机械设计基础形成性考核习题与答案

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.取分离体画受力图时，_CEF_力的指向可以假定，一ABDG_力的指向不能假定。

A.光滑面约束力B.柔体约束力C.较链约束力D.活动较链反力E.由定端约束力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；矩心应选在一FG_点上，使力矩方程简便。

A.与巳知力垂直B.与未知力垂直C.与未知力平行D.任意

E.巳知力作用点F.未知力作用点G.两未知力交点II.任意点

3.画出图示各结构中AB构件的受力图。

4.如图所示吊杆中A、B、C均为校链连接，已妞主动力F=40kN.AB=BC=2m.=30.求两吊杆的受力的大小.

解：受力分析如下图

列力平衡方程：

Z&=0

又因为AB=BC

=及

FAsinasina

%=%

z2。

2F.-sine?=F

FA=FR=F=4。KN

2sina

第2章常用机构假迷

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及时.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，并指出复合较链、局部自由度和虚约束。

F=3n-2PL-PHF=3n-2P,-PH

=3x7-2x10=3x5-2x7

=1

c处为复合较辕

（3）n=7.Pi=10.P“=0（4）n=7.Pi=9,P«=l

F=3n-2PL-PflF=3n-2P「P〃

=3x7-2x10=3x7-2x9-l

=1=2

E、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.对千段钱四杆机构，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.与最短杆相邻的构薜

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）6）d\

a）双曲柄机构b）曲柄摇杆机构c）双徭杆机构d）双徭杆机构

3.在图示较铤四杆机构中，已知，/*】50mm,人产120nlm,/WFIOOIIUD,AD为机架：若想得到双曲柄机构，求人的最小伍。

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AB2BC=150mm

若BC为最长杆,由杆长条件得：

,八力++〔CD

】AB—IAD+IBC-，CC=13O/72W

因此/八8的款小值为130mm

4.画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。

4

机械设计基砒课程形成性考核作业(二)

笫六章构件力分析

I.什么是构件的强度？什么是构件的限度？

强度是构件抵抗破坏的能力,满足岸度要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Nz。

数大轴力Nmax=40KN最大轴力人^八二3产

3.画出图示圆轴的投矩图，已知,植=5kN•m,.也=2kN•m。

4.画出图示各梁的剪力图和弯矩图,并计算最大Qgx和历|而。

F«lCfcN

M-SiNmi

A3B

A~A

V__I_201」

'I'-I

(a)

(1)解：求支反力

EM4=04R..+M-2F=0

r»If

ZMB=0-4,+M+2/=()

RA=6.25kNRH=3.75kN

由XY=()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也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

在点右或面，

AQ=RA=6.25k\

在点左截面，

cQ=RA=6.25kN

在c点右截面，Q==—3.75kN

在B点左版面，Q=RB=-3.75kN

在B点右铁面，Q=()画出/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=0

M什=，x2=12.5KNMe右=R,\x2-M=7.5KN

如下图：

MgIIIclA、=12.5KNM

第7章构件的强度和用度

1.在作低碳制的拉伸试验时，整个拉伸辽槎大致可分为四个阶找，依次为一弹性阶段一，_屈服阶帙一，_强化阶段_缩在新

裂阶段一。

2.通常塑性材料的极限应力取一屈果糙眼一脆性材料的吸限应力取一强度极限

3.如图7-35所示交截面杆AC,在/.、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)求总变形爰。

Ai=10cm2

/

Im1m

50KN

F_-5OxlO3

（2）AB段5=-100MP〃

X-5xl02

0c段巴=£=W=90M&

410xl02

-5OxlO3xJOOO八u

⑶AB段：△A/]='=----------------------=（缩短）

E\200X103X500

3

A/小儿9（）X1OX1OOON

BC段△/,=———=----------；----------=0A5mm（伸长）

3

EA2200xl0x1000

/=△/]+A/2=-0.5+0.45=-0.05mm（缩短）

4.一矩形横而梁.承受载荷F=10KN,材料的许用应力[]=160MPa.试确定横栈面尺寸。

解：求支反力。

M=0—7?x2+Fxl=0

E«4

7?x2+Fxl=O

IX=。fl

RA=5KNRB=5KN

Mmax-5KN,m

M5KNm

bmax=-

wbh

6

6x5xl066x5xl06

bx（2b）24/4M

0科常06X5X106=36^

4x160

截面宽Z)=36mm高力=2b=72nm

5.如图所示的圆形横截面的梁.承受载荷F=10kN,M=20kN-m,梁长u=2m,材料的许用应力［。］=160MPa,试求:

（1＞柒A、B端的约束力；

（2）画出剪力图和弯矩图；

（3）若d=70mm,校核染的强度。

解：（1）求约束力

工MB=0-RAx4+Fx2+M=0

<3)=^£1=20x10=594MPa>[CT]

W乃x7(PL」

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,渐开线齿廓形状取决于/_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，决定齿解形状的基本参数是齿数，一压力角，变位系数.

3.标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的一法面模数和一法面压力角都相等，皆匏的螺旋角相等、族句—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」7_

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1）.齿根圆

6.已知一标准渐开线直齿圆柱齿轮,其齿顶圆直径心=77.5皿，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,试计算这个大齿花的主要尺寸.（分度圆直径&、古璐圆直径（Lz、齿根圆直径d*基圆直筱k）

解：d〃i=（Z]+2ha^）m

in=2.5mm

ci=m(z1+Z2)/2

z2=87〃〃〃

d2=/zzz2=2.5x87=2\1.5nvn

da2=(z2+=222.5〃〃〃

df->=(z2-2ha*一2c、*)"z=211.25nun

dh=d2cosa=204.38〃〃"

7.两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级跟=3mm,.=15°Z：=51；低速级网=5nm,Z，=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z才能使中间轴的轴向力相互抵消？

52火4=E"反

』

F&3­,

“3

2T",°2T,,_火发xcos4为/?2xcos42

丁明=~^^。2----------------=-----------------

"213mn2Z2网”3

sin/?xm/Zs

sinJ32=

mn2Z2

e

P2«8.27

8.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，已妞传递功率月=4kW,

ni=720r/«in,册=4mm,z=25,Z2=73,£>-84nm,&=78mm,双向运转，齿轮在轴上对称布置，中等冲击，电动机理动。试校核

此齿轮传动的强度.

解：

小齿选用45号胡，轮悯质处理.杳表玻度220HBs大齿轮ZG45硬度180HBe

查表将见imi=190M为办而2=140MPa

limi=555MPa与lim2=470MPa

查表得：Sfi=1.1Sp=1.4

k//]i==—=504.5MPa[cr/yI==」=427.3MP〃

LHL

*■如SH1.1SH1.1

—=135.7MPa[crj==—=100MPa

1.4LFhS1.4

J尸F

计算转矩：

T.=9.55X106X—=5.3X104N/??/W

720

由于原动机为电动机，中等冲击,对称布置，故得*=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:

w=^-=—=2.92

a=〃z(Z[+Z)/2=196〃〃〃

2425

/.(yH=355、*」("+，)=221.7MP4427.3(安全)

yub2cr

下面，我们再较核出根弯曲疲劳岷度.

查表得:

YFSI=4.22YFS2=3.88

YY

，FSl>1FS2

[b/z][a,-]2z2

2町S

=17.2MPt/<100<135.7(安全)

2

b2mz]

第9章蜗杆传动

1.为什么将期杆分度圆直径"规定为蜗杆传动中的标准参数？

为便于加工弼轮刀具的标准化，一般将蜗杆的分度圆直径规定为标准值。

2.为什么期杆的传动比,.只能表达为i=z/zi,却不能以/=&/&来表示？

因为蜡轮期杆传动的传动比与蜗杆的直径无关.

3.图示的各蝎杆传动均以期杆为主动件.试标出图中未注明的蜗轮或蝎杆的卷向及旋向，并画出蝎杆和蝇轮受力的作用点和三

个分力的方向。

(a)(b)

(a)

第10章作业题

1.图示所示轮系，已知石=18、Z：=20,I：=25.Z产25、Z>=2.Z<=40,求该轮系的传动比，并判断期轮4的转向。

Z2z3z4_20x25x40_

■:1———乙乙转向：逆时针

,,

zlz2z318x25x2

2.在图示轮系中，已知zi、zz.zz,.ZKZ「、Z5,%。求传动比iis

z2z3z4z5z6

解：八6二，，

ZIZ2Z3Z4Z5

如图所示的轮系,巳知（右旗）

3.Z]=15*2=25,ZT=15/3=30,z^=15,z4=30,z4,=2

若々求齿条线速度的大小和方向.

z5=&）,z,=20,〃Z=4〃M,=500r/min,61，

解：

Z2Z3Z4Z5

=200

ZIZ2Z3Z4

%=T=2.5/7min

----—=0.0105m/s=10.5〃〃〃/s

60x100060x1000

4.图示行星轮系.已知办=Zr=41,Z?=Zx=39,试计算传动比报。

解：

.//_九i—〃H_z*3_1521

/73-nHz}z2.1681

由于轮3为固定轮（即〃3=0），

5=「尸二「咨二地

nH“ZE?'41X411681

^=17^=10.51

机械设计基础课程形成性考核平时作比（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.带紧边与松边拉刀不同，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：

C2）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）发热使带温度升商。

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.Y带传动n=1450r/min,£=0.51,包角=150°,预紧力Fe=360N.试问：

1）该传动所能传递的最大有效拉力是多少？

2）若&=100mm,其传递的最大转矩为多少？

3）若传动的效率为0.95.弹性滑坡忽略不计，从动轮输出功率为多少？

efa-1

解：⑴Fmqx=2F（）------=18O.77V

Ja+1

7Fd[180.7x100on_...

（2）T=——L=-------------=9035N.〃?〃z

22

（3）v=-----——=i.6m/s

60x100（）

P=Fvf]=180.7x7.6x0.95=1.304&W

第12章联接

1.普通平键的截面尺寸bXh按轴径选取，长度L按轮教的长度端定。

2.花键联接的主要类型有一矩形一花键、一渐开线一花键和一三角形一花键。

3.为什么多数螺纹联接工作前均要预紧？如何控制预紧力？螺纹联接的主要时松方法有哪些？

汝紫的目的是为了漕加联接的刚性、紧密性和防松能力。