(国家开放大学)机械设计基础形成性考核习题及答案

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 .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。解：受力分析如下图B列力平衡方程：' Fx =0又因为A

2、B=BCFA sin ： = FC sin :F A = Fc、Fy =02Fa sin : = FF.Fa 二Fb40KN2sin a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？什么是咼副？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。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。(4) n= 7 , Pl = 9, Ph = 1F =3n-2Pl -Ph =3 7-2 9-12 E'有一处为虚约束C

3、处为复合铰链F为局部自由度(1) n= 7,F =3n -2Pl - Ph=3 7-2 101c处为复合铰链(3) n= 7, Pl = 10, Ph = 0F =3n -2Pl -Ph=3 7-2 10=1F =3 n - 2Pl - Ph=3 5-2 7 -1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。3.在图示铰链四杆机构中，已知，lBc=150mm , lcD=120mm , lAD=100mm , AD为机架；若想

4、得到双曲柄机构,求Iab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：l：u'l": l n ll AD l BC - l AB l CDl ab 丄 l ad l bc - Icd = 130mm 因此I AB的最小值为130mm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一从动件，一滚子_从动件和一平底从动件。3. 按凸轮的形状可分为盘形_凸轮一圆柱_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

5、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Ro= ?解：(1)Ro = R - L & = 25 -15 5 =15mm(2)(4)S »(R rT)2 -L2 -(R-L) -rT =10.98mm(2) 画岀图示机构的压力角 :-(3) 推杆的最大行程H = ?(3) H 二 L R rT - % = 25 15 5 -15 二 30mm(4) 图示位置从动件的位移 S=?S(R rT)2 -L2 -(R- L) -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、 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2. 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4.画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大Qmax和M4.画出图示各梁

7、的剪力图和弯矩图，并计算最大Qmax和M:20kW210-2CMf4QKN40KN3.画出图示圆轴的扭矩图,已知mmmax °2.画出图示各杆的轴力图，并计算最大轴力N最大轴力Nmax二a-2P最大轴力N max - 3P4.画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大Qmax和M(1) 解：求支反力ZM A =0 4RB M -2F =0ZM B =0-4RA M 2F =0RA =6.25kNRB = 3.75kN由龙丫 =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，Q = 0在A点右截面，Q

8、 = RA = 6.25 kN在c点左截面，Q = RA = 6.25 kN在c点右截面，Q = Rb = 3.75 kN在b点左截面，Q = Rb - -3.75 kN在B点右截面，Q=0 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 =0MC左工 RA 2=12.5KNM C右二 RA 2 - M = 7.5KN= 12.5KN M<j=i0kN*in1山2mlm(b)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,一缩径断裂阶段_。2. 通常塑性材料的极限应力取_屈服极限_，脆性材料的极

9、限应力取一强度极限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。A=5cm-/40kNimImin5 1090 103=lOOMPaBC 段22 =90MPa10 102Fn1|1一50 103 1000 -0.5mm （缩短）BC段匚l 2 =F N2l2EA2EA200 103 50090 103 10007= 0.45mm （伸长）200 103 1000I = 口2 - -0.5 0.45 - -0.05mm （缩短）4.一矩形截面梁，承受载荷F=1OKN，

10、材料的许用应力二=160MPa，试确定横截面尺寸。F=10KN，材料的许用应力二=160MPa，试确定横截面尺寸。77;77Ib解：求支反力。v MB =0-Ra 2 F 1=0Ma = 0Rb 2 F 1=0Ra =5KNRb =5KNM max = 5KN mmax 二M 5KN mbh2<fc6 5 1066 5 106b (2b)24b3*6 5 106b34!16 5 1064 160=36mm' MB =0- Ra 4 F 2 M =0截面宽 b= 36mm 高 h = 2b = 72mmF= 10kN , M = 20kN m,梁长 a= 2m,材料的许用应力<

11、;r = 160MPa,试求:5. 如图所示的圆形横截面的梁，承受载荷(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。' MB =0- Ra 4 F 2 M =0' MB =0- Ra 4 F 2 M =0解：(1)求约束力' MB =0- Ra 4 F 2 M =0' MB =0- Ra 4 F 2 M =0RB4-F 2 M=0Ra =10KN(2 )画剪力图，弯矩图:Rb = 0AFbmax20 1063二 70= 594MPa >32所以此梁不安全机械设计基础课程形成性考核作业(三)第8章齿轮传动1

12、. 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z = 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

13、，试计算这个大齿轮的主要尺寸。(分度圆直径d?、齿顶圆直径da2、齿根圆直径df2、基圆直径db2)解：da1 = (z-i 2ha*) m.m = 2.5mma = m(z1 z2)/ 2.z2 = 87mmd2 = mz2 =2.5 87 = 217.5mmda2 =(z22ha*) m = 222.5mmdf2 = (z2 -2ha* -2c*) m = 211.25mmdb 二d2cos： = 204.38mm7. 两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn = 3mm， r = 15° Z2= 51;低速级m“= 5mm，Z3= 17试问:(1) 低速级斜齿轮旋向如何选

14、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 q才能使中间轴的轴向力相互抵消 ？Ft2tg ：1 =Ft3tg 匕Ft22TnFt32Tn2Thtg :12Thd3tg ：2tg 1cos：mn2 Z2tg ： 2 c o s： 2mn3Z3sinmn2 Z2-2 :- 8.278. 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， z = 25，z?= 73， b,=84mm， b2=78mm

15、，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:iim i =190MPaH lim 1 = 555MPa：；'f nm 2 140 MPa-'H lim 2 - 470MPa查表得：SH =1.1SF =1.4二 Hlin 1555Sh1.1= 504.5MPa 匕 HSh:.-Flin 1 F 1 一 Sf计算转矩：190135.7MPa1.4匚 Flin 2Sf140100MPa1.4644T1 =9.55 105.3 10 N mm720由

16、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:a = m(w +z2) /2 = 196mm-z=7 = 2 92z125飞 H=355KTUb2a21)=2217MPa427'3 (安全- 下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：Yfs1 =4.22Yfs2 =3.88YF£1_YFS2_'二 F 1 Z1 t F 2 z2兄2KT“fs1、F1飞=17.2MPa < 100 < 135.7(安全)b2m z1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

17、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/zy，却不能以i = dfdt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)(a)(b)(b)W -V第10章作业题1 .图示所示轮系，已知解：i =Z2Z3Z4ZlZ2Z32.在图示轮系中，已知乙=18、Z2=20、Z2=25、Z3=25、Zj=2、Z4=40，求该轮系的传动比，并判断蜗轮20 25 4018 25 24的转向=2

18、2转向：逆时针z4、z5>z、z6o求传动比 i16oZ、Z2'Z2'、Z3'Z4d解：ii6Z2Z3Z4Z5Z6ZiZ2Z3Z4Z53 .如图所示的轮系，已知乙=15, z2 = 25, z2 = 15, z3 = 30, z = 15,乙=30,乙=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。Z2Z3Z4Z5解:200Z1Z2'Z3Z4n1 n52.5r / mini_:d5' n§二 mz5 n§v6-0.0105m/s =10.5mm/

19、s60 1000 60 10004图示行星轮系，已知 Z1 = Z2 = 41, Z2 = Z3 = 39,试计算传动比iH1解:.Hi13门1 n HZ2 Z31521由于轮3为固定轮(即门3 =0)，i1H亠 1l =1nHZ1 Z2'Z2Z3i H1=1/ i1H =10.51168116013L2941 411681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

20、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 m=1450r/min，fv=0.51，包角-= 150°，预紧力 Fo=36ON。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) 若传动的效率为0.95,弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为多少 ？e©1解: (1) Fma

21、x =2F°180.7Nef/1Fd1180.7汇100(2) T-9035N.mm2 2(3) v7.6m/ s60 "000P = Fv =180.7 7.6 0.95 =1.304kW第12章联接1. 普通平键的截面尺寸bxh按一轴径一选取，长度L按轮毂的长度确定。2. 花键联接的主要类型有一矩形_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，出现的是什么错误，应如何改正。.L尸0+尸.片 .Z5S =7d)a)b)c)C 轴承无法拆卸，应将轴肩高度低于轴承内圈第14章轴承1.写出下列轴承代号表