机械设计课程基础I作业.doc

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0-1．从功能和系统角度来看，机器由哪几部分组成，各部分的作用是什么？请结合实例说明。（实例可从下列机器中任选两种：汽车、自行车、车床、电风扇、录音机）

0-2．机械产品设计有哪些基本要求？机械设计的一般过程包括那些阶段？

0-3．简要说明《机械设计基础》课程的主要内容，结合你的专业，谈谈这门课程有何作用，你准备怎样学好这门课程？

1-1画出机构运动简图并计算自由度。

具有急回作用的冲床机构（提示：构件1为原动件，绕固定轴心O转动；构件1与滑块2在B点铰接；滑块2推动拨叉，拨叉与圆盘为同一构件，即构件3，构件3绕固定轴心A转动；构件4为连杆，构件5为冲头。）
1-2计算下列机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请在图上标出）。

1-2（续）计算下列机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请在图上标出）。

三等分角机构

1-3（a）求出图示导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

（ｂ）求出图示正切机构的全部瞬心。若ω1＝10 rad/s，求构件３的速度v3。

1-4 图示平底摆动从动件凸轮机构，已知凸轮1为半径r=20mm 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离lAC=15mm， lAB=90mm，ω1＝10 rad/s，求θ=0°和θ=180°时，从动件的角速度ω2的数值和方向。（解题时按比例重新作图）

2-1根据图中注明的尺寸判断各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。

2-2 推导图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件。（提示：转动导杆机构可以视为双曲柄机构，可直接用存在整转副的条件推导，也可根据推导该条件的方法来推导。）

2-3 画出图示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。

2-4已知一偏置曲柄滑块机构如图所示。其中偏心距e=10mm，曲柄长度lAB=20mm，连杆长度 lBC=70mm。求（1）曲柄作为原动件时的最大压力角αmax；（2）滑块作为原动件时机构的死点位置；（3）滑块的行程；（4）曲柄作为原动件时，滑块有无急回运动？若有，求极位夹角和行程速比系数。（作图法求解，按比例重新作图）

2-4 试设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆CD长度lCD =100mm，摇杆两极限位置夹角ψ=30°，行程速比系数K=1.2，希望其最小传动角γmin不小于35°。求曲柄长度lAB，连杆长度lBC和机架长度lAD，并验算所设计的曲柄摇杆机构是否有曲柄存在。

2-5 如图所示，现欲设计一铰链四杆机构，设已知其摇杆CD的长lCD =75mm，行程速比系数K=1.5，机架的长度lAD=100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架的夹角为ψ=45°，试求其曲柄长度lAB和连杆长度lBC。（提示：有两组解）

2-6 设计一曲柄滑块机构。已知滑块行程H=50mm，偏距e=20mm，行程速比系数K=1.5。试用图解法求出曲柄和连杆的长度。

3-1图示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。已知AB段为凸轮的推程轮廓线，试在图上标注推程运动角Φ。

3-2图（a）所示对心尖顶直动从动件凸轮机构中凸轮为偏心圆盘，O为凸轮几何中心，O1为凸轮转动中心，直线AC⊥BD，OO1=OA/2。（1）求凸轮的基圆半径r0，从动件升程h，从动件尖顶与凸轮轮廓接触于C点时的压力角αC接触于D点时的压力角αD和从动件位移hD；（2）若将图（a）中的从动件由尖顶改为滚子，如图（b）所示，试求凸轮机构的上述参数r0、h、αC和αD、hD，并分析比较由尖顶改为滚子时上述参数的变化情况；（3）若进一步改为偏置滚子从动件凸轮机构，偏距e= OA/2，如图（c）所示，试求凸轮机构的上述参数r0、h、αC和αD、hD，并分析比较上述参数的变化情况。

3-3 （1）已知直动从动件升程h=30mm，Φ=150°，Φs=30°Φ’=120°Φ’s=60°，从动件在推程和回程均作简谐运动，试绘出运动曲线s-t、v-t和a-t。
（2）按上述从动件运动规律设计图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距e=10mm，凸轮基圆半径r0=60mm，滚子半径rT=10mm，试用图解法绘制凸轮的轮廓曲线并校核推程压力角。

4-1 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=3mm，z1=19，z2=41，试计算这对齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿顶高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿距、齿厚、齿槽宽以及齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。

4-2 如图所示，用卡尺跨三个齿测量渐开线直齿圆柱齿轮的公法线长度。试证明：只要保证卡脚与渐开线相切，无论切于何处，测量结果均相同，其值为W3=2pb+sb（注：pb和sb分别为基圆齿距和基圆齿厚）。

4-3 已知一对正常齿制渐开线标准斜齿圆柱齿轮a=250mm，z1=23，z2=98，mn=4mm，试计算其螺旋角、端面模数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。

4-4 试设计一对外啮合圆柱齿轮，已知实际中心距a=55mm，z1=21，z2=32，mn=2mm，问：（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？（2）若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心距要求，其分度圆螺旋角β、分度圆直径d1、d2和节圆直径d’1、d’2各为多少？

5-1图示锥齿轮组成的行星轮系中，已知z1=20， z2=30， z’2 =50，z3 =80，n1 =50r/min，试求nH 的大小和方向。

5-2 在图示机构中，已知z1=17， z2=20， z3 =85，z4 =18，z5 =24，z6 =21，z7 =63，求：（1）当n1 =10001 r/min，n4 =10000 r/min时，nP =？（2）n1 = n4 时，nP =？（3）当n1 =10000 r/min，n4 =10001 r/min时，nP =？

5-3图示的轮系中，轮1与电动机轴相联，其转速为1440r/min，已知各轮齿数z1=z2=20， z3 =60，z4 =90，z5 =210。求构件3的转速 n3 。

7-1在电机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩M”的变化规律如图所示。设驱动力矩M’为常数，剪床主轴转速为60 r/min，机械运转速度不均匀系数δ=0.15。求：（1）驱动力矩M’的数值；（2）安装在主轴上的飞轮的转动惯量。

8-1 高速水泵凸轮轴由三个相互错开120°的偏心轮组成。每一偏心轮的质量为0.4 kg，其偏心距为12.7 mm。设在校正平面A和B中各装一个平衡质量mA和mB使之平衡，其回转半径为10 mm，其他尺寸如图所示。试用向量图解法求mA和mB的大小和位置，并用解析法校核。

10-1 用12 in（英寸）扳手拧紧M8螺栓。已知螺栓力学性能等级为4.8级，螺纹间摩擦系数f=0.1，螺母与支承面间摩擦系数fc=0.12，手掌中心至螺栓轴线的距离l=240 mm。试问当手掌施力125 N时，该螺栓所产生的拉应力为多少？螺栓会不会损坏？（M8螺母dw=11.5 mm，d0=9 mm）

10-2 如图所示升降机构承受载荷Fa=100 kN，采用梯形螺纹，d=70 mm，d2=65 mm，P=10 mm，线数n=4。支承面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。试计算：（1）工作台稳定上升时的效率，已知螺旋副当量摩擦系数为0.10；（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩；（3）若工作台以800 mm/min 的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需的转速和功率；（4）欲使工作台在载荷Fa的作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩应为多少？

103 一钢制液压油缸，油压p=3 MPa，油缸内径D=160mm。为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺柱大径），若取螺柱力学性能等级为5.8级，试计算此油缸的螺柱连接和螺柱分布圆直径D0。

10-4 如图所示凸缘联轴器，允许传递最大扭矩T=630 N·m（静载荷），材料为HT250。联轴器用4个M12铰制孔用螺栓连成一体，取螺栓力学性能等级为8.8级。（1）查手册确定该螺栓的合适长度并写出其标记（已选定配用螺母为带尼龙圈的防松螺母，其厚度不超过10.23 mm）；（2）校核其剪切和挤压强度（装配螺栓后结构见教材图17-1，a为铰制孔螺栓，b为普通螺栓）；（3）若改用力学性能等级为8.8级的M12普通螺栓连接，试确定螺栓数目（取偶数）；（4）为该联轴器选择平键，并验算键连接的强度。

11-1单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理处理，大齿轮的材料为ZG310-570正火，P=4 kW，n1=720 r/min，m=4 mm，z1=25，z2=73，b1=84 mm，b2=78 mm，单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级齿轮传动的强度。

11-2 已知单级闭式斜齿轮传动 P10 kW，n1=1210 r/min，i12=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，z1=21，试计算此单级斜齿轮传动。

11-3 已知直齿锥齿轮-斜齿圆柱齿轮减速器的布置和转向如图所示，锥齿轮m=5 mm，齿宽b=50 mm，z1=25，z2=60；斜齿轮mn=6 mm，z3=21，z4=84。欲使轴II上的轴向力在轴承上的作用完全抵消，求斜齿轮3的螺旋角β3的大小和旋向，并画出锥齿轮2和斜齿轮3的受力分析图。

12-1 如图所示，蜗杆主动，T1=20 N·m，m=4 mm，z1=2，d1=50 mm，蜗轮齿数z2=50，传动的啮合效率η=0.75。试确定：（1）蜗轮转向；（2）蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。

12-2 如图所示为蜗杆传动和锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿轮z4的转向n。（1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定蜗杆的螺旋线方向和蜗杆的转向；（2）在图中标出各轮轴向力的方向。

13-1 试计算一带式输送机中的普通V带传动（确定代的型号、长度及根数）。已知从动轮的转速n2=610 r/min，单班工作制，电动机额定功率为7.5 kW，主动轮转速n1=1450 r/min。

14-1 在图示两级斜齿圆柱齿轮减速器中，已知中间轴II传递的功率P=40 kW，转速n2=200 r/min，齿轮2的分度圆直径d2=688 mm，螺旋角β2=12°50’，齿轮3的分度圆直径d3=170 mm，螺旋角β3=10°29’，轴的材料用45钢调质，试按弯扭合成强度计算方法求轴II的直径。

14-2 仅从轴的结构设计考虑（不考虑轴承的润滑及轴的圆角过渡等问题），指出下图中存在的错误，并加以改正。

16-1 说明下列轴承代号的意义和轴承的适用场合：6005，N209/P6，7207C，30209/P5

16-2 一矿山机械的转轴，两端用6313深沟球轴承支承，每个轴承承受的径向载荷Fr=5400 N，轴的轴向载荷Fa=2650 N，有轻微冲击，轴的转速n=1250 r/min，预期寿命Lh=5000 h，问是否适用。

16-3 根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触球轴承，反装排列，如图所示。已知两个轴承的载荷分别为Fr1=1470 N，Fr2=2650 N，外加轴向力FA=1000 N，轴颈d=40 mm，转速n=5000 r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命Lh=2000 h，试选择轴承型号。

16-4 指出下列轴系结构上的主要错误并改正之（齿轮用油润滑，轴承用脂润滑）

16-5 图示为一窄边相对安装的圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，轴端装有联轴器，试指出图中的结构错误并改正之（图中倒角和圆角不考虑）。

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