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1、41235绪论绪论机械概述机械的组成零件的材料、结构、承载能力零件的摩擦、磨损、润滑总结第1页/共67页课程设置课程设置u机械概述机械概述u机器的组成机器的组成u机器的结构机器的结构u机械的类型机械的类型第一节第一节 机械的组成机械的组成第2页/共67页一一.机械概述机械概述v机械是机器和机构的总称第3页/共67页图例图例第4页/共67页二二.机器的组成机器的组成v机器动力部分：机器的动力来源执行部分：直接完成工作任务传动部分：把动力部分的运动和动力传递给执行部分的中间装置控制部分：能够使机器的动力部分、传动部分、执行部分按一定的顺序和规律实现运动，完成给定的工作循环v图例说明：以冲压机为例说
2、明第5页/共67页三三.机器的结构机器的结构v零件：构成机器的不可拆的制造单元。分为通用零件和专用零件。通用零件：在各种机器中普遍使用的零件，如螺栓、轴等。专用零件：只在某些机器中使用的零件，如曲轴、连杆等。v部件：在机器中，由若干零件装配在一起构成的具有独立功能的部分。v构件：构成机器的各个相对运动单元，构件由一个零件或若干个零件刚性连接而成。v机构：用来传递运动和力的构件系统。第6页/共67页视频视频第7页/共67页按照机械用途的不同，机械分为四类按照机械用途的不同，机械分为四类：四四.机械的类型机械的类型机械动力机械：用来实现机械能与其他形式能量之间的转换，如电动机、内燃机、压缩机等。加
3、工机械：用来改变物料的状态、性质、结构和形状，如机床、轧钢机、粉碎机等。运输机械：用来改变人或物料的空间位置，如汽车、轮船、缆车等。信息机械：用来获取或处理各种信息，如打印机、计算机、电话等。第8页/共67页视频视频第9页/共67页 课程设置课程设置u零件的常用材料及选用零件的常用材料及选用u零件的结构工艺性零件的结构工艺性u零件的标准化、系列化、零件的标准化、系列化、通用化通用化u零件的强度零件的强度第二节机械零件的材料、结构和承载能力第10页/共67页一一.零件的常用材料及选用零件的常用材料及选用v常用材料：钢、铸铁、铜合金、铸造锡基和铅基轴承合金、工程塑料、橡胶v材料的选用原则使用要求工
4、艺要求经济性第11页/共67页二二.零件的标准化、系列化、通用化零件的标准化、系列化、通用化v零件的标准化：指将产品的形状、材料、尺寸、参数、性能等用“标准”予以统一规定并实施；v系列化：指对同一种零部件，在相同的基本结构和基本尺寸条件下，规定若干个辅助尺寸不同的规格，v通用化：指在不同规格的同类产品甚至不同类型的产品上采用同样的零部件。第12页/共67页三、零件的强度三、零件的强度失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时。失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时。机械零件的失效形式主要有：因强度不足而断裂，过大的弹机械零件的失效形式主要有：因强度不足而断裂，过大的弹性变形或塑性变
5、形，摩擦表面的过度磨损、打滑或过热，连性变形或塑性变形，摩擦表面的过度磨损、打滑或过热，连接松动，压力容器、管道等的泄漏，运动精度达不到要求等。接松动，压力容器、管道等的泄漏，运动精度达不到要求等。工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度，对载荷而言工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度，对载荷而言的工作能力称为承载能力。的工作能力称为承载能力。第13页/共67页1.1.载荷载荷机械工作时，机械零件所受的载荷是力（拉力、压力、切向力）或力矩（弯矩、转矩），或者是由力和力矩组成的联合载荷。静载荷：大小或方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。动载荷：大小和方向随时间变化的载荷。根据动力机的额定功率P
6、（kW）和额定转速n（r/min）计算出的载荷称为名义载荷，第14页/共67页l名义转矩为转矩，Nm从动力机到所计算零件之间的总传动比从动力机到所计算零件之间传动的总效率l载荷系数K与名义载荷的乘积称为计算载荷，以等表示，载荷系数，一般取第15页/共67页2、应力、应力材料单位面积上承受的内力称为应力，用材料单位面积上承受的内力称为应力，用表示表示,单位为单位为PaPa 1Pa=1N/m 1Pa=1N/m2 2 1KPa=101KPa=103 3 N/mN/m2 2 1MPa=101MPa=106 6 N/mN/m2 2 1GPa=10 1GPa=109 9 N/mN/m2 2公式：公式：应力
7、的分类：静应力、变应力、循环应力应力的分类：静应力、变应力、循环应力第16页/共67页3、零件的强度、零件的强度材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。根据工作条件的不同，强度分为静强度和疲劳强度根据工作条件的不同，强度分为静强度和疲劳强度根据破坏部位和破坏形式的不同，强度分为体积强度和根据破坏部位和破坏形式的不同，强度分为体积强度和表面强度。表面强度。体积强度：静应力下的强度、变应力下的强度体积强度：静应力下的强度、变应力下的强度表面强度：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损强表面强度：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损强度。度。
8、第17页/共67页 课程设置课程设置u机械中的摩擦机械中的摩擦u机械中的磨损机械中的磨损u机械中的润滑机械中的润滑第二节机械零件的摩擦、磨损和润滑第18页/共67页一、机械中的摩擦一、机械中的摩擦摩擦是两相互接触的物体有相对运动时，在接触处产生阻力摩擦是两相互接触的物体有相对运动时，在接触处产生阻力的现象。的现象。一般讲到的摩擦都是指外摩擦，两个相互摩擦的物体称为摩一般讲到的摩擦都是指外摩擦，两个相互摩擦的物体称为摩擦副。擦副。外摩擦的分类：外摩擦的分类：根据摩擦副的运动状态分为：静摩擦、动摩擦根据摩擦副的运动状态分为：静摩擦、动摩擦根据摩擦副的运动形式分为：滑动摩擦、滚动摩擦根据摩擦副的运动
9、形式分为：滑动摩擦、滚动摩擦根据摩擦副的表面润滑状态分为：干摩擦、边界摩擦、液根据摩擦副的表面润滑状态分为：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦。体摩擦、混合摩擦。第19页/共67页第20页/共67页二、机械中的磨损二、机械中的磨损磨损的类型：磨损的类型：粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。单位时间内材料的磨损量称为磨损率。单位时间内材料的磨损量称为磨损率。磨损过程：磨损过程：磨合磨损、稳定磨损、剧烈磨损。磨合磨损、稳定磨损、剧烈磨损。第21页/共67页三、机械中的润滑三、机械中的润滑正确选用摩擦副的材料组合，使摩擦因数小、磨损率低正确选用摩
10、擦副的材料组合，使摩擦因数小、磨损率低是减少磨损的先决条件是减少磨损的先决条件流体润滑：流体静力润滑、流体动力润滑流体润滑：流体静力润滑、流体动力润滑弹性流体动力润滑弹性流体动力润滑边界润滑边界润滑混合润滑混合润滑第22页/共67页第二章第二章 杆件的静力分析杆件的静力分析4123力的概念与基本性质力矩、力偶与力的平移约束力、约束反力、力系和受力图应用平面力系的平衡方程及应用第23页/共67页课程设置课程设置u力的概念力的概念u力的基本性质力的基本性质u思考与练习思考与练习第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质第24页/共67页一、力的概念一、力的概念v力是使物体的运动状态发生变化
11、或使物体产生变形的物体之间的相互机械作用，使物体的运动状态和形状发生改变。前者称为力的外效应，使物体产生变形称为力的内效应。v力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点，这三者为力的三要素。力的基本单位是牛顿（），常用单位还有千牛顿（k）等。第25页/共67页v力是矢量，常用一带有箭头的线段表示，线段的长度表示力的大小（按一定的比例尺），线段的方位和箭头的指向表示力的方向，线段的起点或终点表示力的作用点。通常用黑体字母表示力矢量。用同一字母非黑体字表示力的大小。（补充矢量）第26页/共67页二、力的基本性质二、力的基本性质作用与反作用定律两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、沿同一直
12、线，且分别作用在此二物体上。该公理说明，力总是成对出现的，有作用力就必有反作用力，二者同时存在同时消失。作用力和反作用力分别作用在两个物体上，第27页/共67页二力平衡公理作用于同一刚体（受力后变形不明显的物体称为刚体）上的二力使刚体平衡的必要与充分条件是：此二力大小相等、方向相反且作用于同一直线上。该公理是关于平衡的最简单、最基本的性质，作用在刚体上的力，可以沿其作用线移动到该刚体上任一点不改变它对刚体的作用效果。第28页/共67页力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力的合力仍作用于该点，其大小和方向由以此二力为邻边所构成的平行四边形的对角线来确定。平行四边形法则又称为矢量加法，它不仅
13、适用于力的合成，对所有矢量（如速度等）的合成均适用。第29页/共67页v已知合力求分力的过程，称为力的分解第30页/共67页课程设置课程设置u力矩力矩u力偶力偶u力的平移力的平移第二节 力矩、力偶与力的平移第31页/共67页一、力矩一、力矩v在力学上用F与d的乘积及其转向来度量力F使物体绕O点转动的效应，称为力F对O点的力矩，用符号MO(F)表示，公式表示：MO(F)=FdvO点称为力矩中心，称为矩心vO点到力F作用线的垂直距离d称为力臂，v规定使物体产生逆时针旋转的力矩为正值，反之为负值。v力矩的单位：Nm（牛米）kNm（千牛米）第32页/共67页例题例题例2-1如图所示，物体重量为G，放在
14、与与水平面成角的斜面上，试将重量G分解为沿斜面方向及垂直于斜面方向的两个分力第33页/共67页解：根据力的平行四边形法则对力进行分解，以重量G为对角线，以平行于斜面及垂直于斜面为两邻边，重量G沿斜面方向的分力具有下滑作用，其大小为F1=Gsin重量G垂直于斜面方向的分力具有正压力作用，其大小为F2=Gcos第34页/共67页二、力偶二、力偶v力学中，把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平行的一对平行力称为力偶，记作（F1,F2）,力偶矩公式表示：M(F1,F2)=Fdv力偶中两个力的作用线间的垂直距离d，称为力偶臂v两个力所在的平面称为力偶的作用面，v规定使物体产生逆时针旋转的力偶矩为
15、正值，反之为负值。v力偶矩的单位：Nm（牛米）kNm（千牛米）第35页/共67页第36页/共67页三、力的平移定理三、力的平移定理v作用在刚体上的力，可以平移到刚体上任意一点，但必须附加一个力偶才能与原来的力等效，附加的力偶等于原来的力对新作用点的力矩。第37页/共67页例2-2如图所示用钉锤拔钉，力F与锤柄AC垂直，F=200N，AB=410mm，BC=90mm，ACBC,试求F力对钉B作用的力矩，例题例题第38页/共67页解：以钉锤与平面的接触点B为矩心，由B向力F的作用线引垂线BD,力臂：拔钉的力矩为：MB（F）=FBD=2000.4=80Nm第39页/共67页例2-3如图所示锥齿轮宽度
16、中点分度圆半径为r=50mm，受轴向力Fx=300N，径向力Fy=200N,第40页/共67页解：由力的平移原理，可将Fr沿其作用线移到轴线上C点，可将Fx平移到轴线上，同时附加一力偶其力偶矩为：MB=Fxr=3000.05Nm=15Nmm力偶矩M和力Fr将使轴发生弯曲第41页/共67页作业作业一、填空1、机器主要由（）、（）、（）、（）四个部分组成。2、在各种机器中普遍使用的零件，称为（），只在某些机器中使用的零件，称为（）。3、按机械主要用途不同，可分为（）、（）、（）、（）等。4、（）是反映机械零件承受载荷时抵抗破坏能力的重要指标。5、机械工作时，机械零件所受的载荷是（）或（），或者是（
17、）。6、力对物体的效应取决于（）、（）和（），称为力的三要素。7、力的基本性质包括（）、（）、（）。8、力矩的单位是（）或（）。9、力偶是大小（）、方向（）、作用线（）的一对相互作用力。第42页/共67页作业作业一、填空1、机器主要由（）、（）、（）、（）四个部分组成。2、在各种机器中普遍使用的零件，称为（），只在某些机器中使用的零件，称为（）。3、按机械主要用途不同，可分为（）、（）、（）、（）等。4、（）是反映机械零件承受载荷时抵抗破坏能力的重要指标。5、机械工作时，机械零件所受的载荷是（）或（），或者是（）。6、力对物体的效应取决于（）、（）和（），称为力的三要素。7、力的基本性质包括（
18、）、（）、（）。8、力矩的单位是（）或（）。9、力偶是大小（）、方向（）、作用线（）的一对相互作用力。第43页/共67页二、名词解释1、机器：2、机构：3、零件：4、构件：5、力6、力矩三、计算题第44页/共67页1、如图所示扳手手柄长20cm，施加的力F为100N，求力F对O点的力矩(P37)。第45页/共67页2、如图所示，方向盘的直径为40cm，对方向盘施加的力F为200N，求力F的力偶矩？(P38)第46页/共67页课程设置课程设置u约束与约束力约束与约束力u力系力系u受力图受力图第二节 约束、约束反力、力系和受力图第47页/共67页一、约束与约束力一、约束与约束力v自由体：位移(表示
19、物体的位置变化，是矢量)不受任何限制的物体。v非自由体：位移受到限制的物体。v约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。v约束反力：约束作用于被约束物体上的力，也称为约束力。v约束力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反。第48页/共67页图例图例第49页/共67页约束力与主动力的区别约束力与主动力的区别主动力约束力定义物体受到的各种力，如重力、压力、切削力等，它们是促使物体运动或有运动趋势的力，工程上常称为载荷。约束力是一种阻碍物体运动的力，随主动力的变化而变化，特征大小与方向预先确定，可以改变运动状态，大小未知，取决于约束本身的属性，约束力的作用点在约束与被约束物体的接触处，约束力的
20、方向与约束所能限制的方向相反，第50页/共67页常见的约束类型常见的约束类型1.柔性约束柔性约束第51页/共67页2.光滑面约束光滑面约束第52页/共67页3.铰链约束铰链约束第53页/共67页第54页/共67页4.固定端约束固定端约束约束力包括限制移动的两个正交的约束力FxFy和限制转动的约束力偶MA。第55页/共67页第56页/共67页二、力系二、力系v一个物体或构件上有多个力的作用，这些力组成一个力系，若这些力在同一平面内，则称之为平面力系。v平面汇交力系：在平面力系中，若各个力的作用线全部汇交于一点称之为平面汇交力系。第57页/共67页v一般情况下，平面力系中各个力的作用线是任意分布的
21、，称之为平面任意力系。第58页/共67页二、物体的受力分析和受力图二、物体的受力分析和受力图v在工程中，要研究物体所受的力，需要把研究的物体从周围的物体中分离出来，将周围物体对它的作用以相应的主动力和约束反力代替，这种表示物体受力情况的简明图形，称为受力图。v这样分离出来的物体称为隔离体，周围物体对隔离体的各种力用力的矢量线表示在隔离体上。第59页/共67页第60页/共67页第61页/共67页第62页/共67页补充：功率与效率补充：功率与效率1、功率单位时间内所作的功称为功率，用P表示。功率的单位为W（瓦），工程中常以kW（千瓦）为单位，功率是机器的主要指标，对于直线运动：F外载荷，或有效作用力，Nv速度，m/s第63页/共67页l当机器的功率一定时，力和速度成反比，速度越大，力越小。对于回转运动：P圆轴传递的功率，kWn圆轴的转速，r/minM作用在轮轴上的外力偶矩，Nml当机器的功率一定时，转矩与转速成反比。第64页/共67页2、机械效率输入功率中的一部分用于克服有用阻力以完成指定的工作，称为有用功率。输入功率中的另一部分用于克服机械传动中的无用阻力，称为无用功率。机器工作时，输入的有用功率与输入功率之比，称为效率，用表示P=P1+P2=P1/P式中P输入功率，kWP1有用功率，kWP2无用功率，kW第65页/共67页第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页