《工业设计机械基础(第3版)》习题解答.pptx

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工业设计机械基础第3版习题解答,第一篇工程力学基础第一章工程力学的基本概念第二章构件与产品的静力分析第三章构件与产品的强度分析第四章构件的刚度、压杆稳定和动载荷问题第二篇机械设计基础第六章机械零件基础第七章常用机构第八章机械传动基础,第一章工程力学的基本概念,1-6刚体在A、B两点分别受到F1、F2两力的作用，如图1-38所示，试用图示法画出F1、F2的合力R；若要使该刚体处于平衡状态，应该施加怎样一个力？

试将这个力加标在图上。

1-7A、B两构件分别受F1、F2两力的作用如图1-37所示，且F1=F2，假设两构件间的接触面是光滑的，问：

A、B两构件能否保持平衡？

为什么？

图1-39题1-7图,答A、B两构件不能保持平衡。

理由：

A、B两构件接触面上的作用力必与接触面垂直，与F1、F2不在同一条线上。

解合力R用蓝线画出如图；平衡力用红线画出如图。

图1-38题1-6图,18指出图1-40中的二力构件，并画出它们的受力图。

图1-40题1-8图,解图1-40aAB、AC均为二力构件，受力图如下。

图1-40b曲杆BC为二力构件，受力图如下。

图1-40c曲杆AC为二力构件，受力图如下。

1,1,19检查图1-41的受力图是否有误，并改正其错误（未标重力矢G的杆，其自重忽略不计。

图1-41b中的接触面为光滑面）。

图1-41题1-9图,解在错误的力矢线旁打了“”符号，并用红色线条改正原图中的错误如下。

1,1,110画出图1-42图中AB杆的受力图（未标重力矢G的杆，其自重忽略不计。

各接触面为光滑面）。

图1-42题1-10图,解图1-42a,图1-42b,图1-42c,图1-42d,1,1,111画出图1-43各图中各个球的受力图。

球的重量为G，各接触面均为光滑面。

图1-43题1-11图,解图1-43a,图1-43b,图1-43c,图1-43d,1,1,112画出图1-44a、b中各个杆件的受力图（未标重力矢G的杆，其自重忽略不计。

各接触面均为光滑面）。

图1-44题1-12图,1-13固定铰支座约束反力的方向一般需根据外载荷等具体条件加以确定，但特定情况下却能直接加以判定。

请分析图1-45a、b、c三图中固定铰支座A，如能直接判定其约束反力的方向（不计构件自重），试将约束反力的方向在图上加以标示。

（提示：

利用三力平衡汇交定理）,图1-45题1-13图,解图1-42a,图1-42b,解图1-43a,1-14画出图1-46所示物系中各球体和杆的受力图。

图1-46题1-14图,图1-45b,图1-45cBC为二力杆，可得NC的方向，再用三力平衡汇交定理。

此为两端受拉的二力杆,解各球体受力图如右,1,1-15重量为G的小车用绳子系住，绳子饶过光滑的滑轮，并在一端有F力拉住，如图1-47所示。

设小车沿光滑斜面匀速上升，试画出小车的受力图。

（提示：

小车匀速运动表示处于平衡状态）,图1-47题1-15图,1-16分别画出图1-48中梁ABC、梁CD及组合梁ABCD整体的受力图。

（提示：

先分析CD梁，可确定C处的作用力方向；然后梁ABC的受力图才能完善地画出）,图1-48题1-16图,解小车受力图,解组合梁ABCD的受力图,CD梁的受力图需用三力平衡汇交定理确定NC的方向,ABC梁的受力图（在NC方向已确定的基础上）,第二章构件与产品的静力分析,2-1图2-54中各力的大小均为1000N，求各力在x、y轴上的投影。

解先写出各力与x轴所夹锐角,然后由式2-1计算力在轴上的投影。

力F1F2F3F4F5F6与x轴间的锐角45060604530力的投影FxFcos707N-1000N500N-500N707N-866N力的投影FyFsin707N0-866N-866N707N500N,2-2图2-55中各力的大小为F110N，F26N，F38N，F412N，试求合力的大小和方向。

解1）求各力在图示x轴和y轴上的投影F1x10Ncos010NF1y10Nsin00F2x6Ncos900F2y6Nsin06NF3X-8Ncos45-5.657NF3y8Nsin455.657NF4x-12Ncos30-10.392NF4y-12Nsin30-6N2）求各力投影的代数和RxFxF1xF2xF3xF4x-6.047NRyFyF1yF2yF3yF4y5.657N,3）根据式（2-4）求出合力R的大小和方向,合力R的大小,图2-55题2-2图,图2-54题2-1图,1,1,合力R与x轴所形成的锐角,由于Rx0，Ry0，根据合力指向的判定规则可知，合力R指向左上方。

2-3图2-56中，若F1和F2的合力R对A点的力矩为MA（R）60Nm，F110N，F240N，杆AB长2m，求力F2和杆AB间的夹角。

图2-56题2-3图,解根据力矩的定义，用式（2-5）计算,MA（R）MA（F1）MA（F2）F12mF2（2msin）（10N2m）（40N2msin）20Nm（80Nm）sin,代入已知值MA（R）60Nm,得到sin0.5，即30。

2-4提升建筑材料的装置如图2-57所示，横杆AB用铰链挂在立柱的C点。

若材料重G5kN，横杆AB与立柱间夹角为60时，试计算：

1）力F的方向铅垂向下时，能将材料提升的力值F是多大？

2）力F沿什么方向作用最省力？

为什么？

此时能将材料提升的力值是多大？

图2-57题2-4图,解1）当拉力F对铰链C之矩与重物G对铰链C之矩相等，可提升重物。

此时,MC（F）Mc（G），即F3msin605kN1msin60,移项得F5kN31.67kN。

2）当拉力F与横杆垂直时，力臂最大，最省力。

此时F3m5kN1msin605kN1m0.866,移项得F（5kN10.866）31.44kN。

2-5图2-58所示物体受平面内3个力偶的作用，设F1F1200N，F2F2600N，M100Nm，求合力偶矩。

图2-58题2-5图,解由式（2-7）得：

力偶（F1，F1）的力偶矩M1F11m200N1m200Nm力偶（F2，F2）的力偶矩M2F20.25msin30600N0.5m300Nm由式（2-8）：

M合M1M2M（200300100）Nm500Nm合力偶矩为正值，表示它使物体产生逆时针的转动。

2-6试将图2-59中平面力系向O点简化。

图2-59题2-6图,解1）求主矢量R设力值为400N、100N、500N的三力在x轴的投影为1x、2x、3x，在y轴的投影为1y、2y、3y，,则1x400N，2x0，,1y0，2y-100N，,Rx1x2x3x400N0400N0，Ry1y2y3y0100N300N200N,主矢量R在x、y轴的投影,主矢量R的大小,主矢量R与x轴的夹角,90。

RY为正值，为0，可见主矢量R指向正上方。

1,2）求主矩Mo,Mo400N0.8m100N2m400N0300N2m0.6m260Nm,主矩为正值，逆时针转向。

2-7某机盖重G20kN，吊装状态如图2-60所示，角度20，30，试求拉杆AB和AC所受的拉力。

图2-60题2-7图,解AB和BC都是受拉二力杆，两杆拉力FAC、FAB与重G组成平面汇交力系，在水平x轴、铅垂y轴坐标系中有平衡方程：

Fx0，FACsinFABsin0

（1）,Fy0，FACcosFABcosG0

（2）,由

（1）

（2）得到FAC（sin20sin30）FAB（3）,将（3）代入

（2）得：

代入数据即得：

FAB13.05kN，FAC8.93kN。

2-8夹紧机构如图2-61所示，已知压力缸直径d120mm，压强p60103Pa，试求在位置30时产生的夹紧力P。

图2-61题2-8图,解1）求杆AD对铰链A的压力FAD,汇交于铰链A的汇交力系平衡方程x轴水平，y轴铅垂：

Fx0，FACcos30FADcos00

（1）,Fy0，FABFACsin30FADsin300

（2）,由压力缸中的压力知：

FABpd240.68kN（3）,联解可得：

FADFAC0.68kN。

1,1,2）由滑块D的平衡条件求夹紧力F,Fx0，FADsin30F0（4）,由（4）得到夹紧力F0.34kN。

2-9起重装置如图3-62所示，现吊起一重量G1000N的载荷，已知30，横梁AB的长度为l，不计其自重，试求图2-63a、b中钢索BC所受的拉力和铰链A处的约束反力。

图2-62题2-9图,解1）图2-62a中AB为二力杆，汇交于B的三力有平衡方程x轴水平，y轴铅垂：

Fx0，FABTBCcos300

（1）,Fy0，TBCsin30G0

（2）,由

（2），得钢索BC所受的拉力TBCGsin302000N（3）,由（3）、

（1），得铰链A对AB杆的约束反力FABTBCcos301732N,2）图2-63b中AB不是二力杆，铰链A处的约束反力分解为水平分力FAX和铅垂分力FAY，有平衡方程：

MA（F）0TClsinG0.8l0

（1）,MB（F）0Gl0.8lFAYl0

（2）,Fx0，FAxTBCcos300（3）,由

（1），得钢索BC所受的拉力TBC0.8Gsin301600N,由

（2）得铰链A对AB杆的铅垂约束分力FAY0.2G200N,由（3）得铰链A对AB杆的水平约束分力FaxTBCcos301386N。

1,1,2-10水平梁AB长l，其上作用着力偶矩为M的力偶，试求在图2-63a、b两种不同端支情况下支座A、B的约束反力。

不计梁的自重。

图2-63题2-10图,解1）图2-63a情况反力方向用红色表示,支座A、B的约束反力FAFB，设FFAFB，,由平衡方程M0FlM0，,得到FAFBFMl,2）图2-63b情况反力方向用红色表示,支座A、B的约束反力FAFB，设FFAFB，,由平衡方程M0FlcosM0，得到FAFBFMlcos,2-11梁的载荷情况如图2-64所示，已知F450N，q10N/cm，M300Nm，a50cm，求梁的支座反力。

解各图的支座反力已用红色线条标出，然后取梁为分离体，列平衡方程，求解并代入数据，即得结果。

图2-64题2-11图,1,1,1）图2-64a情况,MA（F）0，（FB3a）FaM0

（1）,Fy0，FBFFA0

（2）由

（2）：

FBFFA（3）,联解得：

FA（M2Fa）3a（30000Ncm2450N50cm）（350cm）100N（4）将（4）代入（3）得：

FB350N。

2）图2-64b情况,MA（F）0，（FB2a）Faqa（2a0.5a）0

（1）,Fy0，FBFFAqa0

（2）由

（1）：

FB（F2.5qa）2850N（3）,将（3）代入

（2）得：

FA100N。

3）图2-64c情况,MA（F）0，（FB3a）（2qaa）（F2a）0

（1）,Fy0，FAFBF2qa0

（2）由

（1）：

FB（2F2qa）3633N（3）,将（3）代入

（2）得：

FA817N。

4）图2-64d情况,Fy0，FAFqa0

（1）,MA（F）0，MAMqa（a2）（F2a）0

（2）,由

（1）：

FAFqa950N,由

（2）：

MAqa（a2）（F2a）M275N。

1,1,2-12旋转起重装置如图2-65所示，现吊重G600N，AB1m，CD3m，不计支架自重，求A、B两处的约束反力。

图2-65题2-12图,MA（F）0，（FB1m）（G3m）0

（1）Fx0，FAxFB0

（2）Fy0，FAyG0（3）,解支承A处视通固定铰链，支座反力已用红色线条标出，根据曲梁的受力图列平衡方程求解。

由

（1）：

FB3G1.8kN，,由

（2）：

FAx