电大机械设计基础课程解答

选择题：1.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E.固定端约束力B.柔体约束力 C.钗链约束力 D.活动絞链反力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—F.G点上，使力矩方程简便。A.与己知力垂直E.己知力作用点B.与未知力垂直 C.与未知力平行D.任意F.未知力作用点 G.两未知力交点H.任意点1.对于钗链四杆机构，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C.最短杆B.与最短杆相邻的构件D.与最短杆相对的构件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.节圖D.齿根圆填空题:凸抡主要由―凹轮—，—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,— 滚无 从动件和—建 从动件。3.按凸轮的形状可分为―盘形―凸轮、 凸轮和 3.按凸轮的形状可分为―盘形―凸轮、 凸轮和 1.常用的间歇运动机构有 棘轮机构 槽轮机构 曲面—凸轮。和 _不完全齿机构 2.螺纹的旋向有―左旋—和—石旋 牙形有_二角形_，__矩堰—，__梯形一和—_锯齿形_o1.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一屈服极限一 ，脆性材料的极限应力取一强度极限一。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—法面 模数和 法面压力角 __都相等,齿轮的「螺旋角相笠l 角相等、旋向 _相反一。 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—普通平键的截面尺寸bXh按_邮_选取，长度L按—轮毂的长墜确定。花键联接的主要类型有—矩形—花键—渐开线—花键和—三角开么花键。按轴的受力分类，轴可以分为一心轴—轴、一转轴―和—传动轴― 。问答题:机构具有确定运动的条件是什么？答：机构自由度大于等于1,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.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=np1、联轴器与离合器的主要功用和区别是什么？答：联轴器和离合器主要都是用来联接两轴并传递扭矩，用联轴器联接的两根轴，只有机器停止运转后，经过拆

却才能分离，而用离合器联接的两根轴在运转过程中能随时根据需要结合或分离。1.什么是构件的强度？什么是构件的刚度？答：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。（讲评：注意定义〉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卜构件的弾性变形量不超过允许的限度。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？答：为便于加工蜗轮刀具的标准化，一般将蜗杆的分度圖直径规定为标准值。为什么蜗杆的传动比i只能表达为i=z2/zl,却不能以i=d2/dl来表示？答：因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。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？答：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帯能传递的最大有效圆周力，引起的帯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） 发热使帯温度升高。打滑造成带的磨损加剧，无法传递动力，致使传动失效。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?答：预紧的目的是为了増加联接的刚性、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2.试分析増速带传动工作时，其最大应力在哪里？答：带紧边刚绕出小带轮处画图题和计算题：、'膈\\\XC\\画岀图示各结构中AB、'膈\\\XC\\答案如卜FkY如图所示吊杆中A、B、C均为钗链连接，已知主动力F=40kN.AB=BC=2m.a=30气求两吊杆的受力的大小。列力平衡方程：又因为AB=BC%・COSQ=%COS。F

序"。2F4-sma=FS5=M=40KN计算卜•列机构的自由度，并指出复合钗链、局部自由度和虚约束。答：机构的自由度计算

F=3n-2Pr-P„F=3n-IP,-P„=3x7-2x10=3x5-2x7=1C处为复合絞链=1(3)n=7,PL=10,PH=0(4)n=7,PL=9,PH=1F=3n-2PL-PHF=3n-2Pr-P/l=3x7-2x10=3x7-2x9-l=1=2E、日有一处为虚约束F为局部自由度C处为复合较链(1)n=7,PL=10,PH=O(2)11=5,PL=7,PH=O2.根据尺寸和机架判断钗链四杆机构的类型2.根据尺寸和机架判断钗链四杆机构的类型。答：a）双曲柄机构b）曲柄揺杆机构c）双摇杆机构d）双摇杆机构在图示钗链四杆机构中,己知,lBC-150mm,lCD-120mm.lAD=100mm,AD为机架：若想得到双曲柄机构,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： 偽+'此叫8+妇 久Ny+y-y=130m因此,仙的最小值为130mm画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。答:凸轮的基圆半径RO=?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=?4.巳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=15inm.滚子半径rT=5mm。试求：U)(2)(3)(4)解(])夫0=R-匕+&=25—15+5=15〃"〃(2)(3)H=丄+夫+。一&0=25+15+5—15=30(3)(4)S=J(A+rT)2-13=25.98〃g画出图示各杆的轴力图•并计算最大轴力Nw答按如K：-40KN最大轴力Nm“=40K，V最大轴力N*=3P画出图示圆轴的扭矩图.己知WA=5kN-m-/WB=2kN-40KN最大轴力Nm“=40K，V最大轴力N*=3P画出图示圆轴的扭矩图.己知WA=5kN-m-/WB=2kN-m<,答:/N.m一SKNfn一5K"画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大。皿和心皿。F=10kN•a)△A/4/z2m^=10kN>m(b)（1）解：求支反力=04RB+M-2F=Q珈8=0-4Ra+M+2F=0Ra=6.25kNRr=3.75kN由zy=o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倒力值:在A点左截面，2=0在A点右截而，Q=RA=6.25kN在C点左戡面，Q=Ra=6.25kN在C点右截面，。=匕=—3・75kN在B点左截面，Q=Rb=-3・75kN在B点右核面，。=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(「=R\x2=12.5KNMc/i=R\x2—M=7.5KN最大。皿“=6.25初在D点，M=0 最大。皿“=6.25初Mm*=12・5KNM（2）解：此题解法和上个题步骤基本相同，我们也可以用另外-•种方法解题,下面我们用另外一种解法进行求解：求支反力丨1HI丨||

A匚 DB£材人=0 4RB-2qx2=0£、=0 -4R"2qx2=0Ra=10kN 火合=10kN由、丫二0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=10KN M=Rax=10xCD段：Q=RA-q(x-1)=20-10x M=RAx-q(x-1))2=lOx-S(x-l)2DB段：

Q=RA-2q=—10KNM=RAx-2q(x-2)=-10x+40根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如卜最大Qn"=10KN最大Qn"=10KNMg=\5KN・M同学可按第一题做法自己做一遍本题（3）解：求支反力由£K=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，6=0在A点稍右，。=/^=?0/一华8I

在B在B点稍左，Q=R,\—%在B点稍右，0=0根据上面数值可做剪力图。根据几何关系，AC段没有我荷作用，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;在点A,在C点左截面在在C点左截面在C点右截面在点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:Qn=RA-q(x-l/2)=Q得点的弯矩值为:Mn=RAx+qcr-qiX~l；2)~9P3「qa

——qr+_qcr128 8” 212根据上面数值可做剪力图弯矩图如下:

最大3fq"~^-T最大3fq"~^-T眼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。A2=10cm2Ai=5cm-50kNBC卜A2=10cm2Ai=5cm-50kNBC卜解：（1）F⑵仲段贝=屋5xl0:F⑵仲段贝=屋5xl0:顷棚=_ioo奶BC段…三二丝业=BC段…三二丝业=9。皿10x10BC段奸冬90X103X1000（3）AB段：M==项xx1000=_0.5〃"〃（缩短）

£A200x10BC段奸冬90X103X1000・=0.45〃〃〃（伸长）EA200xl03xl000/=△/】+A/2=-0.5+0.45=-Q.OSnvn（缩短）4.，矩形戡面梁，承受载荷F=10KN,材料的许用应力[b]=160MPa,试确定横截而尺寸。4.1m2mJJilliqc\1m2mJJilliqc\解：求支反力。/?gx2+Fxl=0R.=R.=5KNRb=5KNMg=5KN・"iM%=订=6x5x10°bx（2b）6x5x10°bx（2b）6x5x10°［国4/?竺沼g 6x5x0=36〃〃〃V4司V4x160截面宽b=36mm 高力=2b=72nim5.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,材料的许用应力[o]=160MPa,试求:

C1)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。C盈EAa解：（1）求约束力FRa=10KN（2）画剪力图，弯矩图:C1)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。C盈EAa解：（1）求约束力FRa=10KN（2）画剪力图，弯矩图:U-FAA二AICBFB-Rax4+Fx2+M=0^x4-Fx2+A/=0Rb=°B32所以此梁不安全。己知一标准渐开线直齿圆柱齿轮，其齿顶圆直径dM=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=14511U11,试计算这个大齿轮的主要尺寸。(分度圆直径土、齿顶圆直径da、齿根圆直径血、基圆直径血)解：心=(&+2/u*)m讲评：牢记和熟练掌握齿轮参数计算公式m=2.5mm♦=〃?(&+冒2:.z2=87nund2=inz2=2.5x87=217.Snundal=(z2+2/?<7*)/h=222.5nnndf2=(z2-2ha*-2c*)mi=211.25"〃"db=dzcosa=204.38〃m两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn=3mm,冋=15Z:=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。(2)低速级齿轮取多大螺旋角凡才能使中冋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力相反。②F,Jg「=F,Jg但F4

”一勺2T皿xcos/1_"2xg但

fnmZi 叫3Z3

P2«8.27°单级闭式直齿圆柱齿轮传动，己知小齿轮材料为45钢，调质处理，大齿轮材料为ZG45,正火处理，己知传递功率P］=4kW・ni=720i7min,w=4min.z】=25,z：=73, /?2=78miu.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，査表硬度220HBS大齿轮ZG45硬度180HBC查表得无眦=19OMF0 6切2=140MPa為硕=555為硕=555相Vi=mMPa査表得：SH=1.1 =1.4［罚=簣當*7必答=55普=4273［罚=簣當*7必答=55普=4273吹140=IQOMPa1.4计算转定：47=9.55xl06x_=5.3xl047V/nw1 720由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得K=L2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(Zia=m(Zi+Z?)/2=196nmi5ll=—21=2.9225...cth=355阡(II)=221.7A/P«427.3 (安全)V妇-下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：匕口=4.22匕口=4.22上2=3.88■F51 > «FS22Kf=172WV/V100v135.7（安全）2Kf=172WV/V100v135.7（安全）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。•b)2.在图示轮系中,己知zi、z?、求仲动比爲。解:2.在图示轮系中,己知zi、z?、求仲动比爲。解:3。q，、 Z5、 Z5'w1.閉示所示轮系.己知Zi=18.Zz-20.Z—25.Zl25.乙=2.乙70.求该轮系的传动比，并判断蜗轮4的转向.W：罕兀=20x25x40

~W：3.如图所示的轮系，已知Zi-15.j=25,&・=15%■30心=15,乙=30.z』=23.如图所示的轮系，已知J=曲，%=20m=4/冲,若“l500〃mm.求齿条6线速度>的大小和方向.〃5=斗=2.5厂/min 七 七—60x1000 60x1000=0.0105m/s=10.5mm/s4.图示行星轮系，己知Zi=Z：=4bZlZs=39,试计算传动比而。解：.H 一〃H 1521 ,= = = «3-11H ZR三1681由于轮3为固定轮（即上=0）,•//39x39160IH41x411681•//39x39160IH41x411681爲=1/為=10513.V带传动”iT450r/mim人-0.51,包角a=150°,预紧力F0«360No试问:1） 该传动所能传递的最大有效拉力是多少？2） 若d^lOOnun.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