电大机械设计基础课程答案_机械设计基础课程答案

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选择题：

1．取分离体画受力图时，___ C、E、F ____力的指向可以假定，___ A、B、D、G____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___ F、G __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

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 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 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 填空题：

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。

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____。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______。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_____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____ 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。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。

1．按轴的受力分类，轴可以分为___心轴____轴、_____转轴_____和_____传动轴______。

问答题：

1．机构具有确定运动的条件是什么? 答：机构自由度大于等于1，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．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np1、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。

1．什么是构件的强度？什么是构件的刚度？

答：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。（讲评：注意定义）

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。

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？

答：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？ 答：因为蜗轮蜗杆传动的传动比与蜗杆的直径无关。

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? 答：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。

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？ 答：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

2．试分析增速带传动工作时，其最大应力在哪里? 答：带紧边刚绕出小带轮处

画图题和计算题：

3．画出图示各结构中AB构件的受力图。

答案如下

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。

答：受力分析如下图

列力平衡方程：

AFx0

又因为 AB=BC

FAcosFCcos

FFy0FAFBF40KN2sin

FC

F

2FAsin3．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。

答：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

2．根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。

答：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。

lADlBClABlCD

lABlADlBClCD130mm

答：

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rT=5mm。试求：

（1）凸轮的基圆半径RO＝？（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=？ 解：（1）R0RLrT2515515mm

（2）

（3）

（4）

HLRrTR0251551530mm

S(RrT)2L225.98mm

2．画出图示各杆的轴力图，并计算最大轴力Nmax。

答按如下：

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=5kN·m，MB=2kN·m。

答：

4．画出图示各梁的剪力图和弯矩图，并计算最大Qmax和Mmax。

（a）

（b）

（c）

（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MA0

4RB2q200

4RA2q20

BRA10 kN

RB10 kN 由 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10x5(x1)

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 24ql1l0 24

MB0

RAlqa21qa23qaRA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

8l

ql3qa2ql在B点稍左，QRA 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

l12qa2ql在C点左截面

MRA

2162l12qa22ql在C点右截面

MRAqa

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

22932qa42qlqa2

12882l

根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：

最大Qmax3qa2932qa42qlqa2KN.M KN

Mmax ql8l12882l3．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）

F50103（2）AB段1100MPa 2A1510

F9010390MPa BC段22A21010FN1l1501031000（3）AB段：l10.5mm（缩短）

EA1200103500FN2l2901031000BC段l20.45mm（伸长）3EA2200101000

ll1l2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。

MMB0

RA2F10 0

RB2F10 A

RA5KN

RB5KN

Mmax5KNm

maxM5KNm 2Wbh66510665106

23b(2b)4b6510636510636mm

b344160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

MB0

RA4F2M0

MA0

RB4F2M0

RA10KN

RB0

（2）画剪力图，弯矩图：

（3）Mmax20106 W703594MPa＞ 32所以此梁不安全。

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da2、齿根圆直径df2、基圆直径db2）

解：da1(z12ha*)m讲评：牢记和熟练掌握齿轮参数计算公式

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

7．两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn＝3mm，1＝15°Z2＝51；低速级mn＝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2才能使中间轴的轴向力相互抵消?

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

2TIId22TIId3

Ft3

tg1cos1tg2cos22TII2T tg1IItg

2→

mn2Z2mn3Z3d2d3

sin2sin1mn3Z3mn2Z2

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

Flim1190MPa

Flim2140MPa Hlim1555MPa

Hlim2470MPa

查表得：SH1.SF1.H1Hlin1SH555470 504.5MPa

H2Hli2n427.3MPa1.1SH1.1

F1Flin1SF190140 135.7MPa

F2Fli2n100MPa1.4SF1.4

计算转矩：

T19.551064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355221.7MPa427.3（安全）2ub2a下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。查表得：

YFS14.22

YFS23.88

F1z1F2z2YFS1YFS2

F12KT1YFS117.2MPa＜100 ＜135.7(安全)

b2m2z13．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）

答：（a）

（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。

解：i＝z2z3z42025402

2转向：逆时针 18252z1z2'z3'2．在图示轮系中，已知z1、z2、z2'、z3、z4、z4'、z5、z5'、z6。求传动比i16。

z2z3z4z5z6解：i16

z1z2'z3z4'z5'

3．如图所示的轮系，已知z1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：

z2z3z4z5n1200

in5z1z2'z3'z4'

n5n12.5r/min i

v6 d5n5'601000mz5n5'6010000.0105m/s10.5mm/s

4．图示行星轮系，已知Z1 = Z2’ = 41，Z2 = Z3 = 39，试计算传动比 iH1。解：

i13Hzzn1nH1521 23n3nHz1z2'1681由于轮3为固定轮（即n30），i1Hzzn13939160H 1i13123 ＝141411681nHz1z2'

iH11/i1H10.51

3．V带传动n1=1450r/min，fv=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? 解：（1）Fmaxef12F0180.7N

ef1

（2）TFd1180.71009035N.mm 22

（3）vd1n16010007.6m/s

PFv180.77.60.951.304kW

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。

答：C

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 a）b）

c）

d）

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FrI＝3400N，FrII＝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：S10.68R10.6834002312N

S20.68R20.681050714N

S1Fa2312870＞714N

∴左边轴承被放松，右边轴承被压紧。

A1S12312N A2S1Fa3182N A12312A31280.68e 22.98＞e 通过查表 R13400R21050

∴x11 y10 x20.44 y21.19

∴PKN 1x1R1Y1A13400 P2x2R2Y2A24184.3KN

P2大，我们用它计算 查表得 C30500KN fp1.5 L10h 106ftC()=1060（h）60nfpP