机械设计基础期中考试习题课

机械设计基础期中考试习题课第1页/共70页1.了解机械的发展历史；1.掌握机器、机构和机械的基本概念；2.掌握构件和零部件的基本概念；3.了解课程的研究对象、内容及特点绪论第2页/共70页

机械设计基础，是一门研究一般机械中常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法的技术基础课。在现代工程设计中，占有极其重要的地位。第3页/共70页机器的共有特征：①人造的实物（构件）组合体；②各个运动实物之间具有确定的相对运动；③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换第4页/共70页2.机器的组成：原动部分——是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。工作部分——完成预定的动作，位于传动路线的终点。传动部分——联接原动机和工作部分的中间部分。控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。原动机传动工作控制第5页/共70页机构的共有特征：①人为的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；③用来传递力或实现运动的转换。机构——具有确定相对运动的多件实物的组合体，仅用来传递或转换运动和力。如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。二、机构只具有机器的前两个特征而不具有机器第三个特征的装置称为“机构”第6页/共70页由机器与机构的共有特征可知：机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同），故统称为机械。机器与机构的关系：三、机械机械是机器和机构的总称。机器是能够完成机械功或转化机械能的机构或机构的组合，任意复杂的机器都是由若干复杂的机构按一定的规律组合而成的。第7页/共70页零件是机械最基本的组成单元。四、零件专用零件：只在某些机械中出现。如：飞机的螺旋桨、涡轮机的叶片等。零件是制造的单元。机器和机构都是由零件组成的。零件的分类：通用零件和专用零件。通用零件：各种机器中都经常遇到的零件。如：联接件、传动件、转动件和其他件等。联接件：螺纹、键、销等。传动件：带、链、齿轮、蜗杆等。转动件：滑动轴承、滚动轴承、轴等。其它件：弹簧、密封件、润滑件等。第8页/共70页构件是运动的单元，是由零件组成的刚性组合体。各零件间无相对运动，形成一个运动的整体。五、构件构件固定：活动原动件：驱动力作用的构件从动件：由其它构件驱动相对固定坐标系静止的构件构件的分类：活动构件和固定构件。第9页/共70页1.运动副及其分类；2.平面机构运动简图；3.平面机构的自由度4.速度瞬心及其在机构运动分析上的应用第一章平面机构的自由度和速度分析第10页/共70页机构运动简图：指根据机构的运动尺寸,按一定的比例尺定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。机构的示意图：指为了表明机构结构状况,不要求严格地按比例而绘制的简图。机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构运动尺寸有关,而与机构的结构尺寸和形状以及运动副的具体构造无关，因此可以不计或略去那些与机构运动无关的因素。第11页/共70页三副构件两副构件一般构件的表示方法第12页/共70页机构运动简图中构件的表示方法:第13页/共70页机构运动简图中平面运动副符号的表示:第14页/共70页机构运动简图应满足的条件：

1.构件数目与实际相同

2.运动副的性质、数目与实际相符3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。第15页/共70页绘制机构运动简图的步骤与方法1、分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。2、循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目;还应确定与机构运动特性相关的运动要素：运动副间的相对位置。如转动副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。3、恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。4、选择适当的比例尺,用规定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。第16页/共70页1-1唧筒机构定块机构1234ABO第1章平面机构的自由度和速度分析第17页/共70页1-2

回转柱塞泵1234转动导杆机构O1O2A第18页/共70页1234转动导杆机构ACB第19页/共70页1-3

缝纫机下针机构第20页/共70页1-4

偏心轮机构2341摇块机构ABC第21页/共70页1-4

偏心轮机构B2134AC第22页/共70页定义：机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数(即机构的位置得以确定必须给定的独立的广义坐标的数目)称为机构的自由度，其数目用F表示。原动件——能独立运动的构件。由于一个原动件只能提供一个独立参数，所以机构具有确定运动的条件为：自由度＝原动件数第23页/共70页活动构件数

n

因此，平面机构的自由度计算公式：要求：记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度低副约束数高副约束数3×n

2×

PL1

×Ph推广到一般平面机构：F=3n－(2PL+Ph

)机构的自由度F=所有活动构件的自由度数－

所有运动副的约束数第24页/共70页1.复合铰链——两个以上的构件在同一处以转动副相联。计算：m个构件,有m－1转动副。两个低副第25页/共70页2.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP

=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度FP=1或计算时去掉滚子和铰链：

F=3×2－2×2－1=1定义：构件局部运动所产生的自由度。出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。123123第26页/共70页解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虚约束对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。由于FE＝AB＝CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧。增加的约束不起作用，应去掉构件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。

1234ABCDEF第27页/共70页出现虚约束的场合：

1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，2.两构件构成多个移动副，且导路平行。

如平行四边形机构，火车轮椭圆仪等。第28页/共70页4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。3.两构件构成多个转动副，且同轴。5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。EF第29页/共70页6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第30页/共70页不考虑局部自由度，即把滚子7与构件6作为一个整体，则有6个活动构件，7个转动副，1个移动副，1个高副。则其自由度为：12345612345671高1-6第31页/共70页1-7把滚子和与之形成转动副的构件焊接成整体，则活动构件数为８，10个转动副，1个移动副，和1个高副。局部自由度第32页/共70页1-8复合铰链加药泵加药机构第33页/共70页1-11自由度为：局部自由度复合铰链虚约束第34页/共70页12A2(A1)B2(B1)§1－4速度瞬心及其在机构速度分析中的应用一、速度瞬心及其求法绝对瞬心－重合点绝对速度为零。P21相对瞬心－重合点绝对速度不为零。

VA2A1VB2B1Vp2=Vp1≠0

Vp2=Vp1=0作平面运动的两个构件上瞬时相对速度等于零或者绝对速度相等的一对重合点（等速重合点），该点称速度瞬心。1)速度瞬心的定义第35页/共70页特点：

①该点涉及两个构件。②绝对速度相同，相对速度为零。③相对回转中心。2）瞬心数目

∵每两个构件就有一个瞬心∴根据排列组合有P12P23P13构件数4568瞬心数6101528123若机构中有n个构件，则N＝n(n-1)/2第36页/共70页12123）机构瞬心位置的确定1.直接观察法

适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。P12P12∞2.三心定律定义：三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心，且它们位于同一条直线上。此法特别适用于两构件不直接相联的场合。转动副连接的两个构件移动副连接的两个构件高副连接的两个构件（纯滚动）高副连接的两个构件(存在滚动和滑动)第37页/共70页1-14

：求出题1-14图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。P14P34P12P24P13P13是构件1、3的瞬心，即两者的同速点。第38页/共70页1-15

：求出题1-15图正切机构的全部瞬心。设，求构件3的速度。

P14P23P24P13P13是构件1、3的瞬心，即为两者该瞬时的同速点。第39页/共70页1-16

：题1-16图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比。

P13、P14、P34P24P23P12P24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心。瞬心为P12为构件1、2在该瞬时的同速点。第40页/共70页1-17：题1-17图所示曲柄滑块机构，已知：，，，求机构全部瞬心、滑块速度和连杆角速度。

4p14p12p23P13P24在三角形ABC中：第41页/共70页4p14p12p23P13P24由瞬心P13可求得：P14、P24分别是构件1和构件2对机架4的绝对瞬心，而瞬心P12是构件1、2在该瞬时的同速点。根据前面的计算，还可以通过哪个瞬心点求？第42页/共70页1.平面四杆机构的基本类型及其应用；2.平面四杆机构的基本特性；3.平面四杆机构的设计第二章平面连杆机构重要知识点：整转副条件、急回特性条件、压力角和传动角以及死点位置第43页/共70页2)组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。周转副存在的条件：1)最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和

称为杆长条件(Grashof条件)。2)最短杆为连架杆或机架。铰链四杆机构有曲柄的条件：1)各杆长度应满足杆长条件第44页/共70页铰链四杆机构类型的判别（是否存在曲柄）:

当最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和:

最短杆为连架杆---曲柄摇杆机构

最短杆为机架----双曲柄机构

最短杆为连杆-----双摇杆机构

当最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和——双摇杆机构第45页/共70页第2章平面连杆机构2-1试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄摇杆机构，还是双摇杆机构。题1图第46页/共70页题3图2-3画出图中各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。FFFF压力角（α）：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。第47页/共70页第48页/共70页第49页/共70页设计：潘存云Eφθθ一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤选定A，设曲柄为l1

，连杆为l2

，则:⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交于E,得：

l1=EC1/2

l2=AC1－EC1/2,AC2=l2-l1

l1=(AC1－AC2)/2

∠C2C1P=90°－θ,交于P;90°-θPAC1=l1+l2C1C2DA第50页/共70页设计：潘存云设计：潘存云ADmnφ=θD2)摆动导杆机构分析：由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄

a。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任选D作∠mDn＝φ＝θ，③取A点，使得AD=d,则:

a=dsin(φ/2)。θφ=θAd作角分线;已知：机架长度d，K，设计此机构。第51页/共70页设计：潘存云E2θ2ae3)曲柄滑块机构H已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。①计算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射线C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O为圆心，C1O为半径作圆。⑥以A为圆心，AC1为半径作弧交于E,得：作射线C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。C1C290°-θo90°-θl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2A第52页/共70页第53页/共70页第54页/共70页第55页/共70页1.凸轮机构的应用和类型；2.从动件的运动规律；3.凸轮机构的压力角；4.图解法设计凸轮机构。第三章凸轮机构第56页/共70页第3章凸轮机构第57页/共70页第58页/共70页第59页/共70页第60页/共70页3-4第61页/共70页第62页/共70页第63页/共70页增大不变不变减小减小第64页/共70页A0OSh11’22’33’44’55’66’77’88’99’1010’B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111K0K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11A10A9A7A6A5A4A3A2A1A8A115.滚子偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制已知：从动件位移曲线、基圆半径、偏距e（右侧），滚子半径rk，凸轮逆时针转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。

步骤：1）将滚子中心B看作尖端从动件