机械工程导论第五讲课件.ppt

机械设计基础,,第,讲,五,力学在机械工程中的应用,第讲五力学在机械工程中的应用,,第,讲,五,力学在机械工程中的应用,机械装置的大量出现和应用，促进了力学的产生与发展，反过来，力学也促进了机械工业的进步在各种各样的机械设备的设计、制造、和运行控制过程中，要做到安全、可靠、经济、耐用，都有必要对其整体或关键部件进行有效的力学分析，其中包括强度、刚度、稳定性和动力特性方面的分析因此，对构件进行受力分析是设计或使用机器时最基本也是最重要的工作之一构件在载荷作用下的运动和平衡规律、构件的承载能力是机械工程中经常遇到的力学问题第讲五力学在机械工程中的应用 机械装置的大量出现和应用,,第,讲,五,主 要 内 容,理论力学及工程应用,,材料力学,,,,第讲五主 要 内 容理论力学及工程应用,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,,理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学,机械运动,是指物体在空间的位置随时间的变化它是宇宙一切物质运动形式中最简单、最基本的一种平衡是机械运动的特殊情况由于物体之间相互的机械作用，即力的作用，使物体的运动状态发生改变具体地说理论力学就是研究力与机械运动改变之间的关系。

第讲五一、理论力学及工程应用 理论力学是研究物体机,,第,讲,五,静力学：,研究物体在力系作用下的平衡规律，同时 也研究力的一般性质和力系的简化方法等运动学：,研究物体运动的几何性质，而不研究引起物体运动的原因动力学：,研究受力物体的运动变化与作用力之间的关系理论力学的研究内容主要包括,:,一、理论力学及工程应用,第讲五静力学：研究物体在力系作用下的平衡规律，同时 也研究,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.1,静力学,从既安全又经济的原则出发，在设计机械或工程结构时，对有关的机械零件或结构，一般应首先进行静力分析，然后在此基础上再进行有关强度、刚度等一系列的设计计算静力学,是力学的一个分支，主要研究物体在力系作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件理论力学所研究的物体大都是刚体所谓,刚体,是指物体在力的作用下，其内部任意两点距离始终保持不变但这是一个理想化的力学模型在静力学研究的物体只限于刚体第讲五一、理论力学及工程应用1.1 静力学从既安全又经济的原,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.1,静力学（平衡及应用）,平衡,是运动的一种特殊状态，指物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动。

对工程技术中的许多问题来说，可以把固连于地面的参考系当做惯性参考系如右图，塔式起重机的受力：重力为,G,，最大起重量为,G,1,，平衡锤重,G,2,欲使起重机在满载和空载时均不翻倒，平衡锤,G,2,应满足什么条件？,,通过计算可以确定,G,2,的范围：,G,2min,≦,,G,2,≦,G,2max,,如果实际操作时，平衡锤的重量不满足上式的要求，起重机必然会失去平衡而造成倒塌事故第讲五一、理论力学及工程应用1.1 静力学（平衡及应用）平衡,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.1,静力学（摩擦及应用）,当两物体具有相对运动的趋势或相对运动时，在其接触处的公切面内会彼此作用有阻碍相对滑动的阻力，即,摩擦力,摩擦在机械中有广泛的应用例如，机械加工中的很多夹具利用摩擦力夹紧工件；带轮利用摩擦传递运动；制动器利用摩擦刹车；螺栓利用摩擦锁紧等如右图所示的螺旋千斤顶，其结构由底座与螺杆组成螺杆与底座两种材料的摩擦系数决定了摩擦角只要摩擦角大于矩形螺杆的倾角，即出现摩擦自锁那么，螺旋千斤顶在工作中通过螺纹的正向旋转，能顶起重物第讲五一、理论力学及工程应用1.1 静力学（摩擦及应用）当两,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.2,运动学,运动学是从几何的角度描述和研究物体,位置随时间的变化规律,的力学分支。

它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响至于物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题,,运动学以研究,质点和刚体,这两个简化模型的运动为基础点的运动学,研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，这些都随所选参考系的不同而异；而,刚体运动学,还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征刚体运动按运动的特性又可分为平动、绕定轴转动、平面平行运动、绕定点转动和一般运动运动学为动力学、机械学提供理论基础，也是自然科学和工程技术必需的基础知识第讲五一、理论力学及工程应用1.2 运动学运动学是从几何的角,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.2,运动学（应用：机构运动分析）,机构运动分析：,根据原动件的已知运动规律，求该机构其它构件上某点的位移、轨迹、速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度1,、确定构件所需的空间；,2,、确定从动件的行程；,3,、了解从动件的速度变化规律是否满足工作要求；,4,、为惯性力的计算提供加速度数据机构运动分析的目的：,机构运动分析的方法：,1,、图解法,——,通过作图的方法对运动关系进行求解，直观,,形象，但误差较大。

2,、解析法,——,通过对运动方程的求解获得相关运动参数，,,直观性差，但设计精度高第讲五一、理论力学及工程应用1.2 运动学（应用：机构运动分,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.2,运动学（应用：机构运动分析）,,例：,已知原动件,2,以角速度,w,2,顺时针方向旋转，求图示位置时,从动件,4,的角速度,w,4,解,: ∵,P,24,为构件,2,、,4,等速重合点,,第讲五一、理论力学及工程应用1.2 运动学（应用：机构运动分,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.3,动力学,刚体动力学是力学的一个分支，研究刚体在外力作用下的运动规律在机构运动过程中，其各个构件都受到力的作用，所以机构的运动过程也是机构传力和做功的过程作用在机械上的力，不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数，而且也是决定相应构件尺寸及结构形状的重要依据所以不论是设计新的机械，还是合理的使用现有的机械，都必须对机构的受力进行分析机械动力学的分析过程，按其任务可分为动力学正问题和动力学反问题，已知力求运动属于动力学正问题，已知运动求力，属于动力学反问题第讲五一、理论力学及工程应用1.3 动力学刚体动力学是力学的,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.3,动力学（应用举例）,,,,例题：图示机构。

已知,z,1,＝,20,，,J,1,；,z,2,＝,60,，质量中心在,B,点，其转动惯量为,J,2,，曲柄长为,L,；滑块质量为,m,3,,、,m,4,，其质心在,G,及,D,点轮,1,驱动力矩,M,1,，滑块,4,作用有阻抗力,F,4,，取曲柄为等效构件，试求图示位置的等效转动惯量,J,e,及等效力矩,M,e,等效转动惯量：,第讲五一、理论力学及工程应用1.3 动力学（应用举例）例题：,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.3,动力学（应用举例）,而由速度分析可知,：,d,v,4,c,v,c,,p,,常量,变量,,忽略不计,第讲五一、理论力学及工程应用1.3 动力学（应用举例）而由速,1.3,动力学（应用举例）,等效力矩：,,,,d,v,4,c,v,c,,p,,,第,讲,五,一、理论力学及工程应用,1.3 动力学（应用举例）等效力矩：dv4cvcp第讲五一、,,第,讲,五,二、材料力学,,材料力学是,研究工程结构在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定性等问题的学科应力：,物体由于外因,(,受力、湿度、温度场变化等,),而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，截面某一点单位面积上的内力称为应力。

应变：,机械零件和构件等物体内任一点（单元体）因外力作用引起的形状和尺寸的相对改变刚度：,材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力强度：,力学上，材料在外力作用下抵抗破坏,(,永久变形和断裂,),的能力称为强度强度是机械零部件首先应满足的基本要求稳定性：,构件在外加载荷下保持原有平衡状态的能力第讲五二、材料力学材料力学是研究工程结构在各种外力作用下产生,研究材料在外力作用下破坏的规律；,,2.,为受力构件提供强度，刚度和稳定性计算的理论基础条件；,,3.,解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾第,讲,五,二、材料力学,,材料力学研究的目的：,研究材料在外力作用下破坏的规律；第讲五二、材料力学材料力学研,,第,讲,五,二、材料力学,应用举例：,第讲五二、材料力学应用举例：,。