机械基础整套课件电子教案.pptx

机械基础绪论INTRODUCTION1仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY知识目标：1.了解本课程的任务、内容和学习要求；2.了解机器的组成与种类，机器、机构、构件、零件；3.了解机械零件的材料、结构、承载能力、摩擦、磨损和润滑的基本要求；4.了解城规车辆中主要机械装置的名称。能力目标：1.能区分机器、机构的特征及异同点；能区分构件与零件；2.能分析机器中的各组成部分；3.能认识城规车辆上各机械装置及作用。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY人们的生活离不开机械，小的如螺钉、扳手，大的如城规车辆如图0-1、数控机床如图0-2。一般的机械可以分为两大类：一类可以使物体运动速度加快，称为加速机械，如自行车，高速铁路车辆、飞机；另一类是使人们能够对物体施加更大的力的作用，被称为加力机械，如挖掘机如图0-3、机床、千斤顶如图0-4等。图0-1城规车辆图0-3挖掘机图0-2数控机床图0-4千斤顶仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 0.1 课程概述一、课程性质、任务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，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。二、课程内容、基本要求、学习方法 1.课程内容内容由基础模块、综合实践模块和选学模块三部分组成。1).基础模块是各专业学生必修的基础性内容和应该达到的基本要求；主要有工程材料、杆件的受力分析与基本变形、机械传动、常用机构、轴系零件、机械的节能环保与安全防护。2).综合实践模块是结合专业对典型机械拆装、调试和分析为主的综合性实践教学内容；3).选学模块是根据专业培养的实际需要自主确定的选择性内容，主要包括机械零件的精度、气压传动和液压传动。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 2.课程基本要求通过本课程的学习，具备对构件进行受力分析的基本知识，会判断直杆的基本变形；具备机械工程常用材料的种类、牌号、性能的基本知识，会正确选用材料；熟悉常用机构的结构和特性，掌握主要机械零部件的工作原理、结构和特点，初步掌握其选用的方法；了解机械零件几何精度的国家标准，理解极限与配合、形状和位置公差标注的标注；了解气压传动和液压传动的原理、特点及应用，会正确使用常用气压和液压元件，并会搭建简单常用回路；能够分析和处理一般机械运行中发生的问题，具备维护一般机械的能力。具备获取、处理和表达技术信息，执行国家标准，使用技术资料的能力；能够运用所学知识和技能参加机械小发明、小制作等实践活动，尝试对简单机械进行维修和改进；了解机械的节能环保与安全防护知识，具备改善润滑、降低能耗、减小噪声等方面的基本能力；养成自主学习的习惯，具备良好的职业道德和职业情感，提高适应职业变化能力。3.学习方法 本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点。因此，根据课程特点，在学习方法上建议：1).结合所学专业中的机械设备，学生查阅相关资料，重视理论联系实践，为专业课打好基础，激发学生的学习兴趣。2).在教学中，学生开展常用工程材料、标准机械零部件的市场销售情况调查的活动；组织开展以小论文、小制作、小发明、小改革等为载体的创新思维训练。3).以专业背景，选择合适的课题，制作综合实践任务书，学生进行阶段性实习训练和综合实践，训练学生机械基础的综合能力。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY0.2 认 识 机 械机械是机器与机构的总称。机器应用示例，如图0-5所示。图0-5家用洗衣机仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 一、机器与机构机器是执行机械运用的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。机器就是人为实体（构件）的组合，它的各部分之间具有确定的相对运动，并能代替或减轻人类的体力劳动，完成有用的机械功或实现能量转换。按工作的类型，机器看分为三种，如表0-1。常用机器的类别及应用举例 类别作用实例动力机械用于变换能量的机器内燃机、电动机（如图0-6）等工作机械用于完成有用机械功或搬运物料起重机、高速铁路车辆（如图0-7）、机床信息机器用于实现信息变换计算机、传真机（如图0-8）表0-1图0-6电动机图0-7高速铁路车辆图0-8传真机仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY图0-9所示汽油机中的凸轮机构、曲柄滑块机构（如图0-10）、带传动机构、齿轮机构等。机构是具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递运动和力的构件系统，如图0-10曲柄滑块机构。机器与机构是有区别的，机器同时产生运动和能的转换，目的是利用或转换机械能以代替或减轻人的劳动；机构只产生运动的转换，目的是传递或变换运动。图0-9汽油机的组成图0-10曲柄滑块机构仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 二、机器的组成 以家用洗衣机为例，电动机产生的动力经皮带传动和减速器传动后，带动波轮旋转，整个洗衣过程由洗衣机中的控制器来控制的。一般机器主要由动力部分、传动部分、执行部分、控制部分组成，各组成部分的作用和应用举例见表0-2。机器各机器各组组成部分的作用及成部分的作用及应应用用举举例例组成部分作用应用举例动力部分把其他形式的能量转换为机械能，以驱动机器各部件运动等电动机、内燃机、空气压缩机传动部分将原动机的运动和动力传递给执行部分的中间环节城规车辆中的带传动、螺旋传动、齿轮传动等，机器中常有的传动有机械传动、液压传动、气压传动等执行部分直接完成机器工作任务的部分，处于整个传动装置的终端，其结构形式取决于机器的用途如金属切削机床的主轴、托板，城规车辆中的车体、车门控制部分包括自动检测部分和自动控制部分，其作用是显示和反映机器的运行位置和状态，控制机器正常运行和工作数控机床、轨道车辆中的控制装置表0-2仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY动力部分传动部分执行部分控制部分动力部分、传动部分、执行部分和控制部分之间的关系如下：仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 三、构件与零件 1.构件与零件构件是机构运动的最小单元体，也就是相互之间能作相对运动的物体，如图0-11连杆。零件是机器的最小制造单元，如图0-12连杆由螺栓、螺母、轴瓦、连杆头、连杆体等组成。图0-11曲柄滑块机构中的连杆图0-12组成连杆的各零件综上所述，机械是机器与机构的总称，最简单的机器是由一个机构组成；机构由构件组成，构件由零件组成。一台机器是由许多的零件组合而成，零件是机器的基本组成单元，也是制造单元；在拆装机器时，零件也是不能再拆分的最小单元。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 2.构件的基本要求：各种机械和工程结构都是由若干个构件组成，这些构件在工作时都要承受力的作用。为了保证构件在使用寿命内和规定工作条件能正常工作，构件必须满足以下要求。1）有足够的强度保证构件在外力作用下不发生破坏，是构件能正常工作的前提条件。构件的强度就是构件在外力作用下抵抗破坏的能力。2）有足够的刚度构件在外力的作用下产生的变形不能影响其正常工作，应在允许的限度内。构件的刚度就是构件在外力作用下抵抗变形的能力。3）有足够的稳定性某些细长杆件（或薄壁容器）在轴向压力达到一定的数值时，会突然变弯，或由此折断，失去正常工作。稳定性就是指构件保持原有状态的平衡的能力。保证构件有足够的强度、刚度、稳定性的前提下，构件能够承受的最大载荷称为构件的承载能力。这些都与材料的力学性能有关，而材料的力学性能必须通过实验来测定。而且有些实际机械工程中的问题并不能用已有的理论来解决，还需要用实验解决，或者还有待于研究新的理论。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 四、机械零件的材料机器是由各种零件构成的系统，因此零件的材料、结构以及加工精度将影响机器的性能，以轨道车辆为例，车辆上不同零部件采用不同材料加工制造而成，其中80为金属材料，其余为非金属材料，从车辆的设计、制造到车辆的维护都涉及材料，认识机器的常用材料很有必要。1.认识常用金属材料1）金属材料金属材料:同一金属元素或以金属元素为主要组成的并具有金属特性的工程材料，包括纯金属和合金。由于纯金属的强度、硬度都较低，所以合金已被广泛使用，金属材料分为两大类：黑色金属和有色金属。黑色金属是指钢铁材料；有色金属是指钢铁材料以外的金属材料，如铝、镁、铜及其合金。2）常见金属机械零件的材料与属性齿轮减速箱上主要零件的材料表0-13所示。有关金属材料详细将在单元3讨论。图0-13一级减速器零件拆分图仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY表0-3齿轮减速器上主要零件的材料零件名称材料种类使用性能要求材料属性箱体HT200、HT250具有散热好、防腐能力强且精度高黑色金属轴45钢、40Cr钢受力复杂，应具备足够刚度、强度等良好的综合力学性能的材料，锻造成形及严格切削加工和热处理制成黑色金属小齿轮40Cr高硬度、高精度的钢材或进行热处理加工，具有良好的铸造性能或切割性能黑色金属大齿轮45钢高硬度、高精度的钢材或进行热处理加工，具有良好的铸造性能或切割性能黑色金属键45钢抗挤压、抗剪切、抗冲击等良好的力学性能黑色金属螺栓Q235抗拉强度高、耐腐蚀黑色金属垫片黄铜、尼龙耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐磨损有色金属滚动轴承GCr15、GCr15SiMn耐磨性能和接触疲劳性能，有较理想的加工性能，具备一定的弹性和韧性。黑色金属仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY2.认识常用非金属材料机器上常用的非金属材料有橡胶、工程塑料、工程陶瓷和润滑材料。）橡胶橡胶是一种具有高弹性的有机高分子。它有一定的强度，具有优异的抗疲劳性以及良好的耐磨、密封、绝缘、隔声、缓冲、防腐、减震等性能。应用很广，橡胶同步带如图0-14，橡胶密封圈如图0-15，轨道车辆连接装置中的橡胶缓冲装置0-16。图0-14橡胶同步带图0-15橡胶密封圈图0-16车辆橡胶缓冲装置仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY）工程塑料塑料是以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂，在一定的温度和压力下塑制成型的有机高分子材料。工程塑料是指可以作为结构件的塑料，如工程塑料泵（图0-17）、工程塑料轴承（图0-18）。图0-17工程塑料泵图0-18工程塑料轴承仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY3）工程陶瓷工程陶瓷是以天然或人工合成的各种无机化合物为基本原料，经制料、成型和烧结而成的。它具有高硬度、高抗压强度、高耐磨性、绝缘、优良的抗氧化性和耐腐蚀等特点。如陶瓷刀具（图0-19）、陶瓷火花塞（图0-20）。图0-19陶瓷刀具图0-20陶瓷火花塞仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY）润滑材料润滑材料是指加到运动副之间，保证接触面不受损害，降低摩擦和提高工作效率的一种工程材料。常用的有润滑油（图0-21）和润滑脂（图0-22）。图0-21润滑油图0-22润滑脂仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 五、摩擦、磨损与润滑五、摩擦、磨损与润滑摩擦与磨损是机器运转过程中不可避免的物理现象，如齿轮的轮齿磨损（图0-23）、齿轮轴安装轴承处的磨损（图0-24）。在实际工作中，两构件相互接触并有相互运动的过程中必然产生物质和能量的消耗，世界上1312的能源消耗在摩擦上，因磨损失效的机械零件也占全部失效零件的一半以上。磨损是摩擦的结果，润滑是减少摩擦和磨损的有力措施。图0-23齿轮轮齿磨损图0-24齿轮轴安装轴承处的磨损仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 1.摩擦摩擦摩擦是指相对运动（或者有相对运动趋势）的两个物体，在接触面上的阻碍相对运动的现象。相互摩擦的两个物体构成一个摩擦副。根据摩擦副的运动形式分为滑动摩擦和滚动摩擦；根据摩擦副的摩擦状态可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。如图0-25。1）干摩擦两物体的滑动表面无任何润滑剂或保护膜的摩擦。如盘式制动。2）流体摩擦两物体表面不直接接触，被润滑膜隔开。如液体动力轴承、磁悬浮列车。3）边界摩擦两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开。如减速器齿轮。4）混合摩擦处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。如滑动轴承的轴瓦。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 磨损磨损 运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。磨损会降低机器的工作可靠性，影响机器的精度，最终导致机器报废。）磨损过程）磨损过程磨损过程大致可分为以下三个阶段，磨损曲线如图0-26所示。（）跑和（磨合）磨损阶段。机件运转初期，摩擦副的接触面较小，单位面积实际载荷较大，磨损速度较快。（）稳定磨损阶段。该阶段由于摩擦副的有效面积增大，单位面积实际载荷较小，磨损平稳而缓慢。（）剧烈磨损阶段。该阶段运动副的间隙不断增大，磨损加剧，直至零件或机器失效。图0-26磨损曲线仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY ）磨损类型）磨损类型按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，把磨损分为：（）磨粒磨损。由于摩擦表面上硬质突出物或外部进入摩擦表面的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。（）黏着磨损。摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生黏着作用，使材料由一表面转移到另一表面的磨损。（）疲劳磨损。摩擦表面受循环接触应力作用到达一定程度时，就会在零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，会造成许多微粒从零件表面上脱落下来，致使工作表面出现许多浅坑。（）腐蚀磨损。在摩擦过程中，金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 润滑润滑 在摩擦副的表面加注润滑油，摩擦阻力会明显降低。润滑油在各种机械中的作用如下：（）润滑作用：润滑材料被添加到相对运动机件的摩擦面上，使其脱离直接接触，达到降低摩擦和减少磨损的作用。（）冷却作用：随时将摩擦热排出机件外。（）洗涤作用：润滑材料在流动过程中，将摩擦面污物清洗排除。（）防腐蚀作用：保护摩擦表面不受侵蚀。另外，润滑材料还有密封、减振等作用。详细内容将在单元中介绍。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 0.3 认识轨道交通车辆中的机械认识轨道交通车辆中的机械 城市轨道交通车辆由机械部分、电器部分和空气管路三大部分组成。机械部分是有车体、车门、连接装置、转向架和制动装置组成。车体车体车体是容纳旅客和司机驾驶（有驾驶室的车辆）的部分。是安装与连接其他设备和部件的基础。城市轨道交通车辆车体采用大断面铝型材或不锈钢材全焊接结构，一般均设有底架、侧墙（车窗、车门）、端墙、车顶棚等如图0-27。分有驾驶室车体和无驾驶室车体。图0-27车体客室内装包括地板、预制成型的顶板、侧墙板、端墙板、侧顶盖板、车窗、空调系统进、排风口等，客室一般安装有乘客座椅、照明灯、立柱扶手、灭火器、乘客信息显示器和图像显示屏、广播喇叭、乘客与司机对讲装置、紧急开门装置及车门状态指示灯、安全监控摄像头、电气控制柜等。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY二、车门二、车门车门包括客室车门如图0-28、驾驶室侧门、客室与驾驶室通道门、驾驶室前端疏散门如图0-29。目前，客室车门主要有内藏门、外挂门、塞拉门三种结构形式。客室门关系到乘客的安全，要求在运行中必须可靠锁闭，在设计上通过监测装置将车门状态与列车牵引指令电路联锁。同时，为了应对故障或意外的紧急情况，每个车门都配置了可现场操作切除装置和紧急开门装置。图0-28客室车门图0-29驾驶室紧急疏散门仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 三、车体连接装置三、车体连接装置车体连接装置包括车钩缓冲装置和贯通道装置。车钩缓冲装置（图0-30）装在底架牵引梁上，是车辆的一个安全部件。其作用是：将车辆与车辆之间互相连接、传递牵引力、缓和冲击力。贯通道装置（图0-31），实现两节车体客室之间的柔性连接，是车辆通过曲线轨道的关键部位，使乘客可在车厢之间走动，从而使乘客均匀分布。图0-30车钩缓冲装置图0-31车辆贯通装置仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 四、转向架四、转向架转向架又叫走行部，它是能相对车体回转的一种走行装置。转向架又分为动力转向架和非动力转向架两种。用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶并承受和传递来自车体及线路的各种载荷，缓和其动力作用，它是保证车辆运行品质的关键部件。如图0-32转向架一般由构架（图0-33）、轮对轴箱装置（图0-34）、二系悬挂装置（图0-35）、基础制动装置等组成。对于动力转向架还装有驱动装置（图0-36牵引电机与齿轮箱）。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 五、制动装置五、制动装置车辆制动的主要作用是用以产生制动力，保证运行中的列车按需要减速或在规定的距离内安全停车，以及防止静止的车辆溜走，保证行车安全。城市轨道交通车辆制动系统拖车上只安装气压制动装置，常用的气压制动的供气设备有活塞式空气压缩机、螺杆式空气压缩机，如图0-37所示。常见的气压制动的基础制动装置有闸瓦制动装置，盘形制动装置如图0-38、图0-39所示。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY动车除安装有气压制动装置外，还有再生制动、电阻制动装置，此外有的车辆还装有磁轨制动装置、液压制动装置等，如图0-40所示。THANKYOU仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY机械基础杆件的静力分析INTRODUCTION1仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY知识目标：1.理解力的概念与基本性质；2.了解力矩、力偶、力向平面内点的平移；3.了解约束、约束力，掌握力系的概念。能力目标：1.会对物体进行受力分析；2.能作杆件的受力图。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 1.1 力的概念与基本性质一、力的概念1力的定义 力是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。外效应：改变物体运动状态的效应。如图1-1内效应：引起物体变形的效应。如图1-2。2.力的三要素力对物体的作用效果取决于力的大小、方向、作用点，这三个因素称为力的三要素。(1)力的大小。这是物体相互作用的强弱程度。在国际单位制中，力的单位为牛顿(N)或千牛顿(kN)。使质量为1kg的物体产生1m/sz加速度所需的力为1N0(2)力的方向。包含力的方位和指向两方面的含义。(3)力的作用点。这是指物体上承受力的部位。力的作用位置实际上有一定的范围，当作用范围与物体相比很小时，可以近似地看作是一个点。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY3.力的图示方法力是一个既有大小又有方向的矢量。如图1-3所示，力用一条带有箭头的线段来表示，线段的起点或终点表示力的作用点;线段长度(按一定的比例)代表力的大小;线段所在的作用线位置表示力的方位，箭头的指向表示力的方向。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 二、力的基本性质V带传动是由一条或数条V带和V带带轮组成的摩擦传动。公理1 二力平衡公理作用在同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是:这两个力大小相等，方向相反，且在同一直线上，如图1-4所示。只受两个力作用而平衡的构件，叫二力构件，如图1-5所示。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY公理2 力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定，如图1-6所示。以FR表示力F1，和力F2的合力，则可以表示为:FR=F1+F2即作用于物体上同一点两个力的合力等于这两个力的矢量和。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY公理3 加减平衡力系公理在作用于刚体上的已知力系上，加上或去掉任意个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。推论1 力的可传性原理作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点，而不改变该力对刚体的作用，如图1-7所示。推理2 三力平衡汇交定理作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点，如图1-8所示公理4 作用力与反作用力公理两物体间的作用力与反作用力，总是大小相等、方向相反，沿同一直线并分别作用于两个物体上。作用力与反作用力分别作用于两个不同物体上，总是同时出现，一般用同一字母来表示作用力与反作用力，如F表示作用力，F表示反作用力，如图1-9所示。例:吊灯的受力分析(图1-10)。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 1.2 力矩、力偶、力的平移一、力矩1力矩与合力矩力矩与合力矩为了描述力对物体的转动效应，引人力对点之矩的概念。力对刚体绕某一固定点的转动效应，不仅与力的大小、方向有关，而且与固定点到该力的作用线的距离有关。固定点叫作矩心，该作用力到矩心的距离称为力臂。那么，力的大小与力臂长度的乘积，称为力矩。即:MO(F)=Fd式中:MO(FR)力F对O点之矩，NmF作用力，N或kN;d力臂，m或mm合力矩定理:平面汇交力系的合力对于平面内任意一点之矩，等于所有各力对于该点之矩的代数和即:MO（FR）MO（F1）MO（F2）MO（Fn）MO（Fi）MOMOlMO2MOnMOi=MO式中：MO（FR）-合力FR对O点之矩，单位Nm或kNm；MO（Fi）-力系中各分力对O点之矩的代数和，单位Nm或kNm。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY2力矩的计算 例：如图所示，F1=50kN，F2=100kN，AB=6m。试分别求F1、F2对A点的矩。解：力F1使杆AB绕A点逆时针转动力F2将使AB杆绕A点顺时针转动仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY二、力偶 在日常生活中，我们会遇到用扳手拧螺母这种情况，还会遇到这样的情况，比如用手转动汽车方向盘、用手开水龙头、用钥匙开锁等等，如图所示：1.力偶由两个等值、反向、不共线的平行力组成的力系，称为力偶，如图所示：记作（F,F）。力偶中两力所在平面称为力偶作用面，力偶中两力作用线之间的垂直距离称为力偶臂，用字母d表示。由以上例子可知，力偶对物体产生转动效果。2.力偶矩 力偶由两个力组成，它的作用是改变刚体的转动状态。因此，力偶对刚体的转动效果，可以用力偶的两个力对其作用面内任一点的矩的代数和来度量。即力偶矩。在同一平面中，两个力中其中任一个力与两个力之间的距离（力偶臂）的乘积称为力偶矩，单位：牛顿米（Nm）。一般记为Mo(F,F)，简单记为MMo(F,F)=Fd或M=Fd式中：Mo(F,F)或M-力偶矩，单位Nm或kNm；F-作用力，单位N或kN；D-力偶臂，单位m或mm。对于力偶矩的正负，通常规定，在同一平面内，逆时针方向转动的力偶矩为正，顺时针方向转动的力偶矩为负。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY3.力偶的性质力偶是两个特殊的有关联的力组成的，因此具有与单个力所不同的性质。性质一：力偶无合力力偶的两个力在任何坐标轴上的投影代数和为零，既力偶不能与力等效，因此力偶也不能与力平衡。性质二：力偶对刚体的作用效果取决于力偶的三要素，而与力偶的作用位置无关。性质三：力偶的两个力对其作用面内任一点的矩的代数和恒等于力偶矩，而与矩心位置无关。由于矩心O是任取的，因此，力偶矩与矩心的位置无关。三、力的平移定力力的平移定理：作用在刚体上力的F，可以平移到其上任一点，但必须同时附加一力偶，其力偶矩等于力F对该点之矩。即：M=M0（F）.力偶的转向与原力对新作用点之矩的转向相同。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 1.3 物体受力分析一、约束1概念自由体：可以在空间作任意运动的物体，如飞机、火箭等；非自由体：受到其它物体的限制，沿着某些方向不能运动的物体。如悬挂的重物。约束：阻碍物体运动的限制。约束通常是通过物体间的直接接触形成的。约束反力：当物体沿着约束所阻碍的运动方向运动或有运动趋势时，约束对其必然有力的作用，以限制其运动，这种力称为约束反力。简称反力。约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反，它的作用点就在约束与被约束的物体的接触点，大小可以通过计算求得。2约束的类型（1）由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束由柔软而不计自重的绳索、链条、传动带等形成的约束称为柔体约束。绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY（2）光滑接触面的约束两个相互接触的物体，如果接触面上的摩擦力很小而略去不计，那么由这种接触面所构成的约束，称为光滑接触面约束。约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。而与力偶的作用位置无关。3)光滑圆柱铰链约束圆柱铰链简称铰链，它由一个圆柱形销钉插人两个物体的圆孔中而构成，如图1-19所示。铰链约束只能限制两物体相对移动，不能限制其相对转动。铰链约束具体有三种形式。图1-17光滑接触面的约束仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY(1)固定铰支座若相连的两个构件有一个固定在机架上，则称为固定铰链支座，如图1-20所示。(2)中间铰链若相连的两个构件均无固定，则称为中间铰，如图1-21所示。(3)活动铰链支座。若在固定铰支座的下面有辊轴，支座可以沿支承面移动，称为活动铰链支座，如图1-22所示。活动铰链支座只限制物体沿垂直于支承面方向的运动，不能限制物体沿支承面的运动和绕销钉的转动。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY二、受力图解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，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，这个过程称为物体的受力分析。受力图是画出分离体上所受的全部力，即主动力与约束力。画受力图的步骤:(1)选研究对象，取分离体。(2)画上主动力。(3)画出约束反力。例1-2简支梁两端分别为固定铰支座和可动铰支座，在C处作用一集中荷载F(图1-23)，梁重不计，试画梁AB的受力图。解:(1)取研究对象;画分离体图。(2)在分离体上画所有主动力。(3)在分离体上解除约束处按约束性质画出全部约束力，见图1-24。机械基础直杆的基本变形INTRODUCTION2仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY知识目标:理解直杆轴向拉伸与压缩的概念；了解内力、应力、变形、应变的概念；理解材料的力学性能及其应用；理解剪切与挤压时的应力；理解圆轴扭转的概念；掌握直梁弯曲的概念。能力目标:会判断直杆的基本变形；会判断连接件的受剪面与受挤面；会在万能试验机上观察：在静载荷作用下，低碳钢试件拉伸、铸铁试件拉伸和压缩时的现象，记录试验过程和结果，解释相关力学性能含义，或利用多媒体进行模拟试验。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY能力目标仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY知识目标：1.了解本课程的任务、内容和学习要求；2.了解机器的组成与种类，机器、机构、构件、零件；3.了解机械零件的材料、结构、承载能力、摩擦、磨损和润滑的基本要求；4.了解城规车辆中主要机械装置的名称。能力目标：1.能区分机器、机构的特征及异同点；能区分构件与零件；2.能分析机器中的各组成部分；3.能认识城规车辆上各机械装置及作用。在工程实践中，把长度远大于横截面尺寸的构件称为杆件。杆件在外载荷的作用下可能会发生形状的变化，称为变形。常见的基本变形有轴向拉伸和压缩、剪切与挤压、弯曲变形、扭转和组合变形，如图所示。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 2.1 直杆轴向拉伸与压缩一、轴向拉伸与压缩的概念内燃机作功时，连杆受压缩时的受力如图2-2所示1内力的概念 受力特点:两端受大小相等、方向相反的外力作用，外力(或其合力)的作用线与杆的轴线重合。变形特点:杆件产生沿轴线方向的伸长或缩短，同时伴随横向尺寸的变化(减小或增大)。轴向拉伸，两端受拉力作用，杆的变形是轴向伸长、横向减小。轴向压缩，两端受压力作用，杆的变形是轴向缩短、横向增大。受力构件内相邻两部分间的相互作用力，称为内力(图2-3)。由Fx=0：得到那么：作用线与杆的轴线重合的内力FN称为轴力，轴力的符号规定：指离截面为正，指向截面为负。2.轴向拉伸与压缩的应力 试问：下面两根材料相同的杆件哪一根容易破坏？（图2-4）仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY3.带传动的类型带传动根据其工作原理不同，可以分为：摩擦型带传动和啮合型带传动。如图6-3。属于摩擦型带传动中按截面形状分：平带传动、圆带传动、V带传动；啮合型带传动有同步带。本课题主要讨论摩擦型带传动中应用最广的V带传动。a)摩擦型带传动不同截面b)啮合型带传动图6-3带传动的类型仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 二、材料的力学性能材料力学性能(机械性能):是指材料在外力作用下，在变形和强度方面所表现出来的特性。拉伸试验是研究材料力学性能最基本、最常用的试验1.低碳钢的拉伸试验从低碳钢的应力一应变曲线可以看到，在整个拉伸试验过程中，与拉伸图中所示的I，II，III，IV四个阶段相对应，应力与应变之间的关系也大致可分为如下的四个阶段:仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY（1）弹性阶段，即OB直线段。当应力未超过点B所示的数值以前，若将所加的荷载去掉，试件的变形可全部消失，使试件完全恢复到原有的形状和大小。如前所述，我们称材料的这种性质为弹性，将能随着外力去掉而消失的变形叫做弹性变形，故这一阶段称为弹性阶段。由图中还可看到OA段为一直线，这表示应力与应变成正比关系（即线性关系）。超过点A以后，这种正比关系即不存在了，故我们将相应于点A的应力叫做材料的比例极限，并用符号表示，而将相应于弹性阶段最高点B的应力叫做材料的弹性极限，并用符号表示。材料的弹性变形一般很小，比例极限和弹性极限的数值也非常接近，故有时也将它们混同起来统称为弹性极限。在工程实用中一般并不需要测定材料的这两个极限应力。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY（2）屈服阶段。当荷载继续增加，使应力接近点C所示的应力值时，应变的增长将比应力的增长要快一些，且在过点C以后一直到点D时，几乎应力保持不变而应变却继续不断地迅速增加，这种现象称为材料的屈服（或流动）。这时，在试件表面上将会出现大约与试件的轴线成45方向的条纹（图2-9），它们是因试件显著变形时在材料的微小晶粒之间发生了相互滑移所引起的，通常称为滑移线（或剪切线）。我们把与点C相对应的应力叫做材料的屈服极限（或流动极限），并用符号表示，故这一阶段称为屈服阶段（或流动阶段）。材料在屈服阶段内所产生的变形是塑性变形，在外力去掉后不能消失。材料能产生塑性变形的这种特性称为塑性。试验证明，低碳钢在屈服阶段内所产生的应变可达到比例极限所有应变的1015倍。考虑到低强度钢材在屈服时会发生较大的塑性变形，使构件不能正常地工作，故在进行构件设计时，一般应将构件的最大工作应力限制在屈服极限以内。是衡量钢材强度的一个重要指标。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY（3）强化阶段。经过屈服阶段以后，钢材因塑性变形使其内部的晶体结构得到了调整，抵抗能力有所增强，故如图2-10中DE段曲线所示，应力又逐渐升高，这个阶段称为强化阶段。与曲线最高点E相对应的应力是材料在被拉断前所能承受的最大应力，叫做材料的强度极限（或极限强度），用符号 表示，它也是衡量材料强度的一个重要指标。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY（4）颈缩阶段。当应力超过强度极限以后，试件的变形开始集中在某一小段内，使此小段的横截面面积显著地缩小，出现如图2-9c所示的颈缩现象。由于这时试件的横截面面积缩小得非常迅速，使施加于试件的拉力不但加不上去，反而会自动地降下来一些，一直到试件被拉断，如图2-10中EF段曲线所示。这一阶段称为颈缩阶段（或局部变形阶段）。试件断裂后，其弹性变形就消失了（与这种弹性变形相应的弹性应变如图2-10中的线段HG所示），只剩下塑性变形（与这种塑性变形相应的塑性应变如图2-10中线段OH所示）。仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY显然，根据低碳钢的应力应变曲线可确定低碳钢的一些主要力学性质，例如：屈服极限、强度极限是衡量其强度的两个重要指标，而塑性应变是恒量其塑性的一个重要指标。作为衡量材料塑性的重要指标，其值常用百分数表示，称为伸长率（或延伸率），并用符号表示，即式中的l1是试件断裂后标矩段的总长度（试验完后需测出的），是试件断裂后标矩段的总伸长。在工程实际中，通常将发生显著塑性变形（）以后才断裂的材料称为塑性材料，而将在没有发生显著变形以前（12m/s时，采用油泵喷油润滑。开式齿轮常采用人工定期润滑，可用润滑油或润滑脂。图6-37 齿轮润滑方式仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY6.4蜗杆传动蜗杆传动一、蜗杆传动概述一、蜗杆传动概述蜗杆传动主要用在传递空间垂直的两轴间的运动和动力。1.蜗杆传动的组成蜗杆传动的组成如图6-38蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，通常由蜗杆（主动件）带动蜗轮（从动件）转动，并传递运动和动力。图6-38蜗杆传动蜗杆；蜗轮仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY1）蜗杆结构）蜗杆结构蜗杆通常与轴合为一体，如图6-39。）蜗轮结构）蜗轮结构蜗轮常采用组合结构，如图所示。图6-39 蜗杆结构图6-40蜗轮的结构仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY2.蜗杆的分类蜗杆的分类按蜗杆形状可以分为圆柱蜗杆传动（如图6-41）、环面蜗杆传动（如图6-42）、锥蜗杆 传动（如图6-43）。按蜗杆螺旋线方向分为左旋蜗杆、右旋蜗杆。如图6-44所示。右手法则：手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向一致，则该蜗杆或蜗轮为右旋，反之则为左旋。如图6-44。按蜗杆头数分为单头蜗杆、多头蜗杆。如图6-45。图6-41 圆柱蜗杆传动 图6-43 锥蜗杆传动 图6-42 环面蜗杆传动图6-44蜗杆的旋向 图6-45 蜗杆的头数仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 3.蜗轮回转方向的判定蜗轮回转方向的判定 1）判断蜗杆或蜗轮的旋向右手法则：手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向一致，则该蜗杆或蜗轮为右旋，反之则为左旋。如图6-46。图6-46 蜗轮的旋向2）判断蜗轮的回转方向左、右手法则：左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，用四指弯曲表示蜗杆的回转方向，拇指伸直代表蜗杆轴线，则拇指所指方向的相反方向即为蜗轮上啮合点的线速度方向，如图6-47。图6-47蜗轮的回转方向仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY二二.蜗杆传动的主要参数和啮合条件蜗杆传动的主要参数和啮合条件在蜗杆传动中，其几何参数及尺寸计算均以中间平面为准。通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面。如图6-48。图6-48蜗杆传动的中间平面仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY 1.蜗杆传动的主要参数 1)模数m、齿形角蜗杆的轴面模数mx1和蜗轮的端面模数mt2相等，且为标准值。蜗杆的轴面齿形角x1和蜗轮的端面齿形角t2相等，且为标准值。mx1mt2m x1t2202)蜗杆分度圆导程角（图6-49）指蜗杆分度圆柱螺旋线的切线与端平面之间的锐角。图6-49蜗杆分度圆导程角仅供内部使用FORINTERNALUSEONLY3)蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q切制蜗轮的滚刀，其分度圆直径、模数和其他参数必须与该蜗轮相配的蜗杆一致，齿形角与相配的蜗杆相同。为了使刀具标准化，限制滚刀的数目，对一定模数m的蜗杆的分度圆直径d1作了规定，即规定了蜗杆直径系数q，且q