1-1 解:力和力偶不能合成;力偶也不可以用力来平衡。
1-2 解:平面汇交力系可以列出两个方程,解出两个未知数。 1-3 解:
q(x)
取坐标系如图,如图知 q(x)100x 则载荷q(x) 对A点的矩为
1-4 解:1)AB杆是二力杆,其受力方向如图,且 FA’=FB’
2)OA杆在A点受力FA,和FA’是一对作用力
和反作用力。显然OA杆在O点受力FO,FO和FA构成一力偶与m1平衡,所以有 FAOAsin30m10
代入OA = 400mm,m1 = 1Nm,得 FA=5N 所以FA’=FA=5N, FB’= FA’=5N,
即 杆AB所受的力S=FA’=5N
3)同理,O1B杆在B点受力FB,和FB’是一
对作用力和反作用力,FB=FB’=5N;且在O1点受力FO1,FO1和FB构成一力偶与m2平衡,
所以有 m2FBO1B0 代入O1B=600mm,得 m2=3N.m。 1-5
N2
FB’ B FB m2 O FO1 O1 解:1)首先取球为受力分析对象,受重力P,墙 壁对球的正压力N2和杆AB对球的正压力N1,处于平衡。有:
FA m1 FO FA’ A X MA(q)q(x)(2x)dx66.7(KNm)
01T B N1 D D
A FAX N1’ N1sinP 则 N1P/sin
2)取杆AB进行受力分析,受力如图所示,
杆AB平衡,则对A点的合力矩为0:
FAY MA(F)TlcosN1AD0
3)根据几何关系有
ADaaa(1cos) sintansin1 / 20
Pa11/cosPa1 lsin2lcoscos2Pa2 当coscos最大,即=60°时,有Tmin=。
4l 最后解得:T1-6 解:1)取整体结构为行受力分析,在外力(重
力P、 在B点的正压力FB和在C点的正压力FC)作用下平衡,则对B点取矩,合力矩为0:
MB(F)0FC2lcosP(2lcosacos)aa解得 FCP(1),FBPFCP
2l2l
FB
A FA FC
2)AB杆为三力杆,三力汇交,有受力如图 所
示。根据平衡条件列方程:
F
Fxy0SFAcos0FBFAsin
FB S B 解得:SFB/tan
h
lcosPacos 将FB和tan代入得:S
2h 又根据几何关系知:tan 1-7
N B F FB’ FB 解:1)AB杆是二力杆,受力如图,FA’和FB’ 大小相等,方向相反。
2)取滑块进行受力分析,受外力F,正压力N,和杆AB对它的力FB(和FB’是一对作用力和反作用力)。根据平衡条件可列方程
FA M
y0FBcosF
d FA’ FA O
即 FBF/cos
3)取OA杆进行受力分析。OA杆在A点受力FA(和FA’是一对作用力和反作用力)。对O点取矩,根据平衡条件合力矩为0:
MO(F)0FAdM
即:MFAdFA'dFB'dFBdFd/cos
又:d=(200+100)sin tan=100/200 解得:M=60000N.mm=60N.m
2 / 20
1-8 解:1)BC杆是二力杆,受力在
杆沿线上。
2)取CD杆和滑轮为一体进行受力分析。其中滑轮受力可简化到中心E(如图,T=Q)。C点受力FC(方向由二力杆BC确定)。列平衡方程:
MD(F)0FCcosCDTDE MC(F)0FDXCDTCEFY0FCsinFDYQFC
D T C FDY FDX
E Q
代入已知参数,解得:FDX=2Q, FDY=0.25Q 1-9 解:
取杆AB分析,A端为固定铰链,B端受拉力FB,D点受滑轮对其的作用力(滑轮受力简化到中心点D)T和Q,T=Q=1800N。AB杆平衡,列平衡方程:
FAX A FAY
Q T D FB B MA(F)0FBsinABQADFX0FAXTFBcos FY0FAYFBsinQ代入已知参数,解得:
FAX=2400N, FAY=1200N
1-10 解:1)取偏心轮分析受力,处于平衡状态
时,有N和FC构成一力偶,与m平衡。 有FC=N, MC(F)0mNe,得:N=m/e
2)取推杆分析受力,处于平衡状态时有(推
杆有向上运动的趋势,故摩擦力方向如图,且正压力N’和N是一对作用力和反作用力,N’=N):
NA FA O Q
FB NB
N’
MO(F)0N'aNAbFAd/2FBd/2FX0NANBFY0N'QFAFBFC C N m 3 / 20
又 FAfNA,FBfNB 联立方程组解得:NA=am/be,FA=FB=fam/be
3)若要推杆不被卡住,则要求有 N'QFAFB,代入相应结果得:b1-11
2afm
meQ H R
即距离b<110mm,可提起砖夹。
解: CD是二力杆,所以在D点砖所受的约束反力R(和CD杆D端受力为一对作用力和反作用力)方向在GD连线上,如图所示。
若要把砖夹提起,则要求约束反力R在摩擦角范围之内,即要求<.
barctan,arctanf
HD又 HD=250-30=220(mm) f=0.5,代入解得b<110mm。
第二章 机械工程常用材料
2-1 解:表征金属材料的力学性能时,主要指标有:
强度(弹性极限、屈服极限、强度极限),刚度、塑性、硬度。
2-2 解:钢材在加工和使用过程中,影响力学性能的主要因素有:含碳量、合金元素、温
度、热处理工艺。
2-3 解:常用的硬度指标有三种:布氏硬度(HBS)、洛氏硬度(HRC-洛氏C标度硬
度)、维氏硬度(HV)。 2-4 解:低碳钢(C≤0.25%);中碳钢(0.25%<C≤0.6%);高碳钢(C>0.6%) 2-5 解:冶炼时人为地在钢中加入一些合金元素所形成的钢就是合金钢。
其中加入Mn可以提高钢的强度和淬透性;加入Cr可以提高钢的硬度、耐磨性、冲击
韧性和淬透性;加入Ni可以提高钢的强度、耐热性和耐腐蚀性。
2-6 解:有色金属主要分为以下几类:
1)铜合金:良好的导电性、导热性、耐蚀性、延展性。
2)铝合金:比强度高,塑性好,导热、导电性良好,切削性能良好。 3)钛合金:密度小,机械强度高、高低温性能好,抗腐蚀性良好。
2-7 解:常用的热处理工艺有:退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理。 2-8 解:钢的调质处理工艺指的是淬火加高温回火。目的是为了获得良好的综合机械性
能,即良好的强度、韧性和塑性。
4 / 20
2-9 解:镀铬的目的是为了使材料表层获得高的化学稳定性,并具有较高的硬度和耐磨
性。
镀镍是为了获得良好的化学稳定性,并具有良好的导电性。 2-10 解:选择材料时主要满足使用要求、工艺要求和经济要求。
第三章 零件强度、刚度分析的基本知识
3-1 解:截面法,求直杆任一截面处的内力。 1)截面Ⅰ-Ⅰ处的内力,根据平衡条件:
F1=30KN,
1=30000/300=100(Mpa) 100l1l110000.5mm
E20104Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
1Ⅲ Ⅱ
F1 50KN Ⅰ 30KN 2)截面Ⅱ-Ⅱ处的内力,根据平衡条
件:F2=30-50KN=-20(KN) 2=-20000/200=-100(Mpa) 100l2l220001mm 4E2010F2
F3 F 80KN 60KN 30KN 250KN 30KN 30KN 3)截面Ⅲ-Ⅲ处的内力,根据平衡条
件:F3=30-50+80=60(KN) 3=60000/300=200(Mpa) l3-20KN
3El320010001mm20104杆的总变形为:ll1l2l30.5(mm)
可知,最大轴向力发生在A3段内。因为[] = 160MPa<3,所以杆较危险,但若考虑安全系数,则还有一定的欲度,未必破坏。 3-2
解:受力分析围绕C点,将AC、BC两杆截开得分离体,设FA、FB为拉力,根据平衡条件:
FA FB
FAFB 2FAcosF
代入已知参数,解得FAFB130/3KN。
亦可知,杆AC和杆BC所受轴向内力为130/3KN。 则A130/3KN107MPaAC
d12/45 / 20
B130/3KN59.8MPaBC,所以AC杆和BC杆的强度合格。 2d2/4
3-3 解:受力分析围绕B点,将AB、BC两杆截开得分离
体,设F1压力,F2为拉力,根据平衡条件:
F2sin30F F0.5F20.5BCB48KN F2cos30F1
F2
F1 F0.5F20.5F1/cos300.5ABA40KN
在B点可吊最大载荷为40KN(若是48KN,则AB杆内的应力会超出许用应力)。 3-4 解:题示螺栓联接有两个剪切面,则剪切力Q=F/2=100KN,由d4QQ 得 : d2/44100KN40mm, 即螺栓直径应大于等于40mm。
80MPa
3-5 解:题示铆钉联接剪切面,剪切力Q=F Q4F424KN106MPa 所以铆钉强度合格。 222d/4d(17mm)
3-6 解:杠杆为三力杆,三力汇交,故在B
点处受力F如图所示。列平衡方程:
MB(F)0F140F2sin4580FX0F1FBXF2cos45 FY0FBYF2sin45代入F1=50KN,解得FBX=FBY=25KN
即FB≈35KN。
螺栓B有两个剪切面,Q=FB/2,所以
FB d铰链处 3-7
Ⅱ
Ⅰ
M2
4Q435KN/215mm 所以
100MPa螺栓B的直径应大于等于15mm。 解
:最大剪应力 MM1000Nm40MPa 33Wt0.2d0.2(0.05m)度
扭
转
角
Mn1000180l11 63GIP82000100.10.05 Ⅱ M1Ⅰ
max 1m
Mn
长
3-8
Mn
2000 + - -5000
解:1)采用截面法,首先在CB段内I-I处截开,
6 / 20
取右端分离体,根据平衡条件: Mn=-M2=-5000N.m
再在AB段内Ⅱ-Ⅱ处截开,取右端分离 体,根据平衡条件: Mn=M1-M2=7000-5000=2000(N.m) 可作扭矩图如图。
2) maxMnmaxMnmax5000=25(Mpa)
33Wt0.2d0.20.1 处于CB段外圆周边。
3) Mn1l1GIp50000.50.003(rad) 6482000100.10.1 Mn2l2GIp20000.50.0012(rad) 6482000100.10.1 所以1231.20.0018(rad)-0.103° 即截面C相对A的扭转角为 0.103°
63-9 解:Ip(D4d4)(1004504)9106(mm4),WtIp9101.8105(mm3)
3232D/2100/2由1.5/1800.26(rad) ,l2000mm 代入 MnmaxGIp/l=96KN.m,maxMnmax=533N/mm2
Wt3-10 解:由Mn[],需用剪切力相等,得Wt空=Wt实,即0.2D(1)0.2d
Wt343d=40cm,=0.6,解得:空心轴外径D=42cm。 空心轴与实心轴的重量比为:
3-11 解:1)首先求支反力。
D(1)=0.42。
d1 1 Q1(x) RA F2 RA M3(x) Q(x) 100N -250N M(x) 40N.m x
-M1(x) Q2(x) M2(x) F1 Q3(x) 200N x
2 2 RB 3 3
x Fy0RARBF1F2 MA(F)0400F21100F1800RB 解得:RA=100N,RB=450N 2)采用截面法求剪力和弯矩
① 截面1-1,取分离体如图,根据平衡: Q1(x)=RA=100N (0x<400) M1(x)=RAx=100x (Nm)
② 截面2-2,取分离体如图,根据平衡: Q2(x)=RA-F2=-250N (400x<800) M2(x)=F2400+Q2x=140000-250x (Nm)
③ 截面3-3,取分离体如图,根据平衡:
Q3(x)= F1=200N (800x<1100) M3(x)=-F1(1100-x)=-220000+200x (Nm) 其中,x=400mm时,M(x)=40 Nm x=800mm时,M(x)=-60 Nm
RA
7 / 20
则根据计算结果作出剪力图和弯矩图如图。 3-12 解:
1)先求支反力。 1 2
1 2 MA(F)0M0(ab)RB
得: 2)
RA Q(x) RB
M0/l X aM0/l X RB=-M0/(a+b)=-M0/l
Fy0RARB 得:RA=-RB= M0/l
M(x) -bM0/l
3-13 解:1)首先求支反力。
截面法求剪力和弯矩
分别取截面1-1(左段)、2-2(右段),取分离体,根据平衡: