昆明理工大学机械设计基础四版学习概要及作业集（下册）0825

《机械设计基础》

学习概要及作业集

（下 册）

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昆 明 理 工 大 学

《机械设计基础》学习概要及作业集（下册）

目 录

第二章 平面连杆机构--------------------------------------------------------------3 第四章 齿轮机构--------------------------------------------------------------------7 第九章 第十一章第十三章第十六章

机械零件设计概论--------------------------------------------------------11 齿轮传动--------------------------------------------------------------------------------- 12 带传动和链传动-----------------------------------------------------------16 滚动轴承--------------------------------------------------------------------20

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第二章 平面连杆机构

教学目标

1、 知道何谓平面连杆机构？它有哪些优、缺点？ 2、 清楚平面连杆机构有哪些运动和动力特性？ 3、 知道铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么？ 4、 对机构演变的方法有所了解。 5、 掌握四杆机构设计的几种方法。 6、 了解常用四杆机构的特点及实际应用。

具体内容 1、平面连杆机构的特点 2、铰链四杆机构的基本类型和特性 3、铰链四杆机构曲柄存在条件 4、平面四杆机构的演变方法 5、平面四杆机构的设计

基本要求 平面连杆机构的优缺点及应用；急回特性、极位夹角、行程速比系数、压力角、传动角、最小传动角及其出现位置、死点；曲柄存在条件，图解法设计四杆机构。 重 点 铰链四杆机构的基本形式；铰链四杆机构的运动特性；曲柄存在条件；四杆机构的应用

难 点 平面四杆机构的演化 习 题

2—１ 试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是

双摇杆机构。为什么？

3

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2—5 试用图解法设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。要求踏板CD在水平位置上下各摆

10°，且=500mm，=1000mm。（求曲柄AB和连杆BC 的长度）

2—6 试用图解法设计曲柄摇杆机构。已知摇杆长度＝100mm，摆角比系数K=1.2，最小传动角≥40°。

4

=30°，行程速

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2—7设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程s=50mm，偏心距e=16mm，行程速度变化系数K=1.2，求曲柄和连杆的长度。

2—8 用作图法设计一导杆机构。已知机架长=100mm，K=1.4，求曲柄长度。

5

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2—10 试用图解法设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门启闭机构。已知炉门上两活铰链的中心距为50mm，炉门打开成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上(如虚线所示)，固定铰链安装在y—y轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。

思考题

１. 何谓平面连杆机构，它有哪些优、缺点？

２. 行程速比系数是一个周期中最大速度与最小速度之比吗？ ３. 给出机构运动简图，您能求出机构的行程速比系数吗？

４. 何谓“压力角”、“传动角”？若机架为最长杆，曲柄摇杆机构的最小传动角出现在什么位置？

５. 机构在什么情况下会出现死点，试列举利用死点、消除死点的例。 ６. 消除平行四边形机构运动不确定性的方法有哪些？

７. 铰链四杆机构存在整转副的条件是什么？若满足整转副存在的条件，那么在什么情况下，铰链四杆机构是曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆机构？

８. 曲柄滑块机构是否具有急回特性？是否存在死点？其最小传动角出现在什么位置？ ９. 机构演化的方法有哪些？请列举应用。

10. 给定行程速比系数和摇杆摆角，您能设计出曲柄摇杆机构吗？ 11. 给定连杆长度和连杆的三个位置，您能设计出铰链四杆机构吗？

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第四章 齿轮机构

齿轮机构主要由主、从动齿轮和机架三个构件组成，是最简单的高副机构之一，也是机械中应用最广的一种机构。 教学目标

1、齿轮机构有哪些优缺点?

2、要使齿轮机构连续平稳地运转，对齿轮齿廓曲线和主要参数有什么要求？ 3、复杂的齿廓曲面是怎样加工出来的？各种加工方法有何特点？ 4、直齿、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮的联系与各自的特点？ 内 容

1、齿轮机构的特点和类型 3、渐开线齿廓 5、渐开线标准齿轮的啮合 7、根切现象、最少齿数及变位齿轮 9、直齿圆锥齿轮机构

2、齿廓啮合基本定律

4、齿轮各部分的名称与尺寸计算 6、渐开线齿轮的切齿原理 8、平行轴斜齿齿轮机构

基本要求 齿轮机构的优缺点；齿轮机构连续平稳运转的条件；齿轮尺寸计算；加工方法； 根切现象与最少齿数；斜齿圆柱齿轮的特点；当量齿轮与当量齿数。

重 点 齿轮机构连续平稳运转的条件；齿轮的尺寸计算；加工方法；斜齿圆柱齿轮的特点；当量齿轮与当量齿数。

难 点 加工方法；根切现象与最少齿数；当量齿轮与当量齿数。 习 题

4—1已知一对外啮合正常齿标准直齿圆柱齿轮 m=3mm，=19 =41，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高，齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、基圆直径、齿厚和齿槽宽。

7

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4—７试根据图4—15b证明：正常齿制标准渐开线直齿圆柱齿轮用齿条刀具加工时，不产生根切的最少数≈17。并求短齿制标准渐开线直齿圆柱齿轮用齿轮条刀具加工时的最少齿数。

4—11已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿a?250mm,z1?23,z2?98,mn?4mm,

试计算其螺旋角、端面模数、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。。

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4—16 已知一对等顶隙收缩齿渐开线标准直齿圆锥齿轮的∑=90°，=17，=43，=3mm，试求分度圆锥角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、外锥距、齿顶角、齿根角、根锥角和当量齿数。

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4—17 试述一对直齿圆柱齿轮、一对斜齿圆柱齿轮、一对直齿圆锥齿轮的正确啮合条件。

思考题

１. 齿轮机构(齿轮传动)有哪些优缺点？ ２. 一对齿廓定比啮合传动的条件是什么？

３. “渐开线”有哪些性质？为什么说“渐开线齿廓满足定比啮合的条件”？ ４. 齿轮机构的“正确啮合条件”是什么？ ５. 何谓标准齿轮？何谓标准中心距？

６. 试用图示说明：齿轮模数、齿数改变对轮齿大小、形状的影响(假定分度圆直径不变)。 ７. 何谓齿轮压力角？对标准齿轮标准中心距安装来讲，齿轮压力角与啮合角有何关系？ ８. 标准齿轮标准中心距传动，传动比等于4，模数一定。 问：① 哪个齿轮齿根厚度大些？

② 试作图求出重叠系数的大小。

③ 请试着导出重叠系数的计算公式。 ９. 渐开线标准齿轮的齿根圆是否一定比基圆大？

10. 何谓“根切”？试证明正常齿制标准齿轮不产生根切的最小齿数是17。 11. “正变位增大齿厚，负变位减小齿厚”。这种说法对吗？

12. 斜齿圆柱齿轮正确啮合条件是什么？其法向压力角、法向模数与端面压力角、端面模数有什么样的关系？其当量齿数与实际齿数有什么样的关系？

13. 直齿圆锥齿轮传动比与两齿轮分度圆锥的锥角有何关系？其当量齿数与实际齿数有什么样的关系？

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第九章 机械零件设计概论

前面几章着重介绍了常用机构和机器动力学的基本知识。以后各章主要是从工作原理、承载能力、构造和维护等方面论述通用机械零件的设计问题。其中包括如何合理确定零件的形状和尺寸，如何适当选择零件的材料，以及如何使零件具有良好的工艺性等。 本章扼要介绍机械零件设计计算的共同性问题。 教学目标

明确概念：失效、工作能力、承载能力、计算准则、强度、互换性、公差、配合、工艺性。

会正确判断应力的性质；明确提高强度、耐磨性的原则措施；清楚铸铁和钢最主要的性质差别；会查手册选材、确定公差；明确提高工艺性的原则措施。 教学内容 零件设计概述 零件的体积强度 零件的接触强度 零件的耐磨性 常用材料及其选择 互换性简介 零件工艺性与标准化 基本要求

概念：失效、承载能力、计算准则、计算应力、强度、公差、配合、间隙配合、过渡配合、过盈配合。清楚影响零件疲劳强度、接触强度的主要因素。 重 点 零件失效形式；强度及其影响因素。 难 点 强度及其影响因素；三种性质的配合。 思考题

1、概念：失效、承载能力、计算准则、计算应力、磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、互换性、公差、配合、基轴制、基孔制。

2、根据应力循环特性，应力分为哪几种？下图中齿轮1、2、3的齿根弯曲应力各为什么循环特性？齿面接触应力呢？

3、简述提高零件疲劳强度(体积强度)的因素。 4、举例说明应力集中对强度的影响。 5、试根据赫兹公式和接触强度判定条件简述 提高零件接触疲劳强度的措施。 6、简述提高零件耐磨性的原则措施。 7、选择零件的材料应考虑哪几方面的问题？

8、就机械、制造性能来讲，铸铁和钢的主要区别有哪些？

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第十一章 齿轮传动

大多数齿轮传动不仅用来传递运动，而且还要传递动力。因此，齿轮传动除须运转平稳外，还必须具有足够的承载能力。有关齿轮机构的啮合原理、几何计算和切齿方法已在第４章论述。本章以上述知识为基础，论述齿轮传动的承载能力及与运行有关的一些问题。 按照工作条件，齿轮传动可分为闭式和开式传动两种。闭式传动的齿轮封闭在刚性金属箱体内，能保证良好的润滑和工作条件，重要的齿轮传动都采用闭式传动；开式传动的齿轮是外露的，不能保证良好的润滑，而且易落入灰尘、杂质，故齿面容易磨损，只宜用于低速传动。 教学目标

知道齿轮的主要失效形式、常用齿轮材料。了解齿轮传动的精度。会计算作用力的大小、判定作用力的方向。知道影响齿轮接触疲劳强度、弯曲疲劳强度的主要因素。能够根据给定条件正确设计齿轮传动、正确选用润滑方式与润滑剂。了解圆弧齿轮传动原理。 基本要求

齿轮主要失效形式及相应增强措施，常用齿轮材料，作用力计算与作用力方向判定，影响齿轮接触强度、弯曲强度的主要因素。

重 点 齿轮主要失效形式，作用力计算与作用力方向判定，接触强度计算、弯曲强度计算。

难 点 影响齿轮制造成本和工作性能(接触强度、弯曲强度、工作平稳性)的主要因素。 习 题

11—５已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比 i=4.6，

动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，单级传动的强度。

=730r/min，P=30kW，长期双向转

=27，大小齿轮都用40Cr表面淬火，试计算此

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11—7 设斜齿圆柱齿轮传动的转动方向及螺旋线方向如图所示，试画出轮１为主动时和

轮２为主动时轴向力和的方向。当轮２为主动时，试画出作用在轮２上的圆周力轴向力和径向力的作用线和方向。

、

11—9 设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：1）低速级斜齿轮的螺旋

线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2）低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。

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11—11已知单级闭式斜齿轮传动，P=10kW，=1210r/min，i=4.3，电动机驱动，双向传动，中等冲击载荷，设小齿轮用40MnB调质，大齿轮用45钢调质，=21，试计算此单级斜齿轮传动。

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思考题

１. 齿轮常用热处理方法有哪些？各适合于什么场合？

２. 齿轮传动的可能失效形式有哪些？开、闭式齿轮的失效形式有何异同？ ３. 齿轮计算中用的载荷系数应考虑哪些方面的影响？

４. 一对相互啮合的标准齿轮，若大小齿轮的材质完全相同，那么两轮的齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度关系怎样？若小齿轮的材质远优于大齿轮，弯曲疲劳强度和接触疲劳强度又怎样变化？

５. 今有材质完全相同的两对标准齿轮，将它们用于完全相同的工况下，两对齿轮的参数如下：Ⅰ、Z1=20， Z2=80， m=4 ；Ⅱ、Z1=32 ，Z2=128，m=2.5。问：在高速闭式传动工况下，哪一对齿轮更好些？

６. 怎样判定斜齿轮传动、蜗杆传动作用力三个分量的方向？

７. 一根轴上装有两个斜齿轮(一个主动，一个从动)，要使两个齿轮的轴向力相互抵消一些，两轮的螺旋线方向应该怎样？ 要使两轮轴向力完全抵消，它们的螺旋角应满足什么关系？

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第十三章 带传动和链传动

带传动和链传动都是借助于中间扰性件(带或链)来传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。在这种场合下，与应用广泛的齿轮传动相比，它们具有结构简单、成本低廉等优点。

因此，带传动和链传动也是常用的传动。 教学目标

知道：带、链传动的特点与适用场合；打滑、弹性滑动、带传动设计准则、跳齿等概念；影响带传动工作能力的因素；正确安装和布置带、链传动。

能够正确设计V带传动；正确选择链传动的参数。 了解普通V带、套筒滚子链及带、链轮的构造。 基本要求

带、链传动的特点与类型，带传动受力分析，带的应力分析，弹性滑动和传动比，普通Ｖ带传动的计算，链传动的运动和受力分析，链传动的主要参数及选择，滚子链传动的计算，带、链传动的布置。 重 点

带传动受力分析，带的应力分析，弹性滑动和传动比，链传动的运动和受力分析，链传动的主要参数及选择。 习 题

13—1图示平带传动，已知两带轮直径分别为150mm和400mm，中心距等于1000mm，小轮主动、转速为 1460r/min。试求：(1)小轮包角；(2)带的几何长度；(3)滑动率=0.015时大轮的实际转速；(4)不考虑带传动的弹性滑动时大轮的转速。

13—2上题中，若传递功率为5kW，带与带轮间的摩擦系数f=0.3，所用平带每米长的质量q=0.35kg/m， 试求：(1)带的紧边、松边拉力；(2)此带传动所需的初拉力；(3)作用在轴上的压力。

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13—6试计算图示带式输送机中的普通Ｖ带传动（确定带的型号、长度及根数）。已知电动机额定功率为7.5kW，转速=1450r/min，从动带轮的转速=610r/min，单班工作制。

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13—9一链传动，链轮齿数=21、=53、链条型号为10A、链长=100节。采用三圆弧一直线齿形，试求两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动中心距。

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13—11试设计一往复式压气机上的滚子链传动。已知电动机转速=960r/min，P=3KW，压气机转速=330r/min，试确定大、小链轮齿数，链条节距，中心距和链节数。 思考题

１. 带传动有哪些优缺点？链传动呢？

２. 动力传动为什么多用V带传动而少用平带传动？ ３. 影响带传动传递能力的主要因素有哪些？ ４. 带传动为何存在弹性滑动？该现象能避免吗？

５. 带传动在什么情况下会出现打滑？若出现打滑，则打滑首先出现在何处？若出现断带的情况，带应在何处断？ ６. 带传动的设计准则是什么？

７. 一V带传动传递功率一定，但工作时有两种转速(960、1440)rpm。问：该带传动应按哪一个转速设计？为什么？

８. 带传动靠摩擦传力，张紧力越大越好？带轮工作面越粗糙越好？ ９. 试分析：链条节距增大会带来的哪些利弊？

10. 链节数常取偶数，链轮齿数怎样取最好？有一滚子链传动，其链节数等于132，Z1=22，Z2=66。问使用维护中应怎样做才能延长该链传动的使用寿命？ 11. 链传动中，小链轮齿数太大或太小会出现什么问题？

12. 为什么水平布置的大中心距带传动应紧边在下；而水平布置的大中心距链传动则应紧边在上？

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第十六章 滚动轴承

教学目标与基本要求 通过学习本章，应该

① 知道滚动轴承的基本类型和特点

② 对滚动轴承的代号有所了解，并具有一定的熟悉程度。 ③ 会滚动轴承的选择计算。 ④ 会轴承组合结构设计。

重 点 滚动轴承类型选择及选择计算，轴承组合结构设计 习 题

16—1 说明下列型号轴承的类型、尺寸系列、结构特点、公差等级及其适用场合。6005，N209/P6，7207CJ，30209/P5。

16—3 根据工作条件，某机械传动装置中轴的两端各采用一个深沟球轴承支承，轴颈d=35mm，转速n=2000r/min，每个轴承承受径向载荷Fr=2000N，常温下工作，载荷平稳，预期寿命Lh=8000h，试选择轴承。

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16—6根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触球轴承，如图所示。已知两个轴承的载荷分别为=1470N，=2650N，外加轴向力=1000N，轴颈d=40mm，转速n=5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命

=2000h，试选择轴承型号。

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思考题

１. 选用滚动轴承一般应考虑哪些问题？

２. 概念：寿命、基本额定寿命、基本额定动载荷。 ３. 简述求角接触向心轴承所受轴向力的方法。 ４. 滚动轴承的组合设计一般应考虑哪些问题？

５. 间隙密封和接触密封各有哪些特点？各适于什么情况？

６. 今有一深沟球轴承，原来承受的当量动载荷为P，额定寿命为Lh=8000小时。问：若载荷由P变为2P，其额定寿命Lh怎样变化？若转速由n变为0.5n，Lh又怎样变化？

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