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1、机械设计基础课程形成性考核作业及答案doc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E已知力作用点B 与未知力垂直F未知力作用点C与未知力平行G两未知力交点D 任意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

2、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：Fx 0又因为 AB=BCFA sin FC sinFA FCFy 02FAsinFFAFBF40KN2 sin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） n7，PL 10， PH0 （2） n 5

3、，PL 7， PH 0F 3n 2PLPHF 3n 2PLPH37210352711C处为复合铰链（ 3）n 7， PL 10，PH 0 （ 4） n7，PL 9，PH 1F 3n 2PLPHF 3n 2PLPH372103729112E、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， lB

4、C=150mm ，lCD =120mm，l AD =100mm，AD 为机架；若想得到双曲柄机构，求 l AB 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 BC150mm若 BC 为最长杆，由杆长条件得：l AD l BC l AB lCDl AB l AD l BC l CD 130mm因此 l AB 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。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

5、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r T=5mm 。试求：（1）凸轮的基圆半径 RO解：（1） R0 R L rT 25 15 5 15mm（2）（4） S(R rT ) 2 L2 ( R L ) rT 10.98mm（2）画出图示机构的压力角（3）推杆的最大行程 H （3） H L R rTR025 15 5 15 30mm（4）图示位置从动件的位移S=S(R rT )2L2(RL) rT 10.98mm第 5 章 其他常用机构1常用的间歇运动机构

6、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 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

7、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 N max 40KN 最大轴力 N max 3P3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 M max 。（a）（ 1）解：求支反力M A 04RBM2F0M B 04RAM2F0RA 6.25 kNRB3.75 kN由 Y 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， Q0在 A 点右截面， QRA6.25kN在 C 点左

8、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， 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，M0MC左 RA212.5KNM C右 RA 2 M 7.5KN在D点，M0画出弯矩图，如下图：最大 Qmax 6.25KN M 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 A04RB2q20M B04RA2q2 0RA 10 kNRB 10kN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

9、解AC 段Q RA 10KNMRA x10xCD 段：QRAq(x1) 20 10 xMRA x q( x 1) 2 / 2 10 x 5( x 1) 2DB 段：QRA2q10KNM RA x 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 10KN M max 15 KN M（c）解：求支反力M A0RB llq 3 l qa 2024M B0RA l qa2ql 1 l 024RA1 qlqa 2RB3 qlqa 28l8l由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，我们求出关键的点就可以画出线图

10、。在A点稍左， Q 0在 A 点稍右，在 B 点稍左，在 B 点稍右，QRA1 qlqa 28lQRAql3qa 22qll8Q0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。 为了做弯矩图， 只需求出梁在下面各截面处的弯矩值：在点 A，M0在 C 点左截面MRAl1ql2qa 22162在 C 点右截面MRAlqa 21 ql 2qa 22162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 Q

11、D 0，令点 D 的坐标为 x， ,即：Q D RA q( x l / 2) 0 得x5 la 28l此点的弯矩值为：2M D RA x qa 2 q( x l / 2)29 ql 23 qa 2qa 412882l 2根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：最大 Qm ax3 qlqa 2KNM m ax9 ql 23 qa 2qa 48l12882l 2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

12、 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）（2） AB 段F5010 3100MPa1510 2A1BC 段2F90 10390MPaA210 102（3） AB 段：l1FN 1l 1501031000EA12001030.5mm （缩短）500BC 段l 2FN 2l 290103 10000.45mm （伸长）EA22001031000ll 1l 20.50.450.05mm（缩短）4一矩形截面梁，承受载荷 F=10KN ，材料

13、的许用应力 =160MPa ，试确定横截面尺寸。解：求支反力。M B0RA2F10M A0RB2F10RA5KNRB5KNM max5KNmmaxM5KNmWbh 266510665106b(2b) 24b3b36510636510636mm44160截面宽 b 36mm高 h2b 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 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M B0RA4F2M0M A0RB4F2M0RA 10KNRB0（

14、2）画剪力图，弯矩图：M max20 106594MPa （3）703W32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

15、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 z129。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： d a1 ( z1 2ha*) mm 2.5mma m( z1 z2 ) / 2z2 87mmd2mz22.5 87217.5mmda 2( z22ha*) m222.5mmd f 2( z22ha * 2c*) m 211.25mmdbd2 cos204.38mm7两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn 3mm，115Z

16、 2 51；低速级 mn5mm，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Ft 2tg 1 Ft 3 tg2Ft 22TIId2Ft 32TIId 32TII tg2TII tgtg 1 cos 1tg 2 cos 212mn 3 Z 3d 2d 3mn 2 Z 2sin 1 mn3 Z 3sin 2mn 2 Z 228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

17、 4kW ，n1720r/min ，m 4mm，zl 25，z273，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 F lim 1H lim 1190MPaF lim 2 140MPa555MPaH lim 2 470MPa查表得： SH 1.1 SF 1.4Hlin 1555H1SH504.5MPa1.1Flin 1190F1SF135.7MPa1.4Hlin 2470H 2SH427.3MPa1.1Flin 2140F 2

18、SF100MPa1.4计算转矩：T19.55 106 45.3 104 N mm720由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得 K=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 196mmz273u2.92z125 H 355 KT1 (u 1)3221.7MPa 427.3 （安全）ub2 a 2下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：YFS1 4.22 YFS 2 3.88YFS1YFS 2F 1 z1F 2 z22KT1YFS117.2MPa 100 135.7 ( 安全 )F1b2 m2 z1第 9章 蜗杆传动1为什么将

19、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 id2/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、Z 3=2、Z4=40，求该轮系的传动比，并判断蜗轮 4 的转向。z2 z3 z420 25 40转向：逆时针

20、解： i22z1 z2 z3 182522在图示轮系中，已知 z1、 z2、 z2、z3、 z4、 z4、 z5、 z5、 z6。 求传动比 i16。解： i16z2 z3 z4 z5 z6z1z2 z3 z4 z5 3如图所示的轮系，已知 z115, z2 25, z2 15, z3 30, z3 15, z4 30, z4 2 （右旋）z5 60, z5 20, m4mm, 若 n1500r / min ，求齿条 6 线速度 v 的大小和方向。解：n1z2 z3 z4 z5200iz1 z2 z3 z4 n5n12.5r / minn5iv6d5 n5mz5 n51000600.0105m

21、 / s 10.5mm/ s6010004图示行星轮系，已知 Z= Z= 41，Z= Z3= 39，试计算传动比iH1。12 2解：Hn1nHz2 z31521i13n3nHz1 z21681由于轮 3 为固定轮（即n30 ），i1Hn11H1z2 z33939160nHi 13z1 z2 141168141i H11/ i1H10.51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

22、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 ， f v=，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，弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为多少解：（1） Fmax2F0e f1 180.7Nef1Fd 1 180.7100（2） T29035 N .mm2d1n17.6m / s（3） v601000P Fv180.77.6 0.95 1.304kW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