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1、第一章 结构设计中的静力学平衡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。Xq(x)1-3 解:取坐标系如图,如图知 则载荷q(x) 对A点的矩为 FBABFAFAm1OFOm2O1FBFO11-4 解:1)AB杆是二力杆,其受力方向如图,且 FAFB 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 代入OA = 400mm,m1 = 1Nm,得 FA=5N 所以FAFA5N, FB FA5N,即 杆AB所受的力SFA5N 3)同理,O1B杆在B点受力F
2、B,和FB是一对作用力和反作用力,FBFB5N;且在O1点受力FO1,FO1和FB构成一力偶与m2平衡,所以有 代入O1B=600mm,得 m2=3N.m。N1N2ADN1TaBDFAYFAX1-5 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: 则 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: 3)根据几何关系有 最后解得: 当最大,即a60时,有Tmin。FBFCFBSFAABb1-6 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
3、力矩为0: 解得 , 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: 解得: 又根据几何关系知: 将FB和tanb代入得:OABNFBFFBFAFAMda1-7 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即 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: 即:又:d=(200+100)sina tana100/200 解得:M60000N.mm60N.maTaF
4、CQEDCFDYFDX1-8 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,TQ)。C点受力FC(方向由二力杆BC确定)。列平衡方程: 代入已知参数,解得:FDX2Q, FDY0.25Q ABDaTQFAYFAXFB1-9 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,TQ1800N。AB杆平衡,列平衡方程: 代入已知参数,解得:FAX2400N, FAY1200NONFC CNFANAFBQNBm1-10 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
5、偶,与m平衡。 有FCN, ,得:Nm/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,NN): 又 联立方程组解得:NAam/be,FAFBfam/be 3)若要推杆不被卡住,则要求有 ,代入相应结果得:ajHR1-11 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j范围之内,即要求aj.又 HD25030220(mm) f0.5,代入解得b110mm。即距离b110mm,可提起砖夹。第二章 机械工程常用材料
6、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(C0.25%);中碳钢(0.25%C0.6%);高碳钢(C0.6%)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
7、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。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
8、经济要求。30KNF130KN30KNF2F350KN50KN80KN60KN30KN20KNF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-处的内力,根据平衡条件:F130KN,s130000/300100(Mpa)2)截面-处的内力,根据平衡条件:F23050KN20(KN)s220000/200100(Mpa)3)截面处的内力,根据平衡条件:F330508060(KN)s360000/300200(Mpa) 杆的总变形为:可知,最大轴向力发生在A3段内。因为s = 160MPas3,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。
9、FBFA3-2 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: 代入已知参数,解得KN。亦可知,杆AC和杆BC所受轴向内力为KN。则,所以AC杆和BC杆的强度合格。F1F23-3 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: 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QF/2100KN,由 得 :, 即螺栓直径应大于等于40mm。3-5 解:题示铆钉联接剪切面,剪切力QF 所以铆钉强度合格。FB3-6 解:杠杆为三力杆,三力汇
10、交,故在B点处受力F如图所示。列平衡方程:代入F150KN,解得FBXFBY25KN即FB35KN。螺栓B有两个剪切面,QFB/2,所以 所以铰链处螺栓B的直径应大于等于15mm。3-7 解:最大剪应力 1m长度扭转角 M1M2MnMn2000-5000+-3-8 解:1)采用截面法,首先在CB段内I-I处截开,取右端分离体,根据平衡条件:MnM25000N.m 再在AB段内-处截开,取右端分离 体,根据平衡条件:MnM1M2700050002000(N.m) 可作扭矩图如图。 2) =25(Mpa) 处于CB段外圆周边。 3) (rad) (rad) 所以(rad)-0.103 即截面C相对
11、A的扭转角为 0.1033-9 解:,由 , 代入 96KN.m,533N/mm23-10 解:由,需用剪切力相等,得,即d40cm,a0.6,解得:空心轴外径D42cm。空心轴与实心轴的重量比为:0.42。RARBxRARAQ1(x)Q2(x)Q3(x)Q(x)F2F1xxM1(x)M3(x)M2(x)100N200N-250NM(x)40N.m-60N.m1122333-11 解:1)首先求支反力。 解得:RA100N,RB450N 2)采用截面法求剪力和弯矩 截面11,取分离体如图,根据平衡: Q1(x)=RA=100N (0x400) M1(x)=RAx=100x (Nm) 截面22,
12、取分离体如图,根据平衡: Q2(x)=RA-F2=-250N (400x800) M2(x)=F2400+Q2x=140000-250x (Nm) 截面33,取分离体如图,根据平衡: Q3(x)= F1=200N (800x1100) M3(x)=-F1(1100-x)=-220000+200x (Nm) 其中,x400mm时,M(x)40 Nm x800mm时,M(x)-60 Nm 则根据计算结果作出剪力图和弯矩图如图。RARB11XXQ(x)M(x)M0/laM0/l-bM0/l223-12 解:1)先求支反力。 得:RBM0/(a+b)M0/l 得:RARB= M0/l 2)截面法求剪力和弯矩