机械设计基础形考作业答案

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,C、E、F力的指向可以假定,A、B、D、G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G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=

2m,a=30。、求两吊杆的受力的大小。

^Fx=O

又因为AB=BC

FA-siixx=Fcsim

z今=。

2FA-SiMZ=F

F=F=40KN

■■FAB

2sina

第2章常用机构概述

1.机构具有确定运动的条件就是什么?

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。

2.什么就是运动副？什么就是高副？什么就是低副？

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、局部自由度与虚约束。

机构的自由度计算

(l)n=7,PL=10,PH=0(2>=5,PL=7,PH=0

F=3n-2PL-PHF=3n—2PL-PH

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

=1=1

C处为复合较链

(3)n=7,PL=10,PH=0(4)〃=7,PL=9,PH=1

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

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

=1=2

E、E，有一处为虚约束F为局部自由度

C处为复合钱链

第3章平面连杆机构

1.对于钱链四杆机构，当满足杆长之与的条件时，若取一为机架，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.根据尺寸与机架判断钱链四杆机构的类型。

答: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.在图示钱链四杆机构中，已知,/BC=150mm,/CD=120mm,/AD=100mm,AD为机

架;若想得到双曲柄机构，求ZAB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:

，AD+“BC-，AB+‘CD

-IAD+，BC-,CD=3Q1WZ

因此L的最小值为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。

如下图:

第4章凸轮机构

1.凸轮主要由凸轮.推杆与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.滚子从动件与平底从动件。

3.按凸轮的形状可分为盘形凸轮、.圆柱一凸轮与曲面凸轮。

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

离滚子半径rT=5mmo试求:

(1)凸轮的基圆半径Ro=?

(2)画出图示机构的压力角a

(3)推杆的最大行程H=?

(4)图示位置从动件的位移5=?

解：(1)RQ=R—L+rT=25—15+5=15mm

(3)H=L+R+丫丁—RQ—25+15+5—15=3bmm

(4)S=J(R+〃)2—尸=25.98mm

第5章其她常用机构

1.常用的间歇运动机构有棘轮机构”槽轮机构与不完全齿机构等几

种。

2.螺纹的旋向有_左旋_与_右旋.牙形有三角形一矩形一梯形，与锯齿形

3.螺纹的导程S与线数n及螺距P之间的关系就是什么？

答:导程S:在同一螺纹线上相邻两螺纹牙之间距离。

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

1.什么就是构件的强度？什么就是构件的刚度？

强度就是构件抵抗破坏的能力，满足强度要求就是指在外力作用下构件不发

生破坏。

刚度就是构件抵抗变形的能力，满足刚度要求就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Nmaxo

—/OkN430kN_巨10kN

1OKN

imeiiiiii_

叫Mllll

-3P

最大轴力=3P

3.画出图示圆轴的扭矩图，已知MA=5kN•m,MB=2kN•m。

0

B

T

/N.m

mnnn

-3KN-m

-5KNm

4.画出图示各梁的剪力图与弯矩图，并计算最大以加与“max。

F=10kN

M=5kN・m

A-----B

(a)

g=10kN»m

Im2mIm

(b)

M=qa2l—

(c)

(1)解:求支反力

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

ARDw

=0-4RA+M+2F=0

RA=6.25kNRB=3.75kN

由EY=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与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,0=0

在A点右截面,Q=&=6.25kN

在C点左截面,Q=&=625kN

在C点右截面,Q=&=-3.75kN

在B点左截面,Q=&=-3.75kN

在B点右截面,0=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=0

=RAX2=12.5KN=RAX2-M=1.5KN

最大Qmax=6253M“125KN.M

⑵解:此题解法与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

V

AC

^MA=04RB-2qx2=Q

^MB=°-4(+2qx2=0

RA.=10kNRDR=10kN

由ZY=O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=IOKN

M=RAX=10%

CD段：

Q=RA—q(x—1)=20—1Ox

2

M=RAx—q{x—V)~12=10%—5(x—I)

DB段：

Q=RA-2q=-WKN

M=—2q(x—2)=—10%+40

根据上面所求函数我们画剪力与弯矩图如下

最大Qmax=10侬知3=15侬•"

同学可按第一题做法自己做一遍本题

(3)解:求支反力

RAA-RB

q

_____Ei”

AC„B

——M

2

^MA=0RB-l-^—l-qa=0

)',MR=0_RA,I—qa-+—Z=0

„1,q#„3,qa2

孔蓝qJ-rRB=sql+~r

由zy=o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,Q=0

qa2

在A点稍右,Q=R=—ql-

A8~T

qa2

在B点稍左,Q=3"--ql-

8~T

在B点稍右,Q=0

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，弯矩图就是一条抛物线。为了做

弯矩图，只需求出梁在下面各截面处的弯矩值：

在点A,M=0

在C点左截面M=RA--=—ql--^-

A2162

22

在C点右截面M=RA--+qa=^-ql+^-

2162

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，这个截面的弯矩就

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)=0得

x=-l-—

8I

此点的弯矩值为:

4（X-//2）2

=+q/—

2

Q4

9

I72~\—3qa2H--9--a-

T282〃

根据上面数值可做剪力图弯矩图如下:

M

—1ijl.：--q--a--

162

o2Qo4

KNM=----ql1+—qa~+-^-^-KN^M

最大Qmax=-/-理Tmax

oI12882〃

第7章构件的强度与刚度

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，依次为建性

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一，脆性材料的极限应力取一强度极限

3.如图7-35所示变截面杆AC,在A、B两处分别受到50kN与140kN的力的

作用，材料E=200GPa。试求:⑴画出轴力图;(2)求各段正应力;(3)求总变形量。

A,=10cm2

Ai=5cm2

解:⑴

N

90KN

(2)AB段%=*=—'Oxly=—iQQMPa

1A5xlO2

F90x103

BC段”=—=9QMPa

10xl02

⑶AB段:州=4立-SOxICPxiooo

=-05〃加（缩短）

200X103X500

90x103x1000

BC段M=O.45W27”《申长)

200X103X1000

I=AZt+AZ2=—0.5+0.45=—0.05机加（缩短）

4.一矩形截面梁，承受载荷F=10KN,材料的许用应力[o]=160MPa,试确定横截

面尺寸。

解:求支反力。

YMR=0-RAx2+Fxl=0

^MA=07?sx2+Fxl=0

RA=5KNRR=5KN

Mmax=5KN7n

M5KN-m三匕］

blr

6

6x5xlC)6_6x5x106

”(26)2—4/

6x5xl()66x5xlC)6

b>=36mm

4x160

截面宽Z?=36mm高/z=2Z?=72nlm

5.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［。］=160MPa,试求：

(1)梁A、B端的约束力；

(2)画出剪力图与弯矩图；

(3)若d=70mm,校核梁的强度。

解:(1)求约束力

=0-RAx4+Fx2+M=0

^MA=0RBx4-Fx2+M=0

RA=10KNRB=O

⑵画剪力图湾矩图:

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就是齿数.压力角.

变位系数一。

3.标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件就是:两齿轮的法面模数与

法面压力角.都相等，齿轮的.螺旋角相等角相等、旋向相反一。

4.采用展成法加工正常齿齿轮时.不发牛根切的最少齿数就是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:dai=(Zi+2hct^)m

m=2.5mm

a=m(zl+Z2)/2

z2=87mm

d2=mz^=2.5x87—211.5mm

da2=(z2+2hc^)m=2225mm

dfl=(z2—2ha*-2c*)m=211.25mm

db=d2cosc=204.38mw

7.两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级布=3mm,0=15°Z2=51;

低速级侬=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？

(2)低速级齿轮取多大螺旋角仪才能使中间轴的轴向力相互抵消？

解：(1)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)K2tgl=匕岫

tg01xco自tg/32xco现

外土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，已知传递功率Pi=4kW,m=720r/min,m=4mm,zi=25,Z2=

73力i=84mm力2=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SFXimi=\9QMPa^fliS1=l4MP,

“im=55&P，=47财P,

查表得:S”=1.1SF=1.4

HI

EHh]=50^MPc

LSH1.1

\aHI=—=427.3MP.

L"SH1.1

[o-F],-—2.135MP<\aFl=^^-''=—=l00MP.

LfJiLFh

SF1.4SF1.4

计算转矩：

T=9.55xlO6x—=5.3xlO4^-mm

720

由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得K=l、2

由于就是闭式齿轮，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：

z73

a=m(Z]+z)/2=19&nmu=—=一=2.92

2Zi25

aH=355K.Q：l)=221.7MPa(427.3(安全)

\ub2a

下面,我们再较核齿根弯曲疲劳强度。

查表得:

%=4.22%=3.88

一YFSI、YFS2

.「F]1Z1:%]2Z2

KTfs

3n='^'=17.2MP,<100<135.7(安全)

b2m~zx

第9章蜗杆传动

1.为什么将蜗杆分度圆直径4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/zi,却不能以z=d2/di来表示？

因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。

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，并画出蜗杆与蜗轮受力的作用点与三个分力的方向。

(b)

1.图示所示轮系，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:

.H"1—“Hz?Z3152

===

n3—nHz1z2,168

由于轮3为固定轮(即“3=0),

.=々=]田=]Z2Z3_39x39_160

liH~~nZ~-13―—二741x41-1681

iH.=l/zw=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与打滑的原因就是什么?对传动各有什么影响？

由于带就是弹性体，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。打滑就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〃i=1450r/minm=0、51,包角a=150°,预紧力Fo=36ON。试问：

1)该传动所能传递的最大有效拉力就是多少？

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？

fa_1

解:⑴O^Z线/^lSCUN

%+1

力TFd180.7x100

(2)1=-----x=---------------=9035/V.mm

22

7idn

⑶忏xx=7.6m/s

60x1000

尸二尸"〃=180.7x7.6x0.95=1.304kW

第12章联接

1.普通平键的截面尺寸bXh按轴径一选取，长度L按.轮毂的长度一确定。

2.花键联接的主要类型有矩形花键、渐开线花键与三角形花键。

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？

预紧的目的就是为了增加联接的刚性、紧密性与防松能力。

用测力矩扳手与定力矩扳手

机械防松摩擦防松其她防松

第13章轴

1.按轴的受力分类，轴可以分为—心二轴、专专轴一与传动轴。

2.请判断图示四个轴中，哪一个轴的结构有错误，出现的就是什么错误,应如何

改正。

C轴承无法拆卸，应将轴肩高度低于轴承内圈。

第14章轴承

1.写出下列轴承代号表示的内容，说明该轴承适用的场合。

7208,32314,6310/P5,7210B,N2222

720832314

内径40iunI———内径70mM