PAGEPAGE1項(xiàng)目7汽車構(gòu)件力學(xué)分析一、填空題1．運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、外效應(yīng)、變形效應(yīng)、內(nèi)效應(yīng)2．力的大小、力的方向、力的作用點(diǎn)3．大小和形狀4．靜止?fàn)顟B(tài)、勻速直線運(yùn)動(dòng)5．大小相等、方向相反、作用在同一直線上6．剛體、變形體7．非自由體、被動(dòng)力8．柔體約束、光滑接觸約束、光滑鉸鏈約束9．固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座10．分離體11.幾何法（矢量法）、解析法（投影法）12．力多邊形法13．代數(shù)、矢14．同一15．力矢、力對(duì)點(diǎn)之矩（力矩）16．大小相等、方向相反、不共線17．力的大小、力偶臂、18．力偶矩、正號(hào)、負(fù)號(hào)19．任意移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)20．合力偶、力偶系中各分力偶矩的代數(shù)和21．力偶、順時(shí)針、1022．力偶、力的平移定理23．合力24．合力偶25．垂直于26．平行27．軸向拉伸與壓縮、剪切與擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲28．截面法、截、取、代、平29．拉桿、壓桿、拉壓桿30．軸力圖31.正應(yīng)力、切應(yīng)力32．許用應(yīng)力、[s]33．強(qiáng)度校核、截面尺寸設(shè)計(jì)、確定許可載荷34．剪切、剪切面35．?dāng)D壓面36．正比、線性分布、軸圓周邊緣37．簡(jiǎn)支梁、外伸梁、懸臂梁38．集中力、集中力偶、分布荷載39．剪力、彎矩40．等強(qiáng)度梁二、單項(xiàng)選擇題1．A2．B3．C4．D5．D6．A7．A8．B9．C10．A11．B12．B13．A14.A15．A16．B17．A18．A19．B20．B三、判斷題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、簡(jiǎn)答題1．【參考答案】答：（1）工程上，不計(jì)自重和摩擦力，只受兩個(gè)力作用而平衡的剛體稱為“二力構(gòu)件”或“二力桿”（或“二力體”）。（2）二力構(gòu)件受力情況：兩個(gè)力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上。2．【參考答案】答：（1）靜力學(xué)公理包括：二力平衡公理、加減平衡力系公理、作用力與反作用力定律、力的平行四邊形法則。（2）公理內(nèi)容：①二力平衡公理：作用在同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體處于平衡狀態(tài)的必要和充分條件是：這兩個(gè)力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上（等值、反向、共線）。②加減平衡力系公理：在作用于剛體的任意力系上，加上或減去一組平衡力系，并不改變?cè)辛ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。③作用力與反作用力定律：兩個(gè)物體間的作用力與反作用力總是同時(shí)存在，且大小相等、方向相反、沿同一直線，分別作用在這兩個(gè)物體上。④力的平行四邊形法則：作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可以合成為一個(gè)合力，合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，合力的大小和方向由這兩個(gè)力為鄰邊構(gòu)成的平行四邊形的角線確定。3．【參考答案】答：（1）工程上常見的約束類型有柔體約束、光滑接觸約束、光滑鉸鏈約束（中間鉸鏈約束、固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座）。（2）確定約束反力的方向：柔體約束約束反力方向總是沿著柔體中心線背離被約束物體，作用在與被約束物體的接觸點(diǎn)上；光滑接觸約束約束反力方向必通過(guò)接觸點(diǎn)沿著接觸面在該點(diǎn)的公法線，并指向受力物體；中間鉸鏈約束約束反力沿著接觸點(diǎn)處的公法線方向且通過(guò)銷軸中心，但接觸點(diǎn)的位置不能預(yù)先確定，它隨主動(dòng)力方向變化而不同，常用通過(guò)銷軸中心的兩個(gè)正交的分力Fx、Fy表示；固定鉸鏈支座其約束反力沿著接觸點(diǎn)處的公法線方向且通過(guò)銷軸中心，但接觸點(diǎn)的位置同樣不能預(yù)先確定，常用通過(guò)銷軸中心的兩個(gè)正交的分力Fx、Fy表示；活動(dòng)鉸鏈支座約束反力通過(guò)銷軸中心，垂直于支承面，指向或背離物體。4．【參考答案】答：球的受力圖如下圖所示：5．【參考答案】答：（1）以球O為研究對(duì)象畫出其分離體。（2）受力分析：球受到主動(dòng)力為重力G，方向垂直向下；桿AB、墻壁支持力FD、FE分別過(guò)球與兩者的接觸點(diǎn)D、E，并沿接觸點(diǎn)處公法線指向球心。（3）以桿AB為研究對(duì)象畫出分離體。（4）對(duì)桿AB進(jìn)行受力分析：桿AB上主動(dòng)力為球?qū)λ膲毫D′(和FD是作用力與反作用力關(guān)系)，方向沿D點(diǎn)處公法線指向桿AB。同時(shí)，B點(diǎn)受到繩子對(duì)AB桿的拉力FT，方向自B指向C點(diǎn)。A點(diǎn)為固定鉸鏈約束，約束反力的方向可根據(jù)三力平衡匯交定理判定，F(xiàn)A經(jīng)過(guò)FD與FT的交點(diǎn)P。受力圖，如下圖所示。球O受力圖桿件AB受力圖6．【參考答案】答：用鑰匙開門、用手?jǐn)Q水龍頭、洗衣服時(shí)用手?jǐn)Q衣服施加的是一對(duì)大小相等、方向相反、不共線的兩個(gè)力，即力偶。7．【參考答案】答：力偶矩為10kN·m的力偶，構(gòu)成該力偶的力和力偶臂有無(wú)數(shù)種情況，只要滿足力偶的力和力偶臂乘積等于10kN·m就可以。8．【參考答案】答：汽車噸位越大，重力也大，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤需要的力偶矩（即扭矩）就越大。力偶矩等于力偶的力和力偶臂的乘積，轉(zhuǎn)向盤直徑相對(duì)做得大一些，相當(dāng)于增大了力偶臂，當(dāng)力偶矩為一定值時(shí)，力偶臂越大，力偶中的力就越小，駕駛員駕駛時(shí)就會(huì)省力，即省勁，便于駕駛操控汽車。9．【參考答案】答：力偶只能與力偶平衡，圖中的滑輪能平衡是因?yàn)樗艿搅艘粚?duì)平衡力矩作用，即圖中力偶矩M=Fr，其中Fr是力F對(duì)O點(diǎn)之距。10．【參考答案】答：力的分力是矢量，力在坐標(biāo)軸上的投影是代數(shù)量。11．【參考答案】答：（1）力偶是指作用于同一物體上，大小相等、方向相反、不共線的兩個(gè)力。（2）二力平衡中的兩個(gè)力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上。（3）作用力與反作用力總是同時(shí)存在，且大小相等、方向相反、沿同一直線，分別作用在兩個(gè)物體上。12．【參考答案】答：在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常將原點(diǎn)（矩心）選在較多未知力的匯交點(diǎn)上，坐標(biāo)軸盡可能取與多數(shù)未知力平行或垂直的方向上，才能使平衡方程的求解簡(jiǎn)化。13．【參考答案】答：（1）桿件變形的基本形式有軸向拉伸與壓縮、剪切與擠壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲等4種。（2）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿受軸向拉伸與壓縮變形；螺栓連接受剪切與擠壓變形；汽車傳動(dòng)軸受扭轉(zhuǎn)變形；汽車鋼板彈簧受彎曲變形。14．【參考答案】答：（1）軸向拉伸與壓縮的受力特點(diǎn)是外力（或外力的合力）沿桿件的軸線作用，且作用線與軸線重合；變形特點(diǎn)是桿件的縱向尺寸沿軸線伸長(zhǎng)或縮短，軸線在變形前后始終保持為直線。（2）剪切的受力特點(diǎn)是構(gòu)件受一對(duì)大小相等、方向相反、作用線相距很近的平行力系作用；變形特點(diǎn)是構(gòu)件沿兩組平行力系的交界面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。（3）扭轉(zhuǎn)的受力特點(diǎn)是在桿件兩端垂直于桿軸線的平面內(nèi)，受一對(duì)大小相等，方向相反的外力偶（扭轉(zhuǎn)力偶）作用；變形特點(diǎn)是桿件各橫截面都繞軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）彎曲的受力特點(diǎn)是梁在軸線平面內(nèi)受到力偶矩或垂直于軸線方向的外力作用；變形特點(diǎn)是梁在垂直于其軸線的載荷作用下，使原為直線的軸線變?yōu)榍€。15．【參考答案】答：（1）構(gòu)件工作中受到其他物體對(duì)它的作用力稱為外力，在外力作用下，引起的構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間相互作用力的改變量，稱為“附加內(nèi)力”，簡(jiǎn)稱內(nèi)力。（2）①分布內(nèi)力在某點(diǎn)處的集度，即為該點(diǎn)處的應(yīng)力。②應(yīng)力包括正應(yīng)力和切應(yīng)力兩種。（3）工程中，將極限應(yīng)力除以大于1的安全系數(shù)作為構(gòu)件工作應(yīng)力的最高限度，這個(gè)工作應(yīng)力的最高限度稱為許用應(yīng)力。16．【參考答案】答：（1）有效擠壓面積指擠壓面面積在垂直于總擠壓力方向上的投影。（2）當(dāng)擠壓面為平面時(shí)，擠壓面的計(jì)算面積等于實(shí)際接觸擠壓面面積；當(dāng)擠壓面為半圓柱面時(shí)，通常將圓柱的直徑平面作為有效擠壓面，擠壓面的計(jì)算面積等于半圓柱接觸投影的面積。17．【參考答案】答：對(duì)扭矩符號(hào)規(guī)定如下：采用右手螺旋法則，用四指表示扭矩的轉(zhuǎn)向，大拇指的指向與截面的外法線方向相同時(shí)，該扭矩為正，反之為負(fù)。18．【參考答案】答：根據(jù)公式可知，軸所受的外力偶矩（扭矩）與傳遞的功率成正比，與軸的轉(zhuǎn)速成反比。當(dāng)軸所傳遞的功率相同時(shí)，高速軸所受外力偶矩（扭矩）較小，低速軸所受外力偶矩（扭矩）較大。因此，在汽車主減速器中，通常高速軸直徑較小，低速軸直徑較大。19．【參考答案】答：（1）實(shí)心圓截面：D是實(shí)心圓截面的直徑。（2）空心圓截面：d、D為空心圓截面內(nèi)、外徑，a=d/D。20．【參考答案】答：圖中的切應(yīng)力分布圖（a）和圖（d）正確，因?yàn)闈M足扭轉(zhuǎn)時(shí)切應(yīng)力分布規(guī)律，即橫截面上任一點(diǎn)的切應(yīng)力大小與該點(diǎn)到圓心的距離成正比，并沿半徑方向呈線性分布，圓心處切應(yīng)力為零，軸圓周邊緣的切應(yīng)力最大。圖（b）切應(yīng)力方向相反，圖（c）切應(yīng)力不沿半徑方向呈線性分布。21．【參考答案】答：從強(qiáng)度觀點(diǎn)看圖（b）更合理，因?yàn)閳D（b）中最大絕對(duì)值扭矩較之圖（a）小，對(duì)軸的受力有利。22．【參考答案】答：由于橫截面上的扭矩主要由靠近圓軸表面的那部分材料承受，靠近中心部分的材料幾乎沒有發(fā)揮承載作用。若把中心部分的材料移到邊緣，使其成為空心軸，不僅應(yīng)力提高，而且半徑增加，能提供更大的扭矩，就能有效提高軸的承載能力。23．【參考答案】答：（1）梁發(fā)生彎曲變形時(shí)，橫截面上的內(nèi)力由剪力和彎矩兩部分組成。（2）規(guī)定梁橫截面上的剪力使所取梁段順時(shí)針方向錯(cuò)動(dòng)時(shí)，剪力符號(hào)為正；反之為負(fù)。梁橫截面上的彎矩使所取梁段發(fā)生上凹下凸變形時(shí)，彎矩符號(hào)為正，反之為負(fù)。24．【參考答案】答：跳水板固定端受力相當(dāng)于懸臂梁在一端受集中力作用，固定端處彎矩最大，為危險(xiǎn)截面，當(dāng)跳水運(yùn)動(dòng)員跳水時(shí)，如果作用力過(guò)大，跳水板就會(huì)在彎矩最大處（固定端）折斷。25．【參考答案】答：梁彎曲時(shí)梁上的危險(xiǎn)截面在產(chǎn)生最大正應(yīng)力所在的截面，危險(xiǎn)點(diǎn)在危險(xiǎn)截面上。26．【參考答案】答：（1）梁彎曲變形時(shí)，若橫截面上只有彎矩而無(wú)剪力，則這種彎曲稱為純彎曲。（2）汽車鋼板彈簧的彎曲是純彎曲。27．【參考答案】答：矩形截面梁橫截面上1點(diǎn)、5點(diǎn)|s|最大，4點(diǎn)|s|最小為零，2點(diǎn)、3點(diǎn)的s相等。28．【參考答案】答：空心截面梁的強(qiáng)度比實(shí)心截面梁的強(qiáng)度大，這種說(shuō)法不正確。根據(jù)公式可知，當(dāng)空心截面梁和實(shí)心截面梁相同，且所受彎矩相同時(shí)，Wz空心小于Wz實(shí)心，此時(shí)，空心截面梁的強(qiáng)度比實(shí)心截面梁的強(qiáng)度大。29．【參考答案】答：根據(jù)矩形截面梁公式可知，截面尺寸h和b分別增大一倍時(shí)，其抗彎截面系數(shù)Wz增大了8倍。30．【參考答案】答：根據(jù)圓形截面梁公式可知，直徑增大一倍時(shí)，其抗彎截面系數(shù)Wz增大了8倍。五、計(jì)算題1．【參考答案】解：（1）根據(jù)題目要求，選取滑輪B為研究對(duì)象，并畫出分離體。（2）對(duì)滑輪進(jìn)行受力分析，畫出受力圖：滑輪B受到重力G、繩子拉力FT和桿件AB、BC的作用力，其中重力G垂直向下(已知)，繩子拉力沿繩子背離滑輪。由于桿AB、BC的重力不計(jì)，且只在桿件兩端受力，故屬于二力構(gòu)件，由此可知，受力方向應(yīng)沿桿件。由于滑輪尺寸很小，G和FT可近似看作通過(guò)輪心，因此滑輪所受四個(gè)力均交于B點(diǎn)，屬于平面匯交力系。（3）以輪心B為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)平面匯交力系的平衡條件，列出平衡方程并求解?；啞U件AB、BC受力圖又由已知所以，有2．【參考答案】解：（1）由題意知，AB桿是二力桿，桿AB、BC和OA受力如下圖所示。（2）根據(jù)力偶平衡條件，列平衡方程并求解。對(duì)于BC桿，根據(jù)有，求得；對(duì)于OA桿，根據(jù)有，求得M1=3Nm。3．【參考答案】解：直桿受到多個(gè)外力的作用，內(nèi)力將隨著橫截面位置的不同而發(fā)生變化。需將直桿分為三段，分別為AB、BC和CD段來(lái)計(jì)算內(nèi)力，應(yīng)用截面法求解。（1）沿1-1截面假想地把直桿截開為兩部分，去掉右邊部分，保留左邊部分，并設(shè)截面上的軸力方向?yàn)檎?，即為拉力，保留部分的受力如圖（b）所示。根據(jù)平衡方程即，得AB段軸力為（2）將桿件從2-2截面截開，保留左段，其受力如圖（c）所示。根據(jù)平衡方程即，得BC段軸力為負(fù)號(hào)表示該橫截面上的軸力的實(shí)際方向與所設(shè)方向相反，即為壓力。（3）將桿件從3-3截面截開，保留右段，其受力如圖（d）所示。根據(jù)平衡方程即，得CD段軸力為綜合以上計(jì)算結(jié)果，按比例繪制軸力圖，如圖（e）所示。4．【參考答案】解：階梯桿受到多個(gè)外力的作用，內(nèi)力將隨著橫截面位置的不同而發(fā)生變化。需將直桿分為3段，應(yīng)用截面法求解。（1）沿1-1截面假想地把直桿截開為兩部分，去掉左邊部分，保留右邊部分。根據(jù)平衡方程即，得軸力為（壓力）（2）將桿件從2-2截面截開，保留右邊部分。根據(jù)平衡方程即，得軸力為（壓力）（3）將桿件從3-3截面截開，保留右邊部分。根據(jù)平衡方程即，得軸力為（拉力）綜合以上計(jì)算結(jié)果，按比例繪制軸力圖，如圖所示。5．【參考答案】解：（1）由題意知AB桿、AC桿是二力桿，節(jié)點(diǎn)A受力如下圖所示：（2）列平衡方程并求解。，，求得kN，kN。（3）根據(jù)AB桿、AC桿受力及已知條件（AB、AC直徑相等），校核AC桿即可校核該結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。所以，該結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度足夠，是安全的。6．【參考答案】解：（1）求鉚釘?shù)募袅蛿D壓力。（2）校核接頭的剪切強(qiáng)度。（3）校核接頭的擠壓強(qiáng)度。（4）校核拉板的拉伸強(qiáng)度。所以，此接頭的強(qiáng)度足夠，是安全的。7．【參考答案】解：（1）求鉚釘?shù)募袅蛿D壓力。（2）校核接頭的剪切強(qiáng)度。（3）校核接頭的擠壓強(qiáng)度。（4）校核拉板的拉伸強(qiáng)度。所以，鉚釘連接處的強(qiáng)度足夠，是安全的。8.【參考答案】解：（1）計(jì)算抗扭截面系數(shù)。（2）強(qiáng)度校核。所以，軸的強(qiáng)度足夠。9.【參考答案】解：（1）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向盤軸直徑，因?yàn)樗裕兴?，轉(zhuǎn)向盤軸為空心軸時(shí)，其直徑取24mm。（2）計(jì)算轉(zhuǎn)向盤軸內(nèi)、外徑d和D的值，因?yàn)樗?，有，?）比較實(shí)心軸與空心軸的質(zhì)量。在兩軸材料相同、長(zhǎng)度相等的情況下，其質(zhì)量之比等于橫截面積之比，于是有所以，實(shí)心軸質(zhì)量是空心軸的1.9倍。10.【參考答案】解：（1）求支座約束反力。即得kN（向上）即得kN（向下）（2）列剪力、彎矩方程。①A與M之間。kN②M與B之間。kN②F與B