《機(jī)械基礎(chǔ)》 項(xiàng)目二 分析共享單車典型零件的變形 答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目二《分析共享單車典型零件的變形》答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)情境導(dǎo)入圖2-SEQ圖表\*ARABIC1共享單車在生產(chǎn)生活中，很多我們所使用的物品和工具都會(huì)損壞。共享單車的出現(xiàn)，使得自行車成為是最常見的交通工具，經(jīng)常能夠見到損壞的共享單車。請(qǐng)分析出現(xiàn)下列故障的原因有些共享單車的鞍座左右轉(zhuǎn)動(dòng)，無法鎖緊。有些共享單車的車把無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。有些共享單車的腳踏與地面不平行，騎行時(shí)腳踝感覺很不舒服。

任務(wù)實(shí)施分析共享單車鞍座無法鎖緊的原因。共享單車鞍座是靠共享單車鞍座是靠座管夾鎖緊的。旋緊座管夾拉桿一端的螺母，縮短螺母至拉桿另一端的長(zhǎng)度，進(jìn)而壓縮座管夾內(nèi)徑，鎖緊鞍座。分析座管夾鎖緊后，拉桿受到的外力F，畫出受力示意圖。參考教材圖2-3，畫出桿軸向受拉的示意圖評(píng)分細(xì)則：1、受力簡(jiǎn)圖繪制正確，分值*100%；2、否則記0分。分析座管夾拉桿在外力作用下發(fā)生的變形形式，并采用截面法分析在座管夾拉桿內(nèi)部產(chǎn)生的軸力FN，畫出軸力圖。拉桿發(fā)生軸向拉伸變形，任意截面軸力均為正，大小都等于F，參考案例2-1，畫軸力圖。評(píng)分細(xì)則：1、變形形式分析正確，軸力圖繪制正確，分值*100%；2、變形形式分析正確，但軸力圖繪制不完善，分值*60%；3、否則記0分。設(shè)座管夾拉桿的直徑為d，計(jì)算座管夾拉桿橫截面的面積，及在截面上產(chǎn)生的應(yīng)力σ，并分析隨著外力增大，應(yīng)力的變化情況。若座管夾拉桿截面上的應(yīng)力達(dá)到了屈服極限σs，計(jì)算此時(shí)座管夾拉桿受到的外力Fs。橫截面積A=πd2/4，應(yīng)力σ=FN/A=4F/(πd2)，應(yīng)力隨著外力增大而增大，但不超過強(qiáng)度極限。應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，外力Fs=σsA=σsπd2/4評(píng)分細(xì)則：1、應(yīng)力變化趨勢(shì)分析正確，計(jì)算正確，分值*100%；2、應(yīng)力變化趨勢(shì)分析正確，但計(jì)算不全對(duì)，分值*60%；3、否則記0分。根據(jù)低碳鋼材料的內(nèi)力變形圖和應(yīng)力應(yīng)變圖，敘述當(dāng)材料內(nèi)部應(yīng)力超過屈服點(diǎn)以后，材料發(fā)生變形的特點(diǎn)。材料屈服時(shí)出現(xiàn)顯著的塑性變形，卸載后變形不能消失，構(gòu)件無法正常工作。評(píng)分細(xì)則：1、變形特點(diǎn)敘述正確，分值*100%；2、否則記0分。座管夾拉桿是由低碳鋼材料制成的，在座管夾拉桿已經(jīng)出現(xiàn)屈服現(xiàn)象的情況下，旋緊拉桿螺母，只能使拉桿發(fā)生塑性變形被拉長(zhǎng)，而不能繼續(xù)壓縮座管夾內(nèi)徑。所以共享單車鞍座無法鎖緊的原因是：座管夾使用不當(dāng)，施加在座管夾拉桿上的外力過大，超過了許用載荷，致使座管夾拉桿的內(nèi)部應(yīng)力超過了屈服極限，座管夾拉桿出現(xiàn)了屈服現(xiàn)象。評(píng)分細(xì)則：1、填空正確，分值*100%；2、否則記0分。

分析共享單車的車把轉(zhuǎn)向失靈的原因。共享單車共享單車的車把立管與前叉上管，通過車把芯軸緊固在一起，整體與車架頭管相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的。作用在車把上的外力偶，通過車把芯軸傳遞至前叉，致使前輪改變方向。假設(shè)騎行人想左轉(zhuǎn)，但施加的主動(dòng)力偶矩Me，沒能克服車把前叉整體與車架頭管相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力偶矩Mf，分析車把芯軸的受力，畫出受力示意圖。參考教材圖2-17，畫出芯軸受力偶作用的示意圖。注意： 立管是空心的，芯軸是實(shí)心的；主動(dòng)力偶和摩擦力偶都是正值。評(píng)分細(xì)則：1、受力簡(jiǎn)圖繪制正確，分值*100%；2、否則記0分。分析車把芯軸在外力作用下發(fā)生的變形形式，并采用截面法分析在車把芯軸內(nèi)部產(chǎn)生的扭矩T，畫出扭矩圖。芯軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，任意截面扭矩均為正，大小都等于Me，參考案例2-3，畫扭矩圖。評(píng)分細(xì)則：1、變形形式分析正確，扭矩圖繪制正確，分值*100%；2、變形形式分析正確，但扭矩圖繪制不完善，分值*60%；3、否則記0分。設(shè)車把芯軸的直徑為d，計(jì)算車把芯軸的抗扭截面系數(shù)，及橫截面上最大切應(yīng)力τmax，并分析隨著外力偶矩增大，應(yīng)力的變化情況。若車把芯軸材料的許用應(yīng)力為[τ]，計(jì)算車把芯軸的許用載荷[M]?？古そ孛嫦禂?shù)Wp=πd3/16，橫截面上最大切應(yīng)力τmax=T/Wp=16Me/(πd3)，應(yīng)力隨著外力增大而增大，但不超過強(qiáng)度極限。根據(jù)強(qiáng)度條件，許用載荷[M]=[τ]Wp=[τ]πd3/16評(píng)分細(xì)則：1、應(yīng)力變化趨勢(shì)分析正確，計(jì)算正確，分值*100%；2、應(yīng)力變化趨勢(shì)分析正確，但計(jì)算不全對(duì)，分值*60%；3、否則記0分。如果共享單車轉(zhuǎn)向組件的摩擦力偶矩非常大，超過了車把芯軸的許用載荷，騎行人施加的主動(dòng)力偶矩，只能使車把芯軸發(fā)生塑性變形，車把與前叉相對(duì)扭轉(zhuǎn)，而不能使車把與前叉整體轉(zhuǎn)動(dòng)。所以共享單車車把無法轉(zhuǎn)向的原因：共享單車轉(zhuǎn)向組件維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，車把前叉整體與車架頭管相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦系數(shù)過大，轉(zhuǎn)向過程中，騎行人施加的主動(dòng)力偶矩超過了車把芯軸的許用載荷，車把芯軸產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力超過了許用應(yīng)力，車把芯軸發(fā)生了塑性變形，甚至斷裂。評(píng)分細(xì)則：1、填空正確，分值*100%；2、否則記0分。

分析共享單車鏈輪曲柄的變形原因。共享單車鏈輪曲柄，一端安裝腳踏板，一端與鏈輪軸緊固，騎行人施加給腳踏板的踩踏力，作用線共享單車鏈輪曲柄，一端安裝腳踏板，一端與鏈輪軸緊固，騎行人施加給腳踏板的踩踏力，作用線在鏈輪平面內(nèi)，對(duì)鏈輪軸有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩作用，驅(qū)動(dòng)共享單車鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)。如果有垂直指向鏈輪所在平面的外力作用在鏈輪曲柄上，力對(duì)鏈輪軸就沒有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩作用，此時(shí)曲柄相當(dāng)于一端固定的懸臂梁。設(shè)鏈輪曲柄長(zhǎng)度為l，外力F作用在最外端，畫出曲柄簡(jiǎn)化為梁的受力示意圖。參考教材圖2-29b，畫出桿軸向受拉的示意圖。注意：外力方向使梁有下彎趨勢(shì)評(píng)分細(xì)則：1、受力簡(jiǎn)圖繪制正確，分值*100%；2、否則記0分。分析鏈輪曲柄在外力作用下發(fā)生的變形形式，并采用截面法分析在鏈輪曲柄內(nèi)部產(chǎn)生的剪力Q和彎矩M，畫出剪力圖和彎矩圖。曲柄發(fā)生彎曲變形，任意截面剪力大小都等于外力，固定端在右，剪力為負(fù)，固定端在左，剪力為負(fù)；任意截面彎矩均為負(fù)，大小隨截面位置變化，固定端截面彎矩最大，等于Fl，參考案例2-5，畫剪力圖和扭矩圖。評(píng)分細(xì)則：1、變形形式分析正確，剪力圖和彎矩圖繪制正確，分值*100%；2、變形形式分析正確，但剪力圖和彎矩圖繪制不完善，分值*60%；3、否則記0分。設(shè)鏈輪曲柄為矩形，截面的寬為b，高為h，（滿足l/h>5，此時(shí)剪力的影響很小，橫截面上正應(yīng)力分布與純彎曲梁很接近），計(jì)算鏈輪曲柄的抗彎截面模量，及在彎矩最大的截面上最大正應(yīng)力σmax，并分析隨著外力增大，應(yīng)力的變化情況。若彎矩最大的截面上最大正應(yīng)力達(dá)到了屈服極限σs，計(jì)算此時(shí)鏈輪曲柄受到的外力Fs?？箯澖孛嫦禂?shù)Wz=bh2/6，固定端截面上最大正應(yīng)力σmax=M/Wz=6Fl/(bh2)，應(yīng)力隨著外力增大而增大，但不超過強(qiáng)度極限。應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，外力Fs=σsWz/l=σsbh2/(6l)。評(píng)分細(xì)則：1、應(yīng)力變化趨勢(shì)分析正確，計(jì)算正確，分值*100%；2、應(yīng)力變化趨勢(shì)分析正確，但計(jì)算不全對(duì)，分值*60%；3、否則記0分。如果鏈輪曲柄受到很大的作用線平行于鏈輪軸的外力，鏈輪曲柄與鏈輪結(jié)合處的彎矩就會(huì)很大，內(nèi)部應(yīng)力就會(huì)超過屈服極限，鏈輪曲柄就會(huì)在此彎曲。所以共享單車鏈輪曲柄變形的原因：共