机械设计基础课程形成性考核作业及标准答案

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.钱链约束力D.活动较链反力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均为钱链连接，已知主动力F=40kN,AB =BC

2、 = 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：Fx 0又因为AB=BCFA sin FC sinFaFcFy 02FA sin FFaFbF2sin40KN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，并指出复合校链、局部自由度和虚约束。(2) n = 5, Pl=7, Ph = 0(1) n=7, Pl=10

3、, Ph = 0F 3n 2 PL PH3 7 2 101c处为复合较链(3) n=7, Pl=10, Ph = 0F 3n 2Pl Ph3 7 2 101F 3n 2Pl Ph3 5 2 71(4) n = 7, Pl = 9, Ph= 1F 3n 2Pl Ph3 7 2 9 12E、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 .对于钱链四杆机构，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较链四杆机构的类型。a）双曲柄机构b）曲柄摇杆机构c）双摇杆机构d

4、）双摇杆机构3 .在图示较链四杆机构中，已知， lBc=150mm , lcD=120mm, lAD=100mm, AD为机架；若想得到双曲柄机构，求1AB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:1 AD 1 BC 1 ABlCD1 AB 1 AD 1 BC1CD 130mm因此1AB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。2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

5、 .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= 25mm,凸轮轴心到圆盘中心的距离 L=15mm ,滚子半径rT=5mm。试求：(1)凸轮的基圆半径 Ro=? i?： (1) R0R L rT25 15 5 15mm(4)S (R t)2 L2 (R L) T 10.98mm(2)画出图示机构的压力角(3)推杆的最大行程H = ? H L R rT R025 15 5 15 30mm(4)图示位置从动件的位移S=?S(RrT)2L2 (R L) 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

6、构 等几种。2 .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。因止匕S np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,二0四炉酬_1 10

7、kN j J.P K ®3.画出图示圆轴的扭矩图，已知MA=5kN - m, MB=2kN - m4.画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大Qmax和M maxr=iokNM=5kN*TTA(a)(1)解：求支反力4RB M 2F 04RA M 2F 0RA6.25kNRB3.75 kN0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,在A点右截面,RA6.25 kN在c点左截面,Ra6.25 kN在c点右截面,Rb3.75 kN在B点左截面,Rb3.75 kN在B点右截面,画出剪力图，如下图:

8、同理我们根据几何关系求处几处弯矩值:在A点，MMg Ra2 12.5KNMC右 RA 2 M 7.5KN在d点，M 0画出弯矩图，如下图:最大 Qmax 6.25KNM max 12.5KN M(b)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M A 04RB 2q 2 0MB 04RA 2q 2 0RA 10 kNRB 10 kN由 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 RA 10KNM RAx 10xCD段：Q RA q(x 1) 20 10xMRAx q(x 1)2/2 10x 5(x 1)2DB段：

9、Q RA 2q 10KNMRAx 2q(x 2)10x 40根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如下Mmax 15KN M最大 Qmax10KN(c)解：求支反力Ma 0Rb llq22qaMb2qaql 1 -l2 4Ra8ql2qalRbII2qal0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,Ra8ql2qal在B点稍左,Ra38ql2qal在B点稍右,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

10、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Ra12一ql 162qa2在C点右截面Ra21 . 2qa一 ql162qa2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:Qd Ra q(x l/2) 0x 5i8此点的弯矩值为:M dRax2qa_ 2q(x l/2)9 ql 128238或qa42y3 qa2最大Qmax'ql 十KNM max128ql28qa4 qa 2l2KN.M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

11、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）画出轴力图；（2）求各段正应力；（3）求总变形量。A)A(-5crn-14UkNBC50kN解：（1）3(2) AB 段50 10Ai5 102100MPaBC段 290103(3) AB 段:BC 段 l2A2liFN21 2EA2210 10290MPaFnJ 1EA90l1|250 103 1000200 103 500103 100020

12、0 103 10000.5mm (缩短)0.45mm (伸长)0.5 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7777nrrr F解：求支反力MB0Ma0M max 5 KNm6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 = 20kN - m,梁长a= 2m,材料的许用应力b= 160MPa,试求:(1)梁A、B端的约束力;(2)画出剪力图和弯矩图;2 F 1 02 F 1 05KNRb5KNmax46 5 106b 3336mm4 1606 5

13、 106(3)若d =70mm,校核梁的强度6 51066 5 1062b (2b)234bM5KN mbh2解：（1）求约束力A . C B匚 FbMB 0RA4F 2M 0MA 0RB 4 F 2 M 0Ra 10KNRB 0（2）画剪力图，弯矩图：dlT £OKNn/仃伟(3)594MPa >Mmax 20 106W70332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_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

14、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dai = 77.5mm,齿数zi = 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df2、基圆直径db2)解：da1 (z1 2ha*)mm 2.5mma m(z1 z2) / 2z2 87mmd2

15、mz22.5 87 217.5mmda2 (z2 2ha*)m 222.5mmd f2 (z2 2ha* 2c*) m 211.25mm db d2 cos 204.38mm7 .两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn = 3mm, 1 = 15° Z2 = 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2才能使中间轴的轴向力相互抵消Ft2tg 1Ft3tg 2Ft2Ft32Tiid22Tiid32Tiid 2tg 12Tii .1

16、rg 2tg 1 cos 1mn2Z2tg 2 cos 2mn3Z3sin i mn3Z3sin 2mn2Z228.27°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, 已知传递功率 Pi = 4kW, ni=720r/min, m=4mm, zi = 25, Z2=73, bi=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ZG45硬度180HBC查表得 f lim 1190MPaF lim 2140MPaH

17、lim1555MPaH lim 2470MPa查表得：SH1.1SF1.4Hlin 1555SH1.1504.5MPaHlin 2Flin1190SH470 427.3MPa1.1SF1.4135.7MPaFlin 2SF140100MPa1.4T19.55106计算转矩:4445.3 104N mm720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:a m(z1 z2)/2 196mmz273z1252.923355 |KTl（u 21）221.7MPa 427.3（安全）ub2 a下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强

18、度。查表得：Yfsi4.22Yfs23.88Y FS1YFS 2F 1 z1F 2z2F12KYfs11_2b2 m z117.2MPa <100 <135.7（安全）第9章蜗杆传动1 .为什么将蜗杆分度圆直径 di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/z1,却不能以i=dM来表示?因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。并画出蜗杆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, 和蜗轮受力的作用点和三个分力的方向O第10章作业题1.图示所示轮

19、系，已知 Zi=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的转向解：卜马型4ZlZ2'Z320 25 4018 25 22.在图示轮系中，已知zl、Z2、z2'、Z3、z4、Z2Z3Z4Z5Z6ZlZ2'Z3Z4Z5转向：逆时针Z4'、Z5、Z5'、Z6。求传动比 il63.如图所示的轮系，已知乙15,Z225, Z215, Z330, Z315, Z430,Z42 （右旋）z5 60, z5 20, m 4mm,若 n1500r/min ,求齿条6线速度v的大小和方向。解:niZ2

20、Z3Z4Z5n5V6n5niZlZ2'Z3'Z42.5r /mind5'n560 1000200mZ5,n55 0.0105m/s 10.5mm/s60 1000Z1 N34.图示行星轮系，已知Z1 = Z2 = 41, Z2 = Z3 = 39,试计算传动比iH1解：,h n nHZ2Z3 1521i 13n3 nHZ1Z2, 1681由于轮3为固定轮（即n30）,i1Hn1一 h d Z2Z3d 39 39160一 1 i131 =1 nHZ1Z2'41 41 1681iH1 1/i1H 10.51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 .

21、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？带紧边刚绕出小带轮处3 . V 带传动 ni=1450r/min , fv=0.51,包角 =150° ,预紧力 F0=360N。试问:1

22、)该传动所能传递的最大有效拉力是多少？2)若di=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？“ef 1一解：(1)Fmax2F0 180.7Nef 1Fd1180.7 100(2)T 9035 N.mm(3) V60 10007.6m/ sFv 180.7 7.6 0.95 1.304kW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_轮毂的长度_确定。2 .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。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.请判断图示四个轴中，哪一个轴的结构有错误，出现的是什