机械设计基础课程形成性考核作业答案

机械设计基础课程形成性考核作业答案（一）

第1章 静力分析基础

1． C、E、F A、B、D、G 2． B F、G 3．

4．解：受力分析如下图

列力平衡方程：

Fx 0

又因为 AB=BC FA sin FCsin FA FC

Fy 0

2FA sin

F FF

A FB

2sin

40KN

第2章 常用机构概述

1．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．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．机构的自由度计算

（1）n＝7，PL＝10，PH＝0 （2）n＝5，PL＝7，PH＝0

F 3n 2PL PH F 3n 2PL PH

3 7 2 10 3 5 2 7 1 1 C 处为复合铰链

（3）n＝7，PL＝10，PH＝0 （4）n＝7，PL＝9，PH＝1

F 3n 2PL PH F 3n 2PL PH

3 7 2 10 3 7 2 9 1 1 2

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．C

2．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．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： lAD lBC lAB lCD

lAB lAD lBC lCD 130mm 因此lAB的最小值为130mm

4．如下图：

第4章 凸轮机构 1．凸轮 推杆 机架 2．尖顶 滚子 平底 3．盘形 圆柱 曲面

4．解：（1）R0 R L rT 25 15 5 15mm （2）

（3）H L R rT R0 25 15 5 15 30mm （4）S

(R rT)2 L2 25.98mm

第5章 其他常用机构

1．棘轮机构 槽轮机构 不完全齿机构 2．左旋 右旋 三角形 矩形 梯形 锯齿形

3．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答案（二）

第6章 构件内力分析

1．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．

最大轴力Nmax 40KN 最大轴力Nmax 3P 3．

4．（1）解：求支反力

MA 0 4RB M 2F 0

MB 0 4RA M 2F 0 RA 6.25kN RB 3.75kN

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，Q 0

在A点右截面，Q RA 6.25kN 在C点左截面，Q RA 6.25 kN 在C点右截面，Q RB 3.75 kN 在B点左截面，Q RB 3.75 kN

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，M 0

MC左 RA 2 12.5KN MC右 RA 2 M 7.5KN 在D点，M 0 画出弯矩图，如下图：

最大Qmax 6.25KN Mmax 12.5KN M

（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

M

M

由

A

0 4R

B 2q 2 0 0 4RA 2q 2 0

B

RA 10 kN RB 10 kN

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解 AC段

Q RA 10KN M RAx 10x

CD段：

Q RA q(x 1) 20 10x

M RAx q(x 1)2/2 10x 5(x 1)2

DB段：

Q RA 2q 10KN

M RAx 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 Mmax 15KN M 同学可按第一题做法自己做一遍本题

（3）解：求支反力

MA 0 RB

l

lq3

l qa2 0 24

ql1

l 0 24

2

R l qa M 0A B

1qa23qa2

RA ql RB ql

8l8l

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。

在A点稍左，Q 0

1qa2

在A点稍右，Q RA ql

8lql3qa2

在B点稍左，Q RA ql

28l

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

l12qa2

在C点左截面 M RA ql

2162l12qa22

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

5a2

x l

8l

此点的弯矩值为：

q(x l/2)2

MD RAx qa

2

2

932qa42

ql qa 2 12882l

根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：

最大Qmax

第7章 构件的强度和刚度

1． 弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 缩径断裂阶段 2． 屈服极限 强度极限 3．解：（1）

3qa2932qa42

ql qa 2KN.M KN Mmax ql

8l12882l

F 50 103

（2）AB段 1 100MPa 2

A15 10

F90 103 90MPa BC段 2 2A210 10

FN1l1 50 103 1000

（3）AB段： l1 0.5mm（缩短）

EA1200 103 500FN2l290 103 1000

BC段 l2 0.45mm（伸长） 3

EA2200 10 1000 l l1 l2 0.5 0.45 0.05mm（缩短） 4．解：求支反力。

M M

B

0 RA 2 F 1 0 0 RB 2 F 1 0

A

RA 5KN RB 5KN Mmax 5KN m max

M5KN m

Wbh2

6

6 5 1066 5 106

23

b (2b)4b

6 5 1066 5 106

36mm b 4 4 160

截面宽b＝36mm 高h＝2b＝72mm

5．解：（1）求约束力

M M

B

0 RA 4 F 2 M 0 0 RB 4 F 2 M 0

A

RA 10KN RB 0

（2）画剪力图，弯矩图：

Mmax20 106

（3） 594MPa＞

W 703

32

所以此梁不安全。

机械设计基础课程形成性考核作业答案（三）

第8章 齿轮传动 1．C

2．齿数 压力角 变位系数

3．法面 法面压力角 螺旋角相等 相反 4．17 5．C

6．解：da1 (z1 2ha*)m

m 2.5mm

a m(z1 z2)/2

z2 87mm d2 mz2 2.5 87 217.5mm da2 (z2 2ha*)m 222.5mm df2 (z2 2ha* 2c*)m 211.25mm db d2cos 204.38mm 7．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）Ft2tg 1 Ft3tg 2

Ft2

2TII

d22TIId3

Ft3

tg 1 co s1tg 2 co s22TII2TII

tg 1 tg 2 →

mn2Z2mn3Z3d2d3

sin 2

sin 1 mn3Z3

mn2Z2

2 8.27°

8．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 Flim1 190MPa Flim2 140MPa

Hlim1 555MPa Hlim2 47M0Pa

查表得：SH 1.1 SF 1.4 H 1

Hlin1

SH

555

504.5MPa 1.1

H 2 Hli2n 470 427.3MPa

SH

1.1

F 1

Flin1

SF

in140190

135.7MPa F 2 Fl2 100MPa

1.4SF1.4

计算转矩： T1 9.55 106

4

5.3 104N mm 720

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：

a m(z1 z2)/2 196mm u

z273 2.92 z125

∴ H

KT1(u 1)3

221.7MPa 427.3 （安全）

ub2a2

下面，我们再校核齿根弯曲疲劳强度。 查表得：

YFS1 4.22 YFS2 3.88

F1z1 F2z2

YFS1

YFS2

F1

第9章 齿轮传动

2KT1YFS1

17.2MPa＜100 ＜135.7(安全) 2

b2mz1

1．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．因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。 3． （a）

（b）

第10章 作业题 1．解：i＝

z2z3z420 25 40

22 转向：逆时针 18 25 2z1z2'z3'

z2z3z4z5z6

2．解：i16

z1z2'z3z4'z5'

3．解：

i

zzzzn1

2345 200 n5z1z2'z3'z4'

n1

2.5r/min i

n5

v6 d5n5

'

mz5n5

'

0.0105m/s 10.5mm/s

60 1000

60 1000

4．解：

iH

13

n1 nH z2z31521

n

3 nHz1z2'1681

由于轮3为固定轮（即n3 0）， in1 1 iH

zz1H

13 1 23nHz1z2'

iH1 1/i1H 10.51

1

39 3941 41 1601681 ＝

机械设计基础课程形成性考核作业答案（四）

第11章 带传动

1．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．带紧边刚绕出小带轮处 3．解：（1）Fmax

ef 1

2F0 180.7N

ef 1

（2）T

Fd1180.7 100

9035N.mm 22

（3）v

d1n1

60 1000

7.6m/s

P Fv 180.7 7.6 0.95 1.304kW

第12章 联 接

1．轴径 轮毂的长度 2．矩形 渐开线 三角形

3．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