理论力学(机械工业出版社)第四章虚位移原理习题解答

习 题

4-1 如图4-19所示，在曲柄式压榨机的销钉B 上作用水平力F ，此力位于平面ABC 内，作用线平分∠ABC 。设

AB =BC ，∠ABC =θ2，各处摩擦及杆重不计，试求物体所受的压

力。

图4-19

0δ)90cos(δδN =--︒=∑C B F s F s F W θ

)90cos(δ)902cos(δθθ-︒=︒-C B s s θθsin δ2sin δC B s s = 虚位移原理

0δ)90cos(δδN =--︒=∑C B F s F s F W θ 0δsin δN =-C B s F s F θ

θ

θθθtan 2

)2sin(sin sin δδ2N F

F s s F F C B ===

4-2 如图4-20所示，在压缩机的手轮上作用一力偶，其矩为M 。手轮轴的两端各有螺距同为h ，但方向相反的螺纹。螺纹上各套有一个螺母A 和B ，这两个螺母分别与长为l 的杆相铰接，四杆形成棱形框，如图所示，此棱形框的点D 固定不动，而点C 连接在压缩机的水平压板上。试求当棱形

框的顶角等于2f 时，压缩机对被压物体的压力。 图4-20

ϕϕcos δ)290cos(δC A s s =-︒ C A s s δsin δ2=ϕ 而

θϕδπ

2c o s δP

s A =

ϕθϕθϕtan δπ

sin δcos π22

δP

P s C

== 虚位移原理

0δδδN =-=∑C F s F M W θ 0tan δπ

δN =⨯-ϕθθP

F M ϕcot π

N P

M

F =

4-3 试求图4-21所示各式滑轮在平衡时F 的值，摩擦力及绳索质量不计。

图4-21

虚位移原理

0δδδ=+-=∑A B F s G s F W

(a) A B s s δ2δ= 2

G F =

(b) A B s s δ8δ= 8

G F =

(c) A B s s δ6δ= 6

G F =

(d) A B s s δ5δ= 5

G F =

4-4 四铰连杆组成如图4-22所示的棱形ABCD ，受力如图，试求平衡时θ应等于多少？ 图4-22

θθcos δ)290cos(δC B s s =-︒ C B s s δsin δ2=θ 虚位移原理

0δcos δ2δ=-=∑C B F s G s F W θ

0sin δ2cos δ2=⨯-θθB B s G s F

θtan =G

F

4-5 在图4-23所示机构中，曲柄OA 上作用一力偶矩为

M 的力偶，滑块D 上作用一水平力F ，机构尺寸如图。已知OA =a ，CB =BD =l ，试求当机构平衡时F 与力偶矩M 之间的关

系。

图4-23

θθ2cos δcos δB A s s =

θθcos δ)290cos(δD B s s =-︒

θθθ

θ

cos δ)290cos(2cos cos δD A

s s =-︒ D A s s δ2tan δ=θ

虚位移原理

0δδδ=-⨯

=∑D A

F s F a

s M W 02tan δδ=-⨯θA A

s F a

s M

θ2tan Fa M =

4-6 机构如图4-24所示，当曲柄OC 绕O 轴摆动时，滑块A 沿曲柄滑动，从而带动杆AB 在铅直导槽K 内移动。已知OC =a ，OK =l ，在点C 垂直于曲柄作用一力F 1，而在点B 沿BA 作用一力F 2。试求机构平衡时F 1和F 2的关系。

图4-24

ϕtan l y A = ϕϕδsec δ2l y A = 虚位移原理

0δδδ21=+-=∑A F y F a F W ϕ

0δsec δ221=+-ϕϕϕl F a F

l

a F F ϕ

212cos =

4-7 如图4-25所示，重物A 和B 的重量分别为G 1和G 2，联结在细绳的两端，分别放在倾斜面上，绳子绕过定滑轮与一动滑轮相连，动滑轮的轴上挂一重量为G 的重物C ，如不计摩擦，试求平衡时G 1和G 2的值。

图4-25

令0δ1≠s ，0δ2=s ， 则 2

δs i n δδ1

11)1(s G

s G W F -=∑ϕ

得

2

sin δδ11)1(1

G G s W F F Q

-=∑=ϕ 令0δ2≠s ，0δ1=s ， 则 2

δsin δδ2

22)2(s G

s G W F -=∑θ

得

2

sin δδ22)2(2

G G s W F F Q

-

=∑=θ

令 01=Q F 02=Q F 得 θϕs i n

2s i n

221G

G G

G =

=

4-8 如图4-26所示，重物A 和重物B 分别连结在细绳的两端，重物A 置放在粗糙的水平面上，重物B 绕过定滑轮铅垂悬挂，动滑轮H 的轴心上挂一重物C ，设重物A 重2G ，重物B 重G ，试求平衡时，重物C 的重量G 1以及重物A 和水平面间的滑动摩擦因数。

图4-26

令0δ1≠s ，0δ2=s ， 则 11

1

)1(δ22

δδs G s G W F ⨯⨯-=∑μ 得

G G s W F F Q

μ22

δδ11)

1(1

-=∑= 令0δ2≠s ，0δ1=s ， 则 2

δδδ2

12)2(s G s G W F ⨯

-=∑

得

2

δδ12)2(2

G G s W F F Q

-=∑=