广播电视大学 机械设计基础作业(附答案)

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，_______力的指向可以假定，_______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______的方向上，使投影方程简便；矩心应选在_____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,α＝30?.求两吊杆的受力的大小。

第2章常用机构概述

1．机构具有确定运动的条件是什么?

2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？

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。

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___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。

3．在图示铰链四杆机构中，已知，l BC=150mm ，l CD=120mm，l AD=100mm，AD为机架；若想得到双曲柄机构，求l AB的最小值。

4．画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。

第4章凸轮机构

1．凸轮主要由___________，__________和__________三个基本构件组成。

2．凸轮机构从动件的形式有______从动件，________从动件和________从动件。

3．按凸轮的形状可分为_______凸轮、_______凸轮和________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R O＝？

（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=？

第5章其他常用机构

1．常用的间歇运动机构有___________，_________和___________等几种。

2．螺纹的旋向有_______和_______，牙形有_______，________，_______，和_______。

3．螺纹的导程S 与线数n 及螺距P 之间的关系是什么？

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？

2．画出图示各杆的轴力图，并计算最大轴力N max 。

3．画出图示圆轴的扭矩图，已知M A =5kN ·m ，M B =2kN ·m 。

4．画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大max Q 和max M 。

（a ）

（b）

（c）

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___________，_____________，_____________，_____________。

2．通常塑性材料的极限应力取__________，脆性材料的极限应力取__________。

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。

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。

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。

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________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________，________，________。

3．标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的_________模数和_________都相等，齿轮的_________角相等、旋向_________。

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_______

5．一对齿轮啮合时，两齿轮的________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d a1＝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d a2、齿根圆直径d f2、基圆直径d b2）

7．两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级m n＝3mm，β1＝15°Z2＝51；低速级m n＝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?

（2）低速级齿轮取多大螺旋角β2才能使中间轴的轴向力相互抵消?

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P l＝4kW，n1＝720r/min，m＝4mm，z l＝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。

第9章蜗杆传动

1．为什么将蜗杆分度圆直径d l规定为蜗杆传动中的标准参数？

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？

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）

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。

2．在图示轮系中，已知z 1、z 2、z 2'、z 3、z 4、 z 4'、 z 5、 z 5'、z 6。 求传动比i 16。

3．如图所示的轮系，已知,15,30,15,25,1533221=====''z z z z z 2,3044=='z z （右旋）,4,20,6055mm m z z ==='若min /5001r n =，求齿条6线速度v 的大小和方向。

4．图示行星轮系，已知Z 1 = Z 2’ = 41，Z 2 = Z 3 = 39，试计算传动比 i H1。

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?

2．试分析增速带传动工作时，其最大应力在哪里?

3．V带传动n1=1450r/min，f v=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?

第12章联接

1．普通平键的截面尺寸b×h按________选取，长度L按_________确定。

2．花键联接的主要类型有_____花键、___ __花键和___ _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？

第13章轴

1．按轴的受力分类，轴可以分为_______轴、__________和___________。

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）

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Fr I＝3400N，Fr II ＝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。

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：

∑=0Fx

又因为 AB=BC

ααs i n s i n C A F F =? C A F F =

∑=0Fy

F F A =?αs i n

2

KN F

F F B A 40sin 2==

=∴α

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，P L ＝10，P H ＝0 （2）n ＝5，P L ＝7，P H ＝0

H L P P n F --=23 H L P P n F --=23

=10273?-? =7253?-? 1= 1= C 处为复合铰链

（3）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （4）n ＝7，P L ＝9，P H ＝1

H L P P n F --=23 H L P P n F --=23

=10273?-? =19273-?-? 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： CD AB BC AD l l l l +≤+

mm l l l l CD BC AD AB 130=-+≥

因此AB l 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）mm r L R R T 15515250=+-=+-= （2）

（3）mm R r R L H T 3015515250=-++=-++= （4）mm L rT R S 98.25)(22=-+=

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np S =

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KN N 40max = 最大轴力P N 3max = 3．

4．（1）解：求支反力

0=∑A M 024=-+F M R B

0=∑B M 024=++-F M R A 25.6=A R kN 75.3=B R kN

由 0=∑Y 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，0=Q

在A 点右截面，25.6==A R Q kN 在C 点左截面，25.6==A R Q kN 在C 点右截面，75.3-==B R Q kN 在B 点左截面，75.3-==B R Q kN

在B 点右截面，0=Q 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，0=M

KN R M A C 5.122=?=左 KN M R M A C 5.72=-?=右 在D 点，0=M 画出弯矩图，如下图：

最大KN Q 25.6max = M KN M ?=5.12max

（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

∑=0A

M 0224=?-q R B

∑=0B

M

0224=?+-q R A

10=A R kN 10=B R kN

由

∑=0Y 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

KN R Q A 10== x x R M A 10==

CD 段：

x x q R Q A 1020)1(-=--=

2

2

)1(5102/)1(--=--=x x x q x R M A

DB 段：

KN q R Q A 102-=-=

4010)2(2+-=--=x x q x R M A

根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如下

最大KN Q 10max = M KN M ?=15max 同学可按第一题做法自己做一遍本题

（3）解：求支反力

∑=0A M 04

3

22=-?-

?qa l lq l R B

∑=0B M 04

1

22=?+

-?-l ql qa l R A

l qa ql R A 281-= l

qa ql R B 2

83+=

由

∑=0Y 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，0=Q

在A 点稍右，=Q l qa ql R A 2

81-=

在B 点稍左，l

qa ql ql R Q A 2

832--=-=

在B 点稍右，0=Q 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 ， 0=M

在C 点左截面 216122

2qa ql l R M A -=?=

在C 点右截面 2

1612222

qa ql qa l R M A +=+?=

在点B, 0=M

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 D ＝0，令点D 的坐标为x ，,即：

0)2/(=--=l x q R Q A D 得

l

a l x 2

85-=

此点的弯矩值为：

2

)2/(2

2

l x q qa x R M A D

--+=

2422

2831289l

qa qa ql ++=

根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：

最大=m ax Q l qa ql 283-- KN m ax M 2422

2831289l

qa qa ql ++=

KN.M

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）

（2）AB 段MPa A F 10010

510502

3

11-=??-==σ BC 段MPa A F 9010

1010902322=??==σ （3）AB 段：mm EA l F l N 5.0500102001000

1050331111-=????-==?（缩短）

BC 段mm EA l F l N 45.01000102001000

10903

32222=????==?（伸长） mm l l l 05.045.05.021-=+-=?+?=（缩短） 4．解：求支反力。 ∑=0B

M 012=?+?-F R A

∑=0A

M

012=?+?F R B

KN R A 5= KN R B 5= m KN M ?=5max []σσ≤?==

6

52

m a x bh m

KN W M []σ≤??=???3

6

2641056)2(1056b

b b []mm b 36160

410564105636

3

6=???=??≥σ 截面宽b ＝36mm 高h ＝2b ＝72mm

5．解：（1）求约束力