《机械设计基础》课程课后作业

《机械设计基础》课程教学（自学）基本要求

适用层次 所有层次 自学学时 120 教材名称 使用教材 参考教材 编 者 出 版 社 适应专业 工科各专业 面授学时 40 机械设计基础 綦耀光 刘峰 中国石油大学 使用学期 2010春 实验学时 本课程是近机类、远机类专业了解机械的一门重要技术基础课。目标是使学生在综合应用先修课程知识的基础上，通过对机构的结构分析、常用机构性能与设计分析、机器动力学、通用零（部）件设计方面基本知识的学习和设计训练，做到认课程简介 识机械、了解机械。为学生进一步学习专业课和今后从事与机械方面有关的工作打下基础，为日后从事技术革新、发明创造条件，为在工作中与机械工程师合作打下基础。 通过本课程的学习可以使学生熟悉常用机构，掌握通用机械零件的工作原理、学习建议 结构、特点、设计计算及维修等，初步具有一定设计机械传动装置的能力。具有运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。 各章节主要学习内容及要求（上交作业电子文档附后） 绪论 1.课程研究的对象； 2.研究的内容 3.课程的重要性 主要内容 4.机械设计的一般过程 5.学习方法 重点：机械、机构、机器的概念 平时作业:0.1 上交作业 备 注 第一章 机构的结构分析 1.运动副 2.平面机构的运动简图绘制 3.运动链成为机构的条件 主要内容 4.计算自由度时的注意事项 重点： 1.运动副及分类； 2.运动简图绘制及自由度计算。 上交作业 1.3、1.4、1.5 备 注 第二章 平面机构的运动、动力分析 主要内容 1.机构速度分析的瞬心法

2.用矢量方程图解法做机构的速度和加速度分析 3.机构动力分析的图解法 4.简单机构运动、动力分析的解析法 上交作业 备 注 本章不作为考试内容。 第三章 平面连杆机构 1.平面连杆机构的类型、应用和演化 2.平面四杆机构的基本特性 主要内容 3.平面四杆机构设计简介 重点掌握：平面连杆机构的基本类型和基本特性 上交作业 3.1、3.3 备 注 第四章 凸轮机构设计 1.概 述 2.凸轮从动件的常用运动规律 3.凸轮轮廓曲线设计 主要内容 4.凸轮机构基本参数的确定 重点： 从动件的常用运动规律 平时作业：4.3、4.4、4.10、4.14、4.17 上交作业 4.10、4.14、4.17 备 注 第五章 齿轮机构 1.概述 2.齿廓啮合基本定律与共轭齿廓 3.渐开线的形成和性质 4.渐开线圆柱齿轮各部分的名称和标准齿轮尺寸计算 5.渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 6.渐开线齿廓的切制 主要内容 7.平行轴斜齿轮机构 8.圆锥齿轮机构 重点： 1.齿廓啮合的基本定律； 2.渐开线标准齿轮的各部分名称及其基本尺寸； 3.一对渐开线齿轮正确啮合的条件； 平时作业：5.2、5.5、5.6、5.14、5.15、5.16 上交作业 5.5、5.6、5.14 备 注 第六章 轮系 1.轮系分类 主要内容 2.定轴轮系的传动比 3.基本的周转轮系传动比计算

4.复合轮系的传动比计算 5.轮系的应用 重点： 定轴轮系的传动比计算 上交作业 6.1、6.4、6.9 备 注 第七章 其他常用机构 1.间歇运动机构 2.万向联轴节 主要内容 3.组合机构简介 平时作业：7.1 上交作业 备 注 第八章 机器动力学初步 1.机器运转速度波动的调节 主要内容 2.刚性回转件的平衡 平时作业：8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6 上交作业 备 注 第九章 机器零件设计概论 1.机械零件的失效形式及设计准则 2.机械制造常用材料及其选择 3.机械零件的结构工艺性及标准化 主要内容 重点： 零件工作能力准则 平时作业：9.3、9.4、9.6 上交作业 备 注 第十章 联接 1、 螺纹联接 1)螺纹及其主要参数； 2)螺旋副中力的关系、效率及自锁； 3)常见螺纹种类及标准； 4)螺纹联接件的主要类型； 5)螺纹联接的防松； 主要内容 6)螺纹联接的强度计算； 7)螺栓的材料和许用应力； 8)螺旋传动； 2、 键联接 1)平键联接 2)其他键联接。

重点： 1.螺纹的主要参数； 2.螺旋副中的受力分析及自锁； 3.紧螺栓联接的强度计算； 4.普通平键 平时作业：10.2、10.3、10.4、10.11、10.12、10.13 上交作业 10.11、10.12、10.13 备 注 第十一章 齿轮传动 1.齿轮传动的失效形式及计算准则 2.齿轮材料及精度选择 3.齿轮传动的载荷计算 4.直齿圆柱齿轮传动的强度计算 5.斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 6.直齿圆锥齿轮传动的强度计算 7.齿轮的结构设计 主要内容 8.齿轮的润滑 9.齿轮传动的效率 重点： 1.齿轮的失效形式及计算准则； 2.斜齿圆柱齿轮传动及受力分析； 3.圆锥直齿齿轮传动及受力分析。 平时作业：11.1、11.2、11.3、11.7、11.9 上交作业 11.7、11.9 备 注 第十二章 蜗杆传动 1.概述 2 .圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 3.圆柱蜗杆传动的强度计算 4.圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 主要内容 重点： 1.蜗杆传动的主要参数； 2.蜗杆传动的受力分析； 3.蜗杆传动的温度计算。 上交作业 12.2、12.3、12.5 备 注 第十三章 带传动和链传动 1.带传动 1).概述 主要内容 2).带传动的基本理论 3).带传动的设计 4).V带轮的结构

5).同步带传动简介 2.链传动 1).链传动的特点、类型 2).传动链及链轮 3).链传动的运动分析和受力分析 4).滚子链传动的设计计算 5).链传动的布置和润滑 重点： 1.带传动的弹性滑动和打滑 2.链传动的运动特性 平时作业：13.3、13.4、13.10、13.11、13.14 上交作业 13.14 备 注 第十四章 轴 1.轴的用途和分类 2.轴的材料和毛坯型式 3.轴的结构设计 4.轴的强度计算 主要内容 5.轴的刚度计算 6.轴的临界转速 7.提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施 重点：轴的结构设计和强度计算 平时作业：14.1、14.2、14. 7 上交作业 14.7 备 注 第十五章 滚动轴承 1.概述 2.滚动轴承的类型和选择 3.滚动轴承的代号 4.滚动轴承的力分析、失效和计算准则 主要内容 5.滚动轴承的组合结构设计 6.滚动轴承的润滑和密封 重点：滚动轴承的主要类型及选择 平时作业：15.1、15.3、15.6 上交作业 15.6 备 注 第十六章 滑动轴承 1.摩擦状态 2.滑动轴承的特点及结构型式 主要内容 3.轴瓦及轴承衬材料 4.轴承润滑材料 5.轴承润滑方法

6.滑动轴承的条件性计算 7.液体动力润滑的基本原理 平时作业：16.1、16.2、16.3 上交作业 备 注 第十七章 联轴器、离合器和制动器 1.概述 2.刚性联轴器 主要内容 3.牙嵌离合器 4.摩擦离合器 5.制动器 上交作业 备 注 一般了解 第十八章 弹簧 备 注 何时用何时自学，本章考试不考。 第十九章 机械系统设计综论 备 注 老师在课件讲授中将有关内容插入，一般了解；本章考试不考。

编者：刘峰

作 业

第一章作业题

1.3、计算图示机构的自由度。

题1.3图

1.4、计算图示机构的自由度。

题1.4图

1.5、计算图示机构的自由度。

题1.5图

第三章作业题

3.1、试根据图中的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆结构、双曲柄机构，还是双摇杆结构。

题3.1图

3.3、图示为压力机机构，试绘制其机构简图并分析其属于何种机构？

题3.3图

第四章作业题

4.10、图示为从动件在推程时的部分运动线图，其远、近休止角均不等于零，试根据s、v和a之间的关系定性地补全该运动线图，并指出何处存在刚性冲击、何处存在柔性冲击。

题4.10图

4.14、设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮转向及从动件初始位置如图所示。已知偏距e=10mm，基圆半径r0=40mm，滚子半径rT=10mm。从动件运动规律Φ=150°，Φs=30°，Φ＇=120°，Φs＇=60°。从动件推程以简谐运动规律上升，行程h=20mm，回程以等加速等减速运动规律返回原处。试绘制从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。

题4.14图

4.17、画出图示凸轮机构中凸轮的基圆，并在图上标出凸轮由图示位置转过45°时凸轮轮廓上的接触点位置及凸轮机构的压力角。

题4.17图

第五章作业题

5.5、已知一对渐开线外啮合直齿圆柱标准齿轮的模数m=5mm，压力角α=20°，中心距a=350mm，角速比i12=9/5。试求两齿轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径。 5.6、一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，测得其中心距为60mm，小齿轮的齿数为20，传动比为2，试设计该对齿轮的其他参数。

5.14、一对渐开线外啮合圆柱齿轮，已知z1=21，z2=22，m=2mm，中心距为44mm。若不采用变位齿轮而用标准斜齿圆柱齿轮凑中心距，求斜齿圆柱齿轮的螺旋角β应为多少？

第六章作业题

6.1、某手摇卷扬机传动系统如图所示，各齿轮的齿数均为已知，试求传动比i15的大小和提升重物时手柄的转向。

题6.1图

6.4、如图所示轮系a、b中，z1=20，z2=24，z2＇=36，z3=40，ω1=200rad/s，ω3=－100rad/s，求两轮系系杆的角速度ωH=？

题6.4图

6.9、在图示轮系中，已知n1=50r/min，z1=20，z2=30，z2＇=50，z3=80，求nH的大小和方向。

题6.9图

第十章作业题

10.11、用两个M10的螺钉固定一牵引钩，若螺钉材料为Q235，安装时控制预紧力，被联接件接合面摩擦系数f=0.15，求其允许的牵引力F。

题10.11图

10.12、图示凸缘联轴器允许传递的最大转矩T=1500N·m（静载荷），材料为HT250，联轴器用4个M16铰制孔用螺栓联成一体，螺栓材料为35钢。试选取合适的螺栓长度，并校核其剪切和挤压强度。

题10.12图

10.13、题10.12中凸缘联轴器若采用M16螺栓联成一体，以摩擦力来传递转矩，螺栓材料为45钢，联轴器材料为25钢，接合面摩擦系数f=0.15，安装时不要求严格控制预紧力，试决定螺栓数。

第十一章作业题

11.7、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，问：

（1）3、4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可以抵消一部分； （2）3、4轮的螺旋角应取多大才能使中间轴上两齿轮的轴向力可以完全抵消？

题11.7图

11.9、试设计提升机构上用的闭式直齿圆柱齿轮传动，已知传动比i=4.6，转速n1=730r/min，传递功率P1=10kW，双向传动，每天工作16h，对称布置，原动机为电动机，载荷为中等冲击，z1=25，大小齿轮材料均为45钢，调质处理，齿轮精度等级为8级。

第十二章作业题

12.2、如图所示，蜗杆主动，T1=20N·mm，m=4mm，z1=2，d1=50mm，蜗轮齿数z2=50，传动的啮合效率η=0.75。试确定： （1）蜗轮的转向；

（2）蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。

题12.2图

12.3、如图所示，1、2是一对蜗杆蜗轮传动，3、4是一对斜齿轮传动。已知1为原动件，4为输出件，各轮转向如图所示。为了使中间轴上蜗轮2和斜齿轮3上的轴向力互相抵消一部分，试确定1、2、3、4各轮的旋向，并在图上标出2和3所受力的方向。

题12.3图

12.5、图示为一手动提升机构，1、2为斜齿轮，3、4为一对蜗轮蜗杆。已知1、2轮齿数z1=20，

z2=30，蜗杆头数z3=1，蜗轮齿数z4=100，试求：

（1）手轮按图示方向转动提升重物Q时，蜗杆、蜗轮是左旋还是右旋； （2）为使蜗杆轴上轴向力抵消一部分，试确定斜齿轮的旋向；

（3）与蜗轮固联的鼓轮直径dw=0.2m，需要将重物提升1m时，手轮应该转几圈？

题12.5图

第十三章作业题

13.14、有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速其之间用普通V带传动，电动机功率P=7kW，转速n1=960r/min，减速器输入轴的转速n2=330r/min，，允许误差为±5%，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。

第十四章作业题

14.7、标出图中结构不合理之处，并将其修改正确。

题14.7图

第十五章作业题

15.6、如图所示，某转轴上安装有两个斜齿圆柱齿轮，工作时齿轮产生的轴向力分别为Fx1=3000N 和Fx2=5000N。若选择一对7210B型轴承支承转轴，轴承所受的径向载荷分别为Fr1=8600N，Fr2=12500N，求两轴承的轴向载荷Fa1和Fa2。

题15.6图