第2章起重机械检验基础知识.pdf

起重机械检验人员考核复习参考资料 74 第 2 章 起重机械检验基础知识 2 2 1 1 起重机械相关专业基础知识 2 1 1 力学基础知识 问答题 2 1 1 1 什么是力的三要素 答 力的大小 方向和力的作用点称为力的三要素 2 1 1 2 什么是力的合成与分解 力的合成与分解都有哪些方法 答 1 在起重 运输作业中 为便于选取合理的工 机具 有时需要将两个或两个 以上的力合成为一个力 或者需要将一个力分成两个或两个以上的力 前者称为力的合 成 后者称为力的分解 2 力的合成有平行四边形法和三角形法两种方法 平行四边形法 如图 2 1 1 a 所示 按比例和方向画出矢量 F1和F2互交于 A 点 作为平行四边形的两边 过 B 点作 AC 的平行线 BD 过 C 点作 AB 的平行线 CD BD 和 CD 两线交于 D 点 连接对角线 AD 就是要求的 F1和 F2的合力 F3 三角形法 如图 2 1 1 b 所示 按比例和方向画出矢量 F1和 F2互交于 A 点 作 为封闭三角形的两边 连接 BC 使它成为 ABC 封闭三角形 BC 就是要求的 F1和 F2的合力 F3 合力方向由 F1始端 B 指向力 F2末端 C 3 力的分解也有平行四边形法和三角形法两种方法 平行四边形法 力的分解按平行四边形法求得 就是把要分解的力当做平行四边形 的对角线 平行四边形的两边就是要求的分力 如图 2 1 1 c 所示 三角形法 把力的分解 做成一个闭合三角形求得 如图 2 1 1 d 所示 就是把 被分解的力当作闭合三角形的一边 其余两边就是所求的分力 F3 F1 F2 C B A F3 F2 F1 F2 F1 F3 F3F1 F2 C DB A a b c d 图 2 1 1 力的合成与分解 2 1 1 3 什么力的平衡 为什么要研究力的平衡 答 1 物体在两个或两个以上力的作用下 物体保持静止或不改变物体的等速运动 状态 此时作用在该物体上的合力等于零 第 2 章 起重机械检验基础知识 75 2 研究力的平衡的目的 是使作用在物体上的两个或两个以上的力处于平衡状态 然后运用力学的分析方法 由已知的力去求得作用在物体上的全部未知力 2 1 1 4 为什么要引入力矩的概念 力矩如何表达 答 1 为了度量力对物体转动的效果 需要引入力矩的概念 2 力对物体转动的效果 不仅和力的大小有关 而且还和矩心到力的作用线的垂直 距离有关 即力臂 因此 力矩即为力与力臂的乘积 2 1 1 5 什么是力偶 力偶矩如何表达 力偶有哪些性质 答 1 作用不在同一直线上的两个平行力所组成的力系 称为力偶 2 力偶中两力作用线间的垂直距离 称为力偶臂 力与力偶臂的乘积即为力偶矩 3 力偶有以下性质 力偶中的两个力在轴上投影的代数和为零 故力偶无合力 对物体无移动效果 所 以力偶不能用力来平衡或代替 只能用力矩来平衡或代替 力偶中的两个力对它的作用平面内任一点的力矩之和为一常数 且等于它的力偶矩 力偶的等效性 力偶对物体的转动作用 是由力偶矩的大小和转向两个因素决定 的 那么当两个力偶的力偶矩大小相等 转向相同时 则它们对同一物体的作用效果是相 同的 这样的两个力偶称为等效力偶 2 1 1 6 什么叫杠杆原理 杠杆可分为哪几类 答 1 杠杆原理就是当杠杆平衡时 重物所受重力乘以支点到重力线的距离 重力 臂 一定等于作用力乘以支点到力的作用线的距离 力臂 其表达公式为 21 FlGl 式中 G 重物的重力 N l1 重力臂 m F 作用力 N L2 作用力臂 m 2 杠杆的种类根据重力臂和作用力臂可分成三类 省力杠杆 作用力臂大于重力臂 省力 费距离 如拔钉子用的羊角锤 铡刀 动 滑轮等 费力杠杆 重力臂大于作用力臂 费力 省距离 如钓鱼竿 筷子 船桨等 等臂杠杆 作用力臂与重力臂相等 既不省力也不费力 既不省距离也不费距离 如天平 定滑轮等 2 1 1 7 什么是约束 约束的种类有哪些 答 1 在力学中 凡是对某一物体的运动起限制 阻碍作用的其他物体 都称之为 约束 2 约束有以下三种 柔性约束 由柔软的绳索 皮带 链条等柔性物对物体构成的约束 刚性约束 又称光滑面约束 由完全光滑的刚体表面所构成的约束 铰链约束 由被约束件 支座和销钉三部分组成 这种铰链约束常用的有两种 固 起重机械检验人员考核复习参考资料 76 定铰链支座和活动铰链支座 用螺栓将支座固定的称为固定铰链 支座下面装有滚轮的称 为活动铰链 2 1 1 8 什么是重心 答 物体的重心 就是物体上各个部分重力的合力作用点 2 1 1 9 什么是内力 为什么要引用应力的概念 什么是应力 常用单位是什么 答 1 物体受外力作用产生变形时 内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用 力称为内力 研究构件的强度和变形时 通常要先计算内力 2 截面法可以确定杆件截面上内力的合力 但不能确定内力在截面上的分布密度 因此需引入应力的概念 3 应力是指截面单位面积上所承受的内力 应力分为正应力和剪 切 应力 作用 线垂直于截面的应力称为正应力 常用符号 表示 作用线位于截面内的应力称为剪 切 应力 常用符号 表示 4 应力的单位是帕斯卡 Pascal 简称帕 Pa 1Pa 1N m 2 在工程实践中还常 用兆帕 MPa 和吉帕 GPa 其换算关系为 1MPa 10 6Pa 1GPa 109 Pa 2 1 1 10 什么是位移 位移分哪几类 请分别解释一下 什么是变形 弹性变形 塑 性变形 为什么要引入应变的概念 应变分哪几类 答 1 物体受外力作用或环境温度变化时 物体内各点的坐标会发生改变 这种坐 标位置的改变量称为位移 2 位移分为线位移和角位移 线位移是物体上一点位置的改变 角位移是指物体上 一条线段或一个面转动的角度 3 变形 由于物体内各点的位移 使物体的尺寸和形状都发生了改变 这种尺寸和 形状的改变统称为变形 弹性变形 当使物体产生变形的外力或其他因素去除后变形也随之消失 物体可恢复 原状 这样的变形称为弹性变形 塑性变形 当外力或其他因素去除后变形仍然存在 物体不能恢复原状 这样的变形 称为塑性变形 4 通常 物体内各部分的变形都是不均匀的 为了衡量各点处的变形程度 需要引 入应变的概念 5 应变分线应变 和切应变 分别与正应力 和切应力 相联系 2 1 1 11 什么是材料的许用应力 拉压强度条件的公式是什么 答 1 当作用于构件上的载荷增大时 横截面上的应力也随之增大 但任何材料制 成的构件的应力增长都存在一个材料所固有的极限 当应力达到这一极限时 材料就会发 生破坏 因此 为了保证构件安全地工作 需对各种材料分别规定一个容许的最高值 这 个最高值称为材料的许用应力 用符号 表示 与材料的力学性能有关 2 拉压强度条件公式为 max Fmax A 式中 max 最大工作应力 第 2 章 起重机械检验基础知识 77 Fmax 杆件横截面上的最大轴力 A 杆件横截面积 许用应力 2 1 1 12 什么是剪切 剪切强度条件的公式是什么 答 1 当构件某一截面处受到等值 反向 作用线平行且相距很近一对横向力作用 时 将使构件两部分沿这一截面 剪切面 发生相对错动的变形 称为剪切 如图 2 1 2 所示 铆钉 销钉 螺栓等都是受剪构件 剪切面 图 2 1 2 剪切示意图 2 剪切强度条件公式为 A P 式中 剪应力 P 剪力 A 剪切面面积 许用剪应力 2 1 1 13 什么是挤压 挤压强度条件的公式是什么 答 1 在外力作用下 连接件和被连接件之间在接触面上相互压紧 这种现象称为 挤压 如图 2 1 3 所示 图 2 1 3 挤压示意图 2 挤压强度条件公式为 bsbs A P 式中 bs 挤压应力 P 挤压力 A 挤压面面积 起重机械检验人员考核复习参考资料 78 bs 许用挤压应力 2 1 1 14 什么是应力集中 试分析应力集中对不同材料的构件强度有何影响 答 1 应力集中是指受力构件由于几何形状 外形尺寸发生突变而引起局部范围内 应力显著增大的现象 2 不同材料对应力集中的敏感程度是不同的 因此工程设计时有不同考虑 图 2 1 4 塑性材料在静载荷作用下对应力集中不很敏感 例如图 2 1 4 a 所示的开有小孔 的低碳钢拉杆 当孔边最大正应力达到材料的屈服极限后便停止增长 载荷继续增加只引 起该截面附近点的应力增长 直到达到屈服极限为止 这样塑性区不断扩大 如图 2 1 4 b c 所示 直至整个截面全部屈服 如图 2 1 4 d 所示 由此可见 材料的屈 服能够缓和集中应力的作用 因此 对于具有屈服阶段的塑性材料在静载荷作用下 可不 考虑应力集中的影响 对于组织均匀的脆性材料 由于材料没有屈服阶段 所以当载荷不断增加时 最大 拉伸局部应力会不停地达到材料的强度极限 并在该处首先断裂 从而迅速导致整个截面 破坏 应力集中大大地降低了这类构件的承载能力 因此 对这类脆性材料制成的构件 必须十分注意应力集中的影响 对于组织粗糙的脆性材料 如铸铁 其内部本来就存在着大量的片状石墨 杂质和 缺陷等 这些都是产生应力集中的主要因素 孔 槽等引起的应力集中并不比它们更严 重 因此对构件的承载能力没有明显的影响 这类材料在静载荷作用下可以不必考虑应力 集中的影响 2 1 1 15 如图 2 1 5 所示滑车 钢丝绳在导向滑车上的夹角为 钢丝绳的实际拉力 为 F1 请根据图示的受力关系写出导向滑车的受力计算公式 F1 F1 F2 图 2 1 5 滑车受力示意图 答 滑车受力计算公式 第 2 章 起重机械检验基础知识 79 cos22 12 FF 式中 F2 滑车受力 N F1 钢丝绳实际拉力 N 钢丝绳在导向滑车上的夹角 2 1 1 16 简述压杆稳定性的意义 哪些措施可以提高压杆稳定性 答 1 压杆的稳定性是指压杆维持原有平衡形式的能力 压杆的平衡状态是否稳 定 与轴向压力 F 的数值有关 而临界力 Fcr则是判断压杆稳定性的重要指标 压杆失去稳 定平衡状态的现象称为失稳 或称为屈曲 失稳是构件破坏形式之一 除压杆可能失稳 外 具有压应力的薄壁构件都有可能失稳 因此 压杆稳定性的研究很有必要 2 影响压杆临界力大小的因素主要是压杆的柔度和材料的性质 其中柔度又与压杆 的长度 约束条件和截面的尺寸和形状有关 因此可从这几方面考虑如何提高压杆的稳定性 选择合理的截面形状 柔度与截面的惯性半径成反比 因此 在不增加截面积的条 件下 采用惯性半径尽可能大的空心截面形状有助于提高压杆的临界力 改变压杆的约束条件 增加压杆的约束 降低相当长度 使压杆不容易发生弯曲变 形 可以提高压杆的临界力 合理选择材料 材料的性质对压杆稳定的影响 通常需要作具体分析 一般 选用 高强度钢对提高细长压杆的临界力没有多大意义 但中小柔度压杆则不同 临界力与材料 的强度指标有关 选用高强度钢自然能够提高压杆的临界力 2 1 1 17 什么是交变应力 应力循环特征有哪些种类 什么是疲劳 哪些措施可以提 高构件疲劳强度 答 1 很多构件工作时出现随时间作周期型变化的应力 这种应力称为交变应力 2 应力循环特征有对称循环 脉动循环和非对称循环三类 3 金属构件经过一段时间交变应力的作用后发生的断裂现象 称为疲劳 4 疲劳裂纹多于应力集中部位和构件表面等高应力部位形成 因此一般应从以下三 方面考虑如何提高构件的疲劳强度 构件外形设计应注意尽量避免应力集中 如带有尖角的孔和槽都应避免使用 构件表面加工应有较低的粗糙度 并注意避免各种机械损伤 如划痕 打印 或其 他损伤 如锈蚀 对构件表层进行强化处理 如高频淬火 氮化 渗碳 滚压 喷丸等 可减少形成 疲劳裂纹的机会 2 1 2 机械零件 机械原理及机械零件的失效模式 问答题 2 1 2 1 机械联接分为哪几类 答 机械联接有两大类 一类是机器工作时 被联接的零部件间可以有相对运动 称 为机械动联接 另一类则是机器工作时 被联接的零部件间不允许产生相对运动 称为机 械静联接 机械静联接按。