山东建筑机械设计基础A 课程指导.docx
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山东建筑机械设计基础A课程指导
《机械设计基础A》课程学习指南
2011—2012学年第一学期成型、材料09级本科学生使用
任课教师:
王秀叶王旭
说明:
为配合学生《机械设计基础A》课程的学习,使学生积极主动、有的放矢地进行学习,在学习指南中对本课程基本情况、性质、任务、教材和多媒体课件的处理、学习参考书、考核要求及各章基本要求、重点、难点等均做了较详细地说明。
同时,对每一章节还配备了若干有代表性的自测练习题,便于学生自己检查对其基本内容的掌握程度,及时发现学习中存在的问题。
一、课程基本情况、性质、研究对象和任务
总学时:
64学时,课堂教学60学时,实验4学时。
先修课:
高等数学、理论力学、材料力学、互换性与技术测量、机械制图等
《机械设计基础A》是机类、近机类专业必修的一门重要的专业技术基础课,作为一门主干基础课程,它在整个教学流程中起着承上启下、举足轻重的作用。
本课程主要研究组成机械的一些常用机构、机械传动装置、通用零、部件等的工作原理,结构特点及基本的设计理论和方法。
主要任务:
1)通过本课程的学习,使学生能够认识机械、了解机械,并掌握分析机械、设计机械的基本方法。
2)通过本课程的学习,使学生掌握机构分析与设计的基本理论和基本方法、并初步具有分析和设计零、部件的能力;强调能比较、能选择、能设计的基本能力的培养;为学习后续的专业课程和新的技术学科建立基础。
二、教材处理及多媒体课件说明
教材处理:
选用机械工业出版社出版的普通高等教育“十一五”国家级规划教材、新世纪高校机械工程规划教材、朱东华等主编的《机械设计基础》。
本教材系统、完整、新颖和适用。
但由于教材内容多,而计划学时有限,所以教学任务非常繁重。
对此,应该在满足教学基本要求的基础上,做到抓住重点、难点,放手简单、次要的内容(在老师指导下让学生自学),淡化理论演绎、简化公式推导,使学生掌握其共性规律和基本方法。
真正做到将问题由“繁”变“简”,将课本由“厚”变“薄”。
多媒体课件:
根据本课程的特点,机械设计基础适合用多媒体教学。
该课件综合了图、文、声、像、二维图形、三维动画等多种媒体手段,经科学、合理的重组、整合、加工,构筑了一种虚拟实际场景的教学氛围。
对学生开阔视野、扩展思路、增强工程实践意识以及提高分析问题、解决问题的能力和创造能力都具有非常重要的作用。
但是,应该提醒的是,学生在利用多媒体课件进行学习时,不能将注意力只集中在丰富多彩的课件画面上,而忽视对课程内容的关注和理解;课堂学习中,由于信息量较大,课堂进度较快,应注意对重要内容作记录,并在课下及时复习和总结。
三、学习参考用书
可选用高等学校机械设计系列教材:
《机械设计基础》(杨可桢程光蕴主编);
《机械原理》(孙桓主编),
《机械设计》(濮良贵主编),
《机械设计基础学习指导书》(程光蕴主编)
四、关于考试的说明
《机械设计基础》课程的考核成绩由以下几部分构成:
●课外作业和平时表现(未完成作业者不得参加期末考试)20%
●实验(未完成规定实验者不得参加期末考试)10%
●期末考试70%
五、各章基本要求、重点难点及自测练习题
1绪论
(一)基本要求
1.掌握有关机械、机器、机构、构件及零件等名词概念;
2.了解机械设计基础研究的对象和内容及本课程的性质、任务及相应的学习特点。
(二)重点与难点
本章重点是掌握机器和机构的含义和特征、构件及零件等名词概念
(三)自测练习题
1.填空题
1)零件是机器中的单元体;构件是机构中的单元体。
2)内燃机中的连杆属于。
A.零件B.机构C.构件
3)机器与机构的主要区别是:
。
A.机器较机构运动复杂B.机器能完成有用的机械功或转换能量C.机器能变换运动形式。
4)一种相同的机构机器。
A.只能组成相同的B.可以组成不同的C.只能组成一种
2.简答题
1)《机械设计基础》课程研究的对象与内容是什么?
2)什么是机械、机器、机构、构件、零件?
各举一例说明。
2平面机构
(一)基本要求
1.掌握平面机构运动简图的绘制方法。
搞清运动副、约束、自由度等基本概念,看懂并能绘制机构的运动简图;
2.掌握平面机构自由度计算。
能对复合铰链、局部自由度及虚约束进行正确识别及处理,对机构的运动是否确定会做出相应的判断;
3.了解平面四杆机构的基本形式及演化方法。
熟悉铰链四杆机构的三种基本形式及其演化中的曲柄滑块机构、摆动导杆机构的结构特点及运动特点;
4.掌握平面四杆机构特性分析方法。
对曲柄存在条件、急回特性、行程速比系数、传动角或压力角、死点有明确的概念;
5.掌握设计平面四杆机构的基本方法。
能够按照给定行程速比系数、两连架杆位置运用图解法完成四杆机构各构件基本尺寸的确定。
(二)重点与难点
本章的重点是机构运动简图的绘制;平面机构自由度计算;铰链四杆机构基本形式的判断;四杆机构中急回特性分析及平面四杆机构的设计。
其中机构运动简图的绘制即是重点又是难点;而机构自由度计算中虚约束的处理是难点但不是重点;平面四杆机构最小传动角的分析是难点。
(三)自测练习题
1.填空题
1)两构件通过点或线接触而构成的运动副为;它引入个约束。
两构件通过面接触而构成的运动副为,它引入个约束。
2)机构中只有一个。
A.原动件B.从动件C.机架
1)当曲柄摇杆机构处于死点位置时,原动件应是,此时,机构的压力角为。
2)在曲柄摇杆机构中,若把摇杆变换为机架,则机构演变成机构。
3)一对心曲柄滑块机构,若以滑块为机架,则将演化成机构。
4)在四杆机构中,能实现急回运动的机构有、、。
5)摆动导杆机构,当以曲柄为原动件时,传动角总是。
A.等于0ºB.等于90ºC.大于0º而小于90º
6)曲柄滑块机构中,若增大曲柄长度,则滑块行程将。
A.增大B.不变C.减小
7)铰链四杆机构ABCD各杆长度分别为lAB=40mmlBc=90mm,lcD=55mm,lAD=100mm,
取AB杆为机架,则该机构为。
A.双摇杆机构B.双曲柄机构C.曲柄摇杆机构
2.计算分析题
2.1下面所示两图分别为一机构的初拟设计方案。
试:
计算图示各机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
分析其设计是否合理,如此初拟方案不合理,请用简图表示其修改方案,并对其合理性进行验证。
(a)
(b)
2.2计算图示机构的自由度并判断机构是否具有确定的相对运动(机构中若存在复合铰链、局部自由度、虚约束应明确指出)
2.3下图所示四杆机构是否均有急回特性?
为什么?
2.4图示一曲柄摇杆机构,已知机架长度ℓAD=70mm,摇杆长度ℓCD=55mm,摇杆左极限位置C1D与
机架AD之间的夹角为45°,若行程速比系数K=1.4,试用图解法确定:
(10分)
1.摇杆的右极限位置C2D。
2.曲柄长度ℓAB和连杆长度ℓBC
3.最小传动角min
3凸轮机构
(一)基本要求
1.了解凸轮机构的分类及应用;
2.掌握推杆几种常用运动规律的特点和适用场合;
3.掌握用反转原理设计凸轮廓曲线的方法。
(二)重点与难点
本章的重点是推杆几种常用运动规律的特点及适用场合;盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计;凸轮机构压力角及运动失真的主要影响因素。
本章的难点是在凸轮轮廓设计及分析中“反转法”原理的理解和运用。
(三)自测练习题
1.填空题
1)在凸轮机构推杆常用的运动规律中,运动规律会使机构产生刚性冲击,而运动规律会使机构产生柔性冲击。
2)右图所示几种凸轮机构中,的润滑条件和传力性能最好。
A、a图B、b图C、c图
3)尖顶从动件凸轮机构中,基圆的大小会影响。
A.从动件位移B.从动件加速度C.机构的压力角
4)与其它机构相比,凸轮机构的最大优点是。
A.便于润滑B.制造方便C.可实现各种预期的运动规律
5)为避免从动件运动失真,滚子从动件凸轮的理论轮廓不能。
A.内凹B.有尖点C.变平
6)若凸轮机构出现运动失真,可采取的措施。
A.增大滚子半径B.增大基圆半径C、减小基圆半径
7)设计滚子直动从动杆盘形凸轮机构时,若压力角超过许用值,则应。
A、增大滚子半径B、增大基圆半径C、减小基圆半径
8)用反转法设计凸轮廓线时,相对静止不动。
A.机架B.从动杆C.凸轮
2.作图分析题
2.1右图所示一对心直动滚子从动杆盘形凸轮机构,已知凸轮转向为逆时针方向,凸轮工作轮廓由两段圆弧和两段直线光滑连接而成,要求:
1画出凸轮的理论轮廓;
②画出凸轮的基圆;
③标出从动杆的行程h;
④标出凸轮的推程角δ0、远休止角δ01、回程角δ0′、近休止角δ02;
⑤标出凸轮由图示位置按逆时针方向转过45°时机构的压力角α。
2.2图示为一偏心圆盘构成的凸轮机构,已知O为偏心圆的中心,偏心距e=15mm,圆盘直径d=60mm。
要求:
①用作图法标出从动件2的行程h和推程运动角0。
②用作图法标出凸轮转过90时从动件2的位移S90、压力角90。
③若改为偏置式凸轮机构,从减小推程压力角的角度考虑,从动件应偏向哪一侧?
用作图法标出凸轮机构从图示位置转过45°时的压力角及从动件的位移。
2.3图所示的凸轮机构中,从动件的起始上升点为C点。
(1)试在图上标注出从C点接触到D点接触时,
(2)凸轮转过的角度δ及从动件上升的位移S;
(3)试在图上标出从动件上升的最大升程h;
(4)标出在D点接触时凸轮机构的压力角α。
2.4有一尖端对心直动从动件盘形凸轮机构,凸轮按逆时针转动,从动件的运动规律为:
凸轮转过180°时,从动件等速升高25mm;凸轮再转过60°时,从动件无位移;凸轮又转过90°时,从动件等速下降25mm;然后凸轮在转过最终30°,从动件停止不动。
若基园半径rb=30mm,请做出凸轮的轮廓曲线;标出推程为12.5mm时的压力角的。
S
δ
4间歇运动机构
(一)基本要求
了解棘轮机构、槽轮机构的工作原理、运动特点、应用场合及设计要点;
(二)重点与难点
本章重点是掌握棘轮机构、槽轮机构的组成、运动特点及应用。
(三)自测练习题
1.填空题
1)单销外槽轮机构中,槽轮的运动时间总是静止时间。
A.大于;B.等于;C.小于。
2)若要实现周期性间歇转动,且希望转角大小可调,可选取机构。
A、槽轮;B、不完全齿轮;C、棘轮。
3)在单向间歇运动机构中,棘轮机构常用于场合。
A.低速轻载;B.高速重载;C.低速重载。
4)当输入运动为连续匀速转动时,要求输出运动为单向间歇转动,可选用机构、
机构和机构。
5)棘轮机构中止动爪的作用是。
2.简答题
1)实现间歇转动的机构有哪几种?
哪一种间歇回转角可调?
那一种较适用于高速情况?
为什么?
6带传动
(一)基本要求
1.了解带传动的类型、特点和应用;
2.熟悉V带的构造和标准;
3.掌握V带传动的受力分析、应力分析。
熟悉带传动的主要失效形式,会区分打滑和弹性滑动这二个概念;
4.掌握V带传动的参数选择和设计计算。
(二)重点与难点
本章的重点是V带传动的参数选择和设计计算;难点是弹性滑动的分析。
(三)自测练习题
1.填空题
1)带传动工作时产生弹性滑动是因为。
A.带的预紧力不够B.带的紧边和松边拉力不等C.带和带轮间摩擦力不够
2)带轮的轮槽尺寸由确定。
A带的型号B带轮直径C带的长度
3)带传动主要依靠来传递运动和动力的。
A带与带轮接触面间的正压力B带与带轮接触面间的摩擦力C带的紧边拉力
4)设计V带传动时,如小带轮包角1过小(1120),最有效的解决方法是。
A、增大中心距B、减小中心距C、减小带轮直径
5)带传动不能保证精确传动比的原因是。
A.带的磨损B.带的打滑C.带的弹性滑动
6)带的楔角与带轮轮槽角之间的关系为。
A.=B.<C.>
2.讨论题
图示三个带传动方案,其中心距、
带轮直径满足下列关系式:
aa=ab,D1aab试分析哪个方案传动能力最强?
7齿轮传动
(一)基本要求
1了解齿轮机构的类型和应用;
2.理解齿廓啮合基本定律。
掌握关于节点、节圆的概念;
3.了解渐开线的形成及性质,掌握渐开线齿廓的啮合特性;明确啮合线、啮合角等概念;
4.掌握渐开线齿轮传动的正确啮合条件、正确安装条件及连续传动条件;
5.熟悉渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及几何尺寸计算,熟练掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算方法;
6.了解渐开线齿廓的切齿原理、根切现象、变位修正原理及变位齿轮的概念;
7.掌握齿轮的失效形式,直齿、斜齿轮的受力分析及强度计算。
(二)重点与难点
本章的内容较多。
重点内容主要是:
渐开线齿廓的啮合特性;外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传动的啮合原理和几何尺寸计算;齿轮的受力分析及强度计算公式的理解与应用。
本章的难点是:
重合度的意义;斜齿轮的当量齿轮。
齿轮。
(三)自测练习题
1.填空题
1)渐开线在基圆上的压力角为。
A、0°B、20°C、90°
2)渐开线齿轮传动,由于安装误差中心距变大,这时传动比。
A、不变B、增大C、减小
3)的圆称为分度圆。
A.齿厚等于齿槽宽处B.齿顶高等于齿根高处C.具有标准模数和标准压力角
4)渐开线齿轮传动的可分性是指不受中心距变化的影响。
A.节圆半径B.传动比C.啮合角
5)斜齿圆柱齿轮的当量齿数是用来的。
A.计算传动比B.计算重合度C.选择盘形铣刀
6)范成法加工齿数少于17的渐开线时,一定会产生根切。
A.标准直齿圆柱齿轮B.标准斜齿圆柱齿轮C.变位直齿圆柱齿轮
7)正变位齿轮与标准齿轮相比其分度圆,齿顶高,齿根高。
A.变大B.变小C.不变
8)一般参数的开式齿轮传动的主要失效是。
A齿面点蚀B齿面磨损C齿面胶合
9)一对标准直齿圆柱齿轮传动,已知z1=20z2=50,它们的齿形系数是。
A
B
C
10)设计渐开线圆柱齿轮传动时,小齿轮1和大齿轮2的齿宽应。
A.b1=b2B.b1b2
11)一对标准直齿圆柱齿轮传动,已知z1<z2,则两轮接触应力的关系为。
A.H1=H2B.H1<H2C.H1>H2
12)软齿面闭式齿轮传动的主要失效形式为。
A.齿面点蚀B.轮齿折断C.齿面磨损。
13)对于齿面硬度≤350HBS的齿轮传动,当大、小齿轮均采用45号钢时,一般采取的热处理方式为。
A.小齿轮淬火,大齿轮调质B.小齿轮淬火,大齿正火
C.小齿轮调质,大齿轮正火D.小齿轮正火,大齿轮调质
2.计算题
2.1一对正常齿制的外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮机构,已知:
标准中心距
a=100㎜、压力角α=20°、主动轮齿数Z1=20、从动轮齿数Z2=30,求:
1)分别求出两轮的分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df及基圆直径db。
2)试画图表示理论啮合线段N1N2、实际啮合线段B1B2,并判断传动是否连续。
3)若实际安装中心距a’>a,则此时分度圆与节圆,分度圆压力角与啮合角的关系又将如何变化?
4)两个齿轮的接触应力、齿根弯曲应力是否分别相等?
如不相等,哪一个齿轮的应力大?
2.2有一对正常齿外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动,已知两轮的齿数分别为z1=30,z2=40,模数m=20mm,压力角α=20°,h﹡=1.0,c﹡=0.25。
(1)试求:
齿轮1的分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、基圆直径db、齿距p、齿厚s、和齿槽宽e、传动比i、标准中心距a;
(2)当实际中心距a’=702.5mm时,此时,啮合角α’为多少?
两轮节圆直径d1’、d2’各为多少?
传动比i为多少?
2.3在图示的斜齿圆柱齿轮传动中,已知动力从齿轮1输入,齿轮3输出,齿轮1为右旋齿轮,其转向如图所示。
试解答:
(1)标出齿轮2和齿轮3的转向及轮齿的旋向。
(2)标出齿轮2在啮合点处所受圆周力Ft、径向力Fr及轴向力Fa的方向。
(3)说明中间轮齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化特性
8蜗杆传动
(一)基本要求
1.了解蜗杆传动的特点、类型;
2.掌握蜗杆传动主要参数、失效形式及材料选择;
3.掌握蜗杆传动的受力分析。
(二)重点与难点
本章的重点是蜗杆传动的基本参数及受力分析
(三)自测练习题
1.填空题
1)蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似,其中________最易发生。
A.轮齿折断B.塑性变形C.胶合与磨损
2)蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似,其中________最易发生。
A.轮齿折断B.塑性变形C.胶合与磨损
3)为使蜗杆传动具有良好的减摩性,常采用制造蜗杆,采用制造蜗轮。
A.钢B.青铜C.塑料D.有色金属
4)对于传递动力的蜗杆传动,为了提高传动效率,在一定限速内可采用__。
A.较大的蜗杆直径系数B.较大的蜗杆分度圆导程角C.较小的模数D.较少的蜗杆头数
5)蜗杆传动中,是以蜗杆的参数、蜗轮的参数为标准值。
A、端面B、轴面C、法面
6)在下列蜗杆传动参数中,________为导出值,不是基本的标准化的参数。
A、蜗杆头数Z1B、蜗杆轴向模数mC、蜗杆直径系数q
2.分析题
在图示电动绞车系统中,件1和2均为斜齿圆柱齿轮,件3为蜗杆,件4为蜗轮。
已知蜗轮蜗杆均为右旋,并且设计时Ⅱ轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力能够相互抵消一部分,试回答下列问题:
①齿轮1的轮齿螺旋线方向是旋。
②在图中用箭头表示出重物上升时齿轮1和齿轮2的转动方向以及齿轮2在节点A所受的轴向力
的方向。
③重物上升时,在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力
、圆周力
和径向力
的方向,在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力
的方向。
9轮系
(一)基本要求
1.了解轮系的分类和主要功用;
2.熟练掌握定轴轮系、周转轮系、复合轮系传动比的计算方法,会确定主、从动轮的转向关系。
(二)重点与难点
本章重点是各种轮系传动比的计算。
本章难点是周转轮系传动比计算及复合轮系中基本轮系的划分。
(三)自测练习题
1.填空题
1)在轮系传动比计算中,iABH表示A、B两轮的传动比。
A.在转化轮系中;B.在实际轮系中;C.在周转轮系中。
2)惰轮对轮系传动比。
A.大小方向均无影响B.仅影响大小,不影响方向;C.仅影响方向,不影响大小。
3)下图所示轮系,三个传动比计算式中,式是正确的。
2.计算题
在右图所示轮系中,已知各轮的齿数z1=z3′=80,z3=z5=20,齿数l的转速n1=70r/min,方向如图所示。
试求齿轮5的转速的大小及方向。
10滚动轴承
(一)基本要求
1.熟悉轴承的主要类型、特点和代号。
熟练掌握“6”、“N”、“7”、“3”、“5”类等轴承。
2.掌握滚动轴承的选择计算及滚动轴承的组合设计。
(二)重点与难点
本章重点是滚动轴承的寿命计算方法及轴承的选择计算。
本章难点是角接触轴承轴向载荷计算。
(三)自测练习题
1.填空题
1)代号为的滚动轴承能很好的承受径向载荷及轴向载荷的综合作用。
A.7310ACB.N210C.5310
2)是只能承受径向载荷的轴承。
A.深沟球轴承B.调心球轴承C.调心滚子轴承D.圆柱滚子轴承
3)动轴承的额定寿命是指同一批轴承中的轴承所能达到的寿命。
A.99%B.90%C.95%D.50%
4)具有良好的调心作用。
A.深沟球轴承B.调心滚子轴承C.推力球轴承D.圆柱滚子轴承
5)深沟球轴承内径100mm,宽度系列0,直径系列2,公差等级为0级,其代号为。
A.6220/P0B.60220/P0C.6220
6)3000个型号相同的滚动轴承,在相同条件下运转,当达到基本额定寿命时,应
有轴承失效。
A、300个B、30个C、3000个
7)在下列各类轴承中,能承受径向载荷与轴向载荷的联合作用。
A.短圆柱滚子轴承B.圆锥滚子轴承C.推力球轴承
8)按基本额定动载荷选定的滚动轴承,在预定使用期限内其破坏率最大为。
A.1%B.5%C.10%
9)滚动轴承的主要失效形式是。
A.疲劳点蚀B.磨损C.胶合
10)根据滚动轴承代号,完成下表要求内容:
代号
类型名称
内径
径向承载最大
轴向承载最大
精度等级最高
允许转速最高
6210
N410/P4
30210/P6X
2.计算题
2.1齿轮由一对7307角接触向心球轴承支承。
已知Fr1=1000N,Fr2=2060N,齿轮上
轴向载荷Ka=880N,方向如图所示。
且该轴承派生轴向力S=0.7Fr,试问两轴承
中哪一个为紧端,哪一个为松端,承受的轴向载荷Fa1和Fa2各为多少?
2.2如图所示一对角接触球轴承支承的轴系,轴承正安装(面对面),已知两个轴承的径向载荷分别为
,
,轴上作用的轴向外载荷
,轴承内部派生轴向力S的计算式为
,当轴承的轴向载荷与径向载荷之比
时,X=0.41,Y=0.87;
≤e时,X=1,Y=0;其中e=0.68。
载荷系数
,温度系数
。
试计算:
(1)两个轴承的轴向载荷
;
(2)两个轴承的当量动载荷
。
(3)此对轴承的寿命。
11轴及轴毂联接
(一)基本要求
1.掌握轴的类型。
搞清转轴、心轴和传动轴的载荷特点;
2.了解轴的设计特点,学会轴的结构设计的方法;
3.熟练掌握轴的结构设计。
熟悉轴上零件的轴向和周向定位方法及特点,明确轴的结构设计中应注意的问题及提高轴的承载能力的措施;
4.掌握轴的强度计算。
5.了解键联接的主要类型及应用特点;
6.掌握平键联接的强度计算方法。
熟悉键的类型及尺寸的选择方法,并能正确选用。
(二)重点与难点
本章重点是轴的结构设计与强度计算;平键联接的选择及强度计算方法。
本章难点是轴的结构设计。
(三)自测练习题
1.填空题
1)某45钢轴的刚度不足,可采取措施来提高其刚度。
A.改用40Cr钢B.淬火处理C.增大轴径
2)增大轴在截面变化处的过渡圆角半径,可以_______________。
A.使零件的轴向定位比较可靠B.降低应力集中,提高轴的疲劳强度
C.使轴的加工方便
3)若把轴的材料由碳钢改为合金钢,而轴的结构和尺寸仍保持不变,则轴的