(国家开放大学)机械设计基础形成性考核习题与答案

1、机械设计基础课程形成性考核作业（一）第 1 章 静力分析基础1 取分离体画受力图时， _CEF_力的指向可以假定， _ABDG_ 力的指向不能假定。A光滑面约束力B柔体约束力C 铰链约束力D 活动铰链反力E固定端约束力F固定端约束力偶矩 G 正压力2 列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在 _B_的方向上，使投影方程简便；矩心应选在 _FG_ 点上，使力矩方程简便。 A与已知力垂直B与未知力垂直C与未知力平行D 任意E已知力作用点F未知力作用点G两未知力交点H 任意点3 画出图示各结构中 AB 构件的受力图。4 如图所示吊杆中 A、B、C 均为铰链连接，已知主动力 F40kN,AB BC2m

2、, 30 .求两吊杆的受力的大小。解：受力分析如下图列力平衡方程：Fx 0 又因为 AB=BCFA sinFC sinFAFCFy 02FA sin F40KNFFA FB2sin第 2 章 常用机构概述1 机构具有确定运动的条件是什么 ? 答：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动2 什么是运动副？什么是高副？什么是低副？ 答：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副 称为低副。2）n5，PL7，PH 0PL10，3 计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。1）n7，F 3n 2PL PHF 3n

3、 2PL PH3 7 2 10352711C 处为复合铰链3）n7，PL10 ，PH0（4）n7，PL9，PH1F 3n 2PL PHF3n2PLPH3 7 2 103729112E 、 E '有一处为虚约束 F 为局部自由度 C 处为复合铰链第 3 章 平面连杆机构1 对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取 _C_为机架，将得到双曲柄机构A最长杆B 与最短杆相邻的构件C最短杆D 与最短杆相对的构件2 根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。a）双曲柄机构b ）曲柄摇杆机构 c）双摇杆机构d ）双摇杆机构3 在图示铰链四杆机构中，已知， l BC =150mm ， lCD =12

4、0mm ，l AD =100mm ，AD 为机架；若想得到双曲柄机构，求 lAB 的 最小值。解：要得到双曲柄机构，因此 AD 杆必须为最短杆； 若 AB 为最长杆，则 ABBC 150mm 若 BC 为最长杆，由杆长条件得：ADBCABCDlAB lADl BClCD130mm因此 l AB的最小值为130mm4 画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。如下图：第 4 章 凸轮机构1 凸轮主要由 _凸轮_，_推杆_和_机架 _三个基本构件组成。2 凸轮机构从动件的形式有 _尖顶_从动件， _滚子_从动件和 _平底_从动件。3 按凸轮的形状可分为 _盘形_凸轮、_圆柱_凸轮和 _曲面

5、 _凸轮。4 已知图示凸轮机构的偏心圆盘的半径 R25mm ，凸轮轴心到圆盘中心的距离L=15mm ，滚子半径 r T=5mm试求：1 ）凸轮的基圆半径 RO？解：（1 ） R0 R L rT25 15 5 15mm2）（4） S（R rT） 22 ）画出图示机构的压力角3 ）推杆的最大行程 H ？ 3） H L R rT R04 ）图示位置从动件的位移 S= ？ S （R rT） 2 L2 （RL2 (R L) rT 10.98mm25 15 5 15 30mmL) rT 10.98mm第 5 章 其他常用机构1 常用的间歇运动机构有 _棘轮机构 _，_槽轮机构 _和_不完全齿机构 _等几种

6、。2 螺纹的旋向有 _左旋_和_右旋_，牙形有 _三角形 _，_矩形 _，_梯形_，和_锯齿形3 螺纹的导程 S与线数n及螺距 P之间的关系是什么？ 答：导程 S ：在同一螺纹线上相邻两螺纹牙之间距离。线数 n ：在同一圆柱面上制造螺纹线的数目。 螺距 p：相邻两螺纹牙平行侧面间的轴向距离。因此 S np机械设计基础课程形成性考核作业（二）第六章 构件内力分析1 什么是构件的强度？什么是构件的刚度？ 强度是构件抵抗破坏的能力，满足强度要求是指在外力作用下构件不发生破坏。刚度是构件抵抗变形的能力，满足刚度要求是指在外力作用下构件的弹性变形量不超过允许的限度2 画出图示各杆的轴力图，并计算最大轴力

7、 Nmax最大轴力 Nmax 40KN 最大轴力 N max 3P3 画出图示圆轴的扭矩图，已知 M A =5kN ·m ，MB=2kN ·m。4 画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大 Qmax和 Ma)( 1 )解：求支反力M A 04RB M 2F 0M B 0 4RA M 2F 0RA6.25kNRB 3.75 kN由 Y 0得知支反力计算无误。由几何关系我们得知求出几个重要点的剪力和弯矩值我们就可以画处图像。下面我们开始求在下列几处的剪力值：在A 点左截面，Q0在A 点右截面，QRA6.25 kN在 C 点左截面，QRA6.25 kN在 C 点右截面，QRB3.

8、75 kN在B 点左截面，QRB3.75 kN在B 点右截面，Q0画出剪力图，如下图同理我们根据几何关系求处几处弯矩值：在A 点， M C 左M12.5KNM C右RA 2 M7.5KNRA12.5KN Mb)第 7 章 构件的强度和刚度1 在作低碳钢的拉伸试验时，整个拉伸过程大致可分为四个阶段 裂阶段 _。,依次为 _弹性阶段 _，_屈服阶段 _， _强化阶段 _，_缩径断2 通常塑性材料的极限应力取 _屈服极限 _，脆性材料的极限应力取 _强度极限 _。3如图 7-35 所示变截面杆 AC，在 A、B 两处分别受到 50kN 和 140kN 的力的作用，材料 E 200GPa 。试求：（1

9、）画出轴 力图；（2 ）求各段正应力； （ 3）求总变形量。解：（1）BC 段2A15 10290 1032 90MPa10 10 2100MPa3）AB段：l1FN1l1EA150 103 1000 0.5mm（缩短）BC 段 l 2FN 2l 2EA2l 1 l 2200 103 500103 100030.45mm （伸长）200 103 1000900.5 0.45 0.05mm （缩短）4 一矩形截面梁，承受载荷F=10KN ，材料的许用应力 =160MPa ，试确定横截面尺寸。解：求支反力。RA5KNRARBRB2F102F105KNM5KN mmax2max2W bh 25KN

10、m6 5 1066 5 1062 b (2b)24b336mm6 5 1063 6 5 106b 334 4 160截面宽 b36mm高 h2b 72mm5 如图所示的圆形横截面的梁，承受载荷 F10kN ， M 20kN ·m，梁长 a2m ，材料的许用应力 160MPa ，试求： （1 ）梁 A、B 端的约束力；（2 ）画出剪力图和弯矩图；（3 ）若 d 70mm ，校核梁的强度。解：（ 1 ）求约束力M max3）20 1036 594MPa703M B 0RA4 F 2 M 0M A 0RB4 F 2 M 0RA 10KNRB02 ）画剪力图，弯矩图：32所以此梁不安全。机械

11、设计基础课程形成性考核作业（三）第 8 章 齿轮传动1 渐开线齿廓形状取决于 _C_直径大小。A节圆 B分度圆 C基圆D 齿顶圆2 对于标准直齿圆柱齿轮，决定齿廓形状的基本参数是_齿数 _， _压力角 _， _变位系数 _。3 标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的 _法面_模数和 _法面压力角 _都相等，齿轮的 _螺旋 _角相等、旋向 _相反。4 采用展成法加工正常齿齿轮时，不发生根切的最少齿数是 _17_5 一对齿轮啮合时，两齿轮的 _ C _始终相切。A分度圆B 基圆C节圆D齿根圆6 已知一标准渐开线直齿圆柱齿轮，其齿顶圆直径da1 77.5mm ，齿数 z129 。现要求设计一

12、个大齿轮与其相啮合，传动的安装中心距 a 145mm ，试计算这个大齿轮的主要尺寸。 （分度圆直径 d 2 、齿顶圆直径 da2 、齿根圆直径 d f2、基圆直径 db2 ） 解： da1 （z1 2ha*）mm 2.5mma m（z1 z2）/2z2 87mmd2 mz2 2.5 87 217.5mmda2 （z2 2ha*） m 222.5mmdf 2 （z2 2ha* 2c*）m 211.25mmdb d2 cos204.38mm7 两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级m n3mm ， 115 °Z251 ；低速级 m n5mm ，Z317 试问：（1 ）低速级斜齿轮旋向

13、如何选择才能使中间轴上两齿轮轴向力的方向相反?低速级斜齿轮旋向为左旋，才能使中间轴上两齿轮轴向力相反（2 ）低速级齿轮取多大螺旋角 2 才能使中间轴的轴向力相互抵消 ?Ft2tg 1 Ft3tg 2Ft2Ft32TIId22TIId32TIId2tgsin2TIId3II tg 2 sin 1 mn3Z3mn2Z2tg 1 cos 1mn2Z2tg 2 cos 2mn3Z38.27 °8 单级闭式直齿圆柱齿轮传动， 已知小齿轮材料为 45 钢，调质处理，大齿轮材料为 ZG45 ，正火处理，已知传递功率 Pl4kW ， n 1 720r/min ，m 4mm ，zl25 ，z2 73

14、，b1=84mm ，b 2=78mm ，双向运转，齿轮在轴上对称布置，中等冲击，电动机 驱动。试校核此齿轮传动的强度。解：小齿选用 45 号钢，轮调质处理，查表硬度 220HBS 大齿轮 ZG45 硬度 180HBC查表得 Flim1 190MPa F lim 2 140MPaH lim1 555MPa H lim 2470 MPaa m(z1 z2)/2 196mmz2uz173252.92查表得： SH1.1SF1.4H1Hlin 1555555 504.5MPaH2Hlin 2470427.3MPaSH1.1SH1.1F1Flin1190135.7MPa F 2Flin 2140100M

15、PaSF1.4SF1.4计算转矩：T1 9.5510645.3 104 N mm720由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得 K=1.2由于是闭式齿轮， 我们先较核齿面接触疲劳强度，我们按标准中心距进行较核： H 355 KT1(u 21)221.7MPa 427.3 (安全)Hub2a2下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：YFS1 4.22YFS2 3.88YFS1YFS2F 1z1F 2 z22KT1YFS1F112 FS1 17.2MPa <100 < 135.7 （安全） b2m2 z1第 9 章 蜗杆传动1 为什么将蜗杆分度圆直径 dl 规定为蜗杆传动中的标准

16、参数？ 为便于加工蜗轮刀具的标准化，一般将蜗杆的分度圆直径规定为标准值。2 为什么蜗杆的传动比 i 只能表达为 iz2/z 1 ，却不能以 id2/d 1 来表示？ 因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。3 图示的各蜗杆传动均以蜗杆为主动件。试标出图中未注明的蜗轮或蜗杆的转向及旋向，并画出蜗杆和蜗轮受力的作用点和三 个分力的方向。a)( b)a)b)第 10 章作业题1 图示所示轮系，已知 Z1=18 、Z 2 =20 、 Z2' =25 、解：iz2z3z4z1z2' z320 25 4018 25 22 在图示轮系中，已知 z1Z3=25 、Z3' =2、 Z4

17、=40 ，求该轮系的传动比，并判断蜗轮 4 的转向z2、 z2' 、z3 、z4、 z 4'、解： i16z2 z3z4z5 z6z1z2' z3z4' z53 如图所示的轮系，已知 z1 15,z2 25,z2 15,z3 30,z3 15, z4 30,z4 2 （右旋） z5 60,z5 20,m 4mm,若n1 500r / min ，求齿条6线速度 v的大小和方向。解：n1z2 z3 z4 z5n5 z1z2 ' z3 ' z4n5v61 2.5r /minid5'n5mz5' n55 5 5 5 0.0105m / s

18、 10.5mm / s 60 1000 60 1000i H1 。4 图示行星轮系，已知 Z1 = Z 2' = 41 ，Z2 = Z 3 = 39 ，试计算传动比解：H i13n1nHz2z315211681n3nHz1z2'由于轮 3 为固定轮（即 n30），i n1Hz2z33939160i1H1 i 1H311nHz1z2'41411681iH1 1/i1H 10.51机械设计基础课程形成性考核平时作业（四）第 11 章 带传动1 带传动产生弹性滑动和打滑的原因是什么 ?对传动各有什么影响 ? 由于带是弹性体，带紧边与松边拉力不同，由于带的弹性变形量的变化而引起

19、的带与带轮间的相对滑动。打滑是带传递的圆周 力大于带能传递的最大有效圆周力，引起的带在带轮上全面滑动的。弹性滑动将引起：（1 ）降低传动效率；（2 ）从动轮的圆周速度低于主动轮，造成传动比误差；（3 ）带的磨损；（4 ）发热使带温度升高。打滑造成带的磨损加剧，无法传递动力，致使传动失效。2 试分析增速带传动工作时，其最大应力在哪里 ? 带紧边刚绕出小带轮处3 V带传动n 1 =1450r/min ，fv=0.51 ，包角 150 °，预紧力 F 0=360N 。试问：1 ）该传动所能传递的最大有效拉力是多少 ?2 ）若 d1=100mm ，其传递的最大转矩为多少 ?3 ）若传动的效率

20、为 0.95 ，弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为多少 ?解：（1）Fmax 2F0 ee11 180.7Nef 1Fd1180.7 100（2）T9035N.mm22d1n1（3）v1 1 7.6m/s601000PFv180.7 7.6 0.95 1.304kW第 12 章联接1 普通平键的截面尺寸 b ×h按_轴径_选取，长度 L 按_轮毂的长度 _确定。2 花键联接的主要类型有 _矩形_花键、 _渐开线_花键和_三角形_花键。3 为什么多数螺纹联接工作前均要预紧？如何控制预紧力？螺纹联接的主要防松方法有哪些？ 预紧的目的是为了增加联接的刚性、紧密性和防松能力。用测力矩扳手和定力矩扳手机械防松 摩擦防松 其他防松第 13 章 轴1 按轴的受力分类，轴可以分为 _心轴_轴、_转轴_和_传动轴 _。2 请判断图示四个轴中，哪一个轴的结构有错误