机械设计基础课程形成性考核作业及答案

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。F= 40kN,AB = BC = 2m, ：= 30 .求两

2、吊杆的4. 如图所示吊杆中 A、B、C均为铰链连接，已知主动力受力的大小解：受力分析如下图列力平衡方程: Fx =0又因为AB=BCFa = Fc Fy =02Fa sin ： - FFa =FbF =40 KN2sin：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？什么是咼副？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，并指岀复合铰链、局部自由度和虚约束。aE、E有一处为虚约束F为局部自由度E、E有一处

3、为虚约束F为局部自由度(2) n = 5, Pl= 7, Ph = 0F =3n -2Pl -Ph=3 5-2 7=1(4) n = 7, Pl = 9, P”= 1(1) n =7, Pl = 10, Ph = 0F =3n -2Pl - Ph=3 7-2 10=1c处为复合铰链(3) n= 7, Pl = 10, Ph = 0E、E有一处为虚约束F为局部自由度E、E有一处为虚约束F为局部自由度F =3n -2Pl -Ph=3 7 -2 10=1F = 3n - 2Pl - Ph=3 7-2 9 -1=2E、E有一处为虚约束F为局部自由度E、E有一处为虚约束F为局部自由度C处为复合铰链(2)

4、(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，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,bc=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:1 AD 1 BC - 1 AB lCDl ab - l a

5、d l bc -1 cd = 130mm因此l ab的最小值为130mm4 画岀各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。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= 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= ?解：(1) Ro = R - L rT =25 - 15 5 = 15mm(2)(2)(4)S = (R rT)2 - L2 -(

6、R- L) -rT = 10.98mm(2 )画出图示机构的压力角:-(2)(3 )推杆的最大行程H = ?(3) H = L R rT _ R0 = 25 15 5 -15 = 30mm(4 )图示位置从动件的位移 S= ?s = . (R rT)-L2 _(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:

7、相邻两螺纹牙平行侧面间的轴向距离。因此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画岀图示各杆的轴力图，并计算最大轴力Nmax。lOkN1)2)7N max 二 3P最大轴力Nmax =40KN最大轴力3.画出图示圆轴的扭矩图，已知MA=5kN m, MB=2kN-m。Qmax 和 M max4画岀图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大F=10kNM=5kN*mAA(a)(1)

8、解：求支反力ZM a=04 Rb，M2F=0ZM B =0-4Ra M 2F = 0Ra =6.25kNRb =3.75 kN由=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，Q = 0在a点右截面，Q = Ra = 6.25 kN在C点左截面，Q = Ra = 6.25 kN在C点右截面，Q = RB = -3.75 kN在B点左截面，Q = RB - -3.75 kN在B点右截面，Q = 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 =0MC左二 Ra 2=12.5KNM

9、C 右二 Ra 2M=7.5KN在d点，M =0画出弯矩图，如下图:最大 Qmax = 6.25KNM max = 12.5KN M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A CD &、M A =04RB -2q 2 =0 M b = 0-4RA 2q 2 二0RA =10 kNRb =10 kN由二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 二 RA 一 q(x -1) = 20 - 10xM =RAx-q(x-1)2/2 =10x-5(x-

10、1)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下最大 Qmax = 10KNMmax =15KN M(c)解：求支反力、 Ma =0rb一 Q 3i _qa02 4、m=0-qa卫1l8q|-qaRb= 3ql8由a Y = 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，我们求岀关键的点就可以画岀线图。在a点稍左,=0在a点稍右,Jql82qa在B点稍左,=Ra38ql2qa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

11、；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，只需求岀梁在下面各截面处的弯矩值：在点A ,M =0在C点左截面1 1.2 qa2M = Raql -2 16 2在C点右截面M = Raqaqlq2 16 2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(x1/2) = 0 得此点的弯矩值为:二 Rax qa22q(x-l/2)2Aqi2.3qa2128 842l2根据上面数值可做剪力图弯矩图如下:最大Qmaxfql2qa

12、KNMmax旦时3qa128 84.qa2l2KN.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。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4.一矩形截面梁，承受载荷F=10KN，材料的许用应力；：=160MPa，试确

13、定横截面尺寸解：（1）N 190KN二4X50KN3（2）AB 段二 1=-100MPaF _ -50 10 一 2 Ai5 104.一矩形截面梁，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BC 段二 290 10310 102= 90MPa（3） AB 段：讣150 10： 10000加口（缩短）EA200 103 500A24.一矩形截面梁，承受载荷F=10KN，材料的许用应力；：=160MPa，试确定横截面尺寸4.一矩形截面梁，承受载荷F=10KN，材料的许用应力；：=

14、160MPa，试确定横截面尺寸BC段厶l2FN21 2ea290 10： 1000 二 0.45mm （伸长）200 103 1000l =二|2 - -0.5 0.45 - -0.05mm （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。RATTi-0=0= 5KNM max 5 KN6 5 106b (2b)21m2m77/7RB2 F 10RB =5KN5KN m 乞 |二bh26 5 1064b3*6 5 106_ 3 6 5 106b4 160-36mm截面宽 b = 36mm 高 h = 2b = 72mm5.如图所示

15、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)画岀剪力图和弯矩图;(3)若d = 70mm,校核梁的强度。B解：（1）求约束力Fb、Ma =0Rb 4-F 2 M=0Ra =10KNRb =0（2）画剪力图，弯矩图:(3)Fb10KNEOKN.m所以此梁不安全max20 1063-703= 594MPa t 132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

16、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. 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de 基圆直径db2)解：da1 =(乙|2ha*) m.m

17、= 2.5mma 二 m(Z| z2)/2.z2 = 87mmd2 = mz2 = 2.5 87 = 217.5mmda2 =(z22ha*) m = 222.5mmd f2 = (z22ha* -2c*) m = 211.25mmdb =d2cos： = 204.38mm7 两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级Z3= 17试问：mn = 3mm，|. = 15 Z2 = 51;低速级 叫=5mm，(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仆二盹:2F

18、t22Tiid2Ft32Tnd32Tnd2tg :12Thd3tg :2tg ： 1 cosmn2Z 2tg ： 2 c o s 2mn3Z3.口 sin / sin - 2 :mn2Z2l ：12 :、8.27&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, z = 25,73, 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

19、 硬度 180HBC查表得 Fiim1 =190MPa F lim 2 =14MPa-H lim1 = 555MPa H lim 2 二 470MPa查表得：Sh =1.1Sf =1.4Hlin 1Sh5551.1= 504.5MPaH l i2nSh470 =427.3M Pa1.1Flin1Sf190135.7MPa1.4匚 Flin 2Sf140100MPa1.4计算转矩：644T =9.55 1 065.3 1 04 N 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

20、 =196mmz273u =z1252.92（安全）=355 KTi （u ：1）= 221.7MPa427.3 ” ub2a下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：Yfsi =4.22YFs2 = 3.88YFS1YFS2、F1Vs1 =17.2MPa v 100 v 135.7（安全）b2 m 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i = Z2/Z1，却不能以i= d2/d1来表示？因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。并画岀蜗杆3. 图示的各蜗

21、杆传动均以蜗杆为主动件。试标岀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。(a)(a)(b)t3j-J(b)07第10章作业题1 图示所示轮系，已知 乙=18、Z2=20、Z?=25、Z3=25、Zs=2、乙=40，求该轮系的传动比，并判断蜗轮4的转向解：i =Z2Z3Z4Z1Z2Z20 25 4018 25 2=22转向:2.在图示轮系中，已知Z1、Z2、z?、Z3、Z4、解:i 16乙2 23乙4乙4Z1Z2，Z3Z4，Z5,逆时针1212:1，、 z5、z5、z6。求传动比 i163.如图所示的轮系，已知 乙=15, z 25, z = 15, Z3 = 30

22、, z =15, Z4 = 30, z = 2 （右旋）Z5 = 60, Z5 = 20, m = 4mm,若m = 500r / min，求齿条6线速度v的大小和方向。解:idZ2Z3Z4Z5= 200n5zZzJnin52.5r/m ini二 d5 n5二 mz5 n5v6-0.0105m/s = 10.5mm/s60 1000 60 10004. 图示行星轮系，已知Z1 = Z2 - 41 , Z2 = Z3 = 39，试计算传动比iH1。Z2rZ2p解：.H m -nHZ2Z31521i13n3 - nHZ1Z21681由于轮3为固定轮（即n3=0）,Z1Z3i1HinH13-込二1_

23、沦二俚Z1Z241 411681i H1 =1门伯=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 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?带紧边刚绕岀小带轮处3.

24、V 带传动 m=1450r/min，fv=0.51，包角：= 150，预紧力 Fo=36ON。试问:1） 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？e_1解:（1） Fmax =2F0180.7Ne+1(2)且=180Z=9035N.mm2 2(3) V：d1 m60 1000二 7.6m/ sP =Fv-180.7 7.6 0.95 =1.304kW第12章联接1普通平键的截面尺寸 bx h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