《机械设计基础A》课程学习指南
2014—2015学年第一学期成型、材料及热动12级本科学生使用
任课教师：王秀叶 王旭 任秀华
说明：为配合学生《机械设计基础A》课程的学习，使学生积极主动、有的放矢地进行学习，在学习指南中对本课程基本情况、性质、任务、教材和多媒体课件的处理、学习参考书、考核要求及各章基本要求、重点、难点等均做了较详细地说明。同时，对每一章节还配备了若干有代表性的自测练习题，便于学生自己检查对其基本内容的掌握程度，及时发现学习中存在的问题。
一、 课程基本情况、性质、研究对象和任务
总学时：64学时，课堂教学60学时，实验4学时。
先修课：工程力学、金属工艺学、互换性与测量技术基础、机械制图等
《机械设计基础A》是近机类专业必修的一门专业技术基础课，它在整个教学流程中起着承上启下、举足轻重的作用。本课程主要研究组成机械的一些常用机构、机械传动装置、通用零、部件等的工作原理，结构特点及基本的设计理论和方法。
主要任务：
1)通过本课程的学习，使学生能够认识机械、了解机械，并掌握分析机械、设计机械的基本方法。
2)通过本课程的学习，使学生掌握机构分析与设计的基本理论和基本方法、并初步具有分析和设计零、部件的能力；强调能比较、能选择、能设计的基本能力的培养，为学习后续的专业课程和新的技术学科建立基础。
二、教材处理及多媒体课件说明
教材处理：
选用机械工业出版社出版的普通高等教育“十一五”国家级规划教材、新世纪高校机械工程规划教材、朱东华等主编的《机械设计基础》。本教材系统、完整、新颖和适用。但由于教材内容多，而计划学时有限，所以教学任务非常繁重。对此，应该在满足教学基本要求的基础上，做到抓住重点、难点，放手简单、次要的内容（在老师指导下让学生自学），淡化理论演绎、简化公式推导，使学生掌握其共性规律和基本方法。真正做到将问题由“繁”变“简”，将课本由“厚”变“薄”。
多媒体课件：
根据本课程的特点，机械设计基础适合用多媒体教学。该课件综合了图、文、声、像、二维图形、三维动画等多种媒体手段，经科学、合理的重组、整合、加工，构筑了一种虚拟实际场景的教学氛围。对学生开阔视野、扩展思路、增强工程实践意识以及提高分析问题、解决问题的能力和创造能力都具有非常重要的作用。但是，应该提醒的是，学生在利用多媒体课件进行学习时，不能将注意力只集中在丰富多彩的课件画面上，而忽视对课程内容的关注和理解；课堂学习中，由于信息量较大，课堂进度较快，应注意对重要内容作记录，并在课下及时复习和总结。 三、 学习参考用书
可选用高等学校机械设计系列教材： 《机械设计基础》（杨可桢 程光蕴主编）； 《机械原理》（孙桓主编）， 《机械设计》（濮良贵主编）， 《机械设计基础学习指导书》（程光蕴主编） 四、 关于考试的说明
《机械设计基础》课程的考核成绩由以下几部分构成：
● 课外作业和平时表现(未完成作业者不得参加期末考试) 20 %
● 实验(未完成规定实验者不得参加期末考试) 10 % ● 期末考试 70 %
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五、 各章基本要求、重点难点及自测练习题
1 绪论
（一）基本要求
1．掌握有关机械、机器、机构、构件及零件等名词概念；
2．了解机械设计基础研究的对象和内容及本课程的性质、任务及相应的学习特点。 （二）重点与难点
本章重点是掌握机器和机构的含义和特征、构件及零件等名词概念 （三）自测练习题 1．填空题
1）零件是机器中的 单元体；构件是机构中的 单元体。 2）内燃机中的连杆属于 。
A．零件 B.机构 C.构件 3）机器与机构的主要区别是： 。
A.机器较机构运动复杂 B.机器能完成有用的机械功或转换能量C.机器能变换运动形式。 4）一种相同的机构 机器。
A． 只能组成相同的 B.可以组成不同的 C.只能组成一种 2．简答题 1）《机械设计基础》课程研究的对象与内容是什么?
2）什么是机械、机器、机构、构件、零件?各举一例说明。
2平面机构
（一）基本要求
1.掌握平面机构运动简图的绘制方法。搞清运动副、约束、自由度等基本概念，看懂并能绘制机构的运动简图；
2．掌握平面机构自由度计算。能对复合铰链、局部自由度及虚约束进行正确识别及处理，对机构的运动是否确定会做出相应的判断；
3. 了解平面四杆机构的基本形式及演化方法。熟悉铰链四杆机构的三种基本形式及其演化中的曲柄滑块机构、摆动导杆机构的结构特点及运动特点；
4.掌握平面四杆机构特性分析方法。 对曲柄存在条件、急回特性、行程速比系数、传动角或压力角、死点有明确的概念；
5.掌握设计平面四杆机构的基本方法。能够按照给定行程速比系数、两连架杆位置运用图解法完成四杆机构各构件基本尺寸的确定。
（二）重点与难点
本章的重点是机构运动简图的绘制；平面机构自由度计算； 铰链四杆机构基本形式的判断；四杆机构中急回特性分析及平面四杆机构的设计。
其中机构运动简图的绘制即是重点又是难点；而机构自由度计算中虚约束的处理是难点但不是重点；平面四杆机构最小传动角的分析是难点。 （三）自测练习题 1． 填空题
1）两构件通过点或线接触而构成的运动副为 ；它引入 个约束。两构件通过面接触而
构成的运动副为 ，它引入 个约束。 2）机构中只有一个 。
A .原动件 B.从动件 C .机架
3）当曲柄摇杆机构处于死点位置时，原动件应是 ，此时，机构的压力角为 。 4）在曲柄摇杆机构中，若把摇杆变换为机架，则机构演变成 机构。 5）一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成 机构。
6）在四杆机构中，能实现急回运动的机构有 、 、 。 7）摆动导杆机构，当以曲柄为原动件时，传动角总是 。
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A．等于0o B．等于9 0o C． 大于0o而小于9 0o
8）曲柄滑块机构中，若增大曲柄长度，则滑块行程将 。
A．增大 B．不变 C．减小
9）铰链四杆机构ABCD各杆长度分别为 lA B= 40mm lBc = 90mm，lcD= 55mm，lAD = 100mm， 取AB杆为机架，则该机构为 。
A．双摇杆机构 B．双曲柄机构 C．曲柄摇杆机构 10）杆长不等的铰链四杆机构，若以最短杆为连杆，应是
A．曲柄摇杆机构 B．双曲柄机构 C．双摇杆机构 D．双曲柄机构或双摇杆机构 11）下列生产设备均用了曲柄摇杆机构，其中以摇杆为主动件的是
A．缝纫机踏板机构 B.剪刀机 C.碎石机 D.搅拌机 12）铰链四杆机构中的运动副属于
A．高副 B螺旋副 C、转动副词 D.移动副 13）内燃机中的曲柄滑块机构，作主动件的是
A．曲柄 B．滑块 C．导杆 D．连杆
14）以下关于机构急回特性的论述正确的是
A．行程速比系数越小，急回特性越显著 B．极位夹角为0°时，机构具有急回特性 C．急回特性只有曲柄摇杆机构具有
D．急回特性可用来缩短空回行程的时间，提高生产率 2．计算分析题
2.1下面所示两图分别为一机构的初拟设计方案。试：计算图示各机构的自由度，如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。分析其设计是否合理，如此初拟方案不合理，请用简图表示其修改方案，并对其合理性进行验证。
(a) (b)
2.2计算图示机构的自由度并判断机构是否具有确定的相对运动 (机构中若存在复合铰链、局部自由度、虚约束应明确指出)
(a) (b)
2．3试设计一铰链四杆机构来实现飞机起落架的运动。要求：（1）飞机起飞时，起落架收起，机构的连杆处于图示B1C1 位置；（2）飞机降落时，起落架要安全可靠支承（利用死点），机构连杆处于图示B2C2 位置，且支承轮子的构件C2D 处于铅垂位置。已知连杆BC 长度为300mm。 1．求该四杆机构中两连架杆AB、 CD的长度及机架AD的长度。（可由作图法量取） 2．按比例作出飞机起飞和降落时机构的两个位置图；
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3．判断该铰链四杆机构的类型名称。
B1 50° B2 C1 100 mm 45° C2 2.4图示一曲柄摇杆机构，已知机架长度?AD=70mm，摇杆长度?CD=55mm，摇杆左极限位置C1D与 机架AD之间的夹角为45°，若行程速比系数K=1.4，试用图解法确定：（10分） 1． 摇杆的右极限位置C2D。 2．曲柄长度?AB和连杆长度?BC 3．最小传动角?min
3凸轮机构
（一）基本要求
1．了解凸轮机构的分类及应用；
2．掌握推杆几种常用运动规律的特点和适用场合； 3．掌握用反转原理设计凸轮廓曲线的方法。 （二）重点与难点
本章的重点是推杆几种常用运动规律的特点及适用场合；盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；凸轮机构压力角及运动失真的主要影响因素。
本章的难点是在凸轮轮廓设计及分析中“反转法”原理的理解和运用。 （三）自测练习题 1．填空题
1）在凸轮机构推杆常用的运动规律中， 运动规律会使机构产生刚性冲击，而 运动规律会使机构产生柔性冲击。
2）右图所示几种凸轮机构中， 的润滑条件和传力性能最好。 A、a图 B、b图 C、c图
3）尖顶从动件凸轮机构中，基圆的大小会影响 。 A．从动件位移 B．从动件加速度 C．机构的压力角
4）与其它机构相比，凸轮机构的最大优点是 。 A．便于润滑 B．制造方便 C．可实现各种预期的运动规律
5）为避免从动件运动失真，滚子从动件凸轮的理论轮廓不能 。
A．内凹 B．有尖点 C．变平
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6）若凸轮机构出现运动失真，可采取 的措施。
A．增大滚子半径 B．增大基圆半径 C、减小基圆半径
7）设计滚子直动从动杆盘形凸轮机构时，若压力角超过许用值，则应 。
A 、增大滚子半径 B、增大基圆半径 C 、减小基圆半径 8）用反转法设计凸轮廓线时, 相对静止不动。
A.机架 B.从动杆 C.凸轮
9）与凸轮接触面较大，易于形成油膜，所以润滑较好，磨损较小的是
A．尖顶从动杆 B． 平底从动杆 C．滚子从动杆 10）凸轮机构中从动件的运动规律取决于
A.从动件端部结构形式 B. 凸轮的大小 C. 凸轮轮廓曲线 11） 平底从动件凸轮机构的适应场合是
A．传力较小 B. 转速较高 C. 转速较小 12）在传力不大的低速凸轮机构中，一般可采用的从动件是
A. 滚子 B. 尖顶 C. 平底
13）、凸轮机构中，从动件做等加速等减速运动时将产生怎样的冲击
A. 刚性冲击 B. 柔性冲击 C. 无冲击 2．问答题：
图所示为一凸轮机构，看懂该传动，回答下列问题 （1）该凸轮机构应用了何种类型的凸轮？
（2）该种类型凸轮机构能使横刀架实现怎样的运动？ （3）从运动方面考虑该凸轮为平面凸轮还是空间凸轮？ （4）该种类型凸轮机构主要应用于何种场合？ （5）从动件的运动规律决定的因素是什么？
3．作图分析题 3.1
图示为一偏心圆盘构成的凸轮机构，已知O为偏心圆的中心，偏心距e = 15 mm,圆盘直径d = 60 mm 。要求：
①用作图法标出从动件2的行程h 和推程运动角?0。 ②用作图法标出凸轮转过90? 时从动件2的位移S90、压力角?90。
O ③若改为偏置式凸轮机构，从减小推程压力角的角度考虑，从动件应偏向哪一侧？ 用作图法标出凸轮机构从图示位置转过45°时的压力角及从动件的位移。 3.2
3．2下图为实际轮廓曲线相同而从动杆末端形式不同的三个凸轮机构。
1）画出图示三个凸轮的基圆r0
2)标出图示三个凸轮机构图示位置时的压力角α及位移S、凸轮逆时针转过90o后的压力角α
3）试比较分析三种从动杆末端形式各自的主要特点及应用场合。
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