200612机械设计基础a2复习指导

机械设计基础 A2 课程重点 2007 年 1 月 2 日 第 1 章 机构的组成和结构 重点要求 3 个方面： 1 学会正确绘制机构运动简图，熟练的工程表达能力，能将工 程图或自行构思的原理方案用简图正确表达； 2 掌握运动链成为机构的条件：包括自由度计算（虚约束、局 部自由度） 3 了解机构组成的原理，掌握拆杆组，并判断机构的级别。 复习指导： 典型题型：给出功能要求及一种设计方案，判断方案的可行性 （运动链成为机构的条件） ，找出存在的问题并加以改进；根据 功能要求，修改方案，或要求构思新机构方案，对已构思出的方 案进行分析。 要审好题，不能答非所问，例如修改方案，找出方案出错的位置， 修改此处；而你完全重新设计一个方案，是不对的。 要严格按规定的标准符号和线条，绘制机构运动简图。 弹簧是否是构件？为什么？ 典型题目：第一次讨论课 第一组题目 1、下图所示为手动冲床一个设计方案的示意图。设计思路是：动力由摇杆 1 输 入，通过连杆 2 使摇杆 3 往复摆动，摇杆 3 又推动冲杆 5 作往复直线运动， 以达到冲压的目的。试按比例绘制出该设计方案的运动简图，分析该方案能 否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出至少 3 种 修改方案，画出修改后方案的运动简图，并分析各种改进方案的优缺点。 2、下图所示为一脚踏式推料机设计方案示意图。设计思路是：动力由踏板 1 输 入，通过连杆 2 使杠杆 3 摆动，进而使推板 4 沿导轨直线运动，完成输送工 件或物料的工作。试按比例绘制出该设计方案的运动简图，分析该方案能否 实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出至少 3 种修 改方案，画出修改后方案的运动简图，并分析各种改进方案的优缺点。 3、下图所示为一设计人员初拟的简易冲床的设计方案。设计者的思路是：动力 由齿轮 1 输入，带动齿轮 2 连续转动；与齿轮 2 固结在一起的凸轮 2与杠 杆 3 组成的凸轮机构将带动冲头 4 上下往复运动，从而达到冲压工件的目的。 试按比例绘制出该设计方案的运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并 说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出至少 3 种修改方案，画出修改 后方案的运动简图，并分析各种改进方案的优缺点。 （一） 通过一组题目的讨论，明确运动链成为机构的条件，学会根据功能要求构 思机构方案；能对已构思出的方案进行分析，找出存在的问题并加以改进。 判断： 1） 运动链成为机构的条件； 2） 干涉问题 第 2 章 连杆机构 1. 了解连杆机构的主要类型、功能；了解机构的演化方法； 2. 熟练掌握连杆机构的工作特性：运动特性（整转副条件、急 回特性） ，传力特性（压力角、传动角、死点位置） ； 3. 掌握平面连杆机构的运动设计思路与方法。 复习指导： 只要求平面连杆机构，重点是铰链四杆机构、曲柄滑块机构、摆 动导杆机构；工作特性：压力角、死点、最小传动角、曲柄存在 条件、摇杆存在条件； 重点掌握机构设计的图解法（反转法的灵活应用，例如原动件转 向变了，如何设计？）典型例题：根据对急回特性的要求，构思多种方 案。判断是否有急回特性的方法？（极位夹角、计算行程速比系数） 连杆机构设计，灵活运用设计原理。注意的问题：机构组成分析； 分析各组成部分的特点运动特性（整转、摆动） ；确定极限位 置，找出原动件与从动件的运动对应关系；应用刚化反转法。见 习题集：p29-31 刚化反转法的灵活应用。 复习时，思路要开阔：例如轨迹生成机构的设计方法了解思 路联想四杆机构的约束过多开式链机构和组合机构、 机构的组合的出现 设计类题解不完全举例：作业 2.13(炉门设计) ，1）撰写作图步 骤（考试时不用写） ；2）保留作图线（只给出最后结果，无法 确定你作的对否，可能判断为“抄袭” ） ；3）给出你的设计结果， 描深构件和运动副、机架，给出设计的机构尺寸，包括杆长等 各种尺寸。 典型题目：第一次讨论课 第二组题目 4. 在下图所示的连杆机构中，已知各构件的尺寸为： lAB=160mm， lBC=260mm， lCD=200mm ，l AD=80mm；并已知构件 AB 为原 动机，沿顺时针方向匀速回转，试确定：1）四杆机构 ABCD 的类型；2） 该四杆机构的最小传动角 min；3）滑块 F 的行程速度变化系数 K。4）分析 总结此类机构的特点。 5、下图所示六杆机构中，各构件的尺寸为 lAB=30mm，l BC=55mm，l AD=50mm lCD=40mm ， lDE=20mm，l EF=60mm，滑块 F 为输出构件。 1）滑块 F 往返行程的平均速度是否相同？其行程速度变化系数 k 为多少？ 2）滑块 F 的行程 H 为多少？ 3）求机构的最小传动角 min。 4）分析总结此类机构的特点。 （二）通过一组题目的讨论，掌握急回特性的真谛，扩展课堂所学知识，并学会根据对急 回特性的要求，构思多种方案。 判断：极位夹角；最小传动角；曲柄存在条件、摇杆存在条件 计算：行程速比系数 第三组题目 6已知铰链四杆机构如图所示，各杆长度为 a18mm，b35mm，c30mm，d35mm，现欲用它驱动杆件 e，使 e 能 从垂直位置向左作 30角摆动，杆 e 的摆动中心与铰链中心 D 的距离 XDE35mm，Y DE30mm，试设计此传动机构，并校核其最小传动角 min， 分析计算其行程速比系数 K。 （ l1mm/mm） 。分析总结此类题目的特点和 设计方法。 7. 图示为插床用转动导杆机构（导杆 AC 可以做整周转动） ，曲柄 BC 为原动件， 已知 ，执行构件滑块行程 H100mm ，行程速比系数 k2，最m 60ABl 大压力角为 30。试设计此机构。并构思另外一种连杆机构，实现同样的性 能。 （三） 通过题目的讨论，掌握连杆机构的设计方法，学会灵活运用设计原理。 注意的问题： 1） 机构组成分析； 2） 分析各组成部分的特点运动特性（整转、摆动） ； 3） 确定极限位置，找出原动件与从动件的运动对应关系； 4） 刚化反转法的应用。 第四组题目 8、某生产线的动力源为匀速转动的电动机，执行构件为往复移动的滑块。生产 工艺要求滑块的运动需具有急回运动特性。试在下列机构运动简图的基础 上，根据设计要求完成机构系统简图的设计工作。要求在现有机构基础上， 设计两种以上（含两种）方案，并在其中一个方案图上标出滑块的工作行 程和空回行程，并计算其急回系数（行程速度变化系数） 。 （四） 通过题目的讨论，学会灵活运用常用机构和运动链的特点和功能，培养创 新设计能力。构思方案类题目 注意的问题： 1） 功能要求的抽象化如要求具有急回特性？极位夹角 2） 各类常用机构的特点及机构方案的构思方法； 3） 形象思维和发散思维 第 3 章 凸轮机构 1. 了解凸轮机构的类型与适用场合； 2. 掌握从动件各种运动规律的特点与适用场合； 3. 掌握凸轮廓线的反转法设计原理，及其灵活应用， 4. 掌握凸轮机构基本尺寸的确定方法，并能就设计中出现的问 题提出对策。 5. 了解计算机辅助设计的基本思路：结构紧凑的设计要满足什 么条件？运动不失真压力角不超值 复习指导： 重点是平面凸轮机构，但你可将圆柱凸轮机构用于方案设计； 凸轮机构设计时，不能仅给出凸轮廓线，要画出机架、从动件等， 弹簧画出否？否。 压力角与基圆半径的关系、基圆半径的确定方法、压力角大于许 用值的对策； 运动失真的原因与对策； 可以不偏置，偏置的目的是什么？ 机械原理辅导与习题：例 3.13.3，pp57-62; 注意：要保留作图线。旋转方向、偏距圆、基圆、理论廓线、实际 廓线 典型题目： 通过以下题目的讨论，掌握题目中蕴含的基本概念，学会反转法的灵活运用。 1. 某工厂引进一条生产线，运行过程中发现其中一凸轮机构传力特性欠佳，技 术人员对该凸轮机构进行了测绘，画出了其运动简图如下图所示。试根据该 运动简图提供的信息，重新设计一凸轮机构替换原设备中的凸轮机构，以保 证在准确实现系统原运动规律的前提下，获得较好的传力特性。 第 4 章 齿轮机构 重点：直齿圆柱齿轮机构，掌握其他齿轮机构与直齿圆柱齿轮机构 的不同点。 1. 掌握齿轮啮合传动需满足的条件（正确啮合条件、无侧隙。 。 。 ） ； 2. 掌握传动类型的设计，及标准齿轮和变位齿轮尺寸参数的计 算； 3. 了解各种齿轮传动类型的优缺点，了解其它齿轮与直齿轮的 主要区别，掌握蜗轮蜗杆机构、锥齿轮机构的传动比计算和 转向判断。 4. 了解范成法齿轮加工与齿轮传动的关系，齿轮加工会出现什 么问题、原因及对策； 复习指导： 常出现的问题是：概念不清，选取的计算公式不当，直接带公式； 直齿圆锥齿轮中当量齿数的含义？斜齿轮的螺旋角的作用？不要 变位，也可调中心距。 重合度的含义？如何用图解法求得？B 2B1 的含义，在图上会找。 几个重要公式：啮合角与中心距、变位系数与啮合角的关系式等。 传动类型的设计，考试要求计算尺寸，参阅习题集 4.18, 20 ,23 第 5 章 轮系 1. 掌握轮系传动比计算，重点是混合轮系的计算； 2. 了解轮系的功能； 3. 重点掌握定轴轮系的设计，了解轮系设计需要满足的条件： 周转轮系齿数要满足 4 个条件。 复习指导： 综合第四章一起考虑，应是一个综合设计； 典型例题：混合轮系传动比的计算，确定主、从动轮的转向关系， 采用定轴轮系对含有差动轮系的混合轮系封闭。 作业中出现的错误：转向判断有误、转化机构传动比的正负号， 注意真实的转向是靠计算得到。 机械原理辅导与习题：例 1例 5。 第二次讨论课题目 一、通过以下题目的讨论，掌握混合轮系传动比的计算方法，学会确定主、从 动轮的转向关系的判断方法，以及采用定轴轮系对含有差动轮系的混合轮系封 闭方法。 1. 在下图所示的轮系中，1 为单头右旋蜗杆，运动方向如图。已知各轮齿数为 。其中，轴 A 以24,17,32,64,0,3,2,40 85432 / zzzz 的转速按图示方向旋转，轴 B 以 的转速按图示方向转动。min/5r min/0r 该轮系中的圆柱齿轮 6、7 和 8 均为正常齿制的标准齿轮，其模数 m = 4mm、压力角 ；蜗杆 1 和蜗轮 2 组成一对阿基米德标准蜗杆蜗轮机0 构，其中 m = 5mm、蜗杆 1 的直径 d1 = 50mm。齿轮机构的安装形式均满足 无齿侧间隙啮合传动条件。 （1） 试确定轴 C 转速大小及方向。 （2） 如果希望运动仅从蜗杆 1 输入，而要求 C 轴输出运动的大小和方向都 不变，试在原设计的基础上进行改进设计，给出 3 种方案构思，绘制其 机构运动简图，并选择一种方案进行详细设计。 封闭的方法： 1. 中心轮 1 和中心轮 2 通过轮系封闭； 2. 中心轮 1 与系杆通过轮系封闭； 3. 中心轮 2 与系杆通过轮系封闭。 条件： 1. 保证原轮系的传动比； 2. 保证多组同轴齿轮的中心距不变。 第 6 章 间歇运动机构 (扩展思路) 1. 了解各种机构的工作原理、特点、功能及适用场合； 复习指导： 设计方案时，可选用。 第 7 章 其它常用机构 (扩展思路) 4. 了解各种机构的工作原理、特点、功能及适用场合； 5. 了解机构传动比计算； 6. 了解运动简图的绘制，如带轮机构、链轮机构、气动机构、 液压机构等。 复习指导： 设计方案时，可选用。 上述 2 章不直接出考题，但你可以用在运动方案设计中。 第 8 章 组合机构 1. 掌握机构的组合方式和组合机构，什么是基础机构和附加机构？ 2. 了解各种常用组合机构的特点和功用，可构建机构设计方案，并 可绘制机构运动简图； 3. 掌握组合机构设计的基本思路，学会设计凸轮连杆组合机构。 复习指导： 设计要给出具体尺寸。不能作图误差太大，那样？科学作风不 严谨。 重点掌握串、并、复合组合方式，会构思多种方案，实现复杂 运动轨迹或运动规律。会选择一种方案设计，重点是复合机构 的设计：如凸轮连杆机构的设计。基础机构附加机构。 典型例题：采用组合机构的设计方法实现给定的复杂运动轨迹 或运动规律。 第二次讨论课题目 二、通过下述题目的讨论，掌握组合机构的概念，学会采用组合机构的设计方 法实现给定的复杂运动轨迹或运动规律，对利用机构的组合发展新机构有更深 层次的理解。 1. 工作要求某机械系统的执行构件上的一点实现如下图所示的运动轨迹，试 构思 3 种以上方案，绘制出各方案的运动简图，比较各方案的优缺点，并选择 一种方案进行详细设计。 35 R5 5 R10 第 9 章 开式链机构 (扩展思路，选方案用) 1. 了解开式链机构的工作原理、功能、特点。 2. 了解位置和姿态的实现方法； 3. 了解正反向运动学分析方法。 复习指导： 本章内容只是设计机构方案时用。 机构灵活，控制复杂，可能出现奇异性。 第 10 章 机械系统动力学 1. 掌握等效动力学模型建立的思路和方法； 2. 掌握等效量（等效质量、等效转动惯量、等效力、等效力矩