国家开放大学机械设计基础形成性考核习题与答案.docx
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国家开放大学机械设计基础形成性考核习题与答案
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，__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F＝40kN,AB＝BC＝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：
Fx0
又因为AB=BC
FAsinFCsin
FAF
C
Fy0
2FAsinF
FFAFB40KN2sin
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）n＝7，PL＝10，PH＝0
（2）n＝5，PL＝7，PH＝0
F3n2PLPF3n2PLPH
H
37210352711
C处为复合铰链
（3）n＝7，PL＝10，PH＝0（4）n＝7，PL＝9，PH＝1
F3n2PLPF3n2PLPH
H
372103729112
E、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，lAD=100mm，AD为机架；若想得到双曲柄机构，求lAB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
ADlll
BCAB
CD
lABlADlBClCD130mm
因此lAB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__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）R0RLrT2515515mm
（2）
22
（4）S（RrT）L（RL）rT10.98mm
（2）画出图示机构的压力角（3）推杆的最大行程H＝？
（3）HLRrRmmT025*******
（4）图示位置从动件的位移S=？
22
S（RrT）L（RL）rT10.98mm
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：
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N40KN
max最大轴力Nmax3P
3．画出图示圆轴的扭矩图，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Mmax。
（a）
（1）解：
求支反力
M04RBM2F0
A
M04RAM2F0
B
R6.25kNRB3.75kN
A
由Y0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，QRA6.25kN
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，Q0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，M0
MC左A212.5MCRA2M7.5KN
RKN
右
在D点，M0画出弯矩图，如下图：
最大Qmax6.25KNMmax12.5KNM
（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）画出轴力图；
（2）求各段正应力；（3）求总变形量。
解：
（1）
3
F5010
（2）AB段MPa
100
12
A510
1
3F9010
BC段90MPa
2
2
A1010
2
3
Fl50101000
N110.5（3）AB段：
lmm1（缩短）
3
EA20010500
1
3
Fl90101000
N0.45
22
BC段lmm
2（伸长）
3
EA200101000
2
ll1l20.50.450.05mm（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。
M0RA2F10
B
M0RB2F10
A
RA5KNRB5KN
Mmax5KNm
M5KNm
maxbh
W
2
6
65
6
10
6
5
6
10
b（2b）
2
3
4b
66
65106510
b36
3mm
3
44160
截面宽b＝36mm高h＝2b＝72mm
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[σ]＝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
M0RA4F2M0
B
M0RB4F2M0
A
RA10KNRB0
（2）画剪力图，弯矩图：
6
M2010
max
（3）594MPa
3
W70
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z1＝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（z12ha*）m
m2.5mm
am（z1z2）/2
z287mm
d2mz22.587217.5mm
da2（z22ha*）m222.5mm
d
f2（22*2*）211.25
zhacmmm
dbd2cos204.38mm
7．两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?
Ft2tgFttg
13
2
F
t2
2T
II
d
2
F
t3
2T
II
d
3
2TII2TII
tg
1
d2d3
tg
2
→
tg
1costg2cos
11costg2cos
m
n2
Z
2
mZ
n3
3
2
sin
2
sin
1
m
n
2
m
n3
Z
2
Z
3
28.27°
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Pl＝4kW，n1＝720r/min，m＝4mm，zl＝25，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：
小齿选用45号钢，轮调质处理，查表硬度220HBS大齿轮ZG45硬度180HBC
查表得Flim1190MPaFlim2140MPa
Hlim1555MPaHlim2470MPa
查表得：
SH1.1SF1.4
555470Hlin1Hlin2
H1504.5MPaH427.3MPa
2
SH1.1SH1.1
190140Flin1Flin2
F1135.7MPaF100MPa
2
SF1.4SF1.4
计算转矩：
4
64
T19.55105.310N
720
由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得K=1.2
mm
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：
z73
am（zz）/2196mm
2
1u2.92
2
z25
1
3
KT（u1）
∴1221.7MPa427.3
355
H（安全）
2
uba
2
下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。
查表得：
Y4.22YFS23.88
FS1
Y
FS1
Y
FS
2
F
1
z
1
F
2
z
2
2KTYFS
11
F117.2MPa＜100＜135.7（安全）
2
bmz
21
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。
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Z1=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。
zzz202540
234
解：
i＝22
zz'z3'18252
12
转向：
逆时针
2．在图示轮系中，已知z1、z2、z2'、z3、z4、z4'、z5、z5'、z6。
求传动比i16。
解：
zzzzz
23456
i
16zzzzz
'34'5
12
'
3．如图所示的轮系，已知z115,z25,z15,z30,z15,z430,z2（右旋）
22334
z560,z520,m4mm,若n1500r/min，求齿条6线速度v的大小和方向。
解：
i
n
1
n
5
z
zzz
345
'z'z
34
2
zz
12
'
200
n
1
n52.5r
i
/min
dnmzn
'5
5'
55
v0.0105m/s10.5mm/
6
601000601000
s
4．图示行星轮系，已知Z1=Z2’=41，Z2=Z3=39，试计算传动比iH1。
解：
nnzz
H1H23
i
13zz
nn
3H12'
1521
1681
由于轮3为固定轮（即0
n），
3
nzz
1H23
i1i1
113zz
H＝
n'
H12
1
39
41
39
41
160
1681
i
H1/i1
1H
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?
f
e1
解：
（1）F20N
F180.7max
e1
f
Fd180.7100
1
（2）T9035N.mm22
dn
11
（3）v7.6m/s601000
PFv180.77.60.951.304kW
第12章联接
1．普通平键的截面尺寸b×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，出现的是什么错误，应如何改正。
a）b）c）d）
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
2．如图所示,轴的两端用两个角接触球轴承7207C正装。
常温下工作。
工作中有中等冲击。
转速n＝1800r/min,两轴承的径向载
荷分别是FrI＝3400N，FrII＝1050N，轴的轴向载荷Fa＝870N，方向指向轴承2，试确定哪个轴承危险,并计算出危险轴承的寿命。
解：
S0.68R0.6834002312N
11
S20.68R20.681050714N
S1Fa＞714N
2312870
∴左边轴承被放松，右边轴承被压紧。
AS2312N
1A2S1Fa3182N
1
A2312A3128
12.98
2
e
10.52
R3400R1050
12
＞e通过查表
∴x11y10x20.44y21.19
∴PxRYA3400KN
11111
PxRYA4184.3KN
22222
P大，我们用它计算查表得C30500KNfp1.5
2
6
10fC
t
L（
10fP
h
60n
p
）
=1060（h）
第15章联轴器与离合器
联轴器与离合器的主要功用和区别是什么?
答：
联轴器和离合器主要都是用来联接两轴并传递扭矩，用联轴器联接的两根轴，只有机器停止运转后，经过拆卸才能分离，
而用离合器联接的两根轴在运转过程中能随时根据需要结合或分离。
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