机械基础习题及答案-第3版 王英杰 第0-2单元

绪论练习题一、名词解释1．机械机械是指机器与机构的总称。2．机器机器是由各种金属和非金属部件组装成的执行机械运动的装置。3．零件零件是构成机器的不可拆的制造单元。4．部件部件是机器中由若干零件装配在一起构成的具有独立功能的部分。5．构件构件是构成机器的各个相对独立的运动单元。6．机构机构是指两个或两个以上的构件通过活动连接以实现规定运动的构件组合。二、填空题1．机械的种类繁多，可以从不同的方面进行分类。按机械的功能进行分类，机械可分为动力机械、加工机械、运输机械、信息机械等。2．动力机械是指用来实现机械能与其他形式能量之间转换的机械，如电动机、内燃机、发电机、液压泵、压缩机等都属于动力机械。3．加工机械是指用来改变物流的状态、性质、结构和形状的机械，如金属切削机床、粉碎机、压力机、纺织机、轧钢机、包装机等都是加工机械。4．运输机械是指用来改变人或物料的空间位置的机械，如汽车、火车、飞机、轮船、缆车、电梯、起重机、输送机等都是运输机械。5．信息机械是指用来获取或处理各种信息的机械，如复印机、打印机、绘图机、传真机、数码相机、数码摄像机、智能手机等都是信息机械。6．机器的种类和品种很多，而且构造、功能和用途也各不相同，但它们都是由动力部分、执行（工作）部分、传动部分和控制部分四部分组成。7．传动部分是将动力部分的运动和动力传递给执行部分的中间装置。8．控制部分是使动力部分、传动部分、执行部分按一定的顺序和规律实现运动，完成给定的工作循环。9．机器一般由零件、部件组成一个整体，或者由几个独立机器构成联合体。由两台或两台以上机器机械地连接在一起的机械设备称为机组。10．零件包括通用零件和专用零件。三、单项选择题1．在机器中属于制造单元的是A。A．零件；B．部件；C．构件。2．在机器中各运动单元称为C。A．零件；B．部件；C．构件。3．具有确定的相对运动构件的组合体是A。A．机构；B．机器；C．机械。4．下列机械中属于动力机械的是B。A．车床；B．电动机；C．连杆。5．下列机械中属于机构的是B。A．发电机；B．千斤顶；C．汽车。6．下列机械中属于机床传动部分的是C。A．刀架；B．电动机；C．齿轮机构。四、判断题（认为正确的请在括号内打“√”；反之，打“×”）1．零件是运动单元，构件是制造单元。（×）2．部件是机器中由若干零件装配在一起构成的具有独立功能的部分。(√)3．电动自行车、电动缝纫机可以称为机器，而普通自行车、普通缝纫机由于缺少动力部分，则不能称为机器。（√）4．构件可以是单一的零件，也可以是由若干个零件刚性连接而成，但刚性连接的零件之间不能产生相对运动。（√）5．如果仅从结构和运动的角度来分析，机构与机器之间并无区别，因此，可将机构和机器总称为机械。（√）五、简答题1．人类对机械的基本要求有哪些?答：人类对机械的基本要求是：使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、环境保护要求以及特殊要求。2．机器都具有哪三个共同特征?答：（1）机器是一种人为的实物构件的组合。（2）组成机器的各部分实物之间具有确定的相对运动。（3）所有机器都能做有效的机械功，可以代替人或减轻人类的劳动，或进行能量转换。【做——课外调研活动】深入社会进行观察或借助有关图书资料，了解机械在现代生活和机械制造中的应用情况，并写一篇分析报告或进行相互交流与探讨。建议：以自行车和电动自行车为例进行分析，分析早期的自行车到现代的电动自行车之间的演变过程。第一单元杆件的静力分析练习题一、名词解释1．力力是物体间的相互作用。2．刚体受力后几何形状及尺寸均不发生任何变化的物体，称为刚体。3．力矩力矩是力与力臂的乘积。4．力偶在力学中，将作用在同一物体上的两个大小相等、方向相反、不共线的平行力称为力偶。5．约束对物体某些方向的运动起限制作用的周围物体，称为约束。6．约束力约束对物体的作用力称为约束力。7．固定端约束固定端约束是指将物体的一端完全固定，使物体既不能移动又不能转动的约束。8．力系一个物体或构件上有多个力（一般指两个以上的力）作用时，则这些力就组成一个力系。9．平面汇交力系在平面力系中，如果各个力的作用线都汇交于同一点时，则称为平面汇交力系。二、填空题1．力对物体的作用效果有两种情形：一是使物体的运动状态发生变化，这一效应称为力的运动效应；二是使物体发生变形，这一效应称为变形效应。2．实践证明，力对物体的作用效应，由力的大小、方向和作用点的位置所决定，这三个因素称为力的三要素。这三个要素中任何一个改变时，力的作用效果就会改变。3．在静力学中，当研究物体的运动效应时，可将物体看成刚体；在材料力学研究时，当研究物体的变形效应时，就不能将物体看成刚体，而是看成“变形体”。4．作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的充分和必要条件是这两个力作用在同一直线上，而且它们的大小相等、指方相反。5．加减平衡力系公理：在作用于刚体上的任一力系中，加上或减去一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。6．如果刚体受到同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时，则该三力的作用线必汇交于一点，此定理称为三力平衡汇交定理。7．作用与反作用公理说明，力总是成对出现的，有作用力就有反作用力，二者永远是同时存在，又同时消失。8．在力学中，物体的转动中心称为矩心，矩心到力的作用线的距离称为力臂。9．力矩是一个代数量，其正、负号表示力矩的转向，通常规定：力使物体产生逆时针方向转动时力矩为正；反之，力使物体产生顺时针方向转动时力矩为负。10．力偶中两个力所在的平面称为力偶作用面，两力作用线之间的垂直距离称为力偶臂。11．力偶的三要素是力偶矩的大小、转向和力偶的作用面，它们决定了力偶对刚体的作用效果。12．力偶无合力，且不能与一个力平衡，即力偶必须用力偶来平衡。13．只要保持力偶矩的大小和转向不变，力偶可以在其平面内任意移动，且可以同时改变力偶中力的大小和力臂的长短，而不改变力偶对物体的作用效果。14．力的平移定理是：作用在刚体上某点A的力F，可以将力F平行移动至任一指定点B，但需附加一个力偶矩M，附加一个力偶矩M等于原力对指定点B之矩。15．对于直线运动来说，当机器的功率一定时，力与速度成反比，速度越大，力越小；速度越小，力越大。16．常见的约束类型有柔性约束、光滑接触面约束、光滑圆柱铰链约束、固定端约束等。17．光滑接触面约束只能阻止物体沿接触点（或接触面）公法线方向的运动，而不能限制物体沿接触面切线方向的运动。18．根据被连接物体的形状、位置及作用进行分类，光滑圆柱铰链约束可分为中间铰链约束、固定铰链支座约束和活动铰链支座约束。19．中间铰链对物体的约束特点是：约束力在垂直于圆柱销（或销钉）轴线的平面内，约束力的作用线通过圆柱销（或销钉）的中心，大小和方向不确定，通常用通过圆柱销（或销钉）中心的两个正交分力来表示。20．固定端约束产生一个限制物体沿任何方向移动的约束力（或两个正交分力）和一个限制转动的约束力偶。21．如果各个力的作用线均在同一平面内时，则称该力系为平面力系。三、单项选择题1．下列说法正确的是A。A．作用力与反作用力同时存在；B．作用力与反作用力是一对平衡力；C．作用力与反作用力作用在同一物体上。2．力偶对物体产生的运动效应是A。A．只能使物体转动；B．只能使物体移动；C．既能使物体转动，又能使物体移动。3．地面对电线杆的约束是A。A．固定端约束；B．光滑接触面约束；C．柔性约束。4．有一等边三角形板如图1-32所示，边长是a，沿三角形板的三个边分别作用有F1、F2和F3，且F1=F2=F3，则此三角形板所处的状态是B。A．平衡；B．转动；C．移动；D．既移动又转动。图1-32等边三角形板5．对于回转运动来说，当机器的功率一定时，转矩与转速成B。A．正比；B．反比；C．既不成正比又不成反比。四、判断题（认为正确的请在括号内打“√”；反之，打“×”）1．在力的三个要素中，任何一个要素改变时，力的作用效果就会改变。（√）2．力是一个有大小和方向的矢量。(√)3．刚体是一种抽象的力学模型，实际上并不存在。（√）4．二力平衡公理适用于刚体，对于变形体也适用。（×）5．凡是受二力作用的物体就是二力构件（或二力杆）。（×）6．力的可传性原理只适用于刚体，而不适用于变形体。（√）7．作用力与反作用力是一对平衡力。（×）8．力矩是矢量。（×）9．力矩为零的条件是：力的作用线通过矩心。（√）10．力偶可用一个力来代替。（×）11．力偶对其作用面内任意一点之矩恒等于力偶矩，而与矩心的位置无关。（√）12．约束力的方向总是与被限制物体的运动方向一致。（×）13．柔性约束对物体的约束力是沿着柔体的中心线背离被约束物体的拉力。（√）14．活动铰链支座的约束力通过圆柱销中心，并垂直于支承面。（√）15．平面汇交力系平衡的充分和必要条件是：该力系的合力等于零。（√）五、简答题1．静力学研究的基本内容有哪些?答：（1）物体的受力分析。（2）力系的简化。（3）力系的平衡条件。2．画受力图的一般步骤有哪些?答：（1）确定研究对象，解除约束，画出分离体简图。（2）进行受力分析，分析出研究对象上的主动力与约束力，明确受力物体与施力物体。（3）在分离体解除约束处，画出作用在研究对象上的全部主动力与约束力。（4）注意作用力与反作用力的符号区别，通常采用加注角标“′”进行区分。3．陈述平面任意力系的平衡方程。答：平面汇交力系平衡的充分和必要条件是：该力系的合力等于零。用矢量式表示是：F=如果采用直角坐标系表示，则平面汇交力系平衡的充分和必要条件是：该力系中所有的力在x、y两坐标轴上投影的代数和分别等于零，即QUOTE=0QUOTE=0六、综合分析题1．如图1-33所示的4个力偶中，力的单位是N，力偶臂的长度单位是m。试分析图中4个力偶中哪些是等效力偶？图1-33力偶图答：图1-33a中的力偶矩是-36N·m，图1-33b中的力偶矩也是-36N·m，图1-33c中的力偶矩是+36N·m，图1-33d中的力偶矩也是+36N·m。因此，图1-33a中的力偶与图1-31b中的力偶等效；图1-33c中的力偶与图1-33d中的力偶等效。2．求图1-34所示力系的合力对O点的力矩。已知F1=100N，F2=60N，F3=80N，F4=50N。图1-34力系图解力系中的各力对O点之力矩是MO（F）=10×+10×-10×-=10×50×+10×80×-10×60×-10×100=433+565.6-300-1000=-30.14N·m答：力系的合力对O点的力矩是-30.14N·m。3．力偶中的两力、作用力与反作用力、二力平衡条件中的两力都是等值反向，试问三者有何区别？答：力偶中的两力是作用在同一物体上、大小相等、方向相反、不共线的平行力；作用力与反作用力是作用在两个相互作用的不同物体上，它们大小相等，方向相反，而且在同一直线上；二力平衡条件中的两力都是作用的同一物体上，它们大小相等，方向相反，而且在同一直线上。【做——课外调研活动】深入社会进行观察或借助有关图书资料，了解常用机械(或工具)在使用过程中的受力情况，然后同学之间进行相互交流与探讨。建议：分析自行车在骑行中的受力情况。第二单元直杆的基本变形练习题一、名词解释1．杆件杆件是指纵向（长度方向）尺寸远大于横向（垂直于长度方向）尺寸的构件。2．内力在外力作用下，材料（或杆件）产生变形，杆件内部产生阻止变形的抗力称为内力。3．应力杆件在外力作用下，其截面上单位面积上的内力称为应力。4．应变应变是杆件在外力作用下其内部某一点的变形程度。5．力学性能力学性能又称为机械性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能。6．抗拉强度抗拉强度是指拉伸试样拉断前承受的最大标称拉应力。7．塑性塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。8．扭转变形构件受到作用面与轴线垂直的外力偶作用时，各横截面绕轴线发生相对转动的现象，称为扭转变形。9．弯曲变形杆件受到垂直于轴线的外力或作用面在轴线所在平面内的外力偶作用时，杆件的轴线将由直线变为曲线，这种变形称为弯曲变形。10．交变应力随时间发生周期性变化的应力称为交变应力。二、填空题1．杆件有两个主要几何要素，即横截面和轴线。横截面是指垂直于杆件轴线方向的截面；轴线是指各横截面形心（几何中心）的连线。2．根据载荷作用性质的不同，载荷分为静载荷、冲击载荷和交变载荷。3．根据载荷作用形式的不同，载荷又可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。4．杆件的基本变形形式主要有拉伸（或压缩）变形、剪切变形、扭转变形和弯曲变形。5．通常将产生轴向拉伸变形的杆件称为拉杆，将产生轴向压缩变形的杆件称为压杆。6．内力是杆件内部产生阻止变形的抗力，外力是作用于杆件上的载荷和约束力。7．应力分为正应力和切应力。8．材料的力学性能指标有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。9．从退火低碳钢的力（F）-伸长（）曲线图可以看出，拉伸试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。10．强度是材料在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。11．材料在静拉伸试验中的强度指标主要有:屈服强度、规定总延伸强度、抗拉强度等。12．工程上广泛使用的表征材料塑性大小的主要指标是：断后伸长率和断面收缩率。13．压缩试样通常采用圆截面或方截面的短柱体。14．常用的硬度测试方法有布氏硬度(HBW)和洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)。15．夏比摆锤冲击试样主要有V型缺口试样、U型缺口试样和无缺口试样三种。16．冲击吸收能量K大，表示金属材料抵抗冲击试验力而不破坏的能力越强，即韧性越好。17．如果安全因数过大，则许用应力过低，将造成材料使用过多或浪费；如果安全因数过小，则材料用量减少，但安全得不到保障，在过载时容易导致事故。18．应用轴向拉（压）杆的强度条件可以解决拉（压）杆的强度校核、截面尺寸选择、许用载荷确定等问题。19．圆轴扭转变形的特点是：圆轴各横截面绕轴线发生相对转动，但圆轴轴线始终保持直线。20．圆轴扭转变形时，其横截面圆心处的切应力为0，边缘圆周上各点的切应力最大，同一圆周上各点的切应力相等。21．机械工程中，通过对支座的简化，可将梁分为简支梁、悬臂梁和外伸梁三种形式。22．如果将梁设想成由无数纵向纤维所组成，正的弯矩使梁下侧的纵向纤维受拉，上侧的纵向纤维受压。23．粗短压杆和细长压杆的失效是截然不同的，前者是强度问题，后者是稳定性问题。24．构件表面加工质量高，表面粗糙度值越小，应力集中越小，疲劳强度也越高。三、单项选择题1．材料（或杆件）抵抗变形的能力称为B。A．强度；B．刚度。2．起重机起吊重物时，钢丝绳不被拉断是因为钢丝绳具有足够的A。A．强度；B．刚度。3．下列零件中没有剪切变形的是C。A．销；B．铆钉；C．拉杆D．键。4．通常建筑物的立柱会产生B。A．拉伸变形；B．压缩变形C．扭转变形。5．挤压变形是构件的B变形。A．轴向压缩；B．局部互压；C．全表面。6．下列构件在使用中可产生扭转变形的是B。A．起重吊钩；B．钻孔的钻头；C．火车车轴。7．传动系统中传动轴产生C。A．拉伸变形；B．压缩变形C．扭转变形。8．如图2-47所示，用截面法求扭矩时，无论取哪一段作为研究对象，其同一截面的扭矩大小和符号是A。A．完全相同；B．正好相反；C．不能确定。图2-47圆轴截面的扭矩9．在图2-48中，仅发生扭转变形的轴是A。A．图2-48a；B．图2-48b；C．图2-48c；D．图2-48d。图2-48轴受力情况10．在梁的弯曲过程中，梁的中性层A。A．长度不变；B．长度伸长；C．长度缩短。11．如图2-49所示，火车轮轴产生的是D。A．拉伸或压缩变形；B．剪切变形；C．扭转变形D．弯曲变形。图2-49火车轮轴示意图四、判断题（认为正确的请在括号内打“√”；反之，打“×”）1．两根制作材料相同，但粗细不同的杆件，在相同拉力作用下，它们的内力是不相等的。（×）2．两根制作材料相同，但粗细不同的杆件，在相同拉力作用下，它们的应力是不相等的。（√）3．在机械工程中常利用冷变形强化提高构件的承载能力。（√）4．在杆件截面突变处的横截面上，应力分布是均匀的。(×)5．铸铁在压缩时其抗压强度远大于抗拉强度。(√)6．一般来说，金属材料的硬度值愈高，零件的耐磨性也愈高。(√)7．冲击吸收能量K对温度非常不敏感。(×)8．纯弯曲时，梁的中性层与横截面交线称为中性轴。（√）9．梁的横截面上距离中性轴越远的点，其正应力就越小。（×）10．齿轮轴在工作中既有弯曲变形也有扭转变形。（√）11．偏心拉伸是轴向拉伸与弯曲的组合变形。（√）12．可以采用缩短梁的跨度（或外伸长度）的措施来提高梁的抗弯刚度。（√）13．对于承受轴向压力的杆件，只要满足压缩强度条件即可安全、可靠地工作。（×）14．塑性材料在交变应力作用下，即使发生疲劳破坏，其断口也会有明显的塑性变形。（×）15．构件的尺寸越大，所包含的缺陷越多，出现裂纹的概率越大，因此，其疲劳强度越低。（√）五、简答题1．为了使杆件正常工作，杆件必须满足哪三个基本要求?答：第一，杆件应具有足够的强度，保证杆件在载荷作用下不发生破坏。第二，杆件应具有足够的刚度。第三，杆件应具有足够的稳定性。2．拉伸变形（或压缩变形）的特点是什么?答：拉伸变形（或压缩变形）的特点是：作用在杆件上的外力（或外力的合力）的作用线与杆件轴线重合。当作用在杆件上两端面的外力作用线方向离开杆件端面时，杆件发生拉伸变形，杆件主要是轴向伸长，同时杆件横截面尺寸缩小；当作用在杆件上两端面的外力作用线方向指向杆件端面时，杆件发生压缩变形，杆件主要是纵向收缩，同时杆件横截面尺寸增大。3．铸铁的R-曲线有何特点？答：铸铁在拉伸过程中，试样从开始至拉断，应力和应变都很小，没有明显的屈服阶段和缩颈现象，断口垂直于试样轴线，即断裂是发生在最大拉应力的作用面。断裂时的应变仅为0.4～0.5%，说明铸铁是典型的脆性材料。4．挤压与压缩有何不同？答：挤压变形发生在两个构件相互接触的表面，产生局部塑性变形；压缩变形是发生在整个构件内，产生整体塑性变形。5．圆轴扭转变形的受力特点和变形特点是什么？答：圆轴扭转变形的受力特点是：在与圆轴轴线垂直的平面内受到大小相等、方向相反、作用面垂直于轴线的力偶作用。圆轴扭转变形的特点是：圆轴各横截面绕轴线发生相对转动，但圆轴轴线始终保持直线。6．如何确定扭矩的正负号？答：通常采用右手定则确定扭矩的正负号：用右手四指沿扭矩的转向握着轴，大拇指的指向（扭矩的方向）背离截面时，扭矩为正；反之，扭矩为负。7．纯弯曲时梁横截面上的正应力如何分布？答：梁纯弯曲变形时，横截面绕中性轴转动。中性轴一侧为拉应力，另一侧为压应力，其大小沿截面高度（y）呈线性分布；横截面上距离中性轴最远的截面上、下边缘上，分别具有最大拉应力和最大压应力；横截面上距离中性轴等距离的各点的正应力相同，中性轴上各点（y=0）的正应力为零。8．提高梁抗弯能力的措施有哪些？答：（1）合理布置支座，降低最大弯矩值。（2）合理选用梁的截面形状，充分发挥材料潜力。（3）采用变截面梁。（4）提高梁的抗弯刚度。9．疲劳失效具有哪些特征？答：（1）工作应力低。破坏时的最大工作应力一般远低于静载荷下材料的屈服强度。（2）破坏表现为脆性断裂。即使是塑性很好的材料，破坏时断口处也无明显的塑性变形。（3）断口由疲劳源、裂纹扩展区和断裂区三部分组成。（4）断裂前经过多次应力循环作用。（5）疲劳失效往往是突然发生的，事先无明显预兆，一旦发生破坏，往往造成严重后果。六、综合分析题1．有三个试样，它们的尺寸相同，但制作材料不同，它们的R-曲线如图2-50所示。试分析哪一种材料的强度高？哪一种材料的刚度大？哪一种材料的塑性好？答：材料1的强度最高；材料2的刚度最大；材料3的塑性最好。2．如图2-51所示结构，如果采用铸铁制作杆1，采用退