《机械设计基础》作业答案
第一章平面机构的自由度和速度分析
1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。
1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设，求构件3的速度。
1－15：题1-15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的角速度比
构件1、2的瞬心为P12
P24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心
1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：，求机构全部瞬心、滑块速度，和连杆角速度
。，在三角形ABC中，，，1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径，求的数值和方向。的圆盘，圆盘中心C与凸轮和
时，从动件回转中心的距离，角速度
2-1 试根据题2-1图所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。
2-3 画出题2-3图所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 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得：
摇杆工作行程用时7s，则可得到空回程需时：
（2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s，则曲柄每分钟的转数为
2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD在水平位置上0下各摆10，且。（1）试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。解：
以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。
2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速比变化系数。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇确定机构最小传动角计）。
解：由K=1.2可得极位夹角
（若，则应另选铰链A的位置，重新设
2-7 设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示。已知滑块的行程，行程速度变化系数，求曲柄和连杆的长度。，偏距解：由K=1.2可得极位夹角
2-8 设计一摆动导杆机构。已知机架长度求曲柄长度。
解：由K=1.4可得极位夹角，行程速度变化系数，2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构。已知炉门上两活动铰链的中心距为50mm，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在yy轴线上，其相关尺寸如题图2-10图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。
已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题2-12图所示，；，；，；机架长度，试用解析法求其余三杆长度。
解：由书35页图2-31可建立如下方程组：
分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于P1、P2、P3由三个方程组成的方程组。可解得：，再由（1）、（2）、（3），可解得：
3-1 题3-1图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知AB段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角Φ。
3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C点为圆心的圆盘，试求轮廓上D点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。
3-4 设计题3-4图所示偏置从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距，凸轮基圆半径，滚子半径，从动件的升程，，，从动件在升程和回程均作简谐运动，试用图解法绘制出凸轮的轮廓并校核推程压力角。解：（1）推程： 推程角：
（2）回程： 回程角：
从动件的位移方程：00
于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子，绘制内包络线，就得到凸轮的实际轮廓曲线（略）
6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是：3-6为一摆动从动件盘形凸轮机构，3-7为一平底直动从动件盘形凸轮机构。
4-1 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿跟高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿跟圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。解：
4-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距，求模数和分度圆直径。
4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数该轮的模数。解：
正常齿制标准直齿圆柱齿轮：则有，齿顶圆直径，求
4-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮,圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。，试分别求出分度圆、基解：
分度圆上齿廓曲率半径：
齿顶圆上齿廓曲率半径：
4-6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，，试参照图4-1b计算该对齿轮的中心距和内齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿跟圆直径。
解：该对齿轮为内啮合，所以有 中心距齿轮2为内齿轮，所以有
4-10 试与标准齿轮相比较，说明正变位直齿圆柱齿轮的下列参数：、解： 不变的参数、、、、、、、、，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？、、、变化 增大、、、、减小，，试计4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。
解：对外啮合的斜齿轮中心距为
mm 齿顶圆直径分别为
mm mm 齿跟圆直径分别为
5-1 在题5-1图所示双级蜗轮传动中，已知右旋蜗杆1的转向如图所示，试判断蜗轮2和蜗轮3的转向，用箭头表示。
5-2 在题5-2图所示轮系中，已知，（右旋），线速度的大小和方向。，，若，，求齿条6
5-3 在题5-3图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设，时针的传动比。，，，，，求秒针与分针的传动比和分针与
注意各轮转速之间的关系：
5-6 在题5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知，液压马达M的转速，回转台H的转速，求齿轮1的齿数（提示：）。
5-9 在题5-9图所示差动轮系中，已知各轮的齿数，，齿轮1的转速为
（箭头向上），齿轮3的转速为头向下），求行星架转速的大小和方向。
解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有
在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，已的值为正，的值为负，代入上式中，则有
其值为正，说明H的转向与轮1的转向相同。5-10 在题5-10图所示机构中，已知，，，求：
（1）当、时，（2）当时，（3）当、时，，解：该轮系为一复合（混合）轮系（1）有1、2、3构成定轴轮系，则有
（2）由3（H）、4、5、6、7构成周转轮系 易知
①当②当③当，时，时，时，第七章 机械运转速度波动的调节
7-2 在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩的变化规律如题7-2图所示。设驱动力矩等于常数，剪床主轴转速为，机械运转速度不均匀系数。求：（1）驱动力矩的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。
解：（1）按一个周期中（一运动循环）阻力矩和驱动力矩做功相等，有
（2）分三个区间 第一区间盈功：
7-3 为什么本章介绍的飞轮设计方法称为近似方法？试说明哪些因素影响飞轮设计的精确性。
解：因在本章所讨论的飞轮设计中，用的是算术平均值代替的实际平均值，对速度不均匀系数的选择也只是在它的容许范围内选择，还有，在计算时忽略了其他构件的转动惯量，也忽略了其他构件的动能影响。所以是近似计算。
7-5 设某机组发动机供给的驱动力矩（即驱动力矩与瞬时角速度成反比），阻力矩在变化如题7-5图所示，，若忽略其他构件的转动惯量，求
状态下飞轮的转动惯量。
8-1 某汽轮机转子质量为1t，由于材质不均匀及叶片安装误差致使质心偏离回转轴线0.5mm，当该转子以5000r/min的转速转动时，其离心力有多大？离心力是它本身重力的几倍？ 解：离心力为：
8-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积方向沿和。由于结构限制，不允许在与方向各加一个质径积来进行平衡。求
等于，相反方向上加平衡质量，只允许在解：依题意可得：
8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知，，，，设所有不平衡质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡？
解：各偏心质量产生的质径积分别为：
于是不平衡质径积的向量和为：
即应在图示反方向的方位加上质径积，回转件才能达到平衡。
第10章 连接 10-4 解：设螺旋副的升角为，当量摩擦角为，当量摩擦系数用
则 已知，则，（1）工作台上升的效率为
（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为
（4）工作台在制动装置。作用下等速下降，因，该螺旋副不具有自锁性，所以需要加于螺杆上的制动力矩为：
由题意知，因F作用而在轴上产生的摩擦力矩应与W作用而在轴上产生的力矩平衡，即有
则每个螺栓所受的轴向力为
螺栓的力学性能等级为4.8级，查表10-5，查表10-7，则
代入试（10-12）有
暂取螺柱个数为12，性能等级为5.8级（已知）查表10-5 查表10-7
所以，选择正确。10-14 解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径可知，与之相装配的轴径也为结合轮毂长度尺寸84，可由表10-9查得需要选择的键为：
键16×80 GB/T 同时可查得键的厚度尺寸，然后根据题10-8中传递的转矩，利用公式（10-26）及表10-10进行验算强度即可
解：利用题中给定的条件可推导出：
解：本题为设计计算题，按照例题的步骤进行计算即可。11-6
解：（1）；（2）；（3）；（4）
要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：
且知轮2和轮3所传递的转矩相等，设都为T，则
机械设计基础复习要点（第一部分）
掌握：机器的特征：人为的实体组合、各实体间具有确定的相对运动、实现机械能与其他形式能之间的转换或作机械功
了解：机器、机构、机械、常用机构、通用零件、专用零件和部件的概念
机械设计的基本要求和程序
第3章 机构运动设计与分析基础知识
3．1 掌握：机构的组成要素：构件与运动副
3．2 掌握：构件的定义、构件与零件的区别
平面运动副的定义、分类（转动副、移动副、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
3．3 掌握：机构运动简图的画法
3．4 掌握：平面机构自由度的计算公式、应用公式时的注意事项、机构具有确定运动的条件
3．5 掌握： 速度瞬心定义：绝对瞬心、相对瞬心速度瞬心求法：数目、观察法、三心定理
6．1 掌握：平面连杆机构的组成6．2 掌握：铰链四杆机构的分类，铰链四杆机构的变异方法
6．3 掌握：铰链四杆机构的特性：曲柄存在条件、曲柄摇杆机构的极限位置、曲柄摇杆机构的极位夹角、曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数；压力角、传动角、许用传动角；曲柄摇杆机构最小传动角位置；死点位置；死点位置的应用和渡过
6．4 掌握：平面连杆机构的运动设计：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
7．1 掌握：凸轮机构的组成7．2 掌握：凸轮机构的类型（凸轮、从动件、锁合装置）
7．3 掌握：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、推程、回程、远休止、近休止、刚性冲击、柔性冲击；三种运动规律（等速、等加速等减速、余弦加速度）特点和位移曲线的画法
7．4 掌握：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）
7．5 掌握：滚子半径的选择、运动失真的解决方法；压力角、许用压力角；基圆半径的确定
8．2 掌握：齿廓啮合基本定律；定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓
8．3 掌握：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、可分性、一对渐开线齿廓啮合时啮合角、啮合线保持不变
8．4 掌握：渐开线齿轮各部分名称：基本参数：齿数、模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数；渐开线标准圆柱直齿轮尺寸计算公式；标准中心距
一对渐开线齿轮啮合条件：正确啮合条件、连续传动条件；重合度的定义及几何含义、一对渐开线齿轮啮合过程：起始啮合点、终止啮合点、实际啮合线、理论啮合线
8．5 了解：范成法加工齿轮的特点、根切现象及产生的原因、不根切的最少齿数；变位齿轮的概念
8．6 掌握：齿轮传动的失效形式及防止失效的措施；齿轮传动的设计准则；齿轮材料的选择原则；
8．7 掌握：齿轮传动的计算载荷中四个系数的含义及其主要影响因素、改善措施：
8．8 直齿圆柱齿轮的强度计算：受力分析（圆周力、径向力）；强度计算力学模型（弯曲：悬臂梁；接触：赫兹）；强度计算的主要系数的意义及影响因素（强度计算公式不需要记，考试时若需要会给出）；直齿圆柱齿轮的设计计算路线（软齿面、硬齿面）；设计参数（齿数、齿宽系数、齿数比等）的选择
掌握： 轮系的定义及分类；定轴轮系传动比计算，包括转向判定：
周转轮系传动比计算；混合轮系传动比计算
1课程定位机械设计基础课程标准
本课程是机械机械类专业的一门专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握基本的工程计算与简单机械零部件的设计，并初步具有分析、解决实际工程问题的能力，为后续专业课的学习打下了良好的基础，使学生具有机械设计的初步能力和为专业学习起到承前启后的作用。通过本课程各知识模块的学习和能力项目的训练，使学生在课程单项实验实训基础上对学生进行综合性、系统性的强化学习和训练，特别强调专业基础理论和技能的学习，既提高了学生的机械设计和创新能力，又培养学生工作适应能力、团队协作精神；培养良好的工程技术人员职业道德、实事求是的科学态度。本课程是在学生学完《机械制图》、《工程力学》、《工程材料》等课程和完成认识实习、课程单项实训后开设的一门基础课程。学生在学习本课程前，须掌握机械制图和机械CAD的基础知识，了解金属材料特性及热处理常识。具有机械制图和工程图纸识别的基本能力；该课程将为后续专业课程的学习打下良好的专业技术基础。《机械设计基础》课程通过设计工作整体过程的岗位综合训练，将学生按课程顺序和教学环节进度分散掌握的知识、能力、素质贯穿起来，并将职业能力和岗位技能有机联系，让学生到企业顶岗实习之前就有一个对真实机械设计工作环境的全面了解和对技能的综合训练。通过这一综合实训，让学生对前期学习成果进行一次综合、总结和提升，为进入企业顶岗实习和零距离上岗奠定基础。2工作任务和课程目标
2.1工作任务及职业能力
工作任务与职业能力分析表工作领 域工作任务职业能力学习项目 能对不太复杂的机械设备进行改 机械设
开发造和设计；能根据产品功能及性能要求正确设计和选用传动系统与联接控制部件并对其试制与安装过程进行技 术指导
护维修、产品售后服务具有机械的故障分析和排除能常用机构设计联接件设计传动件设计轴系零部件设计常用机构设计力；具有机械产品及主要部件的安装、联接件设计调试、运行管理与维护能力传动件设计 轴系零部件设计 2.2课程目标
学生通过本课程的学习，能够达到如下具体目标：（1）知识目标
基于工作岗位的能力要求，根据我校的办学定位和高职学生“理论教学以应用理论为主、突出操作能力和职业素养培养”的实际，本课程知识目标应使学生明确机械设计基础在机械专业职业能力培养中的地位和作用，加深知识的理解和综合运用。
1)了解本课程的应用领域；
2)掌握常用机构的工作原理、特性及应用，掌握通用机械零部件设计 创新基础知识；
3)掌握常用联接机构的工作特性，掌握机械安装、维护工艺技术规程； 4)掌握各种传动的工作原理和机构工作特点； 5)了解现代创新理念和设计创新思想；（2）技能目标
1)具有在设计过程中，运用所学理论知识分析解决机械工程力学与材 料力学相关问题的能力；
2)具有机械传动系统的机构分析、设计创新和排除故障能力； 3)具有生产机械的安装、调试、运行管理与维护能力； 4)能对常用机构、通用部件进行改进和优化设计；
5)能根据矿山工程实际，正确设计、选用和拆装常用矿山机械及其零 部件，并能够对其进行改进和优化设计；
6)具有一定的工装与工艺设计、工程应用的能力； 7)初步具有机械产品的设计开发与应用创新的能力。8)具有自主学习能力和自我发展能力；
9)具有一定的质疑能力，信息收集和处理能力，分析、解决问题能力 和交流、合作能力；
10)能自觉评价学习效果，找到适合自己的学习方法和策略； 11)具有开拓创新的思维能力。（3）态度目标
通过工程案例分析、项目驱动教学、现场体验等实践教学培养学生 1)遵守有关法律、法规、国家标准及有关规定； 2)爱岗敬业，具有高度的责任心；
3)严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程； 4)工作认真负责，培养团结协作和环境适应能力； 5)培养应变能力和创新能力；
6)着装整洁，符合规定，保持工作环境清洁有序，文明生产；
7)关心国内外科技发展现状与趋势，有振兴中华的使命感与责任感，有将技术服务于人类的意识。3教学组织
根据工作任务与职业能力分析，为使学生会干机械装置的设计工作，本课程设计了四个学习项目，在项目的教学实施中，进一步分解成十一个学习型工作任务。教学组织表学习项 目编号
1常用机构设计1.常用机器和机构功能认 识
2.自由度与19学习项目名称学习型工作任务学时 机构运动简图 3.连杆机构设计 4.凸轮机构设计 5.其它常用机构 3联接件设计传动件设计1.螺纹连接1.带传动与链传动的设计 2.齿轮传动设计
4轴系零部件设计1.轴承选择及轴承组合设 计
2.轴的设计及轴毂连接 3.联轴器、离合器选择 考核
合计教学内容与能力要求 常用机构设计4.1项目一
（1）项目概述：常用机构设计、19学时，分为5个学习型工作任务：常用机器和机构功能认识；自由度计算与机构运动简图绘制；连杆机构设计；凸轮机构设计；其它常用机构。（2）项目的任务
1）常用机器和机构功能认识 2）自由度与机构运动简图 3）连杆机构设计 4）凸轮机构设计 5）其它常用机构（3）教学目标
了解本课程学习对象、内容，增强感性认识；机械零件的常用材料与结构工艺性。
理解机械零件的失效形式及设计计算准则。掌握机器的组成及特征。
理解平面机构、运动副、自由度等基本概念。
掌握机构运动简图绘制的基本方法和自由度的计算。掌握机构具有确定运动的条件
了解四杆机构的类型、演化及变换，理解曲柄存在的条件。
理解四杆机构的极位夹角、行程速比系数、传动角、压力角、及死点的概念。掌握图解法设计四杆机构。
了解凸轮机构的组成、类型及应用。
理解从动件常用运动规律，掌握位移曲线的绘制。掌握图解法设计凸轮轮廓曲线的方法。理解基圆半径、滚子半径确定的基本原则。了解其它常用机构 2）技能目标
具有判别机械类型的能力。
具有阅读、绘制一般机构运动简图的能力
能正确判断四杆机构的类型；能用作图法按给定的运动规律设计四杆机构。能够用反转法设计盘形凸轮轮廓 3）态度目标
遵守有关法律、法规、国家标准及有关规定； 爱岗敬业，具有高度的责任心；
严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程； 工作认真负责，培养团结协作和环境适应能力； 培养应变能力和创新能力；
着装整洁，符合规定，保持工作环境清洁有序，文明生产；
以内燃机为对象引入教学内容（5）项目教学内容
通过参观和多媒体课件展示，进行机械类别特征学习，运动简图绘制，设计内燃机的凸轮机构，曲柄滑块机构。（6）工作方法
参观，讲授，讨论，动手设计。
（7）工作成果 设计计算文件（8）考核评价
对设计成果进行评价并计入项目成绩 4.2项目二联接件设计（1）项目概述
联接件设计、6学时，分为1个学习型工作任务：螺纹及螺纹联结知识，联结结构、强度计算。（2）项目的任务 螺纹连接设计
（3）教学目标： 1）知识目标
了解螺纹的主要参数，螺纹的预紧、防松。理解螺纹联接的主要类型及应用。掌握螺纹联接强度计算方法。2）技能目标
能进行螺纹连接的结构设计和强度计算 3）态度目标
遵守有关法律、法规、国家标准及有关规定；
爱岗敬业，具有高度的责任心；
严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程； 工作认真负责，培养团结协作和环境适应能力； 培养应变能力和创新能力；
着装整洁，符合规定，保持工作环境清洁有序，文明生产；（4）项目的教学实施：
以减速器引入螺纹连接结构设计和强度计算（5）项目教学内容
螺纹连接的基本知识和设计（6）工作方法
课件演示减速器，引入螺纹连接。（7）工作成果 设计连接结构
对设计成果进行评价并计入项目成绩 4.3项目三传动件设计
（1）项目概述：传动件设计、学时26，分为2个学习型工作任务：带传动与链传动设计；直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、蜗杆蜗轮机构设计。（2）项目的任务
1）带传动与链传动的设计 2）齿轮传动设计（3）教学目标： 1）知识目标
了解v带标准规格，链传动的类型、特点、滚子链的主要参数。理解v带传动工作原理及类型。
掌握v带传动设计方法。
了解齿轮传动的特点和类型，理解齿廓啮合基本定律，渐开线及其性质。了解齿轮的加工方法和根切现象。
了解齿轮的失效形式和齿轮常用材料及计算准则。
了解斜齿圆柱的啮合特点及强度计算。理解斜齿圆柱齿轮的受力分析。了解直齿圆锥齿轮传动的几何尺寸、受力分析和强度计算。
理解齿轮正确啮合条件、标准安装、标准中心距和连续传动条件。掌握渐开线直齿、斜齿圆柱齿轮几何尺寸的计算。
掌握直齿圆柱齿轮的受力分析、齿根弯曲强度计算、齿面接触强度计算、齿轮参数选择和设计方法。
了解蜗杆传动特点、类型，动强度计算及热平衡计算的基本原理和方法。理解其主要参数和几何尺寸计算，理解蜗杆传的受力分析 2）技能目标
具有设计标准直齿圆柱齿轮的能力 3）态度目标
遵守有关法律、法规、国家标准及有关规定； 爱岗敬业，具有高度的责任心；
严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程； 工作认真负责，培养团结协作和环境适应能力；
培养应变能力和创新能力；
着装整洁，符合规定，保持工作环境清洁有序，文明生产；（4）项目的教学实施：
以减速器设计引入带传动和链传动设计、齿轮传动设计（5）项目教学内容
带传动、齿轮传动的知识和设计方法（6）工作方法
以减速器设计引入带传动、链传动、齿轮传动的知识和设计方法（7）工作成果
设计出带传动、齿轮传动（8）考核评价
对设计成果进行评价并计入项目成绩 4.4项目四轴系零部件设计（1）项目概述
轴系零部件设计、学时17，分为3个学习型工作任务：轴承选择及轴承组合设计；轴的设计及轴毂连接；联轴器、离合器选择。（2）项目的任务
1）轴承选择及轴承组合设计 2）轴的设计及轴毂连接 3）联轴器、离合器选择（3）教学目标： 1）知识目标
了解轴的功用及分类、轴的材料。理解轴的结构设计。掌握轴的强度计算方法。了解滑动轴承的结构、材料及分类。
理解滚动轴承的组成、主要类型、代号及类型选择。了解解向心滑动轴承的设计计算。
理解滚动轴承的组合设计。掌握滚动轴承的寿命计算
了解用联轴器与离合器的工作原理、类型及选用。掌握平键联接的设计方法。2）技能目标
能设计轴及轴系组合 3）态度目标
遵守有关法律、法规、国家标准及有关规定； 爱岗敬业，具有高度的责任心；
严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程；工作认真负责，培养团结协作和环境适应能力；培养应变能力和创新能力； 着装整洁，符合规定，保持工作环境清洁有序，文明生产；（4）项目的教学实施：
以减速器设计引入轴及轴系组合设计（5）项目教学内容
轴、轴承、平键选择和轴及轴系组合设计（6）工作方法
课件演示减速器获取信息，讲授基本知识，设计方法。（7）工作成果 设计轴系。（8）考核评价
对设计成果进行评价并计入项目成绩 5教学方法与手段
在项目一中安排一次参观进行现场教学，以后进行多媒体教学、分组讨论教学。6考核与评价考核类型 课程考核期末考试 实验成绩
作业成绩权重0.70.10.2课程整体成绩100 7说明与建议
（1）以专业教学计划培养目标为依据，以岗位任务为基本出发点，以学生发展为本位，设计课程内容。
（2）让学生在了解常用机构及零部件的基本知识及设计方法和设计理论的基础上，能进行简单机械及传动装置的设计，培养学生初步解决工程实际问题的能力。
（3）在课程实施过程中，充分利用课程特征，加大学生工程体验和情感体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。7.2重点、难点
重点：机器、机构、构件和零件等概念 机构运动简图绘制 图解法设计四杆机构 1常用机构设计
图解法设计盘形凸轮轮廓。难点：对虚约束的识别与处理平面四杆机构的基本特性 重点：螺纹连接的基本知识； 螺纹连接的预紧与防松； 2联结
单个螺栓连接的强度计算； 难点：螺栓组连接的结构设计 重点：V带传动的设计。
渐开线直齿几何尺寸的计算。直齿圆柱齿轮的受力分析、3传动件设计齿根弯曲强度计算、齿面接触强度计算、齿轮参数选择和设计方法。
难点：渐开线及其性质。齿轮传动的受力分析。轮系传动比计算
重点：轴的结构设计，轴的强度计算。轴系零部件设计
4滚动轴承的组合设计。
难点：轴的强度计算，轴承的设计计算。
《机械设计基础》王少岩主编陈立德主编大连理工大学出版社高等教育出版社 大连理工大学出版社
高等教育出版社《机械设计基础课程设计指导书》王少岩主编《机械设计基础课程设计指导书》陈立德主编 《机械设计基础》
《机械设计基础》朱敬超主编邵芳主编武汉理工大学出版社吉林大学出版社
1-1至1-4解 机构运动简图如下图所示。
1-13解 该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3的角速比为：
1-14解 该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方
1-15解 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 向相反。，和，如图所示。则：，轮2与轮1的转1-16解（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。
题 2-1答 : a）构。b）c）d），且最短杆为机架，因此是双曲柄机，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求 与 均为周转副。（1）当 为周转副时，要求 置 和。
在 在 中，直角边小于斜边，故有： 中，直角边小于斜边，故有：
（极限情况取等号）；（极限情况取等号）。
能通过两次与机架共线的位置。见图 2-15 中位综合这二者，要求
（2）当 为周转副时，要求 置 和。
在位置 时，从线段 取等号）； 在位置 时，因为导杆
能通过两次与机架共线的位置。见图 2-15 中位
来看，要能绕过 点要求：（极限情况
是无限长的，故没有过多条件限制。
（3）综合（1）、（2）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：
题 2-4解 :（1）由公式，并带入已知数据列方程有：
；，（2）因为曲柄空回行程用时 转过的角度为
因此其转速为： 题 2-5
解 :（1）由题意踏板 限位置，此时
在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极曲柄与连杆处于两次共线位置。取适当比例 图 尺，作出两次极限位置
（见图 2.17）。由图量得： 解得 ：
由已知和上步求解可知：，，和。
（2）因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取 式（2-3）计算可得：
代入公式（2-3）′，可知
题 2-6解： 因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不
给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18）：
（1）求，（2）作（3）以（4）作 在图上量取 度，为底作直角三角形
；并确定比例尺。（即摇杆的两极限位置），即可。，摇杆长。的外接圆，在圆上取点 和机架长度
。在得到具体各杆数据之后，代入公式（2 — 3）和（2-3）′求最小传动 角，能满足
解 : 作图步骤如下（见图 2.19）：
（1）求，（2）作（3）作，顶角，；并确定比例尺。
。的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。
相距，交圆周于 点。（4）作一水平线，于
（5）由图量得 曲柄长度： 连杆长度： 题 2-8。解得 ：
解 : 见图 2.20，作图步骤如下：（1）（2）取
（3）定另一机架位置： 分线，（4）。
角平和，杆即是曲柄，由图量得 曲柄长度： 题 2-9解： 见图 2.21，作图步骤如下：
（1）求，（2）选定比例尺，作 置）（3）做
（4）在图上量取 曲柄长度： 连杆长度：，与，由此可知该机构没有急回特性。。（即摇杆的两极限位
题 2-10解 : 见图 2.22。这是已知两个活动铰链两对位置设计四杆机构，可以用圆心法。连 接，中垂线 与，作图 2.22 的中垂线与
交于点。然后连接，作 的交于 点。图中画出了一个位置。从图中量取各杆的长度，得到：题 2-11解 :（1）以 为中心，设连架杆长度为。，以，、，根据 作出
（2）取连杆长度 为圆心，作弧。，的另一连架杆的几个位（3）另作以 点为中心，置，并作出不同 半径的许多同心圆弧。
（4）进行试凑，最后得到结果如下：。机构运动简图如图 2.23。，，题 2-12解 : 将已知条件代入公式（2-10）可得到方程组：
将该解代入公式（2-8）求解得到：，又因为实际。，因此每个杆件应放大的比例尺为：，故每个杆件的实际长度是：，题 2-13证明 : 见图 2.25。在 圆。见图 可知 点将。
上任取一点，下面求证 点的运动轨迹为一椭，分为两部分，其中。
又由图可知，二式平方相加得
可见 点的运动轨迹为一椭圆。3-1解
如图 3.10所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线，此线为
凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角 如图所示。3-2解
如图 3.12所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线，此线为
凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角 如图所示。
3-3解 ：从动件在推程及回程段运动规律的位移、速度以及加速度方程分别为：（1）推程：
（2）回程：等加速段等减速段
。计算各分点的位移、速度以及加为了计算从动件速度和加速度，设 速度值如下：
根据上表 作图如下（注：为了图形大小协调，将位移曲线沿纵轴放大了 5倍。）：
根据 3-3题解作图如图3-15所示。根据(3.1式可知，小时，凸轮
取最大，同时s 2 取最机构的压力角最大。从图3-15可知，这点可能在推程段的开始处或在推程的中点处。由图量得在推程的
开始处凸轮机构的压力角最大，此时
3-5解 ：（1）计算从动件的位移并对凸轮转角求导
当凸轮转角 在 0≤ ≤ 根据教材(3-7式 可 得：
过程中，从动件按简谐运动规律上升 h=30mm。
≤ ≤ 过程中，从动件远休。
当凸轮转角 在 ≤ ≤ 的一半。根据 教材(3-5式 可得：
过程中，从动件按等加速度运动规律下降到升程
当凸轮转角 在 始位置。根
据教材(3-6式 可得：
过程中，从动件按等减速度运动规律下降到起
（2）计算凸轮的理论轮廓和实际轮廓
本题的计算简图及坐标系如图 3-16所示，由图可知，凸轮理论轮廓上B点(即滚子中心的直角坐标 为
由图 3-16可知，凸轮实际轮廓的方程即B ′ 点的坐标方程式为。
由上述公式可得 理论轮廓曲线和实际轮廓的直角坐标，计算结果如下表，凸轮廓线如图3-17所 示。
从动件在推程及回程段运动规律的角位移方程为： 1.推程： 2.回程：
计算各分点的位移值如下： 总转角（°）
3-7解：从动件在推程及回程段运动规律的位移方程为： 1.推程： 2.回程：
计算各分点的位移值如下： 总转角（°）
分度圆上渐开线齿廓的曲率半径
分度圆上渐开线齿廓的压力角
基圆上渐开线齿廓的曲率半径为 0；
齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径
齿顶圆上渐开线齿廓的压力角
正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径：
故当齿数 时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数，基圆小于 齿根圆。
4-7 证明 用齿条刀具加工标准渐开线直齿圆柱齿轮，不发生根切的临界位置是极限点 正好在刀具 的顶线上。此时有关系：
短齿制标准齿轮、，代入上式、，代入上式
4-8证明 如图所示，、两点为卡脚与渐开线齿廓的切点，则线段 的法线。根据渐
开线的特性：渐开线的法线必与基圆相切，切点为。
再根据渐开线的特性：发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，可知：
对于任一渐开线齿轮，基圆齿厚与基圆齿距均为定值，卡尺的位置不影响测量结果。
图4.9 题4-8解图 4-9解 模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚 的齿轮分度圆直径
相等。但是齿数多大，所以基圆直径就大。根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率
大,基圆大，则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿 厚均为大值。
4-10解 切制变位齿轮与切制标准齿轮用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，它们的模数、压
力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。故参数、、、不变。
变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。因此、、变大，变小。
啮合角 与节圆直径 是一对齿轮啮合传动的范畴。
4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应
说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不
连续、传动精度低，产生振动和噪声。（2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因
节圆与分度圆重合4-13解，4-14解 分度圆锥角
4-15答： 一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角必须分别相等，即、。
一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向
相反（外啮合），即、、。
一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的大端模数和压力角分别相等，即、。
5-1解： 蜗轮 2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即
图 5.图5.6 5-2解： 这是一个定轴轮系，依题意有：
齿条 6 的线速度和齿轮 5 ′分度圆上的线速度相等；而齿轮 5 ′的转速和齿轮 5 的转速相等，因 此有：
通过箭头法判断得到齿轮 5 ′的转向顺时针，齿条 6 方向水平向右。
5-3解：秒针到分针的传递路线为： 6→5→4→3，齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒针，因此有：。
分针到时针的传递路线为： 9→10→11→12，齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时针，因此有：。
5-4解： 从图上分析这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件
当手柄转过，即 时，转盘转过的角度，方向与手柄方向相同。
为行星架。5-5解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，构件
为10，构件 与 的转向相同。
5-6解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1为中心轮，齿轮2为行星轮，构件
5-7解： 这是由四组完全一样的周转轮系组成的轮系，因此只需要计算一组即可。取其中一组作分 析，齿轮 4、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件1为行星架。这里行星轮2是惰轮，因此它的齿数
与传动比大小无关，可以自由选取。
（3）又挖叉固定在齿轮上，要使其始终保持一定的方向应有： 联立（1）、（2）、（3）式得：
5-8解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，为行星架。
为行星架。5-9解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，∵设齿轮 1方向为正，则，∴ ∴
图 5.1图5.14 5-10解： 这是一个混合轮系。其中齿轮 1、2、2′
3、齿轮2、2′为行星轮，为行星架。而齿轮4和行星架
组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，组成定轴轮系。
在定轴轮系中： 又因为：（3）
联立（1）、（2）、（3）式可得：
5-11解： 这是一个混合轮系。其中齿轮 4、5、6、7和由齿轮3引出的杆件组成周转轮系，其中齿 轮4、7为中心轮，齿轮5、6为行星轮，齿轮3引出的杆件为行星架 轮
。而齿轮1、2、3组成定轴系。在周转轮系中：（1）
又因为：，时，的转向与齿轮1和4的转向相同。联立（1）、（2）、（3）式可得：（1）当，（2）当 时，（3）当 与齿轮1
和4的转向相反。，时，的转向
5-12解： 这是一个混合轮系。其中齿轮 4、5、6和构件，齿轮5为行星轮，组成周转轮系，其中齿轮4、6为中心轮
是行星架。齿轮1、2、3组成定轴轮系。
在定轴轮系中： 又因为：，（3）
联立（1）、（2）、（3）式可得： 即齿轮 1 和构件 的转向相反。
5-13解： 这是一个混合轮系。齿轮 1、2、3、4组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为 行星轮，齿轮4是行星架。齿轮4、5组成定轴轮系。
在周转轮系中：，∴（1）
在图 5.17中，当车身绕瞬时回转中心 转动时，左右两轮走过的弧长与它们至 点的距离
成正比，即：联立（1）、（2）两式得到：，（2）
在定轴轮系中： 则当：
时，代入（3）式，可知汽车左右轮子的速度分别为，5-14解： 这是一个混合轮系。齿轮 3、4、4′、5和行星架 心轮，齿轮4、4′为行星轮。齿轮1、2组成定轴轮系。
组成周转轮系，其中齿轮3、5为中
在定轴轮系中： 又因为：，（2）
（4）依题意，指针 转一圈即
此时轮子走了一公里，即（5）
联立（1）、（2）、（3）、（4）、（5）可求得
5-15解： 这个起重机系统可以分解为 3个轮系：由齿轮3′、4组成的定轴轮系；由蜗轮蜗杆1′和5
组成的定轴轮系；以及由齿轮1、2、2′、3和构件 组成的周转轮系，其中齿轮1、3是中心轮，齿
轮4、2′为行星轮，构件 是行星架。
一般工作情况时由于蜗杆 5不动，因此蜗轮也不动，即
在定轴齿轮轮系中： 又因为：，（4）
联立式（1）、（2）、（3）、（4）可解得： 当慢速吊重时，电机刹住，即
。，此时是平面定轴轮系，故有：
5-16解： 由几何关系有：
又因为相啮合的齿轮模数要相等，因此有上式可以得到： 故行星轮的齿数：
5-17解： 欲采用图示的大传动比行星齿轮，则应有下面关系成立：
又因为齿轮 1与齿轮3共轴线，设齿轮1、2的模数为 有：，齿轮2′、3的模数为，则
联立（1）、（2）、（3）、（4）式可得
可能取到1。因此 此，图示的 时，（5）式可取得最大值1.0606；当
时，（5）式接近1，但不的取值范围是（1，1.06）。而标准直齿圆柱齿轮的模数比是大于1.07的，因大传动比行星齿轮不可能两对都采用直齿标准齿轮传动，至少有一对是采用变位齿轮。
5-18解： 这个轮系由几个部分组成，蜗轮蜗杆 1、2组成一个定轴轮系；蜗轮蜗杆5、4′组成一个定
轴轮系；齿轮1′、5′组成一个定轴轮系，齿轮4、3、3′、2′组成周转轮系，其中齿轮2′、4是中
心轮，齿轮3、3′为行星轮，构件 是行星架。
在蜗轮蜗杆 1、2中：（2）
在蜗轮蜗杆 5、4′中：（3）
在齿轮 1′、5′中：
联立式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）式可解得：，即。
5-19解： 这个轮系由几个部分组成，齿轮 1、2、5′、3、组成周转轮系，齿轮3′、4、5组成定轴轮系。
组成的周转轮系中：，则
组成一个周转轮系，齿轮 1、2、2′、在齿轮 1、2、5′、由几何条件分析得到：
在齿轮 1、2、2′、3、由几何条件分析得到：
组成的周转轮系中：，则
在齿轮 3′、4、5组成的定轴轮系中：
联立式（1）、（2）、（3）、（4）式可解得： 6-1解
槽轮机构的运动特性系数
6-3解 槽轮机构的运动特性系数
因： 6-4解 要保证
则槽轮机构的运动特性系数应为
槽数 和拔盘的圆销数 由此得当取槽数 6-5 解：
～8时，满足运动时间等于停歇时间的组合只有一种：
结构简单、加工方适用于低速、转角不摇杆的往复摆动变成棘轮的单棘轮机构
便，运动可靠，但冲击、大场合，如转位、分度以向间歇转动
结构简单，效率高，拨盘的连续转动变成槽轮的间用于转速不高的轻工槽轮机构
传动较平稳，但有柔性冲歇转动
不完全齿从动轮的运动时间和静止时间需专用设备加工，有用于具有特殊要求的轮机构的比例可在较大范围内变化
运转平稳、定位精度凸轮式间只要适当设计出凸轮的轮廓，可用于载荷较大的场
高，动荷小，但结构较复歇运动机构
就能获得预期的运动规律。
机械设计基础 期中考试题目
题1已知图示六杆机构，原动件AB作等速回转。试用作图法确：（1）滑块5的冲程 H；
（2）滑块5往返行程的平均速度是否相同？行程速度变化系数K值；（3）滑块处机构的最小传动角γmin
题2 图示偏心圆盘凸轮机构中，已知圆盘凸轮以ω=2rad/s转动，转向为顺时针方向，圆盘半径R=50mm；当凸轮由图示位置转过90°时，从动件的速度为ν=50mm/s。试求：（1）凸轮的偏心距e；（2）凸轮转过90°时，凸轮机构的压力角αk ；（3）凸轮转过90°时，从动件的位移hk；（4）从动件的行程h。
(1)凸轮偏心距。利用速度瞬心，几何中心O即为速度瞬心p，可得ν=eω，求得e=25mm。（2）凸轮转过90°时，从动件在K点接触，其压力角为αk。
当θ=90°时，αk达到最大值。
（3）凸轮转过90°时，从动件的位移为h K。
（4）从动件在F点接触时为最大位移，即行程为h，此时αF=0。
题3 凸轮为偏心轮如图，已知参数R=30mm，loA=10mm，e=15mm，rT=5mm，E，F为凸轮与滚子的两个接触点。求
（1）画出凸轮轮廓线（理论轮廓线），求基园r0；（2）E点接触时从动件的压力角αE；(3)从E到F接触凸轮所转过的角度φ；（4）由E点接触到F点接触从动件的位移S；(5）找出最大αmax的位置。
题5图示轮系中，Z1 = Z3=25,Z5 = 100，Z2 = Z4 = Z6 = 20,试区分哪些构件组成定轴轮系？哪些构件组成周转轮系？哪个构件是转臂H？传动比i16
2、轮4的旋向；（3）求i1H
题6图示为一曲柄滑块机构OAAC，当滑块从C1移到C2时，连架杆OBB上的一条标线OBE1转至OBE2；当C从C2移到C3时，OBE从OBE2转至OBE3。现欲将曲柄OAA与连架杆OBB用一连杆AB连接起来，试求铰链点B1的位置，并画出机构第一位置的机构简图。（写出简要作图步骤，保留作图线）
以OA为圆心，OAA1为半径画圆，则所有A点都应在该圆上。以C1A1为半径，以C2为圆心画弧交圆与A2点，以C3为圆心画弧交圆于A3点。''(2)利用反转法求A2，A3点
(4)求机构第一位置的机构简图
连A1B1和B1OB，并将OBE1与OBB1固结在一起，则C1A1OAB1OB为该机构第一位置的机构简图。
