汽车机械基础习题册（第4版） 项目7-答案

PAGEPAGE1项目7汽车构件力学分析一、填空题1．运动效应、外效应、变形效应、内效应2．力的大小、力的方向、力的作用点3．大小和形状4．静止状态、匀速直线运动5．大小相等、方向相反、作用在同一直线上6．刚体、变形体7．非自由体、被动力8．柔体约束、光滑接触约束、光滑铰链约束9．固定铰链支座、活动铰链支座、活动铰链支座10．分离体11.几何法（矢量法）、解析法（投影法）12．力多边形法13．代数、矢14．同一15．力矢、力对点之矩（力矩）16．大小相等、方向相反、不共线17．力的大小、力偶臂、18．力偶矩、正号、负号19．任意移动或转动20．合力偶、力偶系中各分力偶矩的代数和21．力偶、顺时针、1022．力偶、力的平移定理23．合力24．合力偶25．垂直于26．平行27．轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转、弯曲28．截面法、截、取、代、平29．拉杆、压杆、拉压杆30．轴力图31.正应力、切应力32．许用应力、[s]33．强度校核、截面尺寸设计、确定许可载荷34．剪切、剪切面35．挤压面36．正比、线性分布、轴圆周边缘37．简支梁、外伸梁、悬臂梁38．集中力、集中力偶、分布荷载39．剪力、弯矩40．等强度梁二、单项选择题1．A2．B3．C4．D5．D6．A7．A8．B9．C10．A11．B12．B13．A14.A15．A16．B17．A18．A19．B20．B三、判断题1．×2．√3．×4．×5．×6．×7．√8．×9．×10．√11．√12．√13．√14．√15．√16．√17．√18．×19．×20．×21．√22．√23．×24．×25．×26．√27．×28．√29．×30．√31．×32．√33．√34．×35．√36．×37．√38．√39．√40．√四、简答题1．【参考答案】答：（1）工程上，不计自重和摩擦力，只受两个力作用而平衡的刚体称为“二力构件”或“二力杆”（或“二力体”）。（2）二力构件受力情况：两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。2．【参考答案】答：（1）静力学公理包括：二力平衡公理、加减平衡力系公理、作用力与反作用力定律、力的平行四边形法则。（2）公理内容：①二力平衡公理：作用在同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上（等值、反向、共线）。②加减平衡力系公理：在作用于刚体的任意力系上，加上或减去一组平衡力系，并不改变原有力系对刚体的作用效应。③作用力与反作用力定律：两个物体间的作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿同一直线，分别作用在这两个物体上。④力的平行四边形法则：作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边构成的平行四边形的角线确定。3．【参考答案】答：（1）工程上常见的约束类型有柔体约束、光滑接触约束、光滑铰链约束（中间铰链约束、固定铰链支座、活动铰链支座）。（2）确定约束反力的方向：柔体约束约束反力方向总是沿着柔体中心线背离被约束物体，作用在与被约束物体的接触点上；光滑接触约束约束反力方向必通过接触点沿着接触面在该点的公法线，并指向受力物体；中间铰链约束约束反力沿着接触点处的公法线方向且通过销轴中心，但接触点的位置不能预先确定，它随主动力方向变化而不同，常用通过销轴中心的两个正交的分力Fx、Fy表示；固定铰链支座其约束反力沿着接触点处的公法线方向且通过销轴中心，但接触点的位置同样不能预先确定，常用通过销轴中心的两个正交的分力Fx、Fy表示；活动铰链支座约束反力通过销轴中心，垂直于支承面，指向或背离物体。4．【参考答案】答：球的受力图如下图所示：5．【参考答案】答：（1）以球O为研究对象画出其分离体。（2）受力分析：球受到主动力为重力G，方向垂直向下；杆AB、墙壁支持力FD、FE分别过球与两者的接触点D、E，并沿接触点处公法线指向球心。（3）以杆AB为研究对象画出分离体。（4）对杆AB进行受力分析：杆AB上主动力为球对它的压力FD′(和FD是作用力与反作用力关系)，方向沿D点处公法线指向杆AB。同时，B点受到绳子对AB杆的拉力FT，方向自B指向C点。A点为固定铰链约束，约束反力的方向可根据三力平衡汇交定理判定，FA经过FD与FT的交点P。受力图，如下图所示。球O受力图杆件AB受力图6．【参考答案】答：用钥匙开门、用手拧水龙头、洗衣服时用手拧衣服施加的是一对大小相等、方向相反、不共线的两个力，即力偶。7．【参考答案】答：力偶矩为10kN·m的力偶，构成该力偶的力和力偶臂有无数种情况，只要满足力偶的力和力偶臂乘积等于10kN·m就可以。8．【参考答案】答：汽车吨位越大，重力也大，驾驶员转动转向盘需要的力偶矩（即扭矩）就越大。力偶矩等于力偶的力和力偶臂的乘积，转向盘直径相对做得大一些，相当于增大了力偶臂，当力偶矩为一定值时，力偶臂越大，力偶中的力就越小，驾驶员驾驶时就会省力，即省劲，便于驾驶操控汽车。9．【参考答案】答：力偶只能与力偶平衡，图中的滑轮能平衡是因为它受到了一对平衡力矩作用，即图中力偶矩M=Fr，其中Fr是力F对O点之距。10．【参考答案】答：力的分力是矢量，力在坐标轴上的投影是代数量。11．【参考答案】答：（1）力偶是指作用于同一物体上，大小相等、方向相反、不共线的两个力。（2）二力平衡中的两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。（3）作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿同一直线，分别作用在两个物体上。12．【参考答案】答：在实际应用时，常将原点（矩心）选在较多未知力的汇交点上，坐标轴尽可能取与多数未知力平行或垂直的方向上，才能使平衡方程的求解简化。13．【参考答案】答：（1）杆件变形的基本形式有轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转和弯曲等4种。（2）汽车发动机连杆受轴向拉伸与压缩变形；螺栓连接受剪切与挤压变形；汽车传动轴受扭转变形；汽车钢板弹簧受弯曲变形。14．【参考答案】答：（1）轴向拉伸与压缩的受力特点是外力（或外力的合力）沿杆件的轴线作用，且作用线与轴线重合；变形特点是杆件的纵向尺寸沿轴线伸长或缩短，轴线在变形前后始终保持为直线。（2）剪切的受力特点是构件受一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的平行力系作用；变形特点是构件沿两组平行力系的交界面发生相对错动。（3）扭转的受力特点是在杆件两端垂直于杆轴线的平面内，受一对大小相等，方向相反的外力偶（扭转力偶）作用；变形特点是杆件各横截面都绕轴线作相对转动。（4）弯曲的受力特点是梁在轴线平面内受到力偶矩或垂直于轴线方向的外力作用；变形特点是梁在垂直于其轴线的载荷作用下，使原为直线的轴线变为曲线。15．【参考答案】答：（1）构件工作中受到其他物体对它的作用力称为外力，在外力作用下，引起的构件内部各质点之间相互作用力的改变量，称为“附加内力”，简称内力。（2）①分布内力在某点处的集度，即为该点处的应力。②应力包括正应力和切应力两种。（3）工程中，将极限应力除以大于1的安全系数作为构件工作应力的最高限度，这个工作应力的最高限度称为许用应力。16．【参考答案】答：（1）有效挤压面积指挤压面面积在垂直于总挤压力方向上的投影。（2）当挤压面为平面时，挤压面的计算面积等于实际接触挤压面面积；当挤压面为半圆柱面时，通常将圆柱的直径平面作为有效挤压面，挤压面的计算面积等于半圆柱接触投影的面积。17．【参考答案】答：对扭矩符号规定如下：采用右手螺旋法则，用四指表示扭矩的转向，大拇指的指向与截面的外法线方向相同时，该扭矩为正，反之为负。18．【参考答案】答：根据公式可知，轴所受的外力偶矩（扭矩）与传递的功率成正比，与轴的转速成反比。当轴所传递的功率相同时，高速轴所受外力偶矩（扭矩）较小，低速轴所受外力偶矩（扭矩）较大。因此，在汽车主减速器中，通常高速轴直径较小，低速轴直径较大。19．【参考答案】答：（1）实心圆截面：D是实心圆截面的直径。（2）空心圆截面：d、D为空心圆截面内、外径，a=d/D。20．【参考答案】答：图中的切应力分布图（a）和图（d）正确，因为满足扭转时切应力分布规律，即横截面上任一点的切应力大小与该点到圆心的距离成正比，并沿半径方向呈线性分布，圆心处切应力为零，轴圆周边缘的切应力最大。图（b）切应力方向相反，图（c）切应力不沿半径方向呈线性分布。21．【参考答案】答：从强度观点看图（b）更合理，因为图（b）中最大绝对值扭矩较之图（a）小，对轴的受力有利。22．【参考答案】答：由于横截面上的扭矩主要由靠近圆轴表面的那部分材料承受，靠近中心部分的材料几乎没有发挥承载作用。若把中心部分的材料移到边缘，使其成为空心轴，不仅应力提高，而且半径增加，能提供更大的扭矩，就能有效提高轴的承载能力。23．【参考答案】答：（1）梁发生弯曲变形时，横截面上的内力由剪力和弯矩两部分组成。（2）规定梁横截面上的剪力使所取梁段顺时针方向错动时，剪力符号为正；反之为负。梁横截面上的弯矩使所取梁段发生上凹下凸变形时，弯矩符号为正，反之为负。24．【参考答案】答：跳水板固定端受力相当于悬臂梁在一端受集中力作用，固定端处弯矩最大，为危险截面，当跳水运动员跳水时，如果作用力过大，跳水板就会在弯矩最大处（固定端）折断。25．【参考答案】答：梁弯曲时梁上的危险截面在产生最大正应力所在的截面，危险点在危险截面上。26．【参考答案】答：（1）梁弯曲变形时，若横截面上只有弯矩而无剪力，则这种弯曲称为纯弯曲。（2）汽车钢板弹簧的弯曲是纯弯曲。27．【参考答案】答：矩形截面梁横截面上1点、5点|s|最大，4点|s|最小为零，2点、3点的s相等。28．【参考答案】答：空心截面梁的强度比实心截面梁的强度大，这种说法不正确。根据公式可知，当空心截面梁和实心截面梁相同，且所受弯矩相同时，Wz空心小于Wz实心，此时，空心截面梁的强度比实心截面梁的强度大。29．【参考答案】答：根据矩形截面梁公式可知，截面尺寸h和b分别增大一倍时，其抗弯截面系数Wz增大了8倍。30．【参考答案】答：根据圆形截面梁公式可知，直径增大一倍时，其抗弯截面系数Wz增大了8倍。五、计算题1．【参考答案】解：（1）根据题目要求，选取滑轮B为研究对象，并画出分离体。（2）对滑轮进行受力分析，画出受力图：滑轮B受到重力G、绳子拉力FT和杆件AB、BC的作用力，其中重力G垂直向下(已知)，绳子拉力沿绳子背离滑轮。由于杆AB、BC的重力不计，且只在杆件两端受力，故属于二力构件，由此可知，受力方向应沿杆件。由于滑轮尺寸很小，G和FT可近似看作通过轮心，因此滑轮所受四个力均交于B点，属于平面汇交力系。（3）以轮心B为原点建立直角坐标系。根据平面汇交力系的平衡条件，列出平衡方程并求解。滑轮、杆件AB、BC受力图又由已知所以，有2．【参考答案】解：（1）由题意知，AB杆是二力杆，杆AB、BC和OA受力如下图所示。（2）根据力偶平衡条件，列平衡方程并求解。对于BC杆，根据有，求得；对于OA杆，根据有，求得M1=3Nm。3．【参考答案】解：直杆受到多个外力的作用，内力将随着横截面位置的不同而发生变化。需将直杆分为三段，分别为AB、BC和CD段来计算内力，应用截面法求解。（1）沿1-1截面假想地把直杆截开为两部分，去掉右边部分，保留左边部分，并设截面上的轴力方向为正，即为拉力，保留部分的受力如图（b）所示。根据平衡方程即，得AB段轴力为（2）将杆件从2-2截面截开，保留左段，其受力如图（c）所示。根据平衡方程即，得BC段轴力为负号表示该横截面上的轴力的实际方向与所设方向相反，即为压力。（3）将杆件从3-3截面截开，保留右段，其受力如图（d）所示。根据平衡方程即，得CD段轴力为综合以上计算结果，按比例绘制轴力图，如图（e）所示。4．【参考答案】解：阶梯杆受到多个外力的作用，内力将随着横截面位置的不同而发生变化。需将直杆分为3段，应用截面法求解。（1）沿1-1截面假想地把直杆截开为两部分，去掉左边部分，保留右边部分。根据平衡方程即，得轴力为（压力）（2）将杆件从2-2截面截开，保留右边部分。根据平衡方程即，得轴力为（压力）（3）将杆件从3-3截面截开，保留右边部分。根据平衡方程即，得轴力为（拉力）综合以上计算结果，按比例绘制轴力图，如图所示。5．【参考答案】解：（1）由题意知AB杆、AC杆是二力杆，节点A受力如下图所示：（2）列平衡方程并求解。，，求得kN，kN。（3）根据AB杆、AC杆受力及已知条件（AB、AC直径相等），校核AC杆即可校核该结构的强度。所以，该结构的强度足够，是安全的。6．【参考答案】解：（1）求铆钉的剪力和挤压力。（2）校核接头的剪切强度。（3）校核接头的挤压强度。（4）校核拉板的拉伸强度。所以，此接头的强度足够，是安全的。7．【参考答案】解：（1）求铆钉的剪力和挤压力。（2）校核接头的剪切强度。（3）校核接头的挤压强度。（4）校核拉板的拉伸强度。所以，铆钉连接处的强度足够，是安全的。8.【参考答案】解：（1）计算抗扭截面系数。（2）强度校核。所以，轴的强度足够。9.【参考答案】解：（1）设计转向盘轴直径，因为所以，有所以，转向盘轴为空心轴时，其直径取24mm。（2）计算转向盘轴内、外径d和D的值，因为所以，有，（3）比较实心轴与空心轴的质量。在两轴材料相同、长度相等的情况下，其质量之比等于横截面积之比，于是有所以，实心轴质量是空心轴的1.9倍。10.【参考答案】解：（1）求支座约束反力。即得kN（向上）即得kN（向下）（2）列剪力、弯矩方程。①A与M之间。kN②M与B之间。kN②F与B