机械设计基础习题（精选8篇）
机械设计部分
目录 机械零件设计概论 9 联 接 10 齿轮传动 11 蜗杆传动 12 带传 动 13 链传 动 14 轴 15 滑动轴承 16 滚动轴承 联轴器、离合器及制动器 18 弹 簧 机械传动系统设计机械零件设计概论
思 考 题
8-1 机械零件设计的基本要求是什么？
8-2 什么叫失效？机械零件的主要失效形式有几种？各举一例说明。8-3 什么是设计准则？设计准则的通式是什么？ 8-4 复习材料及热处理问题。复习公差与配合问题。8-5 什么是零件的工艺性问题？主要包含哪几方面的问题？
8-6 什么是变应力的循环特性？对称循环应力和脉动循环应力的循环特性为多少？ 8-7 什么是疲劳强度问题？如何确定疲劳极限和安全系数？ 8-8 主要的摩擦状态有哪四种？
8-9 磨损过程分几个阶段？常见的磨损有哪几种？ 8-10 常见的润滑油加入方法有哪种？ 联 接
思 考 题
9-1 螺纹的主要参数有哪些？螺距与导程有何不同？螺纹升角与哪些参数有关？ 9-2 为什么三角形螺纹多用于联接，而矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹多用于传动？为什么多线螺纹主要用于传动？ 9-3 螺纹副的自锁条件是什么？理由是什么？ 9-4 试说明螺纹联接的主要类型和特点。9-5 螺纹联接为什么要预紧？预紧力如何控制？ 9-6 螺纹联接为什么要防松？常见的防松方法有哪些？
9-7 在紧螺栓联接强度计算中，为何要把螺栓所受的载荷增加30%？
9-8 试分析比较普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接的特点、失效形式和设计准则。9-9 简述受轴向工作载荷紧螺栓联接的预紧力和残余预紧力的区别，并说明螺栓工作时所受的总拉力为什么不等于预紧力和工作载荷之和。9-10 简述滑动螺旋传动的主要特点及其应用。
9-11平键联接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？
9-12 为什么采用两个平键时，一般布置在沿周向相隔180°的位置，采用两个楔键时，相隔90°～120°，而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？ 9-13 试比较平键和花键的相同点和不同点。
9-14 简述销联接、焊接、粘接、过盈联接、弹性环联接和成形联接的主要特点和应用场合。
习题
9-1 试证明具有自锁性螺旋传动的效率恒小于50%。
9-2 试计算M24、M24×1.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性好。
9-3 图示为一升降机构，承受载荷F =150 kN，采用梯形螺纹，d = 60 mm，d2 = 56 mm，P
= 8 mm，线数n = 3。支撑面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。试计算：
(1)工作台稳定上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩。
(3)若工作台以720 mm/min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。(4)欲使工作台在载荷F作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩是多少？
题9-3图
题9-4图
F
题9-5图 导向滚轮
9-4 图示起重吊钩最大起重量F = 50 kN，吊钩材料为35钢。
牵曳力FR
齿轮
制动轮
推力球轴承
F
试确定吊钩尾部螺纹直径。
9-5 图示为一用两个M12螺钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力，F 结合面摩擦系数f = 0.15，求其允许的最大牵曳力。
9-6 图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400 N.m（静载荷）。联轴器用4个M16的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为Q235钢，试选择合适的螺栓长度，并校核该联接的强度。
题9-6图
题9-7图
9-7 图示为一用两个螺栓联接的钢制扳手。已知扳紧力F = 200 N，有关尺寸如图所示。试分别采用普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接两种方案设计此螺栓组，并分析比较设计结果。9-8 在图示夹紧螺栓中，已知螺栓数为2，螺纹为M20，螺栓材料为35钢，轴径d=50 mm，杆长l=300 mm,轴与夹壳之间的摩擦系数f=0.15,试求杆端部作用力F的最大允许值。9-9 图示为一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。已知油压p= 8 MPa，油缸内径D = 250 mm，为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此双头
F
d 螺柱联接。
题9-8图
题9-9图
9-10 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接件间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力F= 15000 N，当受轴向工作载荷F = 10000 N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。滑块
差动杆
螺杆
机架 F 9-11 图示为一差动螺旋机构。螺杆与机架固联，其螺纹为右旋，导程SA=4 mm，滑块在机架上只能左右移动。差动杆内螺纹与螺杆形成螺纹副A，外螺纹与滑块形成螺纹副B，当沿箭头方向转动5圈时，滑块向左移动5 mm。试求螺纹副B的导程SB和旋向。
题9-11图
题9-12图
9-12 图示为一小型压床，最大压力为F = 30 kN，采用梯形螺纹，螺杆材料为45钢正火处理，螺母材料为ZCuAl10Fe3。设压头支撑面平均直径Dm等于螺纹中径，操作时螺纹副当量摩擦系数fˊ=0.12，压头支撑面摩擦系数fc=0.10，操作人员每只手用力约200 N，试求该压床的螺纹参数（要求自锁）和手轮直径D。9-13 在题9-6中，已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。试为该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度。齿轮传动
思 考 题
10-1 齿轮传动中常见的失效形式有哪些？齿轮传动的设计计算准则有哪些？在工程设计实践中，对于一般的闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计计算准则是什么？ 10-2 在齿轮传动设计时，提高齿轮的疲劳强度的方法有哪些？ 10-3 与直齿轮传动强度计算相比，斜齿轮传动的强度计算有何不同？ 10-4 如何确定齿轮传动中的许用接触强度和许用弯曲强度值？
10-5 根据齿轮的工作特点，对轮齿材料的力学性能有何基本要求？什么材料最适合做齿轮？为什么？ 10-6 齿轮传动设计的流程怎样？如何用框图表示？ 10-7 在齿轮结构设计时，齿轮的结构主要由什么参数决定？
习题
10-1 有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大、小齿轮的许用接触应力[σH2]、[σH1]各提高30%，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭距和允许传递的功率可提高百分之几？ 10-2 单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理，大齿轮的材料为ZG270-500正火，P=7.2kW，n1=960r/min，m=4mm，z1=25，z2=73，b1=84mm，b2=78mm，单向转动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试验算此单级传动的强度。10-3 已知开式直齿圆柱传动i=2.3，P=3.2kW，n1=150r/min，用电动机驱动，单向转动，载荷均匀，z1=21，小齿轮为45钢调质，大齿轮为45钢正火，试计算此单级传动的强度。10-4 已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i=3.6，n1=1440r/min，P=25kW，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。试设计此齿轮传动，校核齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。
10-5 在题图10-5中，当轮2为主动时，试画出作用在轮2上的圆周力Ft2、轴向力Fa2和径向力Fr2的作用线和方向。题图10-题图10-6
10-6 设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如题图10-6所示，试问：1)低速级斜齿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方向相反；2)低速级螺旋角β应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。10-7 已知单级斜齿圆柱齿轮传动的P=18kW，n1=960r/min，电动机驱动，载荷平稳，双向转动。已知i=2.3，z1=21，mn=3mm，β=16°15′，b1=85mm，b2=80mm，小齿轮材料为40MnB调质，大齿轮材料为35SiMn调质，试校核此闭式传动的强度。10-8 设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P=10kW，n1=1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲击载荷。要求采用电动机驱动，选用硬齿面材料，z1=19。试设计此单级斜齿轮传动，校核疲劳强度。10-9 已知闭式直齿圆锥齿轮传动的δ1＋δ2=90°，i=2.7，z1=16，P=7.5kW，n1=840r/min，用电动机驱动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，故大、小齿轮的材料均选为40Cr表面淬火，试计算此传动。蜗杆传动
思 考 题
11-1 蜗杆传动的特点及应用场合是什么？
11-2 为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？ 11-3 蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？
11-4 蜗杆传动的传动比计算公式是什么？它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？ 11-5 如何进行蜗杆传动的受力分析？各力的方向任何确定？与齿轮传动的受力分析有什么不同？ 11-6 蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则是什么？
11-7 在蜗杆传动的强度计算中，为什么只考虑蜗轮的强度？蜗杆的强度任何考虑？蜗杆的刚度在什么情况下才需要计算？ 11-8 蜗杆传动的效率受哪些因素影响？为什么具有自锁特性的蜗杆传动，其啮合效率通常只有40%左右？ 11-9 为什么蜗杆传动要进行热平衡的计算？采用什么原理进行计算？当热平衡不满足要求时，可以采取什么措施？
习题
11-1 设某一标准蜗杆传动的模数m=5mm，蜗杆的分度圆直径d1=50mm，蜗杆的头数z1=2，传动比i=20。试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。11-2 对图示的蜗杆传动，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转向。并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向。
11-3 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。
题图11-2 题图11-3
11-4 试设计一单级圆柱蜗杆传动：传动由电动机驱动，电动机的功率为7kW，转数为1440r/min，蜗轮轴的转数为80r/min，载荷平稳，单向传动。带 传 动
思 考 题
12-1 带传动主要类型有哪些？各有什么特点？ 12-2 影响带传动工作能力的因素有哪些？ 12-3 带速为什么不宜太高也不宜太低？
12-4 带传动中的弹性滑动和打滑是怎样产生的？对带传动有何影响？ 12-5 带传动的主要失效形式是什么？设计中怎样考虑？ 12-6 为什么带传动通常布置在机器的高速级？
12-7 带传动在什么情况下才会发生打滑？打滑通常发生在大带轮上还是小带轮上？刚开始打滑前，紧边拉力与松边拉力有什么关系？ 12-8 何谓滑动率？滑动率如何计算？ 12-9 带传动中带为何要张紧？如何张紧？
12-10 为何V带轮的轮槽角要小于400？为什么带轮的基准直径越小，轮槽槽角就越小？ 12-13 试分析带传动中参数
1、D1、i和a的大小对带传动的影响。
12-14 试分析比较普通V带、窄V带、多楔带、同步齿形带和高速带传动的特点和应用范围。
习题
12-1 一普通V带传动，已知带的型号为A，两轮基准直径分别为150 mm和400 mm，初定中心距a = 4500 mm，小带轮转速为1460 r/min。试求：(1)小带轮包角；(2)选定带的基准长度Ld；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速；(4)滑动率 =0.015时大带轮的实际转速；(5)确定实际中心距。12-2 题12-1中的普通V带传动用于电动机与物料磨粉机之间，作减速传动，每天工作8小时。已知电动机功率P = 4 kW，转速n1=1460 r/min，试求所需A型带的根数。12-3 一普通V带传动传递功率为P = 7.5 kW，带速= 10 m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1=2F2，试求紧边拉力、松边拉力和有效拉力。12-4 设计一破碎机用普通V带传动。已知电动机额定功率为P = 5.5 kW，转速n1= 1440 r/min，从动轮为n2= 600 r/min，允许误差±5%，两班制工作，希望中心距不超过650 mm。12-5 在例题12-1中，已知大带轮轴的直径d = 50 mm，试确定大带轮的材料、各部分尺寸并绘制工作图。链 传 动
思 考 题
13-1 与带传动相比，链传动有哪些优缺点？
13-2 滚子链是如何构成的？其最主要的参数是什么？对传动有何影响？ 13-3 为什么一般链节数选偶数，而链轮齿数多取奇数？
13-4 链传动中为什么小链轮的齿数不宜过少？而大链轮的齿数又不宜过多？ 13-5 何谓链传动的多边形效应？如何减轻多边形效应的影响？ 13-6 在什么条件下链传动瞬时传动比为恒定？此时链速是否也恒定？ 13-7 链传动的紧边拉力和松边拉力各由哪几部分组成？ 13-8 简述滚子链传动的主要失效形式和原因。13-9 简述滚子链传动的布置、润滑和张紧要点。13-10 简述齿形链传动的特点。
习题
a 13-1 在如图所示链传动中，小链轮为主动轮，中心距a =(30～50)p。问在图a、b所示布置中应按哪个方向转动才合理？两轮轴线布置在同一铅垂面内（图c）有什么缺点？应采取什么措施？
a）
b）
c）
题图13-1
13-2 当其它条件相同时，试比较下列两种链传动设计方案的运动不均匀性和附加动载荷，哪一种较好？为什么？（１）p = 15.875 mm，z1=31；（２）p = 31.75 mm，z1=15。13-3 一单排滚子链传动，链轮齿数z1=
21、z2=
53、链型号为10A、链长Lp=100节。试求两链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径以及传动的中心距。13-4 题13-3中，小链轮为主动轮，n1= 600 r/min，载荷平稳，试求：（1）此链传动能传递的最大功率；（2）工作中可能出现的失效形式；（３）应采用何种润滑方式。13-5 设计一往复式压气机上的滚子链传动。已知电动机转速n1=960 r/min，功率P = 3 kW，压气机转速n2=320 r/min，希望中心距不大于650 mm（要求中心距可以调节）。13-6 一单排滚子链传动，已知小链轮齿数z1=
17、采用10A滚子链、中心距a = 500 mm，水平布置，传递功率P = 1.5 kW，主动链轮转速n1=130 r/min。设工作情况系数KA=1.2，静力强度安全系数S = 7，试验算此链传动。轴
思 考 题
14-1 轴的功用是什么？
14-2 什么是传动轴、心轴、转轴，他们的区别是什么？
14-3 分析一下自行车的前轴、中轴和后轴的受载情况，他们各属于什么轴？ 14-4 轴的一般设计步骤是什么？ 14-5 轴的常用材料有那些？
14-6 为什么当轴的刚度不够时，选用合金钢来代替普碳钢效果不明显？ 14-7 弯扭合成强度计算时，折算系数的意义是什么？ 14-8 在什么情况下要作轴的刚度计算？
习题
14-1 有一台水泵，由电动机驱动，传递的功率P=4.5kW，轴的转速n=960 r/min，设计时，轴材料采用45号钢，试按强度要求计算出轴所需的最小直径。14-2 已知一传动轴直径d=32mm，转速n=1440 r/min，如果轴上的扭切应力不允许超过50
N/mm2，问此轴能传递多少功率？ 14-3 在图示轴的结构图中存在多处错误，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正。
题图14-3 14-4 如图所示单级直齿圆柱齿轮减速器，用电机驱动，电动机的功率P=12kW，转速n=1470r/min，齿轮的模数m=4mm，齿数z1=19，z2=72，若支承间跨距l=180mm（齿轮位于中央），轴材料为45号钢调质。试计算减速器输出轴的最小直径，并进行轴结构设计。
题图14-4 滑动轴承
思 考 题
15-1 滑动轴承的性能特点有哪些？主要的应用场合有哪些？ 15-2 滑动轴承的主要结构型式有哪几种？各有什么特点？
15-3 轴承材料应具备哪些性能？是否存在着能同时满足这些性能的材料？ 15-4 非液体润滑轴承的设计依据是什么？限制p和pv的目的是什么？
15-5 液体动压润滑的必要条件是什么？叙述向心滑动轴承形成动压油膜的过程？ 15-6 找出一滑动轴承应用实例，确定滑动轴承类型，分析其特点和采用滑动轴承的原因。
习
题
15-1 有一滑动轴承，轴转速n =650r/min，轴颈直径d =120mm，轴承上受径向载荷F =5000N，轴瓦宽度B =150mm，试选择轴承材料，并按非液体润滑滑动轴承校核。15-2 现有一非液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=100mm，轴瓦宽度B=100mm，转速n=1200r/min，轴承材料ZChPbSb 16-16-2，试问该轴承能承受多大的径向载荷？ 15-3 已知一推力轴承，其轴颈结构为空心，大径d0 =120mm，内径d1 =90mm，转速n =300r/min，轴瓦材料为青铜，试求该轴承能承受多大轴向载荷？滚动轴承
思 考 题
16-1 在机械设计中，选择滚动轴承类型的原则是什么？一般优先选用什么类型的轴承？ 16-2 滚动轴承的代号由几部分组成？基本代号又分几项内容？基本代号中各部分代号是如何规定的？ 16-3 滚动轴承的应力特性和主要失效形式是什么？
16-4 什么是滚动轴承的基本额定寿命？什么是滚动轴承的基本额定动载荷？ 16-5 当量动载荷的意义和用途是什么？如何计算？
16-6 滚动轴承寿命计算一般式是什么？考虑温度系数、载荷系数、可靠性系数后的计算公式是什么？ 16-7 何时要进行滚动轴承的静载荷计算？ 16-8 滚动轴承装置结构设计时应考虑哪些问题？ 16-9 自行车前后轮采用的是何种轴承？有什么结构特点？
习
题
16-1 试说明以下滚动轴承的类型、内径尺寸、精度：6210、7207C/P5、N208、31306、51205。16-2 有一深沟球轴承，受径向载荷Fr=8000N，常温下工作，载体平稳，转速n =1440r/min，要求设计寿命Lh =5000h，试计算此轴承所要求的额定动载荷。16-3 根据设计要求，在某一轴上安装一对7000C轴承（如图所示），已知两个轴承的径向载荷分别是：Fr1=1000N，Fr2=2060N，外加轴向力Fa=880N，轴颈d=40mm，转速n =5000r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命Lh=2000小时，试选择轴承型号。
题图16-3
联轴器、离合器及制动器
思 考 题
17-1 什么是刚性联轴器？什么是弹性联轴器？两者有什么区别？ 17-2 固定式刚性联轴器与可移式刚性联轴器的主要区别是什么？ 17-3 可移式刚性联轴器与弹簧联轴器的异同点是什么？
17-4 参照机械设计手册，进一步了解联轴器、离合器和制动器的主要参数。17-5 拆解自动车上的超越离合器，绘出工作简图。
17-6 观察、分析各种自动车上的制动器和制动系统，绘制出三种以上的制动系统原理简图。
习
题
17-1 电动机与水泵之间用联轴器联接，已知电动机功率P=11kW,转速n=960r/min，电动机外伸轴端直径d1=42mm，水泵轴的直径为d’=38mm，试选择联轴器类型和型号。17-2 由交流电动直接带动直流发电机供应直流电。已知所需最大功率P = 18～20kW，转速n =3000r/min，外伸轴轴径d=45mm。（1）试为电动机与发电机之间选择一种类型的联轴器，并说明理由；（2）根据已知条件，定出型号。弹 簧
思 考 题
18-1 常用弹簧的类型有哪些？各用在什么场合？
18-2 对制造弹簧的材料有身哪些主要要求？常用的材料有哪些？
18-3 设计弹簧时为什么通常取弹旋绕比C为4～16？弹簧旋绕比C的含义是什么？ 18-4 弹簧刚度kp的物理意义是什么？弹簧刚kp与哪些因素有关？ 18-5 什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？
18-6 圆柱螺旋拉，压弹簧受载后，弹簧丝截面上受有哪些载荷？各产生什么样的应力？ 18-7 圆柱螺旋拉，压弹簧的弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧？为什么？ 18-8 当圆柱螺旋压缩弹簧有失稳可能时，可采用什么防止措施？
习
题
18-1 已知一压缩螺旋弹簧的弹簧丝直径d＝6mm，中径D2 = 33 mm，有效圈数n＝10。采用II组碳素弹簧钢丝，受边载荷作用次数在103-105次。求：1）允许的最大工作载荷及变形量；2）若端部采用磨平端支承圈结构时（图18-8a），求弹簧的并紧高度Hs和自由高度H 0；3）验算弹簧的稳定性。18-2 试设计一能承受冲击载荷的弹簧。已知：F1=40N，F2=240N，工作行程y＝40mm，中间有30的芯轴，弹簧外径不大于45mm，材料用碳素弹簧钢丝II制造。18-3 设计一压缩螺旋弹簧。已知：采用d＝8 mm的钢丝制造，D2=48mm。该弹簧初始时为自由状态，将它压缩40mm后，需要储能25N.m。求：1）弹簧刚度；2）若许用
２切应力为400N/mm时，此弹簧的强度是否足够？3）有效圈数n。18-4 试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。已知条件如下：当弹簧受载荷 F1 = 178N时，其长度H1 = 89mm；当F2 = 1160N时，H2 = 54mm；该弹簧使用时套在直径为30mm的芯棒上。现取材料为碳素弹簧钢丝，并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。18-5 一扭转螺旋弹簧用在760mm的门上。当门关闭时，手把上加4.5N的推力才能把门打
2开。当门转到180后，手把上的力为13.5N。若材料的许用力[]1100N/mm。求：1）该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径D2；2）所需的初始角变形；3）弹簧的工作圈数。
题图18-5 机械传动系统设计
思 考 题
19-1 传动系统与工作机的作用有何不同？是否所有的机器都有传动系统？ 19-2 选择传动类型的基本原则是什么？
19-3 选择传动路线的主要依据是什么？是否根据工作机的多少确定？ 19-4 布置传动机构顺序时，应考虑哪些因素？
19-5 自行车链传动的主动大链轮齿数z1 = 48，小链轮齿数z2 = 18，车轮直径为28英寸（D
= 711.2mm）。试问：
（1）自行车为什么采用增速传动？能否采用带传动？为什么？（2）自行车行走1公里时，车轮、大链轮和小链轮各要转几圈？
19-6 给出五种把回转运动变为直线运动的机构，画出机构运动简图并说明其特点。
习题
19-1 图示为一运输机的传动方案，试分析该方案中各级传动安排有何不合理之处，并画出正确的传动方案图。
1-电动机；2-链传动； 3-齿轮减速器；4-带传动；5-工作机 题图19-1
19-2 立式搅拌机由电动机远距离传动，连续工作，搅拌机转速n = 40 r/min，电动机转速nd = 1440 r/min，功率P = 5.5 kW。试设计两种以上传动方案，并作比较。
1 1-电动机；2-搅拌机 题图19-2
19-3 图示为一螺旋推力机传动装置，已知电动机功率Pd = 5.5 kW，转速n = 1440 r/min，各齿轮齿数z1=26，z2=156，z3=22，z4=55，螺杆螺距P = 6 mm，取工作机效率w=0.82（包括螺旋传动和轴承效率），滚动轴承效率承=0.98，联轴器效率联=0.99，试求：
（1）传动装置的运动和动力参数；（2）螺旋的推力F；
（3）被推物料的移动速度；
（4）根据以上数据，分析该传动方案是否合适，并另外提出三种传动方案（其中包括一种不用螺旋机构的推力机方案）。
机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程是机械类、近机械类专业学生必修的技术基础课, 在教学计划中起着承前启后的作用, 是学生学习后续专业课程的基础。三门课程不仅具有较强的理论性, 同时具有较强的实践性和应用性, 在培养机械类、近机械类工程技术人才中, 具有增强学生机械理论基础, 培养学生实践能力和创新能力的重要作用。
我校机械原理及机械设计教研室承担全校机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教学任务, 通过几十年的教学实践, 课程建设取得了较好的成绩, 三门课程先后在2003年、2004年和2008年被评为河南省精品课程, 机械原理、机械设计先后在2012年、2013年成为河南省精品资源共享课程。
为了进一步加强课程建设, 自2008年开始, 我们陆续编写出版了三门课程的教材和配套作业集, 现已出版《机械原理》《机械设计基础》《机械原理作业集》《机械设计基础作业集》和《机械设计作业集》5本教材。
1 教材编写指导思想
在教材编写过程中, 我们遵循的指导思想是, 以教学大纲为依据, 以培养学生的综合设计能力为主线, 紧扣学科前沿发展动态, 注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力, 为培养应用型高级技术人才奠定良好基础。同时, 力求使教材体现我校办学特色, 结合普通高等院校的学生特点与需求, 遵循适用、够用的原则, 符合地方普通高等院校特点。
2 教材的主要特点
在内容取舍方面, 注意传授知识与培养能力并重;加强逻辑思维能力与形象思维能力的共同培养, 特别加强结构设计能力和计算机应用能力的培养。机械原理着重讲解有关基本概念、基本理论和基本方法, 以传统的机构结构分析、机构运动分析、机器动力学及常用机构的分析与设计为重点, 为提高学生的设计思维和设计创新能力、机构选型、分析与设计的综合能力, 适当增加了有关机构变异创新、组合创新和机械系统运动方案设计的内容;在机构分析与设计的方法上, 既保留了形象直观、易于理解且仍有实际应用价值的图解法, 也介绍了解析法。在机构运动分析的章节中, 不仅介绍了解析法数学模型的建立, 而且介绍了程序设计的方法, 并给出了相应的程序框图和子程序, 这样利于学生熟悉解析法计算、上机的全过程, 真正让学生掌握学过的程序设计知识, 也使学生充分感受到图解法和解析法各自的优势。机械设计内容则重点介绍各种通用机械零部件的设计原理、设计方法及机械设计的一般规律。为了提高学生的结构设计能力, 特别增加了结构设计章节。
在内容的阐述方面, 我们特别注重教学方法的选择。对于学生必须掌握的内容, 尽量讲解详细、分析透彻;而对于一些偏难、繁杂的数学推导, 则适当简化;对教学中学生难以掌握的难点、疑点, 由浅入深, 循序渐进, 重点论述, 使之符合学生认知规律。教材在各章首辅以内容提示, 在各章末增加学习要点, 对各章节的内容进行梳理、总结, 突出重点, 便于学生自学。教材中的图形简洁、形象、直观, 在机械设计教材中, 还增加了机械零件实物图形。为了使学生更好地理解教学内容, 增加了一些典型例题。在传统板书教学的基础上, 结合当前多媒体教学特点, 我们将教材与多媒体教学课件协调配合, 以提高学生听课效率。
作业是课程内容的重要补充, 用以巩固课堂知识。学生通过作业掌握课程基本内容, 学会举一反三, 从而更灵活地应用知识。为了达到这样的目的, 我们编写的作业集, 在题目的内容、覆盖知识点及难易程度等方面与教材一致, 重要的知识点都有对应的作业题, 而且有选择题、判断题、填空题、问答题、设计计算题和结构题等多种题型, 在难度上由浅入深、循序渐进, 题目的数量有一定余量, 可供不同要求、不同层次的学生选择使用。学生在完成作业集的作业后, 即可掌握机械原理、机械设计和机械设计基础解题的基本方法, 掌握课程的主要内容。作业集采用活页形式, 既方便学生作业, 也有利于教师批改, 并使作业规范化。
3 教材的使用情况
《机械原理》等5本教材自出版以来, 面向全国发行, 累计印数达到32 000册, 并在20余所高校中使用或参考, 受到师生广泛好评。师生普遍认为:教材重点突出, 叙述详细, 取材精炼, 深入浅出, 较好地满足了当前高等教育教学的实际需求。
4 体会
通过几年的努力, 机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教材建设取得了一定的成绩, 教师通过编写教材提高了教学水平。
4.1 教材编写应考虑学生特点与基础
我校是地方普通高等院校, 学生的层次、水平与重点院校不同, 在编写教材的过程中, 要充分考虑学生的知识水平、接受能力, 对课程内容的叙述要更为详细, 过难、过繁的内容要适当简化。
4.2 教材编写应注重实用性
三门课程实践性强, 与生产实际联系紧密, 在教材编写中要注重理论联系实际, 树立工程观念, 如在教材的例题中, 有不同的设计方案, 对不合理的设计有不同的改进方案, 使学生真正理解设计不是千篇一律的, 强化学生的工程意识, 提高设计能力。
4.3 编写教材应遵循教学规律
要尊重学生的认知规律, 先易后难、循序渐进, 根据课程的内在联系, 使教材各部分之间前后呼应、紧密配合。教材的内容要主次分明、详略得当, 文字通俗易懂, 语言自然流畅, 便于组织教学。
5 结束语
【关键词】机械设计基础；教学方法；现代教育
《机械设计基础》是机械类专业的基础课，它的教学成败将直接影响本专业其他课程的理论学习和实践。我们在进行该课的教学过程中，存在着两大难点：一方面是概念多，内容抽象，并且实践性强，极易使学生产生厌学和弃学心理；另一方面是进入高职院校的学生大部分学习基础差，其中有为数不少的学生在高中时就“厌学”，在他们心中，到高职读书不是“我要读书”，而是父母“要我读书”， 缺乏学习兴趣和学习动力。如何在学习《机械设计基础》学科中，帮助他们在建立兴趣和学习自信心的同时.激发他们的思维，培养他们的创造能力，这是摆在所有高职院校专业教师面前的重要任务。在这里本人就高职《机械设计基础》这门课程的教学谈谈自己的看法。
一、导入形象直观，培养学生的学习兴趣。
心理学研究表明，人对事物感知的印象是先入为主，首次认知对后继学习能否顺利进行至关重要。课堂教学的有效导入可控制学生的非智力因素，使学生把注意力较快地集中到学习任务上来。利用学生的好奇心理，结合具体教学内容，有针对性地选择教学媒体，可体现教学的直观性原则。利用这一年龄段学生具有强烈好奇心、凡事易凭兴趣、自我约束能力还不够强的特点，充分组织好每堂课的教学导入，让学生在好奇、兴奋中，无意识地学习某些知识，对学生学好这门课是一项不可缺少的教学手段。虽然许多知识需要有意识记忆，但作为教师，可以有意识地利用学生的“无意识”，引发其“有意识”的产生，达到教与学的目的。夸美纽斯说：“兴趣，是创造一个欢乐和光明的教学环境的重要条件之一。”兴趣是环境和文化的产物，是后天习得的，它是一个人获得知识、发展能力不可或缺的心理素质，又是学习的动力。因此，在课堂教学中，重视培养学生的学习兴趣，创设轻松愉快、生动活泼的课堂气氛，是激发学生学习动力的关键。
1.以“奇”生趣。例如在学习机器的组成一节时，机器能够转换能量，有四个部分组成，分别是动力装置、执行部分、传动部分和操纵或控制部分。讲完之后让学生举例自己常见的机器，如汽车、机床、飞机、拖拉机、三轮车等等，分析它们的组成，这些机器都有动力装置进行能量转换。然后老师设问：“同学们看过《三国演义》吗？”顿时课堂气氛活跃，因为《三国演义》对同学们来说是再熟悉不过了。《三国演义》第一百二回云：诸葛亮造木牛流马，方腹曲头，一脚四足，皆不食水，可以昼夜转运不绝，上山下陵各尽其便。这种交通运输工具是机器吗?是与否的回答异常活跃。老师再追问：“这种交通运输工具有原动机吗？它是什么样的？是发动机、电动机？”回答显然是否定的。这种交通运输工具是一个不消耗能量，经过科学家多少年论证不存在的永动机。经过一番举例讨论后，使学生感到新奇，又很好地掌握了课堂知识，从而激发了学生的学习兴趣。
2.动画生趣。如在学习铰链四杆机构、凸轮机构、间歇运动机构时，采用动画课件，把曲柄摇杆机构的急回特性、死点位置、凸轮机构的从动件运动规律，以及间歇运动机构的特点生动形象地进行演示，这样就在教学过程中使师生之间的信息交流和反馈得以加强。声、像、文、图并茂的教学信息，也增强了教学的艺术效果，增强了学生对学习内容的认识和理解，提高了课堂教学效率。
二、良好的教学方法在《机械设计基础》课教学中的作用
1.启发式教学
高职学生年龄在十八九岁，正是思想活跃的阶段，那种传统的讲授、满堂灌的教学方法对现在的学生是肯定行不通的。而且讲授过多枯燥难懂的理论知识，会阻碍学生主观能动性的发挥。因此在教学中我们应采用启发式教学，提倡“以学生为主体，教师为主导”的教学模式，要允许学生对不理解的问题随时举手发问，并对学生抢接话题发表自己的见解给予肯定，鼓励和引导学生积极参与到课堂教学的每一个环节中来，调动其听课的积极性。
例如在讲齿轮传动、链传动、带传动等内容时，每次在讲一种新的传动时，我们可以让学生思考一下，在日常生活中有哪些传动的实例？自己在哪些地方见过这些机构？它们的工作特点是什么？这样带着问题听课，并在讲解中不断提出新问题，在教师的启发下，学生得到一个自由发挥的空间，调动积极思维，发现解决问题的方法，始终体现主体地位，发挥主观能动性。
2.项目教学法
项目教学法，是指将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目组织和展开教学，使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。一般由确定项目任务、制定工作计划、实施计划、成果展示与评估几部分构成。在项目教学中，学习过程成为一个人人参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的能力及团队精神和合作能力等。例如项目教学法在铰链四杆机构教学中的实际应用 ：
（1）教学项目的确定。铰链四杆机构是中国劳动社会保障出版社《机械基础》模块六“平面连杆机构”中的课题1，介绍铰链四杆机构的三种基本形式、判断条件及应用，它是课题2铰链四杆机构演化学习的基础，也是后续学习凸轮机构、间歇运动机构的铺垫。由于平面连杆机构能以简单的结构实现复杂的运动规律,而且更以其独特可靠的低副联接形式，倍受广大机械设计人员的瞩目。其在工业、农业、冶金、化工、纺织、食品等机械中的应用实例不胜枚举。如此重要的教学内容，应该探寻一种形式新颖、方法独特的教学方法，以达到良好的教学效果。
（2）工作计划的制定。学生通过观看视频资料和其它班作品，组长组织成员交流探讨填写教师事先发放的学材。然后抽取制作任务。确定本组团队名称及口号；根据组员各自的特点进行角色分配，推选出陈述员、自评员、互评员、信息员，各角色各施其责；依据任务确定设计尺寸,绘制构件图样，讨论设计制作方案。编写制作产品说明书。策划本组学习成果展示方案。
（3）工作计划的实施。小组成员根据计划分工，进行各自的工作,其中遇到的问题可通过教师预先准备的资料查找。在这一过程中，教师的主要任务是关注学生的考虑是否正确，是否周全，并进行新思维的启发，鼓励学生朝目标方向努力。引导他们进一步思索探究,使学生自己在实践中理解知识、掌握知识和运用知识。教师的角色是引导者和协作者,指挥引导学生掌握项目所需知识，完成技能训练。
（4）成果展示与评估。各组陈述员依次上台展示成果、按照本组产品说明书讲解作品；自评员阐述本小组自评结果并给出自评成绩；对应小组的互评员阐述本小组互评结果并给出互评成绩;教师根据制作过程、学习成果以及展示过程的点评，对学生知识目标达成情况给予评价；然后客观公正填写学习质量评价表。填写时评价的结果均用A、B、C、D四个等级来表示、作为本次课各小组的学习成绩。通过开展相互观摩学习,可以巩固本次课学习的新知识，师生共同检测本次课知识目标达成情况；同时渗透德育和职业教育，进一步达成方法能力目标和社会能力目标。
三、现代化教育技术在教学中运用
传统的教学方法只是教师——学生——教材三点一线的简单形式，使学生感到枯燥乏味、难以理解，最终失去学习兴趣。而多媒体教学具有教学信息传输量大、可以有效提高教学效果的特点。对于问题具有化繁为简、化静为动等作用，从而使教学方法生动灵活。
对刚刚从初中升人职高的学生来说，《机械设计基础》课本中新出现的运动副、构件、机构、曲柄、摇杆等术语，他们知之甚少，也缺乏直观的印象。因此教師在教学中要充分利用学校的多媒体资源，将教学内容中抽象的、无法观察的结构和形状逼真地展示在学生面前，充分激发学生的学习兴趣与学习主动性，建立学生的感性认识，从而获得传统教学手段无法达到的效果。在教学方法和教学手段上更应该充分直观地体现零部件的具体构造和运动情况。我在教学中结合专业教学特点，制作了《机械设计基础》多媒体课件，逐步在教学中使用。这样，一方面增大了信息量，另一方面又增强了学生的学习兴趣，使教学质量和效果有了明显提高。
现在的学生大多是“90后”，他们的思想观念、世界观、人生观与过去的学生相比已经有很大的不同，教师也要不断改变、提高自己的认知观念和知识水平.以便更好地适应新的教学环境。我们不仅需要现代化的教学手段，而且需要全新的观念和理论去重新审视和指导教学活动的各个领域和环节，以促进教育的改革与发展，培养高素质人才。这都需要我们在今后的课程教学实践中不断探索，以求完善。
教育家叶圣陶先生说：“所谓教师之主导作用，盖在善于引导启迪，俾使学生自奋其力，自致其知，非谓教师滔滔讲说，学生默默取受。”实践证明，教师滔滔讲说，呕心沥血，方法不当，事倍功半。尤其机械设计基础这门枯燥、繁杂且不系统的课程，若照本宣科，不进行教学信息的双向交流，学生必学之无味，学之困难。所以只有 将“教”与“学”配合好才能更好的完成教学。
第1章 机械设计基础概论
1-1 试举例说明机器、机构和机械有何不同？ 1-2 试举例说明何谓零件、部件及标准件？
1-3 机械设计过程通常分为几个阶段？各阶段的主要内容是什么？ 1-4 常见的零件失效形式有哪些？
1-5 什么是疲劳点蚀？影响疲劳强度的主要因素有哪些？ 1-6 什么是磨损？分为哪些类型？
1-7 什么是零件的工作能力？零件的计算准则是如何得出的？ 1-8 选择零件材料时，应考虑那些原则？
1-9 指出下列材料牌号的含义及主要用途： Q275、40Mn、40Cr、45、ZG310－570、QT600－3。
第2章 现代设计方法简介
2-1 简述三维CAD系统的特点。
2-2 试写出优化设计数学模型的一般表达式并说明其含义。2-3 简述求解优化问题的数值迭代法的基本思想。2-4 优化设计的一般过程是什么？ 2-5 机械设计中常用的优化方法有哪些？ 2-6 常规设计方法与可靠性设计方法有何不同？ 2-7 常用的可靠性尺度有那些？ 2-8 简述有限元法的基本原理。2-9 机械创新设计的特点是什么？
2-10 简述机械创新设计与常规设计的关系。
第3章平面机构的组成和运动简图
3-1 举实例说明零件与构件之间的区别和联系。3-2 平面机构具有确定运动的条件是什么? 3-3 运动副分为哪几类？它在机构中起何作用？ 3-4 计算自由度时需注意那些事项？
3-5 机构运动简图有何用途？怎样绘制机构运动简图？ 3-6 绘制图示提升式水泵机构的运动简图，并计算机构的自由度。
3-7 试绘制图示缝纫机引线机构的运动简图，并计算机构的自由度。
3-8 试绘制图示冲床刀架机构的运动简图，并计算机构的自由度。
3-9 试判断图a、b、c所示各构件系统是否为机构。若是，1 判定它们的运动是否确定（图中标有箭头的构件为原动件）。
3-10 计算图a、b、c、d、e、f所示各机构的自由度，如有复合铰链、局部自由度、或虚约束请指出。并判定它们的运动是否确定（图中标有箭头的构件为原动件）。
第4章平面连杆机构
4-1 四杆机构的急回特性是何含义？什么条件下机构才具有急回特性？ 4-2 什么是四杆机构的死点？试举出几个利用和克服死点的实例。4-3 试述压力角的概念，并分析它对机构的工作性能有什么影响？ 4-4 举例说明铰链四杆机构的三种演化方法。
4-5 如图所示，已知AD =250 mm；BC =265 mm；CD =110 mm；AB = 60 mm，且是主动件。试确定： ⑴ 该铰链四杆机构的类型；
⑵ 该机构的行程速比系数K。
4-6 分析图示偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件。当取滑块为主动件时，试确定机构的死点位置。
4-7 如图所示，已知铰链四杆机构各杆长度，试问： ⑴ 是铰链四杆机构中的哪种基本机构；
⑵ 若AB是原动件，在图中画出此机构最小传动角出现的位置；
⑶ 若以AB为原动件，该机构有无急回特性，为什么？
4-8 试设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。如图所示，要求踏板机构CD在水平位置上下各摆10°，且CD的长度500 mm，AD的长度是1000 mm。试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度？
4-9 试用图解法设计一自动上料机所用的偏置曲柄滑块机构，如图所示。要求曲柄主动时，行程速比系数K = 1.4，被推运的工件的长度l = 40 mm，初选偏距e = 20 mm，工作行程最大压力角为α max = 45°。滑块的行程H应比工件的长度略大些，以保证料斗上的工件能顺利下落。
4-10 试用图解法设计一摆动导杆机构，已知机架长度为50 mm，行程速比系数K = 2，求曲柄的长度。4-11 试用图解法设计曲柄摇杆机构ABCD。已知摇杆CD长度是75mm，行程速比系数K =1.5，机架AD长度为100 mm。摇杆的一个极限位置与机架间的夹角∠CDA = 45°。
4-12
已知某操纵装置采用图示铰链四杆机构，要求两连架杆的对应位置为φ1=45°，ψ1=50°；φ2 =80°，ψ2 =70°；φ3= 120°，ψ3=110°。试用解析法确定各杆的长度。
第5章 凸轮机构
5-1 凸轮机构常用的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪种运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？
5-2 在图示偏置直动从动件盘形凸轮机构中，已知AB段为凸轮推程廓线，试在图上标出推程运动角δt。
5-3 已知从动件升程h = 30 mm，δ t =150º，δ s = 30º，δ h =120º，δ s′ = 60º，从动件在推程作简谐运动，在回程作等加速等减速运动，试用作图法或公式计算绘出其运动线图s 2－t、v 2－t和a 2－t。
5-4 设计图示偏置直动从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度ω1顺时针方向回转，偏距e =10 mm，凸轮基圆半径r0 = 60 mm，滚子半径rT =10 mm，从动件的升程及运动规律与题5-2相同，试用图解法绘出凸轮的轮廓并校核推程压力角。
5-5 已知条件同题5-4，试用解析法通过计算机辅助设计求
凸轮理论轮廓和实际轮廓上各点的坐标值（每隔10º计算一点），推程压力角的最大值α max，并打印凸轮轮廓。
5-6 在图示自动车床控制刀架移动的滚子摆动从动件凸轮机构中，已知l OA = 60 mm，l AB =36 mm，r0 = 35 mm，rT = 8 mm。从动件的运动规律如下：当凸轮以角速度ω1逆时针方向回转150º时，从动件以简谐运动向上摆15º；当凸轮自150º转到180º时，从动件停止不动；当凸轮自180º转到300º时，从动件以简谐运动摆回原处；当凸轮自300º转到360º时，从动件又停止不动。试绘制凸轮轮廓。
5-7 试设计一平底直动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度ω1逆时针方向回转，凸轮的基圆半径r 0 = 40 mm，从动件升程h =20 mm，δ t = 120º，δ s = 30º，δ h = 120º，δ s′ = 90º，从动件在推程和回程均作简谐运动。试绘出凸轮的轮廓。
5-8 用作图法求图示中各凸轮从图示位置转过45º后机构的压力角α，并在图上标注出来。
第6章 齿轮机构
6-1 渐开线齿轮上哪一圆的压力角为标准值？哪一圆的压力角最小？一般所说压力角是指哪个圆上的压力角，压力角取50˚会有何问题？
6-2 现有4个标准齿轮：m 1 = 4 mm，z 1 = 25，m 2 = 4 mm，z 2 = 50，m 3 = 3 mm，z 3 = 60； m 4 = 2.5 mm，z 4 = 40；试问: ⑴ 哪些齿轮的渐开线形状相同？ ⑵ 哪些齿轮可以配对正确啮合？ ⑶ 哪些齿轮可用同一把滚刀切制？
6-3 斜齿轮和锥齿轮的当量齿轮以及当量齿数是如何定义的，其意义何在？
6-4 渐开线变位齿轮和标准齿轮相比较，哪些参数和尺寸发生了改变？哪些未发生改变？ 6-5 试述所学各种齿轮机构的一对齿轮的正确啮合条件。
6-6 蜗杆机构的传动比如何计算？能否用分度圆直径之比表示其传动比？为什么？ 6-7 为何要引入蜗杆直径系数q ?
6-8 有一对外啮合正常齿标准直齿圆柱齿轮机构，已知：m = 2.5 mm，a = 112.5 mm，i = 2.6。试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径；齿顶高、齿根高、全齿高、顶隙和公法线长度和分度圆弦齿厚。
6-9 一对外啮合的标准直齿圆柱齿轮的小齿轮丢失，现测得大齿轮：z 2 = 52，da2 = 135 mm，m = 2.5 mm，a = 112.5 mm。试确定这对齿轮的齿制以及小齿轮的齿数和齿顶圆直径，以便配制。
6-10 标准直齿圆柱齿轮机构中的一对齿轮，已知模数m n = 2 mm，α = 20˚，z 1 = 20，z 2 = 40，若安装中心距a = 61 mm，试问
⑴ 这对齿轮是否属于标准安装？
⑵ 此时，节圆半径与分度圆半径、啮合角与压力角是否相等？
6-11 用齿条插刀切制一直齿圆柱齿轮。已知被加工齿轮轮坯的角速度 ω1 = 5 rad/s，刀具的移动速度为0.375 m/s，刀具的模数m = 10 mm，压力角α = 20˚，试问：
⑴ 被加工齿轮的齿数z 1 = ? ⑵ 如果齿条的中线距离齿轮坯中心为77 mm，则被加工齿轮的分度圆齿厚是多大？ 6-12 一对正常齿制的外啮合标准斜齿圆柱齿轮z 1 = 33，z 2 = 66，m = 5 mm。试问： ⑴ 若标准中心距a = 250 mm，试求螺旋角β、分度圆直径d和齿顶圆直径d a； ⑵ 若不改变模数和齿数，能否将这对齿轮装在中心距为255 mm的两平行轴上。
6-13 已知一对正常齿制渐开线标准斜齿圆柱齿轮a = 250 mm，z 1 = 23，z 2 = 98，m n = 4 mm，试计算 6 其螺旋角、端面模数、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。
6-14 已知一对正常齿制等顶隙收缩的渐开线标准直齿圆锥齿轮，轴交角Σ = 90˚，z 1 = 17，z 2 = 43，m = 3 mm，试求两轮的分度圆锥角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、锥顶距、齿顶角、齿根角、顶锥角、根锥角和当量齿数。
6-15 已知蜗杆机构的参数如下：蜗杆头数z 1 =2，蜗杆直径系数q =8，蜗轮齿数z 2 = 46，模数m =8 mm。试计算该蜗杆机构的传动比i、中心距a及蜗杆和蜗轮的主要尺寸。
第7章 间歇运动机构
7-1 试比较棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构及凸轮间歇运动机构的特点和用途。
7-2 槽轮机构的运动特性系数τ = 0.4表示什么意义? 为什么运动特性系数必须大于零而小于1? 五个槽的单销槽轮机构的运动特性系数τ等于多少? 7-3 已知槽轮的槽数z=6，拨盘的圆销数K=1，转速n = 60 r/min，求槽轮的运动时间t d和静止时间t j。7-4 设计一槽轮机构，要求槽轮机构的运动时间等于停歇时间，试选择槽轮的槽数和拨盘的圆销数。
7-5 在六角车床上六角刀架转位用的槽轮机构中，已知槽数z=6，槽轮的静止时间tj=5/6 s，槽轮的运动时间td=2 s，求槽轮机构的运动系数τ及所需的圆销数K。
第8章 联 接
8-1 试比较普通螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用。
8-2 螺纹的自锁性和效率各与哪些因素有关？
8-3 试计算普通螺纹M20、M20×1.5的螺纹升角；并说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦因数f = 0.1～0.15）。
8-4 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分的直径缩小，有什么好处？ 8-5 如图所示三块板用4个M10螺栓固定，若螺栓的性能等级为4.6，装配时控制预紧力，接合面间的摩擦因数f = 0.15，求其允许的最大横向拉力F。
8-6 如图所示为一拉杆螺纹联接，已知拉杆上的拉力F为50000 N，载荷稳定，拉杆材料为Q235钢（对照螺栓的性能等级为4.6），试设计此联接。
8-7
一凸缘联轴器，允许传递的最大转矩T为1500 N•m（静载荷），材料为HT250。半联轴器用4个M16铰制孔螺栓联接成一体，螺栓的性能等级为4.8，试选取合适的螺栓长度，并校核其剪切和挤压强度。如果改为M16的普通螺栓联接，已知螺栓的性能等级为4.8，接合面的摩擦因数为0.15，安装时不控制预紧力，试确定螺栓数。
8-8 图8-23所示为一汽缸，缸盖和缸体用螺栓联接。已知汽缸内气体压力p最大为2.5 MPa，缸盖和缸体均为钢制，汽缸内径D = 180 mm。为了保证密封性要求，螺栓间距不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此联接并确定螺栓分布圆直径。
8-9 受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接件间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力Q0=15000 N，轴向工作载荷Qe=10000 N，求螺栓所受的总拉 7 力和被联接件间的残余预紧力。
8-10 试为题8-7中的联轴器选择平键并校核平键联接的强度。
第9章 螺旋传动
9-1 试确定图9-1a所示的千斤顶的螺杆和螺母的主要尺寸。已知起重量最大为40 kN，最大举起高度450 mm，螺杆用45钢，螺母用铸铁。（注意：需要校核螺杆稳定性和自锁性）
第10章 齿轮传动
10-1 齿轮传动的主要失效形式有那些？设计准则如何？
10-2 齿宽系数的大小对齿轮传动有何影响？模数和齿数对齿轮传动有何影响？设计时应如何选取？
10-3 齿形系数YF与哪些因素有关？两个直齿圆柱齿轮的模数和齿数分别为m1=20 mm，z1=20；m2=2 mm，z2=20，其齿形系数是否相等？
10-4 根据蜗杆传动的失效特点，设计时应如何选择蜗杆副材料？ 10-5 蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
10-6 有一直齿圆柱齿轮传动，原设计传递功率P，主动轴转速n 1。若其他条件不变，轮齿的工作应力也不变，当主动轴转速提高一倍，即n 1′= 2 n 1时，该齿轮传动能传递的功率P′为若干？
10-7 有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大小齿轮的许用接触应力[σ H2]、[σ H1]各提高30％，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？
解：
有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率 P，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大、小齿轮的许用接触应力 [σH2]、[σH1] 各提高30%。试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？
解 由公式
可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系：
设提高后的转矩和许用应力分别为T1’、[σH’]
当转速不变时，转矩和功率可提高69%。
10-8 单级闭式直齿圆柱齿轮传动，小齿轮的材料为45钢调质，大齿轮材料为ZG310-570正火，P = 4 kW，n1=720 r/min，m =4 mm，z 1=25，z 2 =73，b 1=84 mm，b 2 =78 mm，单向传动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试问这对齿轮传动能否满足强度要求而安全工作。
解：
软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。
（1）许用应力
查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。
查教材图11-7 知
σHlim1=560MPa，σHlim2=335MPa
查教材图11-10
σFlim1=180MPa , σFlim1=130MPa
查教材表11-4取
SH=1.1，SF=1.4
故：
（2）验算接触强度，验算公式为：
其中：小齿轮转矩
查教材表11-3得,载荷系数 K=1.3
齿宽b=b2=78mm
中心距
齿数比 u=z2/z1=73/25=2.92
则：σH＜[σH1] ,σH＜[σH2]，能满足接触强度。
（3）验算弯曲强度，验算公式：
其中：查教材图11-9得 ,齿形系数：
YF1＝2.72, YF2＝2.26 则：
满足弯曲强度 10-9 已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i = 4.6，n 1=730 r/min，P =30 kW，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑。且z1=27，大小齿轮都用40Cr表面淬火，试计算此单级齿轮传动的强度。
解：
硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。
（1）许用弯曲应力
查教材表11-1，大小齿轮材料40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC，取54HRC。查教材图11-10得σFlim=320MPa，查材料图11-7得σHlim=1220MPa。
查教材表11-4 SF=1.6，SH=1.2，因齿轮传动是双向工作，弯曲应力为对称循环，应将极限值乘70%。
故
（2）按弯曲强度设计，设计公式：
其中：小齿轮转矩
查教材表11-3得，载荷系数 K=1.3 取齿宽系数 ψa=0.4 齿数 z2=iz1=4.6×27=124.2，取 z2=124
齿数比 u=z2/z1=124/27=4.59 应将齿形系数较大值代入公式，而齿形系数值与齿数成反比，将小齿轮的齿形系数代入设计公式，查教材图11-9得 ,齿形系数YF1＝2.67 因此
取模数 m=3mm（3）验算接触强度，验算公式：
其中：中心距
齿宽 取 b=90mm
，10
满足接触强度
10-10 说明下列几种情况下应采用的是斜齿轮的齿数还是当量齿数： ⑴ 计算斜齿圆柱齿轮传动的角速比； ⑵ 用成型法切制斜齿轮时选盘形铣刀； ⑶ 计算斜齿轮的分度圆直径；
⑷ 齿根弯曲强度计算时查取齿形系数。
解 斜齿圆柱齿轮的齿数z与其当量齿数zv之间的关系：
（1）计算传动的角速比用齿数。
（2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。（3）计算斜齿轮分度圆直径用齿数。
（4）计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。
10-11 两对齿轮分别为：mn=5 mm，z 1=40，z 2=158，β = 8º06′34″及m n=10，z 1=20，z 2=79，β =
8º06′34″，其他条件（如材料、硬度、齿宽、转数等）均为主动轮与主动轮，从动轮与从动轮对应相等。试问：
⑴ 两对齿轮的接触疲劳强度是否相等？弯曲疲劳强度是否相等？
⑵ 若传动速度低，短时超载大，用哪一对合适？若传动速度高，用哪一对合适？
10-12 斜齿圆柱齿轮传动的转动方向及螺旋线方向如图a所示，试分别在图b和图c中画出轮1为主动时和轮2为主动时轴向力Fa1及Fa2的方向
解 见题11-7解图。从题图中可看出，齿轮1为左旋，齿轮2为右旋。当齿轮1为主动时按左手定则判断其轴向力 ；当齿轮2为主动时按右手定则判断其轴向力。
10-13 某两级斜齿圆柱齿轮减速器，传递功率P = 40 kW，电机驱动，双向转动，载荷平稳，高速级转速n 1=1470 r/min，齿数z1=19，z 2=63，模数mn=3 mm，螺旋角β=18º53′18″，齿宽b 1=60 mm，b 2=55 mm，小齿轮材料为20CrMnTi渗碳淬火，大齿轮材料为20Cr渗碳淬火，试校核此高速级齿轮传动的强度。
解 软齿面闭式齿轮传动应分别校核其接触强度和弯曲强度。
（1）许用应力
查教材表11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮35SiMn调质硬度：200～260HBS，取230HBS。
查教材图11-7：
σHlim=690 MPa, σHlim=660 MPa ；
查教材图11-10： σFlim1=240 MPa, σFlim2=230 MPa；
查教材表11-4 取 SH=1.1，SF=1.4 故：
（2）验算接触强度，其校核公式：
其中：小齿轮转矩
载荷系数 K=1.1 查教材表11-3得
齿宽 b=b2=80 mm 中心距
齿数比
u=z2/z1=107/21=5.1 则：
满足接触强度。
（3）验算弯曲强度，校核公式：
小齿轮当量齿数
大齿轮当量齿数
查教材图11-9得 齿形系数 YF1=2.77、YF2=2.18 满足弯曲强度。
10-14 已知单级闭式斜齿圆柱齿轮传动，P =10 kW，n1=1210 r/min，i =4.3，电机驱动，双向传动，载荷有中等冲击，设小齿轮用45MnB调质，大齿轮用45钢调质，z1=21，试计算此单级齿轮传动。
解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计，然后验算其弯曲强度：
（1）许用应力
查教材表11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮45钢调质硬度：210～230HBS，取220HBS。
查教材图11-7：
σHlim=690 MPa, σHlim=555 MPa ；
查教材图11-10：
σFlim1=240 MPa, σFlim2=180 MPa ；
查教材表11-4 取SH=1.1，SF=1.4，故：
（2）按接触强度设计，其设计公式：
其中：小齿轮转矩
查教材表11-3得 载荷系数 K=1.3 , 齿宽系数, 取 ψa=0.3
中心距
齿数比
u=i=4.3 将许用应力较小者[σH]=[σH2]=505 MPa 代入设计公式，则：
取中心距 a=170 mm 初选螺旋角 β=14°
大齿轮齿数
z2=iz1=4.3×21=90.3，取 z2=90 齿数比： u=z2/z1=90/21=4.29 模数
取mn=3 mm
螺旋角
，（3）验算其弯曲强度，校核公式：
小齿轮当量齿数
大齿轮当量齿数
查教材图11-9得 齿形系数 YF1=2.82, YF2=2.22、b=ψaa=0.3×170=51 mm
满足弯曲强度。
10-15 斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：
⑴ 低速级斜齿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方向相反； ⑵ 低速级螺旋角β应取多大值才能使中间轴上两个轴向力相互抵消。
解（1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反，为右旋。
（2）由题图可知：mn2=3 mm、z2=52、β2=15°、mn3=5 mm、z3=17 分度圆直径
d=mnz/cosβ
轴向力
要使轴向力互相抵消，则：
Fa2=Fa3 15 即
10-16 一对闭式直齿圆锥齿轮传动，已知Σ = δ1 + δ2 = 90º，i = 2.7，z1=16，P =7.5 kW，n1 = 840 r/min，用电动机驱动，单向转动，载荷有中等冲击。要求结构紧凑，故大小齿轮的材料均选40Cr表面淬火，试计算此传动。
解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计，然后验算其接触强度。
（1）许用应力
查教材表11-1齿轮40Cr表面淬火硬度：52～56HRC取54HRC。
查教材图11-7：
σHlim=1220 MPa 查教材图11-10：
σFlim=320 MPa 查教材表11-4 取 SH=1.2，SF=1.6
故：
2）按弯曲强度设计，其设计公式：
其中：小齿轮转矩
查教材表11-3得 载荷系数 K=1.3, 齿宽系数, 取 ψR=0.3
大齿轮齿数
z2=iz1=2.7×1.6=43.2，取 z2=43 齿数比：
u=z2/z1=43/16=2.69
分度圆锥角
小齿轮当量齿数
大齿轮当量齿数
查教材图11-9得、齿形系数 YF1=3.08, YF2=2.18 则平均模数：
大端模数
取me=4 mm
（3）校核其接触强度，验算公式：
其中：分度圆直径
d1=mez1=4×16=64 mm
d2=mez2=4×43=172 mm
锥距
齿宽 b=ψRRe=0.3×91.8=27.5 mm
取 b=28 mm
则：
满足接触强度。
10-17 已知直齿圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器布置如图。锥齿轮m =5 mm，b =50 mm，z1=25，z2=60；斜齿轮mn =6 mm，z1=21，z2=84。欲使轴Ⅱ上的轴向力在轴承上的作用完全抵消，求斜齿轮3的螺旋角β3的大小和旋向。
解（1）圆锥齿轮2的相关参数
分度圆直径
d2=mez2=5×60=300 mm 分度圆锥角
δ2=arctanz2/z1=arctan60/25=67.38 平均直径
轴向力
&am, p;nb, sp;（2）斜齿轮3相关参数
分度圆直径
&nb, sp;轴向力
（3）相互关系
因 Fa2=Fa3 得：
（4）由题图11.5可知，圆锥齿轮2的轴向力Fa2指向大端，方向向下；斜齿轮3的轴向力Fa3方向指向上，转动方向与锥齿轮2同向，箭头指向右。齿轮3又是主动齿轮，根据左右手定则判断，其符合右手定则，故斜齿轮3为右旋。
10-18 如图所示蜗杆传动，蜗杆主动，已知T 1 = 20 N·m，m = 4 mm，z 1 = 2，d 1 = 50 mm，蜗轮齿数z 2=50，传动的啮合效率η = 0.75。试确定：
⑴ 蜗轮的转向；
⑵ 蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。
10-19 如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动组合。已知输出轴上的锥齿轮z4的转向n4。欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定：
⑴ 蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向； ⑵ 在图中标出各轮轴向力的方向。
10-20 试设计一蜗杆传动。已知电动机功率P 1=7 kW，转速n 1 =1440 r/min，蜗轮轴转速为n 2 =
r/min，载荷平稳，单向传动。蜗轮材料选锡青铜ZCuSn10P1，砂型；蜗杆选用40Cr，表面淬火。
10-21 某蜗杆减速器输入功率P 1=3 kW，z 1=2，箱体散热面积为1 m2，通风条件较好，室温20℃，试验算油温是否满足使用要求。
第11章 轮 系
11-1 在图示的轮系中，已知z 1=15，z 2=25，z 2′=15，z 3=30，z 3′=15，z 4=30，z 4′=2，z5=60，z5′=20(m = 4 mm)，若n 1=500 r/min，求齿条6线速度v的大小和方向。
11-2 图示为一滚齿机工作台的传动系统，已知各轮齿数为z 1=15，z 2=28，z 3=15，z 4=35，z 8 =1，z 9 =40； A为单线滚刀z A=1，B为被切轮坯。现欲加工64个齿的齿轮，求传动比i 57。
11-3 图示轮系中，各轮齿数为z1=z2=z3′=z4=20，z3=z5 =60，模数均为m =2 mm，求 ⑴ 传动比 i15；
⑵ 齿轮1、2及齿轮2、3的中心距a 12，a 23。
11-4 图示轮系中，蜗杆1是单线右旋，转速n 1=1000 r/min，z 2=50，z 2′ = z 3 =20，z 4=60，求输出轴转速n H。
11-5 在图示马铃薯挖掘机构中，齿轮4固定不动，挖叉固连在齿轮3上。挖薯时，十字架1回转，挖叉始终保持一定的方向，齿轮1、2、3的齿数分别为z
1、z
2、z 3，问各轮齿数有何关系？
11-6 图示轮系中，已知z 1=22，z 3=88，z 3′=z 5。试求传动比i 15。
11-7 在图示行星齿轮减速器中，已知z 1= z 2=17，z 3 =51。当手柄转过90˚时，转盘H转过多少度？ 11-8 在图示圆锥齿轮组成的行星轮系中，已知各轮齿数z 1= 20，z 2= 30，z 2’ = 50，z 3 = 80，轮1的转速n 1=50 r/min，试求n H的大小和方向。
11-9 求图示轮系的传动比i 14。已知z 1= z 2′=25，z 2 =z 3=20，z H =100，z 4 =20。11-10 已知z 1=17，z 2 =20，z 3=85，z 4 =18，z5=24，z 6 =21，z 7 =63，求： ⑴ 当n 1=10001 r/min，n 4=10000 r/min时，nP =？
⑵ 当n 1 = n 4时，nP=？
⑶ 当n 1=10000 r/min，n 4=10001 r/min时，nP=？
11-11 在图示轮系中，已知z 1= z 4=40，z 2 = z5 =30，z3 =z 6 =100，求i 1H。
11-12 图示轮系中，已知z 1= z 3=16，z 2 =32，z 4=80，z 5 =42，z 6 =z 7 =14，z 8 =46，求i 18。
第12章 带传动
12-1 为什么在带传动中弹性滑动不可避免？ 12-2 V带传动的最大有效拉力Fec与哪些因素有关？ 12-3 简述造成带传动传动比不能保持恒定的原因。
12-4 有一带式输送装置，其异步电动机和齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P = 8 kW，转速n1 = 960 r/min，减速器输入轴的转速n2 = 360 r/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。
12-5 一普通V带传动，带的型号为B型，传递的功率P = 9 kW，带速v = 11 m/s，带与带轮间的摩擦因数f = 0.3，带在小轮上的包角α1=170°。试求：(1)传递的圆周力；(2)紧边、松边拉力；(3)离心力在带中引起的拉力；(4)所需的初拉力；(5)压轴力。
12-6 计算习题12-5的带传动中的各种应力以及最大应力。
第13章 链传动
13-1 链传动有那些特点，适用那些场合？
13-2 链传动中小链轮齿数z1不能过少，大链轮齿数z2不能过多，其原因是什么？ 13-3 分析链传动工作时动载荷的大小与那些因素有关。
13-4 用P =5.5 kW，n1=1450 r/min的电动机，通过链传动驱动一液体搅拌机，载荷平稳，传动比i =3，试设计此链传动。
13-5 选择并验算一输送装置用的传动链。已知链传动传递的功率P =7.5 kW，主动链轮的转速n1= 960 r/min，传动比i =3.2，工作情况系数KA=1.5，中心距a≤650 mm（可以调节）。
第14章 轴
14-1 轴按承载性质的不同可分为哪三种？
14-2 轴最常用的材料是什么？如果优质碳素钢的轴刚度不足，改用合金钢能否解决问题？
14-3 零件在轴上轴向固定的常见方法有哪些？各有何特点？ 14-4 图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、IV轴是心轴、转轴、还是传动轴？
14-5 已知一传动轴传递的功率为37 kW，转速n = 900 r/min，如果轴上的扭切应力不许超过40 MPa，试求该轴的直径？
14-6 已知一传动轴直径 d = 32 mm，转速 n = 1725 r/min，如果轴上的扭切应力不许超过50 MPa，问该轴能传递多大功率？
14-7 图示的转轴，直径 d = 70 mm，a = 320 mm，传递的转矩 T = 2350 N·m，F = 9200 N。若轴的许用弯曲应力[σ-1b ] = 80 MPa，求长度x的大小。
14-8 已知一单级直齿圆柱齿轮减速器，用电动机直接拖动，电动机功率P = 22 kW，转速n1 = 1470 r/min，齿轮的模数 m＝4 mm，齿数z 1 = 18，z 2 = 82，若支承间跨距 l = 180 mm（齿轮位于跨距中央），轴的材料用 45号钢调质，试计算输出轴危险截面处的直径d。
14-9 图示二级圆柱齿轮减速器。已知高速级传动比i12 =2.5，低速级传动比i34 = 4。若不计轮齿啮合及轴承摩擦的功率损失，试计算三根轴传递转矩之比，并按扭转强度估算三根轴的轴径之比。
14-10 设计图示直齿圆柱齿轮减速器的输出轴。已知该轴传递的功率P=11 kW，转速n=225 r/min，从动齿轮的齿数z2 =72，模数m=4 mm，轮毂宽度l h=70 mm，选用直径系列为2的深沟球轴承，两轴承中心间距离为130 mm。
14-11 一钢制等直径直轴，只传递转矩T = 4000 N·m，许用切应力[ = 50 MPa。长度为1800 mm，要求轴每米长的扭转角φ不超过0.5˚。试求该轴的直径。
14-12 与直径Φ75 mm实心轴等扭转强度的空心轴，其外径do = 85 mm，设两轴材料相同，试求该空 22 心轴的内径d i和减轻重量的百分率。
14-13 图示为某减速器输出轴的装配结构图，指出图中1、2、3、4处结构错误，并绘制正确的结构草图。
第15章 轴 承
15-1 滑动轴承的摩擦状态有几种？各有什么特点？
15-2 滑动轴承有哪些类型？滑动轴承的结构型式有哪几种？各适用在何种场合？ 15-3 对轴瓦轴承衬的材料有哪些基本要求？ 15-4 滚动轴承类型选择的基本原则有哪些？
15-5 角接触轴承的内部轴向力是如何产生的，其方向如何判断？大小如何计算？角接触轴承为何通常成对使用？
15-6 说明下列滚动轴承代号的意义。
6208
N208/P6
7207C
30209/P5
15-7 有一非液体摩擦径向滑动轴承，已知轴颈直径为100 mm，轴瓦宽度为100 mm，轴的转速为1200 r/min，轴承材料为ZCuSn10P1，试问它允许承受多大的径向载荷？
15-8 已知某支承采用非液体摩擦径向滑动轴承，轴承所受径向载荷Fr = 25000 N，轴颈直径d = 90 mm，轴的转速为n =8.3 r/min，材料为ZCuZn38Mn2Pb2，试设计此滑动轴承。
15-9 已知下列轴承承受的径向载荷Fr和轴向载荷Fa，试计算当量动载荷。（1）N207轴承，Fr =3553 N
Fa= 0；（2）6215轴承，Fr =6500 N
Fa=1100 N；（3）30313轴承，Fr =8700 N
Fa=5310 N。
15-10 某机械传动装置中，已知轴承型号是6312，轴承所受径向载荷Fr=5400 N，轴向载荷Fa=2600 N，轴的转速n=1250 r/min，运转中有轻微冲击，预期寿命[Lh]=5000 h，工作温度t <100℃。问该轴承是否适用？
15-11 根据工作条件，某机械传动装置中，轴的两端各采用一个深沟球轴承，轴径d =35 mm，转速n=2000 r/min，每个轴承承受径向载荷Fr=2000 N，常温下工作，载荷平稳，预期寿命[Lh]=8000 h，试选轴承型号。
15-12 根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触球轴承，如图所示。已知两个轴承的载荷分别为Fr1 =1470 N，Fr2 =2650 N，外加轴向载荷Ka=1000 N，轴颈直径d =40 mm，转速n=5000 r/min，常温下运转，有中等冲击，预期寿命[Lh]=2000 h，试选轴承型号。
15-13 根据工作条件，初步决定在轴的两端选用两个角接触球轴承7207AC，如图所示，轴颈直径d=35 mm，工作中有中等冲击，转速n =1800 r/min，已知Fr1=3390 N，Fr2=1040 N，轴向载荷Ka=870 N，试计算其工作寿命。
第16章 联轴器、离合器和制动器
16-1 联轴器和离合器的主要功用是什么？有何异同？
16-2 常用的联轴器和离合器有哪些主要类型？各具有什么特点？ 16-3 刚性凸缘式联轴器如何对中？
16-4 万向联轴器有何特点？双万向联轴器安装时应注意什么问题？ 16-5 离合器应满足哪些基本要求？
16-6 电动机与减速器之间用联轴器相联，载荷平稳，电动机功率P =15 KW，转速n = 960 r/min，两外伸轴径d均为35 mm，长度为70 mm。试选择联轴器。
16-7试选择图示的蜗杆蜗轮减速器与电动机及卷筒之间的联轴器。已知电动机的功率P1 = 7.5 KW，转速n = 970 r/min，电动机轴直径d 1= 42 mm，减速器传动比i =30，传动效率η = 0.8，输出轴直径d = 60 mm，工作机为轻型起重机。
第17章 机械的平衡与调速
17-1 某汽轮机转子质量为1000 kg，由于材质不均及叶片安装误差使质心偏离回转轴线0.5 mm，当该转子以5000 r/min的转速转动时，其离心惯性力有多大？是自重的几倍？
17-2 图示盘形回转件上有两个偏心质量。已知m 1= 8 kg，m 2 = 4 kg，r1= 80 mm，r2 = 110 mm，设所有不平衡质量分布在同一回转面上，问应在什么方位加多大的平衡质径积，才能达到平衡？
17-3 图示盘形回转件的直径D = 400 mm，圆盘质量m =10 kg。已知圆盘上存在不平衡质量m 1=2 kg，m 2 = 4 kg，方位如图所示，两支承距离l =120 mm，圆盘至右支承距离l 1= 80 mm，转速n =3000 r/min，试问
⑴ 该回转件的质心偏移了多少？ ⑵ 作用在左右支承上的反力各有多大？
17-4 高速水泵的凸轮由三个相互错开120º 的偏心轮组成，每一偏心轮的质量为0.4 kg，其偏心距为12.7 mm。设在平衡平面A、B上各装一个平衡质量m A和m B使之平衡，其回转半径为10 mm，其他尺寸如图（单位mm），试求m A和m B的大小和位置。
17-5 图示回转件上存在空间分布的不平衡质量。已知m A =0.5 kg，mB=1 kg，r A= r B =10 mm，转速n =3000 r/min。求
⑴ 左右支承反力的大小和方向；
⑵ 若在A面上加一平衡质径积m b r b 进行静平衡，其大小和方向为何? ⑶ 静平衡后左右支承反力的大小和方向； ⑷ 静平衡后支承反力是增大还是减小？
17-6 图示为一质量m=2 kg的盘形回转件，其质心在平面Ⅲ内且偏离回转轴e。在静平衡时由于条件限制，只能在平面Ⅰ、Ⅱ内两个相互垂直的方向上加平衡质量。已知m A = m B = 0.02 kg，rA=200 mm，rB =150 mm。其他尺寸如图(单位为mm)，求回转件质心的偏移量e及其位置。静平衡后是否还要动平衡？
17-7 在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻抗力矩M r的变化规律如图所示，设驱动力矩M d等于常数，剪床主轴转速为n = 60 r/min，机械运转速度不均匀系数δ = 0.15。试求
⑴ 驱动力矩M d；
⑵ 安装在主轴上的飞轮的转动惯量J。
17-8 某机组主轴上作用的驱动力矩M d为常数，它在一个运动循环中阻抗力矩M r的变化规律如图所示。现给定ω m=25 rad/s，δ = 0.04，采用平均直径D m = 0.5 m带轮辐的飞轮，试确定飞轮的转动惯量和质量。
17-9 某机组由发动机供给的驱动力矩Md1000 N·m（即发动机输出力矩与瞬时角速度成反比），ω 25 阻抗力矩Mr的变化如图所示，t 1= 0.1 s，t 2= 0.9 s，若忽略其它构件的转动惯量，求在ω max =134 rad/s，ω min =116 rad/s状态下飞轮的转动惯量。
第18章 弹 簧
18-1 试述常用弹簧的类型、功用和特点。
18-2 选择弹簧材料时要考虑哪些因素？弹簧的制造工艺及方法有哪些？ 18-3 弹簧的特性曲线表示弹簧的哪些性能？试画出拉伸弹簧的特性曲线。18-4 弹簧强度计算的目的是什么？计算时为什么要引入曲度系数？
18-5 弹簧刚度计算的目的是什么？影响刚度的因素有哪些？采取什么措施可改变其刚度？
18-6 已知某圆柱螺旋压缩弹簧的簧丝直径d = 6 mm，中径D2=33 mm，工作圈数n =10圈，当受静载荷900 N时，试求：
⑴ 弹簧丝中产生的应力τ； ⑵ 应选用哪一种碳素弹簧钢？
⑶ 在所选定的弹簧材料下，该弹簧的变形量。
18-7 试设计一受静载荷的圆柱螺旋压缩弹簧的主要参数和尺寸。已知：弹簧受载荷F1180N时，其高度H190mm，当F21200N时，H250mm，该弹簧套在直径为30 mm的芯棒上工作。现有材料为碳素弹簧钢丝，要求弹簧的尺寸尽可能小。
18-8 试设计一圆柱螺旋压缩弹簧。已知安装初始载荷F11500N，最大工作载荷F23200N，工作行程h =100 mm，弹簧中径D2=150 mm，材料为60Si2Mn，Ⅱ类弹簧，支承端并紧磨平。
18-9 一圆柱螺旋拉伸弹簧用于高压开关中，已知最大工作载荷F22070N，最小工作载荷F1615N，弹簧丝直径d10mm，外径D90mm，有效圈数n20，弹簧材料为60Si2Mn，Ⅱ类弹簧。⑴ 在F2作用时弹簧是否会断？求该弹簧能承受的极限载荷Flim；⑵ 求弹簧的 工作行程。
轮齿的工作应力不变，则 则，若，该齿轮传动能传递的功率
11-2解 由公式
可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系：
设提高后的转矩和许用应力分别为、当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。
11-3解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。（1）许用应力 查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。
查教材图 11-7，查教材图 11-10 , 查教材表 11-4取，故：
（2）验算接触强度，验算公式为：
其中：小齿轮转矩
载荷系数 查教材表11-3得
齿宽
中心距 齿数比
则：、，能满足接触强度。
（3）验算弯曲强度，验算公式：
其中：齿形系数：查教材图 11-9得、则 ：
满足弯曲强度。
11-4解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力
降低以弥补磨损对齿轮的影响。
（1）许用弯曲应力 查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮
45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材图11-10得 , 查教材表 11-4，并将许用应用降低30%
（2）其弯曲强度设计公式：
其中：小齿轮转矩
载荷系数 查教材表11-3得
取齿宽系数
齿数
，取
齿数比
齿形系数 查教材图 11-9得、因
故将
代入设计公式
因此
取模数
中心距
齿宽
11-5解硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。（1）许用弯曲应力
查教材表 11-1，大小齿轮材料40Cr 表面淬火硬度：52～56HRC，取54HRC。查教材图11-10得，查材料图11-7得。查教材表11-4，因齿轮传动是双向工作，弯曲应力为对称循环，应将极限值乘 70%。
故
（2）按弯曲强度设计，设计公式：
其中：小齿轮转矩
载荷系数 查教材表11-3得
取齿宽系数
齿数，取
齿数比
齿形系数 应将齿形系数较大值代入公式，而齿形系数值与齿数成反比，将小齿轮的齿形系数代入设计公式，查教材图 11-9得
因此
取模数
（3）验算接触强度，验算公式：
其中：中心距
齿宽
，取
满足接触强度。
11-6解 斜齿圆柱齿轮的齿数角速比用齿数
与其当量齿数 之间的关系：（1）计算传动的。（2）用成型法切制斜齿轮时用当量齿数 选盘形铣刀刀号。（3）计算斜齿轮分度圆直径用齿数。（4）计算弯曲强度时用当量齿数 查取齿形系数。
11-7解 见题11-7解图。从题图中可看出，齿轮1为左旋，齿轮2为右旋。当齿轮1为主动时按左手,则判断其轴向力 ；当齿轮2为主动时按右手定则判断其轴向力。
轮1为主动 轮2为主动时
图 11.2 题11-7解图
11-8解 见题11-8解图。齿轮2为右旋，当其为主动时，按右手定则判断其轴向力方向 ；径向力
总是指向其转动中心；圆向力 的方向与其运动方向相反。
图 11.3 题11-8解图
11-9解（1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的
旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反，为右旋。
（2）由题图可知：、、、、分度圆直径
轴向力
要使轴向力互相抵消，则： 即
11-10解 软齿面闭式齿轮传动应分别校核其接触强度和弯曲强度。
（1）许用应力
查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮35SiMn调质硬度：200～
260HBS，取230HBS。
查教材图 11-7： ；
查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：
（2）验算接触强度，其校核公式：
其中：小齿轮转矩
载荷系数 查教材表11-3得
齿宽
中心距
齿数比
则： 满足接触强度。
（3）验算弯曲强度，校核公式：
小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数
齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。
11-11解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计，然后验算其弯曲强度：（1）许用应力
查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240～280HBS取260HBS；大齿轮45钢调质硬度：210～
230HBS，取220HBS。查教材图 11-7：
；
；
查教材表 11-4 取，查教材图 11-10：
故
（2）按接触强度设计，其设计公式：
其中：小齿轮转矩 11-3得 齿宽系数 取
载荷系数 查教材表中心距
齿数比 将许用应力较小者 代入设计公式
则： 取中心距
初选螺旋角
大齿轮齿数
，取 齿数比：
模数，取
螺旋角
（3）验算其弯曲强度，校核公式： 小齿轮当量齿数
大齿轮当量齿数
齿形系数 查教材图 11-9得、满足弯曲强度。
11-12解 由题图可知：，高速级传动比
低速级传动比 输入轴的转矩
中间轴转矩
输出轴转矩
11-13解 硬齿面闭式齿轮传动应按弯曲强度设计，然后验算其接触强度。（1）许用应力
查教材表 11-1齿轮40Cr表面淬火硬度：52～56HRC取54HRC。
查教材图 11-7： 查教材图 11-10：
查教材表 11-4 取，故：
（2）按弯曲强度设计，其设计公式：
其中：小齿轮转矩
载荷系数 查教材表11-3得
齿宽系数 取
大齿轮齿数，取 齿数比：
分度圆锥角
小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿
齿形系数 查教材图 11-9得、则平均模数： 大端模数 取
（3）校核其接触强度，验算公式：
其中：分度圆直径
锥距
齿宽
取
满足接触强度。
11-14解 开式齿轮传动只需验算其弯曲强度
（1）许用弯曲应力
查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG310-570正火硬度：160～
200HBS取190HBS。
查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取，故：
（2）校核弯曲强度，验算公式： 其中：小齿轮转矩
载荷系数 查教材表11-3得
分度圆锥角
小齿轮当量齿数大齿轮当量齿数
齿形系数 查教材图 11-9得、分度圆直径
锥距
齿宽系数
平均模数
则：
满足弯曲强度。
11-15解（1）圆锥齿轮2的相关参数
分度圆直径分度圆锥角
平均直径 轴向力
（2）斜齿轮3相关参数 分度圆直径
轴向力
（3）相互关系 因 得：
（4）由题图可知，圆锥齿轮2的轴向力 指向大端，方向向下；斜齿轮3的轴向力 方向指向上，转动方向与锥齿轮2同向，箭头指向右。齿轮3又是主动齿轮，根据左右手定则判断，其符合右手定则，故斜齿轮3为右旋。
图11.6 题11-16 解图
1、在生产过程中凡属直接改变生产对象的（尺寸）、（形状）、（物理化学性能）以及（相对位置关系）的过程，统称为工艺过程。
2、人们把工艺过程的（有关内容）用文件的形式固定下来，来（指导）生产，该文件称为工艺规程。
3、安装是工件经（一次装夹）后所完成的那一部分（工艺过程）。
4、用来确定（生产对象）几何要素间（几何关系）所依据的那些（点、线、面）称为基准。基准可分为（设计基准）和（工艺基准）两大类。
5、被加工工件在夹紧之前就相对于（机床）占有某一正确的（位置），此过程称为定位。为了使工件在（加工过程）中总能（保持）其正确位置，还必须把它（压紧），此过程称为夹紧。
6、在切削过程中，工件三个变化着的表面是（待加工）表面、（已加工）表面和（过渡）表面。
7、目前，在生产中所用的刀具材料主要是（高速钢）和（硬质合金）两类。其它刀具材料主要有三种，分别是（陶瓷）、（立方氮化硼）和（人造金刚石）。
8、YT类硬质合金主要用于加工（钢材）；YG类主要用于加工（铸铁）、有色金属及其合金。
9、切屑的形状主要分为（带状切削）、（节状切削）、（粒状切削）和（崩碎切削）四种类型。
10、切削热来源于两个方面，一是（切削层）金属发生（弹性和塑性）变形所消耗的能量，二是切屑与（前刀面）、工件与（后刀面）间产生的磨擦热。
11、刀具磨损形态有（前刀面）磨损、（后刀面）磨损和（边界）磨损。
12、确定刀具寿命有两种不同的原则，按（单件时间）最少的原则确定的刀具寿命叫（最高生产率）刀具寿命，按单件（工艺成本）最低的原则确定的刀具寿命叫（最小成本）刀具寿命。13.对于中等尺寸、精度要求较高的孔，（钻—扩—绞）工艺是生产中常用的典型加工方案。14.磨削过程中磨粒对工件的作用包括（滑擦）、（耕犁）和（形成切屑）三个阶段。
15.机床传动链中，动力源与运动执行机构的传动联系称为（外联系）传动链，如车削（圆柱面）的传动联系；执行件与执行件之间的传动联系称为（内连接）传动链，如车削（螺纹）的传动联系。16.车刀在结构上可分为（整体）车刀、（焊接）车刀和（机械夹固式）车刀。17.CA6140型车床主轴前端采用（短圆锥和法兰）结构，用来安装（卡盘或拨盘）。18.CNC的主要功能为（功能控制）、（传控制）和（信号处理）。
19.数控机床进给系统中普遍采用滚珠丝杠副传递运动，其优点是（摩擦因数小）、（传动精度高），传动效率高达（85%—98%），是普通丝杠副的（2—4）倍。
20.圆柱齿轮齿面加工的切削加工方法有（成型）和（展成）两大类。
21.加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的（接近程度）。加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的（偏离量）。
22.加工经济精度是指在（正常生产）条件下所能保证的加工精度。23.机械加工系统---简称工艺系统是由（机床）、（刀具）、（夹具）和（工件）组成。影响加工精度的主要因素有工艺系统的（几何误差）、工件（装夹误差）、工艺系统（受力变形）和（受热变形）引起的加工误差、工件内应力（重新分布）引起的变形、（其他误差）。
24.机床主轴的回转误差可分解为（径向圆跳动）、(轴向圆跳动)和（角度摆动）。
25.采用定尺寸刀具进行加工时，刀具的（尺寸误差和磨损）将直接影响工件（尺寸精度）；采用成型刀具加工时，刀具的（形状误差和磨损）将直接影响工件的（形状精度）；对于一般刀具，其（制造误差）对工件的加工精度（无直接）影响。
26.机械加工中，由于（定位）基准与（工序）基准不重合以及（定位副间配合间隙）和（定位副）制造不准确引起的误差称为定位误差；工件或夹具（刚度不足）或夹紧力（作用方向）、（作用点）选择不当，都会使（工件或夹具）产生变形，造成加工误差。
27.（待加工）表面上有什么样的误差，（加工）表面上必然有同样性质的误差，这就是切削加工中的误差复映现象。加工（前后）误差之比值ε，称为误差复映系数，它代表误差复映系数的（程度）。28.减小工艺系统受力变形的途径，一是提高（工艺系统刚度），二是减小（切屑力及其变换）。
29.切削加工中，消耗于切削层（弹、塑性）变形及刀具与工件、切屑间（摩擦）的能量，绝大部分转化为（切屑热），它是工艺系统中（工件和刀具）热变形的主要热源。
30.工艺系统热变形对加工精度的影响包括（工件）热变形对加工精度的影响、（刀具）热变形对加工精度的影响、（机床）热变形对加工精度的影响，减少热变形的途径有减少（发散热）、改善（散热条件）、均衡（温度场）和改进（机床结构）。31.内应力亦称残余应力，是指在（没有）外力作用下或（去除）外力作用后残留在工件内部的应力；产生的主要原因是（热加工中）产生的内应力和（冷效值）产生的内应力；内应力（重新分布）会引起变形。减小或消除内应力的途径有合理（设计零件结构）、合理（安排工艺过程）。32.提高加工精度的途径有（减小和清除）原始误差、（转移）原始误差、（均布）原始误差和（采用误差补偿技术）。33.在正态分布中，x叫做（算术平均值），它取决于（机床调整尺寸）和（常值性误差系统），它只影响曲线的（位置），不影响曲线的（形状）；σ叫做（标准差），它取决于（随机性误差）和（变值性系统误差），它只影响曲线的（形状），不影响曲线的（位置）。
34.工艺过程的稳定性是指工艺过程在（时间历程上）保持工件x值和σ值（稳定不变）的性能；通过工艺过程分布图分析，可以确定工艺系统的（加工能力）系数、（机床调整精度）系数和加工工件的（合格率），并能分析（产生废品）的原因。35.点图的基本形式x-R图的横坐标是按（时间先后）采集的小样本的组序号，纵坐标各为小样本的（均值X）和（极差尺）；x点图是控制（分布中心）变化的，R点图是控制（分散范围）变化的。
36.机械加工表面质量对机器使用性能的影响包括对（耐磨性）的影响、对零件（疲劳程度）的影响、对（抗腐蚀性能）的影响和对零件（配合性质）的影响
37.加工表面的物理力学性能包括表面层材料的（冷作硬化）、（残余应力）和表面层（金属组织的变化）。38.磨削淬火钢时会产生三种不同类型的烧伤，分别是（回火）烧伤、（淬火）烧伤和（退火）烧伤 39.机械加工中的强迫振动是指在（外界周期性干扰力）的持续作用下，振动系统受迫产生的振动；自激振动是指在（没有周期性外力）干扰下产生的振动运动。
40.控制机械加工振动的途径有（消除或减弱）产生振动的条件，改善工艺系统的（动态特性）和采用（减震装置）。41.定位基准有精基准与粗基准之分，用毛坯上（未经加工）的表面作定位基准称为粗基准，用（加工过）的表面作定位基准称为精基准。
42.时间定额是安排（作业计划）、进行（成本核算）的重要依据，也是设计或扩建工厂、车间时计算（设备和工人数量）的依据。
43.保证装配精度的四种装配方法分别是（互换）装配法、（分组）装配法、（修配）装配法和（调整）装配法。44.与工艺过程直接有关的费用称为工艺成本；工艺成本由（可变费用）与（不可变费用）两部分组成。45.机床夹具的三个基本组成部分是（定位元件）、（夹紧装置）和（夹具体）。46.工件以孔定位的常用定位元件有（定位销）和（心轴）。47.钻套的作用是确定（钻头，铰刀）等刀具的（轴线位置），防止刀具在加工过程中（发生偏斜），一般钻套可分为（固定式）、（可换式）、（快换式）及（专用式）钻套。48.铣床夹具的受力部件要有足够的（强度和刚度），夹紧机构所提供的夹紧力要（足够大），且要求有较好的（自锁性能）。（对刀快）和（定位键）是铣床夹具的特有元件，前者是用来确定铣刀相对于夹具定位元件（位置关系）的，后者是用来确定夹具相对于机床（位置关系）的。
49.车床夹具一般用于加工（回转体）零件，安装在机床（主轴尾部），在设计这类夹具时，要注意解决由于夹具旋转带来的（质量平衡）问题和（操做安全）问题。
二、单项选择题：
1.生产一小批小型、简单零件应选用（）机床。（C）通用 2.某工厂要大量生产某一零件，对操作工人的技术水平要求（）。（A）不高
3.一个工人，在一台机床上对一个工件进行加工，所连续完成的的工艺过程称为一个（）。（C）工位 4.整体车刀耗用刀具材料较多，一般只做切槽、切断刀使用，刀具材料主要是（C）。（A）硬质合金
（B）陶瓷
（C）高速钢
（D）人造金刚石
5.铣削加工时，为避免工作台丝杠、螺母间隙产生的工作台窜动，应采用（A）方式加工。（A）逆铣（B）周铣（C）顺铣（D）端铣
6.切削过程中，切削层金属沿滑移线的剪切变形发生在第（C）变形区。（A）三（B）二（C）一 7.切削用量三要素中，对刀具寿命影响最大的是（A）。（A）切削速度（B）进给量（C）背吃刀量 8.工件材料强度、硬度较高时，刀具前角、后角应分别取得（D）。
（A）较大、较大（B）较大、较小（C）较小、较大（D）较小、较小 9.工件定位时，被限制的自由度不足6个，此现象称为（D）。
（A）欠定位（B）过定位（C）完全定位（D）不完全定位 10.利用分布在铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削加工的方法称为（B）。（A）逆铣（B）周铣（C）顺铣（D）端铣 11.在高精度加工范围内，制造公差小于0.03微米、Ra小于0.005微米的加工称为（A）。
（A）纳米加工（B）超精密加工（C）精密加工（D）特种加工 12.在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向皆不变，此误差称为（C）。
（A）系统性误差（B）随机性误差（C）常值性系统误差（D）变值性系统误差
13.顺序加工一批工件时，若工艺系统存在常值性系统误差，该误差将影响概率密度分布曲线的（B）。（A）分布范围（B）曲线位置（C）曲线形状（D）分布性质
14.某一加工过程的工序能力系数为1.31，其工序能力等级为（B）级。（A）一（B）二（C）三（D）四 15.某一工件加工表面的波距L与波高H的比值是58，此值称为工件表面的（B）。
（A）形状误差（B）波纹度（C）表面粗糙度（D）表面层缺陷 16.选择精基准时，应尽可能选择加工表面的工序基准，这个原则是（A）原则。（A）基准重合（B）基准统一（C）互为基准（D）自为基准
17.时间定额中,直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相互位置关系的时间称为（A）。（A）基本时间（B）辅助时间（C）单件时间（D）作业时间
18.在单件、小批生产中装配那些装配精度要求高组成环数又多的机器结构时，常用（C）装配。(A)互换装配法(B)分组装配法(C)修配装配法(D)调整装配法 19.车床上的三爪卡盘、四爪卡盘属于（D）夹具。（A）随行（B）成组（C）专用（D）通用 20.常用定位元件中，（C）不能作为定位元件，不限制工件的自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性。(A)可调支承(B)自位支承(C)辅助支承(D)固定支承
三、名词解释
1、安装：工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。
2、欠定位：工件加工所需限制的所有自由度未被全部限制。
3、过定位：几个定位元件同时限制工件某一自由度的定位现象。
4、切削力：切削时，使被加工材料发生变形而成为切削所需的力。
5、刀具寿命：刃磨后的刀具自开始切削知道磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间。
6、砂轮的硬度：是指磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。
7、钻孔：在实心材料上加工孔。
8、数控机床：装备了数控系统，能应用数字控制技术进行加工的机床。
9、滚齿：应用一对交错轴斜齿圆柱齿轮副啮合原理，使用齿轮滚刀进行切齿的一种加工方法。
10、加工精度：是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的接近程度。
11、加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离量。
12、加工经济精度：在正常生产条件下所能保证的加工精度。
14、原理误差：由于采用了近似成形运动，近似的切削刃形状等原因而产生的加工误差
15、随机误差：在顺寻加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的，这类误差为随机误差
17、工艺规程：把合理的工艺过程的有关内容写在工艺文件中，用以指导生产，这类文件就是工艺规程。
18、加工余量：毛坯上留作加工用的材料层。
19、尺寸链：在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组成为尺寸链、20、时间定额：是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。
21、装配：按照规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的过程。
22、工艺性评价：评价所设计的产品在满足使用要求的前提下制造，维修的可行性和经济性。
23、通用夹具：结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具。
24、专用夹具：针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。
四、问答题：
1、切削力三个分力的名称、代号与定义各是什么？
答:
1、Fc垂直于基面，与切削速度Vc方向一致，称为切削力。
2、Fp平行于基面，并与进给方向相垂直，称为背向力。
3、Ff平行于基面，并与进给方向平行，称为进给力。
2、简述切削用量的选用原则。
答：工件的加工要求，包括加工质量要求和生产效率要求；刀具材料的切削性能；机床性能，包括动力特性和运动特性；刀具寿命要求。
3、有中心支撑纵向进给外圆磨削加工的主运动和进给运动是什么（名称、代号）？
主运动：砂轮的旋转nc 进给运动：砂轮想工件做横向进给运动，fr;nw是圆周进给运动，工件纵向进给运动fa 工件旋转
4.写出MG1432A和CA6140机床代号的含义
M磨床，G高精度，1：组代号4：系代号32：组系数最大磨削直径320mm A：第一次重大改进
CA6140含义：C:车床类A：结构不同:1：落地及卧式车床组:40：最大车削直径400mm
5、加工孔要比加工外圆困难，主要体现在那几个方面？
答：
1、孔加工所用刀具的尺寸受被加工孔尺寸的限制，刚性差，容易产生弯曲变形和振动。
2、用定尺寸刀具加工孔时，孔加工的尺寸往往直接取决于道具的相应尺寸，刀具的制造误差和磨损将直接影响孔的加工精度。
3、加工孔时，切削区在工件内部，排屑及散热条件差，加工精度和表面质量都不容易控制。
6、什么是切削用量三要素（名称、代号及定义）？
答：
1、背吃刀量ap
2、进给量f
3、切削速度Vc
7、镗孔有几种加工方式?它们的主运动和进给运动各是什么？
答：1工件旋转、刀具作进给运动。2刀具旋转、工件作进给运动3刀具既旋转又进给 8.什么是电火花加工？简述其应用范围。
答：电火花加工是录用工具点击和工件电极间脉冲及电火花放点产生的高温去除工件上多余的材料，使工件获得预定的尺寸和表面粗超度要求，应用范围很广可以加工各种型孔，曲线孔、微小孔及各种曲面孔腔，还可用于切割，刻字和表面强化。
9.符合正态分布的条件？
1.无变值性系统误差2.各随机误差之间是相互独立的3.在随机误差中没有是起主导作用的误差因素
10.精基准的选择原则？
1.基准重合原则2.统一基准原则3.互为基准原则4.自为基准原则
11.粗基准的选择原则？
1.保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则2.合理分配加工余量的原则 3.便于装夹的原则 4.在同一尺寸方向上粗基准一般不得重复使用的原则 12.机械加工先后顺序的安排？
1.先加工定位基面，再加工其他表面2.先加工主要表面，后加工次要表面 3.先安排粗加工工序，后安排精加工工序4.先加工平面，后加工孔 13.何谓机械加工工艺过程卡片？其作用？
含义：此卡片工序为单元简要说明工件的加工工艺线路，包括工序号，工序名称，工序内容，所经车间工段，所用机床与工艺装备的名称，时间定额等。
作用：主要用来表示工件的加工流向，供安排生产计划，组织生产调度用
14.何谓机械加工工艺过程卡片？其用途？
含义：是在机械加工工艺过程卡片的基础上分别为每一工序编制的一种工艺文件，它指导操作工人完成某一工序的加工
用途：主要用于大批量生产，成批生产中加工一些比较重要的零件时，有时也编制机械加工工序卡片.15.机床夹具的作用？
答：
1、减少加工误差，提高加工精度，2、提高生产效率，3、减轻劳动强度，4、扩大机床的工艺范围 16.夹紧力作用点的选择原则？
答：
1、夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的专录面内
2、夹紧力的作用点应位于工件刚性转好的部位
3、夹紧力作用点应尽量靠近加工表面 17.夹紧力作用方向的选择原则？
答：
1、夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面
2、与工件刚度最大的方向一致，以减少工件的夹紧变形
3、与工件的切削力、重力等的作用方向一致
五、根据书中视图回答问题
1.习题1-10的c)、f）、g）。2.习题1-11的a）、c）、e）图所示工件的加工要求？各应限制那几个自由度？ 3.写出图2-5中车刀5个主要角度的名称与代号。
4.试画出刀具磨损的典型曲线图，并说明何时应该更换刀具.5.试说出书中图3-61所示系统的名称、特点及应用.6.试说出书中图3-62所示系统的名称、特点及应用。7.教材180页，图4-43的c)、d），试说出其误差分布规律及产生原因。8.教材207页，习题4-13 9.教材208页，习题4-16 10.教材276～277页，图5-
59、图5-61、图5-63中哪个结构合理？为什么？ 11.教材279～280页，图5-68、图5-70中哪个结构合理？为什么？ 12.教材281页，习题5-5的c）、d）。
13.教材295页，图6-11所示夹紧装置1-4各件的作用。14.教材319页，习题6-3.六、计算题
1.客车厂计划年产轨道客车1200辆，每辆车需要2个转向架，每个转向架上有4个缓冲杆座，由机加车间生产。要求备品率为2%，废品率为0.5%。试计算机加车间缓冲杆座的生产纲领是多少（取百位过剩近似值）？ 2.教材161页，例4-1，若要求工件装夹时与两定位销同侧靠近，试计算此工序的定位误差。3.教材184页，例4-4.4.教材205页，习题4-4 5.教材205页，习题4-5 6.教材206页，习题4-8的c）图 7.教材208页，习题4-19 8.教材209页，习题4-25 9.教材209页，习题4-26 10.教材232页，例5-2
一、课程设计质量的提高办法
《机械设计基础》课程设计通常选择一般用途的机械传动装置或者简单机械作为设计内容。目前采用较广的是将以齿轮减速器或蜗杆减速器为主体的机械传动装置作为设计课题。因为减速器能够较全面地反映本课程所学的内容, 主要包括电机、带传动、齿轮传动、轴、轴承、联轴器、螺栓、键、销、润滑、密封、减速器附件及箱体等, 偏重零件方面的设计。课程设计的工作量为减速器总装配图 (0#图纸) 1张, 齿轮和轴类零件工作图 (3#图纸) 各一张, 设计计算说明书一份 (16k纸25页左右) 。内容较多而且设计过程比较复杂, 需要把设计出的参数变为具体的结构, 要求学生在两周内完成确实有一定的难度。那么, 如何帮助学生顺利完成课程设计, 如何提高课程设计的质量呢?本文结合多年的教学经验进行简单介绍。
1. 要求学生重视课程设计。
学生往往认为课程设计是一门考查课, 比开卷考试还容易应付, 无非就是把课程的内容按照一定的顺序抄写一遍, 因而敷衍了事, 把更多的精力都用在了复习其他课程上, 对课程设计缺乏积极性和主动性。部分学生还以查阅资料为幌子逃课、迟到、早退等, 甚至同学之间相互抄袭, 瞎编乱造, 忽略了知识体系的系统性和完整性, 结果当然是课程设计质量不令人满意, 故而必须要求学生从思想上重视课程设计。
2. 要求教师严格管理课程设计过程。
教师对课程设计的管理不够严格, 不关心学生的出勤率以及迟到早退现象, 或者把考勤任务直接交给班干部, 而班干部又碍于班级同学的情面, 不向指导老师如实汇报出勤率, 这就给部分同学提供了钻空子的机会。课程设计占用两周时间, 教师应该严格卡住时间点, 比如:第1周, 完成执行机构运动简图的绘制, 完成减速器箱体、润滑以及附件的设计, 完成总装图的手绘图, 并及时进行检查, 及时改正存在的错误, 防止学生走弯路;第2周, 绘制零件图, 完成设计计算说明书, 要求学生按时完成给定的任务, 提高他们的独立工作能力, 加深对理论知识的理解掌握, 防止个别同学平时不努力做, 专搞最后突击、抄袭。两周的课程设计结束, 要组织学生进行答辩, 对于那些回答问题模糊不清, 说话支支吾吾、语无伦次, 图纸上漏洞百出的同学要严厉批评, 要求其认真整改, 问题严重的同学要重新进行课程设计。
3. 要求学生自己动手拆装减速器。
减速器在现代机械中应用非常广泛, 但是大部分学生从来都没有接触过, 对其详细结构当然也缺乏感性认识。只有通过实物装拆, 才能使学生对减速器的结构有更加直观的认识, 才能进一步分析减速器中力和运动的传递途径。装拆的重点是轴系零部件的结构及装配关系, 使学生能够在设计中结合实际, 选择合适的结构和尺寸, 条件允许的话, 还可以组织学生去减速器生产厂家参观或者观看陈列室。此外, 对于箱体的设计也非常重要, 箱体结构复杂, 其各个尺寸, 如箱体壁厚、箱座凸缘厚、箱体深度、轴承端盖外径、凸台高度、外箱壁至轴承座端面的距离等, 单凭想象或查资料很难设计, 有了实物才容易理解, 方便学生绘制总装图和零件图。
4. 要求学生重视传动方案的选择。
传动装置用于将原动机的运动和动力传给工作机构, 并协调二者的转速和转矩, 以满足工作机对运动和动力的要求。传动方案的拟定主要包括传动装置的选择、总传动比的确定、各级传动比的分配、传动装置的运动和动力参数的计算等。传动方案拟定是机器总体设计的主要组成部分, 方案设计的优劣对机器的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸等均有一定程度的影响, 因此确定一个较优的传动方案至关重要, 需要对各种方案进行仔细分析比较, 还要考虑工作环境、载荷平稳性、生产条件等多个方面。当采用几种传动形式组成的多级传动时, 需要考虑各级传动机构的布置顺序, 各级机构所适应的速度范围等, 还需要考虑各种传动形式的优点和缺点, 如:带传动工作平稳, 具有缓冲吸振、过载保护等优点, 适宜放在高速级, 但是它的承载能力较低, 结构尺寸比较大;链传动因多边形效应而存在运动不均匀、有一定的冲击振动, 适宜放在低速级;斜齿轮传动的平稳性比直齿轮好, 承载能力也较强, 适宜放在高速级, 但是在传动中会有附加轴向力产生;锥齿轮加工比较困难, 一般放在高速级, 并限制其传动比大小, 以减小其直径和模数;蜗杆传动的传动比大, 传动平稳, 但是效率低, 适宜放在高速级, 以减小传递的转矩, 获得较小的结构尺寸从而提高效率。
5. 重点检查图纸中存在的问题。
课程设计的两周结束后, 要求学生把设计结果以图纸和说明书的方式上交, 并在答辩时正确完整地回答老师提出的问题。这样一来, 学生就需要完全清楚整个设计过程, 并在图纸上正确表达出来, 在说明书中提供有关参数的合理选择。关于画图部分, 用到了机械制图课程中所学的知识, 如主视图、俯视图、左视图, “长对正、高平齐、宽相等”, 尺寸标注、公差配合、表面粗糙度等内容, 学生必须严格按照制图的有关标准去执行。此外还应注意一些容易出错儿的细节问题, 如两个齿轮啮合处、螺纹联接处、滚动轴承处、油标及油塞的位置、轴承端盖上螺钉的位置、三个视图的投影关系等。还需提醒学生注意, 总装图中的尺寸标注主要包括特性尺寸、配合尺寸、安装尺寸和外形尺寸, 其他的尺寸都标在零件图上;轴承与孔的配合, 只标轴的配合性质;齿轮与孔的配合, 标轴和孔的配合性质;零件序号的编写、明细表、标题栏的填写一定要遵守国标规定;图中的数字、字母、汉字、符号等也要按照要求书写。
6. 重视答辩与成绩评定。
答辩是课程设计的最后一个环节, 是对学生工作成果的一次全面检查, 通过提问题的方式引发学生思考, 帮助他们提高对机械设计过程的理解和认识水平, 因此务必组织学生进行答辩。在答辩过程中, 可以发现学生设计中存在的问题, 要求学生进行改正, 提高设计质量。成绩评定要采用以答辩为主, 参照平时表现 (包括出勤情况、学习态度、钻研精神、遵守纪律情况等) , 设计计算说明书及图纸质量综合评定的方法。
《机械设计基础》课程设计是教学实践环节中很重要的一环, 是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段, 只有这些工作都做好了, 才能保证课程设计的教学效果。
摘要：《机械设计基础》课程设计是近机类专业课程体系中的重要实践环节之一, 提高课程设计的教学质量对培养学生分析和解决工程设计问题的能力起着十分重要的作用。本文根据多年的工作经验, 给出了几种提高课程设计质量的办法。
关键词：机械设计基础,课程设计,减速器
参考文献
[1]朱龙英.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社, 2009, 1.
一、课程设计的选题
高级技工班和五年制大专班学生学习机械设计基础的时间相对短、内容少,而且本课程是《机械制图》《金属材料》和《工程力学》的后续课程,其中糅合了机械类专业课程中的机械原理、机械零件和机械设计几个部分的内容,所以学时较短,理论深度也不够。因此根据课程特点、学生情况及设计课时数少(两周)的情况,在选题时应该遵循以下几条原则:
1.课程设计选题要和课程紧密衔接,以训练学生对理论知识的综合运用能力
课程设计的覆盖面宜宽而广,不宜窄而深。同时要注意由于“机械设计基础”是一门专业基础课,故题目的内容应尽量避免涉及学生没学过的内容,以免学生在其他方面消耗过多的时间,而影响了对课程设计主要内容的学习。
2.题目内容要新颖实用,以激发学生兴趣
课程设计的时间短,又恰好赶在期末考试之前,枯燥无味的题目往往不能激发学生的积极性,因此要注意选择实用性较强的题目,让学生感到学有所用,充分认识到该课程的重要性。中高职班的学生往往要经过几周的机械加工操作训练,在训练过程中,他们对设备使用熟练,但是对原理却并不了解,所以很愿意学习以摸清其中的奥秘。
3.题目难度要适中,避免过易或过难
根据教学大纲的要求,课程设计时间为两周,因此所选择的题目必须保证在10天左右能够完成。如果过于简单,则题目综合性不够、范围过窄,无法达到综合训练的目的;如果过难,则会挫伤学生的学习积极性,可能会过分依赖教师,加重教师负担,同时也会使教师陷在某一问题的时间过多不利于对更多学生的答疑解惑。
根据上述选题原则,我们开设并逐步完善了两个课题:①一般用途的单级齿轮减速器;②一般用途的外啮合双齿轮泵。这两个课题既体现了上述选题原则,又具有各自的特点。题目①包含了本课程中传动比的分配,轴的结构设计和强度设计、齿轮的设计和强度校核、轴承的寿命计算和各种标准件的选择,所应用的知识不超过本课程范围,而且在今后生产实践中也非常有用;题目②中也包含了轴的选材、轴的工作能力的设计、齿轮的设计、泵体的结构设计,尤其注重密封的设计等内容,这些知识点依然在我们所学的范围之内,但侧重点有所不同。当然由于课题的规模较大,与平时学生所做的设计作业不同,所有的细节完全由学生设计是有难度的,因此将参考的箱体结构提供给学生,并对学生提出读图要求,让学生在读图过程中了解各个结构的用途,提高设计能力。
二、课程设计的实施
1.课程设计的总体介绍
学生初次接触课程设计,常常对任务毫无头绪而无从下手,浪费了不少时间。因此在课程结束后、课程设计前,都要对课程设计进行总体介绍。给学生讲清什么是课程设计,为何要搞课程设计,怎样进行课程设计以及常用设计方法等。对学生我们提倡“少问多思”,要求理论概念清晰,所用依据可靠正确,符合实际工作要求。强调在设计过程中温故知新,还要培养团队精神。为了能准确反映课程设计成果,锻炼学生撰写科研报告的能力,要严格规定课程设计内容:一级齿轮减速器或齿轮泵的装配图一张(1号图样);零件工作图1～2张(轴类或齿轮工作图,用2号或3号图样);计算说明书1份(10～12页左右)。使学生明确怎样做,有效避免拿到设计题目无从下手而浪费时间的情况。
2.时间安排
将机械设计基础课程设计时间定为两周,除去周末,有十个工作日的时间。时间具体安排见表1。
整个课程设计大致分为五个阶段:
(1)第一阶段为准备阶段,要求学生准备好相关的资料和工具,对任务书进行认真的研究和分析,仔细观察各种减速器和齿轮泵的结构和型式,比较优缺点,以便选择一种最适当的结构和型式,拟订设计步骤和进度。
(2)第二阶段即初步设计计算阶段,是学生最感困难的阶段,所以老师的指导作用就非常重要,按具体的设计要求引导学生进入设计状态是顺利进行课程设计的关键。在这个阶段,指导老师要多做示范,具体指导学生怎样查阅资料、如何选择电动机、分配传动比,计算各种初始数据和绘制整机布置简图。这个阶段的特点是教师多讲、学生多听。
(3)装配图设计阶段,这个阶段是考验和锻炼制图基本技能的阶段。首先考虑图面布置,使视图和各种技术数据在图面中不过于拥挤,也不过于稀疏。然后就可以就要绘制整机的装配图了,在完成三个视图的过程中进行轴系零部件的选择和结构设计。草图完成后,经校阅、修改并由指导老师审核后进行描深、加剖面线,最后标注尺寸和配合、列出技术条件、编写零件明细表和标题栏。这个阶段是对前阶段专业课程的温故知新阶段,也是整个课程设计的主体阶段。需要引导学生熟练地运用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范,并熟悉有关国家标准,培养机械设计的基本技能,这个阶段的工作完成可以说整个课程设计已经进行了大半。
(4)根据装配图和计算数据绘制零件工作图,这个阶段也可以说是上一个阶段的延续。
(5)整理并编写计算说明书。说明书大概需要10～12页,内容包括:封面;评定表;设计任务书;目录(标题、页次);传动方案的分析和拟定(附传动方案简图);电动机的选择;传动装置运动及动力参数计算;传动零件的设计计算;轴的设计计算;滚动轴承的选择和计算;润滑方式、润滑油牌号及密封方式的选择;箱体及附件的结构设计和选择;设计小结(简要说明对毕业设计的体会、设计的优缺点及改进意见等)以及参考资料(资料编号、作者、书名、出版单位、出版年月)。
三、课程设计的考核
机械设计基础课程设计是一门综合性很强的课程,为了全面评估学生的能力,重点从以下几个方面进行考核:
一是装配图中零件结构是否符合要求、尺寸和标准是否正确、视图布局是否合理、图面是否整洁等等,占总分的40%;
二是为防止抄袭现象,在审核过程中老师要准备10个问题,让学生当场予以解答,以考核其运用知识的能力,占总分的30%;
三是设计结束后要写出课程设计说明书,作为整个课程设计评分的书面依据和存档材料。主要考核课程设计说明书的内容:传动比分配是否合理、主要零部件的设计计算是否符合要求、标准件的选择是否正确、书写和装订格式是否规范等,占总分的20%。
四是日常考勤占10%。
五是考核等级分为:优秀(90分以上)、良好(80分以上)、中等(70分以上)、及格(60分以上)和不及格(60分以下)。
四、课程设计的效果分析
根据这几年来的实际操作,对课程设计过程的效果分析如下:
1.考核成绩统计(见表2)
2.考核情况剖析
(1)合格率为94%,说明绝大部分学生对于先前所学的相关课程进行了良好实践,完整了相关知识体系,能够达到课程设计的基本要求。
(2)优秀率近15%,这和机械设计基础的考试成绩优秀率8%左右相比,有了一定程度的提高。说明在课程设计过程中,又有一部分学生理解和把握了机械设计课程的相关内容和知识点。
(3)不合格率为6%,在巡回指导和最后考核过程中发现,这部分学生的问题主要在于态度不够端正,前阶段课程的基础很不扎实,制图基本功薄弱,知识点没有能够真正掌握和领会。
3.主要问题
(1)由于学生缺少实际生产经验,在课程设计指导书上给出了设计要求,指导老师也针对性的进行讲解,学生就基本照搬老师的讲解,在传动比的分配和相关参数的选择上往往比较盲目,或基本遵循中庸原则,缺少灵活性。
(2)在装配图的设计中,指导老师也会给学生相关的参考图册,学生依照图册结构进行设计,缺乏创新,在课程设计说明书中也缺乏自己的见解。
(3)在传动零件的强度计算中,学生多是照本宣科,按步骤机械计算,对于公式的理解和公式中参数选择不能真正领会。
(4)在润滑和密封中,润滑方式的选择和密封件的选择在回答问题过程中,说不出选择的具体理由,存在着盲目的现象。
(5)课程设计是分小组进行,同一个小组完成一组原始数据的设计,这使得有一小部分学生不主动思考完全依赖同组的其他同学。
在机械设计基础课程结束后,让学生完成以上的课程设计加深了所学知识、扩大了知识面,而且开阔了视野,加强了解决实际问题的能力。这是对理论知识和生产实际的补充和检验,能够培养学生综合运用机械设计课程和其它先修课程的有关理论和实际知识的能力,将之前所学过的知识进行系统整合和运用,完整了知识体系,使这些知识得到巩固、加强和发展,并将理论知识加以实际运用,使学生在思考问题、提出设想、解决问题方面得到了综合训练,初步培养了学生的设计能力和独立工作能力,为以后步入工作岗位打下良好的基础。但是在课程设计实践中出现的诸多问题也不能忽视,因此,在实践过程中还需不断进行探索和创新,使课程设计在培养技工院校学生的理论水平和设计能力上发挥其应有的作用和意义。
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