机械设计基础课程形成性考核作业及答案

机械设计基础课程形成性考核作业及答案一、课程概述机械设计基础是一门综合性的技术基础课程，它融合了机械制图、工程力学、机械原理、机械零件等多方面的知识，旨在培养学生具有从事机械设计、制造、运行和维护等方面工作的能力。通过本课程的学习，学生将掌握机械设计的基本原理和方法，具备分析和解决机械工程实际问题的初步能力。

二、作业形式及要求

（一）作业形式1.书面作业：布置一定量的书面习题，涵盖课程各章节的知识点，要求学生按时完成并提交。2.实践作业：安排一些与实际机械设计相关的实践任务，如机械结构测绘、简单机械装置的设计与制作等，让学生通过实践加深对课程知识的理解和应用。

（二）作业要求1.书面作业书写工整，字迹清晰，图表规范。解题步骤完整，逻辑严谨，答案准确。严格按照题目要求的格式和内容进行作答。2.实践作业按照实践任务的具体要求，制定详细的实施方案。实践过程中认真观察、记录数据和现象，确保实践结果的真实性和可靠性。实践结束后，撰写规范的实践报告，包括实践目的、原理、步骤、结果分析等内容。

三、作业内容及答案

（一）书面作业1.第一章绪论题目：简述机械设计的一般过程。答案：机械设计的一般过程包括：明确设计任务，进行市场调研和分析，确定设计要求和约束条件；方案设计，提出多种可行的设计方案并进行比较和评估；技术设计，对选定的方案进行详细的设计计算和分析，确定各零部件的尺寸、形状和材料等；施工设计，绘制零件图、装配图等施工图纸，编制设计文件；设计评审和改进，对设计结果进行评审，根据评审意见进行修改和完善。2.第二章平面机构的结构分析题目：计算图1所示机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的运动。（已知各构件的尺寸，图略）答案：首先，确定机构中的活动构件数n=5，低副数PL=7，高副数PH=0。根据自由度计算公式F=3n2PLPH，可得F=3×52×70=1。因为机构的自由度F=1，且原动件数等于自由度，所以该机构具有确定的运动。3.第三章平面连杆机构题目：在图2所示的铰链四杆机构中，已知lAB=50mm，lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=80mm。试判断：（1）若以AB为机架，该机构属于何种类型？（2）若以BC为机架，该机构属于何种类型？（3）若以CD为机架，该机构属于何种类型？（图略）答案：（1）因为lAB+lAD=50+80=130mm，lBC+lCD=100+70=170mm，lAB+lAD<lBC+lCD，且lAB为最短杆，所以以AB为机架时，该机构为双曲柄机构。（2）当以BC为机架时，lAB为最短杆，且lAB+lBC=50+100=150mm，lAD+lCD=80+70=150mm，lAB+lBC=lAD+lCD，所以该机构为平行四边形机构。（3）若以CD为机架，lAD为最短杆，且lAD+lCD=80+70=150mm，lAB+lBC=50+100=150mm，lAD+lCD=lAB+lBC，所以该机构为平行四边形机构。4.第四章凸轮机构题目：已知一滚子直动从动件盘形凸轮机构，凸轮顺时针方向匀速转动，凸轮轮廓曲线如图3所示。试求：（1）凸轮的理论廓线和实际廓线；（2）从动件的行程h；（3）凸轮的基圆半径rb；（4）在图上标出凸轮的推程、回程、远休止角和近休止角。（图略）答案：（1）凸轮的理论廓线是以凸轮轴心为圆心，以滚子中心到凸轮轴心的距离为半径所作的圆。实际廓线是在理论廓线的基础上，减去滚子半径得到的曲线。（2）从动件的行程h等于凸轮在推程阶段轮廓曲线的最大升程。（3）凸轮的基圆半径rb是凸轮轮廓曲线的最小半径，即凸轮理论廓线的最小半径减去滚子半径。（4）推程是从动件从最低位置上升到最高位置的过程；回程是从动件从最高位置下降到最低位置的过程；远休止角是从动件在最高位置停留的时间所对应的凸轮转角；近休止角是从动件在最低位置停留的时间所对应的凸轮转角。在图上按要求准确标注即可。5.第五章齿轮机构题目：一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，已知z1=20，z2=40，m=5mm，α=20°。试求：（1）齿轮1和齿轮2的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径；（2）中心距a；（3）传动比i12。答案：（1）根据公式，分度圆直径d=mz。齿轮1的分度圆直径d1=mz1=5×20=100mm；齿轮2的分度圆直径d2=mz2=5×40=200mm。齿顶圆直径da=d+2ha，其中ha=m，所以齿轮1的齿顶圆直径da1=d1+2m=100+2×5=110mm；齿轮2的齿顶圆直径da2=d2+2m=200+2×5=210mm。齿根圆直径df=d2hf，其中hf=1.25m，所以齿轮1的齿根圆直径df1=d12×1.25m=1002×1.25×5=87.5mm；齿轮2的齿根圆直径df2=d22×1.25m=2002×1.25×5=187.5mm。（2）中心距a=(d1+d2)/2=(100+200)/2=150mm。（3）传动比i12=z2/z1=40/20=2。6.第六章轮系题目：在图4所示的复合轮系中，已知z1=20，z2=30，z2'=20，z3=80，z3'=25，z4=60，z4'=20，z5=40。试求：（1）该轮系的传动比i15；（2）若n1=1450r/min，求n5的大小和方向。（图略）答案：（1）首先确定轮系中各基本轮系的传动比。由定轴轮系122'3可得：i13=z2z3/z1z2'=30×80/20×20=6。由周转轮系33'44'5可得：i35=z4z5/z3'z4'=60×40/25×20=4.8。则轮系的传动比i15=i13×i35=6×(4.8)=28.8。（2）已知n1=1450r/min，根据传动比公式i15=n1/n5，可得n5=n1/i15=1450/(28.8)≈50.35r/min。负号表示n5的转向与n1相反。

（二）实践作业1.机械结构测绘实践任务：选择一个简单的机械部件，如减速器、千斤顶等，进行结构测绘，绘制其零件图和装配图。实践步骤了解部件工作原理和结构：查阅相关资料，了解所选机械部件的工作原理、组成结构及各零部件的作用。拆卸部件：按照合理的拆卸顺序，小心拆卸部件，注意保护零件表面，避免损坏。绘制零件草图：对每个零件进行测量，记录尺寸数据，并绘制零件草图，标注尺寸、公差、表面粗糙度等技术要求。整理零件草图：根据测量数据和草图，整理完善零件图，确保尺寸准确、标注规范。绘制装配图：根据零件图，确定各零件的装配关系，绘制装配图，标注必要的尺寸、配合公差、技术要求等。实践报告内容实践目的：阐述通过机械结构测绘加深对机械零件和装配关系理解的目的。实践原理：简述测绘所依据的机械制图、尺寸测量等基本原理。实践步骤：详细描述实践过程中的具体操作步骤。实践结果：展示绘制的零件图和装配图，并对测绘结果进行分析，指出可能存在的误差及原因。总结与体会：总结实践过程中的收获和体会，提出改进建议。2.简单机械装置设计与制作实践任务：设计并制作一个简单的机械装置，如曲柄摇杆机构、凸轮机构等，实现特定的运动要求。实践步骤设计方案：根据给定的运动要求，选择合适的机构类型，进行机构的运动设计和尺寸计算。材料选择：根据设计要求和实际工况，选择合适的材料，确保机械装置具有足够的强度和刚度。零件加工：按照设计图纸要求，使用合适的加工设备和工艺，加工制作各个零件。装配调试：将加工好的零件进行装配，调试机构的运动精度，确保其满足设计要求。实践报告内容实践目的：说明设计并制作简单机械装置以培养创新能力和实践能力的目的。设计方案：详细阐述所选机构类型、设计思路、运动参数和尺寸计算过程。实践过程：描述零件加工、装配调试的具体过程和遇到的问题及解决方法。实践结果：展示制作完成的机械装置，并测试其运动性能，分析结果是否符合设计要求。总结与体会：总结实践过程中的经验教训，对设计和制作过程进行反思，提出改进措施。

四、作业批改与反馈1.批改方式对于书面作业，教师认真批改每一道题目，标记出正确与错误之处，给出详细的批改意见和评分。对于实践作业，根据学生的实践报告和实际作品，从方案设计合理性、实践操作规范性、结果分析准确性等方面进行综合评价，给出成绩和评语。2.反馈机制及时向学生反馈作业批改结果，通过课堂讲解、发放作业批改记录等方式，让学生了解自己的作业情况。针对学生作业中存在的问题，进行个别辅导或集中讲解，帮助学生理解和掌握知识点，改进作业中的不足之处