機械設計基礎期中考試習題課

機械設計基礎期中考試習題課第1頁/共70頁1.了解機械的發(fā)展歷史；1.掌握機器、機構和機械的基本概念；2.掌握構件和零部件的基本概念；3.了解課程的研究對象、內容及特點緒論第2頁/共70頁

機械設計基礎，是一門研究一般機械中常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本的設計理論和計算方法的技術基礎課。在現代工程設計中，占有極其重要的地位。第3頁/共70頁機器的共有特征：①人造的實物（構件）組合體；②各個運動實物之間具有確定的相對運動；③代替或減輕人類勞動完成有用功或實現能量的轉換第4頁/共70頁2.機器的組成：原動部分——是工作機動力的來源，最常見的是電動機和內燃機。工作部分——完成預定的動作，位于傳動路線的終點。傳動部分——聯接原動機和工作部分的中間部分。控制部分——保證機器的啟動、停止和正常協調動作。原動機傳動工作控制第5頁/共70頁機構的共有特征：①人為的實物組合體；②各部分有確定的相對運動；③用來傳遞力或實現運動的轉換。機構——具有確定相對運動的多件實物的組合體，僅用來傳遞或轉換運動和力。如連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等。二、機構只具有機器的前兩個特征而不具有機器第三個特征的裝置稱為“機構”第6頁/共70頁由機器與機構的共有特征可知：機器與機構在結構和運動方面并無區(qū)別（僅作用不同），故統稱為機械。機器與機構的關系：三、機械機械是機器和機構的總稱。機器是能夠完成機械功或轉化機械能的機構或機構的組合，任意復雜的機器都是由若干復雜的機構按一定的規(guī)律組合而成的。第7頁/共70頁零件是機械最基本的組成單元。四、零件專用零件：只在某些機械中出現。如：飛機的螺旋槳、渦輪機的葉片等。零件是制造的單元。機器和機構都是由零件組成的。零件的分類：通用零件和專用零件。通用零件：各種機器中都經常遇到的零件。如：聯接件、傳動件、轉動件和其他件等。聯接件：螺紋、鍵、銷等。傳動件：帶、鏈、齒輪、蝸桿等。轉動件：滑動軸承、滾動軸承、軸等。其它件：彈簧、密封件、潤滑件等。第8頁/共70頁構件是運動的單元，是由零件組成的剛性組合體。各零件間無相對運動，形成一個運動的整體。五、構件構件固定：活動原動件：驅動力作用的構件從動件：由其它構件驅動相對固定坐標系靜止的構件構件的分類：活動構件和固定構件。第9頁/共70頁1.運動副及其分類；2.平面機構運動簡圖；3.平面機構的自由度4.速度瞬心及其在機構運動分析上的應用第一章平面機構的自由度和速度分析第10頁/共70頁機構運動簡圖：指根據機構的運動尺寸,按一定的比例尺定出各運動副的位置,并用國標規(guī)定的簡單線條和符號代表構件和運動副，繪制出表示機構運動關系的簡明圖形。機構的示意圖：指為了表明機構結構狀況,不要求嚴格地按比例而繪制的簡圖。機構的運動：與原動件運動規(guī)律、運動副類型、機構運動尺寸有關,而與機構的結構尺寸和形狀以及運動副的具體構造無關，因此可以不計或略去那些與機構運動無關的因素。第11頁/共70頁三副構件兩副構件一般構件的表示方法第12頁/共70頁機構運動簡圖中構件的表示方法:第13頁/共70頁機構運動簡圖中平面運動副符號的表示:第14頁/共70頁機構運動簡圖應滿足的條件：

1.構件數目與實際相同

2.運動副的性質、數目與實際相符3.運動副之間的相對位置以及構件尺寸與實際機構成比例。第15頁/共70頁繪制機構運動簡圖的步驟與方法1、分析機構的組成及運動情況，確定機構中的機架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定構件和運動副的數目。2、循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構件間相對運動的性質，確定運動副的類型和數目;還應確定與機構運動特性相關的運動要素：運動副間的相對位置。如轉動副中心的位置和移動副導路的方位；高副的廓線形狀，包括其曲率中心和曲率半徑等。3、恰當地選擇投影面：一般選擇與機械的多數構件的運動平面相平行的平面作為投影面。4、選擇適當的比例尺,用規(guī)定的簡單線條和各種運動副符號,將機構運動簡圖畫出來。第16頁/共70頁1-1唧筒機構定塊機構1234ABO第1章平面機構的自由度和速度分析第17頁/共70頁1-2

回轉柱塞泵1234轉動導桿機構O1O2A第18頁/共70頁1234轉動導桿機構ACB第19頁/共70頁1-3

縫紉機下針機構第20頁/共70頁1-4

偏心輪機構2341搖塊機構ABC第21頁/共70頁1-4

偏心輪機構B2134AC第22頁/共70頁定義：機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(即機構的位置得以確定必須給定的獨立的廣義坐標的數目)稱為機構的自由度，其數目用F表示。原動件——能獨立運動的構件。由于一個原動件只能提供一個獨立參數，所以機構具有確定運動的條件為：自由度＝原動件數第23頁/共70頁活動構件數

n

因此，平面機構的自由度計算公式：要求：記住上述公式，并能熟練應用。構件總自由度低副約束數高副約束數3×n

2×

PL1

×Ph推廣到一般平面機構：F=3n－(2PL+Ph

)機構的自由度F=所有活動構件的自由度數－

所有運動副的約束數第24頁/共70頁1.復合鉸鏈——兩個以上的構件在同一處以轉動副相聯。計算：m個構件,有m－1轉動副。兩個低副第25頁/共70頁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或計算時去掉滾子和鉸鏈：

F=3×2－2×2－1=1定義：構件局部運動所產生的自由度。出現在加裝滾子的場合，計算時應去掉Fp。滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。123123第26頁/共70頁解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虛約束對機構的運動實際不起作用的約束。計算自由度時應去掉虛約束。由于FE＝AB＝CD，故增加構件4前后E點的軌跡都是圓弧。增加的約束不起作用，應去掉構件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構的自由度。

1234ABCDEF第27頁/共70頁出現虛約束的場合：

1.兩構件聯接前后，聯接點的軌跡重合，2.兩構件構成多個移動副，且導路平行。

如平行四邊形機構，火車輪橢圓儀等。第28頁/共70頁4.運動時，兩構件上的兩點距離始終不變。3.兩構件構成多個轉動副，且同軸。5.對運動不起作用的對稱部分。如多個行星輪。EF第29頁/共70頁6.兩構件構成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時，變成實際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第30頁/共70頁不考慮局部自由度，即把滾子7與構件6作為一個整體，則有6個活動構件，7個轉動副，1個移動副，1個高副。則其自由度為：12345612345671高1-6第31頁/共70頁1-7把滾子和與之形成轉動副的構件焊接成整體，則活動構件數為８，10個轉動副，1個移動副，和1個高副。局部自由度第32頁/共70頁1-8復合鉸鏈加藥泵加藥機構第33頁/共70頁1-11自由度為：局部自由度復合鉸鏈虛約束第34頁/共70頁12A2(A1)B2(B1)§1－4速度瞬心及其在機構速度分析中的應用一、速度瞬心及其求法絕對瞬心－重合點絕對速度為零。P21相對瞬心－重合點絕對速度不為零。

VA2A1VB2B1Vp2=Vp1≠0

Vp2=Vp1=0作平面運動的兩個構件上瞬時相對速度等于零或者絕對速度相等的一對重合點（等速重合點），該點稱速度瞬心。1)速度瞬心的定義第35頁/共70頁特點：

①該點涉及兩個構件。②絕對速度相同，相對速度為零。③相對回轉中心。2）瞬心數目

∵每兩個構件就有一個瞬心∴根據排列組合有P12P23P13構件數4568瞬心數6101528123若機構中有n個構件，則N＝n(n-1)/2第36頁/共70頁12123）機構瞬心位置的確定1.直接觀察法

適用于求通過運動副直接相聯的兩構件瞬心位置。P12P12∞2.三心定律定義：三個彼此作平面運動的構件共有三個瞬心，且它們位于同一條直線上。此法特別適用于兩構件不直接相聯的場合。轉動副連接的兩個構件移動副連接的兩個構件高副連接的兩個構件（純滾動）高副連接的兩個構件(存在滾動和滑動)第37頁/共70頁1-14

：求出題1-14圖導桿機構的全部瞬心和構件1、3的角速度比。P14P34P12P24P13P13是構件1、3的瞬心，即兩者的同速點。第38頁/共70頁1-15

：求出題1-15圖正切機構的全部瞬心。設，求構件3的速度。

P14P23P24P13P13是構件1、3的瞬心，即為兩者該瞬時的同速點。第39頁/共70頁1-16

：題1-16圖所示為摩擦行星傳動機構，設行星輪2與構件1、4保持純滾動接觸，試用瞬心法求輪1與輪2的角速度比。

P13、P14、P34P24P23P12P24、P14分別為構件2與構件1相對于機架的絕對瞬心。瞬心為P12為構件1、2在該瞬時的同速點。第40頁/共70頁1-17：題1-17圖所示曲柄滑塊機構，已知：，，，求機構全部瞬心、滑塊速度和連桿角速度。

4p14p12p23P13P24在三角形ABC中：第41頁/共70頁4p14p12p23P13P24由瞬心P13可求得：P14、P24分別是構件1和構件2對機架4的絕對瞬心，而瞬心P12是構件1、2在該瞬時的同速點。根據前面的計算，還可以通過哪個瞬心點求？第42頁/共70頁1.平面四桿機構的基本類型及其應用；2.平面四桿機構的基本特性；3.平面四桿機構的設計第二章平面連桿機構重要知識點：整轉副條件、急回特性條件、壓力角和傳動角以及死點位置第43頁/共70頁2)組成該周轉副的兩桿中必有一桿為最短桿。周轉副存在的條件：1)最長桿與最短桿的長度之和≤其他兩桿長度之和

稱為桿長條件(Grashof條件)。2)最短桿為連架桿或機架。鉸鏈四桿機構有曲柄的條件：1)各桿長度應滿足桿長條件第44頁/共70頁鉸鏈四桿機構類型的判別（是否存在曲柄）:

當最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿長度之和:

最短桿為連架桿---曲柄搖桿機構

最短桿為機架----雙曲柄機構

最短桿為連桿-----雙搖桿機構

當最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和——雙搖桿機構第45頁/共70頁第2章平面連桿機構2-1試根據圖中注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構是曲柄搖桿機構、雙曲柄搖桿機構，還是雙搖桿機構。題1圖第46頁/共70頁題3圖2-3畫出圖中各機構的傳動角和壓力角。圖中標注箭頭的構件為原動件。FFFF壓力角（α）：從動件驅動力F與力作用點絕對速度之間所夾銳角。第47頁/共70頁第48頁/共70頁第49頁/共70頁設計：潘存云Eφθθ一、按給定的行程速比系數K設計四桿機構1)曲柄搖桿機構①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，設計此機構。步驟如下：②任取一點D，作等腰三角形腰長為CD，夾角為φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圓，則A點必在此圓上。⑤選定A，設曲柄為l1

，連桿為l2

，則:⑥以A為圓心，AC2為半徑作弧交于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頁/共70頁設計：潘存云設計：潘存云ADmnφ=θD2)擺動導桿機構分析：由于θ與導桿擺角φ相等，設計此機構時，僅需要確定曲柄

a。①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選D作∠mDn＝φ＝θ，③取A點，使得AD=d,則:

a=dsin(φ/2)。θφ=θAd作角分線;已知：機架長度d，K，設計此機構。第51頁/共70頁設計：潘存云E2θ2ae3)曲柄滑塊機構H已知K，滑塊行程H，偏距e，設計此機構。①計算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O為圓心，C1O為半徑作圓。⑥以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。C1C290°-θo90°-θl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2A第52頁/共70頁第53頁/共70頁第54頁/共70頁第55頁/共70頁1.凸輪機構的應用和類型；2.從動件的運動規(guī)律；3.凸輪機構的壓力角；4.圖解法設計凸輪機構。第三章凸輪機構第56頁/共70頁第3章凸輪機構第57頁/共70頁第58頁/共70頁第59頁/共70頁第60頁/共70頁3-4第61頁/共70頁第62頁/共70頁第63頁/共70頁增大不變不變減小減小第64頁/共70頁A0OSh11’22’33’44’55’66’77’88’99’1010’B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111K0K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11A10A9A7A6A5A4A3A2A1A8A115.滾子偏置移動從動件盤形凸輪廓線的繪制已知：從動件位移曲線、基圓半徑、偏距e（右側），滾子半徑rk，凸輪逆時針轉動。繪制尖端從動件凸輪廓線。

步驟：1）將滾子中心B看作尖端從動件