机械基础 教学课件 ppt 作者 崔国利 第一章-第五章

1、第1章 力学基础知识,1.1 力,1.1.1 力的概念 人们在生产与生活实践中,随时都能感受到力的存在。,图 1-1,图 1-2,1.1.2 力的合成与分解 两人共提一桶水(图1-3a),桶受到F1与F2两个力的作用,若改由 一个人提时,则可用一个力R代替F1与F2,其效果相同,R就是F1 和F2的合力。,图 1-4,1.1.3 共点力的平衡 要使作用在一个物体上的两个力平衡,其必要和充分条件是: 这两个力大小相等,方向相反且作用在,图 1-5,1.1.4 作用与反作用定律,图 1-6,图 1-7,1.2 约束和约束力,1.2.1 约束和约束力的概念 在生产与生活中,物体总是与它周围的物体存在着联系,它的 运动也总是受周围物体的限制。,1.2.2 常见的约束类型,1.3 受力分析和受力图,1.3.1 基本概念 为清楚地表示物体的受力情况,我们将被研究的物体从周围 物体中分离出来,单独画出它简单的轮廓图形,分析它所受的 全部力(包括主动力与约束力的作用点与作用方向),这种分 析过程称为受力分析。,1.3.2 画受力图三个步骤,1.4.1 力矩的概念和计算 力对物体的作用效果之一是能使物体

2、产生转动,例如用扳手 拧螺母时,螺母转动。,图 1-16,1.4 力矩,1.4.2 力矩的平衡 生产实际中常遇到绕定点转动物体的平衡问题,如图1-17所 示的手动剪床就是一个典型的例子。,图 1-17,图 1-18,图 1-19,1.5.1 功和功率 在物理学中,我们已经知道,当物体受到力F的作用,并在力F 的作用下移动了一段距离s时(图1-20a),我们称这个力对物体 做了功。,图 1-20,1.5 功率、转矩和机械效率,1.5.2 转矩和功率 如已知机器的功率P和转速n(旋转机械每分钟的转数,单位为 r/min),则可由上式求出它的转矩T(使机械元件转动的力矩,单 位为Nm),即,1.5.3 机械效率 机器工作时,由于有摩擦等阻力存在,要消耗一部分功率,使输 入功率不能完全得到利用。,第2章 拉伸与压缩,2.1 内力与截面法,2.1.1 拉伸和压缩的概念 在工程实践中,有许多受外力作用产生拉伸或压缩变形的杆 件,例如内燃机的连杆,在工作中将产生压缩变形(图2-1a);珩 架中的杆1和杆2,受力后分别产生拉伸和压缩变形(图2-1b), 这些构件的结构形式各有差异,受力方式各不相同。,

3、图 2-1,一般把作用于杆件上的载荷和约束力称为外力,杆件内各质 点之间的相互作用力称为内力。,2.1.3 截面法 求内力的基本方法是截面法。,2.1.2 内力的概念,图 2-2,2.2.1 应力的概念 确定了拉伸或压缩杆件的轴力以后,还不能解决杆件的强度 问题,例如两根材料相同、粗细不等的拉杆,若两者承受的轴 力相同,随着拉力的增加,细杆首先被拉断,这说明杆件的强度 不仅与轴力有关,而且还与横截面尺寸有关。,2.2.2 横截面上的应力 为了确定横截面上的应力,应先研究内力在横截面上的分布,2.2 拉伸或压缩时的应力分析,规律。,图 2-4,图 2-5,2.3.1 许用应力与安全系数 前面曾指出,一个构件的承载能力首先应满足的基本要求之 一就是具有足够的强度。,2.3.2 拉伸或压缩强度计算 为了保证构件具有足够的强度,能够安全耐久地工作,必须使 构件的实际工作应力不超过材料的许用应力,即,2.3 拉伸或压缩时的强度计算,第3章 剪切与挤压,3.1 基本概念 在机械工程中常会用到一些联接,例如铆钉联接 (图3-1a),轴与轮毅间的键联接(图3-2a),销联接等, 这些联接零件的特点是外

4、形粗短,当构件两侧受 到一对大小相等、方向相反、作用线相距很近,的横向力作用时,构件将产生剪切和挤压变形。 剪切变形的特点是,构件上位于两作用力之间的 横截面发生相对错动,此时杆件上所受的力称为 剪力。,图 3-1,图 3-2,现以铆钉为例说明剪切实用计算方法。铆钉的 受力与变形如图3-1c所示,其横截面上主要作用 有剪力FQ,根据截面法与平衡条件,横截面上的剪 力为,3.3 挤压实用计算 在剪切问题中,除了联接件发生剪切失效以外,在,3.2 剪切实用计算,被联接零件相互接触面上及邻近的局部区域内 将产生塑性变形或破坏,这种现象称为挤压失效 。图3-3所示为铰制孔螺栓联接,板孔受压的一侧 因过大的塑性变形而被压皱,不能保持圆形,导致 联接松动,使构件丧失正常工作能力。,图 3-3,图 3-4,图 3-5,第4章 扭 转,4.1 转矩的计算,4.1.1 扭转的概念 在机械工程中,有许多构件是承受扭转作用而传递动力的,例 如用于钻孔的钻头(图4-1a)、汽车方向盘(图4-1b)、拧紧螺钉 时的螺钉旋具(图4-1c)以及传动系统的传动轴(图4-1d)等。,图 4-1,4.1.2 外力偶矩的计

5、算 在工程实际中,外力偶矩的大小并不是直接给出的,而是从已 知轴的转速n和所传递的功率P来求得,外力偶矩可按下式计 算,4.1.3 圆轴扭转时横截面上的内力转矩 当求出作用在圆轴上的外力偶矩后,就可以用截面法研究横 截面上的内力。,图 4-2,图 4-3,4.1.4 转矩图 为了清楚地表示各截面上转矩的大小和正负,以便确定危险 截面,常需画出转矩随截面位置变化的函数图像,这种图像称 为转矩图。,图 4-4,图 4-5,4.2.1 圆轴扭转实验 首先做以下实验,观察扭转变形。,4.2.2 扭转切应力的计算 当圆轴某横截面上的扭距为T,截面半径为R时,横截面上距圆 心为处的切应力的计算公式为,4.2 圆轴扭转时的应力,为了保证扭转圆轴能安全工作,应限制轴上危险 截面的最大工作切应力不超过材料的许用切应 力,即,图 4-6,4.3 圆轴扭转时的强度和刚度计算,第5章 极限与配合,孔与轴的结合是机械中应用最广的基本结合形 式。为了满足互换性的要求,必须制订出孔、轴 的尺寸公差及配合松紧程度的配合标准。本章 主要介绍尺寸公差与配合的基本概念,孔、轴公 差带的大小和位置,极限与配合的国家标准及其

6、应用。,5.1 基本术语及定义,5.1.1 轴 通常,轴指工件的圆柱形外表面,也包括某些非圆柱形外表面 (由二平行平面或切面形成的被包容面)。,5.1.2 孔 通常,孔指工件的圆柱形内表面,也包括某些非圆柱形内表面,(由二平行平面或切面形成的包容面)。,5.1.3 尺寸 尺寸指以特定单位表示线性尺寸值的数值。,5.1.4 极限制 极限制指经标准化的公差与偏差制度。,5.1.5 零线,在公差带图中,零线是表示基本尺寸的一条直线,以其为基准 确定偏差和公差或最大极限尺寸和最小极限尺寸。,图 5-1,某一尺寸(实际尺寸、极限尺寸等)减去其基本尺寸所得的代 数差,称为偏差。,5.1.7 公差及公差带,5.1.8 配合 基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为 配合。,5.1.6 偏差,图 5-2,图 5-3,图 5-4,图 5-5,5.2 极限与配合国家标准 我国国家技术监督局和国家质量监督检验检疫 总局分别于1997、1998年发布了GB/T 1800.1 1997极限与配合 基础 第1部分:词汇、 GB/T 1800.21998极限与配合 基础 第2 部分:公差、偏差和配合的基本

7、规定、GB/T 1,800.31998极限与配合 基础 第3部分:标 准公差和基本偏差数值表,这三部标准使我国 的国家标准中极限与配合的术语、定义、基本 规定、标准公差和基本偏差的数值尽可能与国 际标准一致或等同,以尽快适应国际贸易、技术 和经济交流中采用国际标准的需要。,孔、轴公差带的宽窄是由公差的大小确定的,公差的大小是 根据基本尺寸的大小、对尺寸精确程度要求的高低不同而 确定的,这样就有极多的公差带,不利于机械零件的加工、产 品的使用和维修,经济性差。,5.2.1 标准公差,表5-1 标准公差数值,表5-1 标准公差数值,5.2.2 基本偏差系列 标准公差确定了公差带的大小,为了确定公差带相对于零线 的位置,必须再规定一个极限偏差,即基本偏差。,5.3 极限与配合国家标准的应用 极限与配合国家标准的应用,对确定相配合孔、 轴公差带的大小和位置,合理选择配合制、公差,等级及配合种类有重要意义。,5.3.1 配合制的选择 配合制的选择与使用要求无关,不管选择基孔制配合或是基 轴制配合,都可以达到预期的目的。,5.3.2 公差等级的选择 确定公差等级应综合考虑各种因素,如果选择公差等级过高,虽然可以满足使用要求,但加工难度大,成本高。,5.3.3 配合种类的选择 配合种类的选择,实质上是确定孔、轴配合应具有一定的间 隙还是过盈,以满足使用要求,保证机械正常工作。,表5-6 基本偏差的选用,表5-6 基本偏差的选用,表5-6 基本偏差的选用,图 5-18,图 5-19,

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