(国家开放大学)机械设计基础形成性考核习题及答案.docx
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1、(国家开放大学)机械设计基础形成性考核习题及答案 第一篇:(国家开放高校)机械设计基础形成性考核习题及答案 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取分别体画受力图时,_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随便力系时,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随便 E已知力作用点 F未知力作用点 G两未知力交点 H随便点 3画出图示各结构
2、中AB构件的受力图。 4如下图吊杆中A、B、C均为铰链连接,已知主动力F40kN,ABBC2m,a30.求两吊杆的受力的大小。 解:受力分析如下列图 列力平衡方程: Fx=0 FAsina=FCsina FA=FC 又因为 AB=BC Fy=0 2FAsina=F F=40KN FA=FB=2sina 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:使两个构件干脆接触并产生确定相对运动的联接,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计算以下机构的自由
3、度,并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。 1n7,PL10,PH0 2n5,PL7,PH0 F=3n-2PL-PH F=3n-2PL-PH =37-210 =35-27 = 1=1 C 处为复合铰链 3n7,PL10,PH0 4n7,PL9,PH1 F=3n-2PL-PH F=3n-2PL-PH =37-210 =37-29-1 =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对于铰链四杆机构,当满意杆长之和的条件时,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根据尺寸和机架推断铰链四杆机
4、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杆必需为最短杆; 若AB为最长杆,则ABBC150mm 若BC为最长杆,由杆长条件得: lAD+lBClAB+lCD lABlAD+lBC-lCD=130mm 因此lAB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。 如下列图: 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
5、式有_尖顶_从动件,_滚子_从动件和_平底_从动件。 3按凸轮的形态可分为_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?解:1R0=R-L+rT=25-15+5=15mm 2 4S =(R+rT)2-L2-(R-L)-rT=10.98mm 2画出图示机构的压力角a 3推杆的最大行程H? 3H=L+R+rT-R0=25+15+5-15=30mm 4图示位置从动件的位移S=? S=(R+rT)2-L2-(R-L)-rT=10.98mm 第5章 其他常用机构 1常用的
6、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 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实力,满意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实力,满意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
7、的限度。 2画出图示各杆的轴力图,并计算最大轴力Nmax。 =np 最大轴力 Nmax=40KN 最大轴力Nmax=3P 3画出图示圆轴的扭矩图,已知MA=5kNm,MB=2kNm。 4画出图示各梁的剪力图和弯矩图,并计算最大Qmax和Mmax。 a 1解:求支反力 SMA=0 4RB+M-2F=0 SMB=0 -4RA+M+2F=0 RA=6.25kN RB=3.75kN 由 SY=0得知 支反力计算无误。 在A点左截面,Q 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。下面我们起先求在以下几处的剪力值: =0 在A点右截面,Q=RA=6.25kN 在C点左截面,Q=RA
8、=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,如下列图: 同理我们根据几何关系求处几处弯矩值: 在A点,M=0 MC左=RA2=12.5KN MC右=RA2-M=7.5KN 在D点,M=0 画出弯矩图,如下列图: 最大Qmax=6.25KN Mmax=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_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-
9、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 2AB段s1=F-5010=-100MPa 2A1510F90103=90MPa BC段s2=2A21010FN1l1-5010310003AB段:Dl1=-0.5mm缩短 3EA120010500FN2l2901031000BC段Dl2=0.45mm伸长 EA22001031000 l=Dl1+Dl2=-0.5+0.45=-0.05mm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。 解:求支反力
10、。 M M BA=0 -RA2+F1=0 =0 RB2+F1=0 RA=5KN RB=5KN Mmax=5KNm smax=M5KNm=s Wbh26 6510665106=s 23b(2b)4b65106365106=36mm b34s4160截面宽b36mm 高h2b72mm 5如下图的圆形横截面的梁,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 M B=0 -RA4+F2+M=0 MA=0 RB4-F2+M=0 RA=10KN RB=0 2画剪力图,弯矩图
11、: Mmax20106 3s=594MPas 3Wp7032所以此梁担忧全。 机械设计基础课程形成性考核作业 三 第8章 齿轮传动 1渐开线齿廓形态取决于_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,确定齿廓形态的基本参数是_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接受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
12、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d 2、齿顶圆直径da 2、齿根圆直径df 2、基圆直径db2 解:da1=(z1+2ha*)m m=2.5mm a=m(z1+z2)/2 z2=87mm d2=mz2=2.587=217.5mm da2=(z2+2ha*)m=222.5mm df2=(z2-2ha*-2c*)m=211.25mm db=d2cosa=204.38mm 7两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如下图,高速级mn3mm,b115Z251;低速级mn5mm,Z317试问: 1低速级斜齿轮旋
13、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b2才能使中间轴的轴向力互相抵消? Ft2tgb1=Ft3tgb2 2TFt2=IId 2 2TFt3=IId 3tgb1cosb1tgb2cosb22TII2TII=tgb1=tgb2 mn2Z2mn3Z3d2d3 sinb1mn3Z3 sinb2=mn2Z2 b28.27 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Pl4kW,n1720r/min,m4mm,zl25,z273,b1=84mm,b2=
14、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 dFlim1=190MPa dFlim2=140MPa dHlim1=555MPa dHlim2=470MPa 查表得:SH=1. 1 SF=1.4 ss555470 sH1=Hlin1=504.5MPa sH2=Hlin2=427.3MPa SH1.1SH1.1sFlin1190sFlin2140 sF1=135.7MPasF2=100MPa SF1.4SF1. 4 计算转矩: T1=9.551064=5.
15、3104Nmm 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乏强度,我们按标准中心距进行较核: a=m(z1+z2)/2=196mm u=z273=2.92 z125 sHKT1(u+1)3=355=221.7MPa427.3 平安 ub2a2 下面,我们再较核齿根弯曲疲乏强度。 查表得: YFS1=4.22 YFS2=3.88 YFS1YFS2 QsF1z1sF2z2dF1= 2KT1YFS1=17.2MPa100 135.7(平安) 2b2mz1 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
16、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iz2/z1,却不能以id2/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,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Z1=1 8、Z2=20、Z2= 25、Z3= 25、Z3= 2、Z4=40,求该轮系的传动比,并推断蜗轮4的转向。 解:iz2z3z4202540=2 2转向:逆时针 18252z1z2z3 2在图示轮系中,已知z 1、z 2、z2、z 3、z
17、4、 z4、 z 5、 z5、z6。 求传动比i16。 解:i16= 3如下图的轮系,已知z2z3z4z5z6 z1z2z3z4z5z1=15,z2=25,z2=15,z3=30,z3=15,z4=30,z4=2 右旋z5=60,z5=20,m=4mm,若n1=500r/min,求齿条6线速度v的大小和方向。 解: zzzzn1=2345=200 n5z1z2z3z4n1=2.5r/min n5=ipd5n5pmz5n5=0.0105m/s=10.5mm/s v6=601000601000 i= 4图示行星轮系,已知Z1 = Z2 = 41,Z2 = Z3 = 39,试计算传动比 iH1。 解
18、: zzn1-nH1521 =23=n3-nHz1z21681由于轮3为固定轮即n3=0, zzn13939160H= i1H= =1-i13=1-23 1-41411681nHz1z2 iH1=1/i1H=10.51 i13H= 机械设计基础课程形成性考核平常作业 四 第11章 带传动 1带传动产生弹性滑动和打滑的缘由是什么?对传动各有什么影响? 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转变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
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