《机械设计基础形考作业答案》.pdf

机械设计基础课程形成性考核作业（一）机械设计基础课程形成性考核作业（一）第第 1 章章 静力分析基础静力分析基础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_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 均为铰链连接，已知主动力 F40kN,ABBC2m,30.求两吊杆的受力的大小 列力平衡方程： 0Fx 又因为 AB=BC sinsinCAFF CAFF 0Fy FFAsin2 KNFFFBA40sin2第第 2 章章 常用机构概述常用机构概述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 机构的自由度计算（1）n7，PL10，PH0 （2）n5，PL7，PH0 HLPPnF23HLPPnF23 102737253 11 C 处为复合铰链 （3）n7，PL10，PH0 （4）n7，PL9，PH1 HLPPnF23HLPPnF23 1027319273 12 E、E有一处为虚约束 F 为局部自由度 C 处为复合铰链第第 3 章章 平面连杆机构平面连杆机构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 ABBC150mm若 BC 为最长杆，由杆长条件得： CDABBCADllll mmllllCDBCADAB130 因此的最小值为 130mmABl4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：第第 4 章章 凸轮机构凸轮机构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 R25mm，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？（2）画出图示机构的压力角（3）推杆的最大行程 H？（4）图示位置从动件的位移 S=？解：（1）mmrLRRT15515250 （2） （3）mmRrRLHT3015515250 （4）mmLrTRS98.25)(22第第 5 章章 其他常用机构其他常用机构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机械设计基础课程形成性考核作业（二）机械设计基础课程形成性考核作业（二）第六章第六章 构件内力分析构件内力分析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 最大轴力KNN40maxPN3max3画出图示圆轴的扭矩图，已知 MA=5kNm，MB=2kNm4画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大和maxQmaxM（a）（b）（c）（1）解：求支反力 0AM024FMRB 0BM024FMRA kN kN25. 6AR75. 3BR 由 得知 支反力计算无误0Y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，0Q 在 A 点右截面，kN25. 6ARQ 在 C 点左截面， kN25. 6ARQ 在 C 点右截面， kN75. 3BRQ 在 B 点左截面， kN75. 3BRQ 在 B 点右截面， 画出剪力图，如下图：0Q同理我们根据几何关系求处几处弯矩值： 在 A 点，0M KNRMAC5 .122 左KNMRMAC5 . 72右 在 D 点， 画出弯矩图，如下图：0M 最大 KNQ25. 6maxMKNM5 .12max（2）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 0AM0224 qRB 0BM0224qRA kN kN10AR10BR由 得知 支反力计算无误。

0Y由于各段受力情况不同可以分段求解AC 段 KNRQA10 xxRMA10 CD 段： xxqRQA1020) 1( 22) 1(5102/) 1(xxxqxRMA DB 段： KNqRQA102 4010)2(2xxqxRMA 根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如下 最大 KNQ10maxMKNM15max 同学可按第一题做法自己做一遍本题 （3）解：求支反力 0AM04322qallqlRB 0BM04122lqlqalRA lqaqlRA281lqaqlRB283由 得知 支反力计算无误 0Y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，0Q在 A 点稍右，QlqaqlRA281在 B 点稍左，lqaqlqlRQA2832在 B 点稍右，0Q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， 0M在 C 点左截面 2161222qaqllRMA在 C 点右截面 21612222qaqlqalRMA在点 B, 0M 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 QD0，令点 D 的坐标为 x，,即： 得0)2/(lxqRQAD lalx285 此点的弯矩值为： 2)2/(22lxaxRMAD 24222831289lqaqaql 根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：最大 KN KN.MmaxQlqaql283maxM24222831289lqaqaql第第 7 章章 构件的强度和刚度构件的强度和刚度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 E200GPa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MPaAF10010510502311BC 段MPaAF90101010902322（3）AB 段：（缩短）mmEAlFlN5 . 05001020010001050331111BC 段（伸长）mmEAlFlN45. 010001020010001090332222 （缩短）mmlll05. 045. 05 . 0214一矩形截面梁，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 0BM012FRA 0AM012FRB KNRA5KNRB5 mKNM 5max 652maxbhmKNWM 362641056)2(1056bbb mmb3616041056410563636截面宽 b36mm 高 h2b72mm5如图所示的圆形横截面的梁，承受载荷 F10kN，M20kNm，梁长 a2m，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 0BM024MFRA 0AM024MFRB KNRA100BR （2）画剪力图，弯矩图： （3）MPaWM5943270102036max 所以此梁不安全机械设计基础课程形成性考核作业三机械设计基础课程形成性考核作业三第第 8 章章 齿轮传动齿轮传动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_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 da177.5mm， 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 a145mm，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：mhazda*)2(11 mmm5 . 22/ )(21zzma mmz872 mmmzd5 .217875 . 222 mmmhazda5 .222*)2(22 mmmchazdf25.211*)2*2(22 mmddb38.204cos27两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级 mn3mm，115Z251；低速级 mn5mm，Z317 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2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）2312tgFtgFtt 332222dTFdTFIItIIt 212322tgdTtgdTIIII3322211cos2cosZmtgZmtgnn 223312sinsinZmZmnn 8.2728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 Pl4kW，n1720r/min，m4mm，zl25，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 MPaF1901limMPaF1402lim MPaH5551limMPaH4702lim 查表得： 1 . 1HS4 . 1FS MPaSHHlinH5 .5041 . 155511MPaSHHlinH3 .4271 . 147022 MPaSFFlinF7 .1354 . 119011MPaSFFlinF1004 . 114022 计算转矩： mmNT461103 . 572041055. 9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： mmzzma1962/ )(2192. 225。