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《机械设计与制造》杂志——投稿须知

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一

１８一 ０ 　

胡 伟等： 高精 度 大流量 板 式过 滤装置 在钢 板 带轧制 工 艺过程 中的应 用　

离时 ， 即使 电机断 电。 　

第 ７期　

（ ） 滤 箱 夹 紧力 ：．１ ０Ｎ； ９过 ４１Ｘ１　 　 （ｏ 气 源 压 力 ：． ０６ ａ １） ０４ ． ～ ＭＰ ； 　

２４４运 纸 机 构　 ．． 当过滤箱清洗结束后 ，就要提升过滤箱 ，运走吹干后的滤　

纸， 同时送进新的滤纸。 　

（ １耗气量 ：７ ／ ｎ 中： １） ２ｍ３ ， ｍｉ其 控制气源耗气量 ： ． １ ３ ｉ； （ ５ ） ／ ｎ　 ０～ｍｍ

（２ 电机总容量 ：４７ Ｗ； １） ２ ．ｋ 　

夹 紧 电机 ：２ ｋ （ｘ ． Ｗ ） ２． Ｗ ３７ ｋ ； ５ ５ 　

运 纸 电机 ：． Ｗ。 ２２ ｋ 　

２４５气动控 制及 管路 系统　 ．．

管路系统包括净油输 出管 路 、 油输 入管路 、 污 负压阀 、 污油　

２４设 备构成　 ．

２４１ 座 与支 架部 分　 ． 底 ．

底座用于支承过滤箱 、 夹紧机构 、 运纸机构及气 动液压系统　 承过滤介质即无纺布卷 。 　

输入 阀、 净油输 出阀、 清洗 回油 阀、 吹风 阀等 ， 以保证在过滤工艺　 循环各阶段完成净油及污油的运送、 吹风、 清洗、 负压密封等功能 。 　

气动系统包 括气 源三大件 ， 电磁换 向阀及管路等 ， 以控制液　

各部件 ， 最下部设有接油盘用于收集回流的乳化液 ， 支架用于支　 压 系统 的有关阀门等 。另外还设有三个 喷射泵 ， 实现负压密封 。 　

２４２过滤 箱部 分　 ． ．

２４６电 气控 制 系统　 ．． 乳化液板式过滤机电控系统供 电采用三相四线￣＇Ｃ ８Ｖ、 Ｊ ３０ 　 Ａ

过滤箱由铝合金精密铸造或 由碳钢焊接而成 ，主要用于完　 ５ Ｈ ０ ｚ电源 。 总功率不超过 ３ Ｋ 最大电流不超 过 ４ Ａ。电气控　 ０ Ｗ， ０ 成过滤工艺过滤 ， 清洗等工序 ， 为板式过滤器 的关键部件 ， 内部分　 制操作箱内部装有 自动空气开关 、 接触器 、 电器 、 继 旋钮 、 按钮和　 为上下两腔 ， 即净油腔及污油腔 ， 两腔之问铺设过滤 网和无纺布。 可编程控制器等元件 。 　 操作分手动 和 自动二种方式 ， 手动为 了试　 过滤箱上设有 污油输入管路 ， 回油清洗管路 ， 负压密封吸油　 车用 ， 运纸为单循环 自动。 正常情况下使用 自动操 作。 操作前应　 管路 ， 净油输 出管路 ， 吹风管路。 　 了解 “ 动作顺 序表” 操作箱面板 ” 和“ 各元件 的作 用 ， 电气控制　 用 箱 中的 Ｐ Ｃ程 序控制器可实现整个过滤 工艺循环 的 自动控制。 Ｌ 　

２４３过滤 箱压 紧 一提 升 装置　 ． ．

过滤箱内部受有一定工作压 力 ，

在吹风、 正常过滤等过程 中　

需要压紧 ， 而在换纸过程 中又需要将各层过滤箱提 升起来 ， 以进　 行换纸 ， 该压紧及提升运 动由专 门设计的压紧一 提升装置实现。 　 杆、 过滤箱盖共 同完成压 紧及提升运动 ， 安全摩擦离合器起安全　

３ 结束语　

本装置 的技术性 能指标 已达到 国际先进水平 ，其价格 紧相　 当于国外价格的三分之一 ，其优越 的价性 比是同类设备无法 比　

由电机 、 摆线针轮减速机 、 摩擦离合器 、 蜗轮蜗杆变速箱 、 丝　 拟 的 。 　

目前本装置 已广泛用 于金属冷轧钢板带加工企业 ，降低企　 保护作用 ， 其夹紧力应保证使过滤箱问压 紧 ， 当夹紧力超过额定　 业 的运行成本 ， 提高 了冷轧钢板带 的表面质量 ， 提高产 品的市场　 值时 ， 摩擦离合器就脱 开卸载 ， 以免使过滤箱被压坏。 　 竞争力及企业的经济效益 。 因此 ， 本装置的推广应用具有很高的　

压紧电机 之额定 电流不应超 过按 负载所调定之数值 ，当其　 经济价值和深远的社会意 义。 　 电流超过调定值时， 过电流继 电器就使电机停转 ， 丝杆便停止对　

参考 文献　

过滤箱压紧， 如电气发生故障， 安全摩擦离－，－ △ 旦就实现其保护作用。 １ 唐立夫等． ￣． ｉ ｔ ｆ Ｅ 　 过滤机　Ｅ ： 京 机械工业 出版社，９ ４ １８ ． 　 提升过滤箱时， 横梁上装有两组行程开关 ， 当提升到额定距　 ２ 重型机械标准， ： 北京 中国标准出版社， ９ ． １ ８ ９ 　

《 机械设计与制造》 杂志　

投 稿 须 知　

１来稿必须具有创新性 、 ． 学术性 和可读性 。 　 ２ ． 文稿篇幅含图表在 ４ ０ ５０字符左右 。 　 ３来稿必须论点明确 、 － 文字简练 、 论证严密 、 数据可靠 。文稿必　

８图表应精选 ， ． 随文出现 ， 自明性 （ 有 图题 、 表题 中英文 ） 图以 ６ 。 　

幅为 限 。表 格 采 用 “ 线 表 ”　 三 。

９ ． 中的物理量和计量单位应符合 国家标准 。 文稿 　

须包 括题名 （ 中英文 ）作者 姓名 、 、 作者 单位 （ 中英文 ）摘 要和关键　 、 １． Ｏ一定要有参考文献 ， 一般 不少 于 ６条 ， 不超过 １ Ｏ条。 　 词（ 中英文 ） 中图分类号 、 、 正文（ 包括引 言和结语 ） 参考文献 、 、 作者　 注意 事 项 ： 　

简介（ 包括 姓名 （ 出生年 一 ， ）性别 、 职称 ， 学位 ， 研究方 向）基金项 目 ， 　 论文需给出项 目名称及编号 ，在文章首页地脚处 写明作者联 系方　 １ ． 执行《 中华人 民共和国著作权 法》 文责 自负 。 ， 　 ２ ． 的保密等问题请作者严格执行 国家及单位有 关保密、 稿件 版　

式（ 包括通

信地址 、 邮编 、 电话号码 、— ａ ） Ｅ ｍ ｉ。 ｌ　 权、 专利等规定 。 　 ４ 名不应超过 ２ 题 Ｏ个字 ， 英文题名应与 中文名含义一致。 　 ３ 稿切 勿一稿 多投 ，Ｏ 内未收悉稿 件录用通知书 ， ． 文 ６天 稿件可　 ５论 文摘要应包括研究的 目的 、 ． 方法 、 结果和结论 ， 摘要应具有　 自行处理 。来稿不退 ， 自留备份。 请 　 独立性 和 自明性 ， 采用第三人 称的写法 ， 不要使用 “ 本文 ” “ 、 作者 ” 　 ４稿件一经刊用 ， ． 赠送当期刊物 ２册 。 刊加人 《 本 中国学术期刊　 等作主语 ， 建议采用“ 对……进行研究” “ 、报告 了……现状” “ 、进行　 （ 光盘版 ）和 中国期刊网等。 》 如作者不同意将 文章编人数据库 ， 请另　 了……的调查” 。中文摘要 以 ２０字左右 为宜， 等 ０ 英文摘要应 与中 　

文 摘 要 文 意 一致 。 　 投他 刊 。 　

投稿方法 ： 　

Ｅ ｍ ｉ Ｓ Ｚ ＨＩ Ａ Ｏ Ｎ ＬＮＥ ． Ｎ — ａＩ Ｙ ＠Ｃ Ｎ Ｊ ＵＲ Ａ ： Ｊ ＴＣ 　

ＭＤＭ１ ６ 　 ３＠１ ３． ９ 　 Ｃ０Ｍ　 ６

６ ． 关建词 ３ ６个 中英文关键词应一一对应 。 － 　

７ 文稿章节用三级标题顶格排序 。一级标题形式如 １２ ３ ． 、 、 排　 序 ，二 级 标 题 形 式 为 １ ；．；．；．…… ，三 级 标 题 形 式 为　 ． １ ２ ２ １ ２ １ ２ １１１ １１ ，．．，．．……， ．．，．２ ２１１ ２１２ ． 四级标题形式为（ ）（ ；３ ……。 １ ；２）（ ） 　

本刊编缉部

０４８８９２　 ２ — ６ ９ １０

《机械设计与制造》杂志投稿须知

Ｎｏ． 　 ６

Ｊｎ２０　 ｕ．０８

３２带式输送机的产 品配置过程　 ．

机械设计与制造　

二 三　 　！ 二

选择 了产品平台之后 ，打开其模 块性矩阵 ，确定其平台结　

如表 ２所示 。 　 将不 同的输送倾角和输送量作 为条件项 目，利用决策表技　 构 。其决策过程 ，

术 来选 择 产 品平 台 ， 块 性 矩 阵 如 图 ２ 图 中 阴影 为 平 台结 构 。 模 。 　 表 ２ 带 式 输 送 机产 品 平 台 选择 决策　

Ｔ ｂ．　Ｔｈ 　 ｃｓｏ 　ｉｔ ｆｔｅ ｐａｆｒ ｓ ｌｃｉｎ ａ ２ ｅｄｅ ｉｉｎ ｌ 　 　ｈ 　 ｌｔ ｍ　 ｅｅ ｔ 　 ｓｏ ｏ ｏ

平 台结构确定之后 ，利 用辅助参 数来 完成可调节结构和变　

型结构的配置 ，然后利用配置规则和配置约束来确定产品的整　 体结构 ， 最后输 出带式输送机 的配置结构 Ｂ Ｍ表 。 Ｏ 　

４结论 　

作为大规模定制生产中的核心问题 ，产品配置不但直接影　 响产品的设计 、 制造 和销售 ， 而且最终 决定 着产 品的质量和交货　

期。 给出了一种基 于产 品平 台的配置方法 ， 实现了 ＭＣ模式下的　

产 品配置设计 ， 以带式输送机为例对该方法进行了验证 。 并 　

参考文献　

１ＰＮＥＩ　 Ｊ ｓ　 ｓｏ ｚｔｏ ： ｅＮｅ ＦｒｎｉｒｎＢｕ ｉｅｓＣｏ ｅｉｏ 　 　 Ｉ 　Ｉ ． ｓＣｕ ｔｍｉａｉｎ Ｂ　Ｍａ Ｔｈ 　 ｗ　 ｏ ｔ 　 　 ｓｎ ｓ　 ｍｐ ｔｔ ｎ ｅｉ ｉ

【 ． ｒａｄＢ ｓ ｅｓ ｃ ｏｌ ｒｓ ，ｏｔｎ １９ ：１ ４　 Ｍ】Ｈａｖｒ　 ｕｉ ｓ Ｓ ｈｏ　 ｅｓ Ｂ ｓ ，９ ３３ － ８ ｎ 　 Ｐ ｏ

２ 祁国宁 ， 杨青海等． 面向大规模定制 的产品开 发设计方法研究ｌ ． 　 ｊ 中 １

国机械 工程 ，０ ４ １ （９） ６ ７ ７ １ ２ ０ ，５ １ ： ９ ～１０　 １ ３王新 ， 谭建荣 ， 孙卫红． 基于实例的需求产 品配置技 术研 究【Ｊ中国机　 Ｊ ． 械工程 ，０ ６ １ （ ）１６ １ １ ２ ０ ，７ ２ ：４ ～ ５　

４ 车君华 ， 谭建荣 ， 冯毅雄等． 品配 置设计 的多层次 映射求解模型研　 产

究ｆ ． Ｊ 中国机械工程 ，０ ６ １ （ ） ４ ～ ５　 ］ ２ ０ ，７ ８ ： ９ ８ ３ ８

图 ２ 带 式 输 送 机模 块 性 矩 阵　

Ｆ ｇ２ ｉ ． 　Ｔｈ 　 ｄ ｌｒｔ 　 ｔｉ　 ｆ ｈ 　 ｌ Ｃｏ ｖ ｙ ｒ　 ｅ ｍｏ ｕ ａ ｉ ｍａ ｒｘ ｏ 　 ｅ Ｂｅｔ ｎ ｅ ｏ ｓ ｙ ｔ 　

５刘芳． 面向大规模定制 的产 品平 台设计理论研究及其软件实现【 Ｊ硕　 Ｄ： 【 士学位论文１天津 ： ． 河北工业大学 ，０ ５ ２ ０　

《 机械设 计与制造》 杂志　

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１ ． 来稿必须具有创新性 、

学术性和可读性。 　 ８图表应精选 ， ． 随文 出现 ， 自明性（ 有 图题 、 表题 中英文 ） 。图以 ６ 　 ２文稿篇幅含图表在 ４ ０ ． ５ ｏ字符左右。 　 幅为 限。表格采用 “ 三线表”　 。 ３来稿必须论点明确 、 ． 文字简练、 论证严 密 、 数据可靠 。文稿必须　 ９ ． 文稿中的物理量和计量单位应符合 国家标准 。 　 包括题名（ 中英文 ）作者姓名 、 、 作者单位（ 中英 文 ）摘要和关 键词（ 、 中　 ｌ． ０一定要有参考文献 ， 一般不少于 ６条 ， 不超过 ｌ ０条。 　 英文 ） 中图分类号 、 、 正文 （ 括引言和结语 ）参考 文献 、 包 、 作者简介 （ 包　 注 意 事 项 ： 　 括姓名 （ 出生年 一）性别 、 ， 职称 ， 学位 ， 研究 方向 ）基金项 目论文 需给　 ， １ ． 执行《 中华人民共和 国著作权法》 文责 自负。 ， 　 出项 目名称及编号 ， 在文章 首页地脚处写 明作 者联系方式 （ 包括 通信　 ２ 稿件 的保密等 问题请作者严格执行 国家及单位有 关保密 、 ． 版　 地址 、 邮编 、 电话 号码 、— ａｌ。 Ｅ ｍ ｉ）　 权 、 等规定 。 专利 　 ４题名不应超 过 ２ ． ０个字 ， 英文题名应与 中文名含义一致 。 　 ３ ． 文稿切 勿一稿多投 ，０ 内未收悉稿件 录用通知书 ， ６天 稿件可 自 　 ５ ． 论文摘要 应包 括研究 的 目的 、 法 、 果和结论 ， 方 结 摘要 应具有　 行处理 。来稿 不退 ， 自留备份。 请 　 独立性和 自明性 ， 采用第 三人称 的写 法 ， 不要使用 “ 本文 ” “ 、 作者” 等　 ４稿 件一经 刊用 ， ． 赠送 当期刊物 ２册 。本 刊加 入《 中国学术期刊　 作主语 ， 建议采用 “ …・ 　 ・ 进行研究” “ 、报告 了……现状” “ 、进行 了 　 （ 光盘版 ）和中国期刊网等。如作者不 同意将 文章 编人数据库 ， 》 请另　 的调查 ” 。中文摘要 以 ２ ０字左右为宜 ， 等 ０ 英文 摘要 应与 中文摘　 投 他 刊 。 　 要 文 意 一致 。 　 投稿方法 ： 　 ６关建词 ３ ６个中英 文关键 词应一 一对应 。 ． － 　 Ｅ ｍ ｌｓｚ ｈｎｊｕ １ ｅ．ｔ － ａ ：ｙ＠ｅｉａｏ ｍａ． ｔ ｆ ｉ ｊ ｎ ｅ　

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７文稿 章节用三级标题顶格排序 。一级标 题形式如 ｌ２ ３排序 ， ． 、、 　 二 级 标 题 形 式 为 １１ １ ；．；． ．；． ２１ ２２…… ， 三 级 标 题 形 式 为　 ２ １１１１１ ，．．，．．… … ， ．．，．２ ２１１２１ ． ２ 四级 标 题 形 式 为 （ ）（ ；３ … … 。 １ ；２）（ ） 　

ｍｄ １ ６ ＠ １ ３ ｃ ｍ　 ｍ ９ ３ ６ ．ｏ

本 刊 编 缉 部 ：２ — ６ ９ １０ ８ ８ ４ ４　 ８ ９ ４ ８　 ０４

８８９２　 ６９５３ ６０６８

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Ｎｏ． 　 ４

Ａ ｒ ０８ Ｄ． ０ 　 ２

机 械 设 计 与 制 造　

输 送 器 强 度 和 刚度 产 生 的影 响 。主 要 结 论 ： 　

一７ 　 ９一

表 ３螺旋输送器上最大径 向位移 随叶片壁厚的变化列表（ 　 ｍｍ）

（） １螺旋输送器 的模态仿 真表 明 ： 在第一阶固有振动频率下　

产生横向振动 ， 应力最大值出现在轴承中心对应部位 ， 位移最大　 值出现在两端 轴承位置及肩部 ；由于实际转速远小 于该临界转　 所 　 表 ４ 螺旋输送器上最大轴 向位移 随叶片壁厚的变化列表（ 　 速 ， 以螺旋输送器在正常的转速范 围内不会发生共振现象 。 ｍｍ） （） ２ 螺旋输送器的静力有 限元仿真表 明： 锥段小端叶片接近　 根部的推 料面和直段末端叶片根部的推料面是 出现最大应力的　 位置；跨越柱锥 内筒 的过渡段上螺旋叶片径 向边缘 的推料面是　 　 从 表 ２ ４可以看出 ， 载工况下应力最 大值在随着叶 片壁　 发生径 向位移最大值 的位置 。 － 满 （） ３ 应力最 大值 在满 载工况下随着叶片壁厚的减小而增大 ； 　 厚的减小而增大。在叶片壁厚为 ８ ｍ时 ， ｍ 应力最 大值大 于材料　 减小叶片壁厚 ， 沉渣　 的基本许用应 力 ， 合强度要求 ； 向位移 最大值 随叶片　 径向位移最大值随叶片壁厚的减小而增大 ； 　 不符 径 壁厚 的减小而增 大。但均在许可的范围 内； 减少叶片壁厚时 ， 沉　 对螺旋叶片作用的正压力所引起 的叶片的最大轴向位移增长较　 　 渣对螺旋叶片作用的正压力所引起 的叶片 的最大轴向位移增长　 快 。 较快 ， 当叶片壁厚 为 ８ ｍｍ时 ， 最大 轴向位移 已经超 过 ｌ ｍ， ｍ 叶　 这些结论对卧螺离心机转螺旋输送器结构优化具有理论的　 也显示出虚拟样机有限元仿真强大的优势和发展潜力。 　 片变形很 明显。 而螺旋输送器 自身质量的离心力在叶片上产生的　 指导意义， 轴 向位移也随叶片壁厚 的减少而增大 ， 但增 大速度缓慢 ， 这是 因　 参考 文献　

杨辉章 ， 林伟青． 螺旋沉降离心机高岭土分级试验研究［】 Ｊ． 过　 为离心力是引起 螺旋输送器 的径向变形的主要因素。在满 载工　 １董水 富，

况下 ， 各种 叶片壁厚下的轴向位移最大值都发生在柱段螺旋 叶片　

的径 向 边缘 的推 料 面 上 。 　

滤与分离 ，０ ０１（） １ ２　 ２ ０ ，０２： － ３ ２

２冯立成 ， 周密 ， 易泽明． 离心机复杂转鼓 的有 限元优化计算［． Ｊ机械强　 】

度 ，０ ２ ４２：９ － ９ 　 ２０ ， （） ５ ２７ ２ ２

分析未考虑实际生产 中可能发生的堵料现象 ，生产 实践证　

明， 卧螺 离 心 机 一 旦 在 运 转 过 程 中 发 生 堵 料 ， 片 易 遭 到 破坏 ， 叶 　

３ Ｊ ／　 ０ １离心机转鼓强度计算规范【】 　 ＢＴ ８ ５ ， Ｓ． 北京： 化学工业出版社 ，９ ６ １９ 　

４ Ｐ ＣＰ￣ Ｎ Ｉ Ｅ Ｒ Ｕｅ＇　 ｕｄ ［ ．Ｓ Ｐ Ｃ ｓｆ ａｅ２０ ： －０ 　 　 Ｔ ．ｒＥ Ｇ Ｎ Ｅ 　 ｓｒ Ｇ ｉｅＭ］ Ａ：Ｔ 　ｏｔ ｒ， ４ ９ １４ Ｓ Ｕ ｗ ０ ５

影响正常的生产流程 。因此螺旋叶片不能太薄， 同时也对叶片表　 面的处理工艺提出了较高 的要求 （ 耐磨性 和表面粗糙度 ）］ １ ７ 。因　

此 叶 片壁 厚 不 能 小 于 ８ 　 ｍｍ。

５陈蕴婚． 卧式螺旋沉 降离 心机 的螺旋输送器Ⅲ． 化工装备技术 ，９４ １　 １９ ， ５

（） ０ ２ 　 ２： － ７ ２

６隋允康 ， 杜家政 ， 细荣． Ｓ ．ａｔ ｎ 限元动力分析与优化设计 实　 彭 Ｍ ＣＮ ｓ ａ 有 ｒ

用教程［ ． Ｍ】 北京 ： 科学出版社， ０ 　 ２ ４ ０

６ 论　 结

态 和应力应变分析。根据仿真结果分析叶片壁厚的变化对螺旋　

龚斌 王刚． 玻璃钢离心机转鼓的研制（［ ． ＩＪ过滤与分离，０ １ ）】 ２０ ， 　 应用虚拟样 机技术对螺旋输送器进行了动力学仿真以及模　 ７张建伟 ， ，

１ ｆ）１ － ６ 　 １：４ １　 １

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７ 文 稿章节用 三级 标题顶格排序 。一级标题形式如 ｌ２、 排　 ． 、 ３ 序 ，二 级 标 题形 式 为 １１ １ ；．；．…… ，三 级 标 题 形 式 为　 ．；． ２１２２ ２ １ ．，．．， ．．，．．…… ， ． １ １１ ２１１２１ １ ２ ２ 四级标题形 式为（ ）（ ；３） ……。 １ ；２）（ 　

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机械设计第1~4

１　绪　　论

机械是人类进行生产斗争的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。早在古代，人类就应用杠杆和绞盘等原始的简单机械从事建筑和运输。

英国人牛顿等就研究用蒸汽作为动力的１６世纪第一次工业革命期间意大利人达·芬奇、

机械。１苏格兰人Ｔ．纽科门在前两人的基础上６９０年法国人巴本制造了一台蒸汽机；１７０５年，

制造了一台蒸汽机，瓦特在１７１２年这种蒸汽机开始在英国的矿井中用于运输煤炭。英国人Ｊ．此基础上用了六年的时间，对蒸汽机作了两次重大改革，才使蒸汽机奔跑于陆地。１８０２年美国人富尔顿以蒸汽机为动力，制造了世界上第一艘轮船。蒸汽机的出现使１９世纪欧洲产业革命形成了机械工业，并得到了迅猛发展。

我国劳动人民在机械方面也有过杰出的发明和创造。远在五千年前就使用过简单的纺织机械，在夏朝以前就发明了车子，晋朝的水辗已经应用了凸轮原理，西汉的指南车和记里鼓车已经采用了齿轮系。东汉张衡创造的侯风地动仪是人类历史上第一台地震仪。杜诗发明的用水作为动力，带动水排运转，驱动风箱炼铁的连杆机械装置，成为现代机械的雏形

。

１．１　课程的研究对象

机器的种类很多。由于机器的功用不同，其工作原理、构造和性能也各异。但是，从机器

的组成原理、运动的确定性及其与功、能的关系来看，

各种机器之间却存在一些共同的特征。

可以把机器看成由１．从制造角度来分析机器，

若机械零件（简称零件）组成的。“零件”是指机器的

制造单元。机械零件又分为通用零件和专用零件两

大类：通用零件是指各种机器经常用到的零件，如螺

栓、螺母、轴和齿轮等；专用零件是指某种机器才用到

的零件，如内燃机曲轴、汽轮机叶片和机床主轴等。

可以把机器看成由２．从运动角度来分析机器，

若干构件组成的。“构件”是指机器的运动单元。构

件可能是一个零件，也可能是若干个零件组成的刚性

组合体。

图１．１所示为内燃机的连杆总成。是由连杆体

连杆螺栓２、螺母３和连杆头４等零件组成的构１、

件。组成连杆的各零件与零件之间没有相对的运动，

成为平面运动的刚性组合体。

图１．１　内燃机的杆组连杆总成

１—连杆体；２—连杆螺栓；３—螺母；４—连杆头可以认为较复杂的３．从装配角度来分析机器，机器是由若干部件组成的。“部件”是指机器的装配

单元。例如车床就是由主轴箱、进给箱、溜板箱及尾架等部件组成的。把机器划分为若干部件，对设计、制造、运输、安装及维修会带来许多方便。

４．从运动的确定性及功能关系来分析机器。

（）根据功能的不同，一部完整的机器由以下几部分组成１

）原动机部分：机器的动力来源。作用是将其他形式的能量转换成机械能，如如内燃机、１

电动机等。

）工作机部分：处于整个机械传动路线的终端，是直接完成工作任务的部分。作用是利２

用机械能作有用的机械功。

）传动部分：介于原动机和工作机之间。作用是把原动机的运动和动力传递给工作机。３

）控制部分：控制机器的其他组成部分，使操作者能随时实现或终止机器的各种预定４

功能。现代机器的控制系统，一般包含机械控制系统，又包含电子控制系统，其作用包括监测及信号拾取、调节、计算机控制等。

图１．排气阀６关闭，进气阀５打开，燃气由进气管２所示的是单缸内燃机。工作开始时，

通过进气阀５被下行的活塞４吸入汽缸体１的汽缸内，然后进气阀５关闭，活塞４上行压缩燃气，点火后燃气在汽缸中燃烧、膨胀产生压力，从而推动活塞４下行，并通过连杆３使曲轴２转动，这样就把燃气的热能变换为曲轴转动的机械能了。当活塞４再次上行时，排气阀６打开，燃烧后的废气通过排气阀６由排气管排出。曲轴２上的齿轮１从而带动两０带动两个齿轮９，

个凸轮轴８转动，两个凸轮轴８再推动两个推杆７，使它按预定的规律打开或关闭排气阀６和进气阀５。以上各机件协同配合、循环动作，便可使内燃机连续工作

。

图１．２　单缸内燃机

１—汽缸体；２—曲轴；３—连杆；４—活塞；５—进气阀；６—排气阀；７—推杆８—凸轮轴；９、１０—齿轮

（）从上面分析可以看出，机器具有以下三个特征：２

）机器一般是由许多构件组成的；１

）各构件之间具有确定的相对运动；２

）机器能代替或减轻人类劳动来完成有用的机械功或转换机械能。３

仅仅研究构件之间的相对运动，而不考虑构件在做功和能量转换方面所起的作用时，通常把具有确定的相对运动、实现运动传递或运动形式转换的多构件组合称为机构。

图１．把燃气的热能变换为曲轴转动的机械能，是２单缸内燃机是通过一系列的机械运动，

机器。活塞４、连杆３、曲轴２和汽缸体１所组成的部分，把活塞的上下移动变换为曲轴的转动，它仅实现了运动方式的变换，是机构；齿轮１齿轮９和汽缸体１所组成的部分，把曲轴的０、

转动传递给了凸轮，也仅仅只实现了运动的传递，也是机构；凸轮轴８、推杆７和汽缸体１所组成的部分，把凸轮轴的转动变换成了推杆的上下移动，也只实现了运动方式的变换，同样也是机构。在上述的机构中，都是运动件相对于汽缸体１运动，汽缸体１就是机构中的机架。进气管和排气管（图上未完全画出）通过螺纹联接固定在汽缸体１上，不是可动的装置，因此不是机构。

从结构和运动角度来看，机器和机构没有什么区别。因此，为了叙述方便，通常用“机械”一词作为“机器”和“机构”的总称。

本课着重介绍机械中常用机构和通用零件工作原理、运动特性、结构特点、基本的设计理论和计算方法以及使用维护、标准和规范等。

１．２　课程的地位及学习目的

１．２．１　课程的地位

本课程是工科相关专业的主干技术基础课，它在教学计划中起着承上启下的作用。它一方面是综合运用一些先修学科知识的设计性课程，另一方面又是后续专业课学习的重要技术基础。

１．２．２　课程的学习目的

通过本课程的学习，机械类和机电类专业的学生应达到以下基本要求：

（）掌握常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点以及基本的设计理论和计算方法。１

（）具有分析、选择和设计常见机构的能力。２

（）具有设计在普通条件下工作的、一般参数的通用零部件的能力。３

（）具有运用标准、规范、手册和图册等技术资料的能力。４

１．３　课程的学习方法

本课程是一门技术基础课，具有较强的理论性和实践性，是从理论性和系统性都很强的基础课向实践性很强的专业课过渡的转折点。在学习方法上应当注意以下几点：

１．结合学习本课程及时复习和巩固有关先修课程的知识　先修课程是学习本课程的基

础。显然，这些先修课程的学习情况如何？将影响本课程的学习。因此为了给学习本课程奠定坚实的基础，还应当结合学习本课程及时复习和巩固有关先修课程的相关知识。

学习本课程的过程也２．注意培养综合运用所学知识的能力　本课程是一门综合性课程，

是综合运用所学知识的过程，而综合运用所学知识解决设计问题的能力又是设计工作能力的重要标志。所以在学习本课程时应当注意培养综合运用所学知识的能力。

３．弄清设计原理和设计公式的应用条件及公式中各量之间的相互关系　本课程的许多设计原理和设计公式都是带有条件的。设计时应弄清实际情况是否与条件相符。此外，设计计算时，通常在同一公式中要同时确定几个参数或数据，而这些参数或数据是否确定合理，又取决于对公式中各量之间的关系和对实际情况的了解程度。因此，设计计算中的主要困难不是解方程式，而是怎样才能做到结合实际情况合理地选择设计参数或数据。所以学习本课程时应当十分重视弄清设计原理和设计公式的应用条件及公式中各量之间的相互关系。

有些零件的主要尺寸是由计算确定的，然后根４．正确处理计算和绘图的关系　设计时，

据所得尺寸通过绘图确定其结构。但是，有些零件在确定主要尺寸之前，需要先绘出计算简图，取得某些计算所需条件后，才能确定其主要尺寸和结构。有时候还需要根据计算结果再修改设计草图。所以设计中计算与绘图并非截然分开，而是互相依赖、互相补充和交叉进行的。

５．正确处理继承现有设计成果与设计创新的关系　任何设计都不可能是设计者独出心裁，凭空设想出来的。设计中，必须吸取前人有益设计经验，参考有用设计资料。因为好的经验和资料是长期实践经验积累的宝贵财富。所以，设计时吸取有益经验，使用设计资料，既能减少重复工作，加快设计进程；又能继承和发展现有设计成果，不断改进设计方法和提高设计质量。此外，任何新的设计任务，又是根据特定的设计要求提出来的。因此设计时必须密切联系实际，创造性地进行设计。不能盲目地、机械地搬用经验或抄袭资料，继承现有设计成果与设计创新二者不可偏废，要很好地结合起来。

零件的设计与机器总体设计之间的联系　为了讨论方便，本课程对常６．注意单个机构、

用机构和通用零件是分别讨论的。但是，机器又是由若干机构、构件和零件组成的不可分割的整体，各机构、各零件与机器之间有着非常密切的联系。因此，设计机构和零件时，不仅要熟练掌握常用机构和通用零件的设计原理和方法，而且要从机器的总体设计出发，弄清它们之间的联系。例如齿轮传动时，就应当了解所设计的齿轮传动用在什么机器上？是开式传动还是闭式传动？齿轮转动是用来传递运动还是传递动力？等等。此外，还应当弄清齿轮与其他零件的联系，例如齿轮与轴和轴承的联系。因为这些都直接影响设计参数或数据的选择、齿轮的结构设计，有时还影响设计原理和方法。

一般不可能单靠理论计算确７．正确对待设计计算结果　设计机械零件的尺寸和形状时，

定，而是需要综合考虑零件的运动性能和动力性能，强度和刚度，摩擦、磨损和润滑，振动，工作寿命、安全操作和人机联系设计，经济性、工艺性、材料选用和标准化以及其他特殊要求等因素的影响。而上述因素对零件尺寸和结构的影响有些是无法计算的。因此，不能把机械零件设计片面理解为理论计算，或者认为理论计算的结果是不能更改的。

机械设计中最容易犯的毛病８．重视培养结构设计能力　初作设计和缺乏生产实践的人，

是结构不合理，甚至出现错误。结构不合理，将降低设计质量；结构设计错误，将造成经济损失。学习本课程时，应当多看零、部件的实物和图纸，多参观工厂，丰富结构知识和工艺知识，以便逐步提高结构设计能力。

习　　题

１．何谓机器和机构？应该如何理解这两个概念？

２．何谓构件和零件？两者之间有何区别和联系？

并从运动和加工制造两个不同的角度来分析它们的３．试用生活中的实际例子说明机器和机构的区别，

组成。

４．本课程有何特点？在学习本课程时要注意哪些问题？

２　平面机构及自由度

机械一般由若干常用机构组成，而机构是由两个以上有确定相对运动的构件组成的。按照机构中各构件的运动范围，可以把机构分为以下两大类：

（）平面机构：如果组成机构的各运动构件都在同一平面或相互平行的平面内运动，则称１

这种机构为平面机构。显然，平面机构的各运动构件都在某一平面内运动，运动形式无外乎平动、定轴转动和平面运动三种。

（）空间机构：如果组成机构的各运动构件不都在同一平面或相互平行的平面内运动，则２

称这种机构为空间机构。

２．１　运动副概述

两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副。如轴与轴承、活塞与气缸、

车

轮与钢轨以及一对轮齿啮合形成的联接，都构成了运

动副

。

如图２．构件狓狕，１所示的是空间直角坐标系犗狔

１固结在坐标面狓犗狔上。

１．构件自由度　构件２和构件１之间毫无联

系，构件２在坐标面狓犗狔内自由作平面运动。此时

构件２的运动可分解为三个独立运动：沿狓轴方向的

平动、沿狔轴方向的平动和绕坐标面狓犗狔内任一点

图２．１　构件的自由度转轴过点犃且垂直于坐标面狓即转轴犃的转动（犗狔，。这种构件相对于参考系所过点犃且平行于狕轴）

具有的独立运动，称为构件的自由度。构件相对于参

考系所具有的独立运动的个数，称为构件的自由度数

目。可见，每个作平面运动的自由构件都有３个自由

度：沿狓轴方向和沿狔轴方向的两个移动自由度以及

绕狕轴的一个转动自由度。

具体结构２．约束　构件２和构件１借助于铰链（

参见图２．，在点犗形成一种可以相互转动的运动２）

副。此时构件２和构件１始终在点犗保持直接接触，

因为构件１固结在参考系上，所以固结在构件２上的

点犃的位置相对于参考系就不再变化，也就是说，构

件２原来所具有的沿狓轴方向的平动和沿狔轴方向的

平动，因为和构件１形成运动副而被限制了，只剩下一

个转动自由度。这种对构件独立运动的限制，称为约图２．２　转动副

束。构件被限制的独立运动的数目，称为约束的个数，即约束数目。

综上所述，两构件之间的运动副所起的作用，就是限制该两构件之间的相对运动，使它们之间相对运动的自由度减少，即运动副将引入约束。运动副所产生的约束数目和内容取决于运动副的形式。

２．１．２　运动副的分类

两构件之间的接触形式，不外乎点接触、线接触和面接触三种情况。按照接触形式，通常把运动副分为低副和高副两大类。

因其在承受载荷时，接触部分的１．低副　两构件之间通过面与面接触所组成的运动副，

压强要比点或线相接触的情况要低得多，故称为低副。低副根据所保留的两成副构件之间的相对运动的种类，又可以分为转动副和移动副两类。

（）转动副　如果两个构件组成运动副后，保留的相对运动为转动，就称为转动副，又称１

为铰链。如图２．它２所示的是在坐标面狓犗狔内作平面运动构件１和构件２所组成的运动副，们的接触面是圆柱面，因此构件２相对于构件１沿狓轴方向和沿狔轴方向的移动自由度都受到了限制，而只保留了一个绕狕轴的转动自由度，所以是转动副。同样的道理，在图１．１所示的单缸内燃机中，连杆３和曲轴２之间、连杆３和活塞４之间所组成的运动副也都是转动副

。

（）移动副　如果两个构件组成运动副后，保２

留的相对运动为移动，就称为移动副。如图２．３所

示的是在坐标面狓犗狔内作平面运动构件１和构件２

所组成的运动副，它们接触面是棱柱面，因此构件２

相对于构件１沿狔轴方向的移动自由度和绕狕轴的

转动自由度都受到了限制，而只保留了一个沿狓轴

方向的移动自由度，所以是移动副。同样的道理，

在图１．汽缸体１和活塞４２所示的单缸内燃机中，

之间、汽缸体１和推杆７之间所组成的运动副也都

是移动副。

综上所述，从运动的角度来看，转动副和移动

副的相同之处是：它们都将引入两个约束，或者说，图２．３　移动副

它们的约束数都是２；不同之处是：它们约束的自由度不同，保留的自由度也不相同。

实际构件是具有厚度的）接触所组成的运动副，因其在２．高副　两构件之间通过点或线（

承受载荷时，接触部分的压强较高，故称为高副。

如图２．４所示的是在平行于纸面的平面内作平面运动构件１和构件２所组成的运动副，它们是点接触，因此构件２相对于构件１沿公法线狀保留了狀方向的移动自由度受到了限制，沿公切线狋所以狋方向的移动自由度和绕过瞬时接触点犃且与纸面垂直的轴的转动自由度，是高副。同样的道理，在图１．凸轮轴８和推杆７之间所组成的运动副２所示的单缸内燃机中，

也是高副。

图２．它５所示的是在平行于纸面的平面内作平面运动构件１和构件２所组成的运动副，们是线接触，组成的同样也是高副。实例见图１．２所示的单缸内燃机中的齿轮９和齿轮１０所组成的运动副。

图２．４　

点接触高副图２．５　线接触高副

可见，高副将引入一个约束，即高副的约束数是１，它约束的是沿公法线方向的移动自由度，保留的是沿公切线方向的移动自由度和绕瞬时接触点的转动自由度。

２．１．３　运动链与机构

由两个或两个以上的构件通过运动副的联接所构成的相对可动的系统，称为运动链。显然，由两个构件所组成的运动副就是最简单的运动链。把运动链中的某一个构件加以固定或相对固定而成为机架，若当其中一个或几个构件按给定的已知运动规律相对于机架独立运动时，其余构件也均随之作确定的运动，则这个运动链就成为机构。

机构中按给定的已知运动规律相对于机架独立运动的构件，称为原动件或主动件；其余的运动构件，称为从动件。显然，从动件的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的结构与构件的尺寸。

综上所述，任何机构都是由若干个构件通过运动副的联接而组成的，其中有一个固定或相对固定的构件做机架；通过一个或几个原动件的驱动，使其余的构件作确定的运动。

２．２　平面机构运动简图

机器是由各种机构组成的。因此，在对已有机械进行运动分析，或者在设计新机械的运动方案时，都需要用一种简明的图形来表明各机构的运动传递情况。由于机构中各从动件的运动规律，是由原动件的运动规律、机构中各运动副的类型和各运动副之间的相对位置来决定的，而与运动副的具体结构、构件的外形（高副中的运动副元素除外）和构件的具体组成等无关，所以，在绘制上述的简图时，仅需要按适当的比例尺定出其各运动副的相对位置，用规定的符号表示其各构件和运动副（见Ｇ机构运动简图符号》），而无须表示那些与运动Ｂ４４６０—８４《

无关的构件的外形和运动副的具体结构等。这种表示机构运动传递情况的简化图形，称为机构运动简图。机构中决定各运动副之间相对位置的尺寸，称为运动尺寸。

２．２．１　构件与运动副的表示方法

轴类构件，如图２．）所示；固定构件，如图２．所示；１．无副构件的表示方法　杆、６（ａ６（ｂ）

同一构件，如图２．（）所示。６ｃ

图２．６　无副构件的表示方法

（）杆、轴类构件；（）固定构件；（）同一构件ａｂｃ

（）所示；移动副如图２．）所示；高副要画出接２．运动副的表示方法　转动副如图２．７ａ７（ｂ

触处的运动副要素，以表示高副的种类，如图２．４所示

。

图２．７　运动副的表示方法

（）转动副；（）移动副ａｂ

如图２．）所示；含有三３．含副构件的表示方法　含有两个运动副的构件即两副构件，８（ａ

个及三个以上运动副的构件，如图２．所示。对于移动副，要用点画线表示其相对移动的８（ｂ）

方向。

２．２．２　两种常用机构的表示方法

常用点画线的圆表示齿轮的节圆。图２．１．齿轮机构　齿轮机构的主要构件是齿轮，９所

示的是各种不同位置轴线的齿轮机构（未画出其中的轴承）。

常用粗实线画出２．凸轮机构　凸轮机构的主要构件是具有特定轮廓曲线的凸轮，

其轮廓曲线。图２．１０所示的是盘形凸轮机构。

图２．８　含副构件的表示方法

（）两副构件；（）

三副及三副以上构件ａｂ

图２．９　齿轮机构

（）外啮合圆柱齿轮机构；（）内啮合圆柱齿轮机构；（）齿轮—齿条机构；（）圆锥齿轮机构；（）

蜗轮蜗杆机构ａｂｃｄｅ

图２．１０　盘形凸轮机构

２．２．３　绘制机构运动简图的方法和步骤

确定构件的数目，并进一步明确其中的机架、１．构件分析　分析机构的组成和运动情况，

原动件和从动件。

按照运动传递的顺序，分析各相互联接构件之间的相对２．运动副分析　从原动件开始，

运动的性质，确定各运动副的类型。

逐一测量各运动副的定位尺寸，确定各运３．测量运动尺寸　在机架上选择适当的基准，

动副之间的相对位置。

４．选择视图平面　通常选择与各构件运动平面平行的平面作为绘制机构运动简图的投影面，本着将运动关系表达清楚的原则，把原动件定在某一位置，作为绘图的起点。

确定合适的绘图比例尺μ５．确定比例尺　根据图幅和运动尺寸，犔：

实际构件长度（或）＝Ｌμｍｍ按照运动传递的顺序和有关的运动尺寸，依次画６．绘制机构运动简图　从原动件开始，

出各运动副和构件的符号，并给构件编号、给运动副标注字母，最后在原动件上标出表示其运动种类的箭头，所得到的图形就是机构运动简图。

【例２．】（）所示的颚式破碎机的主体机构的运动简图

。１１１ａ　试绘制图２．

图２．１１　颚式破碎机的主体机构

（）结构图；（）机构运动简图ａｂ

１—机架；２—偏心轴；３—动颚板；４—肘板；５—轮

【解】）构件分析。本机构中由轮５输入的运动，使固联在其上的偏心轴２绕机架１１　（

上的轴犃转动，进而驱动动颚板３运动，最后带动肘板４绕机架１上的轴犇摆动。料块加在机架１和动颚板３之间，由作平面复杂运动的动颚板３将料块轧碎。由此可知，该机构由机架偏心轴２、动颚板３和肘板４等共四个构件组成。其中，偏心轴２为原动件，动颚板３和肘板１、

４为从动件。

（）运动副分析。偏心轴２绕机架１上的轴犃转动，两者构成以犃为中心的转动副；动２

动颚板３和肘板４构成以犆为颚板３套在偏心轴２上转动，两者构成以犅为中心的转动副；

中心的转动副；肘板４和机架１构成以犇为中心的转动副。整个机构共有四个转动副。

（）测量运动尺寸。选择机架１上的点犃为基准，测量运动副犅、３犆和犇的定位尺寸。（）选择视图平面。本机构中各构件的运动平面平行，选择与它们运动平面平行的平面４

作为绘制机构运动简图的投影面。图示瞬时构件的位置能够清楚地表明各构件的运动关系，可按此瞬时各构件的位置来绘制机构运动简图。

（）确定比例尺。根据图幅和测得的各运动副定位尺寸，确定合适的绘图比例尺μ５ｌ。

（）绘制机构运动简图。在图上适当的位置画出转动副犃，根据所选的比例尺和测得的６

最后在构件２各运动副的定位尺寸，用规定的符号依次画出转动副犇、２、３、４，犅、犆和构件１、

上画出表明主动件运动种类的箭头，如图２．（）所示。１１ｂ

２．３　平面机构自由度计算

机构是具有确定相对运动的构件组合，也就是说：

①机构中各构件之间要能相对运动。

而不是乱动。②各构件之间的相对运动要确定，

如果各构件之间根本不能相对运动，它们的组合就不是机构，而是一个刚性体；如果原动件按其已知的运动规律运动时，从动件作无规律的乱动，它们的组合也不是机构，而仅是一个运动链。

如图２．（）所示的三构件组合和图２．）所示的五构件组合，由于三角形的稳定性，１２ａ１２（ｂ

各构件之间根本就不可能存在相对运动，它们的组合就不是机构，而是一个刚性体，即所谓的桁架

。

图２．１２　桁架

（）三构件组合；（）

五构件组合ａｂ　图２．１３　五构件运动链

如图２．当原动件１运动时，从动件２、它们１３所示的五构件运动链，３、４的运动不能确定，的组合就不是机构，而仅是一个运动链。例如当原动件１占据位置犃从动件２、犅时，３、４可以处于位置犅也可以处于位置犅犆犇犈，犆′犇′犈或其他位置。

这就需要研究：

①运动链在什么条件下能运动。

②能运动的运动链在什么条件下才能成为机构。

２．３．１　平面机构的自由度

称为机构的自由度，用犉表示。１．机构自由度　机构相对于机架所具有的独立运动数目，

其中必有一个构件为机架，则２．机构自由度的计算　设一个平面机构由犖个构件组成，

共有３活动构件数为狀＝犖－１。它们在未组成运动副之前，狀个自由度。用运动副联接后便

引入了约束，减少了自由度。若机构中共有犘Ｌ个低副、则平面机构的自由度犉的犘Ｈ个高副，

计算公式为

犉＝３狀－２犘Ｌ－犘Ｈ

２．３．２　机构具有确定相对运动的条件（）２．１

机构的自由度即是平面机构所能有的独立运动的数目。显然，只有机构自由度大于零，机构才有可能运动。同时，只有给机构输入的独立运动数目与机构的自由度数相等，该机构才能有确定的运动

。

如图２．，而机构自由１４所示图中原动件数等于犾

度犉＝３狀－２犘Ｌ－犘Ｈ＝３×４－２×５－０＝２。当只给

从动件２、定原动件１的位置φ３、４的位置可以处１时，

于图示实线位置，也可以处于图中双点划线位置或其

他位置，说明从动件的运动是不确定的。只有给出两

个原动件，使构件１、各构件才能获４处于给定位置，

得确定的运动。

如图２．机构自由度１５所示图中原动件数等于２，

图２．１４　原动件数小于自由度数若机构同时犉＝３狀－２犘Ｌ－犘Ｈ＝３×３－２×４－０＝１，

要满足原动件犾和原动件３的给定运动，则势必将杆２拉断

。

因此，机构具有确定运动的条件为：机构的原动件数

目犠等于机构的自由度数犉，即

（）２．２犠＝犉≠０

【例２．】所示的颚式破碎机的主２１１（ｂ）　试计算图２．

体机构的自由度。

【解】）构件分析。该机构由机架１、偏心轴２、动１　（

颚板３和肘板４等共四个构件组成。其中，机架１为固定图２．１５　原动件数大于自由度数不动的构件，偏心轴２、动颗板３和肘板４为运动构件，即狀＝３。

即犘Ｌ＝４。（）运动副分析。机构中无高副，转动副犃、２犅、犆、犇均为低副，

（）自由度计算。３

犉＝３狀－２犘Ｌ＝３×３－２×４＝１

【例２．】并说明在什么条件下，该运动３１３所示的五构件运动链的自由度，　试计算图２．

链才能成为机构。

【解】）构件分析。该机构由五个构件组成。其中构件５为机架，是固定不动的构件，１　（

构件１、即狀＝４。２、３、４为运动构件，

（）运动副分析。机构中无高副，转动副犃、即犘。２犅、犆、犇、犈均为低副，ｌ＝５

·１４·

（）自由度计算。３２　平面机构及自由度

犉＝３狀－２犘Ｌ＝３×４－２×５＝２

（）该运动链成为机构的条件。因为该运动链的自由度为２，所以当有两个原动件时，它４

才能成为机构。

２．３．３　计算平面机构自由度时应注意的事项

就构成了所谓的复合铰链。

图１．复合铰链　两个以上的构件在同一处以转动副相联接，

２．１６所示的就是三个构件构成的复合铰链。在左视图上可

以看出，构件１分别与构件２和构件３组成了两个转动副，

但两转动副共轴线，在主视图上两转动副就重影在了一处，

就是所谓的三个构件在同一处以转动副相联接。在分析运

动副时，该处要算两个转动副。

图２．１６　复合铰链对于复合铰链，可以认为是以一个构件为基础，其余的

构件分别与它组成转动副。因此，由犿个构件

构成的复合

铰链，共有（）个转动副。犿１

【例２．】４１７所示的铰链八杆机构的自由　试计算图２．

度。

【解】即狀＝７。３、４、５、６、７和８，　运动构件为构件２、

犅、犆、犇、犉四处分别是构件２３４、３５７、４６８、１７

每处都具有两个转动副，则犘Ｌ＝１８所构成的复合铰链，０。

机构的自由度为

图２．１７　铰链八杆机构犉＝３狀－２犘Ｌ＝３×７－２×１０＝

１某些构件所具有的自２．局部自由度　在有些机构中，

由度，它仅仅是该构件的局部运动，而不影响其他构件的运

动，称之为局部自由度。在计算机构的自由度时，应将局部自由度除去不计。在图２．）所１８（ａ示的凸轮机构中，凸轮１为主动件，从动件２作上下方向的平动，其运动规律取决于其上的点

而与滚子３的转动无关。因此，滚子３所具有的绕轴犆的转动自由度是局部自犆的运动规律，

由度，在计算机构的自由度时，应将其除去不计，即可

假想把转动副犮刚化，从而使滚子３和从动件２成为

一个构件（如图２．（）所示）。计算该机构的自由度１８ｂ

时，应取活动构件数狀＝２，低副数犘Ｌ＝２，高副数犘Ｈ

机构的自由度为＝１，

犉＝３狀－２犘Ｌ－犘Ｈ＝３×２－２×２－１＝１

虽然局部自由度不影响从动件的运动规律，但是

可以改善高副中运动副元素之间的接触状况，并可改

变其摩擦的种类。所以，在实际机构中常常会出现局

部自由度。

图２．１８　凸轮机构

（）机构运动简图；（）除去局部自由度ａｂ常常会存在一些运动副，３．虚约束　在机构中，它们所引入的约束对机构运动起着重复约束的作用，

这类不起独立约束作用的约束，被称为虚约束。在计算机构的自由度时，应将虚约束除去不计

。

在实际机械中，常利用虚约束来改善构件的受力状况，或者

增大机构的刚性。虚约束常常出现在以下几种情况：

（）两构件在多处构成移动副，且各处移动副的移动方向互１

相平行或重合。此时，只有一个移动副起独立约束作用，其他的

都是虚约束，如图２．移动副犇和犇必有一个是虚约１９所示，′，

束，只能算一个移动副。

（）两构件在多处构成转动副，且各处转动副的转动轴线重２

合。此时，也只有一个转动副起独立约束作用，其他的都是虚约

束，如图２．转动副犃和犃必有一个是虚约束，只能算２０所示，′，

一个转动副。图２．１９　移动副虚约束

（）双转动副构件的转动副联接的是两构件上距离始终保持不变的点，该联接将引入一３

个虚约束

。

图２．２０　

转动副虚约束图２．２１　平行四边形机构

在图２．因为构件３上的点犈和构件１（机架构件）上的点犉２１所示的平行四边形机构中，

之间的距离始终保持不变，则构件５和其上的转动副犈、也可以认为构犉就是虚约束。当然，

件５和其上的转动副犈、构件４和其上的转动副犆、犉是实际约束，犇为虚约束。该虚约束的作用是增大构件３的刚性

。

（）机构中对运动不起独立作用的对称４

部分，也会引入虚约束。在图２．２２所示的差

动轮系，只需一个齿轮２便可传递运动。为了

提高承载能力并使机构受力均匀，图中采用了

３个行星轮对称布置。这里每增加一个行星

轮（包括２个高副和一个虚约束）。

虚约束虽然不影响机构的运动，但能增加

机构的刚性，改善其受力状况，因而被广泛采

用。但是虚约束对机构的几何条件要求较高，

因此，对机构加工和装配精度提出了较高的

要求。

【例２．】５２３所示的大筛机构的自由度。　试计算图２．

【解】应将它和顶杆７构成的转动副犉刚化。顶杆　滚子９绕轴犉的转动为局部自由度，

其中之一为虚约束。构件２、７和机架８之间构成两个移动方向一致的移动副犈、３和４在犈′，图２．２２　差动齿轮系

该机构的运动构件数狀＝７，低副数犘Ｌ＝９（七个转动副和两个移动犆处构成复合铰链。所以，

大筛机构的自由度为副），高副数犘Ｈ＝１，

犉＝３狀－２犘Ｌ－犘Ｈ＝３×７－２×９－１＝

２

图２．２３　

大筛机构图２．２４　平面运动链

【例２．】并讨论分别以构件犌犎或犃６２４所示的运动链的自由度，犅为原动　试计算图２．

件时，该运动链能否成为机构。

【解】）自由度计算。由于三角形的稳定性，构件犇同样，１犈、犈犉和机架组成刚性体；　（

即构件犇是机架的构件犈犌和犌犎也和机架组成刚性体，犈、犈犉、犈犌、犌犎和机架组成刚性体，

一部分。故运动链的运动构件为杆犃低副数犘Ｌ＝４（三个运动构件数狀＝３，犅、犅犆和滑块犆，

转动副和一个移动副）运动链的自由度为

犉＝３狀－２犘Ｌ＝３×３－２×４＝１

虽然原动件数目和运动链的自由度数目相等，但它却要机架作原动（）２犌犎为原动件时，

件，其结果是导致机架或机架上的运动副破坏，而无法使其他运动构件运动，更不能使运动链成为机构。

（）原动件数目和运动链的自由度数目相等，又是运动构件作原动件，所３犃犅为原动件时，

以运动链成为机构，即从动件杆犅犆和滑块犆都有确定的运动。

习　　题

１．绘制图２．２５～图２．２９所示机构的机构运动简图

。

　

　

图２．２５图２．２６　

　图２．２７

图２．２

８图２．２９

若有复合铰链、局部自由度和虚约束，应明确指出

。．计算图２．３０～图２．３７所示机构的自由度，　　２

图２．３

０图２．３

１

图２．３

２图２．３３

图２．３

４

图２．３

６图２．３

５图２．３７

３　平面连杆机构

３．１　平面连杆机构的基本形式及其演化

平面连杆机构是由若干构件以低副（转动副和移动副）联接而成的机构，也称平面低副机构。其主要特点是：由于低副为面接触，压强低、磨损量少，而且构成运动副的表面是圆柱面或平面，制造方便，容易获得较高精度；又由于这类机构容易实现常见的转动、移动及其转换，所以获得广泛应用。它的缺点是：由于低副中存在着间隙，机构将不可避免地产生运动误差，另外，平面连杆机构不易精确地实现复杂的运动规律。平面连杆机构常以其所含的构件（杆）数来命名，如四杆机构、五杆机构……，常把五杆或五杆以上的平面连杆机构称为多杆机构。最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构。它不仅应用广泛，而且又是多杆机构的基础。

平面四杆机构又可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类，前者是平面四杆机构的基本形式，后者由前者演化而来。

３．１．１　铰链四杆机构的基本类型

铰链四杆机构是将４个构件以４个转动副（铰链）联接而成的平面机构，如图３．１所示。机构中与机架４相连的构件１、构件３，称为连架杆，连架杆若能绕机架作整周转动则称为曲柄，若只能绕机架在小于３的范围内作往复摆动则称为摇杆，与机架不相连的构件２称为连６０°

杆，连杆连接着两个连架杆。

铰链四杆机构有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

若一杆为曲柄，另一杆为１．曲柄摇杆机构　如图３．１所示铰链四杆机构的两个连架杆，

摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。

图３．当原动件曲柄１转动时，通过连杆２，使与摇杆３固结的抛２所示为雷达天线机构，

物面天线作一定角度的摆动，以调整天线的俯仰角度

。

图３．１　

铰链四杆机构图３．２　雷达天线机构

曲柄摇杆机构的功能是：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。

·２０·３　平面连杆机构

则称为双曲柄２．双曲柄机构　如图３．３所示铰链四杆机构的两个连架杆若都是曲柄，

机构。

曲柄３图３．其中犃犅犆犇为双曲柄机构。当曲柄１作等角速转动时，４所示为惯性筛机构，

作变角速转动，通过构件５使筛体６作变速往复直线运动，筛面上的物料由于惯性而来回抖动，从而实现筛选

。

图３．３　

双曲柄机构图３．４　惯性筛

在双曲柄机构中，常见的还有正平行四边机构（又称正平行双曲柄机构）和反平行四边形机构（又称反平行双曲柄机构）。

图３．（）所示为正平行四边形机构，由于两相对构件相互平行，呈平行四边形，因此，两５ａ

曲柄１与３作同速同向转动，连杆２作平动。图３．）所示的铲斗机构，采用正平行四边形５（ｂ

机构，铲斗与连杆２固结，故作平动，可使其中物料在运行时不致泼出

。

图３．５　正平行四边形机构

（）正平行四边形机构；（）铲斗机构ａｂ

图３．（）所示为反平行四边形机构，由于两相对构件相等，但犃犇与犅因此，６ａ犆不平行，曲柄１与３作不同速反向转动。图３．所示的车门机构，采用反平行四边形机构，以保证６（ｂ）

与曲柄１、能同时开关。３固结的车门，

双曲柄机构的功能是：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向等多种转动。

则称为双摇杆３．双摇杆机构　如图３．７所示铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆，

机构。

图３．连架杆８所示为鹤式起重机的提升机构属于双摇杆机构。原动件连架杆１摆动时，

并使连杆２上犈点的轨迹近似水平直线，在该点所吊重物作水平移动，从而避３也随着摆动，

图３．６　反平行四边形机构

（）反平行四边形机构；（）车门机构ａｂ

免不必要的升降所引起的能量消耗

。

图３．７　

双摇杆机构图３．８　鹤式起重机

双摇杆机构的功能是：将一种摆动转换为另一种摆动。３．１．２　铰链四杆机构曲柄存在的条件

在铰链四杆机构中，有的连架杆能作整周转动，有的则不能。两构件的相对回转角为的转动副称为整转副。整转副的存在是曲柄存在的必要条件，而铰链四杆机构三种基本３６０°

形式的区别在于机构中是否存在曲柄和有几个曲柄。为此，需要明确整转副和曲柄存在的条件。

——长度条件　铰链四杆机构中有四个转动副，能否作整周转动，１．整转副存在的条件—

取决于四构件的相对长度。在铰链四杆机构中，若最长构件长度犾ｍａｘ与最短构件长度犾ｍｉｎ之和小于或等于其余两构件长度之和（其余两构件长度分别为犾，则该机构中必存在整转副且′、犾″）最短构件两端的转动副为整转副。

既整转副存在的长度条件为

犾ｍａ′＋犾″＋犾ｍｘｉｎ≤犾

反之，若犾ｍａ则机构中没有整转副。犾ｍ犾′＋犾″，ｘ＋ｉｎ＞

２．曲柄存在的条件

（）最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和。１

（）连架杆与机架两构件中必有一个是四构件中的最短杆。２３．链链四杆机构基本类型的判别方法

（）３．１

（）在铰链四杆机构中，最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和１

时（犾ｍａ犾ｍ犾′＋犾″）ｘ＋ｉｎ≤

）若取最短构件相邻的构件作为机架，则该机构为曲柄摇杆机构。１

）若取最短构件作为机架，则该机构为双曲柄机构。２

）若取最短构件对面的构件作为机架，则该机构为双摇杆机构。３（）当最短构件与最长构件长度之和大于其余两构件长度之和（时，则２犾ｍａ犾ｍ犾′＋犾″）ｘ＋ｉｎ＞不论取哪个构件作为机架，机构均为双摇杆机构。

【例３．１】２所示雷达天线机构是曲柄摇杆机构。已知犾０ｍｍ，犾　验证图３．１＝４２＝１１０ｍｍ，犾犾１５０ｍｍ。３＝４＝【解】）由图中得知，犾犾ｍ４０、犾１１０、犾犾犾ｍａ１５０。１　（１＝ｉｎ＝２＝３＝４＝ｘ＝

（）按式（）检查各构件长度间的关系２３．１

犾ｍａ犾ｍ１５０＋４０＝１９０ｘ＋ｉｎ＝犾′＋犾″＝１５０＋１１０＝２６０

满足式（）要求。３．１

（）构件１最短，与它相邻的构件４作为机架，所以图示雷达天线机构是曲柄摇杆机构。３【例３．】２８所示鹤式起重机是双摇杆机构。已知犾７５０ｍｍ，犾１００ｍｍ，犾　验证图３．１＝２＝３

＝５００ｍｍ，犾犾３００ｍｍ。４＝ＡＤ＝【解】）由图中得知，１犾２＝犾１００、犾犾５００、犾犾ｍａ７５０、犾犾３００。　（ｍｉｎ＝３＝ＣＤ＝１＝ｘ＝４＝ＡＤ＝

（）按式（）检查各构件长度间的关系２３．１

犾ｍａ犾ｍ７５０＋１００＝８５０ｘ＋ｉｎ＝

犾′＋犾″＝５００＋３００＝８００不满足式（）要求，本机构的各构件之间都不能相对转整周，即连架杆１和３均不能绕３．１机架犃犇转整周，都是摇杆，故该机构是双摇杆机构。

３．１．３　铰链四杆机构的演化

在实际应用中还广泛采用着滑块四杆机构，它是由铰链四杆机构演化而来的。含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，常用的有曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构等几种形式。

（）所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄１绕轴犃转动时，铰链犆１．曲柄滑块机构　在图３．９ａ将沿圆弧β）所示的机构简图中，设将摇杆３做成滑块形式，并使其沿９（ｂβ往复摆动。在图３．圆弧导轨β显然其运动性质并未发生改变。但此时铰链四杆机构已演化为曲线′′往复移动，β

导轨的曲柄滑块机构。如曲线导轨的半径无限延长时，曲线β（）所示的直线′′将变为图３．１０ａβ

于是铰链四杆机构将变为常见的曲柄滑块机构。ｍｍ，

曲柄转动中心至滑块导路的距离犲，如图３．（）所示，称为对心曲柄称为偏距。若犲＝０，１０ａ滑块机构。若犲≠０，如图３．（）所示，称为偏心曲柄滑块机构。１０ｂ

在图３．设构件犃构件犅保证犃１０中，犅的长度为１，犆的长度为２，犅杆成为曲柄的条件是：

犾犲≤犾１＋２。

曲柄滑块机构用于转动与往复移动之间的运动转换，广泛应用于内燃机、空气压缩机、冲床和自动送料机等机械设备中。

图３．９　铰链四杆机构的演化

（）曲柄摇杆机构；（）

机构简图ａｂ

图３．１０　曲柄滑块机构

（）对心曲柄滑块机构；（）

偏置曲柄滑块机构ａｂ

图３．１１　曲柄滑块机构的演化

（）曲柄滑块机构；（）定块机构；（）摇块机构；（）导块机构ａｂｃｄ

在图３．（）所示曲柄滑块机构中，若取不同构件作为机架时，该机构便演化为定块机１１ａ构、摇块机构和导杆机构等。

（）所示的曲柄滑块机构中，如果将构件３（即滑块）作为机架时，２．定块机构　在图３．１１ｂ

曲柄滑块机构便演化为定块机构。图３．１２所示手压抽水机是定块机构的应用实例。搬动手柄１，使构件４上下移动，实现抽水动作。

（）所示曲柄滑块机构中，若取构件２为固定构件，则可得摇块机３．摇块机构　在图３．１１ｃ

构。这种机构广泛应用于液压驱动装置中。如图３．是摇块机构的应１３所示的货车自卸机构，用实例。当液压缸３（即摇块）中的压力油推动活塞杆４运动时，车厢１便绕回转副中心犅倾转，当达到一定角度时，物料就自动卸下。

图３．１２　

手压抽水机

图３．１３　货车自卸机构

（）所示的曲柄滑块机构中，如取构件１作为机架，则曲柄滑块机４．导杆机构　在图３．１１ｄ

构便演化为导杆机构。机构中构件４称为导杆，滑块３相对导杆滑动，并和导杆一起绕犃点构件２和构件４都能作整周转动，此机构称为转转动，一般取连杆２为原动件。当犾犾１＜２时，动导杆机构。图３．（）所示插床插刀机构犃是本机构的应用实例。工作时，导杆１４ａ犅犆犇部分，带动构件５及插刀６，使插刀往复运动，进行切削。４绕犃轴回转，

构件２能作整周转动，构件４只能在某一角度内摆动，则如图３．（）所示，当犾１４ｂ犾１＞２时，该机构成为摆动导杆机构。图３．（）所示牛头刨床刨刀驱动机构犃是本机构的１４ｃ犅犆犇部分，应用实例。工作时，导杆４摆动，并带动构件５及刨刀６使刨刀往复运动，进行刨削

。

图３．１４　导杆机构

（）插床插刀机构；（）摆动导杆机构；（）牛头刨床刨刀驱动机构ａｂｃ

３．２　平面四杆机构的基本特性

四杆机构的运动特性和传力特性，由行程速度变化系数、压力角和传动角等参数表示的。了解这些特性，对正确选择平面连杆机构的类型和设计平面连杆机构具有重要意义。

３．２．１　四杆机构的极位

曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件，作整周连续转动时，从动件作往复摆动或往复移动的左、右两个极限位置，称为极位。如图３．１５所示曲柄摇杆机构中，摇杆所处的两个极限位置犆即为该机构的极位

。犇、犆犇，１２

３．２．２　急回特性及行程速度变化系数在图３．原动件１５所示的曲柄摇杆机构中，曲柄犃曲柄犃犅转动一周过程中，犅与连杆有两次共线位置犃这时从动件摇杆犆犅１和犃犅２，犇分别位于左、右两个极限位置犆其夹犇和犆２犇，１它是从动件摆动范围。曲柄角ψ称为摇杆摆角，

的两个对应位置犃犅１和犃犅２所夹锐角θ称为极

位夹角。

设摇杆从犆犇到犆２犇的行程为工作行１

程———该行程克服生产阻力对外作功。从犆犇２

图３．１５　曲柄摇杆机构急回特性

到犆１犇的行程为空回行程———该行程只克服运动副中的摩擦力。犆点在工作行程和空回行程的平均速度分别为狏犅在两行程中的转角分别为φ１＝１８０°＋θ和φ２＝１和狏２。由于曲柄犃所对应时间狋因而狏１８０°－狋狏θ，１＞２，２＞１。机构空回行程速度大于工作行程速度的特性称为急回特性。它能满足某些机械的工作要求，如牛头刨床和插床，工作行程要求速度慢而均匀以提高加工质量，空回行程要求速度快以缩短非工作时间，提高工作效率。

急回特性的程度可以用行程速度变化系数犓表示，即

／犆犆狋狋２１２１１

（）３．２＝＝＝犆犆狋１８０°θ－狏２１２狋１２２φ

表示空行程速度狏２大于　　行程速度变化系数犓的大小表达了机构的急回特性。若犓＞１，

犓＝

狏１

＝

工作行程速度狏１，机构具有急回特性；机构的急回作用越显著；反之，犓值越大，犓值θ越大，越小；若极位夹角θ为零，则机构没有急回特性。由式（）得３．２

）（（）８０°×３．３θ＝１犓＋１

从动件作往复摆动（或　　极位夹角θ是设计四杆机构的重要参数之一。原动件作等速转动，移动）的四杆机构，都可以按机构的极位作出其摆角（或行程）和极位夹角。

图３．原动件曲柄犃从动件滑块位于１６所示为偏心曲柄滑块机构，犅与连杆犅犆共线时，滑块的行程狊极位夹角θ＝∠犆犆犆＝犆犆犃犆１、２两个极限位置，１２，１２。

图３．从动件导杆３的极限位置是其与原动件曲柄上犅点轨迹１７所示为摆动导杆机构，

圆相切的位置犅１犆、导杆摆角（行程）犅２犆。由图可知，犃犅１与犃犅２所夹锐φ等于极位夹角θ（

故此机构必有急回特性。牛头刨床即利用此特性来提高生产率

。角），即φ＝θ≠０，

图３．１６　

偏心曲柄滑块机构极位夹角图３．１７　摆动导杆机构极位夹角

３．２．３　压力角与传动角

如不计各构件质量和运动副中的摩在图３．设犃犅为原动件，１８所示的铰链四杆机构中，它作用于从动件犆擦，连杆犅犆为二力构件，犇上的力犉是沿犅犆方向的。

作用在从动件上的

驱动力犉与该力作用点的绝对速度狏ｃ方向之间所夹锐角称为压力角，以α表示。力犉沿狏ｃ方向的分力犉它能推动从动件作有ｃｏｓα，ｔ＝犉效功，称为有效分力。沿狏ｃ垂直方向的分力它引起摩擦阻力，产生有害的摩擦犉ｎ＝犉ｓｉｎα，

功，称为有害分力。压力角α越小、，有效分力

犉ｔ就越大。压力角可作为判断机构传力性能的标志。在连杆机构设计中，为测量方便，常用压力角的余角γ来判断传力性能，γ称为传动角。因γ＝９故压力角α越小，机０°－α，γ越大，

图３．１８　铰链四杆机构的压力角与传动角

构传力性能越好；反之，压力角α越大，γ越小，机构传力性能越差。压力角（或传动角）的大小

反映了机构对驱动力的有效利用程度。

机构运行时，为保证机构有良好的传力性能，要限制工α、γ随从动件的位置不同而变化，作行程的最大压力角αｍａｘ或最小传动角γｍｉｎ。

；或γｍ对于一般机械αｍａ４０°５０°ｘ≤ｉｎ。≥对于大功率机械αｍａ或γｍ。４０°５０°ｘ≤ｉｎ。≥

１．曲柄摇杆机构的γｍ犅与机架犃犇共线的ｉｎ曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄犃连杆与从动件间的夹角δ＝（）表示两个位置。图３．（）表示犃．１９ｂ１９ａ犅′与犃犇重合，δｍｉｎ。图３

犃犅″在犃犇的延长线上，δ＝δｍａｘ。

由于γ应该是锐角，所以，若δ是锐角，则γｍ若δ是钝角，则γｍｉｎ＝１８０°－δδｍａｉｎ＝ｍｉｎ；ｘ。

图３．１９　曲柄摇杆机构的γｍｉｎ

（）（）ａｂδ＝δｍδ＝δｍｉｎ；ａｘ

从两个γｍｉｎ中取较小者为该机构的最小传动角。

当原动件曲柄犃犅与从动件滑块导路垂直时，２．曲柄滑块机构的αｍａｘ在曲柄滑块机构中，

．２０所示。α＝αｍａｘ。如图３

当曲柄犃因滑块对导杆的作用３．摆动导杆机构的γ在摆动导杆机构中，犅为原动件时，，如图３．力始终垂直于导杆，故其传动角γ恒等于９０°２１所示

。

图３．２０　曲柄滑块机构的αｍａ

ｘ图３．２１　摆动导杆机构的γｍｉｎ

３．２．４　死点位置

在图３．摇杆犆曲柄犃则当摇犆２２所示的曲柄摇杆机构，犇为主动件，犅为从动件，犇处于连杆犅则这时连杆犅犆１犇、犆犇时，犆与曲柄犃犅共线。若不计各构件质量，犆加给曲柄犃犅的２

力将通过铰链中心犃，此力对犃点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置，称为死点位置。对于传动机构来说，有死点是不利的，应该采取措施使机构能顺利通过死点位置。对于连续运转的机器，可以利用从动件惯性来通过死点位置。例如：缝纫机就是借助于带轮的惯性通过死点位置。

机构的死点位置并非总是起消极作用，在某些夹紧装置中可用于防松。如图３．２３所示，当工件５被夹紧时，铰链中心犅工件加在构件１上的反作用力犉ｎ无论多大，也不能犆犇共线，使３转动。这就保证在去掉外力犉之后，仍能可靠地夹紧工件。当需要取出工件时，只需向上扳动手柄，即能松开夹具。

图３．２２　

机构的死点图３．２３　夹紧机构

３．３　平面四杆机构的设计

平面四杆机构设计，是根据给定的运动条件，选定机构的形式，确定机构运动简图中的各构件尺寸参数。

３．３．１　四杆机构设计条件

如连杆位置、连架杆对应位置或行程速度变化系数等。１．给定位置或运动规律，

如要求起重机中吊钩的轨迹为一直线；搅面机中搅拌杆端能按预定轨２．给定运动轨迹，

迹运动等，这些都是连杆上的点的轨迹。为了使机构设计得合理、可靠，还应考虑几何条件和传力性能要求等。

３．３．２　四杆机构设计方法

四杆机构设计方法有解析法、几何作图法和图谱法等。作图法直观、解析法精确、图谱法方便。下面仅以几何作图法为例，介绍四杆机构设计的基本方法。

及其长度犾１．按给定连杆两个位置设计四杆机构　已知连杆的两个位置犅１犆犅２犆１、２、ＢＣ，

设计铰链四杆机构。

设计分析：按给定条件，画出设想的四杆机构（图３．。由图可知，待求的铰链中心点２４）

犃、犇分别是犅点的轨犅１犅２和犆点的轨犆１犆２的圆心

。

作图步骤：

（／／（ｍｍｍ或ｍｍ１）选取比例尺的μＬ

；ｍｍ）（作犅１犅２中垂线犫２）由设计条件，１２和

犆犆１２中垂线犮１２；（）在犫在犮３１２上任取一点犃，１２上任取一点连接犃即得到各构件的长度为犇，犅１和犆犇，１

、、犾犃犅１）犾犆犇）犾Ｌ（犃犇）ＡＢ＝μＬ（ＣＤ＝μＬ（１ＡＤ＝μ

所以有两组犇两点是任意选取的，　　由于犃、

图３．２４　按给定连杆两个位置设计四杆机构

无穷多解，必须给出辅助条件，才能得出确定的解。

已知连杆三个位置犅１犆犅２犆２．给定连杆三个位置设计四杆机构如图３．２５所示，１、２、

设计四杆机构。设计方法与给定连杆两个位置方法相同，只是固定铰链犅３犆３及连杆长度犾ＢＣ，固定铰链犇是犆１犆犃是犅１犅２的中垂线犫犅３的中垂线犫犆１２和犅２２３的交点，２的中垂线犮１２和犆２３

的中垂线犮结果是唯一的

。２３的交点，

图３．２５　按给定连杆三个位置设计四杆机构

【例３．】在位置Ⅱ起模，翻台与连杆犅３犆　设计一砂箱翻转机构。翻台在位置Ⅰ处造型，机架犃犇为水平位置，固连成一整体，如图３．犾０．５ｍ，２６所示

。ＢＣ＝

图３．２６　砂箱反转机构

【解】其设计步骤如下：　由题意可知此机构的两个连杆位置，

（）取μ／／则犅／在给定位置作犅１犆１０．１ｍｍｍ，犆＝犾０．５０．１＝５ｍｍ，犅２犆Ｌ＝ＢＣＬ＝１、２；μ（）作犅１犅２中垂线犫犆犆２１２、１２中垂线犮１２；

（）按给定机架位置作水平线，与犫犮犇；３１２、１２分别交得点犃、（）连接犃即得到各构件的长度为４犅１和犆犇，１

１×２５＝２．５ｍ犾犃犅）＝０．ＡＢ＝μＬ（

犾犆犇）＝０．１×２７＝２．７ｍＣＤ＝μＬ（

犾犃犇）＝０．１×８＝０．８ｍＡＤ＝μＬ（

给定的机架犃犇位置是辅助条件。　　本题解是唯一的，

一般是３．按给定的行程速度变化系数犓设计四杆机构设计具有急回特性的四杆机构，然后根据机构极位的几何特点，结合其根据实际运动要求选定行程速度变化系数犓的数值，

他辅助条件进行设计。具有急回特性的四杆机构有曲柄摇杆机构、偏心曲柄滑块机构和摆动导杆机构等，其中以典型的曲柄摇杆机构设计为基础。

已知摇杆长度犾摆角ψ和行程速度变化系数犓，该机构设计步骤如下：ＣＤ，

（）根据实际尺寸确定适当的长度比例尺μ（／ｍ或ｍｍ／；ｍｍ）１Ｌｍｍ

（）按给定的行程速度变化系数犓，求出极位夹角θ；２

（）８０°×θ＝１）（犓＋１

按摇杆长度犆）如图３．任选固定铰链中心犇的位置，犇和摆角ψ作出摇杆两３２７所示，　　（

个极位犆１犇和犆２犇

。

图３．２７　给定的行程速度变化系数犓设计四杆机构

（）联接犆并作犆４犆１和犆２，１犕垂直于犆１２。

（）作∠犆得犆由图可见∠犆５犆９０°－犘犆θ，θ。１２犖＝２犖与犆１犕相交于犘点．１２＝（）作△犘在此圆周上任取一点犃作为曲柄的固定铰链中心。连接犃６犆犆犆１２的外接圆，１

和犃因同一圆弧的圆周角相等，故∠犆犆犃犆犆犘犆θ。２，１２＝∠１２∠＝

（）因在极位处，曲柄与连杆必共线，故犃从而得曲柄犾７犆犾犾犃犆犾犾１＝ＢＣ－ＡＢ，２＝ＢＣ＋ＡＢ，ＡＢ＝（／交犆交犆即得犃犆犆犾犃的延长线于犅１，犃于犅２，２。再以犃为圆心、２－犃１）ＡＢ为半径作圆，１２犅１犆犆犾犇＝犾１＝犅２２＝ＢＣ及犃ＡＤ。

由于犃点是在△犆所以若仅按行程速度变化系数犓设计，可犘犆１２外接圆上的任选的点，得无穷多解。犃点位置不同，机构传动角的大小也不同。要获得良好的传动性能，还需借助其他辅助条件来确定犃点位置。

习　　题

·３１·

习　　题

１．铰链四杆机构有几种类型？如何判别？各类型功能是什么？２．哪些机构是由铰链四杆机构演化而来的？

３．什么是机构的急回特性？在生产中怎样利用这种特性？

４．机械设计4

《机械设计》

一、填空题(每空1分共31分)

1、当一零件受脉动循环变应力时，则其平均应力是其最大应力的

2、三角形螺纹的牙型角α＝

，适用于 ，而梯形螺纹的牙型角α＝ ，适用于 。

3、螺纹连接防松，按其防松原理可分为 防松、 防松和 防松。

4、带传动在工作过程中，带内所受的应力有 、和 ，最大应力发生在 。 5、链传动设计时，链条节数应选 数(奇数、偶数)。链轮齿数应选 数；

速度较高时，链节距应选 些。

6、根据齿轮设计准则，软齿面闭式齿轮传动一般按 设计，按 校核；硬齿面闭式齿轮传动一般按 设计，按 校核。 7、在变速齿轮传动中，若大、小齿轮材料相同，但硬度不同，则两齿轮工作中产生的齿面接触应力 ，材料的许用接触应力 ，工作中产生的齿根弯曲应力 ，材料的许用弯曲应力 。 8、蜗杆传动的总效率包括啮合效率η1、 效率和 效率。其中啮合效率η

1

= ，影响蜗杆传动总效率的主要因素是 效率。

9、轴按受载荷的性质不同，分为 、 、 。

10、滚动轴承接触角越大，承受 载荷的能力也越大。

(每选项1分,共11分)

1、循环特性r=－1的变应力是 应力。

A．对称循环变 B、脉动循环变 C．非对称循环变 D．静

2、在受轴向变载荷作用的紧螺柱连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是( )。

A、增大螺栓刚度Cb，减小被连接件刚度Cm B．减小Cb．增大Cm C．增大Cb和Cm D．减小Cb和Cm 3、在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则往往在螺栓孔处做沉头座孔．其目的是( )。

A．避免螺栓受附加弯曲应力作用 B．便于安装

C．为安置防松装置

4、选取V带型号，主要取决于 。 A．带的线速度 B．带的紧边拉力

c．带的有效拉力 D．带传递的功率和小带轮转速

5、对于标准齿轮传动，影响齿形系数YF的主要几何参数是 。 A．齿轮的模数 B．齿轮的压力角 C．齿轮的齿数 D．齿轮的顶隙系数

6、一斜齿圆柱齿轮传动，已知法向模数Mn＝4mm，齿数Z1=20，螺旋角β＝14032’2”，齿宽b1＝80，b2＝75mm，则该传动的齿宽系数φd等于——。

A．0.852 B．O.88 C．0.8 D．0.907

7、同一工作条件，若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料由碳钢改为合金钢，可以提高轴的 而不能提高轴的 。 A．强度 B．刚度

8、当转速较低、同时受径向载荷和轴向载荷，要求便于安装时，宜选用 。

A．深沟球轴承 B．圆锥滚子轴承 C．角接触球轴承 9、滑动轴承计算中限制pv值是考虑限制轴承的 。 A．磨损 B．发热 C．胶合 D．塑性变形

10、圆柱螺旋弹簧的弹簧丝直径d=6mm,旋绕比C=5,则它的内径D1等于 。

A、30mm, B、24mm, C、36mm, D、40mm

分)

1、(15分)有一受预紧力F0和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，已知预紧力F0＝1000 N，螺栓的刚度Cb与连接件的刚度Cm相等，轴向工作载荷F=1000N，试计算该螺栓所受的总拉力F2＝?剩余预紧力F1＝?在预紧力F0不变的条件下，若保证被连接件间不出现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷Fmax为多少? 2、(13分)如图3-2所示的手摇起重绞车采用蜗杆传动。巳知模数m＝8mm，蜗杆头数z1＝1，蜗杆分度圆直径d1＝80mm，蜗轮齿数z2＝40，卷筒直径D＝200mm，蜗杆与蜗轮间的当量摩擦系数fV＝0.03，轴承和卷简中的摩擦损失等于6％，问： (1)欲使重物W上升1m,手柄应转多少转?并在图上标出手柄的转动方向。

(2)若重物W＝5000N，手摇手

柄时施加的力F＝100N，手柄转臂的长度L应是多少?

3、(10分)某轴系部件采用一对7208AC滚动轴承支承，如图3-3所示。己知作用于轴承上的径向载荷Fr1＝1000N，Fr2＝2060N，作用于轴上的轴向载荷FA=880 N，轴承内部轴向力Fd与径向载荷Fr的关系为Fd＝0.68Fr,试求轴承轴向载荷Fa1和Fa2。

四、分析题(20分)

1.(10分)如图4-1为圆柱齿轮—蜗杆传动。已知斜齿轮1的转动方向和斜齿轮2的轮齿旋向。

(1)在图中啮合处标出齿轮1和齿轮2所受轴向力Fa1和Fa2的方向。 (2)为使蜗杆轴上的齿轮2与蜗杆3所产生的轴向力相互抵消一部分，试确定并标出蜗杆3轮齿的螺旋线方向，并指出蜗轮4轮齿的螺旋线方向及其转动方向。

(3)在图中啮合处标出蜗杆和蜗轮所受各分力的方向。

2、(10分)指出图4-2中的结构错误(在有错处画○编号，并分析错误原因)，并在轴心线下侧画出其正确结构图。

《机械设计》课程试题（一）

答案与评分标准

一、填空题(每空1分共31分)

1、50%。2、600、联接、300、传动。3、摩擦、机械、永久。

4、松紧边拉力产生的拉应力、离心拉应力、弯曲应力。5、偶、奇、小。6、接触强度、弯曲强度、弯曲强度、接触强度。7、相同、不同、不同、不同。8、轴承效率η2、搅油效率η3、啮合效率。9、转轴、心轴、传动轴。10、轴向。 二、单项选择题(每选项1分,共11分) 1、A。2、B。3、A。4、D。5、C。 6、D。7、A、B。8、B。9、B。10、B。 三、计算题(38分)1.(15分)

(5分) F2=F0 (5分) F1=F0

F1=F2

F1

F1=F2

(5分)

F0

2、(13分) [解] (1) i=z2/z1＝40 设重物上升1m，手柄应转x转，则 (5分)

手柄的转动方向ω示于图中(3分

) (2)

(总效率2分,L3分) 3、(10分)

[解] 7208C轴承的α＝150，内部轴向力Fd＝0.4Fr, Fd1＝0．4Fr1＝0.4×1000=400N (2分) 方向如解所示向左

Fd2＝0.4Fr2＝0.4×2060=824N (2分) 方向如图所示向右

Fd2十FA＝824十880＝1704＞Fd1

故轴承1为压紧端，轴承2为放松端。 Fa1＝Fd2十FA=1704N (3分)

Fa2＝Fd2＝824N (3分) 四、分析题(20分) 1.(11分) (1)在图中啮合处齿轮1和齿轮2所受轴向力Fa1和Fa2的方向如图(2分)。

(2)蜗杆3轮齿的螺旋线方向，蜗轮4轮齿的螺旋线方向及其转动方向如图(2分)。

(3)蜗杆和蜗轮所受各分力的方向。(6分)

2、(10分)[解]

画出的正确结

构图如图。

①固定轴肩端面与轴承盖的轴向间距太小。 ②轴承盖与轴之间应有间隙。

③轴承内环和套简装不上，也拆不下来。 ④轴承安装方向不对。

⑤轴承外圈内与壳体内壁间应有5-8mm间距。 ⑥与轮毂相配的轴段长度应小于轮毂长。 ⑦轴承内圈拆不下来。

每指出1个错误得1分,满分5分；每改正1个错误得1分,满分5分。

机械设计)

1带传动工作原理

摩擦型 当原动机驱动主动轮转动时，依靠带和带轮间摩擦力的作用，从动轮便一起转动，并传递一定的运动和动力。

啮合型 它是依靠带内面的凸齿和带轮表面相应的凹齿相啮合来传递运动和动力

2为了避免带的打滑，将带轮上与带接触的表面加工的粗糙些以增大摩擦力，这样处理是否正确，为什么？

答：不可以。由于带传动工作时存在弹性滑动，粗糙表面将加速带的疲劳破坏。

3.打滑： 若带传动中要求带传递的有效拉力超过带与带轮接触面的极限摩擦力，此时待遇带论剑将产生全面的相对滑动，这种现象称为打滑。 可以避免。

弹性滑动： 有带的松紧边弹性变形不同而引起的带与带轮间的微量滑动，称为带的弹性滑动。 这是摩擦型带传动正常工作时固有的特性，不能避免。

4. 链传动产生动载荷原因及其影响因素？

（1）链速和从动轮角速度做周期性变化，产生加速度a，从而引起动载荷。

（2）链条垂直方向的分速度也做周期性变化，使链产生上下震动，产生动载荷。

（3）在链条链节与链轮轮齿啮合的瞬间，由于具有相对速度，产生啮合冲击和动载荷。 影响因素 ：链速Vx，链节距P和链轮齿数Z。 链速越高，链节距越大，链轮齿数越少，动载荷越大。

5.轮齿的失效形式有哪些？闭式和开式传动的失效形式有哪些不同？

齿轮传动的失效形式：1.轮齿折断；2.齿面点蚀；3.齿面胶合；4.齿面磨损；5.齿面塑性变形

闭式软齿面齿轮传动其主要失效形式是疲劳点蚀

闭式硬齿面齿轮传动其主要失效形式是轮齿的折断

开式齿轮传动的主要失效形式是磨损

6齿轮传动中，为何引入动载荷系数KV？减小动载荷的方法有哪些？

齿轮传动不可避免地会有制造及装配的误差，轮齿受载后还要产生弹性变形。这些误差及变形实际上将使啮合轮齿的基圆齿距pb1与pb2不相等。因而轮齿就不能正确地啮合传动，

瞬时传动比就不是定值，从动齿轮在运转中就会产生角加速度，于是引起了动载荷或冲击。为了计及动载荷的影响，引入了动载系数KV。

提高制造精度，减小齿轮直径以降低圆周速度，均可减小动载荷。

7蜗杆传动的特点？

（1）能实现大的传动比。（2）冲击载荷小，传动平稳，噪声低。（3）当蜗杆的导程角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。（4）摩擦损失较大，效率低；（5）为减轻齿面的磨损防止胶合，涡轮一般使用贵重的减轻摩擦材料，故成本高。（6）对制造和安装误差较为敏感，安装时对中心距的尺寸精度要求较高。

8轴的结构设计应考虑那几个方面的问题？

（1） 拟定轴上零件的装配方案。（2）考虑轴上零件轴向和周向定位。（3）各轴段直

径和长度的确定。（4）提高轴强度的常用措施：{1}改进轴上零件的结构以减小

轴的载荷.{2}合理布置轴上的零件以减小轴的载荷。{3}减小轴的应力集中。{4}

改进轴的表面质量，提高轴的疲劳强度。（5）应满足结构工艺性要求：例如由于阶梯轴接近于等强度，而且便于加工和轴上零件的定位和装拆，所以轴的形状多呈阶梯型；一根轴上圆角尽可能取相同半径，退刀槽取相同宽度，倒角尺寸相同等。

9滚动轴承有哪几部分组成？各部分作用如何？

（1） 滚动体：轴承中不可缺少的元件，主要承载轴承上的力。

（2） 内圈：与轴颈配合，通常随轴回转。

（3） 外圈：固定不动，当内外圈相对转动时，滚动体在内外圈的滚道间滚动，使相对

运动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。

（4） 保持架：均匀分布滚动体，避免相邻的滚动体直接接触，减小磨损及噪声。 10联轴器和离合器的功用是什么？有什么不同？

他们主要用来连接轴和轴（有时也连接轴和其他回转零件）使之一起转动并传递运动和转矩。不同之处在于，用联轴器连接时，必须在机器停车后，经过装配或拆卸才能使被连接的两根轴接合或分离；而离合器连接时，则可在机器工作时随时将被连接的两轴接合或分离。 11万向联轴器适用于什么场合？为何常成对使用？成对使用时如何布置才能使主从动轮的角速度随时相等？

万向联轴器可用于相交两轴间的链接，或工作时有较大角位移的场合。

由于当两轴线不重合时，主动轴的角速度为常数，而从动轴的角速度将在一定范围内做周期性的变化，引起附加动载荷。为克服这一缺点，常将万向联轴器成对使用。

安装时必须保证O1轴 O3轴与中间轴之间的夹角相等，并且中间轴的两端的叉形接头应在同一平面内。只有这样才能使主从动轮的角速度相等。

12螺纹连接的预紧和防松方法.

(1) 采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力的方法，操作简单，但准确性较差（因

拧紧力矩受摩擦系数波动的影响较大）。为此，对于大型连接，可利用液力预拉螺

栓，或加热使螺栓伸长到需要的变形量，然后再把螺母拧紧.

(2) 摩擦防松 常用得有弹簧垫圈，对顶螺母，自锁螺母等

机械防松 常用的有开口销，止动垫及串联钢丝绳等。

破坏螺纹副关系 用焊，粘，铆的方法。

13 滚动轴承的预紧

所谓预紧就是在安装时给予一定的轴向预紧力，以消除轴承中的游隙，并在滚动体和内外圈接触处产生弹性预变性。

方法:（1）利用磨窄套圈预紧夹紧一对磨窄了套圈的轴承实现预紧。（2）利用加金属垫圈的方法预紧（3）用不同长度的套筒预紧，与尽力的大小可以通过两个套筒的长度差加以控制。（4）通过外圈压紧预紧，利用夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈而将轴承预紧。 14改错题

1——该轴段长度过长，半联轴器无法轴向定位；

2——该轴段长度过长，轴承装配不方便，应采用阶梯轴；

3——轴承透盖与轴之间应为间隙配合，且用油封毡圈密封；

4——轴承盖外端面加工面积过大；

5——箱体两端面与轴承盖接触处无凸台，使箱体端面加工面积过大；

6——箱体两端面与轴承盖间缺少调整垫片，无法调整轴承间隙；

7——套筒过高，轴承无法拆卸；

8——该轴段长度应短于齿轮轮毂宽度，否则齿轮无法轴向定位；

9——齿轮轴向未固定，应采用键联接；

10——轴环过高，轴承无法拆卸；

11——该轴段长度过长，无静止件轴承盖接触。

15

16）如图5.20蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴上的锥齿轮z4的转向n4。

（1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定蜗杆传动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。

注： 旋向答案错误，应与 图示相反

17 最大有效拉力影响因素

（1）初拉力F0 最大有效拉力与初拉力 成正比。

（2）包角α 随包角增大而增大

（3）摩擦因数 随摩擦因数增大而增大

机械设计(2)

机械设计

实 验 大 纲

北京邮电大学

自动化学院

2006.9

实验一 传动装置组合设计实验

1.实验内容: 传动装置的设计

2.实验设备: 轴承及齿轮传动组合实验箱

3.讲解内容:

1) 轴承及齿轮传动组合实验箱

2) 传动装置的组成与结构

3) 传动装置的设计

4.实验要求: 设计一级、二级传动装置方案，根据设计方案，进行传动装置的组装。在组装过程中，了解传动装置的结构；了解组成传动装置的各类零部件的结构特点、作用以及它们之间的装配关系。组装完成后，画出装配草图。

5.实验课时：2学时

实验二 减速器拆装实验

1.实验内容: 拆装减速器

2.实验设备: 拆装用减速器

3.讲解内容:

4) 减速器的分类

5) 减速器的组成与结构

6) 拆装减速器的顺序与方法

4.实验要求: 掌握拆装减速器的顺序与方法；了解减速器的结构；了解组成减速器的各类零部件的结构特点、作用以及它们之间的装配关系。

5.实验课时：2学时

机械设计2

一、单项选择题(只有一个选项正确，共17道小题) 1. 链传动中合理的链条长 。 (A) 应等于奇数倍链节距 (B) 应等于偶数倍链节距 (C) 可以为任意值 (D) 按链轮齿数来决定 你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

2.

套筒滚子链传动不宜用于高速，主要是因为______

(A) 链的离心力太大 (B) 冲击太大 (C) 受磨损限定 (D)

受链板疲劳强度限定

你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

3.

大链轮的齿数不能取得过多的原因是 。

(A)

齿数越多，链条的磨损就越大

(B)

齿数越多，链传动的动载荷与冲击就越大

(C)

齿数越多，链传动的噪声就越大

(D)

齿数越多，链条磨损后，越容易发生“脱链现象”

你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考：

4.

在各种基本类型的向心滚动轴承中___________不能承受轴向载荷。

(A) 调心球轴承 (B) 圆柱滚子轴承 (C) 调心滚子轴承 (D)

深沟球轴承

你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

5.

某滚动轴承按寿命公式计算出寿命L10h=10500h 其可靠度__________。

(A) 为99% (B) 为90% (C) <90% (D) 99% (E) 不确定

你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

6.

通常应成对使用。

(A) 深沟球轴承 (B) 圆锥滚子轴承 (C) 推力球轴承 (D)

圆柱滚子轴承

你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

7.

流体动压润滑轴承进行P、v、Pv的验算是因为 。

(A) 启动时属于非液体润滑状态 (B) 运行时属于液体润滑状态 (C) 运行时会发生金属过度磨损 (D) 运行时会发生胶合失效

你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考：

8.

巴氏合金是用来制造 。

(A) 单层金属轴瓦 (B)

双层或多层金属轴瓦

(C) 含油轴承轴瓦 (D)

非金属轴瓦

你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

9.

工作时只承受弯矩不传递转矩的轴，称为 。

(A) 心轴 (B) 转轴 (C)

传动轴

你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考：

10.

若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料由碳素钢改为合金钢，轴的刚度 。

(A) .不变 (B) 降低了 (C) 增加了 (D)

不定

正确答案：A 解答参考：

11.

轴环的用途是 。

(A) 作为轴加工时的定位面 (B) 提高轴的强度 (C) 提高轴的刚度

(D) 使轴上零件获得轴向定位

正确答案：D 解答参考：

12.

在转轴的初步计算中，轴的直径是先按 初步确定的。

(A) 弯曲强度 (B) 扭转强度 (C) 复合强度

(D) 轴端上零件的孔径

正确答案：B 解答参考：

13.

标准蜗杆传动的中心距计算公式应为 。

(A) (B) (C) (D)

你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

14. 蜗杆传动的主要失效形式是 。 (A) 齿面疲劳点蚀 (B) 齿根的弯曲折断 (C) 齿面的胶合和磨损 (D) 齿面的塑性变形

你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：

15. 蜗杆传动中较为理想的材料组合是。 (A) 钢和铸铁 (B) 钢和青铜 (C) 铜和铝合金 (D)

钢和钢

你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：

16. 在载荷不平稳、且有较大冲击和振动的情况下，一般宜选用____________联轴器。 (A) 刚性

(B) 无弹性元件挠性 (C) 有弹性元件挠性 (D) 安全

你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：

17.

在载荷平稳、且对中准确的情况下，若希望寿命较长，则宜选用_________。

(A) 刚性

(B) 无弹性元件挠性 (C) 金属弹性元件挠性 (D)

非金属弹性元件挠性

你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考：

（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客

观题答案。)

二、主观题(共16道小题) 18.

在滚子链传动中，链的节距越大，________越高；但节距越大，链轮转速越高时，冲击和动载荷也越大，因此，设计时应尽可能选用小节距的链。

参考答案：承载能力

19.

链传动和带传动比较，链传动作用在轴和轴承上的压轴力_________。

参考答案：小

20.

根据轴的承载情况，工作时既受弯矩又受转矩的轴称为 轴。

参考答案：

转

21.

轴计算当量弯矩公式

。

参考答案：

中，引入应力校正系数α的原因是考虑

正应力与切应力的循环特性不同

22.

为了方便轴上零件的装拆，常将轴做成 形；为了保证轴上零件的可靠定位，轴肩的圆角半径r必须 于相配零件的倒角C1或圆角半径R。

参考答案：

阶梯；小

23.

图示为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。斜齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。试改正该图中的错误，并画出正确的结构图。（选作）

参考答案：

正确结构如图解所示。

24.

联轴器和离合器是用来 部件。

参考答案：

连接两轴，并传递运动和扭矩的轴系。

25.

形成流体动压润滑的基本条件是什么？

参考答案：

26.

试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承的公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受径向载荷能力最大？哪个不能承受径向载荷？

6208/P2、30208、5308/P6、N2208

参考答案：

27.

有一滚动轴承，型号为30212, 其基本额定动载荷Cr=60400N，已知工作温度在100°C以下，运转平稳，载荷系数kd=1.0，当量动载荷P=7700N，转速n=640r/min。

(1) 该轴承类型为什么？内径为多少？ (2) 试预测轴承寿命。

参考答案：

(1) 轴承类型为圆锥滚子轴承，内径为60mm。

(2) 轴承寿命为24974.1小时。

28. 滑动轴承保证液体动压润滑的条件有_____________ 、_____________、。 参考答案：

①两工作表面间必须构成楔形间隙；②两工作表面间必须充满具有一定粘度的润滑油或其他流体；③两工作表面间必须有一定的相对滑动速度，其运动方向必须保证能带动润滑油从大截面流进，从小截面流出。

29.

按轴承工作时的摩擦性质不同，轴承可分为__________轴承和________轴承两大

类。

参考答案：

滚动摩擦；滑动摩擦（滑动轴承可分为液体润滑摩擦；非液体润滑摩擦）。

30.

角接触球轴承7210C 的基本额定动载荷Cr= 33.9kN，表示该轴承在33.9kN 的载荷下寿命为________r 时，可靠度为________。

参考答案：1000000，90%。

31.

轴系支点轴向固定结构型式中，两端单向固定结构主要用于温度 的轴。

参考答案：不高

32.

在蜗杆传动中当需要自锁时，应使蜗杆导程角 当量摩擦角。

参考答案：小于等于（不大于）

33.

蜗杆的标准模数是 模数，其分度圆直径 = ；蜗轮的标准模数是 模数，其分度圆直径 = 。

参考答案：

轴面；mq；端面；mz2

机械设计3

机械设计基础 试 题

哈工大 2006 年 春 季学期

一、 填空题（每空1分，共24分）

或 接触组成的运动副称为高副。

2．连杆机构在运动过程中只要存在角，该机构就具有急回作用，其急 回程度用

_系数表示。

3. 标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的 相等，齿轮的

4. V带传动的主要失效形式是和。

5. 在凸轮机构四种常用的推杆运动规律中，运动规律有刚性冲击； 规律无冲击。

6. 代号为31308的滚动轴承，其名称为________________________________，内径为______________mm，直径系列代号为__________，宽度系列代号为___________。

7. 按受载类型，轴可分为转轴、___________轴和____________轴；转轴所受载荷为________________________。自行车前轴属_______轴。

8. 滑动轴承轴瓦上浇铸轴承衬的目的是和

(共16分)

1. 简述带传动中弹性滑动和打滑的概念，两者有何不同？（4分）

2. 什么是曲柄摇杆机构的死点位置？（4分）

3. 轴的当量弯矩公式Me

M

2

(T)

2

中系数的含义是什么？如何取值？（4分）

4. 试述形成液体动压油膜的必要条件是什么？（4分）

三、计算题（共30分）

1. 计算图所示机构的自由度，并判断机构是否具有确定的相对运动。图中标有箭头的构件为原运动件。（共6分，每小题3分）

2．已知一对正常齿制外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，m=4mm, Z1=20, Z2=50, 求：两轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、中心距、传动比。（8分）

a b

3. 轮系机构如图所示。已知：Z1=39，Z2=78，Z339，Z4=20，试确定传动比iH

，并说明n4与nH的转向相同还是相反。（8分）

4. 图为用6个均匀分布的普通螺栓连接的凸缘联轴器。螺栓均匀分布分布于D0=220mm的圆周上。螺栓的许用拉伸应力[σ]=110 MPa。两半联轴器间的摩擦系数f=0.12,可靠性系数KS

=1.2，若该联轴器传递的最大转矩T=400 N.m,试计算所需螺栓的小径d1的值（保留两位小数）。（8分）

四、分析题（共20分）

1. 根据图中所注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，并说明为什么。(8分)

a b c

d

2. 图中蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆及蜗轮的螺旋线方向及转向，并在图中绘出蜗杆、蜗轮啮合点处作用力的方向（用三个分力：圆周力Ft、径向力Fr、轴向力Fa表示,

表示方向垂直纸面向里，⊙表示方向垂直纸面向外）。（6分）

3. 下图为螺栓与被联接件的受力—变形图，在图上标出预紧力F，螺栓所受的工作载荷F，残余预紧力F，螺栓所受的总拉力F0，螺栓总的伸长变形量b0及受载后被联接件的变形m0。（6分）

五、结构题（10分）

指出轴承部件图中的错误结构（指出错误的位置，并做简单说明，如示例①，相同错误按一处算）。

①无调整垫片。

《机械设计》

大连交通大学2013年硕士研究生入学考试复试考试大纲 科目代码： 701

科目名称：机械设计

适用专业：机械工程、车辆工程、力学、道路与铁道工程、交通运输工程、载运

工具运用工程

参考书目：[1] 孙志礼等主编．机械设计．东北大学出版社，2000． 9

[2] 陈良玉等主编．机械设计基础．东北大学出版社，2002．9 考试时间：2小时

考试方式：笔试

总 分：100分

考试范围：

一、机械设计概述：

机械零件的主要失效形式，机械零件的工作能力及工作能力准则，机械零件的强度，机械零件的常用材料。

二、联接：

螺纹联接，了解键和花键联接。

三、带传动：

带传动的类型及特点，带传动的工作情况分析，普通V带传动的设计计算。

四、齿轮传动：

齿轮传动的失效形式和计算准则，齿轮材料，齿轮传动的载荷计算，标准直齿圆柱齿轮的强度计算，齿轮精度、设计参数选择及许用应力，标准斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动的受力分析。

五、 蜗杆传动：

蜗杆传动的特点和失效形式，圆柱蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算，蜗杆传动的受力分析。了解蜗杆传动的承载能力计算。

六、轴：

上海海洋大学

《机电专业综合知识》入学考试大纲

一、考试说明

《机电专业综合知识》包括《机械设计》和《电工技术》两部分，各占50%。

1． 参考教材

《机械设计》：

（1）濮良贵 纪名刚，机械设计（第七版）北京：高等教育出版社，2002

（2）邱宣怀，机械设计（第四版），北京：高等教育出版社，2001

《电工技术》：

（1）秦曾煌，电工学简明教程（第二版），北京：高等教育出版社，2007.6

（2）唐杰，电工学（少学时）（第二版），北京：高等教育出版社，2005.1

（3）朱承高，电工学概论，北京：高等教育出版社，2004.3

2．题型及分数比例

《机械设计》：

（1）题型比例

1）选择题：10%-15%

2）填空题：10%-13%

3）是非题：10%-12%

4）简答题：20%-30%

5）计算题：40%-50%

《电工技术》：

（1）题型比例

1）选择题：48%

2）计算题：26%

3）分析题：26%

二、考试内容

《机械设计》：

1.机器及零件设计的基本原则，材料选择，结构要求等；

2.联接件的设计计算：主要包括螺纹联接和键联接；

3.传动件的设计计算：主要包括齿轮传动、蜗杆传动、带传动等，掌握各种传动的特点、运动特性、失效形式、受力分析及基本设计计算方法；

4.轴系零部件的设计计算，主要包括滑动轴承、滚动轴承和轴的设计计算；

5.应用各种基本零部件进行创新设计计算。

《电工技术》：

1.直流电路：基尔霍夫电流定律；基尔霍夫电压定律；叠加原理；戴维宁定理等。

2.交流电路：正弦交流电的基本概念；用相量法计算简单交流电路。

3.三相异步电动机：三相异步电动机的基本结构、转动原理和机械特性曲线，三相异步电动机电源频率、极对数和同步转速之间的关系；三相异步电动机的铭牌含义并计算电动机的运行参数。

4.继电器接触器控制系统：常用控制电器的基本结构、工作原理、控制作用以及电路符号；自锁和互锁的概念、作用和应用方法，短路保护、过载保护、零压保护的作用和实现方法；三相异步电动机的直接控制、正反转控制、时间控制、行程控制等基本控制电路。

天津理工大学

一、机械设计基础部分：

1、螺纹联接：

螺纹及螺纹联接的基本知识，螺栓联接的预紧与防松，单个受拉紧螺栓联接

的受力分析。

2、带传动：

带传动的工作原理，带传动的理论基础（受力分析、应力分析、弹性滑动与打滑区别）、带传动的失效形式。

3、齿轮传动：

齿轮传动的失效形式和设计准则，齿轮常用材料，齿轮传动的受力分析，齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算的基本理论。蜗杆传动的传动比计算等基本知识。

4、轴：

轴的分类及其受力、应力分析；轴径的初算方法；轴毂联接（普通平键联接）基本概念。

5、滚动轴承：

滚动轴承的类型、特点及其类型选择；滚动轴承的基本代号的含义；滚动轴承基本额定寿命、基本额定动载荷等概念。

机械设计2

济 源 职 业 技 术 学 院

2007–2008学年第二学期期末考试 机械设计基础试卷（B卷）

适用班级：模具0701-0705、数控0701-0703

1

）

Mx为（ ）

图2

P=15.7mm,齿顶圆的直径为d=400mm, ．76

________

．沿轴向可作相对滑动并具由导向性 ．安装拆卸方便

第 1 页 共 3 页

a按轮毂长度选择键的长度； b按要求选择键类型； d进行必要强度校核； 具体设计时一般顺序为_____。 ．b-c-a-d C．a-c-b-d D．c-d-b-a _。

B．带与带轮间的摩擦系数偏低

D．带绕过带轮产生离心力

。

小于零 C ． 等于零 D． 等于20°

T，现要传递的扭矩为1.5T，则应______。

倍 B．把键宽增大到1.5倍 倍 D．安装一对平键 _______。

B．传动效率高

D．带的价格便宜

2. 齿轮的加工方法，各有何特点？

3、带的弹性打滑和打滑两者有何本质上的区别？哪个是不可避免的？

三、判断题（每小题2分，共10分）

（ ） 称为该圆上的齿距。 （ ） （ ） （ ） 均可以采用张紧轮法，两轮的安装位置相同。（ ）

五、计算题（共三题，32分）

简答题（每小题6分，共18分）

1. 图示梁CB，作剪力图及弯矩图，标明端值。（16分）

第 2 页 共 3 页

4、已知一渐开线标准直齿圆柱齿轮，a20，ha1，c0.25，问当齿根圆与基

圆重合时，它的齿数在理论上应为多少？如果齿数少于这个数值，那么基圆和齿根圆哪一个大？（提示：rb

12

mzcos

）（8分）

3、在图示的差速器中，已知Z148，Z242，Z218，Z321，n1100r/min，n380r/min

，其转向如图所示，求nH。（8分）

第 3 页 共 3 页

机械设计)

一、设计数据及要求

工作拉力：F=1800N 卷筒直径：D=340mm 带工作速度：v=2.35m/s 工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动．空载起动，使用年限8年，小批量生产，单班制工作，运输带速度允许误差±5%

传动装置见图

二、选择电动机

1.工作机有效功率

PwFv18002.354.23Kw

2.查各零件传动效率值

轴承 10.99，齿轮 20.97，联轴器（弹性）30.99，滚筒 40.96

故：



4

1222340.9840.9720.9920.960.81

3.电动机输出功率

Pd

P





4.23

5.22Kw 0.81

4.工作机转速

a：卷筒的工作转速为：

nw

601000v602.351000

132.07r/min

d3.14340

b：查设计手册可知，推荐的传动比合理范围取v带传动比i=8~40，则总的传动比合理范围为i电动机转速的可选范围：

ndnwi132.07(8～40)1056.56～5282.8r/min

根据容量和转速符合这一范围的同步转速为1500，3000r/min.

5.选择电动机

查相关手册，有两种传动比方案：如下表；

综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格以及总传动比，可确定选电动机型号为K132S1-2较合适，其同步转速nd=3000r/min，满载转速nm=2900r/min，额定功率5.5Kw

二：确定传动装置的总传动比和分配传动比

1.理论总传动比

i总

2900

21.96

132.07

2. 分配传动比

对于两级展开式圆柱齿轮减速器，当两级齿轮的材料相同，齿宽系数相同时，为使各级大齿轮浸油深度大致相近（即两个大齿轮分度圆直径接近），且低速级大齿轮略大，传动比可按下式分配，即

i取iⅠ1.4iⅡ，又iⅠiⅡi总，故i5.54 ，i3.96

ⅠⅡ

三：计算传动装置的运动和动力参数

1.各轴的转速

nⅠnm2900r/min

nⅡ

n2900Ⅰ

523.5r/min i5.54Ⅰ

nⅡ523.5132.2r/min iⅡ3.96

nⅢ

nwnⅢ132.2r/min

2.各轴输入功率：

PⅠPd35.220.995.1678Kw

PⅡPⅠ215.16780.980.974.9144Kw

PⅢPⅡ214.91440.980.974.6716Kw PⅣPⅢ134.67160.990.984.5324Kw

3.电机输出转矩：

Td9.55106

Pd5.22

9.551061.72104Nmm nm2900

4.各轴的转矩

44

TT1.72100.991.7010Nmm Ⅰd1

44TⅡTⅠ21iⅠ1.70100.980.975.548.9510Nmm45TⅢTⅡ21iⅡ8.95100.990.973.963.4010Nmm

TⅣTⅢ123.401050.990.983.30105Nmm

5.误差

20001703.30105

100%2.94%（带式传动装置的运动和动力参数）

2000170

将上述计算汇总于下表，

带式传动装置的运动和动力参数

四、选择齿轮材料，热处理方式和精度等级

1.考虑到齿轮所传递的功率不大，故减速箱内大、小齿轮均选用材料40Cr并经调质即表面淬火，齿面硬度为50HRC。

2.表面淬火，轮齿变形不大，运输机为一般工作机器，转速不高，故选用7级精度（GB 10095—88）。

五、齿轮传动校核计算 （一）、高速级

1.按齿面接触强度设计。由教材设计计算公式(10-5)进行试算，即

d1t2.（1）确定公式内的各计算数值 1） 选小齿轮齿数z1=24, 则

2

)

z2iⅠ*z15.5424132.96,试选载荷系数K=1.3。

t

2） 由参考文献[1] P205表10-7，因大、小齿轮均为硬齿面，故宜选取少校的齿宽系

数，可取

d0.8。

ZE189.8MPa

1

2

3） 由参考文献[1] P201表10-6，查得材料的弹性影响系数

4） 参考文献[1] P210图10-21e按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限

Hlim1Hlim21100MPa

5） 参考文献[1] P206式10-13计算应力循环次数。

N1=60n1jLh=60×2900×1×(8×360×8)=.3.34×109 N2=N1/i1= N1/5.54=6.03×108

6） 参考文献[1] P207图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90，KHN２=0.91 7） 计算解除疲劳许用应力。

取失效概率为1%,安全系数S=1,由参考文献[1] P205式（10-12）得

[H]1

KHN1lim10.901100

990MPaS1 K0.911100

[H]2HN2lim21001MPa

S1

[H]取较小者，所以[H]=[H]1=990Mpa

(2)计算。

1）试算小齿轮分度圆直径d1t ,代入

[H]中较小的值。

2d1t2）计算圆周速度v。

2mm24.64mm

v

d1tn1

601000



24.642900

601000

m/s3.74m/s

3）计算齿宽b。

bdd1t0.824.64mm19.712mm

4）计算齿宽与齿高之比b/h。

模数 mt=d1t/z1=24.64/24mm=1.03mm 齿高 h=2.25mt=2.31mm b/h=8.53 5)计算载荷系数。

根据v=3.74m/s,8级精度，由图10-8查得动载荷系数Kv=1.18； 直齿轮

KHKF1;

由表10-2查得使用系数KA=1.0；

由表10-4使用插值法查得8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，由b/h=8.53,故载荷系数

KH1.188

KH1.188

,查图10-13得

KF1.08

；

KKAKVKHKH11.1811.1881.40184

6)按实际的载荷系数校正所得到的分度圆直径，由式（10-10a）得，

d1d125.31mm

7）计算模数m。 M=d1/z1=1.055 2.按齿根曲强度设计。

由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为

m（1）确定公式内的各计算数值

1） 由图10-20d查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限

FE1FE2650MPa

2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85，KFN２=0.88

3） 计算弯曲疲劳许应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得，

KFN1FE10.85650

394.64MPaS1.40 K0.88650

[F]2FN2FE2408.57MPa

S1.40 [F]1

4） 计算载荷系数。

KKAKVKFKF11.1211.081.2096

5） 查取齿形系数。

6） 由表10-5查得，YFa1=2.65，YFa2=2.15； 7） 查取应力校正系数

由表10-5查得，YSa1=1.58，YSa2=1.82；

YFaYSa

[F]并加以比较。

8） 计算大、小齿轮的

YFa1YSa12.651.58YFa2YSa22.151.82

0.01060.0096[F]1394.64[F]2408.57 ，

小齿轮的数值较大。

（2）设计计算。

m

0.9816mm

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳轻度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.055并就近圆整为标准值m=1.5mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=25.31mm，算出小齿轮齿数z1=d1/m=25.31/1.055=24,大齿轮齿数z2=5.54×24=133。

这样设计出的传动齿轮，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。 4．几何尺寸计算。

1） 计算分度圆直径

d1=z1m=24×1.5=36mm

d2=z2m=133×1.5=200mm

2） 计算中心距

a=(d1+ d2)/2=(36+200)/2mm=118mm。 3） 计算齿轮宽度

bdd10.836mm28.8mm，圆整为30mm

取B2=30mm，B1=35 mm。 （二）、低速级

1.按齿面接触强度设计。由参考文献[1]P201设计计算公式(10-5)进行试

算，即

d1t（1）确定公式内的各计算数值。 1） 选小齿轮齿数z1=24, 则

2

z2iz3.962495,公式中的载荷系数，材料的Ⅰ

弹性影响系数，齿宽系数，低速级大、小齿轮的接触疲劳强度极限与高速级数值相等。

2） 参考文献[1] P206式10-13计算应力循环次数。

N1=60n1jLh=60×369.9897×1×(8×365×8)=6.03×108 N2=N1/i1= N1/3.892=1.52×108

3） 参考文献[1] P207图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.91，KHN２=0.93

44

TTi1.70100.980.975.548.9510Nmm ⅡⅠ21Ⅰ4）

5) 计算解除疲劳许用应力。

取失效概率为1%,安全系数S=1,由参考文献[1] P205式（10-12）得

KHN1lim10.971050

1018.5MPaS1 K0.991050

[H]2HN2lim21039.5MPa

S1

[H]1

(2)计算。

1）试算小齿轮分度圆直径d1t ,代入

[H]中较小的值。

2d1t 2）计算圆周速度v。

2mm43.36mmv

d1tn1

601000



43.36523.5

601000

m/s1.19m/s

3）计算齿宽b。

bdd1t0.843.36mm34.69mm

4）计算齿宽与齿高之比b/h。

模数 mt=d1t/z1=43.36/24mm=1.81mm 齿高 h=2.25mt=3.982mm b/h=8.712 5)计算载荷系数。

根据v=1.19m/s,7级精度，由图10-8查得动载荷系数Kv=1.13； 直齿轮

KHKF1;

由表10-2查得使用系数KA=1；

由表10-4使用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，由b/h=8.533,

KH1.293

KH1.293

,查图10-13得

KF1.28

；

故载荷系数

KKAKK311.293VKHH11.1

1.

6)按实际的载荷系数校正所得到的分度圆直径，由式（10-10a）得，

d1d145.08mm

7）计算模数m。 m=d1/z1=1.878 2.按齿根曲强度设计。

由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为

m（1）确定公式内的各计算数值

1）由图10-20d查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限

FE1FE2650MPa

2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.88，KFN２=0.90

3）计算弯曲疲劳许应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.45，由式（10-12）得，

KFN1FE10.88650

408.57MPaS1.40 K0.90650

[F]2FN2FE2417.86MPa

S1.40 [F]1

4)计算载荷系数。

KKAKVKFKF11.1311.281.4464

5）查取齿形系数。

由表10-5查得，YFa1=2.65，YFa2=2.19； 6）查取应力校正系数

由表10-5查得，YSa1=1.58，YSa2=1.785；

YFaYSa

[F]并加以比较。

7）计算大、小齿轮的

YFa1YSa12.651.58YFa2YSa22.191.785

0.01020.0094[F]1408.57[F]2417.86 ，

小齿轮的数值较大。 （2）设计计算。

1.790mm

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳轻度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.878并就近圆整为标准值m=2.0mm，按接触强度算得的分度圆直径d2=45.08mm，算出小齿轮齿数z3=d2/m=45.08/2.0=23,大齿轮齿数z4=3.96×23=91。

这样设计出的传动齿轮，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。 4．几何尺寸计算。 1）计算分度圆直径

d3=z3m=23×2.0=46mm

d4=z4m=91×2=182mm 2）计算中心距

a=(d3+ d4)/2=(46+182)/2=114mm。

3)计算齿轮宽度

bdd30.846mm36.8mm

取B4=37mm，B3=42mm。

《机械设计》

《机械设计》模拟试题

一、简答题（20）

1、什么是失效？机械设计的准则是什么？（5）

2、什么是惰轮？惰轮在轮系中起什么作用？（5）

3、四杆机构的压力角和传动角对机构的运动有何影响？ （4）

4、一对标准直齿轮，安装中心距比标准值略大，试定性说明下述各对量的变化：（6）

1）齿侧间隙和顶隙；2）节圆直径和分度圆直径；3）啮合角和压力角；

二、如下图（1），计算该机构的自由度,并说明要有确定的运动,需要几个主动件。（8）

图（1） 图（2）

三、如上图（2）所示意的偏置曲柄滑块机构，已知行程速度变化系数K=1.5，滑块行程h=50mm,偏

距e=20mm,试用图解法设计此曲柄滑块机构，并确定：（15）

1）曲柄长度AB和连杆长度BC。

2）曲柄为主动件时机构的最大压力角位置。

3）滑块为主动件时机构的死点位置。

四、如图（3）所示为二级斜齿减速器。已知主动轮1的转向及螺旋角的旋向。

1） 合理选择齿轮2、3、4的螺旋角的旋向；

2） 分别表示出齿轮2、3产生的圆周力、径向力、轴向力方向。（自绘简图表示）（15）

图（3）

五、一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构，已知行程为h=40mm

，从动件运动规律如下表，要求作

出该从动件的位移线图。（12）

六、一对标准安装的外啮合正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，m=10mm,Z1=18,Z2=27。试求：两轮的齿

顶圆、分度圆、齿根圆和基圆的直径及齿距、中心距。（15）

七、如图所示轮系，已知：Z1=20，Z2=30，Z3=30，Z4=15，Z5=30,n1=200r/min。试求轮5的转速，

并说明轮5和轮1的转向是相同还是相反。（15）

机械设计一

附件2：

台州学院第五届暨浙江省第八届大学生机械设计竞赛题目

机器人——抗灾救援

1. 竞赛题目

设计并制作“抗灾救援”机器人（以下简称机器人），提交机械设计资料，参加理论设计答辩，参加实物竞赛，能够完成相应竞赛规定的各种动作。

2. 参赛作品的总体要求

2.1 机器人重量不限，但应尽可能轻。

2.2 机器人造价不限，但应尽可能低。

2.3 机器人操控可采用线控或遥控方式。

2.4 机器人行进方式不限。

3. 参赛作品机械设计方案书应包括以下5个部分内容：

（1）本作品的创新与特色简介；

（2）设计方案拟定；

（3）动力与传动方案的设计、计算与分析；

（4）动作执行机构的设计、计算与分析；

（5）其它设计计算与说明，设计总结；

4. 竞赛场地及用品规格

竞赛场地如图1和图2所示，地面采用木质地板，表面铺设喷绘广告布，场地尺寸为4500mm×1800mm，围板高度为300mm。图中六个救援目标尺寸分别如图所标，三个圆筒（尼龙棒）的高度均为80mm，直径分别为50mm、80mm、100mm；三个方块（木块）的尺寸分别为100mm×100mm×10mm、80mm×80mm×30mm、50mm×50mm×50mm；其中在“过河”环节中，支撑物为两根可自由移动的铝合金型材（尺寸为30mm×30mm×550mm），两根支撑物初始距离为380mm,可在0-500mm的范围内移动。其它尺寸如图1所示。

图1 比赛场地平面图

图2 比赛场地立体图

机械设计(5)

机械设计 综合设计实践

（大作业）

题目： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 评语：

西南交通大学 机械设计教研室 二OO五年四月

前 言

《机械设计》课程是培养机械工程类专业学生初步掌握设计机器能力的一门技术基础课，其最终目的是综合运用各种先修课程的知识，掌握设计机械传动装置和一般机械的能力。在本课程的各个教学环节中，结构设计能力的培养有着十分重要的作用，有助于培养与提高学生的实际设计能力。针对目前许多学生存在的结构设计能力较弱的问题，特编辑《机械设计综合设计实践》进行结构设计方面的针对性训练。本大作业由：联接件结构设计、传动方案选择综合训练、轴系结构设计、结构分析等四个部分组成。学生通过独立完成上述作业，达到强化训练的目的。

编 者

2005年4月

一、联接件结构设计

1.设计横梁的螺栓联接结构

有一跨度为1m的横梁，由断面为20×80 mm2的两段钢梁用螺栓联接而成，其结构如图所示。钢梁材料为A3，在横梁中点承受力P=2.5 kN，两段横梁间的摩擦系数f=0.15。试按下列两种方案分别设计横梁的联接结构： （1） 用六角头普通螺栓联接； （2） 用铰制孔六角头螺栓联接。 设计任务：

（1） 设计说明书一份，主要包括：联接螺栓尺寸计算、钢梁强度校核。 （2） 横梁装配图一张，其中螺栓联接部分要画出剖面。 注：分析受力时可忽略钢板厚度的影响。

2.设计扳手加长手柄的螺栓联接结构

图示为用于扭紧M24普通六角头螺栓的扳手示意图。该扳手由1、2两零件组成，都用45号钢制造，并用螺栓联接。使用此扳手时，作用在扳手一端的拧紧力P=200 N，1、2两零件之间的摩擦系数f=0.15。试分别按六角头普通螺栓联接和六角头绞制孔螺栓联接设计此扳手加长手柄的联接结构。 设计任务：

1）设计说明书一份，主要包括：

（1） 选用六角头普通螺栓联接，计算螺栓尺寸； （2） 选用六角头绞绞制孔螺栓联接，计算螺栓尺寸；

（3） 分析两种结构的优缺点，并研究是否有更合理的设计方案； 2）画出一种方案的扳手装配图一张，其中螺栓联接部分要画出剖面。

3.设计V带带轮的周向固定及轴向固定结构。

已知：V带为C型，z=3（带的根数），带轮基准直径d=200mm，带轮孔轴直径dh=40mm。周向固定采用A型平键，轴向固定采用轴肩——轴端挡圈结构（参见“机械设计”教材第311页，图16.3-f）。

要求：装配图一张（比例1:1，全剖） 提示：

1）所需标准：（1）键（GB1096-79）

（2）V带及带轮轮槽尺寸（GB11355-89，GB1171-89） （3）标准直径（GB2822-81）

（4）六角头螺栓全螺纹（GB5783-86） （5）螺栓紧固轴端挡圈：B型（GB892-86）

2）轴肩尺寸：轴肩外径d1=d+(3~4)C

C——带轮孔端倒角；d——配合处轴径

二、传动方案选择综合训练

1、图示传动方案：（a）高速级采用带传动，是因为什么？ （b）低速级采用链传动，是因为什么？

2、图所示的几种传动系统中，哪一种传动方案较好？为什么？

3、图示是一种传动装置的设计方案，试从传动效率的高低发出，对此方案进行评价。若要求提高该传动装置的传动效率，但需保持原方案中所用传动件的类型不变（两对齿轮传动，一对蜗杆传动），问该方案应作如何改变？（不绘图，仅用文字说明）

4、图示两起重装置的传动方案，若工况为长期运转，试说明是否合理。若限定图中传动件的类型不变，你认为较合理的方案应如何组成（不绘图，仅用文

三、轴系结构设计

1. 图示为一级直齿圆锥齿轮减速器简图。该减速器用于铸工车间运输机的传动装置。已知数据如下：输入轴转速n1=960 r/min，输入轴功率P1=3 kW，z1=28，z2=80，m=2.5，b=35。设计任务：

1）设计说明书一份，主要内容包括：小锥齿轮轴的强度校核、轴承类型选择和寿命计算以及其它必要的计算；

2）装配图一张，画出小锥齿轮轴的轴系装配图。

n

2. 设计图示二级标准斜齿圆柱齿轮减速器低速轴。已知：低速轴传动功率P=5Kw，转速n=42r/min，中心距a=225mm，低速轴上齿轮参数：αn=20°， mn=3mm，z4=110，β=9°22’，齿宽80mm，右旋。两轴承间距206 mm。轴承类型为深沟球轴承，型号初定为6413（旧型号为413），不计摩擦损失。要求：

1）设计轴系结构；

2）根据许用弯曲应力验算轴的强度； 3）精确胶合危险截面的综合安全系数。

四、结构分析

1、图示为一对圆锥滚子轴承支承的轴系，齿轮稀油润滑，轴承脂润滑，轴端装有联轴器。

（1）试在图中错误处写出序号，指出图中的结构错误； （2）简要说明错误的原因； （3）在图上画出正确的结构。

2、分析图示结构设计是否合理，请将错误之处编上序号，并说明错误所在。

机械设计。。。

机械设计

一、单项选择题（每小题1分，共10分）

1、将齿轮的轮齿做成鼓形齿是为了减小

(A) 载荷沿接触线分布不均匀； （B） 动载荷； （C） 冲击； （D） 齿间载荷分配不均。

2、流体的粘度是指流体的。

(A)强度； （B） 刚度； （C） 流动阻力； （D） 油性。

3、45号钢经调质处理，在常温下工作的轴，当计算表明其刚度不够时，应采取的正确措施是 。

(A)改用合金钢； （B） 改变表面粗糙度； （C） 增大轴的直径； （D） 提高轴的表面硬度。

4、在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的螺纹是____.

(A)三角形螺纹 (B)梯形螺纹 (C)锯齿形螺纹 (D)矩形螺纹

5、半圆键联结的主要优点是____.

(A)对轴的强度削弱较轻 (B)键槽的应力集中较小 (C)工艺性好、安装方便

6、带传动打滑总是____.

(A)在小轮上先开始 (B)在大轮上先开始 (C)在两轮上同时开始

7、在蜗杆传动中，如果模数和蜗杆头数一定，增加蜗杆分度圆直径，将使____.

(A)传动效率提高，蜗杆刚度降低 (B)传动效率降低，蜗杆刚度提高

(C)传动效率和蜗杆刚度都提高 (D)传动效率和蜗杆刚度都降低

8、键的长度主要是根据____来选择.

(A)传递转矩的大小 (B)轮毅的长度 (C)轴的直径

9、为了有效地提高齿面接触强度，可____.

(A)保持分度圆直径不变而增大模数 (B)增大分度圆直径 (C)保持分度圆直径不变而增加齿数

10、链轮中心距已定，合理确定链传动的链长时，应取

Ａ. 任意值 Ｂ. 等于链节长度的偶数倍 Ｃ.等于链节长度的奇数倍

二、填空题（31分）[每空1分]

1、非液体润滑轴承应进行_________________________、_________________________和____________________的计算。

2、普通平键的工作面是_______，工作时靠______________________________________传递转矩.。

3、带传动中，带的弹性滑动是带传动的___________特性，是___________避免的；而打滑则是________ ___。

4、已知某V带传动所传递的功率P=5.5kw,带速V=8.8m/s,紧边拉力F1与松边拉力F2的关系为F1=1.5F2。则其有效圆周力Fe为 N，紧边拉力为 N，松边拉力为 N。

5、型号为6315/P5的滚动轴承，类型是 轴承，内径为 mm，直径系列为 系列，公差等级为 级，游隙为 组。

6、工作中只承受弯矩的不承受转矩的轴叫，只承受转矩不承受弯矩的轴叫 ，同时承受弯矩和转矩的轴叫 。

7、形成流体动压润滑的必要条件是、 和 ；

8、工程上常用的螺纹联接的防松方法有___________、____________和_______________。

9、带传动中，带每转一周受____________应力、_________应力和________应力作用，最大应力发生在 ________________。

10、有弹性元件的挠性联轴器的主要优点是 ，又

能 。

三、分析题1（11分）

1、如图3-1为圆柱齿轮—蜗杆传动。已知斜齿轮1的转动方向和斜齿轮2的轮齿旋向。

(1)在图中啮合处标出齿轮1和齿轮2所受轴向力Fa1和Fa2的方向。

(2)为使蜗杆轴上的齿轮2与蜗杆3所产生的轴向力相互抵消一部分，试确定并标出蜗杆3轮齿的螺旋线方向，并指出蜗轮4轮齿的螺旋线方向及其转动方向。

(3)在图中啮合处标出蜗杆和蜗轮所受各分力的方向。

图3-1

四、分析题2（10分）

试分析指出图3-3所示轴系结构中的错误，说明原因。图中齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。

图4-1

五、计算题1（14分）

1．一螺栓所受轴向工作载荷为F=6000N，螺栓受载后被联接件间的残余预紧力F1为工作载荷的1.2倍。已知螺栓相对刚性系数Cb/（Cb+Cm）=0.8，许用拉应力90MPa。求：

（1）螺栓小径d1的计算值。

（2）预紧力F0的大小。

六、计算题2（14分）

2、（20分）图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。已知m=8mm，d1=80mm ，z1=1，i=40，卷筒的直径D=250mm，试计算：（1）欲使重物上升1m，应转动蜗杆的转数；（2）设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（3）设重物重Q=5kN，通过手柄转臂施加的力F=100N，手柄转臂的长度l的最小值 (不计轴承效率) 。

图6-1

七、计算题3 (10分

)

一转轴支承在一对角接触球轴承上，轴承布置如图，已知两轴承所受径向载荷 Ｆr1=F

r2=600N，轴另受有轴向负荷FA=500N, 试计算两轴承所受的轴向力Fa1、Fa2，（内部轴向力F’=0.5Fr）。

2 1

FA

2007/2008学年第二学期末考试试题

一、单项选择题（每小题1分，共10分）

1、(A) 2、(C) 3、(C) 4、(A) 5、(C)

6、(A) 7、(B) 8、(B) 9、(B) 10、(B)

二、填空题（31分）[每空1分]

1、 比压计算p ≤[p]、特性数计算pv ≤[pv]、速度计算 v ≤[v].

2、 侧表面、挤压和剪切。

3、 固有，不可,可以避免。

4、，

5、 深沟球轴承，，，

6、 心轴，传动轴，转轴。

7、 相对运动的两表面有一定的楔形间隙；两表面有一定的相对速度；润滑油有一定的粘度，且供由充足；

8、 摩擦防松，机械防松，永久止动；

9、 拉应力，离心力产生的拉应力，弯曲应力，紧边开始进入小带轮的那一点。

10、补偿两轴间相对位移，缓冲减振；

三、分析题1（11分）

1、解:

(1)在图中啮合处齿轮1和齿轮2所受轴向

力Fa1和Fa2的方向如图(2分)。

(2)蜗杆3轮齿的螺旋线方向，蜗轮4轮齿

的螺旋线方向及其转动方向如图(3分)。

(3)蜗杆和蜗轮所受各分力的方向。(6分)

四、分析题2(10分)

解: 每指出1个错误得1分，说明错误

原因得1分。总分不超过10分。

存在问题分析：

1．轴承的轴向固定、调整，轴向力传递方面错误

1）轴系采用全固式结构，两轴承反装不能将轴向力传到机架，应该为正装。

2）全固式结构中，轴左端的弹性挡圈多余，应去掉。

3）端盖处没有调整垫片，不能调整轴承游隙。

2．转动零件与固定零件接触，不能正常工作方面错误

1）轴右端的联轴器不能接触端盖，用端盖轴向定位更不行。

2）轴与右端盖之间不能接触，应有间隙。

3）定位齿轮的套筒径向尺寸过大，与轴承外圈接触。

4）轴的左端端面不能与轴承端盖接触。

3．轴上零件装配、拆卸工艺性方面错误

1）右轴承的右侧轴上应有工艺轴肩，轴承装拆路线长（精加工面长），装拆困难。

2）套筒径向尺寸过大，右轴承拆卸困难。

3）因轴肩过高，右轴承拆卸困难

4）齿轮与轴联接的键过长，套筒和轴承不能安装到位。

4．轴上零件定位可靠方面错误

1）轴右端的联轴器没有轴向定位，位置不确定。

2）齿轮轴向定位不可靠，应使轴头长度短于轮毂长度。

3）齿轮与轴联接键的长度过大，套筒顶不住齿轮。

5．加工工艺性方面错误

1）两侧轴承端盖处箱体上没有凸台，加工面与非加工面没有分开。

2）轴上有两个键，两个键槽不在同一母线上。

3）联轴器轮毂上的键槽没开通，且深度不够，联轴器无法安装。

6．润滑、密封方面错误

1）右轴承端盖与轴间没有密封措施。

2）轴承用脂润滑，轴承处没有挡油环，润滑脂容易流失。

改进后如图所示。

五、计算题1.(14分)

解:

F1=1.2F=1.2×6000=7200N(2分)

F2= F1＋F=13200N(4分)

d=[1.3×4Fπ[σ])]1/2

12/(=15.58mm(4分)

F0= F1＋[1－Cb/（Cb+Cm）]F=8400N(4分)

六、计算题2.(14分)

（1）重物上升1m时，卷筒转动圈数：N2=1000/πD=1000÷(250x3.14)=1.27

蜗杆转动圈数为：N1=i N2=40x1.27=50.96(圈) （3分）

2）蜗杆直径系数q=d1/m=80÷8=10

（

导程角：γ=arctanz11

q=arctano

8=7.125

当量摩擦角：1o

v=arctanfv= arctan8=10.204

因为：γ〈v所以 蜗杆传动满足自锁条件 （5分）

（3）蜗杆传动的啮合效率：

tantan7.125o

1tan(oo0.401(3分) v)tan(7.12510.204)

T250.1250.625kNm

TT20.625T0.039

10.039kNm ,则:l1

i0.39m

1400.401F0.1（3分）

七、计算题3(10分)

解：轴承内部轴向力为

F1’=0.5Fr1=0.5x600=300N (2分)

F2’=0.5Fr2=0.5x600=300N (2分)

(受力方向分析2分)

FA+ F2’=500+300=800N F1’

所以，轴承2 被压紧

Fa2= FA+ F1’=500+300=800N (2分)

Fa1= F1’=300N (2分)

机械设计1

制造技术课程设计

题目 CA6140车床变速拨叉机械加工工艺 及加工拨叉槽口夹具设计

班级 机制1002 学号 20102495 姓名 刘则国 指导教师 吕宝君

日期 2013.12.19

机电工程学院

目录

一、零件的分析 ........................................... 4

（一）零件的作用 ...................................... 4

（二）零件的工艺分析 .................................. 4

二、确定毛坯 ............................................. 5

（一）确定毛坯的制造形式 .............................. 5

（二）确定毛坯尺寸公差和机械加工余量 .................. 5

三、拟定拨叉工艺路线 ..................................... 6

1、定位基准的选择 ..................................... 6

2、表面加工方法的选择 ................................. 6

3、工序集中与分散 ..................................... 8

4、制定工艺路线 ....................................... 8

四、机械加工余量、工序尺寸的确定 ......................... 9

1、毛坯加工余量、尺寸的确定 ........................... 9

2、加工面余量 ........................................ 11

3、花键孔 ............................................ 11

4、铣18H11槽 ........................................ 11

五、确定切削用量 ........................................ 11

工序一：铸造毛坯 ..................................... 11 工序三 钻Φ22花键底孔，扩花键底孔Φ22锪2×15o倒角 . 13

工序四 拉花键孔 ..................................... 14

工序五 粗、精铣80×30面 ............................ 15

工序六 钻两M8底孔及攻螺纹和钻铰配作孔 .............. 16

工序七 铣18H11的槽 ................................. 17 六、夹具设计 ........................................ 18

（一）、问题的提出 ................................... 19

（二）、夹具设计 ..................................... 19

（三）定位误差分析 ................................... 21

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目给定的零件是C6140拨叉（见附图1）它位于车床变速机构中，主要其换挡作用。通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不同的齿轮啮合从而达到要求的主轴转速。宽度为30mm的面的尺寸精度要求很高，在拨叉工作工程中，和如果拨叉和槽的配合尺寸精度不高或者它们之间的空隙很大时。滑移齿轮就达不到很高的定位精度，这样滑移齿轮就不能很好的与其他齿轮进行正确有效的啮合。从而影响整个传动系统的工作。所以拨叉宽度为30mm的面和槽之间要达到很高的配合精度。

（二）零件的工艺分析

CA6140拨叉零件加工分析：

分析零件图可知，该拨叉形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。除了拨叉上表面和通槽外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床等车床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面----拨叉上表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质

保量的加工出来。由此可以见，该零件的工艺性较好

二、确定毛坯

（一）确定毛坯的制造形式

此次所设计的拨叉材料为HT200，根据材料成型工艺可知用金属型铸造。该零件能够承受较大载荷和冲击载荷，能够满足使用要求。因为生产纲领为中批量生产。因为零件形状简单故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，可不铸出。

（二）确定毛坯尺寸公差和机械加工余量

1、公差等级

由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为CT。

2、零件表面粗糙度

由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于

1.6m

4、 毛坯简图：见附表

三、拟定拨叉工艺路线

1、定位基准的选择

1) 粗基准的选择

对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为粗基准。如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。因此，选择零件的右表面作为粗基准。

2) 精基准的选择

应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。该零件根据形位公差的要求，选择花键中心线为精基准。

2、表面加工方法的选择

1) 拨叉上表面：

粗糙度要求为3.2µm，形位公差为平行度为0.10，基准为

花键中心线，查《机械加工工艺师手册》表3.4-5和3.4-6，对其选择铣床，进行粗铣——精铣，来完成上表面的加工。

2) 拨叉的两个侧面和右端面：

因为不是主要加工平面，而且采用的金属性铸造可以满足

平面的粗糙度要求，所以不需要进行加工，只需要对右端面进行倒角加工即可，而倒角的加工，采用铣床加工即可。

3) 拨叉左端面：

粗糙度要求和上表面的要求一样为3.2µm，故选择和上表面一样的加工方法，铣加工，粗铣——半精铣。

4) 通槽：

两侧的表面的粗糙度要求为3.2µm，而通槽地面的粗糙度要求为6.4µm，所以对通槽的加工也选择铣床，配合铣槽刀具，对其进行粗铣——半精铣的加工来完成。

5) 花键：

大径地面粗糙度要求为1.6µm，而小径的粗糙度要求为

6.3µm，两侧的粗糙度要求为3.2µm，所以采用，先用钻床钻出预制孔，再采用拉床配合矩形花键拉刀，拉出花键。（在毛坯中孔都没有铸出）

6) M8螺纹孔：

钻孔+攻丝

7) 内倒角：

选用铣床，将倒角铣出。

8) 推销孔：

3、工序集中与分散

A. 选用工序集中原则安排拔叉的加工工序。该拔叉的生产类型为中批生产，可以采用万能型机床配以专

用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原

则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，

而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保

证各种加工表面之间的相对位置精度要求。

B. 1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——拨叉左端面

2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，

后安排加工工序。

3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——

拔叉头左端面内花键孔，后加工次要表面——拨叉

上端面和通槽底面及内侧面。

4）遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉左端面，

再加工内花键孔；先拨叉上端面，再钻M8孔

4、制定工艺路线

工序一：铸造毛坯；

工序二：粗、半精铣左端面,

工序三：钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×15°倒角；

工序四：拉花键Φ25H7

工序五：粗、半精铣上表面；

工序六：钻配作孔、螺纹孔；

工序七：粗、半精铣槽；

工序八：去毛刺；

工序九：终检，入库。

四、机械加工余量、工序尺寸的确定

1、毛坯加工余量、尺寸的确定

C6140拨叉材料为HT200毛坯质量为0.84kg，δb=220MPa，

HBS=157。

根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械

加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。

根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，

故零件最大轮廓尺寸为80mm。

选取公差等级CT由《机械制造工艺设计简明手册》中表2.2-3

可查得毛坯件的公差等级为7~9级，，取为8级。

求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级

CT，由《机械制造工艺设计简明手册》中表2.2-1可查得尺寸公差为CT=1.6mm

求机械加工余量由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5

查得机械加工余量等级范围为D~F，取为F级

求要求的机械加工余量对所有的加工表面取同一数值，由《机

械制造工艺设计简明手册》表2.2-4查得最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为F级，尺寸公差等级8，得要求的机械加工余量数值为1.5mm。

求毛坯尺寸 2-M8通孔和Φ5锥孔较小铸成实心；C、Ｄ面

单侧加工，应由《机械制造技术基础课程设计指南》式5-2求出，即：

R=F+RAM+CT/2=80+1.5+1.6/2=82.3mm

D面为单侧加工，毛坯尺寸由《机械制造技术基础课程设计指南》式5-1求出，即：

R=F+RAM+CT/2=72+1.5+1.6/2=74.3mm

为了简化铸件的形状取R＝75mm

铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表：

2、加工面余量

C面的单边总加工余量为Z＝2.3mm。查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-21精加工余量Z=1故粗加工余量为Z＝1.3m D面精加工余量同C面Z＝1mm故D面粗加工余量Z＝2mm

3、花键孔

要求以花键外径定心，故采用拉削加工

内空尺寸为22H12。由《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-8确定孔的加工余量分配：

钻孔：20mm

扩孔：22mm

拉花键孔(6-25H7*22H12*6H9)

4、铣18H11槽

由通槽长40mm深35mm宽18mm查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-22查得粗铣后半精铣宽度余量Z＝3mm粗铣后公差为+0.18～+0.27半精铣后公差为+0.11（IT11）

五、确定切削用量

工序一：铸造毛坯

工序二：粗、半精铣左端面75×40面即C面。由《实用

金属切削加工工艺手册》P414，再根据Ra=3.2m，确定切削深度。

（一）粗铣面75×40面

1、 背吃刀量的确定（加工余量）

有前面计算可知粗加工余量为1.3mm。因为切削余量较小故

一次切削就可切除所有余量故a10=z=1.3mm。

2、 进给量的确定。

选用硬质合金端铣刀刀具材料为YG6铣刀直径为8mm齿数

为10，查《实用金属切削加工工艺手册》选用X5032，立式

升降台铣床，功率查《机械制造工艺设计简明手册》可知

X52K为7.5KW，而由《实用金属切削加工工艺手册》可知

X52K和X5032相同，从而确定功率为7.5KW。由《实用金

属切削加工工艺手册》表8－13可查得每齿进给量fz＝0.14～

0.24mm取fz＝0.20mm/z

3、 铣削速度的确定。

由《机械加工工艺师手册》表3.4-23可查得灰铸铁的硬度为

150～225HBS，查得Vc=60~110m/min。选取Vc=100m/min

（二）精铣75×40面

1、 背吃刀量的确定

由《实用机械加工工艺手册》表6-30查得半精铣的铣削用

量为1mm ，即ap＝1mm。

2、 进给量的确定

选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由《实用机械加工工艺手

册》表11-92要求表面粗糙度为3.2查得每转进给量为0.5～

1.0故取0.5mm/r

3、 铣削速度的确定

由《实用机械加工工艺手册》查得铣削速度为60～110m/min

则机床主轴转速n＝1000Vc/D=238.8~437.9r/mim取n＝

300r/min，则Vf＝150mm/min。

工序三 钻Φ22花键底孔，扩花键底孔Φ22锪2×15o倒角

(一) 钻Φ20的孔,所需钻削用量

1. 钻头的选择

根据《机械加工常用刀具数据速查手册》第七章选用莫

氏锥柄高速钢麻花钻，标准柄do＝20mm,l=238mm,

l1=140mm.

2. 钻削进给量ƒ和钻削速度Vc

由《实用金属切削加工工艺手册》表5-6查得

Vc=22~34m/min, ƒ=0.2~0.4mm/r。再由《机械制造工艺

设计简明手册》表4.2-16所以选择Vc=25m/min, ƒ

=0.28mm/r

由 n100v0得n=398r/min.再根据转速和进给量查《机do

械制造工艺设计简明手册》表4.2-14选取Z525立式钻

床，取n=400r/min,由Vc＝

(二) 扩20mm至22mm Dn得Vc＝25.12r/min。 1000

1. 背吃刀量的确定：取ap=2mm。

2. 确定进给量

《实用金属切削加工工艺手册》表5-14且HT200的HB在170～220之间故选择ƒ=0.7～0.8mm/min

3. 扩销速度的确定

由《实用金属切削加工工艺手册》表5-6，根据直径为22mm查得Vc=20～32m/min.取Vc=25m/min。由 n100v0得n=361.9r/min. do

再根据转速和进给量查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-14选取Z535，取n=360r/min由Vc＝Dn得Vc＝24.9m/min 1000

(三) 锪倒角

工件材料：HT200, b0.16GPa HB190~241HBS,铸造。 加工要求：倒角215°

工序四 拉花键孔

1. 拉花键孔，选用L6110卧式内拉床，使用专用拉床夹具。

查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-26得齿数为6，花键孔外径为25mm，

内径为22mm，键宽为6mm拉削长度为80mm.拉刀总长为760mm。

2. 单面余量的确定：双边背吃刀量为h=3mm。

3. 进给量的确定：从《实用机械加工工艺手册》中表11-351查得

f=0.04-0.1mm

取f=0.06mm/z。

4. 拉削速度的确定：从《实用机械加工工艺手册》中表11-350查得

拉削速度v=4.5-3.5m/min取v=4m/min。(灰铸铁的拉削速度组别为二级)。

工序五 粗、精铣80×30面

(一)、粗铣80×30面

1、加工余量的确定（背吃刀量）

由前面可知粗加工加工余量为2 mm，加工余量较小故采用一次切削故ap＝2 mm。

2、切削用量的确定

由《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－27,选择硬质合金立铣刀，铣刀直径为16 mm齿数为3。

由工材料为灰铸铁，铣削宽度为aw＝30，铣削深度为2mm查《实用金属切削加工工艺手册》表8-14和8-17得fz＝0.06～0.04mm/z，Vc＝60～110m/min,故取刀的铣削速度为v＝80m/min，每齿进给量为0.05mm/z则主轴转速为 n1000v得n=1592r/min. 所以do

查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-38选取卧式铣床X60，查《机

械制造工艺设计简明手册》表4.2-39取n＝1600r/min，由此可得Vz＝Dn＝80.384 mm/min 1000

(二) 精铣 80×30面

1、加工背吃刀量ap的确定

由前面可知道精铣的加工余量为1 mm，故ap＝1 mm

2、进给量的确定

选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由《实用机械加工工艺手册》表11-93

表面粗糙度为3.2µm,铣刀直径为16mm查得每转进给量为0.06～0.04mm/z

故取0.5mm/r。

3、切削速度的确定

查《实用金属切削加工工艺手册》表8-17查得Vc=60m/min，则铣床的主轴转速： n1000v＝1194 r/min，由查《实用金属切削do

加工工艺手册》表4.2-39选取1120r/min,再由Vz＝

Vz＝56.26m/min。 Dn，得实际1000

工序六 钻两M8底孔及攻螺纹和钻铰配作孔

(一) 钻M8底孔

1、 选择切削用量

查《实用机械加工工艺手册》表5-2得M8粗牙螺距p=1.25,再查《实用金属切削加工工艺手册》表5-21得钻头直径为6.6mm。

查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-5选择高速钢直柄麻花钻直径为Φ6.6mm。再查《实用机械加工工艺手册》表11-266得切削速度为24～34m/min，选择30m/min,由n1000v得转速do

为1447r/min,而进给量为0.13mm/r.查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-11选取钻床的型号为Z35，再根据表4.2-12选取n=1320r/min，再由Vz＝Dn得实际切削速度为27.36m/min。 1000

(二) 攻M8螺纹

由《实用机械加工工艺手册》表10-246选用M8细柄机用丝锥，在普通钻床上攻丝。再查《实用机械加工工艺手册》表11-53根据材料是灰铸铁，螺纹直径小于25mm，得切削速度为8～15m/min,选取10m/min，进给量也由此表得第一次的走刀进给量为0.40mm,最后一次为0.013mm。再由n＝1000Vc＝398r/min，D

再查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-12可取n＝420 r/min。故实际切削速度为Vz＝

(三) Dn得Vz＝10.55m/min。 1000钻铰配作孔:选用和上步相同的钻床，选择合适的钻头进行加

工，然后用铰 刀来满足粗糙度要求。

工序七 铣18H11的槽

(一)、粗铣18H11槽

1、查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-22，因为槽的长×宽

×深为40×18×35，得宽度余量，粗铣后宽度余量为3.0mm。得ap＝32mm。同时选择与加工80×30平面同一规格的铣床，再

根据《机械加工常用刀具数据》表1-24选择硬质合金三面刃铣刀d=200mm，D=40mm，d1=55mm

2、切削用量的确定

由《实用金属切削加工工艺手册》表8-17查得切削速度为V＝60～110 m/min ,取V＝100m/min.每齿进给量查《实用机械加工工艺师手册》表11-90 得为fz＝0.15～0.3 mm/z取fz

1000V

＝0.25mm/z。则铣床主轴转速为 n＝D得n=159 r/min,再查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-39选取n=140r/min，则

Dn

实际速度为Vz＝1000得V＝87.92mm/min

(二)、半精铣18H11槽

1、选取与粗铣18H11槽同一规格的铣刀，背吃刀量ap＝3mm。

2、确定进给量

由《机械加工工艺手册》表2.1-72查得每齿进给量为fz＝0.05～0.08 mm/z取fz＝0.06 mm/z。

3、切削用量的确定

由《实用金属切削加工工艺手册》表8-17查得切削速度为V＝

1000V

60～110 m/min ,取V＝60m/min.，则主轴转速n＝D=96r/min根据《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-39选取n＝ 100r/min。

Dn

则Vz＝1000得V＝62.8m/min。

六、夹具设计

为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 由课题得知工序七——粗、半精铣18H11mm底槽的铣床夹具。本夹具将用于X60卧式万能铣床。刀具为硬质合金镶齿三面刃铣刀，对工件两侧面同时进行加工。

（一）、问题的提出

本夹具主要用来粗、半精铣18H11mm底槽，该底槽侧面对花键孔的中心线要满足尺寸要求以及垂直度要求。在粗铣此底槽时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。

(二)、夹具设计

1、定位基准的选择 ：平面和孔的组合

由零件图可知：粗铣平面对花键孔的中心线有尺寸要求及垂直度要求，其设计基准 为花键孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用特制心轴找中心线，这种定位在结构上简单易操作。 采用心轴定心平面定位的方式，保证底槽加工的技术要求。同时，应加一圆柱销固定好心轴，防止心轴带动工件在X方向上的旋转自由度。

2、切削力及夹紧分析计算

刀具材料：硬质合金镶齿三面刃铣刀

查《实用机械加工工艺手册》表10-230得刀具有关几何参数：

0150 080~120 n50~80 150 D200mm Z20 af0.25mm/z ap2.0mm

由《机械加工工艺师手册》表30-19 可得铣削切削力的计算公式：FZ=CfKFap0.83af0.65d0-0.83zap 由《机械加工工艺师手册》表30-20，查得Cf=294，由表30-21得KF=0.92，所以将数据带人得，FZ=

查《机床夹具设计手册》表1210得：Cp510 对于灰铸铁：Kp(HB0.55)190 取HB175 ， 即Kp0.96

1.1F5102.0C所以 .72.1.90.02561360080.9N6 640.69()

由《金属切削刀具》表1-2可得：

垂直切削力 ：FCN0.9FC576.62(N)（对称铣削） 背向力：FP0.55FC352.38(N)

根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：

WKKF 安全系数K可按下式计算：

KK0K1K2K3K4K5K6 式中：K0~K6为各种因素的安全系数，见《机床夹具设计手册》表121可得： K1.21.21.01.21.31.01.02.25

所以 WKKFC640.692.251441.55(N) WKKFCN576.722.251297.62(N) WKKFP352.382.25792.86(N)

由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。

单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：

W0QLtg1ztg(2) 式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：

0 219 2950

其中：L60(mm) Q25(N)

螺旋夹紧力：W01923.08(N)

易得：W0WK

经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠

3、定位误差分析

该夹具以平面定位心轴定心，心轴定心元件中心线与底槽侧面规定的垂直度偏差0.08mm，槽的公差为0.11

0mm。为了满足工序

的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

jwg

与机床夹具有关的加工误差j，一般可用下式表示：

jWZDADWjjjM 由《机床夹具设计手册》可得：

⑴、平面定位心轴定心的定位误差 ：DW0

⑵、夹紧误差 ：jj(ymaxymin)cos 其中接触变形位移值：

y(kRaZRaZkHBNc1)(Z)n0.004mmHB19.62l jjycos0.0036mm

⑶、磨损造成的加工误差：jM通常不超过0.005mm

⑷、夹具相对刀具位置误差：DA取0.01mm

误差总和：jw0.0522mm0.11mm

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

4、夹具设计及操作的简要说明

如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。

此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，心轴采用可换的。以便随时根据情况进行调整。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对

刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

参考文献：

1、杨叔子 《机械加工工艺师手册》 机械工业出版社

2、李益民 《机械制造工艺设计简明手册》机械工业出版社

3、陈家芳 《实用金属切削加工工艺手册》上海科学技术出版社

4、王健石 《机械加工常用刀具数据速查手册》 机械工业出版社

5、陈宏钧 《实用机械加工工艺手册》机械工业出版社

6、 薛源顺《机床夹具设计》 机械工业出版社

机械设计5

南京工业职业技术学院

/ 学年第 学期期 考试试卷 闭卷【 】 课程： 考试类型：开卷【 】 适用班级： 一 、填空题

1. 运动副是指能使两构件之间既能保持________接触，而又能产生一定的形式相对运动的_______。

2. 在_______机构中，如果将_______杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。

3. 平面连杆机构当行程速比K________时，机构就具有急回特性。 4. 曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件时摇杆为__________，曲柄为__________。 5. 凸轮机构能使从动杆按照_____________实现各种复杂的运动。

6. 键20X70GB1095—79的含义是_____________。

7. 三角带C2800的含义是______________。

8. 牛头刨床的工作台进给机构用的是_________________机构。

9. 由于渐开线齿轮的传动比等于_________，所以即使两轮的安装中心距略有偏差，也不影响两轮的传动比。

10. 分度圆上的压力角等于____________，摸数取的是____________值，齿厚和齿槽宽____________的齿轮，称为标准齿轮。

二、判断题

1． 机构都是可动的。

2． 通过离合器联接的两轴可在工作中随时分离。

3． 在平面连杆机构中，连杆与曲柄是同时存在的，即有连杆就有曲柄。

第 1 页 共 3 页 A 卷

4． 凸轮转速的高低，影响从动杆的运动规律。 5． 外啮合槽轮机构，槽轮是从动件，而内啮合槽轮机构，槽轮是主动件。 6． 在任意圆周上，相邻两轮齿同侧渐开线间的距离，称为该圆上的齿距。 7． 同一模数和同一压力角，但不同齿数的两个齿轮，可以使用一把齿轮刀具进行加工。 8． 只有轴头上才有键槽。

三．简答题

1． 摆动导杆机构有无急回特性？ 2． 机构的“死点”位置在什么情况下需要克服？在什么情况下应当利用？ 3． 分度圆上压力角的变化，对齿廓的形状有无影响？ 4． 在什么情况下凸轮机构的从动杆才能得到运动的停歇？ 5． 怎样计算直齿圆柱齿传动的圆周力、径向力？

四、计算题

1、 某传动装置中有一对渐开线。标准直齿圆柱齿轮（正常齿），大齿轮已损坏，小齿轮的齿数zz1=24， 齿顶圆直径da1=78mm, 中心距a=135mm, 试计算大齿轮的主要几何尺寸及这对齿轮的传动比。

2、在图示轮系中，已知z1、z2、z2、z3、z4、 z4、

第 2 页 共 3 页 A 卷 z5、 z5、z6。 求传动比i16。

3、一轴由一对7211AC的轴承支承，Fr1=3300N, Fr2=1000N, Fx=900N, 如图。试求

P。 (S=0.68Fr e=0.68

X=0.41,Y=0.87)

第 3 页 共 3 页 A 卷 两轴承的当量动载荷

1机械设计

零件的主要失效形式：1、 整体断裂。2、 过大的残余变形。3、 零件的表面破坏。4、 破坏正常工作条件引起的失效。 设计机械零件时应满足的基本要求：1、 避免在预定寿命期失效的要求。

2、 结构工艺性要求。3、 经济性要求。4、 质量小的要求。5、可靠性要求。 机械零件的设计准则：1、 强度准则。2、 刚度准则。3、 寿命准则。4、 振动稳定性准则。5、 可靠性准则。

r =-1对称循环应力；r =0脉动循环应力；r=1 静应力。 提高机械零件疲劳强度的措施：1、 尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要措施。2、 选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺。3、 提高零件的表面质量。4、 尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。 摩擦分类：干摩擦、边界摩擦、混合摩擦、流体摩擦。 螺纹的类型：连接螺纹，传动螺纹。 螺纹连接的基本类型：1.螺栓连接（普通螺栓连接适用于精度要求低，结构简单，装拆方便，使用时不受被连接件材料的限制的场合。孔用螺栓连接适用于精度要求高的场合，能承受横向载荷，但孔的加工精度要求较高。）2.双头螺栓连接，（适用于结构上不能采用螺栓连接的场合，例如被连接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软，且需要经常拆装时。）3.螺钉连接，（因经常拆装时，易使螺纹孔磨

损可能导致连接件报废，故多用于受力不大，或不需要经常拆装的场合。）

4.紧定螺钉连接（用于连接和紧定，调整零件位置，如机器、仪器的调节螺钉等） 预紧的目的：在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。但过大的预紧力会导致整个连接的结构尺寸增大，也会使连接件在装配或偶然过载时被拉断。 控制预紧力方法：测力矩扳手，定力矩扳手。

防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。防松的方法：摩擦防松，机械防松，破坏螺旋副运动关系防松。 提高螺纹连接强度的措施：1、降低影响螺栓疲劳强度的应力副。（减小螺栓刚度Cb或增大被连接件刚度Cm）。2、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象。（采用悬置螺母，减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。）

3、减小应力集中的影响。（可以采用较大的圆角和卸载结构，或将螺纹收尾改为退刀槽） 4、采用合理的制造工艺方法。（冷镦和滚压工艺）5、采用氮化、氰化、喷丸等处理。 键连接的主要类型：平键，半圆键，楔键，切向键。平键分为普通，薄型，导向，滑键。

在进行强度校核后，如果强度不够时，可采用双键。两个平键最好布置在沿周向相隔180°：两个半圆键应布置在轴的同一条母线上；两个楔键则应分布在沿周向相隔90°-120°；两键按1.5个键计算。 花键：矩形花键，小径定心。渐开线花键，齿形定心。主要失效形式：工作面被压溃或公作面 过度磨损。 销连接：定位销，连接销，安全销。 带传动：结构简单，传动平稳，价格低廉和缓冲吸振。摩擦型带传动和啮合型带传动。上为松边。 带的弹性滑动和打滑：由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的微量滑动，称为带传动的弹性滑动。弹性滑动总是存在的，是无法避免的。

V带传动的张紧：1、定期张紧装置；2、自动张紧装置；3、采用张紧轮的张紧装置。 链传动：特点：与带传动相比：轴上的径向压力较小；整体尺寸较小，结构较为紧凑；能在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮相比：制造与安装精度要求较低，成本也低；结构轻便。

链传动主要用在要求工作可靠，两轴相距较远，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。分类：传动链，输送链，起重链。传动链又可分为短节距精密滚子链，齿形链。

链节数为偶数。链轮的转速越高，节距越大（可传递的功率也越大），齿数越少，惯性力越大，相应的动载荷也就越大。此外，链节和链轮啮合瞬间的相对速度，也将引起冲击和振动。 链传动受力：有效圆周力Fe，离心力引起的拉力Fc，悬垂拉力Ff。松边在下。 链传动布置时，链轮必须位于铅垂面内，两链轮共面。中心线可以水平，也可以倾斜，但尽量不要处于铅垂位置。一般紧边在上，松边在下，以免在上的松边下垂量过大而阻碍链轮的顺利运转。 链传动张紧的目的：主要是为了避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。 链传动的参数选择：1、链轮齿数Z1和Z2：链节数通常是偶数，链轮齿数为奇数；2、传动比i：链条在小链轮上的包角不应小于120°；3、中心距a；4、链的节距p和排数：为使结构紧凑和延长寿命，应尽量选取较小节距的单排链。速度高、功率大时，宜选用小节距的多排链。如果从经济上考虑，当中心距小、传动比大时，应选小节距的多排链；中心距大、传动比小时，应选大节距的单排链。 链传动的润滑：定期人工润滑，滴油润滑，油池润滑，油盘飞溅润滑，压力供油润滑。良好的润滑可缓和冲击，减轻磨损，延长链条使用寿命。 齿轮传动的主要特点有：效率好，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定 齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。 齿轮传动的失效形式：1、轮齿折断（布氏硬度=350的硬齿轮、开式齿轮）2、齿面磨损（开式齿轮）3、齿面点蚀（闭式的软齿面齿轮）4、齿面胶合（高速重载）5、塑性变形（重载，瞬间冲击载荷过大） 提高齿轮抗折断能力的措施：1）用增大齿根过度圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2）增大轴及之承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；3)采取合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺措施的齿根表层进行强化处理。 齿轮材料：1、钢 钢的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度；2、铸铁 灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都叫差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁齿轮用于工作平稳，速度较低，功率不打的场合；3、非金属材料 对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料。 蜗杆的失效形式：点蚀（齿面接触疲劳破坏）、齿根折断、齿面胶合及过度磨损。蜗杆头数通常取1、2、4、6 闭式蜗杆传动的功率损耗：啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及浸入油池中的零件搅油时的溅油损耗。 蜗杆传动的润滑：对于蜗杆下置式或蜗杆侧置式的传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；对于蜗杆上置式的传动，浸油深度约为涡轮外径的1/3。

蜗杆传动的热平衡：在t080℃或有效地散热面积不足时，则必须采取措施，以提高散热能力。通常采取：1、加散热片以增大散热面积；2、在蜗杆轴端加装风扇以加速空气的流通；3、在传动箱内装循环冷却管路 滚动轴承的类型：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承 代号：1调心球轴承 2调心滚子轴承、推力调心滚子轴承 3圆锥滚子轴承10°—18° 大圆锥滚子轴承27°---30° 5推力球轴承、双向推力球轴承 6深沟球轴承 7角接触球轴承 N外圈无档边的圆柱滚子轴承N、内圈无挡边的的圆柱滚子轴承NU、内圈有单挡边的圆柱滚子轴承NJ NA滚针轴承 UC带顶丝外球面球轴承 滚动轴承类型的选择应考虑的因素：1、轴承的载荷；2、轴承的转速；3、轴承的调心性能；4、轴承的安装和拆卸

基本额定寿命：一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，将其可靠度为90％时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中10％的轴承发生点蚀破坏，而90％的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以10的六次方转为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命，以L10表示。 常用轴承配置方法：1、双支点各单向固定 2、一支点双向固定，另一端支点游动 3、两端游动支承 轴的主要功能是用于支承回转零件及传递运动和动力 按照受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴、传动轴。工作中既受弯矩又承受扭矩的轴承为转轴；只受弯矩不受扭矩的轴称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴。只承受扭矩不承受弯矩的轴称为传动轴 轴还可按照轴线形状的不同分为曲轴和直轴。

曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或做相反的运动变换。直轴分为光轴和阶梯轴。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。 提高轴的强度的常用措施： 1、合理布置轴上零件以减小轴的载荷2、改进轴上零件的结构以减小轴的载荷3、改进轴的结构以减小应力集中的影响4、改进轴的表面质量已提高轴的疲劳强度

机械系统=机械结构+驱动动力+监测与控制

机械设计3

第四章螺纹?连接和螺旋传动

1.螺纹连接松脱的原因何在？按放松原理放松的方法可分为哪几类？

答：原因当出现冲击，振动，变载荷，温度升高，摩擦力减小等情况时均匀会松脱。 放松方法可分为：摩擦防松，机械防松，破坏螺旋副运动关系防松。

具体防松方法和放松装置有：对顶螺母。弹簧垫圈自锁螺母，止动电圈，串联钢丝，铆丁

2.为什么要防止螺栓受偏心载荷？如何防止

答：目的是为了避免螺栓受附加的弯曲载荷。

防止措施有：除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被连接件，螺母，和螺栓头部的支撑面平整，并与螺栓轴线相垂直

3进行螺栓组连接受力分析的目的是什么？

答：螺栓组连接受力分析的目的是求得连接中各个螺栓受力大小，特别是其中受力最大的螺栓所受的力，依次作为螺栓连接中螺栓强度计算基础

4承受横向载荷的普通螺栓连接，其预紧力是如何确定？

答是由拧紧螺栓使被连接件的接合面相互紧压而产生足够的压紧力，由此产生一定的摩擦力，以用来传递横向外力。利用力平衡的条件可获得产生一定压紧力所需的螺栓上施加的预紧力。此时螺栓将承受轴向的预紧拉力。

5在受预紧力和工作拉力的螺栓连接中，螺栓和被联接件的刚度对螺栓的受力各有什么影响？

答：若减小螺栓刚度，增大被连接件刚度，螺栓的相对刚度会减小，则螺栓所受的总拉力可减小，反之，若增大螺栓的刚度，减小被连接件刚度，螺栓的相对刚度会很大，则螺栓所受总拉力会有较大增大

第七章链传动

1：链传动的运动特性是什么？产生的原因是什么

答链传动主要的特性是链速具有不均匀性。并由此导致产生附加载荷和振动，产生原因是由于传动链的链节是刚性的，绕在链轮上后组成多边形的一部分，故当主动链轮等角速度转动时，链速和从动链轮角速度产生周期性变化。

2:影响链传动动载荷主要参数是什么。

链轮齿数，链节距和链轮转速。设计中采用较多的齿数，较小的链节距，并限制转速不要过高。对降低动载荷都有利

3链传动的主要失效形式有哪些？

答链疲劳破坏，链条铰链的摩擦，链条铰链的胶合，链条静力破坏。

4当用下列给定的装置组成多级传动时，应该怎样布置才合理？

答布置合理：带传动（高速级），齿轮传动，链传动（低速级）。原因：带传动工作平稳，噪音低，具有过载保护功能，宜放在高速级，当链速升高时，链传动运动不均匀性及冲击，振动，噪音严重，、宜放在低速级

第十章

1零件磨损的过程大致可分为几个阶段？

答.磨合阶段，稳定磨损阶段，剧烈磨损阶段。

磨合阶段。新的摩擦副表面较粗糙，在一定在载荷作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢

剧烈磨损阶段。经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破坏，使摩擦条件较大的变化，磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。

稳定磨损阶段。经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观集合形状改变，从而建立了弹性接触的条件，磨损速度缓慢，处于稳定状态

2：润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项。

答：润滑油的主要性能指标有；粘度，润滑油（油性），极压性，闪点，凝点，氧化稳定性。 润滑脂的主要性能指标；锥入度，滴点。

形成动力润滑的必要条件；1相对运动的表面间必须具有收敛的楔形间隙2.被油膜分开的两表面须具有一定的相对滑动速度3.润滑油应有一定的粘度，供油要充分。

第十一章滑动轴承

1.滑动轴承的主要失效形式有哪些，

答：磨粒磨损，刮伤，胶合，疲劳剥落和腐蚀等。

2针对滑动轴承的主要失效形式，轴承材料的性能应着重满足哪些要求？

答：良好的摩擦性，耐磨性和抗咬粘性，良好的摩擦顺应性，嵌入性和磨合性，足够的强度和抗腐蚀能力，良好的导热性，工艺性，竞技性等。

2什么是轴承材料？常用的轴承材料是什么？

答：轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。

1金属材料，2多孔质金属材料，3非金属材料，如工程塑料，碳石墨

3滑动轴承设计有哪些主要内容？

答：决定轴承的结构型式，选择轴瓦和轴承衬的材料，决定轴承结构参数，选择润滑剂和润滑方法，计算轴承工作能力。

4.选择动压润滑轴承用润滑油的粘度时，应考虑哪些因素？

答：应考虑轴承压力，滑动速度，摩擦表面状况，润滑方式等条件。可以通过计算和参考同类轴承的使用经验初步确定。

5液体动压油膜形成的必要条件是什么啊？

答：相对滑动的表面间必须形成收敛的楔形间隙，被油膜分开的表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，小口流出，润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。

6保证液体动力润滑的充分条件是什么？

答：应保证最小油膜厚度处的表面不平度高峰不直接接触。

7在设计滑动轴承时，相对间隙的选取与速度和载荷大小有何关系？

答：相对间隙主要根据载荷和速度选取。速度越高￥值应越大，载荷越大，￥值应越小。此外，直径大，宽径比小，调心性能好，加工精度高，￥值取小值，反之取大值。

第十二章滚动轴承

轴承反装的优点：压力中心向外，使锥齿轮轴的刚性大。

缺点：轴承游隙要靠轴上的螺母来调整，操作不方便：轴上需制螺纹，降低了轴的疲劳强度 正装优点：可用调整轴承盖处的垫片的厚度来调整轴承的游隙，操作方便，轴上不需要制螺纹，对轴的疲劳强度有利。

缺点是。压力中心向里，使锥齿轮轴的刚度变小

1轴的强度计算有哪几种方法？

答。轴的强度计算有四种方法；

1）按扭转强度条件计算：这种计算方法通常用于初步估算轴径或对传动轴的强度计算；

2）按弯扭合成强度条件计算：这种计算方法用于一般轴的强度计算；

3）按疲劳强度条件进行精确校核计算：这种计算方法用于重要轴的强度计算；

4）静强度条件进行校核计算：这种计算方法用于瞬时过载很大货应力循环的不对称性较为严重的轴的强度计算；

2.按照轴所受载荷类型的不同，轴分为哪几种类型？

答：1）仅受弯矩的轴————心轴，只起支撑零件作用，如自行车前轴。

2）仅受转矩的轴————传动轴，只传递运动和转矩不起支撑作用，如汽车后轮传动轴。

3）既受弯矩又受转矩的轴+——转轴。既起支撑又起传动和转矩作用，如减速器的输出轴

机械设计4

1.解：1）方向如图示

2）蜗杆右旋，蜗轮右旋

3)

2.解：1） 3 左旋，4 右旋

2

）3）

3.解：

4.解：1处：轴承定位高度超过内圈厚度；2处：轴段长应比轮毂稍短，且定位高度超过轴承内圈厚度；3处：圆螺母固定应有退刀槽。

课件首页 | 期中测试 | 期末测试 | 帮助文件 | 自动组卷 一、是非题（每题2分，共10分）

1．选用滑动轴承的润滑油时，转速越高，选用油的粘度越高。（

对

2．蜗杆传动，蜗杆头数越少，传动效率越低。（

对

3．平键是靠键的两侧面来传递载荷。（

对

4．链节距越大，链速也越不均匀。（

对

5．螺纹的螺旋升角愈小，螺纹的自锁性能愈好。（

对

二、选择题（每题2分，共10分）

1.闭式软齿面齿轮传动中，齿轮最可能出现的破坏形式为 （

a. 轮齿折断

b. 齿面磨料磨损

c. 齿面疲劳点蚀

。

。

错

错

错

错

错

2.三角带传动工作时，与带轮轮槽接触（

a. 带的底面

b. 带的顶面

c. 带的两侧面

3.蜗杆传动比的表达式为 （

a.

b.

c.

4.在带、链、齿轮组成的多级减速传动中，链传动应放在 （

a. 高速级

b. 低速级

c. 高、低均可

c. 传动轴

。

5.只承受弯矩的轴，称为（

a. 转轴

b. 心轴

三、填充（每题2分，共14分）

1．当带传动的传动时，打滑首先发生在带轮的（

上带的速度大于带轮的速度。

2．根据滚动轴承代号，分别写出相应的含义 6216表示轴承类型（

30516表示轴承类型（

参考答案

四、简答（共16分）

1．蜗杆传动散热计算不能满足时，试举出三种改进措施。（6分）

mm。 mm。

（

3．蜗杆传动的失效经常发生在（

2．受横向载荷的普通螺栓联接强度计算时，为什么要把螺栓所受的轴向预紧力增大30%？（4分）

3．齿轮传动强度计算中的载荷系数K=KAKνKаKβ，式中KA、Kν、Kа、Kβ的物理含义？（6分）

五、设计计算（共50分）

1．如图所示，已知输出轴上的锥齿轮Z4的转向n4，为了使中间轴Ⅱ上的轴向力能抵消一部分，试求： 再图上标出各轮的转向。

判断蜗杆传动的螺旋角方向（蜗杆、蜗轮）

蜗杆、蜗轮所受各力方向以及锥齿轮Z3所受轴向力方向。（要求标在图上或另画图表示）（12分）

2．图示斜齿圆柱齿轮传动，

按Ⅱ轴轴向力平衡原则，确定齿轮3、4的旋向。 已知Mn1，T1，Z1,β，写出Ft1、Fr1、Fa1的计算式

判断齿轮1、4的受力方向（各用三个分力标在图上）（16分）

3．如图所示，已知轴承载荷平稳，再室温下工作，转速n=1000r/min，试计算此对轴承的当量载荷P1、P2。

7208AC轴承，S=0.7Rs，e=0.7，A/Re时，x=0.41，y=0.85，A/R≤e 时，x=1，y=0（12分）

4．图示轴的结构1、2、3处有哪些不合理的地方？用文字说明。（10分）

参考答案

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机械设计A

号学

装

名姓

订

级班

线

⒌试述机械与机构的异同点。

*⒍机械零件的常见失效形式有哪几种？

*⒎举出两个工程上利用铰链四杆机构的死点来进行工作的实例。

⒏试根据下图所示尺寸判断铰链四杆机构的类型。

三、试判断下列形状公差带的标注是否正确。若有错误，加以改正。

⒈ ⒉ ⒊ ⒋ ⒌

四、计算题：

⒈某孔、轴分别按φ300.0480

0.009和φ300.025加工，

试求基本尺寸，极限偏

**⒉如图所示的铰链四杆机构，已知AB=130mm，BC=150mm，CD=175mm，AD=200mm，若取AD为机架，试判断此机构属于哪一类型？

*⒊一对相互配合的孔、轴，孔为φ500.0350.043

0，轴为φ500.027，求极限

间隙（或过盈）以及配合公差，画出公差带图和配合公差带图。

差和极限尺寸。

机械设计5

课程代码：B115407 座位号：

新疆大学200—200学年度

《机械设计》试卷C

姓名: 学号: 专业: 机制类

学院: 班级: 200年 月

一、单项选择题(在每小题的三个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题后的括号内。每小题2分，共30分)

1、与普通平键相比，楔键联接主要缺点是： 【 】A．键的斜面加工困难 B．键安装时容易磨损

C．轴和轴上零件对中性差

2、带传动正常工作时，紧边拉力F1和松边拉力F2【 】A．F B. F1F21F2Fe C. f

3、为了制造、测量方便，取三角带的 作为它的公称长度。 【 】A．内周长 B. 节线长 C. 外周长

4、材料为20Cr钢硬齿面齿轮，正确的热处理方法是 。 【 】A．整体淬火 B. 渗碳淬火 C. 表面淬火

5、角接触球轴承和圆锥磙子轴承的轴向承载能力随接触角的增大而 。 【 】A．增大 B. 减少 C. 不便

6、轴承合金通常用于滑动轴承的 。 【 】机械设计考试试题 第 1页（共5页）

A．轴套 B. 轴承村 C.轴承座

7、既传递转矩，又传递弯矩的轴称为 。 【 】

A．心轴 B. 转轴 C. 传动轴

8、非液体摩擦滑动轴承设计中，限制压强p[p]的目的是 。 【 】

A. 防止因压力过大而发热；

B. 防止润滑油挤出，轴瓦过渡磨损； C. 防止因摩擦力矩过大起动难。

9、在滚动轴承的组合设计中，双支点单向固定方式适合于 。 【 】

A．跨距小，温升小的轴 B．跨距大，温升大的轴 C．跨距大，温升小的轴 10、当两轴具有一定相对偏移量，且载荷平稳，要求传递较大扭矩时，应采用 。【 】 A．齿轮联轴器 B．凸缘联轴器 C．弹性柱销联轴器

11、滚动轴承的额定寿命是在一定的可靠度下规定的，一般规定当可靠度是90%时，能达

到或超过的寿命称为滚动轴承的 ，所受载荷称为滚动轴承的 。 【 】 A．预期寿命，预期载荷B．最大寿命，最大载荷C．额定寿命，额定动载荷

12、蜗杆传动的效率一般较其它传动低，这主要是因为在蜗杆传动中 。 【 】

A．蜗轮速度很低 B．蜗杆头数很少 C．蜗轮蜗杆的相对滑动速度很大

13、按纯扭矩设计计算的轴径，一般作为轴的 直径。 【 】

A．最细端 B. 最大 C. 平均

14、若滚动轴承的基本额定寿命为537000转，则该轴承所受的当量动载荷 基本额定

动载荷。 【 】

A．大于 B．等于 C．小于

15、一对钢制标准齿轮啮合传动时，两轮的H1与H2，F1与F2 【 】

A．相等，不想等 B．相等，不一定 C．不一定，不一定

二、填空题(请将正确答案填在空格里。每小题2分，共10分)

16、带传动的主要失效形式有： 。 17、在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率就越 ，

自锁性能就约 。一般蜗杆头数常取 。

18、说明以下型号滚动轴承的类型、内径、公差等级、直径系列和结构特点：

7208AC: ； 6316/P6: 。 19、带传动中，弹性滑动与打滑的区别是 。

20、齿轮传动的设计准则是： 。

机械设计考试试题 第 2页（共5页）

机械设计考试试题第 3页（共5页）

四、计算题(每小题15分，共30分)

25、如图所示，某轴支承在一对6204深沟球轴承上。已知：齿轮的Ft=2920N，Fr=1110N，轴的转速n=960r/min, a=80mm,b=30mm,求轴承的寿命Lh 。

（已知6204深沟球轴承的额定动载荷C=12.8kN，寿命指数ε=3 ） 机械设计考试试题第 5页（共5页）

机械设计考试试题第 6页（共5页）

机械设计(3)

机械设计

1.机械、机电类相关专业（大专以上）

2.有1年以上的工作经验，有机械设计或研发经验者优先考虑

3.有较强的专业学习能力。

销售人员

1.一年以上机械类或机电类工作经验

2.性格开朗，沟通能力和协作能力强

3.有较强的抗压能力

4.能经常出差

机电工程师

1.机械类、电气自动化等相关专业大专以上学历

2.一年以上机械维护或机械电气维护经验，动手能力强

3.有机械设计或研发经验者优先考虑

操作工人（电工、钳工）

1.两年以上的相关工作经验

2.有较强的识图装配能力

3.吃苦耐劳，适应加班、出差要求

4.有电焊证者优先考虑。

以上岗位一经录用，公司缴纳五险一金，提供住宿和午餐。 有意向者请将个人简历发至zff@datalinerchina.com

机械设计论文

高等职业技术学院

毕业设计说明书

（专业：数控技术）

二0一二 年 六 月

目 录

摘要…………………………………………………………………… 1 0 引言………………………………………………………………… 2 0.1 概述……………………………………………………………… 2 0.2 本设计的主要工作任务………………………………………… 2 1 零件分析…………………………………………………………… 3

1.1 零件图分析……………………………………………………… 3

1.2 技术要求分析…………………………………………………… 4 2 零件的数控加工工艺设计………………………………………… 5

2.1 选定毛坯………………………………………………………… 5

2.2 选择定位基准…………………………………………………… 5

2.2.1 粗基准的选择………………………………………………… 5

2.2.2 精基准的选择………………………………………………… 5

2.3 工艺路线的设计………………………………………………… 5

2.4 确定切削用量和工时定额……………………………………… 7

2.4.1 背吃刀量ap的确定…………………………………………… 7

2.4.2 进给量f的确定……………………………………………… 7

2.4.3 切削速度vc的确定…………………………………………… 8

2.4.4 工时定额的确定……………………………………………… 9

2.5 确定各工序设备、刀具、量具………………………………… 11

2.6 工艺文件的设计………………………………………………… 12

2.7 数控加工刀具卡片的设计……………………………………… 12

2.8 数控编程………………………………………………………… 12 3 阶梯座钻Φ32孔夹具的设计……………………………………… 12

3.1 夹具设计方案的设计…………………………………………… 12

3.1.1 夹具的定位方案的设计……………………………………… 13

3.1.2 夹具的夹紧方案的设计……………………………………… 14

3.1.3 夹具对刀装置方案的设计…………………………………… 15

3.1.4 夹具与机床连接方案的设计………………………………… 16

3.2 夹具的结构设计………………………………………………… 16

3.3 夹具的理论计算………………………………………………… 16

3.3.1 定位误差的分析与计算……………………………………… 16

3.3.2 夹紧力的分析与计算………………………………………… 17

3.4 夹具的使用操作说明…………………………………………… 18 4 零件的仿真加工…………………………………………………… 19 5 结论………………………………………………………………… 10 6 参考文献…………………………………………………………… 21 7 附录………………………………………………………………… 22

摘 要

机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。

阶梯座的工艺设计与数控加工是结合数控技术加工专业的培养目标与毕业设计要求自拟的课题。对阶梯座的图纸进行技术要求、零件结构及尺寸精度的分析，填写工艺工序及刀具卡片；设计钻床加工的专用夹具并绘制二维装配图；并对零件编程。

本次毕业设计任务是对阶梯座的工艺设计和数控加工,首先在数控铣床上以上表面定位铣削底平面,后以底平面定位加工阶梯面，再以已加工阶梯面定位进行Φ20孔的钻铰加工，之后以底平面定位进行外形轮廓的铣削加工，然后以底平面定位加工4-Φ12孔，最后采用专用夹具以4-Φ12孔其中两孔分别采用可换圆柱销和可换定位销定位进行Φ32孔加工。

在夹具的设计过程中，主要以可换圆柱销和可换菱形销来定位，靠支承钉来支撑，靠固定手柄压紧螺钉来夹紧。

关键字：阶梯座，工艺设计，数控加工，夹具设计，定位，夹紧

阶梯座工艺设计与数控加工

姓名 学号

0 引言

0.1 概述

初步掌握编制数控加工工艺规程的方法，学会查阅有关资料，能合理的编制机械加工工艺、机械加工工序卡片、数控加工工序卡片等工艺文件，能合理的确定加工工序的定位与夹紧方案。

能使用CAD正确绘制机械零件的二维图形，能使用UG软件绘制零件的三维图，提高结构设计能力。

编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在毕业设计工作中，综合运用多学科的理论知识与实际操作技能，分析与解决设计任务书中的相关问题。在毕业设计中，应综合运用数控加工刀具和机械工艺、工装夹具的设计等专业知识来分析与解决毕业设计中的相关问题。

依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范；掌握实验、测试等科学研究的基本方法；以及与解决工程实际问题的能力。

0.2 本设计的主要工作内容

本课题完成阶梯座的工艺设计与数控加工。阶梯座是铣床上的零件，其主要功能是起支撑阶梯的，使铣床阶梯更更加稳定。查阅有关资料，进行资料的调研、收集、加工、整理和正确使用工具书；需掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文

件的能力。

本次设计主要完成以下设计内容：阶梯座的零件图纸与技术要求分析、零件二维图绘制及三维建模；制定机械加工工艺卡片文件；零件的夹具设计并进行夹具图二维图绘制。根据铸件的形状特点、零件尺寸及精度，选定合适的机床设备以及夹具设计，通过准确的计算并查阅设计手册，确定了阶梯座的尺寸及精度，在材料的选取及技术要求上也作出了详细说明，并在结合理论知识的基础上，借助于计算机辅助软件绘制了零件的立体图和工程图,以保障阶梯座的加工制造。

1 零件分析

1.1 零件图分析

图1所示为阶梯座零件简图。结构形状较简单，加工批量是大批大量生产。图2为零件的三维图。

图1 阶梯座零件

图2 台阶梯座三维视图

该零件材料为HT200，毛坯为锻件，是在铣床中的零件，安装在铣床阶梯上，用它来实现支撑，为大量生产类型产品。该零件为由4-Φ12通孔，Φ20通孔，Φ32斜孔，R30圆形面，阶梯面等表面组成，加工表面较多且都为平面和各种孔，因此适合采用加工中心加工。

1.2 零件的技术要求分析

该零件精度要求较高的项目有：阶梯表面相当于基准A面的垂直度为0.05，阶梯端面相当于基准A面的平行度为0.03，Φ12孔间中心距为30±0.05，Φ20孔的上偏差为+0.03、下偏差为-0.01，Φ32孔与底平面相交角度为25º，双侧面的中心距为66±0.03，阶梯表面的粗糙度为3.2，以及其他各表面粗糙度要求等。上述技术要求决定了须加工的表面及相应加工方案。

2 零件的数控加工工艺设计

2.1 选定毛坯

根据零件的加工前尺寸及考虑夹具方案的设计，选择的毛坯材料牌号为45钢，毛坯种类为锻件，毛坯外形尺寸为110mm×70mm×70mm。

2.2 选择定位基准

在制定工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。

选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择粗基准，再选择精基准。

2.2.1 粗基准的选择：

按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故在加工基准A面及4-Φ14通孔时，选择底平面为粗基准。

2.2.2 精基准的选择：

在加工基准A面及4-Φ12通孔以后，各工序则以该孔为定位精基准。这样就满足了基准重合的原则和互为基准的原则。

2.3 工艺路线的设计

（1）工艺路线的设计 为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须判定合理的工艺路线。

由于生产纲领为成批生产，所以XH714立式加工中心配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。

针对零件图样确定零件的加工工序为：

工序一：（上表面定位）

1)粗铣底平面，作为基准面。

2)精铣底平面，留5mm余量。

工序二：（底平面定位）

1)粗铣上表面。

2)精铣底表面至尺寸要求。

3)孔的定位，钻4-φ12的通孔。

工序三：（基准A面定位）

1)钻φ20中心孔。

2)钻φ20孔至φ19。

3)扩孔至Φ19.85。

4)精铰至Φ20。

工序四：（基准A面及Φ20孔定位）

1)粗铣外形轮廓。

2)精铣外形轮廓至尺寸要求。

工序五：（基准A面及Φ20孔定位）

1)钻4-Φ12孔的中心孔。

2)钻4-Φ12孔至4-Φ10。

3)扩4-Φ12孔至4-Φ11.85。

4)精铰4-Φ12孔至尺寸要求。

工序六：（一面两孔定位）

1)钻Φ32孔中心孔。

2)钻Φ32孔至尺寸要求。

3)表面感应淬火。

4)所有面去锐边毛刺。

2.4 确定切削用量和工时定额

切削用量包括背吃刀量、进给速度或进给量、主轴转速或切削速度（用于恒线速切削）。其具体步骤是：先选取背吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。（参考资料《数控加工工艺及设备》）

工时定额包括基本时间、辅助时间、地点工作服务时间、休息和自然需要时间以及准备终结时间。

2.4.1 背吃刀量ap的确定

根据零件图样知工件表面粗糙度要求为0.8及3.2，根据《数控加工工艺及设备》当工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2时，选粗铣的背吃刀量为2mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.35mm。

2.4.2 进给量f的确定

切削进给速度F是切削时单位时间内工作与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。切削进给速度F的按公式（3.1）计算： Ffzzn ……………………………………………………………………（3.1）

fz — 每齿进给量，mm/z；

z — 铣刀齿数；

n — 铣刀转速；

每齿进给量fz的确定如表3.1选取：

表3.1 铣刀每齿进给量fz

工件材料

粗铣

高速钢铣刀

钢 铸铁

0.10~0.15 0.12~0.20

硬质合金铣刀 0.10~0.25 0.15~0.30

每齿进给量fz/(mm/z)

精铣

高速钢铣刀

0.02~0.05

硬质合金铣刀

0.10~0.15

因此，选粗铣时：fz=0.10mm/z；精铣时：fz=0.15mm/z 2.4.3 切削速度vc的确定 1）主轴转速n

主轴转速n（r/min）要根据允许的切削速度vc/(m/min)和铣刀具直径d来选择。

主轴转速n 按公式（3.2）计算：

n

1000vc

……………………………………………………………（3.2） d

根据经验，粗铣时，n=150r/mm；精铣时，n=350r/mm。 2）铣削的切削速度按公式（3.3）计算：

vc



Cvdqv

Tfzaez

kv ……………………………………………………（3.3）

qv、m、yv、xv、pv、mv — 指数，由实验确定，也可参考切削用量

手册选用。

Cv、Kv — 系数，由实验确定，也可参考切削用量手册选用。

由式3.2可知，铣削的切削速度vc与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数z成反比，而与铣刀直径d成正比。

铣削的切削速度参考表3.3选取：

工件材料

钢

325~425

铸铁

260~320

4.5~10

21~30

﹤190 190~260

6~21 21~36 9~18

36~75 66~150 45~90

表3.3 铣削时的切削速度

切削速度vc/(m/min)

硬度/HBS

高速钢铣刀 硬质合金铣刀 ﹤225 225~325

18~42 12~36

66~150 54~120

因此，选粗铣时：vc=100m/min；精铣时：vc=130m/min。 2.4.4 工时定额的确定

根据设计要求，只计算其中一道工序工时。下面计算工序6中Φ32mm孔的时间定额。

（1）基本时间 由文献[8]得，钻孔的计算公式为： T基本式中：L1

D

cotKy(1~2)， 2

LL1L2

nf

L21~4，钻盲孔时，L2=0， L=51，L2=0，f=0.3，n=1000，

32118

1.520.6 L1cot

22

所以 T基本

5120.60

0.238min

0.31000

（2）辅助时间 文献[8]确定

开停车 0.015min

升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 清除铁屑 0.04min 卡尺测量 0.10min

装卸工件时间由文献[8]取1min

所以辅助时间

T辅助=（0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1）min=1.19min

（3）地点工作服务时间 由文献[8]确定 取3%，

（0.2381.19）3%0.04286min 则T服务(T基本T辅助)

（4）休息和自然需要时间 由文献[8]确定 取3%，则

（0.2381.19）3%0.04286min T休息(T基本T辅助)

（5）准备终结时间 由文献[8]，部分时间确定 简单件 26min

深度定位 0.3min 使用钻模 6min 由设计给定1000件，则

T准终260.36

min0.0323min n1000

（6）单件时间

T总T基本T辅助T休息T服务T准终

)min (0.2381.190.042860.042860.0323

1.546min

（7）单件计算时间

T单件T总

T准终

(1.5460.0323)min1.57min n

2.5 各工序的设备、刀具、量具的设计

根据2.2 拟定工艺路线的工序安排，由于零件只需进行孔和面的简单加工，故选择立式加工中心。加工内容有：铣平面、钻孔及铰孔等，所需刀具不超过20把。选用国产XH714立式加工中心即可满足上述要求。该机床X轴行程为500mm， Y轴行程为400mm，Z轴行程为400mm，工作台尺寸为400mm×400mm，主轴端面至工作台中心线距离为150～550mm，主轴锥孔为ISO40，刀库容量为30把,双向定位精度和单向重复定位精度分别为0.02mm和 0.01mm,工作台分度精度为7〞和重复分度精度为4〞，机床最大承载重量为600kg。

加工中心是一种带有刀库和自动换刀装置的数控机床。可使工件在一次装夹后，自动连续完成铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻螺纹、切槽等多工序加工。因此，加工中心除可加工各种复杂曲面外，特别使用于各种箱体类和板类等复杂零件的加工。

与其他机床相比，加工中心大大缩短了工件装夹、测量和机床的调整时间。缩短工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削时间利用率高于普通机床的3-4倍；具有较好的加工一致性，并且能排除工艺过程中人为干扰因素，从而提高了加工精度和加工效率，缩短生产周期；此外，加工中心机床解决了刀具问题并具有高度自动化的多工序加工管理，它是构成柔性制造系统的重要单元。

本设计选用FANUC 18i-MateMC系统XH714立式数控加工中心。 2.6 工艺文件的设计

根据2.2 拟定工艺路线的工序安排，编出机械加工工艺过程卡。见附录1：机械加工工艺过程卡片，见附录2~8：数控加工工序卡，见附录10~15：数控加工进给路线图。 2.7 数控加工刀具卡片的设计

根据2.2 拟定工艺路线的工序安排，编出数控加工刀具卡片，见附录9：机械加工刀具卡片。 2.8 数控编程

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，编出数控加工程序。见附表16：数控加工程序。

3 阶梯座钻Φ32孔夹具工序工艺装备的设计

3.1 夹具设计方案的设计

机械加工时，为使工件的被加工表面获得规定的尺寸和位置精度要求，必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程成为定位。在加工过程中，工件在各种力的作用下应当保持这一正确位置始终不变，这就需要夹紧。工件的装夹过程就是工件在机床上或夹具中定位和夹紧的过程。工件在机床上装夹好以后，才能进行机械加工。装夹是否正确、稳固、迅速和方便、对加工质量、生产率和经济性均有较大的影响，因此工件的装夹是制定工艺规程时必须认真考虑的重要问题之一。根据定位的特点不同，工件在机床上装夹一般有三种方式：直接找正装夹、划线找正装夹和用夹具装夹。

阶梯座的装夹以平面工作台为安装的基础，定位夹具或工件，并通过夹具最终定位夹紧工件，使工件在整个加工过程中始终与工作台保持正确的相对位置。

阶梯座的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定。二是要能协调复位挡板零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点：

1、在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 2、夹具上个零件部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位。夹紧原件不能影响加工中的走刀。

根据课题要求，批量生产1000件阶梯座零件，故需要设计专用夹具进行装夹。

3.1.1 夹具的定位方案的设计

工件定位方案的确定，首先应考虑满足加工要求。按基准重合原则，选用底平面以及工件2-Φ12通孔作为定位基准，定位方案如图3-1所示。

图3-1 阶梯座的定位方案

3.1.2 夹具的夹紧方案的确定

工件夹紧方案的确定，取工件的左端以及右端两个夹紧点夹紧，采用螺钉夹紧机构。

在夹具设计过程中，以考虑工件的受力情况，故在光面压块与零件侧面之间增加一个挡板，挡板在此处起到缓冲及平衡受力的作用。

如图3-2所示。采用固定手柄压紧螺钉通过光面压块将工件在侧面夹紧，其结构紧凑、操作方便。

固定手柄压紧螺钉选用：AM10×120 JB/T 8006.3-1999。

图3-2 阶梯座的夹紧方案

3.1.3 夹具对刀装置方案的确定

夹具对刀装置方案的确定，取首先考虑的是对刀与对刀方法。 1）对刀点的确定

对刀点是工件在机床上定位（或找正）装夹后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。为确保加工的正确，在编制程序时，应合

理设置对刀点。 2）对刀的方法

对刀的准确程度将直接影响加工精度。对刀方法一定要同零件加工精度要求相适应

该加工毛坯为方件的零件对刀一般可采用碰刀（或试切）方式对刀。 3) 用试切方式对刀过程

该零件选择32孔为编程零点，本次试切首先选择零件的左侧面为试切点，左右拨动主轴，手轮移动X轴，使刀具微碰零件，此时记下X的机械坐标输入到G54或G55的X中，本次试切再选择零件的下表面为试切点，上下拨动主轴，手轮移动Y轴，使刀具微碰零件，此时记下Y的机械坐标输入到G54或G55的Y中，至此，X，Y轴对刀完成；Z轴的对刀，如以工件端面为0点，将铣刀擦到工件表面，记下此时Z轴的机械坐标，输入到G54或G55中。 3.1.4 夹具与机床连接方案的设计

夹具与机床连接方案的确定，首先考虑夹具与机床连接的强度及可行性。

为方便夹具与机床的连接，因此选择的夹具为孔系夹具，它的元件以孔，螺栓连接，元件定位精度高，夹具的组装简便，刚性好，又便于数控机床编制加工程序。 3.2 夹具的结构设计

在选择夹具体的毛坯的结构时，从结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。在《机床夹具设计手册》表1-9-1为各种夹具体毛坯结构的特点和应用场合。则选铸造结构，因为

其可铸造出复杂的结构形状。抗压强度大，抗振性好。易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。材料采用HT20-40。在夹具体上还进行倒角，以便增加夹具的强度及刚度。

3.3 夹具的理论计算

3.3.1 定位误差的分析与计算

本套夹具是定位误差主要是一面两孔定位所产生的，因此只需计算两定位销的定位误差即可。

1）确定定位销中心距及尺寸公差 取LdLD0.12mm0.04mm 故两定位销中心距为30±0.02mm 2）确定圆柱销尺寸及公差

0.006 取Φ12H8=Φ120.017mm

1

313

3）参考文献[8]中表4-3选取菱形销的b1及B值 取b1=4mm，B=d-2=（12-2）mm=10mm 4）确定菱形销的直径尺寸及公差

取补偿值：a=Ld+LD=（0.06+0.02)mm=0.08mm 则X2min

2ab120.084

mm0.053mm D2min12

所以d2maxD2minX2min(120.053)mm11.947mm

菱形销与孔的配合取h6，其下偏差为-0.011mm，故菱形销直径为

0.053

Φ11.94700.011mm=Φ120.064mm 0.053 所以d2maxΦ120.064mm

5) 计算定位误差 基准位移误差为：

YD1d1X1min[0.027(0.0060.017)(00.006)]mm0.044mm 转角误差为： arctan

X1maxX2max(0.0270.017)(0.0270.064)0.135

arctanarctan

2L23060

则714，双向转角误差为1428。 3.3.2 夹紧力的分析与计算

由文献[6]表3-22可知，选择螺旋夹紧机构所需要作用力P（或转矩T）按3.2公式计算：

TQrtanf ……………………………………………（3.2）

Q — 夹紧力，；

 — 螺纹升角，M16选229；

 — 螺纹摩擦角，=10；

 — 支撑表面摩擦力矩的计算力臂，选择d0144.67； f — 螺母支撑面的摩擦因素，选择f=0.178；

1

3

13

通过计算，M16孔定位的螺钉所需夹紧力为：T=180N 因为挡板起到缓冲作用，故夹紧力需增加一倍。 因此总共所需夹紧力为：T总=2T=180N×2=360N 3.4 夹具的使用操作说明

本夹具用于加工阶梯座的Φ32孔（工件材料HT200）。工件以底平面、内孔Φ12和内孔Φ12在可换菱形销15、支承钉11、可换圆柱销16上定位，由固定手柄压紧螺钉2夹紧工件。

4 仿真加工

图4-1 铣四周外形轮廓

图4-2 钻铰上平面Φ12孔

图4-3 钻铰Φ12孔

图4-4 铣侧面外形轮廓

图4-5 铣侧面平面

5 结论

(1)在使用CAM软件进行数控加工的过程中，对该CAM软件的熟练程度及操作技能得以灵活运用;

(2)能够灵活进行数控加工工艺卡片的制作；

(3)了解了UGNX4.0计算机辅助制图编程软件的功能及使用方法。 (4)在用Auto CAD绘制零件的平面图时，CAD的操作熟悉程度不够； (5)在使用UGNX4.0建立零件的三维造型的过程中，操作的简便性还有待于提高；

同时在设计的过程中，也认识到数控加工技术是现代制造技术的基础，它的广泛应用使普通机械被数控机械所代替，使全球制造业发生了根本变化。数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。

参考文献

[1] 洪如瑾.UG NX4 CAD快速入门指导.清华大学出版社，2006.

[2] 毕承恩等.现代数控机床（上、下册）.北京：机械工业出版社，1993. [3] 数字化手册编委会.机床夹具设计手册.机械工业出版社，2004. [4] 李福生等.实用数控机床技术手册.北京：北京出版社，1993. [5] 于华等.数控机床的编程及实例.北京：机械工业出版社，1996. [6] 朱耀祥等.现代夹具设计手册.北京：机械工业出版社，2009. [7] 赵长明等.数控加工工艺及设备.北京：高等教育出版社，2008. [8] 机械制造工艺与机床夹具.北京：机械工业出版社，2000.

[9] AMT Statistical Department.1998-1999 Economic Handbook of the Machine Tool Industry.1998

附录

附录1.机械加工工艺过程卡片 附录2.数控加工工序卡 附录3.数控加工工序卡 附录4.数控加工工序卡 附录5.数控加工工序卡 附录6.数控加工工序卡 附录7.数控加工工序卡 附录8.数控加工工序卡 附录9.数控加工刀具卡片 附录10.数控加工进给路线图 附录11.数控加工进给路线图 附录12.数控加工进给路线图 附录13.数控加工进给路线图 附录14.数控加工进给路线图 附录15.数控加工进给路线图 附录16.数控加工程序 附录17.阶梯座二维图及三维图

附录15.阶梯座钻φ32孔专用夹具装配图 附录16.专用夹具中夹具体二维图 附录17.专用夹具中可换圆柱销二维图 附录18.专用夹具中可换菱形销二维图 附录19.专用夹具中固定手柄压紧螺钉二维图 附录20.专用夹具中支承钉二维图

机械设计摘要

摘 要： 随着机械制造业的不断发展，社会对生产率的要求也越来越高，因此，大批量生产成为时代的需求，而组合机床就可以满足这一需求，我们有必要来研究它。另外，支架是起支撑作用的构架，能承受较大的力，同时具有定位作用，可使零件之间保持正确的位置。因此支架的加工质量直接影响部件的精度性能，我们有必要对其进行研究。

机械加工是一个产生零件形状的过程，在这个过程中，刀具要切除工件上的多余材料。尽管在一些场合，工件在没有装夹时，可以使用移动式设备来进行加工，但大多数的机械加工是运用既能装夹工件又能装夹刀具的机床来完成的。机械加工的另一个用途是建立在高精度和高表面粗糙度的基础上，这样可以使零件获得较高的精度和良好的表面粗糙度。许多零件，如果用别的方法来生产属于大批量生产，而通过机械加工就属于是高精度且又能满足使用要求的小批量生产了。另一方面，许多零件的一般表面只是通过非加工的生产工艺来生产的，只有在需要高精度的的表面才进行机械加工。

本次毕业设计使我们能综合运用机械制造的基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件（支架）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法拟定夹具设计方案、完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。

关键词:工艺 定位 加工 表面粗糙度

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