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1、机械设计基础期末复习n教学媒体介绍n课程总体要求n考核要求王窈惠王窈惠机械设计教学媒体1.文字教材 机械设计基础，刘颖主编，已由中央广播电视大学出版社出版。教材中既包括了对教学内容的系统讲授、完整叙述，也包括了教学内容的总结、归纳和对重点、难点的讲解。同时各章还附有习题，供学习者使用。机械设计教学媒体2.IP课件 IP课件共13讲，主讲教师：渤海船舶职业技术学院教授唐春龙。本课程的IP课件主要讲授课程的重点、难点、疑点，并为学习者提供学习方法的指导。它与文字教材相互补充，密切配合，目的是帮助同学们学习和掌握课程的教学内容。机械设计教学媒体3.网上资源 在湖南电大的“电大在线”平台的本课程网页上
2、还包括网上教学指导与服务的内容。机械设计教学媒体（1）作业辅导 机械设计基础作业（一）及答案 机械设计基础作业（二）及答案 机械设计基础作业（三）及答案 机械设计基础作业（四）及答案本课程的总体教学要求第一章 静力学基础n力的概念、静力学的四个基本定理n三种约束类型及其约束力n受力分析和受力图的画法n力在轴上的投影，合力投影定理n力矩和力偶n力向一点的简化，平衡方程及其应用下面我们通过讲解一些实例来掌握这些内容。例例1，请请看下看下图图，根据力的可，根据力的可传传性，是否性，是否可以将作用于可以将作用于BC杆上的力杆上的力F沿作用沿作用线线移移动动到到AB杆上？杆上？图11例例2 重力重力为为
3、P的的圆圆球放在板球放在板AC与与墙墙壁壁AB之之间间，如，如图图12a所示。所示。设设板板AC重力不重力不计计，试试作出板与球的受力作出板与球的受力图图。图图123如如图图1 14 4所所示示吊吊杆杆中中A A、B B、C C均均为为铰铰链链连连接接，已已知知主主动动力力F F2kN2kN，AB=BC=400mmAB=BC=400mm，BOBO200mm200mm，求求两两吊杆的受力的大小。吊杆的受力的大小。解：取解：取B点为研究对象，找出约束反力，画出点为研究对象，找出约束反力，画出B点的受力图。点的受力图。n解：先求FAB和FBC的方向，我们能确定在B点处两吊杆AB和BC所承受的拉力方向
4、与水平方向的夹角的大小，根据已知的几何条件：根据已知的几何条件：sin 200/4000.5，30n列列X方向平衡方程：由：方向平衡方程：由：Fx=0得得n n 列列Y方向平衡方程：由方向平衡方程：由 Fy=0 得得n n 联立求解得联立求解得FABFBCF2kN 第二章 常用机构概述n运动副及其类型，运动副的约束n机构运动简图n平面机构的自由度计算及其注意事项n机构具有确定运动的条件了解机构的组成了解机构的组成机构是由若干个构件通过动联结组合而成。机构是由若干个构件通过动联结组合而成。机构是由原动件、从动件和机架三部机构是由原动件、从动件和机架三部分组成的。分组成的。两个构件通过运动副联接以
5、后，构件两个构件通过运动副联接以后，构件的相对运动会受到约束。的相对运动会受到约束。1机构自由度的计算机构自由度的计算n我们知道，机构相对机架所具有的独立运动数目，我们知道，机构相对机架所具有的独立运动数目，称为机构的自由度。在平面机构中，设机构的活称为机构的自由度。在平面机构中，设机构的活动构件数为动构件数为n，在未组成运动副之前，这些活动构，在未组成运动副之前，这些活动构件共有件共有3n个自由度。用运动副联接后便引入了约个自由度。用运动副联接后便引入了约束，并失去了自由度，一个低副因有两个约束而束，并失去了自由度，一个低副因有两个约束而将失去两个自由度，一个高副有一个约束而失去将失去两个自
6、由度，一个高副有一个约束而失去一个自由度，若机构中共有一个自由度，若机构中共有PL个低副、个低副、PH个高副，个高副，则平面机构的自由度则平面机构的自由度F的计算公式为的计算公式为 F=3n2PLPH 例4：如下图21所示的搅拌机，是一个平面四杆机构，计算其自由度。n其活动构件数n=3，低副数PL=4，高副数PH=0，则该机构的自由度为 nF=3n2PLPH=33240=1n2计算自由度应注意的三个问题；计算自由度应注意的三个问题；n（1）复合铰链）复合铰链n（2）局部自由度）局部自由度n（3）虚约束）虚约束例例5 计算图22所示的筛料机构的自由度。图22n去除一个局部自由度、一个虚约束以后，
7、再加上一个复合铰链，我们标注出实际计算图22b，按图22b计算自由度。现在现在机构中的可动构件数为机构中的可动构件数为n=7,PL=9，PH=1，故该机构的自由度为故该机构的自由度为F=3n2PLPHn=372911=23机构运动简图的绘制：机构运动简图的绘制：n首先对机构进行分析，目的在于了解机构的运动特性，即组成机构的各构件是如何工作的，故只需要考虑与运动有关的构件数目、运动副类型及相对位置，而无需考虑机构的真实外形和具体结构，因此常用一些简单的线条和符号画出图形进行方案讨论和运动、受力分析。这种撇开实际机构中与运动关系无关的因素，并用按一定比例及规定的简化画法表示各构件间相对运动关系的工
8、程图形称为机构运动简图机构运动简图。上面的例子所示的就是机构运动简图。4机构具有确定运动的条件是自由机构具有确定运动的条件是自由度数等于主动构件数。度数等于主动构件数。第三章 平面连杆机构n考核重点：了解常见铰链四杆机构的考核重点：了解常见铰链四杆机构的类型、特点及应用类型、特点及应用n掌握铰链四杆机构曲柄的存在条件及掌握铰链四杆机构曲柄的存在条件及类型判别方法类型判别方法n掌握平面四杆机构的运动特性掌握平面四杆机构的运动特性1铰链四杆机构的基本类型 n铰链四杆机构的三种类型n曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构n双曲柄机构双曲柄机构n双摇杆机构双摇杆机构通过下面的例题来了解四杆机构的特点。n如图如图31
9、所示的平面所示的平面四杆机构是否存在曲四杆机构是否存在曲柄，如果存在，哪个柄，如果存在，哪个构件为曲柄？若各构构件为曲柄？若各构件长度不变能否获得件长度不变能否获得双摇杆机构，如何获双摇杆机构，如何获得？得？图31 2平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性n急回特性机构的返回行程速度大于速度大于工作行程速度速度的性质，称为机构的急回特性。n3平面四杆机构的死点位置平面四杆机构的死点位置 摇杆作主动件时，当曲柄与连杆共线时，从动件转向不定或被卡死的现象。第四章 凸轮机构n凸轮机构的组成与应用n凸轮机构的类型和常用运动规律n凸轮机构的压力角和基圆半径第五章 其它常用机构n结合学员的生产实际介
10、绍和了解其它常用机构第六章 构件内力分析基础 n弹性体的概念，变形、内力n拉伸压缩时的内力和变形，轴力图n剪切和挤压变形n圆轴扭转时的内力、扭矩图n弯曲内力分析梁的类型剪力和弯矩剪力图和弯矩图第七章 构件的强度和刚度n应力和应变的概念n拉压应力和应变、胡克定律n材料拉伸时的力学性能n强度条件、许用应力、安全系数n拉压时的强度计算n剪切、挤压、扭转时的强度计算n弯曲应力和强度计算n变应力的概念、疲劳强度的概念n这两章有一些基本的计算要求：如截面法这两章有一些基本的计算要求：如截面法求内力求内力;杆件横截面上的应力计算，强度计杆件横截面上的应力计算，强度计算等。算等。n以拉、压杆为例，轴向拉伸或压
11、缩时，强度条件为：下面我们用例题来加深对上述问题的理解。n例7-1：请看这个例子，图请看这个例子，图61所示为圆截所示为圆截面阶梯杆，直径分别为面阶梯杆，直径分别为d1 20mm，d235mm，F140kN，F220kN，材料的许，材料的许用应力用应力 150Mpa（兆帕），试校核（兆帕），试校核该杆的强度。该杆的强度。n n解：（1）求轴力，取求轴力，取11截面和截面和22截面，截面，由平衡条件可求得各段轴力由平衡条件可求得各段轴力 （2）计算）计算11截面和截面和22截面的应力截面的应力，根据该截面的轴力和面积之间的关系式根据该截面的轴力和面积之间的关系式 n（3）校核强度，为了保证构件具
12、有足够的）校核强度，为了保证构件具有足够的强度，必须使危险截面的应力不超过材料强度，必须使危险截面的应力不超过材料的许用应力，已知许用应用的许用应力，已知许用应用 150MPa n 1127.39 安全安全 2 62.39 安全安全n例2：例题例题72简支梁如图简支梁如图62所示。已所示。已知知F=10KN，作用点在梁的中点，梁的全长，作用点在梁的中点，梁的全长L=4m，=160MPa。试求：（。试求：（1）梁）梁A、B端的约束力；（端的约束力；（2）画出弯矩图；（）画出弯矩图；（3）确）确定横截面的尺寸，定横截面的尺寸，a？n解：（1）以以AB梁为研究对象，画出其受梁为研究对象，画出其受力图
13、，求支座力图，求支座A、B的约束力的约束力 n（2）根据支座反力，画出）根据支座反力，画出AB梁的弯矩图，梁的弯矩图，最大弯矩最大弯矩n在梁的中点在梁的中点。n3）计算截面尺寸）计算截面尺寸，根据题意已知梁的截面，根据题意已知梁的截面形状为矩形，边长为形状为矩形，边长为a，则该梁的抗弯截面，则该梁的抗弯截面系数系数W为为a3/6，因此在最大弯矩处的最大，因此在最大弯矩处的最大正应力与许用应力之间存在关系：正应力与许用应力之间存在关系：n通过此式可算出，通过此式可算出，n就满足安全需要。梁的上边缘受压应力，就满足安全需要。梁的上边缘受压应力，下边缘受拉应力。下边缘受拉应力。第八章 齿轮传动n齿轮
14、传动的类型、渐开线及其特性n渐开线齿廓啮合n直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算n直齿圆柱齿轮的正确啮合条件、连续传动条件、齿轮的加工、根切和最少齿数n斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮主要参数和几何尺寸计算n齿轮的失效形式、受力分析、强度计算的概念及齿轮的结构齿轮传动，主要掌握渐开线标准直齿轮传动，主要掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合原理、几何尺寸齿圆柱齿轮的啮合原理、几何尺寸计算和设计方法。计算和设计方法。n决定渐开线标准直齿圆柱齿轮尺寸的基本决定渐开线标准直齿圆柱齿轮尺寸的基本参数有参数有5个，它们是齿数个，它们是齿数z，模数，模数m，压力角，压力角，齿顶高系数，齿顶高系数ha*和顶隙系数和顶隙系数
15、C*。ha*、c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，国家标准齿制规定：正常齿制ha*=1、c*=0.25，短齿制ha*=0.8、c*=0.3。n齿顶高、齿根高、全齿高及顶隙都是齿轮的径向尺寸。它们与齿轮的几何尺寸之间的计算关系我们要了解清楚。下面我们通过例题来理解如何计算渐开线标准直齿圆柱齿的几何尺寸。n例81某标准渐开线直齿圆柱齿轮，已某标准渐开线直齿圆柱齿轮，已知齿距知齿距p=12.566mm，齿数，齿数Z=25，正常齿，正常齿制。试计算该齿轮的齿顶圆直径、齿根圆制。试计算该齿轮的齿顶圆直径、齿根圆直径、分度圆直径、基圆直径、全齿高和直径、分度圆直径、基圆直径、全齿高和齿厚。齿厚。n解：因已知
16、齿距因已知齿距 p=m，求出，求出n分度圆直径分度圆直径d=mz=4*25=100mmn齿顶圆直径 da=(z+2 ha*)m=108mmn 齿根圆直径df=(z-2 ha*-2c*)m=90mmn全齿高h=(2 ha*+c*)m=9mmn齿厚s=p/2=m/2=6.283mmn基圆直径db=d1cos20=93.97mmn例8-2已知一对外啮合直齿圆柱标准齿轮已知一对外啮合直齿圆柱标准齿轮的的Z1=30,Z2=45，压力角，压力角=20，模数，模数m5mm，齿顶高系数，齿顶高系数ha*1，试求齿轮，试求齿轮1的的分度圆直径，齿顶圆直径，齿根圆直径，分度圆直径，齿顶圆直径，齿根圆直径，两轮啮合
17、传动的中心距和传动比。两轮啮合传动的中心距和传动比。n解：分度圆直径解：分度圆直径 d1mz1530=150mm 齿顶圆直径齿顶圆直径 da1=(z1+2ha*)m=160mm 齿根圆直径齿根圆直径 df1=(z-2ha*-2c*)m=137.5mm 中心距中心距 am(Z1+Z2)/2=187.5mm 传动比传动比 i=z2/z1=1.5 第九章 蜗杆传动n蜗杆传动的类型、特点和应用n蜗杆和蜗轮的主要参数和几何尺寸n蜗杆传动的啮合特点和常用材料第十章 轮系n轮系的组成和应用n定轴轮系的传动比计算n了解周转轮系的传动比计算方法n根据轮系运动时轴线是否固定，可将轮系根据轮系运动时轴线是否固定，可
18、将轮系分为定轴轮系和周转轮系两大类：分为定轴轮系和周转轮系两大类：n（1）定轴轮系）定轴轮系 轮系运动时，所有齿轮轴轮系运动时，所有齿轮轴线都固定的轮系，称为定轴轮系，如图线都固定的轮系，称为定轴轮系，如图10-1所示。齿轮所示。齿轮1，齿轮，齿轮2，齿轮，齿轮2，齿轮，齿轮3，齿轮齿轮3，齿轮，齿轮4，齿轮，齿轮5的轴线都是固定的，的轴线都是固定的，因此此轮系为定轴轮系因此此轮系为定轴轮系.n（2）周转轮系）周转轮系 轮系运动时，至少有一个轮系运动时，至少有一个齿轮的轴线可以绕另一根齿轮的轴线转动，齿轮的轴线可以绕另一根齿轮的轴线转动，这样的轮系称为周轮轮系。轴线可动的齿这样的轮系称为周轮轮
19、系。轴线可动的齿轮称为行星轮，如图轮称为行星轮，如图10-2中齿轮中齿轮2，它既绕，它既绕本身的轴线自转，又绕本身的轴线自转，又绕O1或或OH公转。齿轮公转。齿轮1与齿轮与齿轮3的轴线固定不动，称为太阳轮。的轴线固定不动，称为太阳轮。象这种整个轮系的自由度为象这种整个轮系的自由度为1的周转轮系，的周转轮系，我们称它为行星轮系。我们称它为行星轮系。自由度为自由度为1的周转轮系，为行星轮系。的周转轮系，为行星轮系。自由度为自由度为2的周转轮系的周转轮系,为差动轮系为差动轮系.n下面我们首先要掌握如何计算平行轴定轴下面我们首先要掌握如何计算平行轴定轴齿轮系的传动比。在平行轴定轴齿轮系中，齿轮系的传动
20、比。在平行轴定轴齿轮系中，当首轮轮当首轮轮1的转速为的转速为n1，末轮轮，末轮轮k转速为转速为nk，则此齿轮系的传动比为：则此齿轮系的传动比为：如何计算周转轮系的传动比如何计算周转轮系的传动比呢n在图在图10-2所示行星齿轮系中，行星轮所示行星齿轮系中，行星轮z2既绕既绕本身的轴线自转，又绕本身的轴线自转，又绕O1或或OH公转，因此公转，因此不能直接用定轴轮系传动比计算公式求解不能直接用定轴轮系传动比计算公式求解行星轮系的传动比，而通常采用反转法来行星轮系的传动比，而通常采用反转法来间接求解其传动比，这就是我们引入的周间接求解其传动比，这就是我们引入的周转轮系的转化机构。转轮系的转化机构。n在
21、转化机构中，周转轮系转化机构传动比在转化机构中，周转轮系转化机构传动比的一般公式为：的一般公式为：n以下举例说明如何计算不同类别的齿轮系的传动比。在这类计算中关键是要判定需要计算传动比的轮系是属于什么轮系，判定正确后用对应计算公式对号入座进行计算即可。n例例10-1 在图在图10-1所示的齿轮系中，已知所示的齿轮系中，已知z1=20，z2=40，z2=30，z3=60，z3=25，z4=30，z5=50，均为标准齿轮传动。若，均为标准齿轮传动。若已知轮已知轮1的转速的转速n1=1 440 r/min，试求轮，试求轮5的的转速。转速。z1=20，z2=40，z2=30，z3=60，z3=25，z
22、4=30，z5=50，均为标准齿轮传动。若已知轮，均为标准齿轮传动。若已知轮1的转速的转速n1=1 440 r/min,试求轮试求轮5的转速。的转速。nn5=n1/i=1440/（8）=180r/min n负号表示轮1和轮5的转向相反.n再看一例n图图10-3所示的轮系中，已知所示的轮系中，已知z1=100，z2=101，z2=100，z3=99，均为标准齿轮，均为标准齿轮传动。试求传动。试求iH1。在转化机构中，齿轮在转化机构中，齿轮1与与3的传动比的传动比为：为：第十一章 带传动n带传动的工作原理、类型和应用nV带的标准、主要参数和选择方法n带传动的打滑、弹性滑动、受力和应力的概念nV带带
23、轮的的主要结构第十二章 连接n了解常用螺纹联接、键联接和销联接的特点和应用n螺纹联接的类型、特点和常用螺纹标准件n键联接的类型、特点和应用n常用销联接的类型和特点第十三章 轴n轴的功用和类型n轴的结构、轴与轴上零件的安装和拆卸n了解轴的强度的概念第十四章 轴承n轴承的功用和类型n滚动轴承的特点、类型和结构n常用滚动轴承的代号n常用滚动轴承类型选择和安装拆卸方法第十五章 联轴器和离合器n联轴器和离合器的功用n常用联轴器的类型n常用离合器的类型课程考核基本课程考核基本要求要求形考与终考的关系n本课程的考核主要由两部分组成形成性考核与终结考核n形成性考核以平时作业的形式考核主要是考核学生平时对本课程
24、的知识和内容的掌握情况用开卷作业的方式考核在终结考试中不易考核的内容n终结性考核以卷面的形式半开卷考试90分钟系统的考核学生对本课程重点内容的掌握情况终结性考核n用卷面的形式考核，考试的形式是半开卷考试90分钟n题型的组成：判断题、选择填空题、简答题和计算题等判断题n主要以考核学员对基本理论的理解能力，如刚体受三个力作用时，这三个力的作用线必交于一点。（）n对基本概念的掌握情况力偶的力偶矩大小与矩心的具体位置无关。（）n对机械设计基础知识的掌握情况工作中转动的轴称为转轴。（）填 空 题n考核学员对机械设计基本概念和基本理论的掌握情况，如1.对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取_为机架
25、，将得到双曲柄机构。A最长杆 B与最短杆相邻的构件 C最短杆 D与最短杆相对的构件2为保证平面四杆机构良好的传力性能，_不应小于最小许用值。A压力角 B传动角 C极位夹角D啮合角3.渐开线齿廓基圆上的压力角_。A大于零 B小于零 C等于零 D 等于204渐开线齿廓形状取决于_直径大小。A基圆 B分度圆 C节圆 D齿顶圆简答题n考核学员对基本概念、基本原理和设计方法的掌握情况，如：n什么是刚度?对有些承受载荷的构件为何要提出刚度的要求?计算题n考核学员对机械设计基本计算的掌握情况，如计算图示机构的自由度,并指出复合铰链、局部自由度和虚约束 一渐开线标准直齿圆柱齿轮，已知齿数Z25，模数m4mm，压力角20，ha*1，c*0.25。试求该齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径和分度圆齿厚求图示梁支座的约束反力。已知：F=2 kN。计算题说明n静力学计算中的约束分析以柔性约束、光滑面约束和铰链约束为主n梁的分析以三段以下、集中力和集中力偶为主n设计计算以参数计算为主，强度计算和结构分析计算一般在形成性考核中进行，这里只对简单的理论计算做考核谢谢各位老师和同学,预祝大家新年快乐!王窈惠 Tel：0731-82821772 E-mail：715567681QQ.com