(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。4如图所示吊杆中a 、b、c 均为铰链连接，已知主动力f40kn,ab bc2m, 30 .求两吊杆的受力的大

2、小。解：受力分析如下图;.列力平衡方程：fx0又因为ab=bcfa sinfc sinfafcfy02fasinfffafb40kn2sin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。;.（1）n7，pl 10，ph0（2）n5， pl 7，ph 0f 3n 2plphf 3n 2plph37210352711c

3、处为复合铰链（ 3）n7， pl 10，ph 0（4）n7，pl 9，ph 1f 3n 2plphf 3n 2plph372103729112e、e有一处为虚约束f 为局部自由度c 处为复合铰链第 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。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，lbc =150mm ，lcd =120mm，l ad =100mm，ad 为机架；若想得到双曲柄机构，求 lab

4、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 adl bc l ab l cd;.l abl adl bclcd130mm因此 l ab 的最小值为 130mm4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：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 _从动件， _滚子 _从动件和 _平底_从动件。3按凸轮的形状可分为 _盘形_凸轮、 _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 25

5、mm，凸轮轴心到圆盘中心的距离l=15mm，滚子半径 r t=5mm。试求：（1）凸轮的基圆半径 ro？解：（1） r0r l rt 25 155 15mm（ 2）（4） s( rrt ) 2l2( rl)rt10.98mm（ 2）画出图示机构的压力角（ 3）推杆的最大行程 h？（3） hl r rtr025 15 5 15 30mm（4）图示位置从动件的位移s=？s(r rt ) 2l2( rl) 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。2螺纹的旋向有 _左旋_和 _右旋 _，牙形有 _三角形 _， _矩形 _

6、， _梯形 _，和 _锯齿形 _。;.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 snp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。2画出图示各杆的轴力图，并计算最大轴力nmax 。最大轴力 n max40kn最大轴力n max3p3画出

7、图示圆轴的扭矩图，已知ma=5kn m， mb =2kn m。4画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大qmax 和 m max 。;.（ a）（ 1）解：求支反力m a 04rbm2f0m b04ram2f0ra6.25knrb3.75 kn由 y 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， q0在 a 点右截面， qra6.25 kn在 c 点左截面， qra6.25kn在 c 点右截面， qrb3.75kn在 b 点左截面， qrb3.75kn在 b 点右截面， q 0 画出剪力图，如下

8、图：同理我们根据几何关系求处几处弯矩值：在 a 点， m0m c左ra212.5knm c右 ra 2 m 7.5kn在 d 点， m0画出弯矩图，如下图：最大 qmax6.25knm max12.5knm（ 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 _，_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

9、出轴力图；（2）求各段正应力； （3）求总变形量。解：（ 1）f50103（2） ab 段15102100mpaa1bc 段2f9010390mpaa210 102l 1fn1l 1501031000mm（3） ab 段：ea1200103500（缩短）bc 段l 2fn 2 l 29010310000.45mm （伸长）ea22001031000ll1l 20.5 0.450.05mm （缩短）4一矩形截面梁，承受载荷f=10kn ，材料的许用应力 =160mpa，试确定横截面尺寸。解：求支反力。m b0ra2f10m a0rb2f10ra5knrb5knm max5knm;.m5kn mm

10、axbh 2w66510665106b(2b) 24b365106365106b34436mm160截面宽 b36mm高 h2b72mm5如图所示的圆形横截面的梁，承受载荷f10kn ，m 20kn m，梁长 a 2m，材料的许用应力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m b0r a4f2m0;.m a 0rb4 f 2 m 0ra 10 knrb0（2）画剪力图，弯矩图：（3）m max20106594mpa w703所以此梁不安全。32机械设计基础课程形成性考核作业（三）第 8 章 齿

11、轮传动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 z129。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

12、的主要尺寸。 （分度圆直径 d2、齿顶圆直径 da2、齿根圆直径 df2、基圆直径 db2）解： da1( z1 2ha*) mm2.5mma m(z1z2 ) / 2z287mmd2mz22.5 87217.5mmda 2( z22ha*) m222.5mmd f 2(z22ha *2c*) m211.25mmdbd 2 cos204.38mm7两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn3mm， 115z 2 51；低速级 mn5mm，z 317 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

13、轮取多大螺旋角2 才能使中间轴的轴向力相互抵消?ft 2tg1ft 3tg 2ft 22tiid 2ft 32tiid32tiitg2tiitgtg1 cos 1tg 2 cos 2d21d32 mn 2 z 2mn 3 z 3;.sinsin 1 mn3 z 32mn 2 z22 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 pl4kw，n1720r/min ， m4mm，zl25，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

14、用 45 号钢，轮调质处理，查表硬度220hbs大齿轮 zg45 硬度 180hbc查表得f lim 1190mpaf lim 2140mpah lim 1555mpah lim 2470mpa查表得： sh1.1sf1.4hlin 1555hlin 2470h1sh504.5mpah2sh427.3mpa1.11.1f1flin 1190135.7mpaf 2flin 2140100mpasf1.4sf1.4计算转矩：t19.5510 645.310 4 nmm720k= 1.2由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得由于是闭式齿轮，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：

15、am( z1z2 ) / 2 196mmuz273z12.9225h355kt1 (u1)3221.7mpa427.3（安全）ub2 a 2下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：yfs14.22yfs 23.88yfs1yfs 2f1 z1f 2 z2f 12kt1yfs117.2mpa 100135.7( 安全)b2 m2 z1;.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iz2 /z1，却不能以id2/d1 来表示？因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关

16、。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）（ b）（ a）（ b）第 10 章作业题1图示所示轮系，已知z 1=18、z2 =20、 z2 =25、 z3 =25、z3 =2、z 4=40，求该轮系的传动比，并判断蜗轮4 的转向。z2 z3 z420 25 4022转向：逆时针解： iz1z2 z3 18 25 22在图示轮系中，已知z1、 z2、 z2 、z3、z4 、 z4 、 z5、 z5、 z6。 求传动比 i16。;.z2 z3z4 z5 z6解： i16z1z2 z3 z4 z5 3 如 图

17、所 示 的 轮 系 ， 已 知 z115, z225, z215, z330, z3 15, z4 30, z4 2 （ 右 旋 ）z5 60, z520, m 4mm,若n1r，求齿条6线速度 v 的大小和方向。500 / min解：n1z2 z3 z4 z5200iz1 z2 z3 z4 n5n12.5r / minn5id5 n5mz5 n510.5mm / sv61000600.0105m / s6010004图示行星轮系，已知z 1 = z2。= 41，z 2 = z3 = 39，试计算传动比 i h1;.解：hn1nhz2 z31521i13n3nhz1 z21681由于轮 3 为

18、固定轮（即 n30 ），n11 ih1z2 z33939160i1h13z1z2 1411681nh41i h 1 1/ i1 h10.51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

19、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 n1=1450r/min ，fv=0.51，包角150，预紧力 f0=360n。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?解：（ 1）fmax2f0e f1180.7nef1（ 2） tfd1180.71009035n .mm22（3） vd1n17.6m / s601000pfv180.77.6 0.95 1.304kw第 12 章联接1普通平键的截面尺寸2花键联接的主要类型有bh 按_轴径 _选取，长度l 按_轮毂的长度 _确定。_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