机械原理大纲.doc

中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求机械原理课程教学（自学）基本要求适用层次本科适应专业机械设计制造及其自动化等使用学期2008秋自学学时96面授学时32实验学时使用教材教材名称机械原理（第七版）编 者孙桓等出 版 社高等教育出版社参考教材机械原理（第七版），郑文伟主编，高等教育出版社机械设计基础綦耀光主编，中国石油大学出版社机械原理（第二版），申永胜主编，清华大学出版社课程简介机械原理是机械类大学生的主要技术基础课程和学位课程，是认识机械、分析机械、设计机械的基础。机械原理的前修课程为高等数学、理论力学、机械制图、金工实习等课程。机械原理主要介绍机构的组成原理、机构学、机械系统动力学和有关机械系统设计的有关理论和基础知识，是进行认识机械、设计机械、分析机械的基础课程。学习建议学习本门课程应注意理论学习与实验相结合，注意在了解机械、认识机械和实验过程中以及生活实际中体会理论知识的应用， 注意培养自己初步的分析机构与设计机构的能力、联系工程实际能力等；完成一定量的作业是掌握该课程的重要辅助手段，应该说明的是，机械设计的答案不是唯一的，因此，应该掌握理论，分析作业结果的正确性；有的章节的内容，如齿轮机构、机构的效率、机器的运转、连杆机构、凸轮机构、其他机构等章节，仅靠完成作业，还不能达到了解课程内容的目的，建议对有关内容要加强复习；认真体会从实际到物理模型的建立及其数学模型的建立，机构的应用与分类等，做到从实践中来，到实践中去，是学好机械原理应该注意的问题。各章节主要学习内容及要求（上交作业电子文档附后）第一章 绪论主要内容一、核心知识点1、机构、机器、构件、零件的定义；2、机械设计的过程；3、机械原理学习的方法二、教学基本要求【掌握】1、机械设计的过程，机构、机器的定义，机械领域的发展方向等基本知识。【重点掌握】建立学习机械原理的兴趣。三、思考与练习【思考】机械如何设计出来的上交作业参考课件中的安排备 注第二章 机构的结构分析主要内容一、核心知识点1、运动链成为机构的条件；2、机构的组成；3、杆组的概念；4、机构运动简图的绘制。二、教学基本要求【掌握】1、机构的机构度计算；2、机构运动简图绘制；3、杆组的概念与高副低代的概念。【重点掌握】1、机构的机构度计算；2、机构运动简图绘制；3、运动副【了解】运动链的概念等三、思考与练习【思考】参考教材【练习】212226选作510题，要求，做题时，绘出机构简图。上交作业2-13、2-11、2-14、2-20备 注第三章 平面机构的运动分析主要内容一、核心知识点1、速度分析的瞬心法；2、运动分析图解法；3、运动分析的解析法。二、教学基本要求【掌握】1、速度分析的瞬心法；2、运动分析图解法；3、运动分析的解析法。【重点掌握】1、运动分析的图解法与解析法，图解法包括含哥式加速度和不含哥氏加速度的机构分析。解析法矩阵法和坐标系法任选一种。【了解】运动线图的概念等等三、思考与练习【思考】参考教材【练习】312329选作510题，要求，做题时，尽量按照比例进行绘图，解析发选作一题求解并编制计算机程序即可。上交作业参考课件中的安排，3-1、3-2、3-4、3-8、3-9、3-10备 注第四章 平面机构的动力分析主要内容一、核心知识点1、动力分析的图解法；3、动力分析的解析法。二、教学基本要求【掌握】动态静力分析的概念与方法。【重点掌握】解析法和图解法选一种进行重点掌握。【了解】质量代换、作用在机械上的力等。三、思考与练习【思考】参考教材【练习】4-8,4-14,4-22,4-23,4-20等选作上交作业4-7、4-8备 注第五章 机械的效率主要内容一、核心知识点1、考虑摩擦时运动副的受力分析，2、简单机械的效率计算，3、常用机械的效率分析二、教学基本要求【掌握】1、移动副、转动副考虑摩擦时的受力分析2、简单机械的效率计算 3、机械组合的效率计算 4、自锁的概念与分析。【了解】考虑摩擦时机构的力学分析。三、思考与练习【思考】参考教材【练习】4-13,4-11,4-15,4-16,5-8，5-6,5-10,5-9,5-12,5-14等选作上交作业参考课件中的安排，4-13、5-12、5-8备 注第六章 机械的平衡主要内容一、核心知识点1、机械平衡的目的，2、刚性回转件的动平衡与静平衡，3、机构在机架上的平衡二、教学基本要求【掌握】1、刚性回转件的动平衡与静平衡，2、机构在机架上的平衡【了解】挠性转子的平衡，刚性转子平衡试验机的基本原理三、思考与练习【思考】参考教材【练习】6-56-15等选作35题上交作业参考课件中的安排,6-5,6-8,6-11备 注第七章 机械的运转机器速度波动的调节主要内容一、核心知识点1、机械的真实运动规律，2、机械速度波动的调节二、教学基本要求【掌握】1、机械的等效动力学模型，2、机械等效动力学模型的求解，3、机械周期性速度波动与非周期性速度波动的调节。4、飞轮设计【了解】作用的机器上的力，机器的自调性，等效动力学模型的解，考虑机械弹性的机械动力学分析初步三、思考与练习【思考】参考教材【练习】7-7,7-8,7-9,选一题，7-11,7-12,7-13选2题，补充：试求油田三缸单作用泥浆泵的曲柄转速规律。上交作业参考课件中的安排,7-9,7-11,7-10备 注第八章 连杆机构及其设计主要内容一、核心知识点1、连杆机构的分类，2、四连杆机构的基本特性，3、四连杆机构设计的图解法，4、连杆机构设计的解析法二、教学基本要求【掌握】连杆机构的演化分类与应用，四连杆机构的基本特性，连杆机构设计的基本思想。【了解】连杆设计的图解法、试验法与解析法，连杆机构杆长确定的优化设计方法，多杆机构。三、思考与练习【思考】参考教材【练习】8-48-5选作一题，8-68-10选作2题，8-118-18选作2题上交作业参考课件中的安排,8-4、8-8、8-17备 注第九章 凸轮机构及其设计主要内容一、核心知识点1、凸轮机构的分类，2、凸轮机构从动件常见的运动规律，3、凸轮机构设计的反转原理，4、凸轮机构设计的图解法和解析法，5、凸轮机构基本参数的选择二、教学基本要求【掌握】1、凸轮机构的分类，2、凸轮机构从动件常见的运动规律，3、凸轮机构设计的反转原理，4、凸轮机构设计的图解法和解析法，5、凸轮机构基本参数的选择【了解】高速凸轮设计三、思考与练习【思考】参考教材【练习】9-19-5选作一题，9-69-7选作1题，9-99-14选作2题上交作业参考课件中的安排，9-8、9-11、9-12备 注第十章 齿轮机构及其设计主要内容一、核心知识点1、齿轮机构的分类，2、齿廓啮合基本定律，3、渐开线及其性质，4、渐开线标准齿轮，5、渐开线齿轮的啮合传动，6、渐开线齿轮的加工与齿轮的根切及其防止，7、变位齿轮与变位齿轮传动，8、平行轴斜齿圆柱齿轮，9、蜗轮蜗杆和圆锥齿轮二、教学基本要求【掌握】1、齿轮传动的特点与分类，2、齿廓啮合基本定律，3、渐开线及其性质，4、渐开线标准齿轮及其尺寸计算，5、渐开线齿轮的啮合传动原理（分齿条件、重合度、正确安装条件、齿廓啮合过程），6、渐开线齿轮的加工与齿轮的根切及其防止，7、平行轴斜齿圆柱齿轮【了解】1、变位齿轮与变位齿轮传动，2、蜗轮蜗杆和圆锥齿轮，3、其他常用齿廓三、思考与练习【思考】参考教材【练习】10-1910-40选作10题以上。上交作业参考课件中的安排，10-19、10-20、10-24、10-25、10-26、10-28、10-29、10-30、10-34、10-35、10-37备 注第十一章 齿轮系及其设计主要内容一、核心知识点1、齿轮系的分类，2、定轴轮系的传动比计算，3、基本的周转轮系的传动比计算，4、复合轮系的传动比计算，5、轮系的功用，6、轮系的设计二、教学基本要求【掌握】复合轮系的传动力计算【了解】1、齿轮系的分类，2、轮系的功用，3、轮系的设计三、思考与练习【思考】参考教材【练习】11-1111-13，选作1题，11-1411-6选作1题，11-1711-21选作2题以上。，11-22后选作1题上交作业参考课件中的安排，11-14、11-16、11-17、11-19、11-21、11-23、11-28备 注第十二章 其他常用机构主要内容一、核心知识点1、了解间歇运动机构，2、了解其他常用机构，3、了解机构的组合与组合机构二、教学基本要求【掌握】间歇运动机构、万向联轴节【了解】其他类型的机构的特点三、思考与练习【思考】参考教材【练习】选作1-3题上交作业参考课件中的安排，12-4、12-6、12-11、12-15备 注第十三章 工业机器人简介备 注不做必学内容，请参考有关专著第十四章 机械系统设计备 注作为开阔知识面，了解机械系统设计的过程，运动循环图等编者：綦耀光作 业第二章作业题2-13、图示为一新型偏心轮滑阀式真空泵。其偏心轮1绕固定轴心A转动，与外环2固连在一起的滑阀3在可绕固定轴心C转动的圆柱4中滑动。当偏心轮1按图示方向连续回转时，可将设备中的空气吸入，并将空气从阀5中排出，从而形成真空。试绘制其机构运动简图，并计算其自由度。题2-13图2-11、图示为一简易冲床的初拟设计方案。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，分析其是否能实现设计意图，并提出修改方案。题2-11图2-14、图示是高位截肢的人所设计的一种假肢膝关节结构。该结构能保持人行走的稳定性。若以胫骨1为机假，试绘制其机构运动简图，计算其自由度，并作出大腿弯曲时的机构运动简图。题2-14图2-20、试绘制图示凸轮驱动式四缸活塞空气压缩机的机构运动简图，并计算其机构的自由度（图中凸轮1为原动件，当其转动时，分别推动装于四个活塞上A、B、C、D处的滚子，使活塞在相应的气缸内往复运动。图中四个连杆的长度相等，即）题2-20图第三章作业题3-1、何谓速度瞬心？相对瞬心与绝对瞬心有何异同点？3-2、何谓三心定理？何种情况下的瞬心需要用三心定理来确定？3-4、在图示的齿轮连杆组合机构中，试用瞬心法求齿轮1与3的传动比题3-4图3-8、图示的各种机构中，设已知各构件的尺寸及B点的速度，试作出其在图示位置时的速度多变形。题3-8图3-9、既然机构中各构件与其速度图和加速度图之间均存在影像关系，因此整个机构与其速度图和加速度图之间也存在影像关系，对吗？根据对题3-8的演算，你的结论是什么？3-10、当用速度瞬心法和用速度影像法求统一构件，如四杆机构连杆上任一点的速度时，它们的求解条件有何不同？各有何特点？第四章作业题4-7、机械效益是衡量机构力放大程度的一个重要指标。其定义为在不考虑摩擦的条件下机构的输出力（力矩）与输入力（力矩）之比值，即。试求图示各机构的机械效益，图a所示为一铆钉机，图b为一小型压力机，图c为一剪刀机。（计算中所需各尺寸从图中量取。）题4-7图4-8、在图示的曲柄滑块机构中，设已知（为常数），活塞及其附件的重量，连杆重量，连杆质心S2至曲柄销B的距离。试确定在图示位置时活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。题4-8图第五章作业题4-13、图示为一曲柄滑块机构的三个位置，F为作用在活塞上的力，转动副A及B上所画的虚线小圆为摩擦圆。试决定在此三个位置时作用在连杆AB上的作用力的真实方向（构件重量及惯性力略去不计）。题4-13图5-12、图示为一提升装置，6为被提升的重物，设各接触面间的摩擦系数为f（不计铰链中的摩擦），为了能可靠提起重物，试确定连杆2（3、4）杆长的取值范围。题5-12图5-8、图a所示为一焊接用的楔形夹具。利用这个夹具把两块要焊接的工件1及1预先夹妥，以便焊接。图中2为夹具体，3为楔块。试确定其自锁条件（即当夹紧后，楔块3不会自动松脱出来的条件）。图b为一颚式破碎机，在破碎矿石时要求矿石不致被向上挤出，试问角应满足什么条件？经分析可得出什么结论？题5-8图第六章作业题6-5、图示为一钢制圆盘，盘厚b=50mm。位置处有一直径=50mm的通孔，位置处有一质量m2=0.5kg的重块。为了使圆盘平衡，拟在圆盘上r=200mm处制一通孔，试求此孔的直径与位置。（钢的密度=7.8g/cm3。）题6-5图6-8、图示为一滚筒，在轴上装有带轮。现已测知带轮有一偏心质量m1=1kg。另外，根据该滚筒的结构，知其具有两个偏心质量m2=3kg，m3=4kg，各偏心质量的方位如图所示（长度单位为mm）。若将平衡基面选在滚筒的两端面上，两平衡基面中平衡质量的回转半径均取为400mm，试求两平衡质量的大小及方位。若将平衡基面改选在带轮宽度的中截面上，其他条件不变，两平衡质量的大小及方位作何改变？题6-8图6-11、有一中型电机转子其质量为m=50kg，转速n=3000r/min，已测得其不平衡质径积mr=300gmm，试问其是否满足平衡精度要求？第七章作业题7-9、已知某机械稳定运转时主轴的角速度，机械的等效转动惯量，制动器的最大制动力矩（制动器与机械主轴直接相连，并取主轴为等效构件）。要求制动时间不超过3s，试检验该制动器是否能满足工作要求。7-11、在图示的刨床机构中，已知空程和工作行程中消耗于克服阻抗力的恒功率分别为P1=367.7W和P2=3677W，曲柄的平均转速n=100r/min，空程曲柄的转角为。当机构的运转不均匀系数时，试确定电动机所需的平均功率，并分别计算在以下两种情况中的飞轮转动惯量JF（略去各构件的重量和转动惯量）：1）飞轮装在曲柄轴上；2）飞轮装在电动机轴上，电动机的额定转速nn=1440r/min。电动机通过减速器驱动曲柄，为简化计算，减速器的转动惯量忽略不计。题7-11图7-10、设有一由电动机驱动的机械系统，以主轴为等效构件时，作用于其上的等效驱动力矩，等效阻抗力矩，等效转动惯量，主轴的初始角速度。试确定运转过程中角速度与角加速度随时间的变化关系。第八章作业题8-4、图a为偏心轮式容积泵；图b为由四个四杆机构组成的转动翼板式容积泵。试绘出两种泵的机构运动简图，并说明它们为何种四杆机构，为什么？题8-4图8-8、图示铰链四杆机构中，各杆的长度为=28mm，=52mm，=50mm，=72mm，试求：1）当取杆4为机架时，该机构的极位夹角、杆3的最大摆角、最小传动角和行程速度变化系数；2）当取杆1为机架时，将演化成何种类型的机构？为什么？并说明这时C、D两个转动副是周转副还是摆转副；3）当取杆3为机架时，又将演化成何种机构？这时A、B两个转动副是否仍为周转副？题8-8图8-17图示为某仪表中采用的摇杆滑块机构，若已知滑块和摇杆的对应位置为=36mm，=8mm，=9mm，摇杆的第位置在铅垂方向上。滑块上铰链点取在B点，偏距e=28mm。试确定曲柄和连杆长度。题8-17图第九章作业题9-8、在图示凸轮机构中，圆弧底摆动推杆与凸轮在B点接触。当凸轮从图示位置逆时针转过90时，试用图解法标出：1）推杆在凸轮上的接触点；2）摆杆位移角的大小；3）凸轮机构的压力角。题9-8图9-11、试设计一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，滚子半径rr=10mm，凸轮以等角速度逆时针回转。凸轮转角=0120时，推杆等速上升20mm；=120180时，推杆远休止；=180270时，推杆等加速等减速下降20mm；=270360时，推杆近休止。要求推程的最大压力角max30，试选取合适的基圆半径，并绘制凸轮的廓线。问此凸轮结构是否有缺陷，应如何补救。9-12、试设计一个对心平底直动推杆盘形凸轮机构凸轮的轮廓曲线。设已知凸轮基圆半径r0=30mm，推杆平底与导轨的中心线垂直，凸轮顺时针方向等速转动。当凸轮转过120时推杆以余弦加速度运动上升20mm，再转过150时，推杆又以余弦加速度运动回到原位，凸轮转过其余90时，推杆静止不动。问这种凸轮机构压力角的变化规律如何？是否存在自锁问题？若有，应如何避免？第十章作业题10-19、为什么要计算锥齿轮的分锥角、顶锥角和根锥角？如何计算直齿锥齿轮的顶锥角？10-20、图示中的C、C、C为由同一基圆上所生成的几条渐开线。试证明其任意两条渐开线（不论是同向的还是反向的）沿公法线方向对应两点之间的距离处处相等。题10-20图10-24、测量齿轮的公法线长度是检验齿轮精度的常用方法之一。试推导渐开线标准齿轮公法线长度的计算公式 式中，k为跨齿数，其计算公式为并分析：测量齿轮的公法线长度时利用了渐开线的哪些特点？跨测齿数k需要圆整为整数，跨测齿数圆整后对公法线长度测量会带来哪些影响？提示：假设卡尺的卡脚与齿廓的切点a、b恰好在分度圆上，如图所示。题10-24图10-25、在一机床的主轴箱中有一直齿圆柱渐开线标准齿轮，发现该齿轮已经损坏，需要重做一个齿轮更换，试确定这个齿轮的模数。经测量，其压力角=20，齿数z=40，齿顶圆直径da=83.82mm，跨5齿的公法线长度L5=27.512mm，跨6齿的公法线长度L6=33.426mm。齿轮的齿顶圆直径da通常都有较大的负偏差。10-26、已知一对渐开线标准外啮合圆柱齿轮传动的模数m=5mm，压力角a=20，中心矩=350mm，传动比i12=9/5，试求两轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径以及分度圆上的齿厚和齿槽宽。10-28、已知一对标准外啮合直齿圆柱齿轮传动的=20、m=5mm、z1=19、z2=42，试求其重合度a。问当有一对轮齿在节点P处啮合时，是否还有其他轮齿也处于啮合状态；又当一对轮齿在B1点处啮合时，情况又如何？（参看图10-12。）图10-1210-29、设有一对外啮合齿轮的z1=30，z2=40，m=20mm，=20，ha*=1。试求当a=725mm时，两轮的啮合角。又当啮合角=2230时，试求其中心距a。10-30、已知一对外啮合变位齿轮传动的z1=z2=12，m=10mm，=20，ha*=1，a=130mm，试设计这对齿轮（取x1=x2）。10-34、设已知一对斜齿轮传动的z1=20，z2=40，mn=8mm，=15(初选值)，B=30mm，han*=1。试求a（应圆整，并精确重算）、及zv1、及zv2。10-35、为减小齿轮传动的尺寸和重量，近来提出一种渐开线少齿数传动，其小齿轮的齿数可少到23个齿。试问要设计这种传动应注意哪些问题，如何解决？10-37、已知一对直齿锥齿轮的z1=15，z2=30，m=5mm， ha*=