简明材料力学习题解答第三章
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第三章材料的力学行为习题参考答案
第三章材料的力学行为习题参考答案第三章材料的力学行为一、解释下列名词1、加工硬化2、回复3、再结晶4、热加工5、冷加工答：1、加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。
2、回复：加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程。
3、再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。
从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
4、热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。
5、冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。
二、填空题1、塑性变形的方式主要有滑移和孪生，而大多数情况下是滑移。
2、滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面及晶向发生。
3、在体心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{110}，有 6 个，原子密度最大的晶向是<111>，有2个；在面心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{111}，有4 个，原子密度最大的晶向是<110>，有3个。
两者比较，具有面心立方晶格的金属塑性较好，其原因是滑移系和滑移方向多。
4、多晶体金属的塑性变形由于受到晶界和晶粒位向的影响，与单晶体金属相比，塑性变形抗力增大。
5、金属在塑性变形时,随变形量的增加，变形抗力迅速增大，即强度、硬度升高，塑性、韧性下降，产生所谓加工硬化现象。
这种现象可通过再结晶加以消除。
6、变形金属在加热时，会发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。
7、冷绕成形的钢质弹簧，成形后应进行回复退火，温度约为250～300℃。
8、回复退火也称去应力退火。
9、冷拉拔钢丝, 如变形量大, 拉拔工序间应穿插再结晶退火，目的是消除加工硬化。
10、热加工与冷加工的划分应以再结晶温度为界线。
在再结晶温度以下的塑性变形称为冷加工；在再结晶温度以上的塑性变形称为热加工。
三、简答题1、产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？答：⑴随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。
材料力学习题册_参考答案(1-9章)
第一章 绪 论一、选择题1．根据均匀性假设，可认为构件的（ C ）在各处相同。
A．应力B． 应变C．材料的弹性系数D． 位移2．构件的强度是指（ C ），刚度是指（ A ），稳定性是指（ B ）。
A．在外力作用下构件抵抗变形的能力B．在外力作用下构件保持原有平衡 状态的能力C．在外力作用下构件抵抗强度破坏的能力3．单元体变形后的形状如下图虚线所示，则 A 点剪应变依次为图(a) （ A ），图(b)（ C ），图(c) （ B ）。
A． 0B． 2rC． rD．1.5 r4.下列结论中( C )是正确的。
A．内力是应力的代数和； B．应力是内力的平均值； C．应力是内力的集度； D．内力必大于应力； 5. 两根截面面积相等但截面形状和材料不同的拉杆受同样大小的轴向拉力，它们的应 力是否相等（ B ）。
A．不相等； B．相等； C．不能确定； 6．为把变形固体抽象为力学模型，材料力学课程对变形固体作出一些假设，其中均匀性假设是指（ C ）。
A. 认为组成固体的物质不留空隙地充满了固体的体积； B. 认为沿任何方向固体的力学性能都是相同的； C. 认为在固体内到处都有相同的力学性能； D. 认为固体内到处的应力都是相同的。
二、填空题1.材料力学对变形固体的基本假设是 连续性假设 ， 均匀性假设 ， 各向同性假设 。
2．材料力学的任务是满足 强度 ， 刚度 ， 稳定性 的要求下，为设计经济安全的构-1-件提供必要的理论基础和计算方法。
3．外力按其作用的方式可以分为 表面力 和 体积力 ，按载荷随时间的变化情况可以分为 静载荷 和 动载荷 。
4．度量一点处变形程度的两个基本量是 （正）应变ε 和 切应变γ。
三、判断题1．因为构件是变形固体，在研究构件平衡时，应按变形后的尺寸进行计算。
（ × ）2．外力就是构件所承受的载荷。
（×）3．用截面法求内力时，可以保留截开后构件的任一部分进行平衡计算。
材料力学习题及答案
材料力学-学习指导及习题答案第一章绪论1-1 图示圆截面杆，两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。
试问在杆件的任一横截面m-m上存在何种内力分量，并确定其大小。
解：从横截面m-m将杆切开，横截面上存在沿轴线的内力偶矩分量M x，即扭矩，其大小等于M。
1-2 如图所示，在杆件的斜截面m-m上，任一点A处的应力p=120 MPa，其方位角θ=20°，试求该点处的正应力ζ与切应力η。
解：应力p与斜截面m-m的法线的夹角α=10°，故ζ＝p cosα=120×cos10°=118.2MPaη＝p sinα=120×sin10°=20.8MPa1-3 图示矩形截面杆，横截面上的正应力沿截面高度线性分布，截面顶边各点处的正应力均为ζmax=100 MPa，底边各点处的正应力均为零。
试问杆件横截面上存在何种内力分量，并确定其大小。
图中之C点为截面形心。
解：将横截面上的正应力向截面形心C简化，得一合力和一合力偶，其力即为轴力F N=100×106×0.04×0.1/2=200×103 N =200 kN其力偶即为弯矩M z=200×(50-33.33)×10-3 =3.33 kN·m1-4 板件的变形如图中虚线所示。
试求棱边AB与AD的平均正应变及A点处直角BAD的切应变。
解：第二章轴向拉压应力2-1试计算图示各杆的轴力，并指出其最大值。
解：(a) F N AB=F, F N BC=0, F N，max=F(b) F N AB=F, F N BC=－F, F N，max=F(c) F N AB=－2 kN, F N2BC=1 kN, F N CD=3 kN, F N，max=3 kN(d) F N AB=1 kN, F N BC=－1 kN, F N，max=1 kN2-2 图示阶梯形截面杆AC，承受轴向载荷F1=200 kN与F2=100 kN，AB段的直径d1=40 mm。
材料力学简明教程(景荣春)课后答案第三章
图示为 1 阶梯形圆轴，其中 AE 段为空心圆截面，外径 D = 140 mm ，内径 d = 80 mm； BC 段为实心圆截面，直径 d1 = 100 mm。受力如图所示，外力偶矩分别为 3-9
E 。 2(1 + μ )
3-5 圆轴扭转时如何确定危险截面、危险点及强度条件？ 答 等截面圆轴扭转时的危险截面为扭矩最大的横截面，变截面圆轴扭转时的危险截面 在其扭矩与扭转截面系数比值最大的横截面；其危险点在该横截面的外边缘。强度条件为
τ max =
Tmax ≤ [τ ] Wp
3-6 金属材料圆轴扭转破坏有几种形式？ 答 塑性金属材料和脆性金属材料扭转破坏形式不完全相同。塑性材料试件在外力偶作 用下，先出现屈服，最后沿横截面被剪断，如图 a 所示；脆性材料试件受扭时，变形很小， 最后沿与轴线约 45°方向的螺旋面断裂，如图 b 所示。
ϕ = ∫ dϕ = ∫
l l
T (x ) dx GI p ( x )
上式适用于等截面圆轴和截面变化不大的圆锥截面轴。对等截面圆轴，若在长 l 的两横截面 间的扭矩 T 为常量，则
ϕ=
圆轴扭转的刚度条件为
Tl GI p
⎟ ≤ [θ ] θ max = ⎜ ⎜ GI ⎟ ⎝ p ⎠ max
⎛ T ⎞
对于等截面圆轴为 或
50 ⎛ ⎞ 8 × 1.5 × 10 3 × 50 × 10 −3 ⎜ 4 × + 2 ⎟ 8 FD(4c + 2) 8 ⎝ ⎠ = 458 MPa = 解 （1） τ max = 3 50 ( ) πd 4c − 3 ⎛ ⎞ π × 8 3 × 10 −9 × ⎜ 4 × − 3 ⎟ 8 ⎝ ⎠ τ max − [τ ] 8 = × 100% = 1.78% < 5% [τ ] 450
E 。 2(1 + μ )
3-5 圆轴扭转时如何确定危险截面、危险点及强度条件？ 答 等截面圆轴扭转时的危险截面为扭矩最大的横截面，变截面圆轴扭转时的危险截面 在其扭矩与扭转截面系数比值最大的横截面；其危险点在该横截面的外边缘。强度条件为
τ max =
Tmax ≤ [τ ] Wp
3-6 金属材料圆轴扭转破坏有几种形式？ 答 塑性金属材料和脆性金属材料扭转破坏形式不完全相同。塑性材料试件在外力偶作 用下，先出现屈服，最后沿横截面被剪断，如图 a 所示；脆性材料试件受扭时，变形很小， 最后沿与轴线约 45°方向的螺旋面断裂，如图 b 所示。
ϕ = ∫ dϕ = ∫
l l
T (x ) dx GI p ( x )
上式适用于等截面圆轴和截面变化不大的圆锥截面轴。对等截面圆轴，若在长 l 的两横截面 间的扭矩 T 为常量，则
ϕ=
圆轴扭转的刚度条件为
Tl GI p
⎟ ≤ [θ ] θ max = ⎜ ⎜ GI ⎟ ⎝ p ⎠ max
⎛ T ⎞
对于等截面圆轴为 或
50 ⎛ ⎞ 8 × 1.5 × 10 3 × 50 × 10 −3 ⎜ 4 × + 2 ⎟ 8 FD(4c + 2) 8 ⎝ ⎠ = 458 MPa = 解 （1） τ max = 3 50 ( ) πd 4c − 3 ⎛ ⎞ π × 8 3 × 10 −9 × ⎜ 4 × − 3 ⎟ 8 ⎝ ⎠ τ max − [τ ] 8 = × 100% = 1.78% < 5% [τ ] 450
简明材料力学习题解答
简明材料力学习题解答标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]3-1. 用截面法求图示各杆在截面1-1、2-2、3-3上的扭矩。
并于截面上有矢量表示扭矩，指出扭矩的符号。
作出各杆扭矩图。
解: (a)(1) 用截面法求1-1截面上的扭矩(2) 用截面法求2-2(3) 画扭矩图(b)(1) 用截面法求1-1截面上的扭矩(2) 用截面法求2-2截面上的扭矩(21 x2xT xx(3) 用截面法求3-3截面上的扭矩(4) 画扭矩图. 直径D =50 mm处的切应力，并求横截面上的最大切应力。
解: (1) 圆轴的极惯性矩点的切应力(2) 圆轴的抗扭截面系数截面上的最大切应力注：截面上的切应力成线性分布，所以也可以用比例关系求最大切应力。
. 发电量为1500 kW 的水轮机主轴如图示。
D =550 mm ，d =300 mm ，正常转速n =250r/min 。
材料的许用剪应力[τ]=500 MPa 。
试校核水轮机主轴的强度。
解：(1) 计算外力偶矩(2) 计算扭矩(3) (4) 强度校核T强度足够。
注：强度校核类问题，最后必需给出结论。
3-5. 图示轴AB 的转速n =120 r/min ，从B 轮输入功率P = kW ，功率的一半通过锥形齿轮传送给轴C ，另一半由水平轴H 输出。
已知D 1=60 cm ，D 2=24 cm ，d 1=10 cm ，d 2=8 cm ，d 3=6 cm ，[τ]=20 MPa 。
试对各轴进行强度校核。
解：（1（2（3）计算抗扭截面系数（4）强度校核强度足够。
3-6. 图示阶梯形圆轴直径分别为d 1=40 mm ，d 2=70 mm ，轴上装有三个带轮。
已知由轮3输入的功率为P 3=30 kW ，轮1输出的功率为P 1=13 kW ，轴作匀速转动，转速n =200 r/min ，许用扭转角[θ]=2 o /m 。
试校核轴的强度和刚度。
解：(1) 计算外力偶矩 (2) 计算扭矩T(3) 计算抗扭截面系数(4) 强度校核强度足够。
《大学物理简明教程》第三章课后习题答案
（6）氮气分子为双原子分子，有 5 个自由度。所以氮气分子的平均动能为
3.7 1 mol 氧气贮于一氧气瓶中， 温度为 27℃。 如果把它视为刚性双原子分子的理想气体，
能又称为内动能即理想气体的内能。若运输氧气瓶的运输车正以 10m/s 的速率行驶，这些氧气 分子的内能又是多少？
解： （1）刚性双原子分子有 5 个自由度，所以氧气分子的平均动能为
后
答
2ε t 2 × 0.1 × 1.60 × 10 −19 = = 773( K ) 3k 3 × 1.38 × 10 − 23
5
3.6 容器内储有氮气， 其温度为 27 o C ， 压强为 1.013×10 Pa。 把氮气看作刚性理想气体，
平动能； （5 ）氮气分子的平均转动动能； （6）氮气分子的平均动能。 （摩尔气体常量
解：当水银滴在正中不动时， N 2 和 O2 的压强和体积都相等，即
3
后
−1
3.2 技术上真空度常用 Toor(托)表示， 它代表 1mmHg 水银柱高的压强， 有 1atm = 760 托。
答
如果 T1 < T2 ，也有同样的结果。
案
3 −1
C1T1 + C 2T2 C1 + C 2
网
p N 2 = pO2 ， V N 2 = VO2
o
后
答
快” （电热丝）加热。已知在通电使水从 25 o C 升高到 75 o C 的过程中，
案
网
图 3-32 习题 3.13 用图
课
o
Q = cm∆T = 4.2 × 10 3 × 1 × (75 − 25) = 2.1 × 10 5 ( J )
设水从周围环境吸收的热量为 Q ′ ，根据能量守恒定律有
材料力学第三章习题答案
材料力学第二版单辉祖编著高等教育出版社
第三章 轴向拉压变形
题号 页码 3-2 .........................................................................................................................................................1 3-4 .........................................................................................................................................................2 3-5 .........................................................................................................................................................2 3-7 .........................................................................................................................................................3 3-8 .........................................................................................................................................................5 3-10 .......................................................................................................................................................6 3-11 .......................................................................................................................................................7 3-13 .......................................................................................................................................................8 3-15 .....................................................................................................................................................10 3-16 .....................................................................................................................................................10 3-18 .....................................................................................................................................................11 3-19 .....................................................................................................................................................13 3-20 .....................................................................................................................................................14 3-24 .....................................................................................................................................................15 3-25 .....................................................................................................................................................16 3-27 .....................................................................................................................................................17 3-28 .....................................................................................................................................................18 3-29 .....................................................................................................................................................20 3-30 .....................................................................................................................................................21 3-32 .....................................................................................................................................................22
第三章 轴向拉压变形
题号 页码 3-2 .........................................................................................................................................................1 3-4 .........................................................................................................................................................2 3-5 .........................................................................................................................................................2 3-7 .........................................................................................................................................................3 3-8 .........................................................................................................................................................5 3-10 .......................................................................................................................................................6 3-11 .......................................................................................................................................................7 3-13 .......................................................................................................................................................8 3-15 .....................................................................................................................................................10 3-16 .....................................................................................................................................................10 3-18 .....................................................................................................................................................11 3-19 .....................................................................................................................................................13 3-20 .....................................................................................................................................................14 3-24 .....................................................................................................................................................15 3-25 .....................................................................................................................................................16 3-27 .....................................................................................................................................................17 3-28 .....................................................................................................................................................18 3-29 .....................................................................................................................................................20 3-30 .....................................................................................................................................................21 3-32 .....................................................................................................................................................22
材料力学习题及答案
材料力学-学习指导及习题答案第一章绪论1-1 图示圆截面杆，两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。
试问在杆件的任一横截面m-m上存在何种内力分量，并确定其大小。
解：从横截面m-m将杆切开，横截面上存在沿轴线的内力偶矩分量M x，即扭矩，其大小等于M。
1-2 如图所示，在杆件的斜截面m-m上，任一点A处的应力p=120 MPa，其方位角θ=20°，试求该点处的正应力σ与切应力τ。
解：应力p与斜截面m-m的法线的夹角α=10°，故σ＝p cosα=120×cos10°=118.2MPaτ＝p sinα=120×sin10°=20.8MPa1-3 图示矩形截面杆，横截面上的正应力沿截面高度线性分布，截面顶边各点处的正应力均为σmax=100 MPa，底边各点处的正应力均为零。
试问杆件横截面上存在何种内力分量，并确定其大小。
图中之C点为截面形心。
解：将横截面上的正应力向截面形心C简化，得一合力和一合力偶，其力即为轴力F N=100×106×0.04×0.1/2=200×103 N =200 kN其力偶即为弯矩M z=200×(50-33.33)×10-3 =3.33 kN·m1-4 板件的变形如图中虚线所示。
试求棱边AB与AD的平均正应变及A点处直角BAD的切应变。
解：第二章轴向拉压应力2-1试计算图示各杆的轴力，并指出其最大值。
解：(a) F N AB=F, F N BC=0, F N，max=F(b) F N AB=F, F N BC=－F, F N，max=F(c) F N AB=－2 kN, F N2BC=1 kN, F N CD=3 kN, F N，max=3 kN(d) F N AB=1 kN, F N BC=－1 kN, F N，max=1 kN2-2 图示阶梯形截面杆AC，承受轴向载荷F1=200 kN与F2=100 kN，AB段的直径d1=40 mm。
材料力学习题解答[第三章]
3-1求图中所示杆各个横截面上的应力，已知横截面面积A=400mm 2。
解a):MPaMPa1004001040050400102033231=⨯==-=⨯-=σσσ 题3-1a)图 解b):MPa MPaMPa2540010105050400102032231=⨯=-=-=⨯-=右左σσσ MPa MPa 125400105025333=⨯==右左σσ 题3-1b)图3-2图中为变截面杆，如果横截面面积A 1=200mm 2，A 2=300mm 2，A 3=400mm 2，求杆内各横截面上的应力。
解a ）:MPaMPa MPa10040010407.663001020502001010333231=⨯=-=⨯-==⨯=σσσ题3-2a)图解b):MPaMPa 7540010303.333001010033321-=⨯-==⨯==σσσ题3-2b)图30kN3-3 图示杆系结构中，各杆横截面面积相等，即A=30cm 2，载荷F=200kN 。
试求各杆横截面上的应力。
解:(1)约束反力:kNF F kN F F kN F F AXAY Dy 2001504315043======(2)各杆轴力)(250150200)(150)(200)(1502222压压拉拉kN F F F kN F F kN F F kN F F NCD NAC NAC D NCD AX NAC AY NAB =+=+======= 题3-3图(3)各杆的正应力)(3.8330010250,)(5030010150)(7.6630010200,)(50300101503333压压拉拉MPa MPa MPa MPa AC CDAC AB -=⨯-=-=⨯-==⨯==⨯=σσσσ 3-4钢杆CD 直径为20mm ，用来拉住刚性梁AB 。
已知F=10kN ，求钢杆横截面上的正应力。
解:)(7.112204104.3544.3545cos 1)5.11(232拉MPa d F kNF F NCD CD oNCD =⨯⨯===⨯+=ππσ 题3-4图3-5图示结构中，1、2两杆的横截面直径分别为10mm 和20mm ，试求两杆内的应力。
材料力学习题册答案-第3章 扭转
第三章扭转一、是非判断题1.圆杆受扭时，杆内各点处于纯剪切状态。
（×）2.杆件受扭时，横截面上的最大切应力发生在距截面形心最远处。
（×）3.薄壁圆管和空心圆管的扭转切应力公式完全一样。
（×）4.圆杆扭转变形实质上是剪切变形。
（×）5.非圆截面杆不能应用圆截面杆扭转切应力公式，是因为非圆截面杆扭转时“平截面假设”不能成立。
（√）6.材料相同的圆杆，他们的剪切强度条件和扭转强度条件中，许用应力的意义相同，数值相等。
（×）7.切应力互等定理仅适用于纯剪切情况。
（×）8.受扭杆件的扭矩，仅与杆件受到的转矩（外力偶矩）有关，而与杆件的材料及其横截面的大小、形状无关。
（√）9.受扭圆轴在横截面上和包含轴的纵向截面上均无正应力。
（√）10.受扭圆轴的最大切应力只出现在横截面上。
（×）11.受扭圆轴内最大拉应力的值和最大切应力的值相等。
（√）12.因木材沿纤维方向的抗剪能力差，故若受扭木质圆杆的轴线与木材纤维方向平行，当扭距达到某一极限值时，圆杆将沿轴线方向出现裂纹。
（×）二、选择题1.内、外径之比为α的空心圆轴，扭转时轴内的最大切应力为τ，这时横截面上内边缘的切应力为 （ B ）A τ；B ατ；C 零；D （1- 4α）τ 2.实心圆轴扭转时，不发生屈服的极限扭矩为T ，若将其横截面面积增加一倍，则极限扭矩为（ C ）0 B 20T 0 D 40T 3.两根受扭圆轴的直径和长度均相同，但材料C 不同，在扭矩相同的情况下，它们的最大切应力τ、τ和扭转角ψ、ψ之间的关系为（ B ）A 1τ=τ2, φ1=φ2B 1τ=τ2, φ1≠φ2C 1τ≠τ2, φ1=φ2D 1τ≠τ2, φ1≠φ2 4.阶梯圆轴的最大切应力发生在（ D ） A 扭矩最大的截面； B 直径最小的截面； C 单位长度扭转角最大的截面； D 不能确定。
5.空心圆轴的外径为D ，内径为d, α=d ／D,其抗扭截面系数为 （ D ） A ()31 16p D W πα=- B ()321 16p D W πα=-C ()331 16p D W πα=- D ()341 16pD Wπα=-6.对于受扭的圆轴，关于如下结论： ①最大剪应力只出现在横截面上；②在横截面上和包含杆件的纵向截面上均无正应力；③圆轴内最大拉应力的值和最大剪应力的值相等。
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3-1.用截面法求图示各杆在截面1-1、2-2、3-3上的扭矩。
并于截面上有矢量表示扭矩,
指出扭矩的符号。
作出各杆扭矩图
34 发电量为1500 kW 的水轮机主轴如图示。
D=550 mnpd=300 mm 正常转速n=250 r/min 。
材料的许
用剪应力[T ]=500 MPa 。
试校核水轮机主轴的强度。
计算扭矩
计算抗扭截面系数 强度校核 水轮机轴
强度足够
注：强度校核类问题，最后必
3-5.图示轴AB 的转速n=120 r/m n'■，
从B 轮输入功率P=44.1 kW ,功率的一半通过锥形 齿轮传送给轴C,另一半由水平轴H 输出。
已知D=60 cm, D 2=24 cm, d 1=10 cm, d 2=8 cm, d a =6 cm , [ T ]=20 MPa 。
试对各轴进行强度校核。
解：(a)
(1)
2kN.m 1 4kN.m 2 2kN.m
用截面法求g -1截面上的扭矩
\2
N.m 1
2-2截面上的扭矩 T
2
;
用截面法求
3kN.m
2kN.m
jt
2 3
画扭矩图
(b )
T * 2kN.m
用截面法求 1-1截面上的扭矩
用截面法求 用截面法求 画扭矩图
N.m
二
fi kN.m i 1的作用。
试求距轴心10 mm 处的切应力, 3.3.直径D=50 mm 的圆轴受扭矩T=2315
并求横截面上的最大切应力 解：
(1)圆轴的极惯性矩 点的切应力
(2)圆轴的抗扭截面系数 截面上的最大切应力 注：截面上的切应力成线性分布，
所以也可以用比例关系求最大切应力。
4kN.m
2kN.m
解:
(1)
计算外力偶矩发电机轴
(2) (3) (4)
吉论。
d 2 L
5kN.m T i
(b)
■ -x
3
3kN ・.m 2kN.m
2-2截面
.m 卩 5kN.m
3kN.m 2kN.m
3-3截面上的扭矩
挣 ©
T 3 2
.D 2
”
f|d 3)4- c
解：(1)计算外力偶矩
(2) 计算内力扭矩
(3) 计算抗扭截面系数 (4) 强度校核 强度足够。
3-6.图示阶梯形圆轴直径分别为
d i =40 mm d 2=70 mm 轴上装有三个带轮。
已知由轮
3
输入的功率为P 3=30 kW 轮1输出的功率为P i =13 kW 轴作匀速转动，转速n=200 r/min , 材料的许用剪应力[T ]=60 MPa , G=80 GPa 许用扭转角[9 ]=2 °/m 。
试校核轴的强 (5) 计算截面极惯性矩 (6) 刚度校核 刚度
足够。
注：本题中扭矩的符号为负，而在强度和刚度计算中，扭矩用其数值代入。
3.9. 实心轴和空心轴由牙嵌式离合器连接在一起，如图所示。
已知轴的转速为 n=100
r/min ,传递的功率P=7.5 kW ,材料的许用剪应力[T ]=40 MPa 。
试选择实心轴直径 d 1和内外径比值为1/2的空心轴外径D 2。
解: (1)计算外力偶矩
- d1
(2) 计算内力-扭矩 (3) 计算抗扭截面系数 (4) 设计截面
注：也可以用比例关系求直径D 2。
3.11.图示传动轴的转速为n=500 r/min ，主动轮1输入功率R=368 kW,从动轮2、3分 别输出功率
B=147 kW R=221 kW 。
已知[T ]=70 MPa , [ 9 ]=1 7m , G=80 GPa (1) 确定AB 段的直径d 1和BC 段的直径d 2；
(2) 若AB 和 BC 两段选用同一直径，试确定其数值。
(3) 主动轮和从动轮的位置如可以重新安排，试问怎样安置才比较合理？
解：(1)计算外力偶矩
(2) 计算内力-扭矩 (3) 计算AB 段的直径
根据强度条件设计
+ 一
根据刚度条件设计r 500 7"~400—*
综合强度和刚度条件，取
(4) 若AB 和BC 两段选用同一直径，则取
(5) 将A 轮和B 轮对调位置，则T12=2807N.m 最大扭矩减小，轴的扭转强度提高了， 所以主动轮放
在中间更合理。
解: (1) ⑵ 度和刚度。
计算外力偶矩 计算扭矩
计算抗扭截面系数 强度校核 强度足够。
1
(…d2
他
2
1k
NY
1432.4N.m
m
m
m A
x
3.19.图示结构中，AB 和CD 两杆的尺寸相同。
AB 为钢杆，CD 为铝杆，两种材料的切变 模量之比为G
钢:G 铝=3:1。
若不计BE 和ED 两杆的变形，试问P 将以怎样的比例分配
D
解: 3.13.设圆轴横截面上的扭矩为T ,试求四分之一截面上内力系的合力的大小、方向及作 用点
解: (1) ⑵ 取微元dA,上 将四分
之一截面上的
T
O
p
-
d 冷
F 0与x 轴之间的夹角
R
将R,和M 进一步简化为一合力R,即将R 向左方平移一段距离d ：
3.1
4.图示圆截面杆的左端固定，沿轴线作用集度为 的扭
转角的公式。
t 的均布力偶矩。
试导出计算截面 B
解：(1)用截面法求 ⑵dx
微段的扭转 (3)截面
B 的扭转 专角
3.15.将钻头简化成直
丿X
I
I-X
为20mm 勺圆截面杆，在头部受均布阻抗扭矩 t 的作用，许用剪
应力为［T ］=70 MPa ，G=80 GP& (1)求许可的m ⑵ 求上、下两端的相对扭转角。
画扭矩图 m
& 由扭矩图
知 ；
确定许可载荷：［
(3)求上、下两端的相对 I
3.17. AB 和CD 两轴的 的螺钉
孔的中心线 试度求两轴的装配
解：(1) 解: (1) ⑵ ⑶ ⑷
⑸
200 扭转角:
了端以凸缘相连接，°A \D 两端则都是固定端。
由于两个凸缘
缘由螺钉联接后, 整体受力分析，列平衡方程:
不定问题一 求AB CD 杆
AB CD 杆 变形几何关系 解联方程组
d
d 9 :
:p ,则微力为:P dA ： O 点简化
:
y MO O
x 全
a
扭矩 变
形B ： GI P
2
D
■
b
本题为扭转一次静不定问题
(2)计算杆的扭转角AB CD
(3)变形协调关系：考虑到解得
⑷ 分配到AB
和CD两杆上的
受力分别为：
3P/4和P/4
B
P
R E
E
R E
D。