机械设计基础课程形成性考核作业及答案

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.钱链约束力D.活动较链反力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。F AYA4.如图所示吊杆中 A、B、C均为钱链连接，已知主动力F=40k

2、N,AB =BC = 2m, =30 .求两吊杆的受力的大小列力平衡方程:Fx 0又因为AB=BCFA sin FC sinFaFcFy 02FA sin FFaFbF2sin40KN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3 .计算下列机构的自由度，并指出复合校链、局部自由度和虚约束。(2) n=5, Pl=7, Ph = 0(1) n=7, Pl=10, Ph = 0F

3、 3n 2 PL PH3 7 2 101c处为复合较链(3) n=7, Pl=10, Ph=0F 3n 2Pl Ph3 7 2 10F 3n 2Pl Ph3 5 2 71(4)n = 7, Pl=9, Ph= 1F 3n 2Pl Ph3 7 2 9 1E、E'有一处为虚约束F为局部自由度C处为复合较链第3章平面连杆机构1 .对于钱链四杆机构，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较链四杆机构的类型。a)t>)cJdja）双曲柄机构b）曲柄摇杆机构c）双摇杆机构d）双摇杆

4、机构3 .在图示较链四杆机构中，已知，lBc=150mm , lcD=120mm, lAD=100mm, AD为机架；若想得到双曲柄机构，求1AB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 AB > BC = 150mm若BC为最长杆，由杆长条件得：1 AD 1 BC 1 ABlCD1 AB 1 AD 1 BC1CD 130mm因此1AB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。第4章凸轮机构2.凸轮机构从动件的形式有1.凸轮主要由凸轮尖顶从动件，滚子从动件和平底从动件。推杆和 机架 三个基本构件组成。3.按凸轮的形状可分

5、为盘形凸轮、圆柱凸轮和 曲面凸轮。4.已知图示凸轮机构的偏心圆盘的半径R= 25mm,凸轮轴心到圆盘中心的距离 L=15mm ,滚子半径rT=5mm。试求:(1)凸轮的基圆半径Rolh (1) R0R LrT 25 15 5 15mm(2)(4)S J(R .)2L2 (R L) rT 10.98mm(2)画出图示机构的压力角(3)推杆的最大行程H = H L R rT R025 15 5 15 30mm(4)图示位置从动件的位移 S=S(RrT)2L2 (R L) rT 10.98mm犯,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。2 .螺纹的

6、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。因止匕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Nmax,二0四炉酬_1 10kN j J.P K 

7、4;3.画出图示圆轴的扭矩图，已知MA=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M maxr=iokNM=5kN*TTA(a)(1)解：求支反力M A 04RB M 2F 0MB 04RA M 2F 0RA 6.25 kN Rb3.75kN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：0Ra 6.25 kNRa 6.25 kNRb3.75 kNRb3.75 kN0画出剪力图，如下图:在A点左截面，Q 在A点右截面，Q在C点左截面，Q 在C点右截面，Q 在B

8、点左截面，Q 在B点右截面，Q同理我们根据几何关系求处几处弯矩值：在A点，M 0MC右 RA 2 M 7.5KNMg RA 2 12.5KN在d点，M 0 画出弯矩图，如下图:最大 Qmax 6.25KNM max 12.5 KN M(b)解：此题解法和上个题步骤基本相同我们也可以用另外一种方法解题，下面我们用另外一种解法进行求解:求支反力M A 04RB 2q 2 0MB 04RA 2q 2 0RA 10 kNRB10 kN由 Y 0得知支反力计算无误。由于各段受力情况不同可以分段求解Ac段Q RA 10KNM RAx 10xCD段：Q RA q(x 1) 20 10xMRAx q(x 1)

9、2/2 10x 5(x 1)2DB段：Q RA 2q 10KNMRAx 2q(x 2)10x 40根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如下M max 15KN M最大 Qmax 10KN(c)解：求支反力Ma 0Rb l2qaMbRa l2qaql 1 -l2 4Ra8ql2qalRb3ql2qal0得知支反力计算无误。根据几何关系我们知道剪力图 AC为一水平直线,CB为一条斜线，我们求出关键的点就可以画出线图。在A点稍左,在A点稍右,Ra8ql2qal在B点稍左,Ra38ql2qal在B点稍右,根据上面数值可做剪力图。根据几何关系，AC段没有载荷作用，弯矩图为一条斜直线；在C点有集中力偶，弯矩

10、图有突变,CB段有均布载荷作用，弯矩图是一条抛物线。为了做弯矩图，只需求出梁在下面各截面处的弯矩值:在点A,在C点左截面Ra1. 2ql 162qa2在C点右截面Ra21. 2qa -ql162qa_2在点B,此外由剪力图知道，在 CB段内有一截面的剪力为零，这个截面的弯矩是梁CB段内弯矩的极值。即该点的剪力 Qd = 0,令点D的坐标为x,即:Qd Ra q(x l/2) 0 得x 518此点的弯矩值为:RAx qa2q(x 1/2)29/3ql-qa1288qa4 212根据上面数值可做剪力图弯矩图如下:取大Qmax-23 qa-ql - kn8 lM max128ql23 2Sqa4 q

11、a 2l2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，依次为弹性阶段，屈服阶段，强化阶段缩径断裂阶段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）画出轴力图；（2）求各段正应力；（3）求总变形量CA-5cm-14UkN50kN解：（1）（2） AB 段50 103BC段 2（3） AB 段:liAi90BC 段 l2FN 2l 2ea25 102100MPa10310 10290MPaFN1l 1EA19050

12、103 10003 0.5mm （缩短）200 103 500103 1000200 103 10000.45mm （伸长）l 11 l20.5 0.450.05mm （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b解：求支反力。RaRbRa5KNRb5KNM max5KNmax5KN mbh21066 5 1062b (2b)234b6 5 1066 5 1064 16036mm截面宽 b = 36mm高 h = 2b= 72mm5 .如图所示的圆形横截面的梁，承受载荷F=10kN, M = 20kN - m,梁长a= 2m,材料的许用应

13、力b160MPa,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。MC解：（1）求约束力MbMaRb 4 F 2 M 0Ra 10KNRb0（2）画剪力图，弯矩图:(3)M max20 106703594MPa >所以此梁不安全。32机械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

14、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dai= 77.5mm,齿数zi = 29。现要求设计一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d2、齿顶圆直径da2、齿根圆直径df2、基圆直径db2)解：da1 (z1 2ha*)mm 2.5mma m(z1 z2) / 2z2 87mmd2 mz22.5 87 217.5mmda2 (z2 2ha*)m 222.5mmd f2

15、 (z2 2ha* 2c*) m 211.25mmdb d2 cos 204.38mm7.两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级 mn=3mm, 1 = 15° Z2= 51;低速级mn=5mm,Z3= 17试问：(1)低速级斜齿轮旋向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 1Ft3tg 2Ft2Ft32Tii d22Tii d32Tii .17tg2Tntg 1 CoS 11 Trtg 2 -二一d3mn2Z2tg 2 cos 2mn3Z3sin i

16、mn3Z3 sin 2mn2Z2°28.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 Pi = 4kW, ni = 720r/min, m=4mm, zi = 25, Z2=73, bi=84mm, b2=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 Flimi 190MPaFiim2 140MPaHiimi 555MPaHlim2 470MPa查表得：Sh 1.1Sf 1.4H 1H

17、lin 1SH5551.1504.5MPaH 2Hlin2SH4701.1427.3MPaF 1Flin1190135.7MPaF 2Flin 2140100MPaSf1.4Sf1.4计算转矩： 644T1 9.55 10645.3 104 N mm720由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得 K=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：a m(z1 z2)/2 196mm u z2 92z125H 355 ,l'KTl(u 1)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：YFS1Yfsi4.22Yfs

18、23.88YFS2F 1 z1F 2Z22KYfs1F11 2b2 m z117.2MPa <100 <135.7（安全）第9章蜗杆传动1 .为什么将蜗杆分度圆直径 di规定为蜗杆传动中的标准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i = z2/z"却不能以i = d2/d1来表示因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。并画出蜗杆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,和蜗轮受力的作用点和三个分力的方向。(a)(b)第10章作业题轮4的转向1.图示所示轮系，已知 Z

19、i=18、Z2=20、Z2'=25、Z3=25、Z3'=2、Z4=40,求该轮系的传动比，并判断蜗解：z2 z3z4ZlZ2'Z320 25 402218 25 22 .在图示轮系中，已知zl、z2、z2'、z3、Z4、解：i16Z2Z3Z4Z5Z6ZlZ2Z3Z4Z5转向：逆时针Z4'、Z5、Z5'、Z6。求传动比il6。3 .如图所示的轮系，已知乙15225, Z215, Z330215,Z43022（右旋）z5 60, z5 20, m 4mm,若 n1500r/min ,求齿条6线速度v的大小和方向。解:n5V6niZ2Z3Z4Z5n5n

20、iZlZ2'Z3'Z42.5r /mind5'n560 1000200mZ5,n55 0.0105m/s 10.5mm/s60 1000Z1 N34.图示行星轮系，已知Z1 = Z2 = 41, Z2 = Z3 = 39,试计算传动比iH1解：,h n nHZ2Z31521i 13n3 nHZ1Z2,1681由于轮3为固定轮（即n30）,i1Hn1一 h d Z2Z3d 39 391601 i131 = 1 nHZ1Z2'41 41 1681iH1 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

21、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 ni=1450r/min, fv=,包角 =150° ,预紧力 F0=360N。试问:1)该传动所能传递的最大有效拉力是多少2)若di=1

22、00mm,其传递的最大转矩为多少3)若传动的效率为，弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为多少“ef 1一解：(1)Fmax2F0 180.7Nef 1(2) TFd1180.7 10029035N.mmdm 一 八，(3)v7.6m/s60 1000P Fv 180.7 7.6 0.95 1.304kW第12章联接1 .普通平键的截面尺寸 bx八按_轴径选取，长度1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，出现的是