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“理论力学实验”讲义
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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
(一) 静力学部分
(一)曲柄滚轮挤水拖把的受力分析与过程
其计算简图如图2,应用虚位移原理可以得出和的关系。
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,??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
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