(国家开放大学)机械设计基础形成性考核习题与答案

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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

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列力平衡方程：

Fx0

又因为AB=BC

F

A

sinF

C

sin

F

A

F

C

Fy0

2F

A

sinF

F

F

2sin

A

F

B

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

．机构具有确定运动的条件是什么?

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

．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？

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。

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（1）n＝7，P

L

＝10，P

H

＝0（2）n＝5，P

L

＝7，P

H

＝0

F3n2P

L

PF3n2P

L

P

H

H

（3）

C

n

处为复

37210352711

＝7，

合铰

P

链

L

＝10，P

H

＝0（4）n＝7，P

L

＝9，P

H

＝1

F3n2P

L

PF3n2P

L

P

H

H

372103729112

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

C

．最长杆

尺寸和机架判断铰链四杆机构的类

．最短杆D

B

．与最短杆相对的构件

．与最短杆相邻的构件

型。

2．根据

3

值。

．在图示铰链四杆机构中，已

a）双曲柄机构

知，l

b）曲柄摇杆机构c）双摇杆机构d）双摇杆机构

BC

=150mm，l

CD

=120mm，l

AD

=100mm，AD为机架；若想得到双曲柄机构，求

解：要得到双曲柄机构，因此

若AB为最长杆，则AB≥BC＝150mm

AD杆必须为最短杆；

若BC为最长杆，由杆长条件得：

l

ADlll

BCAB

CD

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l

AB

的最小

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l

AB

l

AD

l

BC

l

CD

130mm

因此

l

AB

的最小值为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

4

．按凸轮的形状可分为

．已知图示凸轮机构的偏心圆盘的半径

__盘形_凸轮、_圆柱

R＝25mm

_凸轮和

，凸轮轴心到圆盘中心的距离

__曲面__凸轮。

L=15mm，滚子半径

（1）凸轮的基圆半径R

O＝？解：（1）

R

0

RLr

T

2515515mm

（2）

22

（4）

S(Rr

T

)L(RL)r

T

10.98mm

（

（

2

3

）画出图示机构的压力角

）推杆的最大行程H＝？

T

（3）

HLRrRmm

（4）图示位置从动件的位移S=？

22

S(Rr

T

)L(RL)r

T

10.98mm

第5章其他常用机构

1

2

．常用的间歇运动机构有

．螺纹的旋向有_左旋__和

__

_

棘轮机构

右旋_，牙形有

__，_槽轮机构

_三角形_

_

，

和

_

_

矩形

不完全齿机构

_，_梯形_

_

，和

等几种。

_锯齿形

_。

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r

T

=5mm。试求：

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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

Snp

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N

max

。

最大轴力

N40KN

max

最大轴力

N

max

3P

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Q

max和

M

max

。

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（a）

（1）解：求支反力

M04R

A

B

M2F0

M04R

B

A

M2F0

R6.25

A

kN

R

B

3.75

kN

由Y0

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，

QR

A

6.25

kN

在C点左截面，

QR

A

6.25

kN

在C点右截面，

QR

B

3.75

kN

在B点左截面，

QR

B

3.75

kN

在B点右截面，

Q0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，

M0

M

C左

A212.5M

C

R

A

2M7.5KN

RKN

右

在D点，

M0画出弯矩图，如下图：

最大

Q

max

6.25KNM

max

12.5KNM

（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

阶段

，

_

_

。

缩径断裂

_弹性阶段_，

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__屈服阶段_，__强化阶段

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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

F5010

（2）AB段MPa

1

2

A510

1

3F9010

BC段90MPa

2

A1010

2

Fl50101000

N110.5

（3）AB段：

1（缩短）

lmm

EA20010500

1

3

Fl90101000

N0.45

22

BC段

100

2

3

3

lmm

2（伸长）

EA200101000

2

3

ll

1

l

2

0.50.450.05mm

（缩短）

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。

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解：求支反力。

M0R

A

2F10

B

M0R

B

2F10

A

R

A

5KNR

B

5KN

M

max

5KNm

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M5KNm

maxbh

2

W

6

65

6

10

6

5

6

10

b(2b)

2

3

4b

66

65106510

b36

3

3mm

44160

截面宽b＝36mm高h＝2b＝72mm

5

试求：

．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

（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

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[σ]＝160MPa，

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M0R

A

4F2M0

B

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M0R

B

4F2M0

A

R

A

10KNR

B

0

（2）画剪力图，弯矩图：

6

M2010

max

（3）594MPa

W70

＞

3

32

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z

1

＝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d

2

、齿顶圆直径d

a2

、齿根圆直径d

f2

、基圆直径

d

b2

）

解：

d

a1

(z

1

2ha*)m

m2.5mm

am(z

1

z

2

)/2

z

2

87mm

d

2

mz

2

2.587217.5mm

d

a2

(z

2

2ha*)m222.5mm

d

f2(

2

2*2*)211.25

zhacmmm

d

b

d

2

cos204.38mm

7．两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级m

n

＝3mm，

1

＝15°Z

2

＝51；低速级m

n

＝5mm，Z

3

＝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?

2

F

t2

tgF

t

tg

13

2T

I

F

I

t2

d

2

2T

I

F

I

t3

d

3

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2T

II

2T

II

tg

d

2

d3

1

tg 1costg2cos

tg

2

→

11costg2cos

m

Z

n2

2

2

mZ

3

n3

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sin

1

m

Z

3

sin

2

n3

m

2

n

Z

2

28.27°

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P

l

＝4kW，

n

1

＝720r/min，m＝4mm，z

l

＝25，z

2

＝73，b

1

=84mm，b

2

=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Flim1190MPaFlim2140MPa

Hlim1555MPaHlim2470MPa

查表得：H

S1.1S

F

1.4

555470Hlin1Hlin2

H1504.5MPaH427.3MPa

S

H

1.1S

H

1.1

190140Flin1Flin2

F1135.7MPaF100MPa

S

F

1.4S

F

1.4

2

2

计算转矩：

64

T

1

9.55105.310N

4 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：

z73

am(zz)/2196mm

1u2.92

2

z25

1

3

KT(u1)

∴1221.7MPa427.3

355

H（安全）

uba

2

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2

2

下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。

查表得：

Y4.22Y

FS1

FS2

3.88

Y

FS1

Y

FS

2

F

1

z

1

F

2

z

2

2KTY

FS

11

F117.2MPa

＜

2

100

＜

135.7

(安全)

bmz

21

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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？

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＝z

2

/z

1

，却不

能以i＝d

2

/d

1

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Z

1

=18、Z

2

=20、Z

2'

=25、Z

3

=25、Z

3'

=2、Z

4

=40，求该轮系的传动比，并判断蜗轮

zzz202540

234

转向：逆

时针

解：i＝22

zz'z

12

3

'18252

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

。

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4的转向。

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解

zzzzz

'

：

23456

i

16zzzzz

12

'

34

'

5

3．如图所示的轮系，已知

z

1

15,z25,z15,z30,z15,z

22334

4

30,z2（右旋）

z

5

60,z

5

20,m4mm,

若

n

1

500r/min

，求齿条

6

线速度

v的大小和方向。

解：

i

n

1

z

zzz

200

n

345

'

5

'

34

z'z

2

zz

12

n

1

/min

n

5

2.5r

i

dnmzn

'5

55

5'

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s

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v0.0105m/s10.5mm/

6

6

4．图示行星轮系，已知Z1=Z2’=41，Z2=Z3=39，试计算传动比i

H1

。

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解：

H1H23

nnzz

1521

i

1681

13zz

nn

3H12'

由于轮3为固定轮（即0

n）

3

，

nzz

1H23

1

39

39

160

i1i1

41 41 1681

113zz

H＝

n'

H12

i

H1/i

1H

1

10.51

机械设计基础课程形成性考核平时作业（四）

第11章带传动

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

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?

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

2

）降低传动效率；

）从动轮的圆周速度低于主动轮，造成传动比误差；

（

（

3

4

）带的磨损；

）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

．试分析增速带传动工作时，其最大应力在哪里

?

3

1

．

）该传动所能传递的最大有效拉力是多少

V带传动n1=1450r/min，fv=0.51，包角＝

?

150°，预紧力F0=360N。试问：

2）若d

1

=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?

f

e1

解：（1）

F2

0

N

F180.7max

e1

f

Fd180.7100

1

（

22

2）

dn

11

（

601000

3）

v7.6m/s

PFv180.77.60.951.304kW

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。

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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？如何控制预紧力？螺纹联接的主要防松方法有哪些？

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

第13章轴

1．按轴的受力分类，轴可以分为_心轴__轴、__转轴_和_传动轴_。

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。

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a）b）c）d）

C轴承无法拆卸，应将轴肩高度低于轴承内圈

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

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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。

解：

S0.68R0.6834002312N

11

S

2

0.68R

2

0.681050714N

S

1

F

a＞

714N

2312870

∴左边轴承被放松，右边轴承被压紧。

AS2312N

1A

2

S

1

F

1

a

3182N

A2312A3128

＞

表

e通过查

12.98

2

e

10.52

R3400R1050

12

∴x

1

1y

1

0x

2

0.44y

2

1.19

∴PxRYA3400KN

11111

PxRYA4184.3KN

22222

P

2

大，我们用它计算

查表得C30500KNf

p

1.5

6

10fC

)

=

t

（

1060

h）

L(

10fP

h

60n

p

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：联轴器和离合器主要都是用来联接两轴并传递扭矩，用联轴器联接的两根轴，只有机器停止运转后，经过拆卸

?

才能分离，

而用离合器联接的两根轴在运转过程中能随时根据需要结合或分离。

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