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 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：
又因为 AB=BC
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 C 处为复合铰链
（3）n＝7，PL ＝10，PH＝0 （4）n＝7，PL＝9，PH＝ 1
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：
因此 AB 的最小值为
G．正
l
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 r T=5mm。试求： （1）凸轮的基圆半径 RO＝ R ？解：（1）
R L r
0
T
mm
25 15 5 15
（2）
2
（4）
2
S
(R rT ) L (R L) rT 10.98m m
（2）画出图示机构的压力角 （3）推杆的最大行程 H＝？
（ 3）
H L R r
T
R 0
mm 25 15 5 15 30
（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 __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
40 KN
最大轴力
Nmax 3P
3．画出图示圆轴的扭矩图，已知 M A=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 （1）解：求支反力
Qmax 和 M max 。
（a）
R
A
6.25 kN RB 3.75kN
由 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， 在 A 点右截面， 在 C 点左截面， 在 C 点右截面，
Y 0
Q 0 Q
RA RA RB
6.25 kN 6. 25
kN
Q Q
3.75 kN
Q RB 3.75 kN 在 0 画出剪力图，如下图： B 点右截面， Q
在 B 点左截面，
同理我们根据几何关系求处几处弯矩值：
M 在 M D 点，
在 A 点， 最大
0
0
画出弯矩图，如下图：
Qmax 6. 25KN M max 12.5 KN M
（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
F
（2）AB 段
1
50 10
MPa 100
2
A
1
5 10
3
F
BC 段
2
90 10
90MPa
2
A
2
10 10
3
F l
N1
1
50 10 1000
0.5 mm
（缩短）
3
（3）AB 段：
l
1
EA
1
200 10
3
500
F l 90 10 1000
N 2 2
0.45
mm
（伸长）
3
BC 段
l
2
EA
2
200 10 1000
l 2
0.5 0 .45
0. 05mm（缩短）
l l1
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。
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
（2）画剪力图，弯矩图：
6
M
max
20 10
594MPa
3
＞
（3）
W
所以此梁不安全。
70 32
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 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：
a＝
d
a1
z ha m ( 1 2 *)
mn＝3mm， 1＝15° Z2＝51；低速级 mn＝5mm，Z3＝17 试问：
?
7．两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级
（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 ?
2TII
tg
1
2TII
tg 2 d3
→
tg 1 co s
11
tg 2 co s 2
co s tg
d2
2
2 co s
m Z 2
m Z
n3
3
n 2
8.27°
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
查表得：
F lim 1
SH
190 MPa 1.1 SF 1.4
F lim 2
140MPa
计算转矩：
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：
3
KT (u 1)
1
∴
MPa 221. 7 427.3
2
355
H
2
（安全）
ub a
下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。
查表得：
2KT YFS
1
F 1
2
1
17.2MPa ＜100 ＜135.7 ( 安全)
b m z
2
1
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，
（a）
（a） （b）
第 10 章作业题
并画出蜗杆和蜗轮受力的作用点和三个分力的方向。 （b）
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。
z z z
2 3 4
20 25 40
22
18 25 2
转向：逆时针
解：i＝
z z 'z3'
1 2
2．在图示轮系中，已知 z1、z2、z2'、z3、z4、 z4'、 z5、 z5'、z6。 求传动比 i16。
国家开放大学)机械设计基础形成性考核习题及答案
