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机械设计基础-2016

同志学

1 第1章机械设计总论
- 1.1 本章学习要求
- 1.2 第1课课程简介
- 1.3 第2课机械概述
- 1.4 第3课机械零件概述
- 1.5 小结
- 1.6 参考教材
- 1.7 作业解析
2 第2章平面机构的组成与自由度
- 2.1 本章学习要求
- 2.2 第1课平面机构的组成
- 2.3 第2课平面机构运动简图及其绘制
- 2.4 第3课平面机构的自由度
- 2.5 第4课速度瞬心法运动分析
- 2.6 动画赏析
- 2.7 小结例题与习题
- 2.8 参考教材
- 2.9 作业解析
- 2.10 网课讲课录屏
3 第3章平面连杆机构
- 3.1 本章学习要求
- 3.2 第1课铰链四杆机构的基本形式与特性
- 3.3 第2课铰链四杆机构的演化机构与特性
- 3.4 第3课平面四杆机构的设针
- 3.5 动画赏析
- 3.6 小结例题与习题
- 3.7 参考教材
- 3.8 作业解析
- 3.9 网课讲课录屏
4 第4章凸轮机构
- 4.1 本章学习要求
- 4.2 第1课凸轮机构类型与应用
- 4.3 第2课凸轮机构的设计
- 4.4 第3课从动件的运动规律
- 4.5 第4课凸轮机构自锁
- 4.6 动画赏析
- 4.7 小结例题与习题
- 4.8 参考教材
- 4.9 作业解析
- 4.10 网课讲课录屏
5 第5章齿轮传动
- 5.1 本章学习要求
- 5.2 第1课齿轮传动的类型
- 5.3 第2课齿廓啮合基本定律
- 5.4 第3课渐开线齿廓与齿轮几何尺寸
- 5.5 第4课直齿圆柱齿轮啮合传动条件
- 5.6 第5课渐开线齿轮根切现象
- 5.7 第6课直齿圆柱齿轮设计计算
- 5.8 第7课斜齿圆柱齿轮传动
- 5.9 第8课直齿圆锥齿轮传动
- 5.10 第9课齿轮传动设计中的主要问题
- 5.11 趣味动画
- 5.12 小结例题与习题
- 5.13 参考教材
- 5.14 作业解析
- 5.15 网课讲课录屏
6 第6章蜗杆传动
- 6.1 本章学习要求
- 6.2 第1课蜗杆传动的类型与几何尺寸
- 6.3 第2课蜗杆传动设计计算
- 6.4 小结例题与习题
- 6.5 参考教材
- 6.6 作业解析
- 6.7 网课讲课录屏
7 第7章轮系及其功用
- 7.1 本章学习要求
- 7.2 第1课定轴轮系及其传动比
- 7.3 第2课周转轮系及其传动比
- 7.4 第3课混合轮系及其传动比
- 7.5 第4课轮系功用及特殊行星轮系简介
- 7.6 趣味动画
- 7.7 小结例题与习题
- 7.8 参考教材
- 7.9 作业解析
- 7.10 网课讲课录屏
8 第8章间歇运动机构及组合机构简介
- 8.1 本章学习要求
- 8.2 第1课棘轮机构
- 8.3 第2课槽轮机构
- 8.4 第3课凸轮式间歇运动机构
- 8.5 第4课不完全齿轮机构
- 8.6 第5课组合机构
- 8.7 趣味动画
- 8.8 小结例题与习题
- 8.9 参考教材
- 8.10 作业解析
- 8.11 网课讲课录屏
9 第9章带传动及链传动
- 9.1 本章学习要求
- 9.2 第1课带传动概述
- 9.3 第2课带传动工作情况分析
- 9.4 第3课带传动设计计算
- 9.5 第4课链传动组成和类型
- 9.6 第5课链传动工作情况分析
- 9.7 第6课链传动设计计算
- 9.8 趣味动画
- 9.9 小结例题与习题
- 9.10 参考教材
- 9.11 作业解析
- 9.12 网课讲课录屏
10 第10章螺纹连接与螺旋传动
- 10.1 本章学习要求
- 10.2 第1课螺纹类型
- 10.3 第2课螺纹连接基本类型
- 10.4 第3课螺纹连接的预紧与防松
- 10.5 第4课螺栓连接的设计计算
- 10.6 第5课螺栓组连接的设计
- 10.7 第6课螺旋传动简介
- 10.8 趣味动画
- 10.9 小结例题与习题
- 10.10 参考教材
- 10.11 作业解析
- 10.12 网课讲课录屏
11 第11章轴及轴毂连接
- 11.1 本章学习要求
- 11.2 第1课轴的功用材料和结构设计
- 11.3 第2课轴的工作能力计算
- 11.4 第3课轴毂连接
- 11.5 趣味动画
- 11.6 小结例题与习题
- 11.7 参考教材
- 11.8 作业解析
- 11.9 网课讲课录屏
12 第12章轴承
- 12.1 本章学习要求
- 12.2 第1课机械中的摩擦磨损与润滑
- 12.3 第2课滑动轴承
- 12.4 第3课滚动轴承类型与代号
- 12.5 第4课滚动轴承选择计算
- 12.6 第5课滚动轴承组合设计
- 12.7 趣味动画
- 12.8 小结例题与习题
- 12.9 参考教材
- 12.10 作业解析
- 12.11 网课讲课录屏
13 第13章联轴器、离合器和制动器
- 13.1 本章学习要求
- 13.2 第1课概述
- 13.3 第2课联轴器
- 13.4 第3课离合器
- 13.5 第4课制动器
- 13.6 趣味动画
- 13.7 小结例题与习题
- 13.8 参考教材
- 13.9 作业解析
- 13.10 网课讲课录屏
14 第14章机械的调速和平衡
- 14.1 本章学习要求
- 14.2 第1课速度波动及其调节
- 14.3 第2课回转件的平衡
- 14.4 趣味动画
- 14.5 小结例题与习题
- 14.6 参考教材
- 14.7 作业解析
- 14.8 网课讲课录屏
15 第15章机械系统设计及减速器简介
- 15.1 第1课减速器简介
- 15.2 第2课减速器组成与结构
- 15.3 第3课减速器的制造
- 15.4 第4课减速器结构设计
- 15.5 趣味动画
- 15.6 小结
16 第16章弹簧
- 16.1 第1课弹簧的功用
- 16.2 第2课弹簧的材料
- 16.3 第3课圆柱螺旋弹簧的设计计算
- 16.4 小结例题与习题
17 课程设计—减速器设计
- 17.1 教学管理规定
- 17.2 设计成果要求
- 17.3 设计过程指导
- 17.4 学生优秀成果展示
- 17.5 参考资料
- 17.6 知识拓展
18 机械设计基础实验
- 18.1 网上实验室
- 18.2 预约实验项目
  - 18.2.1 机构运动创新实验
  - 18.2.2 机构运动简图测绘
  - 18.2.3 带传动滑动率与效率测试
  - 18.2.4 齿轮范成原理
  - 18.2.5 轴系组合设计
- 18.3 慧鱼实验与创新比赛
  - 18.3.1 慧鱼产品介绍
  - 18.3.2 优秀参赛作品
19 《机械原理》
- 19.1 第一章绪论
- 19.2 第二章自由度计算
  - 19.2.1 习题解答
  - 19.2.2 三导参考
- 19.3 第三章运动分析
  - 19.3.1 习题解答
  - 19.3.2 三导参考
- 19.4 第四章力分析
  - 19.4.1 习题解答
  - 19.4.2 三导参考
- 19.5 第五章机械效率
  - 19.5.1 习题解答
  - 19.5.2 三导参考
- 19.6 第六章平衡
  - 19.6.1 习题解答
  - 19.6.2 三导参考
- 19.7 第七章调速
  - 19.7.1 习题解答
  - 19.7.2 三导参考
- 19.8 第八章连杆机构
  - 19.8.1 习题解答
  - 19.8.2 三导参考
- 19.9 第九章凸轮机构
  - 19.9.1 习题解答
  - 19.9.2 三导参考
- 19.10 第十章齿轮机构
  - 19.10.1 习题解答
  - 19.10.2 三导参考
- 19.11 第十一章齿轮系
  - 19.11.1 习题解答
  - 19.11.2 三导参考
- 19.12 第十二章其他机构
  - 19.12.1 习题解答
  - 19.12.2 三导参考
- 19.13 第十三章机器人机构
  - 19.13.1 习题解答
  - 19.13.2 三导参考
- 19.14 第十四章机械系统
  - 19.14.1 习题解答
  - 19.14.2 三导参考
- 19.15 机械原理考试题库
  - 19.15.1 西北地区机械原理题库
  - 19.15.2 三导参考
- 19.16 机械原理课程设计
20 ANSYS Workbench
- 20.1 张烨讲静力学有限元分析（一）
- 20.2 张烨讲静力学有限元分析（二）
- 20.3 强哥讲解ANSYS2020(一)
- 20.4 强哥讲解ANSYS2020(二)
- 20.5 ANSYS经典版
- 20.6 Workbench静力学分析技巧
- 20.7 动力学分析——振动
- 20.8 压力容器分析
21 液压
- 21.1 液压原理
22 矿山机械
- 22.1 矿物加工
23 拓展知识
- 23.1 专业词汇中英文对照
- 23.2 工程材料
- 23.3 焊接符号与使用
24 课外科技
- 24.1 先进技术
  - 24.1.1 先进技术(1)
  - 24.1.2 先进技术(2)
  - 24.1.3 先进技术(3)
  - 24.1.4 先进技术(4)
- 24.2 生产线
  - 24.2.1 生产线（1）
  - 24.2.2 生产线（2）
- 24.3 机械加工厂区
  - 24.3.1 机械加工区（1）
  - 24.3.2 机械加工区（2）
- 24.4 机械结构与艺术
  - 24.4.1 机械艺术（1）
  - 24.4.2 机械艺术（2）
- 24.5 电梯
  - 24.5.1 塔式起重机
  - 24.5.2 施工电梯
  - 24.5.3 乘梯
- 24.6 汽车工程
  - 24.6.1 动画解析汽车传动系统
  - 24.6.2 发动机
  - 24.6.3 转向系统
  - 24.6.4 变速器
  - 24.6.5 零部件构造
  - 24.6.6 特种车辆
- 24.7 航天馆
  - 24.7.1 飞船
  - 24.7.2 空间站
  - 24.7.3 探月工程
25 毕业设计资料
- 25.1 采样机资料

小结例题与习题

1 本章小结
2 典型例题
3 习题详解

第02章小结01.jpg

第02章小结02.jpg

常见题型精解

例1.1 试绘制图1.1（a）所示偏心回转油泵机构的运动简图（其各部分尺寸可由图中直接量取），并判断该机构是否具有确定的运动。图中偏心轮1绕固定轴心A转动，外环2上的叶片a在可绕轴心C转动的圆柱3中滑动。当偏心轮1按图示方向连续回转时，可将低压油由右端吸入，高压油从左端排出。

$说明: 第一章图\未命名-1.gif$

图1.1(a)

‍答案
（1）选取合适的长度比例尺绘制此机构的运动简图，如图1.1（b）所示。

图1.1（b）
（2）计算机构的自由度
此机构为曲柄摇块机构。由图1.1（b）可知，，，由式（1-1）计算该机构的自由度为

又该机构有一个原动件，所以此机构具有确定的运动。‍

‍【评注】
绘制机构运动简图时，关键是分析相连两个构件的约束关系，确定运动副的类型，然后再用规定的符号表示出来。‍

例1.2 试计算图1.2所示凸轮—连杆组合机构的自由度。

图1.2

‍答案
在图1.2中，B，E两处的滚子转动为局部自由度，C，F处虽各有两处与机架接触构成移动副，但都各算一个移动副，该机构在D处虽存在轨迹重合的问题，但由于D处相铰接的双滑块为一个自由度为零的Ⅱ级杆组，即D处未引入约束，故机构中不存在虚约束。
将机构中的局部自由度除去不计，则有，，，于是可得该机构的自由度为
‍

‍【评注】
注意，如果将该机构中D处相铰接的双滑块改为相固联的十字滑块时，则机构中就存在一个虚约束。在机构中，两构件构成运动副所引入的约束起着限制两构件之间某些相对运动，使相对运动或自由度减少的作用。但在机构中，某些运动副和构件带入的约束可能与机构所受的其他约束相重复，因而对机构的运动实际上不起约束作用，这种约束就是虚约束。‍

例1.3 试计算图1.3所示的精压机构的自由度。

图1.3

‍答案
由图1.3可以发现，该机构中存在结构对称部分，从传递运动的独立性来看，有机构ABCDE就可以了，而其余部分为不影响机构运动传递的重复部分，故引入了虚约束。
将机构中引入虚约束的重复部分去掉不计，则，（C处为复合铰链），，于是可得该机构的自由度为
‍

‍【评注】
存在虚约束的机构，一般常具有相似或对称部分的结构特征。所以，如研究的机构在结构上具有相似或对称部分，就有可能存在虚约束，因而就要注意分析，以免发生错误。‍

例1.4 试计算图1.4所示机构的自由度。

图1.4

‍答案
图1.4所示的楔块机构全由移动副组成，此机构中，，于是由式（1-2）可得该机构的自由度为
‍

‍【评注】
这里应注意，若机构中只存在移动副，在各构件之间不出现相对转动，这时机构自由度的计算不能用式（1-1），只能用式（1-2）来计算，否则会导致计算错误。‍

例1.5 图1.5所示的凸轮机构中，已知，，，，凸轮1 以等角速度逆时针转动，比例尺。试用瞬心法求从动件2的角速度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\无标题.png$

‍答案

图1.5
由三心定理求出所需的瞬心，和，则点处的速度为
则（逆时针）

‍【评注】
利用速度瞬心法对某些平面机构，特别是平面高副机构，进行速度分析是比较简便的。求两构件的角速度之比，一般先分别求出两构件与机架的瞬心（绝对瞬心）和这两个构件的瞬心（相对瞬心），然后连接三点成一直线，那么两构件的角速度之比等于其绝对速度瞬心连线被相对速度瞬心分得的两线段的反比。如果两构件的相对瞬心内分该连线，则两构件转向相反，反之则转向相同。‍

例1.6 已知一牛头刨床机构的机构运动简图如图1.6所示，设在图示瞬间构件1的角速度为，机构各部分尺寸见图。

（1）计算此机构的自由度；

（2）试求图示位置滑枕的速度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\无标题.png$

‍答案
（1）计算机构的自由度
       在该机构中，，（F和处的移动副只能算一个），，因此该机构的自由度为

（2）速度分析

图1.6
先求出构件3的绝对瞬心的位置，再求出瞬心的位置。因为为构件1和3的等速重合点，所以
       与转向相同，因为外分连线。则有
         （水平向左）
       或者求出瞬心的位置，直接利用瞬心求得
       （水平向左）‍

‍【评注】
应用速度瞬心进行平面机构的速度分析，就是利用瞬心是两构件的等速重合点这一桥梁，将两个构件的速度在瞬心处直接联系起来。‍

课后习题详解

【1-1】 绘出图示机构的机构运动简图。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\001 - 副本.jpg$

‍答案
机构运动简图如图所示。
$说明: 第一章图\题1-1.gif$ ‍

【1-2】 绘出图示机构的机构运动简图。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\001.jpg$

‍答案
机构运动简图如图所示。
‍ $说明: 第一章图\题1-2.gif$ ‍‍

【1-3】 绘出图示机构的机构运动简图。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\002 - 副本.jpg$

‍答案
机构运动简图如图所示。
$说明: 第一章图\题1-3.gif$ ‍

【1-4】 绘出图示机构的机构运动简图。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\002.jpg$

‍答案
机构运动简图如图所示。
$说明: 第一章图\题1-4.gif$ ‍

【1-5】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\003 - 副本.jpg$

‍答案
复合铰链、局部自由度和虚约束如图所示。
$说明: 第一章图\题1-5.gif$

‍

【1-6】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\003.jpg$

‍答案
复合铰链、局部自由度和虚约束如图所示。
$说明: 第一章图\题1-6.gif$
‍

【1-7】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\005 - 副本 (2).jpg$

‍答案

‍

【1-8】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\005 - 副本 (3).jpg$

‍答案
‍

【1-9】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\005 - 副本 (4).jpg$

‍答案
复合铰链、局部自由度和虚约束如图所示。
$说明: 第一章图\题1-9.gif$
‍

【1-10】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\005 - 副本 (5).jpg$

‍答案
复合铰链、局部自由度和虚约束如图所示。
$说明: 第一章图\题1-10.gif$
‍

【1-11】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\005 - 副本 (6).jpg$

‍答案
复合铰链、局部自由度和虚约束如图所示。
$说明: 第一章图\题1-11.gif$
‍

【1-12】指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\无标题.png$

‍答案
复合铰链、局部自由度和虚约束如图所示。
$说明: 第一章图\题1-12.gif$
‍

【1-13】 求出图示导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速比。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\006 - 副本 (2).jpg$

‍答案
该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件1、3的角速比为：

$说明: 第一章图\题1-13.gif$
图1.23 题1-13图
‍

【1-14】 求出图示正切机构的全部瞬心。设，求构件3的速度。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\006 - 副本 (3).jpg$

‍答案
该正切机构的全部瞬心如图所示，构件3的速度为：，方向垂直向上。

$说明: 第一章图\题1-14.gif$
图1.24 题1-14图‍

【1-15】 如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的角速度之比。

$说明: C:\Users\Administrator\Pictures\006 - 副本 (4).jpg$

‍答案
要求轮1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。则：
，轮2与轮1的转向相反。

$说明: 第一章图\题1-15.gif$
图1.25 题1-15图‍

【1-16】 试论证：

(1)图a所示的构件组合是不能产生相对运动的刚性桁架：

(2)这种构件组合若满足图b所示尺寸关系：AB=CD=EF,BC=AD,BE=AF,则构件之间可以产生相对运动。

（a）（b）

图1.26 题1-16图

‍答案
（1）图a中的构件组合的自由度为：

自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。

（2）图b中的CD杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。故图b中机构的自由度为：

所以构件之间能产生相对运动。‍

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