工业设计工程基础复习题.ppt

110画出图1-40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1-40题1-10图,解图1-40a,图1-40b,图1-40c,图1-40d,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1-43a、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1-43题1-13图,图1-43b,图1-43cBC为二力杆，可得NC的方向，再用三力平衡汇交定理。,解图1-43a,2-9起重装置如图2-63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2-63题2-9图,解1）图2-63a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：,F0，FABTBCcos300（1）,F0，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。,2-16求起重机在图2-70所示位置时，钢丝绳BC所受的拉力和铰链A的反力。已知AB6m，G8kN，吊重Q30kN，角度45，30。,图2-70题2-16图,解钢丝绳受的拉力和铰链A的反力已用红色画出。设吊臂AB长l，建立坐标系如图，列平衡方程求解。,MA（F）0，Tlcos30(G0.5lcos45)Qlcos450（1）Fx0，RAxTcos(4530)0（2）Fy0，RAyTsin(4530)GQ0（3）,由（1）直接可得：T48.08kN（4）,(4)代入(2)得：RAx46.44kN（5）,(4)、(5)代入(3)得：RAy50.44kN。,2-24图2-78所示滑块斜面间的摩擦因数S0.25，滑块重G1kN，斜面倾角10，问：滑块是否会在重力作用下下滑？要使滑块沿斜面匀速上升，应施加的平行于斜面的推力F是多大？,图2-78题2-24图,解滑块是否会在重力作用下下滑？,摩擦因数对应的摩擦角mactanSactan0.2514.04，,m，符合自锁条件，滑块不会因重力而下滑。,要使滑块沿斜面匀速上升，推力F是多大？,滑块斜面间的正压力NGcos10，,最大静摩擦力FmaxSNSGcos10，,滑块重力沿斜面向下的分力Gsin10，,使滑块沿斜面匀速上升的推力条件：FFmaxGsin10SGcos10Gsin100.42kN。,第三章构件与产品的强度分析,3-1试求图3-63a、b所示杆内1-1、2-2、3-3截面上的轴力。,图3-63题3-1图,解1）图3-63a情况设1-1、2-2、3-3截面上的轴力分别为N1、N2、N3，则N140kN30kN20kN50kN，N230kN20kN10kN，N320kN20kN。,2）图3-63b情况设1-1、2-2、3-3截面上的轴力分别为N1、N2、N3，则N1P，N2P3P4P，N3P3P4P0。,3-2厂房的柱子如图3-64所示，屋顶加于柱子的载荷F1120kN、吊车加于柱子B截面的载荷F2100kN，柱子的横截面面积A1400cm2，A2600cm2，求上、下两段柱子横截面上的应力。,图3-64题3-2图,解上段柱子的截面应力1上段柱子的截面轴力N1F1120kN，1N1A1(120103)(400104)3MPa。,下段柱子的截面应力2下段柱子的截面轴力N2F1F2220kN，2N2A2(220103)(600104)3.67MPa。,1,3-5塑料型材支架如图3-67所示，B处载荷G1600N，该牌号塑料的许用拉应力l4MPa，许用压应力y6MPa，计算杆AB和BC所需要的截面面积AAB和ABC。,图3-67题3-5图,解求两杆轴力NAB、NBC两杆均为二力杆，拉、压力均沿轴线方向，即为轴力Fy0，NBCcos30G0（1）Fx0，NBCsin30NAB0（2）解之得：NBCGcos301848N(受压)（3）NABNBCsin30924N(受拉)（4）,杆BC所需要的截面面积ABCABCNBCy308106m2308mm2。,杆AB所需要的截面面积AABAABNABl231106m2231mm2。,3-7图3-69为雨蓬结构简图，横梁受均布载荷q2kN/m，B端用钢丝绳CB拉住，钢丝的许用应力100MPa，计算钢丝绳所需的直径d。,解求钢丝绳BC受的拉力，亦即其轴力NBC分析横梁AB：MA(F)0，NBC(4msin30)(q4m)2m0，解之得：NBC8kN(受压)。,计算钢丝绳所需的直径d强度条件NA，其中Ad24，,即要求,，代入数据即得：d10.1mm。,3-9铆钉联接如图3-71所示，F5kN，t18mm，t210mm，铆钉材料的许用切应力60MPa，被联接板材的许用挤压应力jy125MPa，试设计铆钉直径d。,图3-71题3-9图,解按剪切强度设计铆钉直径d1两个铆钉承受拉力F,每个铆钉所受剪力为QF2,受剪截面面积A=d124,因此有,代入数据即得：d17.3mm。,按挤压强度设计铆钉直径d2每个铆钉所受的挤压力为FjyF2，取较薄板材的挤压面面积计算Ajyd2t1，强度条件为jyFjyAjy（F2)(d2t1)jy，即d2Fjyt12.5mm。,设计铆钉直径d两种结果中取较大者，即dd17.3mm。取d8mm,3-11机车挂钩的销钉联接如图3-73所示。挂钩厚度t8mm，销钉材料的许用切应力60MPa，许用挤压应力jy200MPa，机车牵引力F15kN，试选择销钉直径d。,图3-73题3-11图,解按剪切强度选择销钉铆钉直径d1销钉每个剪切面上的剪切力为QF2,由剪切强度条件Q(d124)，,有,代入数据即得：d112.6mm。,按挤压强度选择销钉直径d2每个销钉所受的挤压力为FjyF，挤压面计算面积Ajy2td2，强度条件为jyFjyAjyF2td2jy，即d2F2tjy4.7mm。,选择销钉直径d两种结果中取较大者，即dd112.6mm。取d13mm。,1,1,3-13求图3-75a、b所示受扭圆轴-、-、-截面上的扭矩。,解1）图3-73a情况-截面的扭矩T-3kNm，-截面的扭矩T-3kNm，-截面的扭矩T-1kNm。,图3-75题3-13图,2）图3-73b情况-截面的扭矩T-1kNm，-截面的扭矩T-3.5kNm，-截面的扭矩T-2kNm。,3-15牙嵌联轴器左端空心轴外径d150mm，内径d230mm，右端实心轴直径d40mm（即两段轴的横截面积相等），材料的许用切应力55MPa，工作力矩M1000Nm，试校核左、右两段轴的扭转强度。,图3-76题3-15图,解校核左段轴的扭转强度空心轴内外径之比30mm50mm0.6，,校核右段轴的扭转强度,最大切应力为,最大切应力为,左max，左段轴的扭转强度够。,右max，右段轴的扭转强度不够。,1,3-19列出图3-78中各梁的剪力方程和弯矩方程，画弯矩图，在图上标出最大弯矩截面位置及弯矩值。,图3-78题3-19图,解图3-78a),以B为原点建立坐标系yBx，研究任意截面-Fy0，Qqx0得剪力方程Qqx（向上）,以-截面形心C为矩心，MC(F)0，qx(x2)M0得弯矩方程Mqx22（弯矩为负值）。由弯矩方程得弯矩图如右。,最大弯矩在发生固定端A截面：,求支座反力RA、RB由梁的平衡条件得：RAF4、RBF4。,解图3-78b),剪力方程和弯矩方程AB段以A为坐标原点，研究任意截面-剪力方程Q1RAF4（向上），弯矩方程M1Fx14（负值），BC段以C为坐标原点，研究任意截面-剪力方程Q2F4（向上）。弯矩方程M2Fx24（负值）。,在B截面有,解图3-78c),求支座反力RA、RB由平衡条件：RA3000N(向上)、RB1000N(向上),剪力方程和弯矩方程AC段以A为坐标原点，研究任意截面-剪力方程Q13000N（向下），弯矩方程M13000 x1（正值），CB段以B为坐标原点，研究任意截面-剪力方程Q21000N（向下）。弯矩方程M21000 x2（正值）。,画出弯矩图如下。,画出弯矩图如下。,在C截面有Mmax600Nm。,解图3-78d),求支座反力RA、RB由平衡条件：RA150N(向下)、RB150N(向上)。,剪力方程和弯矩方程AB段以A为坐标原点，研究任意截面-剪力方程Q1150N（向上），弯矩方程M1150 x1（负值），BC段以C为坐标原点，研究任意截面-剪力方程Q20。弯矩方程M260Nm（负值）。,画出弯矩图如右。,BC段的弯矩相等，其值在梁中最大：Mmax60Nm。,第四章构件的刚度、压杆稳定和动载荷问题,4-1阶梯形杆件受轴向力作用如图4-28所示，F142kN，F218kN，L800mm，横截面面积A1100mm2，A250mm2，材料的弹性模量E200GPa，求杆的总伸长量l。,图4-28题4-1图,解杆件各段的轴力AB段NABF2F124kN，BC段NBCF218kN，CD段NCDF218kN。,求杆的总伸长量l,4-6简支梁受均布载荷如图4-31所示，实心圆截面梁的直径D40mm，材料的弹性模量E200GPa，试求梁的最大挠度ymax和梁的端截面转角A、B。,图4-31题4-6图,查表4-1求梁的最大挠度ymax,解梁截面的惯性矩I0.05d40.05404101212.8108。,查表4-1求梁的端截面转角A、B,4-17在题4-7的图4-32中，若女跳水运动员从高度h600mm落到跳板上，试求在跳板内产生的最大动载弯曲应力dmax。（题4-7的答案为y107.2mm）,解这是自由落体冲击力的动载问题。,先求最大静载弯曲应力max运动员站在跳板前端使跳板固定端截面产生最大弯矩MmaxG3.2m460N3.2m1472Nm。此跳板的抗弯截面模量Wz(0.75502106)6312.5106m2。,最大静应力maxMmaxWz1472(312.5106)4.71106Pa4.71MPa。,自由落体冲击力的动荷系数Kd,求最大动载弯曲应力dmaxdmaxKdmax4.4934.71MPa21.16MPa。,第六章机械零件基础,66儿童游乐场中一种由电动机带动的游乐器械中，一传动轴传递的额定功率为P3kW，转速n960r/min，设计计算轴的外径。轴的材料为：,45钢，实心轴40Cr，内径外径比值为（d/D）0.8的钢管,解45钢实心轴的外径D儿童游乐器械关系人身安全，在表6-6中选取较大的材料系数：A115。,由公式（6-1）：,实际可取D18mm。,内外径比值为(d/D)0.8的40Cr钢管在表6-6中选取较大的材料系数：A105。,由公式（6-2）：,实际可取D20mm，或D19mm。,68说明下列滚动轴承代号的含义（可仿照例6-2的表达形式）：60210/P661202N231370216AC71311C,解,60210/P6,61202,70216AC,81写出下列V带标记Z型，基准长度630mmA型，基准长度1120mm写出下列滚子链标记A系列，节距12.7mm，单排，84节A系列，节距25.4mm，双排，98节,解V带标记Z型，基准长度630mm：“Z630GB/T115441997”A型，基准长度1120mm：“A1120GB/T115441997”,滚子链标记A系列，节距12.7mm，单排，84节：“08A184GB/T12431997”A系列，节距25.4mm，双排，98节：“16A298GB/T12431997”,1绘制图7-12a所示抽水唧筒的机构运动简图。,图7-12抽水唧筒及其机构简图,a)抽水唧筒b)抽水唧筒的机构运动简图1手柄2连杆3活塞杆4抽水筒,绘制说明,唧筒的机构分析：,机架是抽水筒4；原动件是手柄1；其余连杆2和活塞杆3为从动件。,运动与运动副分析,操作手柄1以转动副A为中心摆动，依次带动连杆2和活塞杆3运动；该机构在A、B、C三处有三个转动副，活塞杆3与抽水筒4形成移动副。,绘制运动简图,取转动副A点为基准点，选择合适比例尺，根据图7-12a中构件的尺寸和几个运动副的位置，绘制出抽水唧筒的运动简图如图7-12b所示。,第七章常用机构,2.如图所示为一偏心轮机构模型图，试绘制其运动简图。,作偏心泵的机构运动简图,例3计算筛料机构的自由度。,F=3n-2PL-PH=3x7-2x9-1=2,计算牛头刨床的自由度,F=3n-2PL-PH=3x5-2x7=1,F=3n-2PL-PH=3x9-2x12-2=1,试根据给定的各构件尺寸，判断如图328所示的各机构的类型。,(a)曲柄摇杆机构(b)双摇杆机构(c)双摇杆机构(d)双曲柄机构,试用图解法设计一偏置曲柄滑块机构。已知行程速比系数K1.4，滑块行程H50mm，偏距e10mm。,2.设计一曲柄摇杆机构。已知行程速度变化系数K=1.4，摇杆的长度lcd=100mm，摆角=45，固定铰链中心A和D在同一水平线上。,一对外啮合的渐开线标准直齿圆柱齿轮，已知模数m1.5mm，小轮、大轮齿数z130，z275，压力角20，正常齿制。试求：两轮的分度圆直径d1、d2，齿顶圆直径da1、da2，齿根圆直径df1、df2，基圆直径db1、db2以及两轮的中心距a。,解分度圆直径d1mz11.5mm3045mmd2mz21.5mm75112.5mm齿顶圆直径da1d12had12ha*m45mm（211.5mm）48mmda2d22had22ha*m112.5mm（211.5mm）115.5mm齿根圆直径df1d12（hf*c*）45mm2（10.25）1.5mm41.25mmdf2d22（hf*c*）112.5mm2（10.25）1.5mm108.75mm基圆直径db1d1cos45mmcos2042.29mmdb2d2cos112.5mmcos20105.72mm,两轮中心距,一对标准安装的外啮合渐开线直齿圆柱齿轮，已知中心距a100mm，传动比i3，模数m2.5mm，压力角20，正常齿制。试求：两齿轮的齿数z1、z2、分度圆直径d1、d2，齿顶圆直径da1、da2，齿根圆直径df1、df