2017年电大机械设计基础形考作业答案

1、机械设计基础课程形成性考核作业（一）第1章静力分析基础取分离体画受力图时，C、E、F力的指向可以假定,A、B、D、G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_G_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。/.A/.A4.如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接，已知主动力F=40kN,AB=BC=2m,a=

2、30。.求两吊杆的受力的大小。列力平衡方程：工Fx=0又因为AB=BCFsina=FsinaACF二FAC工Fy=02Fsina=FAF.f=F=40KNAB2sina第2章常用机构概述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。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，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。机构的自由度计算(1)n=7,PL=机构的自由度计算(1)n=7,PL=10,PH=0F二3n-2P-PLH=

3、3x7-2x10二1C处为复合铰链(2)n=5,Pl=7,Ph=0F二3n-2P-PLH=3x5-2x7=1(3)n=7,PL=10,PH=0F二3n-2P-PLH=3x7-2x10二1(4)n=7,Pl=9,Ph=1F二3n-2P-PLH=3x7-2x9-1二2EEW处为虚约束F为局部自由度C处为复合铰链对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取_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DB.与最短杆相邻的构件D.与最短杆相对的构件根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。答：a）答：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，

4、lBC=150mm,lCD=120mm,lAD=100mm,AD为机架;AD为机架;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三BC=150mm若BC为最长杆，由杆长条件得:l+1l+1-1=130mmABADBCCD因此l的最小值为130mmAB4.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:(2(2)第4章凸轮机构凸轮主要由凸轮_,推杆和机架三个基本构件组成。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。按凸轮的形状可分为盘形_凸轮、圆柱凸轮和曲面凸轮。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

5、子半径rT=5mm。试求：凸轮的基圆半径RO=?画出图示机构的压力角a推杆的最大行程H=?图示位置从动件的位移S=?解：(1)R-R-L+r-25-15+5=15mm0T(3)H=L+R+rR=25+15+51530mmT0(4)S=*(R+rT)2一L225.98mm第5章其他常用机构常用的间歇运动机构有一棘轮机构_,_槽轮机构和不完全齿机构一等几种。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。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。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

6、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。画出图示各杆的轴力图，并计算最大轴力Nmax。严严一呗最大轴力N二40KNmax最大轴力N二3Pmax3.画出图示圆轴的扭矩图，已知MA=5kNm,MB=2kNm。TT/N.JILTO1-3KN-n-5KKm4画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大Q和M/N.JILTO1-3KN-n-5KKm4画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大Q和M。maxmaxF=iOkNrB4-/2mY:2m(a)（1）解：求支反力EM=0AZM

7、二0-4R+M+2F二0BAR二6.25kNR二3.75kNAB由ZY=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。F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=R=6.25kNA在C点左截面，Q=R=6.25kNA在C点右截面，Q=R=-3.75kNB在B点左截面，Q=R=-3.75kNB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=0M二M二Rx2二12.5KNC左AM二Rx2-M二7.5KNC右A在D点，M二0画出弯矩图，如下图:最大Q最大Q=6.25KNmaxM二12.5KN

8、-Mmax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A匚D口工M=0A工M=0B4R2qx2=0B壮4R+2qx2=0A巳R=10kNAR=10kNB由工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二R二10KNAM二Rx二10 xACD段：Q=Rq(x1)=2010 xAM=Rx一q(x一1)2/2=10 x一5(x一1)2ADB段：Q二R2q=10KNAM=Rx2q(x2)=10 x+40A根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如下QQ最大Q二10KNM=15KN-Mmaxmax同学可按第一题做法自己做一遍本题

9、解：求支反力RaRarb-1-号-41-qa2=0-ra-1-qa2+詈-41=017qa2=一ql-81由工Y=0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，Q=0在A点稍右，Q=R=丄ql一a8l在B点稍左，Q=R一企=-ql-qa2a28l在B点稍右，Q=0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：TOC o 1-5 h z在点A，M=0在C点左截面M=

10、R丄=ql2 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document a2162在C点右截面M=R-+qa2=ql2+ HYPERLINK l bookmark79 o Current Document a2162在点B,M=0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：Q=R一q(x一l/2)=0得DA5a2x=l-8l此点的弯矩值为：=Rx=Rx+qa2Aq(x1/2)2293qa4ql2+qa2+12882l2根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：R=15KN.illOKN.j

11、n最大Q=-3qlR=15KN.illOKN.jn最大Q=-3ql-qa2KNmax8l9了3qa4M=ql2+qa2+max12882l2KN.M第7章构件的强度和刚度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。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。A外曲心冋曲/14OkNA外曲心冋曲/14OkN解：（1）F-50X103=100MPa

12、5X10解：（1）F-50X103=100MPa5X10290X103=90MPaA10X1022（3）AB段：Al=0.5mm（缩短）1EA200 x103x5001FlBC段Al=心2EA2FlBC段Al=心2EA2l=Al+Al12200 x103x1000=0.5+0.45=0.05mm（缩短）解：求支反力。4.一矩形截面梁,b承受载荷F=10KN，材料的许用应力o=160MPa，试确解：求支反力。4.一矩形截面梁,bM0RX2+FX10BAM0Rx2+Fx10ABR5KNARB5KN3232AABM二5KNmmaxM5KNm1TOC o 1-5 h z7=3二3二36mm：41774

13、x160截面宽b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=20kNm,梁长a=2m,材料的许用应力o=160MPa，试求:(1)梁A、B端的约束力;(2)画出剪力图和弯矩图;(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。F解：（1）求约束力AiAiFrCBArnAFbM=0B-Rx4+Fx2+M=0AM=0ARx4-Fx2+M=0B二10KNR=0R(2)画剪力图，弯矩图:(2)画剪力图，弯矩图:(3)二594MPa(3)二594MPaCJ=max=W兀x703所以此梁不安全。机械设计基础课程形成性考

14、核作业三第8章齿轮传动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。标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的丿去面_模数和法面压力角都相等，齿轮的螺旋角相等角相等、旋向相反_。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z1=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、

15、齿根圆直径df2、基圆直径db2)解：d=(z+2ha*)ma11m二2.5mma=m(z+z)/212z=87mm2d=mz=2.5x87=217.5mm22d=(z+2ha*)m=222.5mma22d=(z一2ha*-2c*)m=211.25mmf22d=dcosa=204.38mmb2两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn=3mm，01=15Z2=51；低速级mn=5mm，Z3=17试问：n3(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?(2)低速级齿轮取多大螺旋角B2才能使中间轴的轴向力相互抵消?解：(1)低速级斜齿轮旋向为左旋，才能使中间轴上两齿轮轴向

16、力相反。2T22T2T-ytg卩二d1解：(1)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。2T22T2T-ytg卩二d122T圧d3tgPxcosPtgP2xcosP11=2mZmZn22n33sin卩2sin卩xmZ1n33mZn228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P=4kW,n1=720r/min,m=4mm,Z=25,z2=73,b1=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ZG4

17、5硬度180HBC查表得5=190MPaFlim15=140MPaFlim25=5=555MPaHlim15=470MPaHlim2查表得：S=1.1S=1.4HFHlinlH15551.1二504.5MPaIt470HlinlH15551.1二504.5MPaIt470t二Hlin2=H2S1.1H1t190t=Fini=135.7MPafiS1.4F1t140t1=Flin2=F2S1.4F计算转矩：=9.55x106x4720=5.3x104N-mm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：z73a=m(z

18、+z)/2=196mmu=亠=2.9212z251.t=355；K(U+1)3=221.7MPa427.3(安全)Huba212面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：Y=4.22Y=3.88FS1FS2YYnrF11F222KTY52KTY5=1FS1F1bm2z21=17.2MPaV100V135.7(安全)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/d来表示？因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。图示的各蜗杆传动均以蜗杆为主动件。

19、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)屮(b)(a)屮(b)第10章作业题1图示所示轮系，已知Z=18、Z2=20、Z2，=25、Z3=25、Z3=2、Z4=40,求该轮系的传动比，并判断蜗轮4的转向。16解:.zzzi=4-zzz12320 x2516解:.zzzi=4-zzz12320 x25x4018x25x2二22转向：逆时针2.在图示轮系中，已知Z、z2、z2，、z3、z4、z4，、z5、Z5、求传动比6匚zzzzz解：i16=r16zzzzzTOC o 1-5 h z123453.如图所示的轮系，已知z二15,z二25,z二1

20、5,z二30,z二15,z二30,z二21223344（右旋）z=60,z=20,m=4mm,若n=500r/min，求齿条6线速度v的大小和方551向。-i-lrzjL/J丁L/J丁21nzzzzi=1=2-345=200nzzzz51234=住=2.5r/mini兀mznj=0.0105m/s=10.5mm/s60 x100060 x10004.图示行星轮系，已知Z1=Z2,=41,Z2=Z3=39,试计算传动比iH1。解：TOC o 1-5 h z.n-nzz1521iH=H=13n-nzz16813H12由于轮3为固定轮（即n3=0）,.nzz139x39160i=4=1-iH1-23

21、=1一1Hn13zz41x411681H12i=1/i10.51H11H2)22)23)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

22、绕出小带轮处3.V带传动n1=1450r/min,九=0.51,包角a=150，预紧力F0=36ON。试问：1）该传动所能传递的最大有效拉力是多少?2）若d=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?efa1解：(1)F=2F=180.7Nmax0e+1faFd180.7x100Fd180.7x1002=9035N.mmv=“1=7.6m/s60 x1000P=Fvn=180.7x7.6x0.95=1.304kW第12章联接普通平键的截面尺寸bXh按轴径选取,长度L按轮毂的长度确定。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。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、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。C轴承