機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程形成性考核作業(yè)及答案

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程形成性考核作業(yè)及答案機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程形成性考核作業(yè)（一）第1章靜力分析基礎(chǔ)1.在取分離體畫受力圖時(shí)，可以假定光滑面約束力的指向?yàn)镃EF，束力F的指向?yàn)锳BDG不能假定，柔體約束力的指向?yàn)镚，正壓力的指向?yàn)镚。在列平衡方程求解平面任意力系時(shí)，應(yīng)選在FG方向上的坐標(biāo)軸，使投影方程簡(jiǎn)便；應(yīng)選在已知力作用點(diǎn)的矩心上，使力矩方程簡(jiǎn)便。2.畫出圖示各結(jié)構(gòu)中AB構(gòu)件的受力圖。3.如圖所示吊桿中A、B、C均為鉸鏈連接，已知主動(dòng)力F=40kN,AB=BC=2m,θ=30°。求兩吊桿的受力分析。列力平衡方程：XFX=0又因?yàn)锳B=BCXFy=02FAsinθ-Fcsinθ=0FA=Fcsinθ/2sinθ=40kN/(2sin30°)=40kN/1=40kNFC=2FAcosθ=80kNcos30°=69.28kN第2章常用機(jī)構(gòu)概述1.當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)等于自由度數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2.運(yùn)動(dòng)副是使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接，以點(diǎn)接觸或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副，以面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。3.計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束。(1)n=7,PL=10,PH=0，F(xiàn)=3n-2PL-PH=37-2×10=17(2)n=5,PL=7,PH=1，C處為復(fù)合鉸鏈，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×5-2×7-1=0(3)n=7,PL=10,PH=0，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×7-2×10=1(4)n=7,PL=9,PH=1，E、E'有一處為虛約束，F(xiàn)為局部自由度，C處為復(fù)合鉸鏈，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2第3章平面連桿機(jī)構(gòu)1.對(duì)于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)滿足桿長(zhǎng)之和的條件時(shí)，最短桿與相鄰的構(gòu)件的角度差為180°。因此，若取最短桿，則應(yīng)選擇與最短桿相對(duì)的構(gòu)件。1.機(jī)架C將得到雙曲柄機(jī)構(gòu)。根據(jù)尺寸和機(jī)架判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型，可得到雙曲柄機(jī)構(gòu)。在圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知BC=150mm，CD=120mm，AD=100mm，AD為機(jī)架。若想得到雙曲柄機(jī)構(gòu)，求AB的最小值。要得到雙曲柄機(jī)構(gòu)，因此AD桿必須為最短桿。若AB為最長(zhǎng)桿，則AB≥BC=150mm。若BC為最長(zhǎng)桿，由桿長(zhǎng)條件得：AD/BC-AB/CD=130mm。因此，AB的最小值為130mm。畫出各機(jī)構(gòu)的壓力角傳動(dòng)角，箭頭標(biāo)注的構(gòu)件為原動(dòng)件。2.凸輪主要由凸輪、推桿和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成。凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的形式有尖頂從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件和平底從動(dòng)件。按凸輪的形狀可分為盤形凸輪、圓柱凸輪和曲面凸輪。已知圖示凸輪機(jī)構(gòu)的偏心圓盤的半徑R=25mm，心的距離L=15mm，滾子半徑rτ=5mm。試求：(1)凸輪的基圓半徑RO=R-Lrτ=15mm；(2)畫出圖示機(jī)構(gòu)的壓力角；(3)推桿的最大行程H=LRrτ/R=30mm；(4)圖示位置從動(dòng)件的位移S=(Rrτ)2-L2-(R-L)-rτ=10.98mm。3.常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒機(jī)構(gòu)等幾種。螺紋的旋向有左旋和右旋，牙形有三角形、矩形、梯形和鋸齒形。螺紋的導(dǎo)程S與線數(shù)n及螺距P之間的關(guān)系是S=np。4.構(gòu)件的強(qiáng)度是指承受外力作用時(shí)不發(fā)生破壞的能力。構(gòu)件的剛度是指承受外力作用時(shí)變形量與受力部位長(zhǎng)度之比。=20KN最大彎矩MmaX=40KN?m強(qiáng)度是指構(gòu)件在外力作用下不發(fā)生破壞的能力，而剛度是指構(gòu)件在外力作用下彈性變形量不超過(guò)允許的限度的能力。根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，我們可以畫出各桿的軸力圖，計(jì)算出最大軸力為40KN。同時(shí)，我們也可以畫出圓軸的扭矩圖，已知最大軸力為3P，MA=5kN?m，MB=2kN?m。接下來(lái)，我們可以畫出各梁的剪力圖和彎矩圖，并計(jì)算最大剪力為20KN和最大彎矩為40KN?m。在求解過(guò)程中，我們需要先求出支反力，然后根據(jù)幾何關(guān)系得出各處的剪力值和彎矩值。對(duì)于不同受力情況的各段，可以分段求解。最終，我們可以得出剪力圖和彎矩圖，從中讀取最大剪力和最大彎矩的數(shù)值，分別為20KN和40KN?m。需要注意的是，文章中存在一些格式錯(cuò)誤和明顯有問(wèn)題的段落，需要進(jìn)行刪除。另外，對(duì)于每段話，可以進(jìn)行小幅度的改寫，使其更加流暢易懂。解：求支反力：根據(jù)力的平衡，可得支反力的大小為10kN和15kN。畫出剪力圖和彎矩圖：根據(jù)幾何關(guān)系，可以得到剪力圖和彎矩圖如下：在點(diǎn)A處，彎矩值為0；在點(diǎn)B處，彎矩值也為0。在點(diǎn)C處，左截面的彎矩值為15kN·m，右截面的彎矩值為10kN·m。在點(diǎn)D處，剪力為0，彎矩值為3.5kN·m。求各段正應(yīng)力：在AB段，正應(yīng)力為-100MPa，表示受拉狀態(tài)。在BC段，正應(yīng)力為90MPa，表示受壓狀態(tài)。求總變形量：在AB段，根據(jù)胡克定律，可以得到總變形量為0.5mm。在BC段，同樣可以根據(jù)胡克定律，得到總變形量為2.25mm。因此，整個(gè)桿件的總變形量為2.75mm。1.一矩形截面梁承受載荷F=10KN，材料的許用應(yīng)力[σ]=160MPa，試確定橫截面尺寸。解：首先求支反力：RA=RB=F/2=5KN然后求最大彎矩：Mmax=F*L/4=5*2*10^3N·m令截面寬為b，高為h，代入公式：Mmax=bh^2/6*σ解得b=36mm，h=72mm因此，橫截面尺寸為36mm×72mm。2.如圖所示的圓形橫截面的梁承受載荷F=10kN，M=20kN·m，梁長(zhǎng)a=2m，材料的許用應(yīng)力[σ]=160MPa，試求：(1)梁A、B端的約束力；(2)畫出剪力圖和彎矩圖；(3)若d=70mm，校核梁的強(qiáng)度。解：(1)求約束力根據(jù)力平衡，得到：FB=F/2=5kN然后根據(jù)力矩平衡，得到：MA=10kNMB=0(2)畫出剪力圖和彎矩圖：剪力圖：彎矩圖：(3)校核梁的強(qiáng)度：根據(jù)彎曲應(yīng)力公式，得到：σb=Mmax*c/I其中，c為截面離中性軸的距離，I為截面慣性矩。對(duì)于圓形截面，有：c=d/2I=πd^4/64代入數(shù)據(jù)，得到：σb=32MPa因?yàn)棣襜<[σ]，所以該梁強(qiáng)度足夠。3.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程形成性考核作業(yè)（三）第8章齒輪傳動(dòng)1.漸開(kāi)線齒廓形狀取決于節(jié)圓直徑大小。2.齒根圓是標(biāo)準(zhǔn)外嚙合斜齒輪傳動(dòng)的正確嚙合條件。3.對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，決定齒廓形狀的基本參數(shù)是齒數(shù)、壓力角、變位系數(shù)。4.螺旋角相等、旋向相反的最少齒數(shù)是17。5.對(duì)齒輪嚙合時(shí)，兩齒輪的節(jié)圓始終相切。4.已知一標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪，其齒頂圓直徑da1=77.5mm，齒數(shù)Z1=29。現(xiàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)大齒輪與其相嚙合，傳動(dòng)的安裝中心距a=145mm，試計(jì)算這個(gè)大齒輪的主要尺寸（分度圓直徑d2、齒頂圓直徑da2、齒根圓直徑de、基圓直徑db2）。解：首先求模數(shù)：m=(da1/Z1)*cos(20°)=2.5mm然后求大齒輪的齒數(shù)：Z2=Z1*a/(a+da1/2)=87接著求分度圓直徑：d2=m*Z2=2.5*87=217.5mm最后求齒頂圓直徑、齒根圓直徑和基圓直徑：da2=d2+2m=222.5mmde=d2-2.2m=212.5mmdb2=d2*cos(20°)=204.6mm因此，大齒輪的主要尺寸為d2=217.5mm，da2=222.5mm，de=212.5mm，db2=204.6mm。內(nèi)徑TOLNL輕系列角接觸球軸承和內(nèi)徑SOmn輕系列深溝球軸承以及圓柱滾子軸承是機(jī)械設(shè)備中常用的軸承類型。對(duì)于軸的安裝，如圖所示，常溫下工作，工作中有中等沖擊，轉(zhuǎn)速為1800r/min，兩軸承的徑向載荷分別是FrI=3400N，F(xiàn)rH=1050N，軸的軸向載荷Fa=870N，方向指向軸承2。我們需要確定哪個(gè)軸承處于危險(xiǎn)狀態(tài)，并計(jì)算出危險(xiǎn)軸承的壽命。通過(guò)計(jì)算得出S1=2312N，S2=714N，由于S1Fa>S2，因此左邊軸承被放松，右邊軸承被壓緊。A1=S1=2312N，A2=S1Fa=3182N，通過(guò)查表得到R2=0.44，Y2=