機械設(shè)計基礎(chǔ)期中考試習(xí)題課

機械設(shè)計基礎(chǔ)期中考試習(xí)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(gòu)和機械的基本概念；2.掌握構(gòu)件和零部件的基本概念；3.了解課程的研究對象、內(nèi)容及特點緒論第2頁/共70頁

機械設(shè)計基礎(chǔ)，是一門研究一般機械中常用機構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本的設(shè)計理論和計算方法的技術(shù)基礎(chǔ)課。在現(xiàn)代工程設(shè)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(gòu)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?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)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(nèi)燃機。工作部分——完成預(yù)定的動作，位于傳動路線的終點。傳動部分——聯(lián)接原動機和工作部分的中間部分?？刂撇糠帧ＷC機器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。原動機傳動工作控制第5頁/共70頁機構(gòu)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?qū)崿F(xiàn)運動的轉(zhuǎn)換。機構(gòu)——具有確定相對運動的多件實物的組合體，僅用來傳遞或轉(zhuǎn)換運動和力。如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等。二、機構(gòu)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(gòu)”第6頁/共70頁由機器與機構(gòu)的共有特征可知：機器與機構(gòu)在結(jié)構(gòu)和運動方面并無區(qū)別（僅作用不同），故統(tǒng)稱為機械。機器與機構(gòu)的關(guān)系：三、機械機械是機器和機構(gòu)的總稱。機器是能夠完成機械功或轉(zhuǎn)化機械能的機構(gòu)或機構(gòu)的組合，任意復(fù)雜的機器都是由若干復(fù)雜的機構(gòu)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(xiàn)。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(gòu)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(jīng)常遇到的零件。如：聯(lián)接件、傳動件、轉(zhuǎn)動件和其他件等。聯(lián)接件：螺紋、鍵、銷等。傳動件：帶、鏈、齒輪、蝸桿等。轉(zhuǎn)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(gòu)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(gòu)件構(gòu)件固定：活動原動件：驅(qū)動力作用的構(gòu)件從動件：由其它構(gòu)件驅(qū)動相對固定坐標(biāo)系靜止的構(gòu)件構(gòu)件的分類：活動構(gòu)件和固定構(gòu)件。第9頁/共70頁1.運動副及其分類；2.平面機構(gòu)運動簡圖；3.平面機構(gòu)的自由度4.速度瞬心及其在機構(gòu)運動分析上的應(yīng)用第一章平面機構(gòu)的自由度和速度分析第10頁/共70頁機構(gòu)運動簡圖：指根據(jù)機構(gòu)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(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號代表構(gòu)件和運動副，繪制出表示機構(gòu)運動關(guān)系的簡明圖形。機構(gòu)的示意圖：指為了表明機構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況,不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡圖。機構(gòu)的運動：與原動件運動規(guī)律、運動副類型、機構(gòu)運動尺寸有關(guān),而與機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀以及運動副的具體構(gòu)造無關(guān)，因此可以不計或略去那些與機構(gòu)運動無關(guān)的因素。第11頁/共70頁三副構(gòu)件兩副構(gòu)件一般構(gòu)件的表示方法第12頁/共70頁機構(gòu)運動簡圖中構(gòu)件的表示方法:第13頁/共70頁機構(gòu)運動簡圖中平面運動副符號的表示:第14頁/共70頁機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件：

1.構(gòu)件數(shù)目與實際相同

2.運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符3.運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu)成比例。第15頁/共70頁繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟與方法1、分析機構(gòu)的組成及運動情況，確定機構(gòu)中的機架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定構(gòu)件和運動副的數(shù)目。2、循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型和數(shù)目;還應(yīng)確定與機構(gòu)運動特性相關(guān)的運動要素：運動副間的相對位置。如轉(zhuǎn)動副中心的位置和移動副導(dǎo)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(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機械的多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的平面作為投影面。4、選擇適當(dāng)?shù)谋壤?用規(guī)定的簡單線條和各種運動副符號,將機構(gòu)運動簡圖畫出來。第16頁/共70頁1-1唧筒機構(gòu)定塊機構(gòu)1234ABO第1章平面機構(gòu)的自由度和速度分析第17頁/共70頁1-2

回轉(zhuǎn)柱塞泵1234轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)O1O2A第18頁/共70頁1234轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)ACB第19頁/共70頁1-3

縫紉機下針機構(gòu)第20頁/共70頁1-4

偏心輪機構(gòu)2341搖塊機構(gòu)ABC第21頁/共70頁1-4

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

n

因此，平面機構(gòu)的自由度計算公式：要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度低副約束數(shù)高副約束數(shù)3×n

2×

PL1

×Ph推廣到一般平面機構(gòu)：F=3n－(2PL+Ph

)機構(gòu)的自由度F=所有活動構(gòu)件的自由度數(shù)－

所有運動副的約束數(shù)第24頁/共70頁1.復(fù)合鉸鏈——兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。計算：m個構(gòu)件,有m－1轉(zhuǎn)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(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)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(xiàn)=3n－2PL－PH

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

1234ABCDEF第27頁/共70頁出現(xiàn)虛約束的場合：

1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合，2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行。

如平行四邊形機構(gòu)，火車輪橢圓儀等。第28頁/共70頁4.運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變。3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)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(gòu)件構(gòu)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(gòu)件6作為一個整體，則有6個活動構(gòu)件，7個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副的構(gòu)件焊接成整體，則活動構(gòu)件數(shù)為８，10個轉(zhuǎn)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(fù)合鉸鏈加藥泵加藥機構(gòu)第33頁/共70頁1-11自由度為：局部自由度復(fù)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(gòu)速度分析中的應(yīng)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(gòu)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(gòu)件。②絕對速度相同，相對速度為零。③相對回轉(zhuǎn)中心。2）瞬心數(shù)目

∵每兩個構(gòu)件就有一個瞬心∴根據(jù)排列組合有P12P23P13構(gòu)件數(shù)4568瞬心數(shù)6101528123若機構(gòu)中有n個構(gòu)件，則N＝n(n-1)/2第36頁/共70頁12123）機構(gòu)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(lián)的兩構(gòu)件瞬心位置。P12P12∞2.三心定律定義：三個彼此作平面運動的構(gòu)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(gòu)件不直接相聯(lián)的場合。轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件移動副連接的兩個構(gòu)件高副連接的兩個構(gòu)件（純滾動）高副連接的兩個構(gòu)件(存在滾動和滑動)第37頁/共70頁1-14

：求出題1-14圖導(dǎo)桿機構(gòu)的全部瞬心和構(gòu)件1、3的角速度比。P14P34P12P24P13P13是構(gòu)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(gòu)的全部瞬心。設(shè)，求構(gòu)件3的速度。

P14P23P24P13P13是構(gòu)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(gòu)，設(shè)行星輪2與構(gòu)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(gòu)件2與構(gòu)件1相對于機架的絕對瞬心。瞬心為P12為構(gòu)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(gòu)，已知：，，，求機構(gòu)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(gòu)件1和構(gòu)件2對機架4的絕對瞬心，而瞬心P12是構(gòu)件1、2在該瞬時的同速點。根據(jù)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(gòu)的基本類型及其應(yīng)用；2.平面四桿機構(gòu)的基本特性；3.平面四桿機構(gòu)的設(shè)計第二章平面連桿機構(gòu)重要知識點：整轉(zhuǎn)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(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。周轉(zhuǎn)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(gòu)有曲柄的條件：1)各桿長度應(yīng)滿足桿長條件第44頁/共70頁鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別（是否存在曲柄）:

當(dāng)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(gòu)

最短桿為機架----雙曲柄機構(gòu)

最短桿為連桿-----雙搖桿機構(gòu)

當(dāng)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(gòu)第45頁/共70頁第2章平面連桿機構(gòu)2-1試根據(jù)圖中注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構(gòu)是曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄搖桿機構(gòu)，還是雙搖桿機構(gòu)。題1圖第46頁/共70頁題3圖2-3畫出圖中各機構(gòu)的傳動角和壓力角。圖中標(biāo)注箭頭的構(gòu)件為原動件。FFFF壓力角（α）：從動件驅(qū)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(shè)計：潘存云Eφθθ一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)1)曲柄搖桿機構(gòu)①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，設(shè)計此機構(gòu)。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(shè)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(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云ADmnφ=θD2)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)分析：由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計此機構(gòu)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(shè)計此機構(gòu)。第51頁/共70頁設(shè)計：潘存云E2θ2ae3)曲柄滑塊機構(gòu)H已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計此機構(gòu)。①計算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O(shè)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(gòu)的應(yīng)用和類型；2.從動件的運動規(guī)律；3.凸輪機構(gòu)的壓力角；4.圖解法設(shè)計凸輪機構(gòu)。第三章凸輪機構(gòu)第56頁/共70頁第3章凸輪機構(gòu)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(cè)），滾子半徑rk，凸輪逆時針轉(zhuǎn)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