西安交大《机械设计基础》课后习题答案综合版

-1-机械设计基础复习大纲2011、4、3第1章绪论掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功机器的组成：驱动部分+传动部分+执行部分了解：机器、机构、机械、常用机构、通用零件、标准件、专用零件和部件的概念课程内容、性质、特点和任务第2章机械设计概述了解：与机械设计有关的一些基础理论与技术，机器的功能分析、功能原理设计，机械设计的基本要求和一般程序、机械运动系统方案设计的基本要求和一般程序、机械零件设计的基本要求和一般程序，机械设计的类型和常用的设计方法第3章机械运动设计与分析基础知识掌握：构件的定义（运动单元体）、分类（机架、主动件、从动件）构件与零件（加工、制造单元体）的区别平面运动副的定义、分类（低幅：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）机构自由度的定义（具有独立运动的数目）平面运动副引入的约束数（低幅：引入2个约束；高副：引入1个约束）平面机构自由度计算（F＝3n－2P5－P4）应用自由度计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束、公共约束）机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）速度瞬心定义（绝对速度相等的瞬时重合点）瞬心分类：绝对瞬心（绝对速度相等且为零的瞬时重合点，位于绝对速度的垂线上）相对瞬心（绝对速度相等但不为零的瞬时重合点，位于相对速度的垂线上）速度瞬心的数目：K=N(N-1)/2速度瞬心的求法：观察法：转动副位于转动中心；移动副位于垂直于导轨的无穷远；高副位于过接触点的公法线上三心定理：互作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，且位于同一直线上用速度瞬心求解构件的速度（关键找到三个速度瞬心，建立同速点方程，然后求解）了解：运动链的定义及其分类（闭式链：单环链、多环链；开式链）运动链成为机构的条件（具有一个机架、具有足够的主动件）机动示意图（不按比例）与机构运动简图的区别第6章平面连杆机构掌握：平面连杆机构组成（构件+低副；各构件互作平行平面运动）──低副机构平面连杆的基本型式（平面四杆机构）、平面四杆机构的基本型式（铰链四杆机构）铰链四杆机构组成（四构件+四转动副）铰链四杆机构各构件名称（机架、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、固定铰链、活动铰链）铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）-2-铰链四杆机构的运动特性：曲柄存在条件：①最长杆长度+最短杆长度≤其余两杆长度之和②连架杆与机架中有一杆为四杆中之最短杆曲柄摇杆机构的极限位置（曲柄与连杆共线位置）曲柄摇杆机构的极位夹角（两极限位置时曲柄所夹锐角）曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数平面四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的传力特性：压力角：不计摩擦、重力、惯性力时从动件受力方向与受力点速度方向间所夹锐角传动角：压力角的余角许用压力角40～50、许用传动角50～40曲柄摇杆机构最小传动角位置（曲柄与机架共线的两位置中的一个）死点位置：传动角为零的位置（0）实现给定连杆二个或三个位置的设计实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块和摆动导杆机构了解：连杆机构的特点、铰链四杆机构以及变异后机构的特点及应用、死点（止点）位置的应用和渡过基本设计命题：实现给定的运动要求：连杆有限位置、连架杆对应角位移、轨迹满足各种附加要求：曲柄存在条件、运动连续条件、传力及其他条件实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构，解析法设计实现给定两连架杆对应位置的四杆机构第7章凸轮机构掌握：凸轮机构的组成（凸轮+从动件+机架）──高副机构凸轮机构的分类：按凸轮分类：平面凸轮（盘形凸轮、移动凸轮），空间凸轮按从动件分类：端部形状：尖端、滚子、平底、曲面运动形式：移动、摆动安装方式：对心、偏置按锁合方式分类：力锁合、形锁合基圆（理论廓线上最小向径所作的圆）、理论廓线、实际廓线、行程从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止）刚性冲击（硬冲：速度突变，加速度无穷大）、柔性冲击（软冲：加速度突变）运动规律特点：等速运动规律：速度为常数、始末两点存在硬冲、用于低速等加速等减速：加速度为常数、始末中三点存在软冲、不宜用于高速余弦加速度：停─升─停型：始末两点存在软冲、不宜用于高速升─降─升型：无冲击、可用于高速正弦加速度：无冲击、可用于高速反转法绘制凸轮廓线的方法：对心或偏置尖端移动从动件，对心或偏置滚子移动从动件滚子半径的选择、基圆半径的确定、运动失真及其解决的方法了解：凸轮机构的特点、凸轮机构的应用、凸轮机构的一般命名原则四种运动规律的推导方法和位移曲线的画法运动规律的基本形式：停─升─停；停─升─降─停；升─降─升运动规律的选择原则，平底从动件凸轮廓线的绘制方法及运动失真的解决方法机构自锁、偏置对压力角的影响，压力角、许用压力角、临界压力角c三者关系：cmax第8章齿轮传动掌握：齿轮机构的组成（主动齿轮+从动齿轮+机架）──高副机构-3-圆形齿轮机构分类：平行轴：直齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）斜齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）人字齿轮机构相交轴：圆锥齿轮机构（直齿、斜齿、曲齿）相错轴：螺旋齿轮机构、蜗轮蜗杆机构齿廓啮合基本定律（两轮的传动比等于公法线割连心线线段长度之反比）定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓渐开线的形成、特点及方程一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、啮合角和啮合线保持不变、可分性渐开线齿轮各部分名称：齿数、模数、压力角、顶隙、分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆齿顶高、齿根高、齿全高、齿距（周节）、齿厚、齿槽宽标准直齿圆柱齿轮的基本参数：齿数z、模数m、压力角(20)齿顶高系数*ah(1.0、0.8)、顶隙系数*c(0.25、0.3)标准直齿圆柱齿轮的尺寸计算：分度圆d、基圆db、齿顶高ha、齿根高hf、齿全高h齿距(周节)p、基圆齿距(基节)pb、齿厚s＝齿槽宽e齿顶圆：外齿轮(aahdd2),内齿轮(aahdd2)齿根圆：外齿轮(ffhdd2),内齿轮(ffhdd2)标准中心距：外啮合：212zzma、内啮合：122zzma标准安装：分度圆与节圆重合（dd、）一对渐开线齿轮啮合条件：正确啮合条件（mmm21、21）连续传动条件（bpBB21≥1）、重合度的几何含义轮齿间的相对滑动及特点一对渐开线齿轮啮合过程：入啮点（起始啮合点2B）、脱啮点（终止啮合点1B）实际啮合线：12BB、理论啮合线：21NN、极限啮合点：1N和2N范成法加工齿轮的特点（用同一把刀具可加工不同齿数相同模数和相同压力角的齿轮）根切现象及产生的原因（渐开线刀刃顶点超过极限啮合点）、不根切的最少齿数齿轮传动的失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性流动防止失效的措施、齿轮传动的计算准则、齿轮材料的选择原则软硬齿面的区别、热处理方法、加工工艺和各自的应用场合齿轮传动的计算载荷Fca＝KAKvKKFn＝KFn中四个系数的含义及其主要影响因素、改善措施直齿圆柱齿轮的受力分析、强度计算力学模型（接触：赫兹公式、弯曲：悬臂梁）强度计算中的主要系数YFa、YSa、Yε、ZE、ZH、Zε的意义及影响因素设计参数（齿数、齿宽系数、齿数比等）的选择直齿圆柱齿轮传动的设计计算路线（强度计算的公式不要求记，考试时若需要会给出）了解：齿轮传动的特点和其他分类方法，常用齿廓曲线：渐开线、摆线、圆弧齿廓工作段、重合度的最大值、重合度与基本参数的关系渐开线齿轮的加工方法：铸造法、热轧法、冲压法、切制法（仿型法、展成法）范成法加工齿轮时刀具与轮坯的相对运动：范成运动、切削运动、进给运动、让刀运动变位齿轮加工方法、正变位、零变位、负变位、最小变位系数，各种失效产生的机理第9章蜗杆传动掌握：蜗杆传动的特点-4-普通圆柱蜗杆传动的主要参数计算：齿数、模数、压力角、直径、直径系数、传动比、中心距、导程角等蜗杆传动的转向判定蜗杆传动的相对滑动，蜗杆传动的受力分析，力与旋向、转向关系的判定，蜗杆传动的效率蜗杆传动的主要失效形式，设计准则，蜗杆蜗轮常用材料和结构了解：蜗杆传动的分类、蜗杆传动的精度、自锁现象及自锁条件蜗杆传动热平衡计算（进行热平衡计算的原因及热平衡基本概念）第10章轮系掌握：定轴轮系：所有齿轮轴线位置相对机架固定不动周转轮系：至少有一个齿轮轴线可绕其他齿轮固定轴线转动组成：行星轮+太阳轮（中心轮）+行星架（系杆）分类：行星轮系（F=1）、差动轮系（F=2）混合轮系：由若干个定轴轮系和周转轮系组成的复杂轮系定轴轮系传动比计算周转轮系传动比计算混合轮系传动比计算：求解步骤：①分清轮系、②分别计算、③找出联系、④联立求解关键：正确区分各基本轮系蜗杆旋向的判定：轴线铅锤放置，观察可见面齿的倾斜方向，左边高左旋，右边高右旋了解：惰轮；轮系的功用第11章带传动掌握：带传动的主要特点带传动的工作情况分析（运动分析、力分析、应力分析、失效分析）型号、主要参数（a、d、Z、α、L、v）及设计选择原则、方法了解：带传动的设计方法和步骤，带的使用方法第12章其他传动类型简介棘轮机构掌握：组成、工作原理、类型（齿式、摩擦式）运动特性：往复摆动转换为单向间歇转动；有噪音有磨损、运动准确性差设计时满足：自动啮紧条件了解：特点、应用及设计槽轮机构掌握：组成、类型（外槽轮机构、内槽轮机构）、定位装置（锁止弧）运动特性：连续转动转换为单向间歇转动；主动拨销进出槽轮的瞬时其速度应与槽的中心线重合且有软冲第14章机械系统动力学机械动力学分析原理掌握：作用在机械上的力：驱动力、工作阻力等效构件、等效力矩、等效转动惯量、等效力、等效质量、等效动力学模型等效原则：等效力矩、等效力：功或功率相等-5-等效转动惯量、等效质量：动能相等等效方程速度波动的调节和飞轮设计掌握：机器运动的三个阶段：起动阶段、稳定运动阶段（匀速或变速稳定运动）、停车阶段周期性速度波动的原因、一个稳定运动循环调节周期性速度波动的目的（限制速度波动幅值）和方法（增加质量或转动惯量）平均角速度，不均匀系数，飞轮转动惯量计算能量指示图、最大盈亏功、最大速度位置、最小速度位置了解：三个阶段中功能关系、非周期性速度波动的原因及调节方法刚性回转体的平衡掌握：静平衡的力学条件，动平衡的力学条件静平衡原理、动平衡原理第15章螺纹连接掌握：螺纹连接的基本类型、特点及应用螺纹连接的预紧和防松原理、方法单个螺栓连接的强度计算方法螺栓组连接的设计与受力分析提高螺纹连接强度的措施了解：螺纹的类型，各种类型的特点及应用第16章轴掌握：轴按载荷所分类型（心轴、转轴、传动轴）轴的材料、热处理及选择轴的结构设计（结构设计原则、轴上主要零件的布置、轴的各段直径和长度、轴上零件的轴向固定、轴上零件的周向固定、轴的结构工艺性、提高轴的强度和刚度）平键、花键联接的特点、键强度计算轴的失效形式及设计准则轴的强度计算（初步计算方法：按扭转强度计算；按弯扭合成强度计算）了解：轴的功用及类型轴上载荷与应力的类型、性质轴设计的主要内容及特点第17章轴承掌握：对滑动轴承轴瓦和轴承衬材料的要求和常用材料非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式和设计计算方法常用滚动轴承的类型和各自的主要特点选择滚动轴承类型时要考虑的主要因素滚动轴承基本额定寿命的概念；寿命计算滚动轴承当量动负荷的计算角接触球轴承、圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算滚动轴承支撑轴系时的配置方式、应用场合轴承的调整、固定、装拆、预紧、润滑、密封的主要作用和方法了解：轴承的功用滚动轴承和滑动轴承的主要特点及应用场合-6-滚动轴承受载元件的应力分析（定性）四种考试题型选择题、填空题、综合题（分析、设计等）、结构题-7-第三章部分题解参考3-5图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。