自动机械设计第二章
机械设计基础第二章--常用机构介绍
4—机架 1，3—连架杆→定轴转动 2—连杆→平面运动 整转副：二构件相对运动为
整周转动。
摆动副：二构件相对运动不 为整周转动。
曲柄：作整周转动的连架杆
摇杆：非整周转动的连架杆
C
2
B
3
1
A
D
4
二、平面四杆机构的常用形式
1、曲柄摇杆机构
（构件4为机架、构件2为机架）
2、双曲柄机构
}全回转副四杆机构
(二)曲柄为最短杆。 ▲铰链四杆机构存在曲柄的条件是：
(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其 余两杆长度之和。
(二)机架或连架杆为最短杆。
4、曲柄滑块机构 二、平面四杆机构的内部演化:
第二节 凸轮机构
一、凸轮机构的组成与分类： 运动方式：将主动凸轮的连续转动或
移动转换成为从动件的移动或摆动。 分类：1、形状
①盘形凸轮机构——平面凸轮 机构
②移动凸轮机构——平面凸轮 机构
③圆柱凸轮机构——空间凸轮 机构
2、运动形式
按从动件的运动型式：
①尖底从动件：用于 低速；
②滚子从动件：应用 最普遍；
③平底从动件：用于 高速
O
r0
1 2 3
4
5
6 7 8
二、从动件的常用运动规律
从动件的运动规律——从动件在工作过程中， 其位移（角位移）、速度（角速度）和加 速度（角加速度）随时间（或凸轮转角） 变化的规律。
长 几何形状简单——便于加工，成本低。 3、缺点： ①只能近似实现给定的运动规律； ②设计复杂；
③只用于速度较低的场合。
由转动副联接四个构
件而形成的机构，称为铰 链四杆机构，如图所示。 图中固定不动的构件是机 架；与机架相连的构件称 为连架杆；不与机架直接 相连的构件称为连杆。连 架杆中，能作整周回转的 称为曲柄，只能作往复摆 动的称为摇杆。根据两连 架杆中曲柄(或摇杆)的数 目，铰链四杆机构可分为 曲柄摇杆机构、双曲柄机 构和双摇杆机构。
机械设计第二章
破坏正常工作条件引起的失效 胶合
打滑、共振、
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机械零件失效的实例：
齿轮轴断裂 整体塑变
轮齿磨损
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机械零件失效的实例：
齿轮轮齿折断
轴承内圈破裂
轮齿塑性变形
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轴承外圈塑性变形
机械零件失效的实例：
被联件拉断
被联件相对滑移
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轴瓦磨损
齿面接触疲劳
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2. 经验设计
根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。如：箱
体的结构设计
2016/12/27
48
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3. 模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺
寸样机进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。
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第八节 机械零件设计的一般步骤
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四、质量小的要求
减小零件质量的好处： 节约材料。 减小惯性；改善机器的动力性能。 便于运输。
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五、可靠性要求
机械零件设计过程中存在不确定因素 参数不确定性：尺寸参数（制造精度） 设计参数（数据不足）
模型不确定性： （1）材料各向同性；
（2）小变形及线弹性；
（3）简化的简支梁； （4）圆柱体接触； （5）齿轮都是刚性体。
编制技术文件
第二节
机器的运动学设计
设计机器的一般程序
根据确定的结构方案 确定原动件参数（功率、转速、线速度） 确定各运动部件的运动参数（转速、速度、加速度）
机器的动力学计算
计算各主要零件所受的名义载荷
零件的工作能力设计
依据零件的设计准则和名义载荷，确定零部 件的基本尺寸
机械设计基础第二章答案
二、平面连杆机构2-1 判断题（1）×（2）×（3）√（4）×（5）√（6）×（7）√（8）√（9）√（10）×（11）×（12）√（13）×（14）×（15）√（16）×（17）×（18）√（19）×（20）√（21）×（22）×（23）×（24）×（25）√2-2 填空题（1）低（2）转动（3）3 （4）连杆，连架杆（5）曲柄，摇杆（6）最短（7）曲柄摇杆（8）摇杆，连杆（9）2 （10）＞（11）运动不确定（12）非工作时间（13）惯性（14）大（15）中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无（16）机架（17）曲柄（18）曲柄滑块（19）双摇杆（20）双曲柄机构（21）无，有2-3 选择题（1）A （2）C （3）B （4）A （5）B （6）B （7）A（8）C （9）A （10）A （11）A （12）C （13）C （14）A（15）A （16）A （17）A （18）A （19）A （20）A （21）A2-4 解：a）双曲柄机构，因为40+110<70+90，满足杆长条件，并以最短杆为机架b）曲柄摇杆机构，因为30+130<110+120，满足杆长条件，并以最短杆的邻边为机架c）双摇杆机构，因为50+100>60+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构d）双摇杆机构，因为50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架2-5 解：（1）由该机构各杆长度可得l AB+ l BC＜l CD+ l AD，由此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在（2）以l BC或l AD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以l AB杆成为机架即为双曲柄机构，以l CD杆成为机架即为双摇杆机构2-6 解：（1）曲柄摇杆机构由题意知连架杆CD杆不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆（0<l AB ≤300 mm）且应满足杆长条件l AB+l BC≤l CD+l AD，由此可得0<l AB≤150mm （2）双摇杆机构由题意知机架AD杆不是最短杆的对边，要为双摇杆机构应不满足杆长条件①AB杆为最短杆（0<l AB≤300mm）时，l AB+l BC>l CD+l AD，由此可得150mm<l AB≤300mm②AB杆为中间杆（300mm≤l AB≤500mm）时，l AD+l BC>l CD+l AB，由此可得300mm≤l AB<450mm③AB杆为最长杆（500mm≤l AB<1150mm）时，l AB+l AD>l CD+l BC，由此可得550mm<l AB<1150mm由此可知：150mm<l AB<450 mm，550mm<l AB<1150 mm（3）双曲柄机构要为双曲柄机构，AD 杆必须为最短杆且应满足杆长条件①AB 杆为中间杆（300mm ≤l AB ≤500mm ）时，l AD +l BC ≤l CD + l AB ，由此可得450mm ≤l AB ≤500mm②AB 杆为最长杆（500mm ≤l AB <1150mm ）时，l AB +l AD ≤l CD +l BC ，由此可得500mm ≤l AB ≤550mm由此可知：450mm ≤l AB ≤550mm2-7 解：a ）b ）c ）d ）e ）各机构压力角和传动角如图所示，图a)、d ）机构无死点位置，图b)、c ）、e ）机构有死点位置2-8 解：用作图法求解，主要步骤：（1）计算极位夹角：︒=+-⨯︒=+-⨯︒=3615.115.118011180K K θ （2）取比例尺μ=0.001m/mm（3）根据比例尺和已知条件定出A 、D 、C 三点，如图所示（4）连接AC ，以AC 为边作θ角的另一角边线，与以D 为圆心、摇杆DC 为半径的圆弧相交于C 1和C 2点，连接DC 1和DC 2得摇杆的另一极限位置（两个）（5）从图中量得AC =71mm ，AC 1=26mm ，AC 2=170mm（6）当摇杆的另一极限位置位于DC 1时：5mm .2221=⨯=AC AC l AB －μ，5mm .4821=+⨯=AC AC l BC μ （7）当摇杆的另一极限位置位于DC 1时： 5mm .4922=⨯=AC AC l AB －μ，5mm .12022=+⨯=AC AC l BC μ 答：曲柄和连杆的长度分别为22.5mm 、48.5mm 和49.5mm 、120.5mm 。
机械设计基础第二章
第2章平面连杆机构2.1平面连杆机构的特点和应用连杆机构是由若干刚性构件用低副连接组成的机构，又称为低副机构。
在连杆机构中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，称为平面连杆机构；若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。
平面连杆机构被广泛应用在各类机械中，之所以广泛应用，是因为它有较显著的优点：（1）平面连杆机构中的运动副都是低副，其构件间为面接触，传动时压强较小，便于润滑，因而磨损较轻，可承受较大载荷。
（2）平面连杆机构中的运动副中的构件几何形状简单（圆柱面或平面），易于加工。
且构件间的接触是靠本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠。
（3）平面连杆机构中的连杆曲线丰富，改变各构件的相对长度，便可使从动件满足不同运动规律的要求。
另外可实现远距离传动。
平面连杆机构也存在一定的局限性，其主要缺点如下：（1）根据从动件所需要的运动规律或轨迹设计连杆机构比较复杂，精度不高。
（2）运动时产生的惯性力难以平衡，不适用于高速的场合。
（3）机构中具有较多的构件和运动副，则运动副的间隙和各构件的尺寸误差使机构存在累积误差，影响机构的运动精度，机械效率降低。
所以不能用于高速精密的场合。
平面连杆机构具有上述特点，所以广泛应用于机床、动力机械、工程机械等各种机械和仪表中。
如鹤式起重机传动机构（图2-1），摇头风扇传动机构（图2-2）以及缝纫机、颚式破碎机、拖拉机等机器设备中的传动、操纵机构等都采用连杆机构。
图2-1鹤式起重机图2-2 摇头风扇传动机构2.2平面连杆机构的类型及其演化2.2.1 平面四杆机构的基本形式全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图2-3所示。
机构的固定件4称为机架；与机架相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。
能作整周转动的连架杆，称为曲柄。
仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。
按照连架杆的运动形式，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
机械设计基础第二章
第2章平面机构运动简图及自由度计算机械是替代人类完成各项体力劳动甚至脑力劳动的执行者。
在各种新型机械的设计初期，首先需要采用机械系统运动简图来对比各种运动方案及工作原理，一边从中选出最佳的设计方案。
然后再按照运动要求确定及其各组成构件的主要尺寸，按照强度条件和工作情况确定机构个部分的详细结构尺寸。
机械系统的运动简图设计是设计机械产品十分重要的内容，正确、合理地设计机械系统简图，对于满足机械产品的功能要求，提高性能和质量，降低制造成本和使用费用等是十分重要的。
机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起来，因此机械系统的运动简图也是机构系统的运动简图。
机械系统的运动简图是用规定的符号，绘出能准确表达机构各构件之间的相对运动关系及运动特征的简单图形。
一般某机构可分为平面机构和空间机构。
平面机构是指各运动构件均在同意平面或相互平行平面内运动的机构。
空间机构是指虽有的机构不完全是相互平行的平面内运动的机构。
本章将着重介绍机构的结构分析。
第一节机构的组成构件任何机器都是由若干个零件组装而成的。
构件是指组成机械的各个相对运动的单元。
构件和零件的概念是有区别的。
构件是机械中的运动单元体，零件则是机械中不可拆分的制造单元体。
构件可以是一个零件，也可以是由两个或两个以上的零件组成。
如图2-1所示的内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、轴套、连杆头、轴瓦、螺杆、螺母等零件组成的，这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体在发动机内部作往复运动相互之间并不产生相对运动，因此连杆可以看做一个构件。
因此，从运动角度来看，任何机器都是许多独立运动单元组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。
从加工制造角度来看，任何机器都是由许多独立制造单元体组合而成的，这些独立制造单元体称为零件。
通常，为了完成同一使命而在结构上组合在一起并协同工作的零件称为部件，如联轴器、减速器等。
机械设计基础 第二章
图2-7 运动副表示方法
图2-7(d) 至图2-7(i) 表示两个构件组成的移动副；图2-7(j) 表示两个构件组成的高副，画高副简图时应画出两构件接触处 的曲线轮廓。
图2-7 运动副表示方法
2. 构件的表示方法
机构运动简图中构件表示方法如图2-8所示。其中，图28(a) 为具有两个转动副的构件；图2-8(b)为具有一个转动副和一 个移动副的构件；图2-8(c)为具有3个转动副的构件；图2-8(d) 为3个转动副的中心均在一条直线上。
3. 虚约束
在机构中与其他约束重复而不起限 制运动作用的约束称为虚约束。在计算 机构自由度时，应当除去不计。
【例2-5】如图2-17所示为机车车轮联动机构，
LAB LCD LEF， LBC LAD， LCE LDF 。在此机构中 n 4， PL 6， PH 0 ，所以其机构自由度为
图2-16 局部自由度
在计算机构的自由度时应预先将转动副C 和构件3除去不计， 如图2-16(b) 所示，设想将滚子3与从动件2固连在一起，作为一
个构件来考虑。此时该机构中，n 2， PL 2， PH 1
其机构的自由度为：
F 3n 2PL PH 32 22 11
即此凸轮机构只有一个自由度,是符合 实际情况的。
(b) 平面四杆构件组合体 图2-11 平面三杆和平面四杆构件组合体
如图2-12(a) 所示五杆铰链构件组合体，其自由度为
F 3n 2PL PH 34 25 0 2
该机构中只有一个主动件，当构件1绕 A 点均匀转动且处于 AB 位置时，构件2、3、4可处于不同的位置(参见图2-12(a)标 出的两个位置)，即这三个构件的运动不确定。
9个转动副)，即 n 8， PL 11 ，所以，该机构的自由度为：
《机械设计》第二章强度
高副零件工作时，理论上是点接触或线接触→实际上由于接
触部分的局部弹性变形而形成面接触→由于接触面积很小，使
表层产生的局部应力却很大。该应力称为接触应力。在表面接
触应力作用下的零件强度称为接触强度
计算依据：弹性力学的赫兹公式
F
1、接触应力
a)两圆柱体接触
H
F( 1 )
b[(1
12
)
(1
2 2
)]
E1
5、热平衡准则
t t
t [t]
*温度对机械零件工作能力的影响
温度影响摩擦磨损 温度影响材料膨胀和收缩
温度影响蠕变和松弛
c E (t2 t1)E
热应变、弹性模量、线膨胀系数
蠕变：在一定温度和应力下，零件塑性变形连续增长的现象 松弛：在预紧情况下工作的零件总变形量不变，其弹性变形 逐渐转化成塑性变形，应力逐步降低的现象
E2
Hmax Hmax
1 b
2a 2
1 2 0.3, E1 E2 E, H max 0.418
FE
b
F
Hmax Hmax
b)两球接触Βιβλιοθήκη 1H max1
3
6F[
1
12
1
2 2
]
E1
E2
1 2 0.3, E1 E2 E时, H max 0.388
3
FE 2
2
ρΣ——综合曲率半径
1 11
Ft
Nf N
1 Rt
,
Rt Ft 1
n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2 、 …Rn， 则系统的可靠度为R=R1R2…Rn
§ 2—3 静应力时机械零件的强度计算
一、单向应力下的塑性零件
机械优化设计第二章
第二章 优化设计的数学基础
第二节 多元函数的泰勒展开
二次n维函数用向量和矩阵的表示方法：
若f ( x)是n维函数，则可按下式化为向量及矩阵形式： f ( x) f ( x1 , x2 , , xn ) aij xi x j bk xk c
i 1 j 1 k 1 n n n
第二章 优化设计的数学基础
第一节 多元函数的方向导数和梯度
一个多元函数可用偏导数的概念来研究函数沿各坐标方向 的变化率。 二元函数的偏导数： 一个二元函数f ( x1 , x2 )在点x0 ( x10 , x20 )处的偏导数是
f x1 f x2 f x10 x1 , x20 f x10 , x20 lim x1 0 x1 f x10 , x20 x2 f x10 , x20 lim x2 0 x2
向量d1的方向为：1 2 向量d 2的方向为：1
4
，
3
， 2
6
第二章 优化设计的数学基础
第一节 多元函数的方向导数和梯度
f T x f f 梯度： 二元函数f ( x1 , x2 )在点x0处的梯度是f ( x 0 ) 1 , f x1 x2 x0 x 2 x
d 0
偏导数与方向导数之间的数量关系：
f d lim
x0
f x10 x1 , x20 x2 f x10 , x20 d
d 0
lim lim f x1
d 0
f x10 x1 , x20 x2 f ( x10 x1 , x20 ) x2 x2 cos 1
机械系统设计 第二章 机械系统的方案设计与总体设计
20
功能原理设计的要求(3项)： 1）应设计出几种不同的功能原理方案； 2）按照机械系统设计的基本原则、设计要求以及系统功能进行 比较，以便从中选出一个较理想的。
26
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
2.1.4 系统（产品）原理方案的综合举 例
27
第二步：总功能分解
28
第三步：建立功能结构图
29
第四步：寻找原理解法和原理解组合
序 号
A B C D E F G H I
分功能
1 推压 铲斗 提升 回转 能量转换 能量传递与分配 制动 变速 行走 齿条 正铲斗 油缸 内齿轮传动 柴油机 齿轮箱 带式制动 液压式 履带
首先确定几个 根据一定的理论方法进行方案选择 方案或结构 确定最终 方案或结构
一般设计过程的缺点： 1）带有很大的盲目性 2）设计人员知识和经验的局限性，妨碍了思维，束缚了创造力
23
2.1.3 功能原理设计的设计方法——黑箱法 “黑箱法” 设计特点： 1）暂时摒弃那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基 本功能 2）将必要功能和基本功能用较为抽象的形式(如输入量和输 出量)加以表达。
30
利用相容性矩阵对原理对各个方案进行筛选 为了便于检验和了解有联系的分功能(功能元)之间的相容 性，可以列出相容性矩阵。检验相邻功能元所对应的技术、物 理效应之间的相容性。
31
1.总体设计的内容
总体设计是机械系统内部设计的主要内容之一，也是进行 系统技术设计的依据。总体设计对机械系统的性能、尺寸、 外形、质量及生产成本具有重大影响。因此，总体设计时 必须在保证实现已定方案的基础上，尽可能充分考虑与
机械设计基础课件——第二章联接
▪ 轴槽用与半圆键形状相同的铣刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动， 键的侧面为工作面，工作时靠其侧面的挤压来传递扭矩。其特点是工 艺性好，装配方便，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接，但是轴槽对轴 的强度削弱较大，只适宜轻载静联接。
▪ 3.楔键联接（图2-5）
▪ 键的上、下面为工作表面，键的上表面和轮毂槽底面均制成1∶100的 斜度（侧面有间隙），工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传 递小部分单向轴向力。
第三节 螺纹联接和螺旋传动
▪
一、螺纹的主要参数
▪ 1.大径d
▪ 它是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。一般定为螺纹的公称 直径。
▪ 2.小径d1 ▪ 它是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。一般为外螺纹危险剖
面的直径。
▪ 3.中径d2 ▪ 它是一个假想圆柱的直径，该圆柱母线上的螺纹牙厚等于牙间宽。
▪
图 2-6
▪ 二、平键联接的选择计算
▪ 1.类型选择
▪ 键的类型应根据键联接的结构、使用特点及工作条件来选择。选择 时应考虑以下方面的情况：联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑 动距离的长短；键在轴上的位置等。
▪ 2.尺寸选择
▪ 根据轴的公称直径d,从相关手册中选择平键的尺寸b×h。根据轮毂 长度选择键长：静联接时键长应略小于轮毂长度，动联接时要考虑移 动距离；另外键长还应符合表中的标准长度系列。
▪ 7.牙型角（α）和牙侧角（β）
▪ 在轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角，用α表示。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的 夹角称为牙侧角，用β表示。
▪
二、螺纹的类型、特点和应用
▪ 1.三角螺纹
▪ 公制三角形螺纹的牙型角α＝60°，其大径d为公称直径。三角形螺纹的当 量摩擦系数大，自锁性能好,螺纹牙根部较厚，牙根强度高，广泛应用于各种 紧固联接。同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹， 其余都称为细牙螺纹。由图2-9a可见，细牙螺纹的螺距小且中径及小径均较 粗牙螺纹的大，故细牙螺纹的升角小，自锁性能好，但牙的工作高度小，不 耐磨、易滑扣，适用于薄壁零件、受振动或变载荷的联接，还可用于微调机 构中。
自动机械设计第二章习题
第二章自动机械设计原理思考题1. 什么是理论生产率？两类自动机械的生产率应如何计算？2. 什么是实际生产率？第Ⅰ类自动机械的实际生产率应如何计算？3. 提高自动机械生产率有哪些途径？4. 采用工艺分散原则的目的是什么？5. 在选定工艺方案时，有哪些工艺问题需要考虑？6. 什么是工艺原理图？它有什么用处？7. 什么是自动机械的工作循环？什么是执行机构的运动循环？两者之间有什么关系？执行机构的运动循环一般包括哪几个阶段？8. 循环图有哪三种形式？各有何特点？9. 自动机械循环图的用途是什么？10. 三面切纸机的推杆、主压板、测刀、前刀四个机构有哪些同步点？哪些同步点与纸叠的厚度有关？为什么？哪些同步点与构件的运动速度有关？为什么？练习题1. 某味精包装机，在一个班（8小时）内连续运转，共生产25g小包装味精480kg，试计算其理论生产率Q T（包/min）和工作循环时间T P（s）。
2. 已知电阻自动压帽机的电动机转速为1440r/min，经皮带和蜗杆蜗轮两级减速后到分配轴，总减速比为48。
分配轴每转一转生产一个产品。
该机在一个工作班（8小时）停机16次，每次平均3min，试计算该机的理论生产率Q T和实际生产率Q P。
3. 搪瓷口杯生产自动线属于同步顺序组合自动线，其理论生产率Q T＝30个/min，但该自动线在8小时内，一次成型机停车5次，每次平均3 min；二次成型机停车4次，每次平均2 min；切卷机停车3次，每次平均4min；压光机停车2次，每次平均5min。
试计算该自动线的实际生产率Q P。
4. 汽水自动灌装机，灌装瓶位50个，工作台转速3 r/min。
灌装机在8小时内装瓶停顿40次，每次平均6个空瓶位。
试计算灌装机的理论生产率Q T和实际生产率Q P。
5. 某50头液位灌装机，根据工艺要求，灌装时间为T′K=15s。
若灌装角αP＝270°，问该机理论生产率Q T可达多少瓶/min？若提高生产率可采用什么方法？6. 钻孔自动机的工艺原理如图（a）所示，它由三个主要机构推杆1、压紧板2和钻削头3所组成。
机械设计基础--第二章(平面机构的结构分析)
图2-6 1-中心轮 1 2-行星轮 3-中心轮2 4-转臂
二、学习指导
d) 在平行四边形机构中加入一 个与某边平行且相等的构件，造成轨 迹重合而产生的虚约束，见图2-7构 件5引入的运动副为虚约束，计算机 构的自由度时要将构件5及运动副都 除去不计。此时 n=3，PL =4，PH =0， 故机构的自由度数为
三、典型实例分析
例题2-4 已知一机构如图2-12所示，求其自由度。 解：n=4
PL= 6 PH=0
1 3
2 4
F=3n-2PL-PH=34-26-0=0
即该机构自由度为0，它的各 构件之间不能产生相对运动。
5
图2-12
三、典型实例分析
例2-5 计算图2-13所示大筛机构的自由度。
解：E′或 E 为虚约束 C为复合铰链 F为局部自由度
（3）机构中存在着与整个机构运动无关的自由度称为
在计算机构自由度时应
。
个构件作为机架。
（4）在任何一个机构中，只能有
四、复习题
⒉ 选择题
（1）一个作平面运动的自由构件具有
(A) 一个； (B) 二个；
自由度。
(D) 四个。 。 (D) 四个。 。
(C) 三个；
（2）平面机构中的高副所引入的约束数目为 (A) 一个； (B) 二个； (C) 三个；
三、典型实例分析
a）
b）
c）
图2-9
d）
三、典型实例分析
例2-2 计算图2-10中牛头刨床传动机构的自由度。
解：n=6，PL= 8，PH=1。
F=3n-2PL-PH=36-28-1=1
即该机构只有一个自由度， 与原动件数相同（齿轮 3 为原动 件）。所以,满足机构具有确定运 动的条件。 图2-10
机械设计基础第2,3,4章课后习题参考答案
第二章2-4机构具有确定运动的条件是什么？答：自由度大于零；原动件数等于机构的自由度。
2-6计算自由度答：（a）n=6，PL=7，Ph=3F=3n-2PL-Ph=3*6-2*7-1*3=1其中，B C D处有复合铰链需要原动件数目为1（c）n=9，PL=12，Ph=2F=3n-2PL-Ph=3*9-2*12-1*2=1其中，G处有局部自由度，D处有复合铰链需要原动件数目为1第三章3-1铰链四杆机构有哪些基本性质？如何判断它是否具有曲柄？答：基本性质：急回运动，死点位置，压力角。
铰链四杆机构中曲柄存在的条件为：1.最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆长度之和；2.连架杆和机架中必有一杆为最短杆。
3-3已知铰链四杆机构各杆杆长分别为：a = 40 mm，b = 79 mm，c = 90 mm，d = 110 mm，各杆按字母顺序布置。
试问分别取不同杆为机架时，各获得何种机构？答：a+d=40+110=150mm < b+c=79+90=169mm以a杆为机架时，得到双曲柄机构；以b杆或d杆为机架时，得到曲柄摇杆机构；以c杆为机架时，得到双摇杆机构。
3-4如何判断机构有无急回运动？K = 1的铰链四杆机构的结构特征是什么？答：看机构有无极位夹角，若存在，则具有急回运动，且极位夹角越大，急回特性越明显。
K=1，则极位夹角等于零，无急回运动，主动曲柄和连杆两次共线位置重合。
第四章4-2 凸轮机构常用的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪些运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？答：等速运动规律存在刚性冲击；等加速等减速运动规律存在柔性冲击；摆线运动规律无冲击。
4-6 图示一偏置直动从动件盘形凸轮机构，凸轮以C点为中心，题4-6图画出轮廓上D点与尖顶接触时的压力角的位置和大小。
答：。
机械设计习题及答案
机械设计复习题第二章螺纹连接一、填空题1.紧固连接件的基本类型包括、、和。
2.按螺栓主要受力状况不同可分为螺栓连接和螺栓连接。
3.对于螺纹的防松，就其工作原理来看，可分为、和三种。
4.对于受拉螺栓，只能承受静载荷的为螺栓。
5.设螺栓的刚度为c1，被连接件的刚度为c2，工作载荷F、预紧力F’和残余预紧力F’’。
写出以上三个载荷作用时的相互关系式。
（1）螺栓总拉力：（2）预紧力：（3）残余预紧力：6.当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用。
7.受翻转扭矩的螺栓组，靠近扭矩侧的螺栓受到了向上的拉力，其预紧力将减小。
8.螺栓组连接按受力形式可分为、、和受翻转力矩四种形式。
9.螺旋连接能满足的自锁条件是，防松的根本问题在于。
10紧螺栓连接在按拉伸强度计算时，为了安全，应将拉伸载荷增加到原来的倍。
11.对受轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，当预紧力F′和轴向工作载荷F一定时，为减小螺栓所受的总拉力F0，通常采用的方法是减小的刚度或增大的刚度。
12.从防松工作原理上看，弹簧垫圈属于防松，止动垫圈与圆螺母配合属于防松措施。
13.螺纹拧紧的作用包括、和。
14.当所受轴向载荷通过时，螺栓组中各螺栓承受的相等。
二、简答题1.提高螺栓连接强度的措施包括哪些？2.螺栓连接的主要失效形式是什么？主要发生在什么部位？为什么？3.作出受拉螺栓连接螺栓的伸长量和所受工作载荷之间的关系，并推导出螺栓总拉力计算公式。
4.当螺纹副满足自锁条件时，为什么要进行螺纹防松？四、计算题1.（例2-1）已知一机器底座用10个螺栓与地基连接，如图所示。
螺栓之间的相对距离为100mm，所受的工作载荷为M=500N·m。
试设计此螺栓组连接的螺栓直径。
取相对系数刚度为2.图示螺栓联接中，采用两个M16（小径d1=13.835mm，中径d2=14.701.mm，）的普通螺栓，螺栓材料为45钢，8.8级，σs=640MPa，联接时不严格控制预紧力（取安全系数S S=4，被联接件接合面间的摩擦系数f=0.2。
机械设计第二章课后习题答案
题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ），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，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图2-15 中位置和。
在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。
综合这二者，要求即可。
（2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图2-15 中位置和。
在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，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 2-3 见图 2.16 。
图 2.16题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（ 2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转 / 分钟题 2-5解 : （ 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
取适当比例图尺，作出两次极限位置和（见图2.17 ）。
由图量得：，。
解得：由已知和上步求解可知：，，，（2 ）因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取和代入公式（ 2-3 ）计算可得：或：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，；并确定比例尺。
（ 2 ）作，。
（即摇杆的两极限位置）（ 3 ）以为底作直角三角形，，。
（ 4 ）作的外接圆，在圆上取点即可。
在图上量取，和机架长度。
则曲柄长度，摇杆长度。
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，能满足即可。
机械设计基础第二章机械零件的几何精度(尺寸精度)
2．实现互换性的意义
凡重复生产、分散制造、集中装配的产品都应当具有互 换性。 (1)便于组织生产协作，进行专业化生产，提高生产效率， 降低产品成本 (2)便于及时更换失效的零件，方便维修，从而延长了机器 的使用寿命 (3)便于简化设计计算、制图工作，缩短设计周期，并有利 于用计算机进行辅助设计，这对发展系列产品、改进产 品性能都有重大作用。 零部件的互换性，通常包括几何参数、机械性能、物 理化学性能的互换。本章仅讨论几何参数的互换。
三、偏差、公差、公差带的术语及定义
1.尺寸偏差 尺寸偏差：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。
实际偏差：实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差。 极限偏差：极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。（示意图） 上偏差：最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差 。用代号 ES(孔)、es(轴)表示。即 ES=Dmax-D es=dmax-d 下偏差： 最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。用代号 EI(孔)、ei(轴)表示。即EI=Dmin-D ei=dmin-d 实际偏差在极限偏差范围内即为合格。
0.038 0.07
0.015
0.013
**公差与偏差的区别：
公差是一个没有正、负符号的绝对值，不能为零 （１）从数值看 偏差是代数量，可能正、负或零 公差表示制造精度要求，反映加工难易程度， 限制误差，对单个零件无公差可言 （２）从作用看 极限偏差用于限制实际偏差，实际偏差取决 于机床的调整，不反映加工难易程度。单个 零件能测出。
机械设计基础第二章参考答案
《第2章》教材习题2.1请绘出题2.1图所示机构的运动简图。
（a）（b）（c）题图2.1知识点：机构运动简图参考页: 20-21学习目标: 1题型：图解难度:2解：按表2.1选择、确定机构运动副的符号；将运动副部件的符号按图中同样比例绘制在纸上。
（a）（b）（c）题解图2.2指出题2.2图中运动机构的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算这些机构自由度，并判断它们是否具有确定的运动（其中箭头所示的为原动件）。
（a）（b）（c ） （d ）（e ） （f ）图2.16 答：（a ）机构原动件数为1，等于机构自由度，故机构运动确定。
（b ）机构原动件数为1，等于机构自由度，故机构运动确定。
（c ）机构原动件数为1，等于机构自由度，故机构运动确定。
（d ）机构原动件数为2，大于机构自由度，故机构运动不确定。
（e ）机构原动件数为1，小于机构自由度，故机构运动不确定。
（f ）机构原动件数为1，等于机构自由度，故机构运动确定。
知识点：自平面机构自由度计算、机构具有确定运动的条件、复合铰链、局部自由度、虚约束参考页: 23-27学习目标：3、4、5题型：计算难度：3解：（a ）9n =，12l P =，2h P =，339212121l h F n P P =--=⨯-⨯-⨯=B 处为复合铰链，D 处为局部自由度，机构原动件数为1个，等于机构自由度，故机构运动确定。
（b ）4n =，5l P =，1h P =，33425111l h F n P P =--=⨯-⨯-⨯=A 处为虚约束。
机构原动件数为1，等于机构自由度，故机构运动确定。
（c ）9=n ，12=l P ，2=h P ，121229323=-⨯-⨯=--=h l P P n FM 处为复合铰链，C 处为局部自由度，G 处为虚约束，因机构原动件数为1，等于机构自由度，故机构运动确定。
（d ）9n =，13l P =，0h P =，339213101l h F n P P =--=⨯-⨯-⨯=无复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况，机构原动件数为2，等于机构自由度，故机构运动不确定。
机械设计制造基础第二章 练习题与答案
第二章练习题1.填空题1-1直角自由切削，是指没有参加切削，并且刃倾角的切削方式。
1-2在一般速度范围内，第Ⅰ变形区的宽度仅为 0.02～0.2mm。
切削速度因此可以近似视为一个平面，称为剪切面。
，宽度愈小，1-3靠前刀面处的变形区域称为变形区，这个变形区主要集中在和前刀面接触的切屑底面一薄层金属内。
1-4在已加工表面处形成的显着变形层（晶格发生了纤维化），是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦所造成的，这一变形层称为变形区。
1-5从形态上看，切屑可以分为带状切屑、、和崩碎切屑四种类型。
1-6在形成挤裂切屑的条件下，若减小刀具前角，减低切削速度，加大切削厚度，就可能得到。
1-7在形成挤裂切屑的条件下，若加大刀具前角，提高切削速度，减小切削厚度，就可能得到。
1-8经过塑性变形后形成的切屑，其厚度 h ch通常都要工件上切削层的厚度 h D，而切屑长度 L ch通常切削层长度 L c。
1-9切削过程中金属的变形主要是剪切滑移，所以用系数精确些。
1-10相对滑移是根据纯剪切变形推出的，所以它主要反映形系数则反映切屑变形的综合结果，特别是包含有的大小来衡量变形程度要比变形变形区的变形情况，而变变形区变形的影响。
1-11切屑与前刀面的摩擦与一般金属接触面间的摩擦不同，因为切屑与前刀面之间的压力很大（可达 1.96～2.94GPa以上），再加上几百度的高温，致使切屑底面与前刀面发生现象。
1-12在粘结情况下，切屑与前刀面之间的摩擦是切屑粘结部分和上层金属之间的摩擦，即切屑的。
1-13根据摩擦情况不同，切屑与前刀面接触部分可分为两个摩擦区，即和滑动区。
1-14切屑与前刀面粘结区的摩擦是变形区变形的重要成因。
1-15硬脆材料与金属材料的切除过程有所不同，其切除过程以为主。
1-16磨削时砂轮表面的微小磨粒切削刃的几何形状是不确定的，通常有较大的负（－60°～－85°）和刃口楔角（80°～145°），以及较大的半径。
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例如因自动机械缺乏加工材料、工人缺勤、换班等延误 的时间。
第Ⅴ类：与产生废品有关的时间损失。 自动机械或刀具调整不好、原材料及毛坯质量差等原
因，都可能导致产生废品。 第Ⅵ类：在转换生产另一批产品时所花费的准备时间。
自动机械设计
第二章 自动机械设计原理
§2-1 自动机械的生产率分析
一、概述
1、定义： 自动机械在单位时间内生产或完成加工的产品的数量，
称为自动机械的生产率，或生产能力。 单位：件/min、kg /min 、m/h、m2/h等。
2、目的： 生产率是衡量自动机性能优劣的主要指标之一。在设
计制造自动机械时，应对它的生产率进行系统的分析，以 掌握主要的影响因素，从而找出提高自动机械生产率的有 效途径。
⑤改善生产组织和管理工作，使生产组织和管理工作 适应于自动化生产的要求。
三、减少基本工艺时间
①深入地分析有关的产品加工工艺，优化工艺参数，提高 工艺速度。
②采用先进的新工艺，可以使工艺速度成倍地提高。
③采用“工艺分散原则”，把工艺时间较长的工序分散到 自动机械的几个工位上，或自动线的几台自动机械上， 也是一种常见的减少基本工艺时间的方法。
用以重新恢复自动机械的工作能力所需要的技术时间。 必须明确，“调整时间”不能与“停歇时间”混为一谈。 调整时间系数：
如果在一段相当长的时间T总内观察自动机械的工作情况， 在此时间内自动机械实际工作时间为TY，而花费的调整时间 为T，则调整时间系数B表示为
根据积累和分析大量的实际资料，得出调整时间Ｔ和实 际工作时间TY之比B，就可以评定自动机械完善程度和工作 优劣。
下面的分析中，主要考虑与生产技术和设备条件有关 的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类时间损失，实际生产率可以表示为
前述的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类时间损失，最终都直接反映为 设备上的各种问题。循环内的时间损失Tf主要与设备设计 有关；而循环外时间损失Tn则与设备的设计、选择、使用 （包括调整、管理和维修）等方面有关。
例2－2 已知电阻自动压帽机的电动机转速为n0=1440r/min， 经皮带及蜗轮蜗杆两级减速后到分配轴，总传动比为i=48， 分配轴每转一周生产一个产品。该机在一个工作班（8h）内 停机16次，每次平均3min，试计算该机的理论生产率QT和实 际生产率QP，并求该机的时间利用系数ε。 解：分配轴转速可求得为
第Ⅱ类：与刀具或其它成型工具使用有关的时间损失。 例如因更换、调整刀具，局部刃磨及微调所消耗的时间。
这类时间损失可以用所有刃具因更换和调整所消耗的时间总 和分摊到每一件加工对象上的份额来表示，记为Tt
第Ⅲ类：与自动机械及其辅助设备的使用有关的时间损失。 主要花费在修理设备和恢复正常工作的调整等方面。该
3、分类： ①理论生产率：QT ②实际生产率：QP ③工艺生产率：K
①理论生产率QT是指自动机械调整到正常的工作状态加工产 品时，单位时间内生产或完成加工的产品的数量。
②实际生产率QP是指考虑到因故障、维修、出现废品或其 它原因引起停机的时间的情况下，单位时间内平均生产 或完成加工的合格产品的数量。
③工艺生产率K是在某种工艺条件下，自动机械在单位时间 内生产或完成加工产品的最大数量。
④间歇作用型自动机械理论生产续作用型自动机械的理论生产率QT
二、间歇作用型自动机械的理论生产率分析
自动机械执行机构的动作，分： 工艺操作：加工、装配、计量等。 辅助操作：加工对象的传送、安装、自动检验、空行程等。
四、自动机械的实际生产率及其影响因素 时间损失：
循环外的时间损失：自然或意外的原因，引起的停机时间 循环内的时间损失：辅助操作时间 实际生产率与理论生产率的关系为
时间损失可分为以下六类： 第Ⅰ类：循环内的空程时间损失。
它与工作循环中所包括的空程辅助动作有关，例如加工执 行机构的空回程、装卸加工对象及自动检验等等，记为Tf。
结论：①因0<η<1，间歇型自动机械的QT始终低于K。 ②K相同，Tf越少， QT越高。 ③ Tf一定，随着K的提高， QT的提高将达到某一极限值：
④K较低时， Tf对QT的影响不如K较高时那样显著。 ⑤ Tf=0的自动机械实质就是连续型自动机械。
三、连续作用型自动机械的理论生产率分析
连续作用型自动机械的理论生产率完全取决于加工对象 在加工中移动的速度或自动机械的加工工艺速度。
所以该机的工作循环时间为
该机的理论生产率为
由于该机在本班的停歇时间为3×16＝48min，因此其 有效工作时间为
该机在本班生产的产品件数为 分摊到每一件产品上的循环外时间损失为 该机的实际生产率为 由于n即为该机在本班的总循环次数∑Z，实际生产率为 该机的时间利用系数
五、自动机械的调整时间 调整时间：
§2-2 提高自动机械生产率的途径
为了提高自动机械的生产率，必须全面地分析各种工艺因 素和设备因素。设计先进合理的工艺方案、机器的结构方案和 机构的运动方案，选择先进可靠的设备、机构和元件等，都可 以使自动机械的生产率得到提高。而这些措施的实质，就是减 少各类时间损失，这是提高自动机械生产率的基本条件。
一、减少循环内的空程及辅助操作时间
①设计工艺方案时，在拟定的运动循环方案中，尽可能使 空程及辅助操作时间与基本工艺时间重合或部分重合， 或使各种全程及辅助操作时间彼此重合或部分重合。
②设计和选择各种机构的合理的工作速度。
③采用连续作用型自动机械，可以使空程及辅助操作时间 与基本工艺时间完全重合T从根本上消除循环内的时间 损失。
④对于小型的简单形状加工对象实行多件平行加工，可以 使生产率成倍增加。
§2-3 自动机械的循环图设计
二、减少循环外的时间损失 1、减少第Ⅱ类时间损失 ①提高刀具及成型工具的尺寸耐用度。 ②减少更换和调整工具的时间。
2、减少第Ⅲ类时间损失 ①减少机械设备的调整时间。
②设计能满足自动操纵和连锁保护的电气设备控制系 统以及必要的检测系统。
③方便液压、气动系统的维修。 ④加强自动机械的计划检修和日常维护保养工作。