機(jī)械工程導(dǎo)論第五講課件

第講五力學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用第講五力學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用機(jī)械裝置的大量出現(xiàn)和應(yīng)用，促進(jìn)了力學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展，反過來，力學(xué)也促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的進(jìn)步。在各種各樣的機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、和運(yùn)行控制過程中，要做到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、耐用，都有必要對(duì)其整體或關(guān)鍵部件進(jìn)行有效的力學(xué)分析，其中包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和動(dòng)力特性方面的分析。因此，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析是設(shè)計(jì)或使用機(jī)器時(shí)最基本也是最重要的工作之一。構(gòu)件在載荷作用下的運(yùn)動(dòng)和平衡規(guī)律、構(gòu)件的承載能力是機(jī)械工程中經(jīng)常遇到的力學(xué)問題。第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)。

機(jī)械運(yùn)動(dòng)是指物體在空間的位置隨時(shí)間的變化。它是宇宙一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式中最簡(jiǎn)單、最基本的一種。平衡是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特殊情況。由于物體之間相互的機(jī)械作用，即力的作用，使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。具體地說理論力學(xué)就是研究力與機(jī)械運(yùn)動(dòng)改變之間的關(guān)系。

第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.1靜力學(xué)從既安全又經(jīng)濟(jì)的原則出發(fā)，在設(shè)計(jì)機(jī)械或工程結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)有關(guān)的機(jī)械零件或結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)首先進(jìn)行靜力分析，然后在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行有關(guān)強(qiáng)度、剛度等一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算。靜力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，主要研究物體在力系作用下處于平衡的規(guī)律，以及如何建立各種力系的平衡條件。理論力學(xué)所研究的物體大都是剛體。所謂剛體是指物體在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)距離始終保持不變。但這是一個(gè)理想化的力學(xué)模型。在靜力學(xué)研究的物體只限于剛體。第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.1靜力學(xué)（平衡及應(yīng)用）平衡是運(yùn)動(dòng)的一種特殊狀態(tài)，指物體相對(duì)于慣性參考系保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)工程技術(shù)中的許多問題來說，可以把固連于地面的參考系當(dāng)做慣性參考系。如右圖，塔式起重機(jī)的受力：重力為G，最大起重量為G1，平衡錘重G2。欲使起重機(jī)在滿載和空載時(shí)均不翻倒，平衡錘G2應(yīng)滿足什么條件？通過計(jì)算可以確定G2的范圍：G2min≦

G2≦G2max

如果實(shí)際操作時(shí)，平衡錘的重量不滿足上式的要求，起重機(jī)必然會(huì)失去平衡而造成倒塌事故。第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.1靜力學(xué)（摩擦及應(yīng)用）當(dāng)兩物體具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在其接觸處的公切面內(nèi)會(huì)彼此作用有阻礙相對(duì)滑動(dòng)的阻力，即摩擦力。摩擦在機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用。例如，機(jī)械加工中的很多夾具利用摩擦力夾緊工件；帶輪利用摩擦傳遞運(yùn)動(dòng)；制動(dòng)器利用摩擦剎車；螺栓利用摩擦鎖緊等。如右圖所示的螺旋千斤頂，其結(jié)構(gòu)由底座與螺桿組成。螺桿與底座兩種材料的摩擦系數(shù)決定了摩擦角。只要摩擦角大于矩形螺桿的傾角，即出現(xiàn)摩擦自鎖。那么，螺旋千斤頂在工作中通過螺紋的正向旋轉(zhuǎn)，能頂起重物。第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.2運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)是從幾何的角度描述和研究物體位置隨時(shí)間的變化規(guī)律的力學(xué)分支。它是運(yùn)用幾何學(xué)的方法來研究物體的運(yùn)動(dòng)，通常不考慮力和質(zhì)量等因素的影響。至于物體的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，則是動(dòng)力學(xué)的研究課題運(yùn)動(dòng)學(xué)以研究質(zhì)點(diǎn)和剛體這兩個(gè)簡(jiǎn)化模型的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)。點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程、軌跡、位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特征，這些都隨所選參考系的不同而異；而剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)還要研究剛體本身的轉(zhuǎn)動(dòng)過程、角速度、角加速度等更復(fù)雜些的運(yùn)動(dòng)特征。剛體運(yùn)動(dòng)按運(yùn)動(dòng)的特性又可分為平動(dòng)、繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、平面平行運(yùn)動(dòng)、繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和一般運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)學(xué)為動(dòng)力學(xué)、機(jī)械學(xué)提供理論基礎(chǔ)，也是自然科學(xué)和工程技術(shù)必需的基礎(chǔ)知識(shí)。第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.2運(yùn)動(dòng)學(xué)（應(yīng)用：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析）例：已知原動(dòng)件2以角速度w2順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，求圖示位置時(shí)從動(dòng)件4的角速度w4。

解:∵P24為構(gòu)件2、4等速重合點(diǎn)第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.3動(dòng)力學(xué)剛體動(dòng)力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，研究剛體在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，其各個(gè)構(gòu)件都受到力的作用，所以機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程也是機(jī)構(gòu)傳力和做功的過程。作用在機(jī)械上的力，不僅是影響機(jī)械的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的重要參數(shù)，而且也是決定相應(yīng)構(gòu)件尺寸及結(jié)構(gòu)形狀的重要依據(jù)。所以不論是設(shè)計(jì)新的機(jī)械，還是合理的使用現(xiàn)有的機(jī)械，都必須對(duì)機(jī)構(gòu)的受力進(jìn)行分析。機(jī)械動(dòng)力學(xué)的分析過程，按其任務(wù)可分為動(dòng)力學(xué)正問題和動(dòng)力學(xué)反問題，已知力求運(yùn)動(dòng)屬于動(dòng)力學(xué)正問題，已知運(yùn)動(dòng)求力，屬于動(dòng)力學(xué)反問題。第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.3動(dòng)力學(xué)（應(yīng)用舉例）例題：圖示機(jī)構(gòu)。已知z1＝20，J1；z2＝60，質(zhì)量中心在B點(diǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J2，曲柄長(zhǎng)為L(zhǎng)；滑塊質(zhì)量為m3

、m4，其質(zhì)心在G及D點(diǎn)。輪1驅(qū)動(dòng)力矩M1，滑塊4作用有阻抗力F4，取曲柄為等效構(gòu)件，試求圖示位置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je及等效力矩Me等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)用1.3動(dòng)力學(xué)（應(yīng)用舉例）而由速度分析可知：dv4cvcp常量變量忽略不計(jì)1.3動(dòng)力學(xué)（應(yīng)用舉例）等效力矩：dv4cvcp第講五一、理論力學(xué)及工程應(yīng)