机械设计基础课程形成性考核作业及答案

机械设计基础课程形成性考核作业及答案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.在取分离体画受力图时，可以假定光滑面约束力的指向为CEF，束力F的指向为ABDG不能假定，柔体约束力的指向为G，正压力的指向为G。在列平衡方程求解平面任意力系时，应选在FG方向上的坐标轴，使投影方程简便；应选在已知力作用点的矩心上，使力矩方程简便。2.画出图示各结构中AB构件的受力图。3.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,θ=30°。求两吊杆的受力分析。列力平衡方程：XFX=0又因为AB=BCXFy=02FAsinθ-Fcsinθ=0FA=Fcsinθ/2sinθ=40kN/(2sin30°)=40kN/1=40kNFC=2FAcosθ=80kNcos30°=69.28kN第2章常用机构概述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。2.运动副是使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，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。(1)n=7,PL=10,PH=0，F=3n-2PL-PH=37-2×10=17(2)n=5,PL=7,PH=1，C处为复合铰链，F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-1=0(3)n=7,PL=10,PH=0，F=3n-2PL-PH=3×7-2×10=1(4)n=7,PL=9,PH=1，E、E'有一处为虚约束，F为局部自由度，C处为复合铰链，F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2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，最短杆与相邻的构件的角度差为180°。因此，若取最短杆，则应选择与最短杆相对的构件。1.机架C将得到双曲柄机构。根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型，可得到双曲柄机构。在图示铰链四杆机构中，已知BC=150mm，CD=120mm，AD=100mm，AD为机架。若想得到双曲柄机构，求AB的最小值。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：AD/BC-AB/CD=130mm。因此，AB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。2.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，心的距离L=15mm，滚子半径rτ=5mm。试求：(1)凸轮的基圆半径RO=R-Lrτ=15mm；(2)画出图示机构的压力角；(3)推杆的最大行程H=LRrτ/R=30mm；(4)图示位置从动件的位移S=(Rrτ)2-L2-(R-L)-rτ=10.98mm。3.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。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S=np。4.构件的强度是指承受外力作用时不发生破坏的能力。构件的刚度是指承受外力作用时变形量与受力部位长度之比。=20KN最大弯矩MmaX=40KN•m强度是指构件在外力作用下不发生破坏的能力，而刚度是指构件在外力作用下弹性变形量不超过允许的限度的能力。根据给定的数据，我们可以画出各杆的轴力图，计算出最大轴力为40KN。同时，我们也可以画出圆轴的扭矩图，已知最大轴力为3P，MA=5kN•m，MB=2kN•m。接下来，我们可以画出各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大剪力为20KN和最大弯矩为40KN•m。在求解过程中，我们需要先求出支反力，然后根据几何关系得出各处的剪力值和弯矩值。对于不同受力情况的各段，可以分段求解。最终，我们可以得出剪力图和弯矩图，从中读取最大剪力和最大弯矩的数值，分别为20KN和40KN•m。需要注意的是，文章中存在一些格式错误和明显有问题的段落，需要进行删除。另外，对于每段话，可以进行小幅度的改写，使其更加流畅易懂。解：求支反力：根据力的平衡，可得支反力的大小为10kN和15kN。画出剪力图和弯矩图：根据几何关系，可以得到剪力图和弯矩图如下：在点A处，弯矩值为0；在点B处，弯矩值也为0。在点C处，左截面的弯矩值为15kN·m，右截面的弯矩值为10kN·m。在点D处，剪力为0，弯矩值为3.5kN·m。求各段正应力：在AB段，正应力为-100MPa，表示受拉状态。在BC段，正应力为90MPa，表示受压状态。求总变形量：在AB段，根据胡克定律，可以得到总变形量为0.5mm。在BC段，同样可以根据胡克定律，得到总变形量为2.25mm。因此，整个杆件的总变形量为2.75mm。1.一矩形截面梁承受载荷F=10KN，材料的许用应力[σ]=160MPa，试确定横截面尺寸。解：首先求支反力：RA=RB=F/2=5KN然后求最大弯矩：Mmax=F*L/4=5*2*10^3N·m令截面宽为b，高为h，代入公式：Mmax=bh^2/6*σ解得b=36mm，h=72mm因此，横截面尺寸为36mm×72mm。2.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[σ]=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)求约束力根据力平衡，得到：FB=F/2=5kN然后根据力矩平衡，得到：MA=10kNMB=0(2)画出剪力图和弯矩图：剪力图：弯矩图：(3)校核梁的强度：根据弯曲应力公式，得到：σb=Mmax*c/I其中，c为截面离中性轴的距离，I为截面惯性矩。对于圆形截面，有：c=d/2I=πd^4/64代入数据，得到：σb=32MPa因为σb<[σ]，所以该梁强度足够。3.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节圆直径大小。2.齿根圆是标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件。3.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。4.螺旋角相等、旋向相反的最少齿数是17。5.对齿轮啮合时，两齿轮的节圆始终相切。4.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、齿根圆直径de、基圆直径db2）。解：首先求模数：m=(da1/Z1)*cos(20°)=2.5mm然后求大齿轮的齿数：Z2=Z1*a/(a+da1/2)=87接着求分度圆直径：d2=m*Z2=2.5*87=217.5mm最后求齿顶圆直径、齿根圆直径和基圆直径：da2=d2+2m=222.5mmde=d2-2.2m=212.5mmdb2=d2*cos(20°)=204.6mm因此，大齿轮的主要尺寸为d2=217.5mm，da2=222.5mm，de=212.5mm，db2=204.6mm。内径TOLNL轻系列角接触球轴承和内径SOmn轻系列深沟球轴承以及圆柱滚子轴承是机械设备中常用的轴承类型。对于轴的安装，如图所示，常温下工作，工作中有中等冲击，转速为1800r/min，两轴承的径向载荷分别是FrI=3400N，FrH=1050N，轴的轴向载荷Fa=870N，方向指向轴承2。我们需要确定哪个轴承处于危险状态，并计算出危险轴承的寿命。通过计算得出S1=2312N，S2=714N，由于S1Fa>S2，因此左边轴承被放松，右边轴承被压紧。A1=S1=2312N，A2=S1Fa=3182N，通过查表得到R2=0.44，Y2=