机械工程导论第五讲PPT.ppt

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 主 要 内 容 理论力学及工程应用 材料力学 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 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 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 1.2 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（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：机构运动分析） 例：已知原动件 2 以角速度w2顺时针方向旋转，求图示位置时 从动件4的角速度w4。 解: ∵ P24为构件2、4等速重合点 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（应用举例） 例题：图示机构。已知z1＝20，J1；z2＝60，质量中心在B点，其转动惯量为J2，曲柄长为L；滑块质量为m3 、m4，其质心在G及D点。轮1驱动力矩M1，滑块4作用有阻抗力F4，取曲柄为等效构件，试求图示位置的等效转动惯量Je及等效力矩Me 等效转动惯量：