轮的齿形系数低。

作业十二

作业十三

课件内容

第一章概述

机器一般可视为主要由驱动装置、执行装置、传动装置、控制装置、支承于连接及一些辅助装置等部分构成

驱动装置：

是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。

一般来说，它是把其它形式的能量转换为机械能。

原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。

驱动装置常称为原动机。

2、执行装置：

是用来完成机器预定功能的组成部分。

一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。

执行装置常称为工作机。

3、传动装置：

用来连接原动机部分和执行部分，用来将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。

例如：

把旋转运动转换为直线运动；高转速变为低转速；小转矩变为大转矩等。

4、产品规划阶段包括：

进行市场调查、研究市场需求、提出开发计划并确定设计任务书。

5、方案设计阶段包括：

确定机械的功能、寻求合适的解决方法、初步拟订总体布局、提出原理方案。

6、技术设计阶段包括：

选择材料、计算关键零部件的主要参数、进行总体结构设计、零部件结构设计，得出装配图、零件图和其它一些技术文档。

机构——用来传递运动和力或改变运动形式的构件系统。

构件——机器中的独立运动单元：

固定构件（机架）、活动构件：

主动件、从动件

其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，输出运动或动力的从动件称为输出件。

运动副——机构中两构件直接接触的可动联接。

低副、高副两大类。

低副——面接触的运动副，常用的有转动副和移动副。

高副——点或线接触的运动副，常用的有凸轮副和齿轮副。

根据构件间相对运动形式是平面运动还是空间运动，运动副又可分为平面运动副和空间运动副。

前述的转动副、移动副、凸轮副和齿轮副均属于平面运动副。

空间运动副常用的有球面副和螺旋副。

设计机械零件的基本要求

1、满足功能要求，能够准确实现预定的功能；

2、工作可靠—在预定的工作期限内不能失效；

3、成本低廉。

?

二、零件的失效形式

1、断裂。

如轴、齿轮轮齿发生断裂；2、表面点蚀。

工作表面片状剥落；

3、塑性变形。

零件发生永久性变形；

4、过大弹性变形；

5、过度磨损；

6、过大振动。

?

三、零件的设计准则

1、强度条件：

工作应力≤许用应力σ≤[σ]或τ≤[τ]

2、刚度条件：

实际变形量≤许用变形量y≤[y]、θ≤[θ]、φ≤[φ]?

四、机械零件的设计步骤

1、拟订零件的设计简图；

2、确定载荷的大小及位置；

3、选择材料；

4、根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数；

5、绘制零件工作图。

载荷的分类

静载荷——不随时间改变或变化缓慢

变载荷——随时间作周期性或非周期性变化

名义载荷——理想工作条件下的载荷

计算载荷——作用于零件的实际载荷

计算载荷=K×名义载荷?

?

?

?

?

?

K——载荷系数

2、应力的分类

静应力——不随时间改变或变化缓慢

变应力——随时间作周期性或非周期性变化

稳定变应力——周期性循环变应力

非稳定变应力——非周期性循环变应力?

三种典型的稳定变应力是对称循环变应力、脉动循环变应力和非对称循环变应力。

3、几个应力参数

（1）循环特征：

表示应力变化的情况

（2）平均应力：

（3）应力幅：

1、机械设计的基本要求包括哪些方面？

答：

功能要求；安全可靠性要求；经济性；其他要求

2、机械设计的一般程序如何？

答：

设计任务→调查研究→开发计划书→实验研究→技术设计→样机试制→样机试验→技术经济评价→生产设计→小批试制→正式投产→销售服务

3、对机械零件设计有哪些一般步骤？

答：

1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件，其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。

4、对机械零件设计有哪些常用计算准则？

答：

强度准则；刚度准则；寿命准则；振动稳定性准则；可靠性准则。

5、什么是机械零件的失效？

机械零件可能的失效形式主要有哪些？

答：

机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。

常见失效形式有：

因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；压力容器、管道等得泄露；运动精度达不到要求等。

6、什么是零件的工作能力？

什么是零件的承载能力？

?

答：

零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力；对载荷而言的工作能力称为承载能力。

7、什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？

什么是静应力和变应力？

?

答：

不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷；随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷称为变载荷；在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷；再设计计算中，常把载荷分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数Ｋ。