2024年1月9日发(作者：顿虹雨)
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
F．固定端约束力偶矩
B．柔体约束力
G．正压力
__B__ 的方向上，使投影方程简便；矩心应选在
_FG_
C．铰链约束力
D ．活动铰链反力
E．固定端约束力
2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在
点上，使力矩方程简便。
A ．与已知力垂直
B ．与未知力垂直F．未知力作用点
C．与未知力平行G．两未知力交点
D ．任意
E．已知力作用点
3．画出图示各结构中
H．任意点
AB 构件的受力图。
4．如图所示吊杆中
的受力的大小。
A 、 B、C 均为铰链连接，已知主动力
F＝ 40kN,AB ＝ BC＝ 2m,
＝30
. 求两吊杆
解：受力分析如下图
列力平衡方程：
Fx 0
又因为 AB=BC
FA sin
FC sin
FA
FC
Fy 0
2FA
sin F
FF
A
FB
40KN
2 sin
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
F 3n 2PL
PH
F 3n 2PL
PH
3
1
7 2 10
3 5 2 7
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
1
3 7 2 9 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，当满足杆长之和的条件时，若取
A ．最长杆
C．最短杆
B ．与最短杆相邻的构件
_C_为机架，将得到双曲柄机构。
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，l
AD =100mm，AD 为机架；若想得到双
曲柄机构，求
l
AB 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：
l
AD
l
BC
l
AB
lCD
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．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
T=5mm 。试求：
（1）凸轮的基圆半径R＝ 25mm，凸轮轴心到圆盘中心的距离
L=15mm ，滚子半径
RO＝解：（1）
R0
R L rT 25 15 5 15mm
（ 2）
（ 4）
S(R rT )
2 L2 ( R L ) rT 10.98mm
（2）画出图示机构的压力角
（3）推杆的最大行程
H
＝
（3） H L R rT
R0
25 15 5 15 30mm
S=
（4）图示位置从动件的位移
S(R rT )2
L2
(R
L) rT 10.98mm
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 40KN
最大轴力
N
max 3P
3．画出图示圆轴的扭矩图，已知
MA=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
Qmax
和 M
max
。
（ a）
（ 1）解：求支反力
M
A 0
M
B 0
RA 6.25
4RB
M
4RA
M
2F
2F
0
0
kN
RB
3.75
kN
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
RA
RA
RB
RB
在 A 点右截面，
Q
6.25
kN
6.25
kN
3.75
kN
3.75
kN
在 C 点左截面，
Q
在 C 点右截面，
Q
在 B 点左截面，
Q
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
2 12.5KN
MC左 RA
在D点，M
M
C右 RA 2 M 7.5KN
0
画出弯矩图，如下图：
最大 Qmax 6.25KN
M
max 12.5KN
M
（ b）
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
A
M
B
RA 10
kN
由
0
0
4RB
2q 2 0
2q 2 0
4RA
RB 10
kN
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
RA x
M 10x
CD 段：
Q
M
DB 段：
RA
q(x 1) 20 10 x
RA x q( x 1)
2 / 2 10 x 5( x 1)
2
Q
M
RA
2q 10KN
10x 40 RA x 2q( x 2)
根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如下
最大 Qmax 10KN
M
max 15 KN
M
（ c）
解：求支反力
M
A
0
0
RB l
lq 3
l qa
2
2 4
0
M
B
RA
1RA l qa2
ql 1
l 0
2 4
ql
8
qa
l
2
RB
ql
qa
2
8 l
3由
Y 0
得知 支反力计算无误。
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 根据几何关系我们知道剪力图
出线图。
在A点稍左，
Q
0
在 A 点稍右，
Q
RA
1 ql
qa
2
8 l
ql
2
在 B 点稍左，在 B 点稍右，
Q
RA
qa
2
3
ql
8 l
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
M
0
RA
在 C 点左截面
2
l
1
ql
16
2qa
2
2
在 C 点右截面
M
RA
l
qa
2
2
1
ql
2
qa
2
16 2
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：
Q
D RA q( x l / 2) 0
x
得
5
l
a
2
8 l
此点的弯矩值为：
M
D
RA x
qa
2
q( x l / 2)
2
9
ql
2
3
qa
2
qa
4
2l
2
128 8
2
根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：
最大
Qm ax
3
ql
qa
8 l
2
MKN
m ax
9
ql
2
3
qa
2
qa
4
2l
2
128 8
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）
（2） AB 段
1
F
A1
50
10
3
5
10
2
100MPa
BC 段
2
F
A2
l1
90 103
10 102
Fl
90MPa
N 1 1
（3） AB 段：
50
103
1000
200
103
500
0.5mm
（缩短）
EA1
N 2 2
FlBC 段
l
2
l
1
EA2
l
2
90
103 1000
0.45mm
（伸长）
3
200 1000
10
0.5
0.45
0.05mm（缩短）
l
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
B
0
M
A
0
RA
5KN
M
max
max
RA
2 F 1 0
1 0
RB
2 F
RB
5KN
5KN m
M
W
5KN m
bh
2
6
6 5
106
b
(2b)
2
b
6 5
106
4b3
106
6 5
3
4
3
6 5
106
4 160
36mm
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
M
B
0
RA
4 F 2 M 0
M
A
0
RB
4 F 2 M 0
RA 10KN RB
0
（2）画剪力图，弯矩图：
M max
（3）
20 10
6
594MPa
＞
W
703
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
5．一对齿轮啮合时，两齿轮的
A ．分度圆
B ．基圆
__ C _始终相切。
_17_
C．节圆
D ．齿根圆
da1＝ 77.5mm，齿数 z1＝29。现要求设计一个大齿
6．已知一标准渐开线直齿圆柱齿轮，其齿顶圆直径
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：
d
a1 ( z1
2ha*) m
m 2.5mm
a m( z1
z2 ) / 2
z2 87mm
d2
mz2
2.5 87 217.5mm
dda 2
( z2
2ha*) m 222.5mm
( z2
2ha * 2c*) m 211.25mm
d2 cos
204.38mm
f 2
1＝15°Z 2＝
51；低速级
mn＝5mm，
db
7．两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn＝ 3mm，
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
Ft 2tg
1 Ft 3 tg
Ft 2
2
2TII
d2
2TII
d
3
F
t 3
2TII
tg
d
2
1
2TII
tg
d 3
2
→
tg
1 cos
1
mn 2 Z
2
tg 2 cos
2
mn 3 Z
3
sin
2
sin
2
1
mn3 Z
3
mZn 2 2
°
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
H lim 1
F lim 1
190MPa
555MPa
SF 1.4
555
1.1
190
1.4
F lim 2 140MPa
H lim 2 470MPa
查表得： SH 1.1
Hlin 1
F
H 1
504.5MPa
H 2
Hlin 2
470
1.1
140
1.4
427.3MPa
1
SH
Flin 1
F 2
SH
Flin 2
135.7MPa 100MPa
SF
SF
计算转矩：
T1
9.55 10
64
5.3 104 N mm
K=
720
由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得
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
z2
z1
73
25
2.92
∴
H
355 KT1 (u 1)3
221.7MPa 427.3
（安全）
ub2 a
2
下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。
查表得：
YFS1 4.22
YFS 2
3.88
YFS1
YFS 2
F 1
z1 F 2
z2
2KT1YFS1
F1
100
＜
135.7
(
安全
)
b2 m2 z17.2MPa
＜
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，和蜗轮受力的作用点和三个分力的方向。
并画出蜗杆
（ a）
（ b）
（ a）
（ b）
第 10 章作业题
解： i＝
1．图示所示轮系，已知
Z1 =18、 Z2=20、Z2'=25、 Z3=25、Z
3'=2、Z4=40，求该轮系的传动比，并判断蜗
轮 4 的转向。
z2 z3 z4
z1 z2 ' z3 '
20 25 40
18252
22
转向：逆时针
2．在图示轮系中，已知 z1、 z2、 z2'、z3、 z4、 z4'、 z5、 z5'、 z6。 求传动比 i16。
解： i16
z2 z3 z4 z5 z6
z1z2
' z3 z4 ' z5 '
3．如图所示的轮系，已知
z1
若15, z2 25, z2 15, z3 30, z3 15, z4 30, z4 2
（右旋）
500r / min
，求齿条
6
线速度
v
的大小和方向。
z5 60, z5 20, m
4mm, n1
解：
i
n1
n5
z2 z3 z4 z5
z1 z2 ' z3 ' z4 '
2.5r / min
200
n5
n1
i
d'nv6
5 5
mz5' n5
60 1000
0.0105m / s 10.5mm/ s
60 1000
4．图示行星轮系，已知 Z
= Z
= 41，Z
= Z
= 39，试计算传动比
i
。
2
3
H1
1 2 ’
解：
H
n1
nH
n3
nH
z2 z3
1521
z1 z2'
n3
0
），
iH
13
i13
1681
由于轮 3 为固定轮（即
i
1H
n1
nH
1
1
z2 z3
z1 z2 '
＝ 1
39 39 160
41 41 1681
i
H1
1/ i1H
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
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
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。
2．试分析增速带传动工作时，其最大应力在哪里
带紧边刚绕出小带轮处
3． V 带传动 n1 =1450r/min ， f
v=，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，弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为多少
解：（1）
Fmax
2F0
e
ef
f
1 180.7N
1
9035 N .mm
（2）
T
Fd
1 180.7
100
2
2
7.6m / s
（3）
v
d1n1
60 1000
P Fv
180.7 7.6 0.95 1.304kW
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。
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
a）
b）
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。
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
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
Fa ＝870N ，方向指向轴承
2，
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
试确定哪个轴承危险
,并计算出危险轴承的寿命。
解： S 0.68R
1
1
0.68 3400 2312 N
S2
S1
0.68R2
Fa
0.68 1050 714 N
2312 870
＞ 714N
∴左边轴承被放松，右边轴承被压紧。
A1
S1
2312 N
A1
R1
∴ x1
∴ P1
A2
A2
S1
Fa 3182 N
3128
1050
2312
0.68
e 2.98
＞ e
通过查表
3400
1
R2
0
x2
y1
0.44
y2 1.19
x1 R1
Y1 A1
3400KN
4184.3KN
P2
x2 R2
Y2 A2
P2
大 ，我们用它计算
查表得
C 30500KN
f
p
1.5
L10h
106
( f
t C
)
=1060（ h）
60n
f
p 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。
2024年1月9日发(作者：顿虹雨)
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
F．固定端约束力偶矩
B．柔体约束力
G．正压力
__B__ 的方向上，使投影方程简便；矩心应选在
_FG_
C．铰链约束力
D ．活动铰链反力
E．固定端约束力
2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在
点上，使力矩方程简便。
A ．与已知力垂直
B ．与未知力垂直F．未知力作用点
C．与未知力平行G．两未知力交点
D ．任意
E．已知力作用点
3．画出图示各结构中
H．任意点
AB 构件的受力图。
4．如图所示吊杆中
的受力的大小。
A 、 B、C 均为铰链连接，已知主动力
F＝ 40kN,AB ＝ BC＝ 2m,
＝30
. 求两吊杆
解：受力分析如下图
列力平衡方程：
Fx 0
又因为 AB=BC
FA sin
FC sin
FA
FC
Fy 0
2FA
sin F
FF
A
FB
40KN
2 sin
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
F 3n 2PL
PH
F 3n 2PL
PH
3
1
7 2 10
3 5 2 7
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
1
3 7 2 9 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，当满足杆长之和的条件时，若取
A ．最长杆
C．最短杆
B ．与最短杆相邻的构件
_C_为机架，将得到双曲柄机构。
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，l
AD =100mm，AD 为机架；若想得到双
曲柄机构，求
l
AB 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：
l
AD
l
BC
l
AB
lCD
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．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
T=5mm 。试求：
（1）凸轮的基圆半径R＝ 25mm，凸轮轴心到圆盘中心的距离
L=15mm ，滚子半径
RO＝解：（1）
R0
R L rT 25 15 5 15mm
（ 2）
（ 4）
S(R rT )
2 L2 ( R L ) rT 10.98mm
（2）画出图示机构的压力角
（3）推杆的最大行程
H
＝
（3） H L R rT
R0
25 15 5 15 30mm
S=
（4）图示位置从动件的位移
S(R rT )2
L2
(R
L) rT 10.98mm
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 40KN
最大轴力
N
max 3P
3．画出图示圆轴的扭矩图，已知
MA=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
Qmax
和 M
max
。
（ a）
（ 1）解：求支反力
M
A 0
M
B 0
RA 6.25
4RB
M
4RA
M
2F
2F
0
0
kN
RB
3.75
kN
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
RA
RA
RB
RB
在 A 点右截面，
Q
6.25
kN
6.25
kN
3.75
kN
3.75
kN
在 C 点左截面，
Q
在 C 点右截面，
Q
在 B 点左截面，
Q
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
2 12.5KN
MC左 RA
在D点，M
M
C右 RA 2 M 7.5KN
0
画出弯矩图，如下图：
最大 Qmax 6.25KN
M
max 12.5KN
M
（ b）
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
A
M
B
RA 10
kN
由
0
0
4RB
2q 2 0
2q 2 0
4RA
RB 10
kN
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
RA x
M 10x
CD 段：
Q
M
DB 段：
RA
q(x 1) 20 10 x
RA x q( x 1)
2 / 2 10 x 5( x 1)
2
Q
M
RA
2q 10KN
10x 40 RA x 2q( x 2)
根据上面所求函数我们画剪力和弯矩图如下
最大 Qmax 10KN
M
max 15 KN
M
（ c）
解：求支反力
M
A
0
0
RB l
lq 3
l qa
2
2 4
0
M
B
RA
1RA l qa2
ql 1
l 0
2 4
ql
8
qa
l
2
RB
ql
qa
2
8 l
3由
Y 0
得知 支反力计算无误。
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 根据几何关系我们知道剪力图
出线图。
在A点稍左，
Q
0
在 A 点稍右，
Q
RA
1 ql
qa
2
8 l
ql
2
在 B 点稍左，在 B 点稍右，
Q
RA
qa
2
3
ql
8 l
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
M
0
RA
在 C 点左截面
2
l
1
ql
16
2qa
2
2
在 C 点右截面
M
RA
l
qa
2
2
1
ql
2
qa
2
16 2
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：
Q
D RA q( x l / 2) 0
x
得
5
l
a
2
8 l
此点的弯矩值为：
M
D
RA x
qa
2
q( x l / 2)
2
9
ql
2
3
qa
2
qa
4
2l
2
128 8
2
根据上面数值可做剪力图弯矩图如下：
最大
Qm ax
3
ql
qa
8 l
2
MKN
m ax
9
ql
2
3
qa
2
qa
4
2l
2
128 8
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）
（2） AB 段
1
F
A1
50
10
3
5
10
2
100MPa
BC 段
2
F
A2
l1
90 103
10 102
Fl
90MPa
N 1 1
（3） AB 段：
50
103
1000
200
103
500
0.5mm
（缩短）
EA1
N 2 2
FlBC 段
l
2
l
1
EA2
l
2
90
103 1000
0.45mm
（伸长）
3
200 1000
10
0.5
0.45
0.05mm（缩短）
l
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
B
0
M
A
0
RA
5KN
M
max
max
RA
2 F 1 0
1 0
RB
2 F
RB
5KN
5KN m
M
W
5KN m
bh
2
6
6 5
106
b
(2b)
2
b
6 5
106
4b3
106
6 5
3
4
3
6 5
106
4 160
36mm
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
M
B
0
RA
4 F 2 M 0
M
A
0
RB
4 F 2 M 0
RA 10KN RB
0
（2）画剪力图，弯矩图：
M max
（3）
20 10
6
594MPa
＞
W
703
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
5．一对齿轮啮合时，两齿轮的
A ．分度圆
B ．基圆
__ C _始终相切。
_17_
C．节圆
D ．齿根圆
da1＝ 77.5mm，齿数 z1＝29。现要求设计一个大齿
6．已知一标准渐开线直齿圆柱齿轮，其齿顶圆直径
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：
d
a1 ( z1
2ha*) m
m 2.5mm
a m( z1
z2 ) / 2
z2 87mm
d2
mz2
2.5 87 217.5mm
dda 2
( z2
2ha*) m 222.5mm
( z2
2ha * 2c*) m 211.25mm
d2 cos
204.38mm
f 2
1＝15°Z 2＝
51；低速级
mn＝5mm，
db
7．两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级mn＝ 3mm，
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
Ft 2tg
1 Ft 3 tg
Ft 2
2
2TII
d2
2TII
d
3
F
t 3
2TII
tg
d
2
1
2TII
tg
d 3
2
→
tg
1 cos
1
mn 2 Z
2
tg 2 cos
2
mn 3 Z
3
sin
2
sin
2
1
mn3 Z
3
mZn 2 2
°
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
H lim 1
F lim 1
190MPa
555MPa
SF 1.4
555
1.1
190
1.4
F lim 2 140MPa
H lim 2 470MPa
查表得： SH 1.1
Hlin 1
F
H 1
504.5MPa
H 2
Hlin 2
470
1.1
140
1.4
427.3MPa
1
SH
Flin 1
F 2
SH
Flin 2
135.7MPa 100MPa
SF
SF
计算转矩：
T1
9.55 10
64
5.3 104 N mm
K=
720
由于原动机为电动机，中等冲击，对称布置，故得
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
z2
z1
73
25
2.92
∴
H
355 KT1 (u 1)3
221.7MPa 427.3
（安全）
ub2 a
2
下面，我们再较核齿根弯曲疲劳强度。
查表得：
YFS1 4.22
YFS 2
3.88
YFS1
YFS 2
F 1
z1 F 2
z2
2KT1YFS1
F1
100
＜
135.7
(
安全
)
b2 m2 z17.2MPa
＜
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，和蜗轮受力的作用点和三个分力的方向。
并画出蜗杆
（ a）
（ b）
（ a）
（ b）
第 10 章作业题
解： i＝
1．图示所示轮系，已知
Z1 =18、 Z2=20、Z2'=25、 Z3=25、Z
3'=2、Z4=40，求该轮系的传动比，并判断蜗
轮 4 的转向。
z2 z3 z4
z1 z2 ' z3 '
20 25 40
18252
22
转向：逆时针
2．在图示轮系中，已知 z1、 z2、 z2'、z3、 z4、 z4'、 z5、 z5'、 z6。 求传动比 i16。
解： i16
z2 z3 z4 z5 z6
z1z2
' z3 z4 ' z5 '
3．如图所示的轮系，已知
z1
若15, z2 25, z2 15, z3 30, z3 15, z4 30, z4 2
（右旋）
500r / min
，求齿条
6
线速度
v
的大小和方向。
z5 60, z5 20, m
4mm, n1
解：
i
n1
n5
z2 z3 z4 z5
z1 z2 ' z3 ' z4 '
2.5r / min
200
n5
n1
i
d'nv6
5 5
mz5' n5
60 1000
0.0105m / s 10.5mm/ s
60 1000
4．图示行星轮系，已知 Z
= Z
= 41，Z
= Z
= 39，试计算传动比
i
。
2
3
H1
1 2 ’
解：
H
n1
nH
n3
nH
z2 z3
1521
z1 z2'
n3
0
），
iH
13
i13
1681
由于轮 3 为固定轮（即
i
1H
n1
nH
1
1
z2 z3
z1 z2 '
＝ 1
39 39 160
41 41 1681
i
H1
1/ i1H
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
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
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。
2．试分析增速带传动工作时，其最大应力在哪里
带紧边刚绕出小带轮处
3． V 带传动 n1 =1450r/min ， f
v=，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，弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为多少
解：（1）
Fmax
2F0
e
ef
f
1 180.7N
1
9035 N .mm
（2）
T
Fd
1 180.7
100
2
2
7.6m / s
（3）
v
d1n1
60 1000
P Fv
180.7 7.6 0.95 1.304kW
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。
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
a）
b）
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。
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
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
Fa ＝870N ，方向指向轴承
2，
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
试确定哪个轴承危险
,并计算出危险轴承的寿命。
解： S 0.68R
1
1
0.68 3400 2312 N
S2
S1
0.68R2
Fa
0.68 1050 714 N
2312 870
＞ 714N
∴左边轴承被放松，右边轴承被压紧。
A1
S1
2312 N
A1
R1
∴ x1
∴ P1
A2
A2
S1
Fa 3182 N
3128
1050
2312
0.68
e 2.98
＞ e
通过查表
3400
1
R2
0
x2
y1
0.44
y2 1.19
x1 R1
Y1 A1
3400KN
4184.3KN
P2
x2 R2
Y2 A2
P2
大 ，我们用它计算
查表得
C 30500KN
f
p
1.5
L10h
106
( f
t C
)
=1060（ h）
60n
f
p 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。