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《理论力学实验》讲义 福州大学机械工程及自动化学院 机械设计系《工程力学》组编 二O O九 年 十一 月 前 言 科学和经济的发展，市场经济体系的建立，人才聘用的市场化，都对大学生的实际能力提出了很高的要求。培养和训练大学生的分析问题、解决问题的能力，培养和训练大学生的实践动手能力，是课程建设和课程教学的基本目标，为此，我们突破长期以来《理论力学》课程教学无实验的状态，初步建设了理论力学实验室，开展了《理论力学》实践教学活动。 《理论力学实验》作为《理论力学》新教学体系的重要组成部分，目的是通过这样一组实践教学环节的实施，开阔学生的眼界，加强《理论力学》的工程概念，了解这门课程与工程实际的紧密关系，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。大量与《理论力学》相关的产品和科研成果作为《理论力学实验》实践教学的内容，通过参观图片实物、实验演示以及学生自己观察、分析和动手实践达到实验的目的。实验的结果考核将采取填写实验报告、撰写小论文和交习作的形式进行。 目前，《理论力学实验》主要包括三项内容： 静力学、运动学和动力学创新应用实验。 动力学参数测定实验。 运动学和动力学计算机模拟仿真实验。 第一项实验 静力学、运动学和动力学创新应用实验 实验目的 通过大量工业产品和科技成果向学生展示《理论力学》的工程意义和工程应用，开阔学生的眼界。 通过学生对大量工业产品和科技成果的观察分析，通过学生动手操作，加深对《理论力学》基本概念的理解，巩固力学分析方法的掌握。 培养、训练学生的创新思维，提高、锻炼他们建立力学模型的能力。 仪器设备 挂图、照片。 40余套产品、模型、设备和零部件。 实验内容 和的关系。 二者的过程关系如下图： （二）桑塔那汽车用的千斤顶受力分析与自锁条件 千斤顶受到平面汇交力系的作用，已知车重，容易求得和。进一步，利用虚位移原理，可以求得手柄作用力： 当螺纹升角小于摩擦角（）时，千斤顶还将发生自锁现象： （三）膨胀螺钉的应用技术与约束反力分析 如图，膨胀螺钉的约束反力是一空间力系： 之所以能固接在墙中，机理如图，越大，静摩擦力也越大。 （四）管子钳的受力分析与剪刀钳的受力分析 管子钳的设计充分利用了力学原理： （五）兔子挠骨抗扭强度测试仪——空间力偶等效理论的应用 测试仪利用空间力偶等效理论，对下图的挠骨进行扭矩和转角的实验： 得到二者的关系如图： 其中右图为扭矩和愈合天数的关系曲线图。 （六）挖掘机部件的受力分析与求解各油缸的推力或拉力 灵活、正确的选取研究对象是求解静力学问题的诀窍，如图所示的挖掘机受力分析： （七）静、动滑动摩擦因数的测定装置 利用图示测定装置可以测定材料静、滑动摩擦因数： 简化得到力学模型： 利用临界条件和newton定律可以求得静、动摩擦因数。 （八）压延机的摩擦因数问题 压延机的压延厚度和摩擦因数有关。如图所示，要使得压延产生，必须使合力向右，进而可以求得厚度和因数的关系： 剥毛豆机是一应用实例。 （九）滑动摩擦不自锁——自动关门的摇皮 该设计同样应用了自锁原理，当升角（或倾角）不小于摩擦角时，机构无法实现静平衡。 （十）翻倒问题与起重机的稳定度 这是典型的平面平行力系的平衡问题，利用临界条件，可以求出平衡块的限重和稳定度： （十一）螺旋压榨机或螺旋拔销爪 利用虚位移原理，可以求出主动力和反作用力之间的关系： 其中：为螺旋半径，为螺纹升角。 （十二）桁架在桥梁设计中的应用与计算 工程实际中的桥梁设计广泛应用了理论力学的知识： A．拱桥 材料一般为脆性材料，单个构件受到平面汇交力系作用： B．桁架结构桥 构件受到平面汇交力系或一般力系的作用，应用节点法或截面法可以求解： 下图为一跨珩架在自重和一般载荷作用下的受力图： C．悬索桥 悬索上的每一个节点为一平面汇交力系作用点： D．斜拉桥 E．公路桥 必须指出，以上各种桥梁除了需要进行静力平衡分析外，还需要进行动力计算，如模态分析，固有频率计算等。 （十三）应力集中概念、空间杠杆原理和弯曲技术在磁砖切割机上的综合应用 瓷砖切割机综合应用了材料力学中的应力集中、理论力学中的杠杆原理和弯曲技术： （二） 运动学部分 （一）计算机驱动器变角速度的控制 驱动器中包含有涡轮蜗杆机构、摩擦传动和凸轮紧固等。为保证线速度不变，在信号接受点不断变动的情况下，驱动器转盘的角速度也是时变的： （二）旋转式、往复式剃须刀的比较，曲柄框架机构与外壳振动控制的技术 下图为剃须刀的示意图，其中包括可剃须区和不可剃须区： 在电机转速为定值的情况下，根据切削速度和转速的正比关系容易确定出最佳效果的剃须区域。 应用曲柄框架机构，将电机转动变为刀片的平动，显然比上面的旋转式更为合理和有效： 为了避免振动，可以采取两种方法：一是在