《机械基础》

机械基础机械基础第1章绪论第5章联接第4章工程材料第3章直杆的基本变形第2章杆件的静力分析第6章机构第10章支承零部件第9章轮系和减速器第8章齿轮传动第7章带传动和链传动第12章液压传动与气压传动第11章节能环保与安全防护返回第1章绪论机器、机构、构件、零件和部件1.1机械零件的材料及性能1.2摩擦、磨损和润滑1.3本课程的性质和任务1.41.机器机器是为实现某种功能而设计制作的。就其功能来说，一般机器主要由四部分组成，即动力部分、执行部分、传动部分及控制部分。2.机构机构是人为的实物组合，并且各实物之间具有确定的相对运动。3.构件、零件和部件构件组成机械的各个相对运动的实物称为构件。零件是机械组成中不可再拆的最小单元，是机械中的制造单元。部件是机械装配的最小单位，是机械的装配单元。1.1机器、机构、构件、零件和部件返回第1章绪论1.2.1满足零件的机械性能要求选择零件材料时应当考虑材料的强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力及疲劳强度等机械性能，具体步骤如下：1.2机械零件的材料及性能返回第1章绪论●零件的工作条件包括：载荷性质；应力情况；工作介质；环境温度。●机械零件常见的失效形式主要有：断裂；表面损伤；变形等。●对机械零件进行受力分析，画出弯扭矩图，并进行相关的强度计算。1.2.2兼顾零件工艺性能产品工艺方案的好坏不仅决定了产品的制造可行性和产品质量的保证性，而且它将对产品制造成本和企业效益产生影响。而不同工艺设计方案对材料的要求也有所不同。常见的加工工艺如下：1.2机械零件的材料及性能第1章绪论工艺说明铸造铸件成本低，极易获得形状复杂，尤其是内部形状复杂的零件，在机械制造业中应用较广。选材时应注意材料的铸造性能，包括流动性、收缩性、偏析及吸气性等锻造零件加工使用锻造时，要求材料具有良好的锻造性能，即可锻性、冷镦性、锻后的冷却要求及氧化皮性质机械加工材料的机械加工性能好坏，在很大程度上决定了产品的质量、数量及经济性焊接单件小批生产的产品、大而笨重的零件或急需零件的制造，常需进行焊接热处理热处理工艺性能包括淬硬性、淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性、氧化脱碳及冷脆性等1.2.3面向节省资源面向节省资源设计主要考虑面向制造过程节省资源设计、面向使用过程节省资源设计和材料选择三方面。面向节省资源设计在材料选择上，应该尽可能选择非危险（无毒、无害）、非可耗尽（可再生、材料自然再生能力强）、低能源含量（材料制备和加工过程中能耗少）、可再循环（产品报废后，材料易于回收，并经适当处理后能再资源化）、低或无污染（材料制备过程中污染小，一旦产品报废后如确因技术水平限制无法实现废弃资源再资源化，也应易于降解，且最好是生物降解）的具有良好环境协调性的绿色材料。1.2机械零件的材料及性能第1章绪论1.3.1摩擦两接触物体在接触表面间相对运动或有相对运动趋势时产生阻碍其发生相对运动的现象叫摩擦。1.3摩擦、磨损和润滑返回第1章绪论干摩擦边界摩擦流体摩擦●指两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦。●两摩擦表面由于润滑油和金属表面产生物理化学作用产生边界膜这种在边界膜状态下的摩擦称为边界摩擦。●两表面被一层具有压力的连续的有足够厚度的油膜所隔开，不存在表面凸峰直接接触的摩擦称为流体摩擦。混合摩擦●混合摩擦是指处于干摩擦、流体摩擦与边界摩擦的混合状态。摩擦分类1.3.2磨损典型的磨损过程磨损是摩擦的直接结果，使材料损耗严重，工作精度降低，可靠性下降。磨损过程如下:1.3摩擦、磨损和润滑第1章绪论1.3.2磨损1.3摩擦、磨损和润滑第1章绪论磨粒磨损磨损分类疲劳磨损黏着磨损腐蚀磨损本课程是中等职业学校机械类及工程技术类相关专业的一门基础课程。其任务是：使学生掌握必备的机械基本知识和基本技能，懂得机械工作原理，了解机械工程材料性能，能准确表达机械技术要求，正确操作和维护机械设备；培养学生分析问题和解决问题的能力，使其形成良好的学习习惯，具备继续学习专业技术的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，使其形成严谨、敬业的工作作风，为今后解决生产实际问题和职业生涯的发展奠定基础。1.4本课程的性质和任务返回第1章绪论第2章杆件的静力分析力的概念与基本性质2.1约束、约束反力和受力图2.2平面汇交力系2.3返回力矩、力偶、力的平移2.4平面力系的简化与平衡2.52.1力的概念与基本性质返回第2章杆件的静力分析2.1.1力的基本概念力是物体间的相互作用。力对物体的作用效果决定于力的三要素。力的三要素可以用有向线段表示，称为力的图示。过力的作用点，沿力矢量方向画出的直线，称为力的作用线。在我国法定计量单位中，力的单位为N或kN。力系是指作用于物体上的一群力。作用在物体上的力可以是一个力，也可以是多个力，力的作用线可以在同一平面内，也可以不在同一个平面内，而是在三维空间内。三要素大小方向作用点2.1力的概念与基本性质第2章杆件的静力分析2.1.2力的性质力的平行四边形法则力的性质加减平衡力系公理作用力与反作用力公理力的可传性原理三力平衡汇交定理力的平行四边形法则二力平衡公理2.2.1约束和约束反力位移不受限制的物体叫自由体。位移受限制的物体叫非自由体，如在轨道内行驶的电车。对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。约束对被约束物体的作用力称为约束反力，简称反力。2.2约束、约束反力和受力图返回第2章杆件的静力分析方向总是与被约束限制的物体的位移方向相反作用点在物体与约束相接触的那一点大小常常是未知的2.2.1约束和约束反力1.柔性约束由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束称为柔性约束。如下图所示，绳索类只能承受拉力，所以它们的约束反力作用在接触点，方向沿绳索背离物体。图中G表示物体的重力，T表示约束反力。2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析2.2.1约束和约束反力2.光滑面约束两个物体互相接触，如果接触面上的摩擦力忽略不计，则认为是光滑面约束。光滑面约束的约束反力作用在接触点处，方向沿接触面的公法线，指向受力物体。如图（a）所示为固定支承平面对圆球的约束，如图（b）所示为固定支承曲面对圆球的约束，如图（c）所示为固定支撑面对杆件的约束。2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析2.2.1约束和约束反力3.圆柱铰链约束中间铰链约束铰链是工程中常用的一种约束，通常用于连接构件或零部件，铰链一般是两个带有圆孔的物体，用光滑圆柱形销钉相连接，物体只能绕销钉的轴线转动，这种连接称为中间铰。2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析现实生活中，有哪些机构是属于中间铰链的应用？2.2.1约束和约束反力3.圆柱铰链约束固定铰链支座在圆柱铰链约束中，若某构件固定作为基座，则构成固定铰链支座。如图（a）所示，固定铰链支座对于另一物体的约束力是通过销钉给予物体的作用力，其示意图如图（b）所示，所以可以用正交的两个分力FNx和FNy来表示，如图（c）所示。2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析2.2.1约束和约束反力3.圆柱铰链约束活动铰链支座活动铰链支座相当于在固定铰链支座的底部安装一排滚轮，如图（a）所示，就可使支座沿固定支承面移动，但不能脱离支承面。在不计各接触面摩擦的情况下，活动铰链支座不能限制构件绕销钉的转动和沿支承面的运动，只能限制构件沿支承面垂直方向的移动，其计算简图如图（b）所示。因此活动铰链支座的约束力方向必垂直于支承面，且通过铰链中心，如图（c）所示。2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析2.2.1约束和约束反力3.圆柱铰链约束链杆约束链杆是指两端用光滑销钉与其他构件连接而中间不受力的直杆。如图（a）所示的杆件AB，很显然链杆AB是二力杆。由于是二力杆，所以链杆在工程中常被用来作为拉杆或撑杆，这种约束的示意图如图（b）所示。但链杆只能限制构件沿其轴线方向的运动，而不能限制其他方向的运动，如图（c）所示。2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析2.2.1约束和约束反力4.固定端约束链杆约束在工程实际中，有很多构件的一部分嵌固于另一物体上而受到约束作用，这样的约束称为固定端约束。计算简化示意图如右图所示，AB杆件的A端为固定端约束。这种约束不但限制物体在约束处沿任意方向的线位移，也限制物体在约束处的角位移，即物体在A端没有移动和转动。2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析2.2.2构件的受力图解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的构件，即选择研究对象；然后根据已知条件、约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为构件的受力分析。受力分析步骤如下：2.2约束、约束反力和受力图第2章杆件的静力分析●根据题目恰当地选择研究对象，研究对象可以是一个物体或一个物系。●取分离体。●在分离体上画出构件所受的主动力，并标出各主动力的名称。●根据约束的类型确定约束反力的位置与方向，画在分离体上，并标出各约束反力的名称。2.3.1力在坐标轴上的投影如图所示，将力F投影到x轴和y轴，令力F与坐标轴x的夹角为α，与坐标轴y的夹角为β。力F在x轴和y轴上的投影分别为：2.3平面汇交力系返回第2章杆件的静力分析X=FcosαY=Fsinα=Fcosβ化简得2.3.1力在坐标轴上的投影如图所示，若令力F1、F2、F3、F4构成的多边形合力为FR，各分力在x轴和y轴投影的和分别为：2.3平面汇交力系第2章杆件的静力分析化简得FRx=X1+X2－X4=∑XFRy=－Y1+Y2+Y3+Y4=∑YFRx=∑X，FRy=∑Y2.3.2平面汇交力系的合成几何法如下图所示，力F1与力F2汇交于点A，由力的平行四边形法则或者力的三角形法则可以求出合力FR。2.3平面汇交力系第2章杆件的静力分析两个共点力的合成2.3.2平面汇交力系的合成几何法如图（a）所示，力F1、F2、F3、F4汇交于点A，求合力FR。合力FR的大小和方向如图（b）所示，作用点仍为A，我们称ABCDE为力多边形。以力的多边形求合力的规则称为力的多边形法则。平面汇交力系的合力等于各分力的矢量和，合力的作用线通过各力的汇交点，即2.3平面汇交力系第2章杆件的静力分析任意个共点力的合成解析法利用合力投影定理，求出合力的大小，确定合力的方向。2.3.3平面汇交力系平衡的几何条件平面汇交力系平衡的充要条件是FR=∑F=0。平面汇交力系平衡的充分与必要的几何条件是：力多边形自行封闭或力系中各力的矢量和等于零。如下图所示的情况，即力多边形自行封闭或者说合力为零。2.3平面汇交力系第2章杆件的静力分析2.3.4平面汇交力系平衡的平衡方程平面汇交力系平衡的充分与必要条件是该力系的合力为零。即此方程为平衡的充要条件，也叫平衡方程。2.3平面汇交力系第2章杆件的静力分析2.4.1力矩1.力矩的概念和性质我们将力F对点O的矩定义为力F的大小与从O点到力F的作用线的垂直距离h的乘积，即MO（F）=±Fh力矩的表示方法如右图所示，方向用右手螺旋法则确定：以使物体作逆时针转动为正（图示为正），作顺时针转动为负。将O点到力F的作用线的垂直距离h称为力臂。2.4力矩、力偶、力的平移第2章杆件的静力分析返回2.4.1力矩2.合力矩定理平面汇交力系的合力对平面内任意一点之矩等于力系中所有各分力对同一点之矩的代数和，即3.力矩与合力矩的解析表达式如右图所示，已知力F、作用点A（x，y）及其夹角。求力F对坐标原点O之矩，即2.4力矩、力偶、力的平移第2章杆件的静力分析2.4.2力偶1.力偶及其性质两个大小相等、不共线的反向平行力称为力偶。如图所示，若力F=F′且相互平行，则F和F′构成力偶。由F和F′构成的平面称为力偶作用面，d称为力偶臂。力偶使物体产生的转动效应一般通过力偶矩来衡量，力偶矩的大小为Fd，方向由右手法则确定，平面力偶矩也为代数量，用M（F，F′）来表示，即M（F，F′）=±2S△ABC=±Fd2.4力矩、力偶、力的平移第2章杆件的静力分析2.4.2力偶2.平面力偶系的合成与平衡作用在物体同一平面的多个力偶称为平面力偶系。设有两个力偶，分别为M1（F1，F′1）和M2