《汽车机械基础》静力学基础（2）（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）

举一反三考点练 《汽车机械基础》静力学基础（2）-课后自测 知识点一 约束和约束反力 1. 请阐述约束、约束反力与非自由体之间的关系，并举例说明。 【答案】非自由体是位移受到限制的物体。约束是对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。约束反力是约束限制非自由体运动的力。例如，在汽车发动机中，曲轴是一个非自由体，发动机轴承作为约束，限制了曲轴的某些位移，发动机轴承给曲轴的力就是约束反力，它阻碍曲轴做不符合设计要求的运动。三者紧密相连，约束的存在使得非自由体有了运动限制，而约束反力则是这种限制在力学上的体现。 2. 在工程实际中，如何根据约束的特点区分柔索约束和光滑接触面约束？请结合常见的工程场景说明。 【答案】柔索约束的特点是只能承受拉力，其约束反力作用点在接触处，方向沿柔索背离物体。在工程中，如起重机吊装重物时使用的钢丝绳，钢丝绳只能拉伸，对重物的约束反力是沿钢丝绳背离重物的拉力。光滑接触面约束忽略接触面摩擦，只能限制物体过接触点沿接触面公法线指向约束物体的运动，约束反力沿接触点的法向指向被约束物体。例如，机械加工中零件放置在光滑的工作台上，工作台对零件的约束反力垂直于工作台表面指向零件。通过约束所能承受的力的类型以及约束反力的方向特点，可区分这两种约束。 3. 为什么光滑铰链约束的约束反力通常要用两个正交分力和表示？请说明其原理。 【答案】光滑铰链约束只能限制物体在垂直于销轴线平面内任意方向的移动，不能限制物体绕销轴线的转动和沿销轴线的移动，其实质为光滑面约束。由于随着物体受力情况的不同，销与孔壁接触点的位置会发生变化，导致约束反力的方向不能预先确定。而在平面直角坐标系中，任何一个在垂直于销轴线平面内的力都可以分解为相互垂直的两个分力，所以通常用过销中心的两个正交分力和来表示光滑铰链约束的约束反力，通过计算确定这两个分力的大小和正负，进而确定约束反力的实际方向和大小。 4. 在分析固定铰链支座和活动铰链支座的约束反力时，它们的主要区别是什么？ 【答案】固定铰链支座支座固定在支承面上，与物体采用铰链连接，它限制物体在垂直于销轴线平面内任意方向的移动，但不能限制物体绕销轴线的转动和沿销轴线的移动。其约束反力方向不能预先确定，通常用过销中心的两个正交分力和表示。活动铰链支座在铰链支座下面装上滚轴，能在支承面上任意移动，它只能限制物体在垂直于支承面方向的移动，其约束反力方向垂直于支承面。 5. 试举例说明在汽车机械中，哪些部件之间存在约束关系？分别属于哪种约束类型？其约束反力的方向如何确定。 【答案】在汽车的车门与车身之间，采用铰链连接，属于光滑铰链约束。车门在开关过程中，车身通过铰链对车门的约束反力方向不能预先确定，通常用过销中心的两个正交分力和表示。汽车的轮胎与地面之间是光滑接触面约束（忽略轮胎与地面间的微小滑动），轮胎受到地面垂直向上的法向反力，以支撑汽车的重量，该约束反力方向沿接触点的法向指向轮胎。汽车发动机中的皮带与皮带轮之间属于柔索约束，皮带对皮带轮的约束反力方向沿皮带背离皮带轮，为拉力，保证皮带能带动皮带轮传递动力。 知识点二 固定端约束 1. 在计算固定端约束反力时，需要依据________来确定其大小和方向。 【答案】平衡条件 【解析】强调固定端约束反力的求解方法，是重要知识点。 2. 若某构件受到固定端约束，当它受到一个水平方向的力作用时，固定端会产生一个与之平衡的________分力和一个阻止转动的________。 【答案】水平；反力矩 【解析】结合构件受力情况，考查固定端约束反力的产生，加深对知识点的理解。 3. 请详细阐述固定端约束的特点，并说明其约束反力的构成及各部分的作用。 【答案】固定端约束的特点是一端固定、另一端为自由，它能够使构件的某截面既不能转动（绕垂直于载荷作用面的轴转动），又不能移动。其约束反力由三个部分构成：两个相互垂直的分力和，以及一个阻止转动的反力矩。其中，和代表了约束对杆件左右、上下移动的限制作用，通过与作用在构件上的外力在水平和垂直方向上达到平衡，从而限制构件的移动；反力矩则用于平衡作用在构件上的力偶或因外力作用产生的转动趋势，限制构件绕垂直于载荷作用面的轴转动。 4. 对比固定端约束与光滑铰链约束，说明它们在约束作用和约束反力方面的主要区别。 【答案】在约束作用方面，固定端约束不仅限制构件在垂直于约束平面内的移动，还限制构件绕垂直于载荷作用面的轴转动；而光滑铰链约束只能限制物体在垂直于销轴线平面内任意方向的移动，不能限制物体绕销轴线的转动和沿销轴线的移动。在约束反力方面，固定端约束反力是两个相互垂直的分力、和一个阻止转动的反力矩，其中两个分力限制构件的移动，反力矩限制构件的转动；光滑铰链约束反力通常用过销中心的两个正交分力和表示，主要用于限制物体在垂直于销轴线平面内的移动，由于其不能限制物体绕销轴线的转动，所以不存在类似固定端约束的反力矩。 5. 当固定端约束的构件受到多个力和力偶共同作用时，应如何求解其约束反力？请简述求解步骤。 【答案】首先，对构件进行受力分析，将所有作用在构件上的力和力偶清晰地表示出来，包括已知力的大小、方向和作用点，以及力偶的大小和转向。然后，根据平面力系的平衡条件建立平衡方程。在平面一般力系中，有三个平衡方程，即（所有力在轴上的投影代数和为零）、（所有力在轴上的投影代数和为零）和（所有力对平面内任意一点的力矩代数和为零）。将已知力和力偶代入平衡方程中，通过解方程求出固定端约束反力的两个垂直分力、和反力矩。在求解过程中，如果某个未知力的假设方向与计算结果的正负号不一致，说明实际方向与假设方向相反。 知识点三 物体的受力分析和受力图 1. 画受力图时，在简图上应先标上________，再在解除约束处画上________。 【答案】已知力；约束反力 【解析】按照画受力图的步骤填写。 2. 二力杆的约束反力沿________，且两个力大小________、方向________。 【答案】两力作用点的连线；相等；相反 【解析】这是二力杆的特性，是重要知识点。 3. 当分析物体系统整体的受力图时，系统内部物体之间的相互作用力属于________，在受力图中________（填“需要”或“不需要”）画出。 【答案】内力；不需要 【解析】明确内力在整体受力分析中的处理方式。 4. 简述物体受力分析的目的和重要性。 【答案】物体受力分析的目的是为了求出未知的约束反力。在工程实际中，许多构件和结构的受力情况较为复杂，通过受力分析，能够确定构件受了几个力，每个力的作用位置和力的作用方向。其重要性体现在，它是应用平衡条件求解力学问题的前提。只有准确进行受力分析，才能正确列出平衡方程，进而计算出未知的约束反力，为设计合理的构件和结构提供依据。例如在桥梁设计中，对桥墩、梁等构件进行受力分析，能确保桥梁在各种荷载作用下保持稳定和安全 ；在机械设计中，受力分析有助于确定零件的尺寸、材料等参数，保证机械正常运行。如果受力分析不准确，后续的计算和设计都会出现错误，可能导致严重的工程事故和经济损失。 5. 在画受力图时，如何区分内力和外力？它们在受力分析中有何不同处理方式。 【答案】内力是物体系统内部各物体之间相互作用的力，外力是物体系统受到的来自系统外部物体的作用力。区分内力和外力的关键在于确定研究对象，如果力是研究对象内部物体之间的相互作用，就是内力；如果力是研究对象与外部物体之间的相互作用，就是外力。在受力分析中，当研究物体系统整体的受力情况时，内力不需要画出。因为内力总是成对出现，且大小相等、方向相反，它们对物体系统整体的平衡状态没有影响。例如在分析由多个零件组成的机械装置整体受力时，零件之间的连接力属于内力，在整体受力图中不体现。而外力必须准确画出，因为外力是使物体系统产生运动或变形的原因，通过分析外力，应用平衡条件才能求解出未知的约束反力等。当选取系统中的单个物体作为研究对象时，原来系统内物体之间的相互作用力就变成了该单个物体的外力，需要在受力图中画出。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $$ 举一反三考点练 《汽车机械基础》静力学基础（2）-课后自测 知识点一 约束和约束反力 1. 请阐述约束、约束反力与非自由体之间的关系，并举例说明。 2. 在工程实际中，如何根据约束的特点区分柔索约束和光滑接触面约束？请结合常见的工程场景说明。 3. 为什么光滑铰链约束的约束反力通常要用两个正交分力和表示？请说明其原理。 4. 在分析固定铰链支座和活动铰链支座的约束反力时，它们的主要区别是什么？ 5. 试举例说明在汽车机械中，哪些部件之间存在约束关系？分别属于哪种约束类型？其约束反力的方向如何确定。 知识点二 固定端约束 1. 在计算固定端约束反力时，需要依据________来确定其大小和方向。 2. 若某构件受到固定端约束，当它受到一个水平方向的力作用时，固定端会产生一个与之平衡的________分力和一个阻止转动的________。 3. 请详细阐述固定端约束的特点，并说明其约束反力的构成及各部分的作用。 4. 对比固定端约束与光滑铰链约束，说明它们在约束作用和约束反力方面的主要区别。 5. 当固定端约束的构件受到多个力和力偶共同作用时，应如何求解其约束反力？请简述求解步骤。 知识点三 物体的受力分析和受力图 1. 画受力图时，在简图上应先标上________，再在解除约束处画上________。 2. 二力杆的约束反力沿________，且两个力大小________、方向________。 3. 当分析物体系统整体的受力图时，系统内部物体之间的相互作用力属于________，在受力图中________（填“需要”或“不需要”）画出。 4. 简述物体受力分析的目的和重要性。 5. 在画受力图时，如何区分内力和外力？它们在受力分析中有何不同处理方式。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $$