《機(jī)械基礎(chǔ)》課件 孟瑩 單元1-4 靜力學(xué)- 螺紋連接與螺旋機(jī)構(gòu)

01單元1靜力學(xué)學(xué)習(xí)情境一靜力學(xué)基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握靜力學(xué)的基本概念和公理；了解約束的基本類型；具備對(duì)物體進(jìn)行受力分析和繪制受力圖的能力。學(xué)習(xí)情境一靜力學(xué)基礎(chǔ)DAYINTEMPLATE導(dǎo)入

折疊梯子的AC、BC桿在C點(diǎn)用鉸鏈連接，并在D、E兩處用水平線繩相連。梯子的AC桿上有鉛垂載荷F，不計(jì)梯子自重和接觸面的摩擦。如何畫出梯子的受力圖？折疊梯子一、靜力學(xué)的基本概念和公理（一）靜力學(xué)的基本概念1.剛體：剛體是指在受力情況下形狀和大小都保持不變的物體。2.力的概念（1）力的定義----力是物體間相互的機(jī)械作用。力的效應(yīng)外效應(yīng)-----物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化內(nèi)效應(yīng)-----物體產(chǎn)生尺寸及形狀變化力的單位為牛頓（N）或千牛頓（kN）輸入你的標(biāo)題（2）力的三要素力的作用點(diǎn)力的大小力的方向3.力系作用在物體上的若干個(gè)力總稱為力系。4.平衡的概念

物體的平衡，工程上一般是指物體相對(duì)于地面保持靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。對(duì)同一物體產(chǎn)生相同效應(yīng)的兩個(gè)力系互稱為等效力系。作用于物體上使之保持平衡的力系稱為平衡力系。（一）靜力學(xué)的基本概念（二）靜力學(xué)公理公理1二力平衡公理（a）拉力平衡（b）壓力平衡剛體平衡

作用于同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的充分必要條件是：這兩個(gè)力大小相等|F1|=|F2|、方向相反F1=-F2，且作用在同一直線上。注意：（1）對(duì)剛體來(lái)說(shuō)，二力平衡條件是其平衡的充分必要條件。（2）對(duì)變形體或多體來(lái)說(shuō)，二力平衡條件只是其平衡的必要條件，如圖（a）和圖（b）所示。（3）當(dāng)物體在兩個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，我們常把此物體稱為二力構(gòu)件，如圖（c）所示；當(dāng)該物體是桿件時(shí)，我們就稱其為二力桿，如圖（d）所示。（a）變形體（b）多體（c）二力構(gòu)件（d）二力桿二力平衡條件

（二）靜力學(xué)公理公理2加減平衡力系公理在已知力系上加上或減去任意一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。推論1力的可傳性原理

作用于剛體上的力可沿其作用線移動(dòng)到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效果。（二）靜力學(xué)公理公理3力的平行四邊形法則

作用于剛體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成一個(gè)合力，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由原兩力的力矢為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示。即:FR=F1+F2推論2三力平衡匯交定理

剛體受三力作用而平衡，若其中兩力的作用線匯交于一點(diǎn)，則第三個(gè)力的作用線必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。（二）靜力學(xué)公理公理4作用力與反作用力公理

兩物體間的作用力和反作用力總是成對(duì)出現(xiàn)，且大小相等，方向相反，沿著同一直線，分別作用在兩個(gè)物體上。二、約束與約束反力（一）約束------限制物體自由運(yùn)動(dòng)的條件（其他物體）就稱為約束。（二）約束反力約束反力的三個(gè)特點(diǎn)：①約束反力的大小一般是未知的。在解決工程問(wèn)題時(shí)，一般已知物體所受的主動(dòng)力（使物體運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力），然后求解約束反力。②約束反力的方向總是與被約束限制的物體的位移方向相反。③約束反力的作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的位置。（三）約束的基本類型1.柔性約束

約束反力作用于接觸點(diǎn)，方向沿繩索背離物體，用符號(hào)FT

表示。2.光滑面約束

約束反力作用于接觸點(diǎn)，方向沿接觸面上接觸點(diǎn)處的公法線方向，且指向被約束物體，用符號(hào)FN表示。（三）約束的基本類型3.光滑鉸鏈約束（1）中間鉸鏈約束。（2）固定鉸鏈支座（3）活動(dòng)鉸鏈支座4.固定端約束三、物體的受力分析及受力圖

（一）物體的受力分析（二）物體的受力圖畫受力圖的步驟：①確定研究對(duì)象，單獨(dú)畫出分離體；②在分離體上畫出所有已知的主動(dòng)力；③據(jù)約束類型，在分離體上畫出相應(yīng)的全部約束反力。例題1如圖（a）所示，一勻質(zhì)球體球心為O，重力為G，用繩索系在天花板上，同時(shí)靠在光滑的墻面上（不計(jì)球與墻間的摩擦力），試分析球體的受力情況，并畫出受力圖。GOFTA解：取球體為研究對(duì)象。（1）物體受到自身重力（地球引力）G的作用，作用點(diǎn)為重心O，方向沿鉛垂線向下。（2）在A點(diǎn)，球體受到繩索的約束，約束反力——繩索的拉力FT的作用，方向沿繩索背離球體的方向。

（3）在B點(diǎn)，球體受到斜面的支撐約束，約束反力——斜面支撐力FN的作用，方向沿B點(diǎn)處的公法線指向球體。FNB例題2如圖所示，重力為G的均質(zhì)圓球O由桿AB、繩索CB與墻支持，各處摩擦不計(jì)，分別畫出球O與桿AB的受力圖。OGFNEFNDF'NDFTFAYFAXF'NDFTFAADBBDA例題3如圖所示結(jié)構(gòu)，由桿AB、BC與滑輪O鉸接組成。重物G用繩子掛在滑輪上。桿、滑輪及繩子的自重不計(jì)，并忽略摩擦，試分別畫出滑輪O、重物G、桿AB、BC及整體的受力圖。GFTDF'TDFTEFOXOCBABOFCFBF'BF'OXFOYFAXFAYF'OYGFCFTEFAYFAX約束類型及約束力記憶口訣：柔性約束------繩帶拉力；光滑面約束------法向壓力；固定鉸鏈------兩個(gè)分力；二力構(gòu)件------釘孔連線；活動(dòng)鉸鏈------垂直一力；固定端------一偶兩力。約束力有確定的指向約束力沒(méi)有確定的指向01單元二靜力學(xué)學(xué)習(xí)情境二力矩與平面力

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握力矩的概念及其計(jì)算方法；掌握力偶和力偶矩的概念及其性質(zhì)。學(xué)習(xí)情境二力矩和平面力偶DAYINTEMPLATE導(dǎo)入

使用扳手?jǐn)Q緊螺母時(shí)，我們一般都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇扳手的大小。一、力矩的概念及其計(jì)算（一）平面內(nèi)力對(duì)點(diǎn)之矩的概念輸入你的標(biāo)題輸入你的標(biāo)題扳手?jǐn)Q緊螺母MO（F）=±Fd

點(diǎn)O-----矩心；力臂d-----點(diǎn)O到力的作用線的垂直距離；MO（F）-----力矩，單位是牛頓·米（N·m）或千牛頓·米（kN·m）。規(guī)定：力使物體繞矩心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為正；反之為負(fù)。結(jié)論：①力的大小為零，則力矩為零。②力的作用線通過(guò)矩心，即力臂為零時(shí)，力矩為零。③力沿其作用線移動(dòng)時(shí)，因?yàn)榱Φ拇笮　⒎较蚝土Ρ劬鶝](méi)有改變，所以力矩不變。（二）合力矩定理MO(FR)=∑MO(Fi)

平面匯交力系的合力對(duì)平面內(nèi)任一點(diǎn)的矩，等于力系中各力對(duì)該點(diǎn)之矩的代數(shù)和。例題1

圖所示，ABO折桿上的A點(diǎn)作用有力F,已知a=180mm,b=400mm,α=60°,F=100N。求力F對(duì)O點(diǎn)之矩。解：由式Mo(F)=-

Fd可得：Mo(F)=Mo(Fx)+Mo(Fy)=Fx×a–

Fy×b=Fcos60°×a-Fsin60°×b=100×0.5×0.18-100×0.866×0.4=-25.6（N·m）二、力偶的概念和性質(zhì)（一）力偶

大小相等、方向相反、作用線不重合的兩個(gè)平行力所組成的力系稱為力偶。（二）力偶矩M=M(F,F′)=±Fd規(guī)定：力偶使物體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，力偶矩為正；反之為負(fù)。單位是kN·m或N·m（a）力偶矩為負(fù)（b）力偶矩為正力偶矩的正負(fù)力偶矩的三要素力偶矩的大小力偶矩的方向力偶矩的作用面（三）力偶的等效條件①只要不改變力偶矩的大小和力偶的轉(zhuǎn)向，力偶就可以在它的作用平面內(nèi)任意移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，而不改變它對(duì)物體的作用效果。②只要保持力偶矩不變，可以同時(shí)改變力偶的力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不會(huì)改變力偶對(duì)物體的作用效果。（四）力偶的性質(zhì)①力偶在任一坐標(biāo)軸上投影的代數(shù)和為零。②力偶沒(méi)有合力，因此力偶不能與一個(gè)力平衡，它只能用力偶來(lái)平衡。③力偶對(duì)物體的作用效應(yīng)取決于力偶的三要素，而與矩心位置無(wú)關(guān)。01單元二靜力學(xué)學(xué)習(xí)情境三平面匯交力系

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握平面匯交力系合成的幾何法與平衡的幾何條件；掌握平面匯交力系合成的解析法與平衡的解析條件。學(xué)習(xí)情境三平面匯交力系DAYINTEMPLATE導(dǎo)入

如圖所示，有一照明燈重量為G=10kN，用繩AB和AC系在墻上，繩子AB和AC所受的拉力分別為多少？一、平面匯交力系合成的幾何法與平衡的幾何條件（一）平面匯交力系合成的幾何法輸入你的標(biāo)題輸入你的標(biāo)題1.兩個(gè)力的合成——平行四邊形法則或力的三角形法則合力的矢量式為

FR=F1+F22.多個(gè)匯交力的合成——力的多邊形法則合力的矢量式為：

FR=F1+F2+F3+…+Fn=∑F

（二）平面匯交力系平衡的幾何條件平衡的充要條件：力的多邊形自行封閉或力系中各力的矢量和等于零。二、平面匯交力系合成的解析法與平衡的解析條件（一）力在直角坐標(biāo)軸上的投影與力的解析表達(dá)式1.力的分解

兩個(gè)共作用點(diǎn)的力，可以合成為一個(gè)力，解是唯一的；但反過(guò)來(lái)要將一個(gè)已知力分解為兩個(gè)力，如無(wú)足夠的條件限制，其解將是不定的。2.力在直角坐標(biāo)軸上的投影X=±Fcosα

Y

=±Fsinα力的投影是代數(shù)量。

如果把力F沿兩直角坐標(biāo)軸分解，可以得到兩正交分力Fx

和Fy，其大小與力F在相應(yīng)坐標(biāo)軸上投影的絕對(duì)值相等。分力是矢量。3.平面匯交力系合成的解析法FRx=Fx1+Fx2+…+Fxn=∑FxFRy=Fy1+Fy2+…+Fyn=∑Fy合力FR的大小為：方向?yàn)椋?.平面匯交力系平衡的解析條件∑Fx=0∑Fy=0例題

如圖

所示，一吊環(huán)受到三條鋼絲的拉力作用，

已知F1=2kN，水平向右；F2=5kN，與水平直線成30°角；F3=3kN，鉛垂向下。求這三個(gè)力的合力。解：以三個(gè)力的交點(diǎn)O為原點(diǎn)，如圖所示，建立直角坐標(biāo)系。FRx=∑Fx=F1x+F2x+F3x=F1+F2cos30°+0=2+5×0.866=6.33（KN）FRy=∑Fy=F1y+F2y+F3y=0-F2sin30°-F3=-5×0.5-3=-5.5（KN）01單元二靜力學(xué)學(xué)習(xí)情境四平面任意力系

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握力的平移定理及簡(jiǎn)化平面任意力系的方法；能熟練應(yīng)用平面任意力系的平衡方程求解平面任意力系的平衡問(wèn)題。學(xué)習(xí)情境四平面任意力系導(dǎo)入

圖示的平衡機(jī)構(gòu)中，AB=50cm，R=10cm，OA=20cm，重物質(zhì)量G=1500N，各連接點(diǎn)均為光滑鉸鏈，繩子、桿件及滑輪質(zhì)量均忽略不計(jì)，如何求得A、B點(diǎn)的約束反力及滑輪所受到的力？（a）（b）（c）剛體上力的平移一、力的平移定理M(F’,F”)=Mo(F)=Fd

力的平移定理：作用在剛體上某點(diǎn)的力可以平移到剛體上任意一點(diǎn)，平移時(shí)需附加一個(gè)力偶，附加力偶的力偶矩等于該力對(duì)平移點(diǎn)的力矩。二、平面任意力系的簡(jiǎn)化FRo=F1+F2+F3=∑FMo=M1+M2+M3=∑M三、平面任意力系的平衡∑Fx=0∑Fy=0∑Mo(F)=0一矩式：二矩式：∑Fx

=0∑MA（F）=0∑MB（F）=0A、B兩點(diǎn)的連線不垂直于x軸三矩式：∑MA（F）=0∑MB（F）=0∑MC（F）=0A、B、C三點(diǎn)不共線例題1

支架的橫梁AB與斜桿DC彼此以鉸鏈C連接，并各以鉸鏈A、D連接于鉛垂墻上，如圖所示。已知桿AC=CB，斜桿DC與水平線呈45°，載荷F=10kN，作用于B處。設(shè)橫梁與斜桿的重量忽略不計(jì)，求鉸鏈A的約束反力和斜桿DC所受的力。解：（1）選取桿AB為研究對(duì)象，畫受力圖；（2）列出平衡方程求解∑Fx=0

FAx+Fccos450=0∑Fy=0FAy+Fcsin450-F=0∑MA(F)

=0Fc×lsin450-F×2l=0（3）解平衡方程得由于斜桿DC為二力桿，因而所受軸向壓力大小為FC

=28.28kN。平面平行力系一矩式方程的表達(dá)式為：∑Fy=0∑MO(F)=0二矩式方程的表達(dá)式為：∑MA(F)=0∑MB(F)=0式中，A、B連線不能與各力平行。簡(jiǎn)支梁受力如圖所示，已知均布載荷q=1kN/m，集中力F=5kN，力偶M=4kN.m，求支座反力(長(zhǎng)度單位為m）。五、物系的平衡

在工程機(jī)械中，由若干物體組成的結(jié)構(gòu)，稱為物體系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為物系。當(dāng)物系平衡時(shí)，組成該系統(tǒng)的每一個(gè)物體都處于平衡狀態(tài)。

在求解物系的平衡問(wèn)題時(shí)，可以選整個(gè)物系作為研究對(duì)象，也可以選單個(gè)構(gòu)件或部分構(gòu)件作為研究對(duì)象。對(duì)于所選的每一種研究對(duì)象，一般情況下都可列出三個(gè)平衡方程。若所選的研究對(duì)象中有平面匯交力系時(shí)，獨(dú)立平衡方程的數(shù)目將相應(yīng)的減少。例題2如圖所示的物系，已知力F

=150kN，AC

=1.6m，BC

=0.9m，CD

=CE

=1.2m，AD

=2m，且AB水平，ED鉛垂，BD垂直于斜面，求鉸鏈B和支座A的約束反力。解：（1）以物系整體為研究對(duì)象，畫出受力圖，如圖所示。（2）選坐標(biāo)列方程∑Fx’=0

FAx·sinα-FAy·cosα+F·sinα=0∑MB（F）=0-FAy×（1.6+0.9）-F×1.2=0解得

FAx=-204kNFAy

=-72kN（3）以AB桿為研究對(duì)象，受力如圖所示。∑Mc（F）=0-FB·sinαCB-FAy·AC

=0解得六、考慮摩擦?xí)r的平衡問(wèn)題（一）靜摩擦力FNFf靜摩擦力Ff的方向與物體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。（二）最大靜摩擦力

靜摩擦力Ff隨外力F的改變而改變，當(dāng)外力F增大到一定值時(shí)，物體處于要運(yùn)動(dòng)而又沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的瞬間，此時(shí)物體處于臨界平衡狀態(tài)，靜摩擦力達(dá)到最大值，稱為最大靜摩擦力，用Ffmax表示。Ffmax=fsFN式中，fs為靜摩擦系數(shù)。01單元二靜力學(xué)學(xué)習(xí)情境五輪軸類零（部）件的受力問(wèn)題

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解力在空間坐標(biāo)軸上的投影方法；掌握力對(duì)軸之矩的概念及其合力矩定理；掌握一般空間力系的平衡條件。學(xué)習(xí)情境五輪軸類零（部）件的受力問(wèn)題導(dǎo)入

如圖所示，開關(guān)門時(shí)，在推動(dòng)門的過(guò)程中我們知道手作用在門邊緣上是最省力的。這是什么原因？一、力在空間坐標(biāo)軸上的投影（一）一次投影法Fx=FcosαFy=Fcosβ

Fz=Fcosγ（二）二次投影法Fx=Fxycosφ=FsinγcosφFy=Fxysinφ=Fsinγsinφ

Fz=Fcosγ二、力對(duì)軸之矩MO(F)=MO(F)=±Fd

力對(duì)軸之矩是一個(gè)代數(shù)量，其正、負(fù)符號(hào)可以按下面的方法確定：以所繞軸正方向來(lái)看，若力矩逆時(shí)針，則規(guī)定為正；反之為負(fù)。力對(duì)軸之矩的合力矩定理：Mz（FR）=∑Mz（F）三、空間一般力系的平衡條件∑Fx=0∑Fy=0∑Fz=0∑Mx（F）=0∑My（F）=0∑Mz（F）=0例題

如圖所示為一電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)帶輪的傳動(dòng)裝置。已知帶輪直徑D

=16cm，力偶矩M=20N·m，

a

=20cm，輪軸自重不計(jì)，皮帶的拉力FT1=2FT2。試求A、B兩處的軸承反力。解：取輪軸為研究對(duì)象，畫受力圖如圖所示，分別將此受力圖向三個(gè)坐標(biāo)平面投影，得到三個(gè)平面的受力圖，如下圖所示。（1）在xz平面建立平衡方程：∑MB（F）=0以FT1=2FT2代入得（2）在yz平面建立平衡方程∑MA（F）=0∑Fz=0（3）在xy平面建立平衡方程∑MA（F）=0

∑Fx=0負(fù)號(hào)說(shuō)明FAx、FBx的實(shí)際指向與圖中假設(shè)指向相反。靜力學(xué)

匯交力系的簡(jiǎn)化與平衡條件

平衡條件R=∑F=0封閉矢量圖∑Fx=0∑Fy=0解析法：

力偶、力偶系的等效與簡(jiǎn)化

平面力系的簡(jiǎn)化力的平移定理

平面力系的平衡條件∑Fx=0∑Fy=0∑M=0

空間力系空間力系的平衡平衡條件：F=0，M=0。Fx=0，F(xiàn)y=0，F(xiàn)z=0，Mx=0，My=0，Mz=0。求解約束反力二力桿02單元二材料力學(xué)學(xué)習(xí)情境一構(gòu)件承載能力分

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解構(gòu)件承載能力的幾個(gè)指標(biāo)；了解桿件變形的基本形式；掌握內(nèi)力、應(yīng)力等概念；了解研究桿件內(nèi)力的基本方法。學(xué)習(xí)情境一構(gòu)件承載能力分析導(dǎo)入

如圖所示的螺栓連接件，擰緊螺母壓緊鋼板后，螺栓產(chǎn)生了什么樣的變形？一、構(gòu)件承載能力分析研究的任務(wù)1、對(duì)構(gòu)件的三項(xiàng)基本要求：強(qiáng)度：構(gòu)件在外載作用下，具有足夠的抵抗斷裂破壞的能力。剛度：構(gòu)件在外載作用下，具有足夠的抵抗變形的能力。如機(jī)床主軸變形不應(yīng)過(guò)大，否則影響加工精度。穩(wěn)定性：某些構(gòu)件在特定外載，如壓力作用下，具有足夠的保持其原有平衡狀態(tài)的能力。一、構(gòu)件承載能力分析研究的任務(wù)2、材料力學(xué)的任務(wù)1）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；2）研究材料的力學(xué)性能；3）為合理解決工程構(gòu)件設(shè)計(jì)中安全與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾提供力學(xué)方面的依據(jù)。二、變形體及其基本假設(shè)1、變形：在載荷作用下，構(gòu)件的形狀或尺寸發(fā)生變化稱為變形。彈性變形：除去外力后，能恢復(fù)的變形。塑性變形：出去外力后，不能恢復(fù)有殘余變形的變形。2、基本假設(shè)：①均勻連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為變形固體內(nèi)部毫無(wú)空隙地充滿物質(zhì)，且認(rèn)為物體內(nèi)任何部分的性質(zhì)都是相同的。②各向同性假設(shè)：認(rèn)為材料在各個(gè)不同方向上都具有相同的力學(xué)性質(zhì)。③小變形假設(shè)：構(gòu)件在外力的作用下將產(chǎn)生變形，構(gòu)件的形狀、幾何尺寸和位置將會(huì)發(fā)生變化。三、桿件變形的基本形式（一）軸向拉伸和壓縮變形由一對(duì)大小相等、方向相反、力的作用線與桿件軸線重合的外力作用引起。（二）剪切與擠壓變形由一對(duì)相距很近、大小相等、方向相反的沿桿件橫向的外力作用引起。三、桿件變形的基本形式（三）扭轉(zhuǎn)變形由一對(duì)大小相等、轉(zhuǎn)向相反、作用面都垂直于桿件軸線的外力引起。（四）彎曲變形由一對(duì)大小相等、方向相反、作用在桿件的縱向?qū)ΨQ面內(nèi)的力偶引起。桿件同時(shí)發(fā)生幾種基本變形，稱為組合變形。四、內(nèi)力、截面法和應(yīng)力（一）內(nèi)力①內(nèi)力完全是由外力引起的，并隨外力改變而改變；②內(nèi)力若超過(guò)材料所能承受的極限值，桿件就要斷裂；③內(nèi)力反映了材料對(duì)外力有抵抗力，并能夠傳遞外力。（二）截面法①一截：在待求內(nèi)力的作用位置，假想用一截面將構(gòu)件一截為二；②二?。哼x其中一部分為研究對(duì)象并畫受力圖(包括外力和內(nèi)力)；③三平衡：列出研究對(duì)象的靜力平衡方程，求解內(nèi)力。①力不能沿作用線移動(dòng)，即力的可傳性不成立，因?yàn)檠芯康氖亲冃误w，不是剛體；②截面不要切在作用點(diǎn)上，要離開作用點(diǎn)。注意：（三）內(nèi)力圖

用平行于桿件軸線的x坐標(biāo)表示橫截面位置，用垂直于x軸的坐標(biāo)表示橫截面內(nèi)力的大小，按選定的比例，把內(nèi)力表示在直角坐標(biāo)系中，描出的內(nèi)力隨截面位置變化的曲線，此圖稱為內(nèi)力圖。（四）應(yīng)力式中

P平均——△A上的平均應(yīng)力。

應(yīng)力的單位是Pa（帕），1Pa=1N/m2。工程中常用MPa和GPa作為應(yīng)力的單位，其中1MPa=106Pa，1GPa=109Pa。02單元二材料力學(xué)學(xué)習(xí)情境二桿件軸向拉伸與壓縮

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握軸力圖的繪制及利用軸力圖分析桿件危險(xiǎn)截面的方法；掌握軸向拉伸、壓縮時(shí)的變形計(jì)算方法；掌握材料在軸向拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性能；掌握軸向拉伸、壓縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算方法。。學(xué)習(xí)情境二桿件軸向拉伸與壓縮導(dǎo)入

如圖所示的橋梁的橋墩，在承受了橋體重量后產(chǎn)生了什么樣的變形？一、軸向拉伸和壓縮的概念（a）拉桿（b）壓桿二、拉（壓）桿橫截面上的內(nèi)力——軸力與軸力圖（一）軸力（FN)的計(jì)算取左段來(lái)研究：由平衡方程

∑Fx=0，F(xiàn)N-F=0，可得FN=F軸力的正負(fù)規(guī)定如下：軸力的方向與所在截面外法線方向一致時(shí)，軸力為正；反之為負(fù)。拉桿的軸力為正，壓桿的軸力為負(fù)。（二）軸力圖

用橫坐標(biāo)x

表示桿件截面位置，用縱坐標(biāo)FN表示軸力。正軸力畫在橫坐標(biāo)的上方,負(fù)軸力畫在橫坐標(biāo)的下方。軸力等于截面一側(cè)所有外力的代數(shù)和；當(dāng)外力指向截面時(shí)取負(fù)值，外力背離截面時(shí)取正值。計(jì)算軸力的方法：例題1

如圖所示,已知等直桿上F1

=18kN，

F2

=8kN，

F3

=4kN,求桿件上各段的軸力，并畫出軸力圖。解：（1）求固定端的約束反力F1-F2-F3-FA=0∑Fx=0FA=

F1-F2-F3=18-8-4=6（kN）（2）求各段軸力截面1—1：∑Fx

=0，F(xiàn)N1=FA

=6（kN）截面2—2：∑Fx

=0，

FN2

=FA-F1

=6-18=-12（kN）

FN3

=-F3

=-4（kN）截面3—3：∑Fx

=0，三、拉（壓）桿橫截面上的應(yīng)力1、平面假設(shè)：假設(shè)變形之前橫截面為平面，變形之后仍保持為垂直于桿軸線的平面。由此可推知橫截面上各點(diǎn)正應(yīng)力也相同，即

等于常量。拉、壓桿橫截面上各處應(yīng)力大小相等，方向與軸力FN的方向一致。即拉、壓桿橫截面上只有正應(yīng)力σ，而無(wú)切應(yīng)力τ。2、結(jié)論：式中

A——橫截面面積，mm2；

FN——拉(壓)桿件橫截面上的軸力，N。

σ——拉(壓)桿件橫截面上的正應(yīng)力，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。例題2如圖所示的桿件AC。已知：d1=φ20mm，d2=φ30mm，F(xiàn)1=20kN，F(xiàn)2=50kN，畫出軸力圖并計(jì)算AB、BC段桿件上的應(yīng)力。解：（1）計(jì)算截面1-1、2—2的軸力截面1—1：∑Fx=0，F(xiàn)N1=F1=20（kN）截面2—2：∑Fx=0，F(xiàn)N2=F1-F2=20-50=-30（kN）（2）畫軸力圖（3）計(jì)算AB、BC段桿件上的應(yīng)力AB段：BC段：四、軸向拉伸（壓縮）時(shí)的變形（一）變形與應(yīng)變軸向絕對(duì)變形——拉(壓)桿件的軸向變形量,用△l表示?！鱨=l1-l

拉伸時(shí),△l為正；壓縮時(shí),△l

為負(fù)。橫向絕對(duì)變形——拉(壓)桿件的橫向變形量，用△b表示。△b=b1-b

拉伸時(shí)，△b為負(fù)；壓縮時(shí),△b為正。軸向線應(yīng)變：橫向線應(yīng)變：線應(yīng)變是一個(gè)無(wú)量綱的量。桿件受拉時(shí)，ε為正，

ε’為負(fù)。（二）泊松比----橫向變形系數(shù)（三）虎克定律

式中E稱為彈性模量，其值隨材料不同而異。E是表征材料彈性的常數(shù)，可用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。顯然,EA越大，桿件的變形越小，EA稱為抗拉(壓)剛度，它表示桿件抵抗拉伸或壓縮的能力。

σ=Eε

虎克定律的又一種表達(dá)形式，因此虎克定律還可以表述為：當(dāng)應(yīng)力不超過(guò)某一極限時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。五、金屬材料的力學(xué)性能（一）金屬材料在軸向拉壓時(shí)的力學(xué)性能1、試件和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)距l(xiāng)與直徑d的比例分為10與5；設(shè)備：拉力機(jī)或全能機(jī)及相關(guān)的測(cè)量、記錄儀器。2、低碳鋼拉伸圖（ε—σ圖）彈性階段（oa）屈服階段（bc）σp---比例極限σe----彈性極限σs----屈服強(qiáng)度強(qiáng)化階段（cd）縮頸斷裂階段（de)σb----強(qiáng)度極限斷后伸長(zhǎng)率δ斷裂收縮率ψδ≥5％的材料稱為塑性材料；δ＜5％的材料稱為脆性材料（一）金屬材料在軸向拉壓時(shí)的力學(xué)性能3.灰鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能4.低碳鋼、鑄鐵壓縮時(shí)的力學(xué)性能（a）低碳鋼（b）鑄鐵低碳鋼、鑄鐵壓縮時(shí)的ε—σ曲線

鑄鐵拉伸時(shí)的ε—σ曲線鑄鐵材料的抗壓強(qiáng)度約是抗拉強(qiáng)度的4～5倍。（二）硬度1.布氏硬度----HBW布氏硬度測(cè)試原理2.洛氏硬度---HRA、HRB、HRC洛氏硬度測(cè)試原理3.維氏硬度---HV維氏硬度測(cè)試原理六、軸向拉壓時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算（一）許用應(yīng)力與安全系數(shù)塑性材料

ns——塑性材料的屈服安全系數(shù)脆性材料式中

nb——脆性材料的斷裂安全系數(shù)；[σl]——拉伸時(shí)許用應(yīng)力；[σy]——壓縮時(shí)許用應(yīng)力；σbl——材料抗拉強(qiáng)度極限應(yīng)力；σby——材料抗壓強(qiáng)度極限應(yīng)力一般取ns=1.3～2.0，nb=2.0～3.5。（二）強(qiáng)度條件式中

FNmax——危險(xiǎn)截面(產(chǎn)生最大工作應(yīng)力的截面)上的軸力，N；A——危險(xiǎn)截面面積，mm2。根據(jù)強(qiáng)度條件，可以解決以下三類問(wèn)題：1.強(qiáng)度校核；

max=FNmax/A≤[]是否滿足2.選擇截面尺寸：

A≥FNmax

/[σ]3.確定許可載荷：FNmax≤A[σ]例題3

某車間自制一臺(tái)簡(jiǎn)易吊車，如圖（a)所示。已知在鉸接點(diǎn)B處吊起重物的最大值為Fp=20kN，桿AB和BC均用圓鋼制作，且dBC=20mm,材料的許用應(yīng)力[σ]=58MPa。試校核BC桿的強(qiáng)度，并確定AB桿的直徑d(不計(jì)桿自重)。解：由受力分析可知，AB桿和BC桿分別為軸向受拉和軸向受壓的二力桿。受力圖如圖(b)所示。(a)（b）（c）（1）確定AB、BC兩桿的軸力。取鉸鏈B為研究對(duì)象。其受力圖如圖(c)所示.∑Fy=0

FN1’sin60°-Fp=0

∑Fx=0

F’N2

-F’N1cos60°=0F’N2=F’N1cos60°=23.09×0.5=11.55（kN）（2）校核BC桿的強(qiáng)度所以BC桿滿足強(qiáng)度要求。（3）確定AB桿的直徑：由式A≥FNmax/[σ],且AAB=πdAB/4,得

取dAB=23mm。02單元二材料力學(xué)學(xué)習(xí)情境三剪切與擠壓

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握剪切與擠壓的概念；掌握剪切與擠壓強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算方法。學(xué)習(xí)情境三剪切與擠壓導(dǎo)入

如圖所示的螺栓連接，如何找出其剪切面和擠壓面？一、剪切與擠壓的概念截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的變形稱為剪切變形。截面m—m-------剪切面。剪切變形的受力特點(diǎn)是：作用在桿件兩側(cè)的外力大小相等、方向相反且作用線相距很近。鉚釘除受剪切作用外，其圓柱表面和鋼板圓孔表面還存在相互壓緊作用，這種局部受壓的現(xiàn)象稱為擠壓變形二、剪切與擠壓強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算（一）剪切強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算1、剪力FQ---受剪面上的切向內(nèi)力。用截面法求出：FQ=F2、剪切應(yīng)力τ---單位面積上剪力的大小。剪切強(qiáng)度條件：式中

FQ——剪切面上的剪力，N；

A——剪切面的面積，mm2；[τ]——材料的許用剪應(yīng)力。圓截面:A=d2/4平鍵:A=b.l（二）擠壓強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算式中σjy——擠壓應(yīng)力；Fjy——擠壓面的擠壓力，N；Ajy——擠壓面面積，mm2。[σjy]——擠壓許用應(yīng)力圓截面:Ajy=dt平鍵:Ajy=l×h/2例題1

如圖所示，齒輪用普通平鍵連接（圖中只畫出了軸和鍵）。已知軸的直徑為d=70mm，鍵的尺寸為b×h×l=20mm×12mm×100mm，傳遞的力偶矩M=2kN·m，鍵的許用剪應(yīng)力［τ]=60MPa，許用擠壓應(yīng)力[σjy]=100MPa。試校核鍵的強(qiáng)度。解：（1）求鍵所受到的剪力大小?！芃O（F）=0FQ×d/2-M

=0FQ=2M/d（2）校核鍵的剪切強(qiáng)度所以鍵的剪切強(qiáng)度足夠。＜［τ]=60MPaFQ=F（3）校核鍵的擠壓強(qiáng)度：擠壓力為Fjy=2M/d，擠壓面積為Ajy=hl/2，得≤[σjy]=100MPa所以鍵的擠壓強(qiáng)度足夠。02單元二材料力學(xué)學(xué)習(xí)情境四圓軸的扭轉(zhuǎn)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握?qǐng)A軸扭轉(zhuǎn)變形時(shí)扭矩圖的繪制方法；掌握?qǐng)A軸扭轉(zhuǎn)變形時(shí)的強(qiáng)度和剛度計(jì)算方法。學(xué)習(xí)情境四圓軸的扭轉(zhuǎn)導(dǎo)入

如圖所示，實(shí)心軸和空心軸通過(guò)牙嵌離合器連接在一起。已知：軸的轉(zhuǎn)速n=100r/min，傳遞功率P=10kW，許用剪應(yīng)力［τ］=80MPa。如何確定實(shí)心軸的直徑d及空心軸的內(nèi)、外徑d1與d2（其中d1/d2=0.6）？

牙嵌離合器一、圓軸扭轉(zhuǎn)的概念

桿件扭轉(zhuǎn)變形時(shí)其受力特點(diǎn)是：桿件兩端受到一對(duì)大小相等、轉(zhuǎn)向相反、作用面與軸線垂直的力偶作用。變形特點(diǎn)是：桿的各截面都繞軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。二、圓軸扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力（一）外力偶矩的計(jì)算P—功率kWn—轉(zhuǎn)速r／min（二）圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)截面上的內(nèi)力——扭矩∑Mx（F）=0T-Me=0

T=Me扭矩的正、負(fù)號(hào)規(guī)定：按右手螺旋定則，若以四指表示扭矩的轉(zhuǎn)向，則大拇指指向離開截面時(shí)的扭矩為正，大拇指指向截面時(shí)的扭矩為負(fù)。扭矩等于截面一側(cè)所有外力偶矩的代數(shù)和，從左向右看，外力偶矩向上為正，向下為負(fù)。（三）扭矩圖

表示桿件各橫截面上扭矩變化規(guī)律的圖形。該圖一般以桿件軸線為橫軸表示橫截面位置，縱軸表示扭矩大小和指向。三、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形與應(yīng)力（一）圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)各橫截面仍保持為平面，而且各橫截面間的距離不變，只是各截面繞軸轉(zhuǎn)過(guò)了一定的角度，各截面的半徑線仍為直線。假設(shè)：圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，橫截面上只有垂直于半徑方向的切應(yīng)力τ而無(wú)正應(yīng)力σ。（二）圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力式中

T——截面扭矩，N·m；ρ——橫截面上任一點(diǎn)到圓心的距離，m；

Iρ——橫截面對(duì)圓心的極慣性矩，是只與截面形狀與尺寸有關(guān)的幾何量，單位為m4；τρ——橫截面上半徑為ρ處的切應(yīng)力，MPa。令則式中

R——圓軸橫截半徑，mm；Wp——抗扭截面系數(shù)，也是只與截面形狀與尺寸有關(guān)的幾何量,單位為m3。對(duì)于實(shí)心圓軸：對(duì)于空心圓軸，令,則有四、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度和剛度計(jì)算（一）強(qiáng)度條件式中

T——危險(xiǎn)截面扭矩。（二）剛度條件式中

G——軸材料的切變模量，數(shù)值大小表示抵抗剪切變形的能力；

GIP——抗扭剛度，反映圓軸材料和截面尺寸兩個(gè)方面因素抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力；

θ——單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角，單位為度/米（0/m）?？招臈U扭轉(zhuǎn)應(yīng)力大例題1

如圖所示的階梯軸，AB段直徑d1=100mm，BC段直徑d2=80mm。扭轉(zhuǎn)力偶矩MA=16kN·m，MB=26kN·m，MC=10kN·m，。已知材料的許用切應(yīng)力［τ］=85MPa，試校核該軸的強(qiáng)度。解：（1）求AB和BC段的扭矩圖（2）強(qiáng)度校核AB段：

BC段：由計(jì)算結(jié)果得知BC段不滿足強(qiáng)度條件。例題2

汽車傳動(dòng)軸由45鋼無(wú)縫管制成，其外徑D=90mm，內(nèi)徑d=85mm，許用切應(yīng)力［τ］=60MPa，工作時(shí)扭矩Tmax=1.5×103N·m。①校核軸的強(qiáng)度；②若將軸改為實(shí)心軸，且強(qiáng)度相同，試確定軸的直徑D’，并比較實(shí)心軸和空心軸的重量。解：（1）校核軸的強(qiáng)度抗扭截面系數(shù)最大切應(yīng)力所以強(qiáng)度足夠。（2）若將空心軸改為實(shí)心軸，且強(qiáng)度相同，則：采用實(shí)心軸,則當(dāng)兩軸材料、長(zhǎng)度相等時(shí)，其重量之比等于橫截面面積之比。

改為實(shí)心軸后，重量約為原來(lái)空心軸的3.2倍?？梢姡谄渌麠l件相同的情況下，采用空心軸可以減輕重量，節(jié)約成本。02單元二材料力學(xué)學(xué)習(xí)情境五直梁的彎曲

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解平面彎曲的概念；掌握剪力與彎矩的概念、正負(fù)號(hào)規(guī)定及計(jì)算方法；掌握剪力圖與彎矩圖的畫法；掌握梁彎曲時(shí)截面上的應(yīng)力和梁彎曲時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算；了解提高彎曲強(qiáng)度的主要措施。學(xué)習(xí)情境五直梁的彎曲導(dǎo)入

現(xiàn)代房屋的橫梁截面形狀是矩形，為何采用的是圖（a）所示結(jié)構(gòu)，而不是圖（b）所示結(jié)構(gòu)？

（a）（b）一、平面彎曲的概念1、彎曲：桿件在通過(guò)軸線的縱向平面內(nèi)，受到垂直于其軸線的外力或外力偶的作用，使桿件的軸線變成曲線，這種變形稱為彎曲。2、梁：通常以彎曲為主要變形的構(gòu)件稱為梁。3、縱向?qū)ΨQ面：通過(guò)梁的軸線和橫截面的對(duì)稱軸的平面。4、平面彎曲：若作用在梁上的外力都位于縱向?qū)ΨQ面內(nèi),且力的作用線垂直于梁的軸線,則變形后的曲線為平面曲線,且仍位于縱向?qū)ΨQ面內(nèi),這種彎曲稱為平面彎曲。（二）梁的分類（a）簡(jiǎn)支梁（b）懸臂梁（c）外伸梁（一）梁的簡(jiǎn)化（a）受力分析（b）彎曲變形分析5、梁的受力特點(diǎn)是：在軸線平面內(nèi)受到力偶矩或垂直于軸線方向的外力作用。二、剪力與彎矩（一）剪力與彎矩的概念剪力是指作用線位于所切截面的內(nèi)力,用FQ表示；彎矩是指矢量位于所切截面的內(nèi)力偶矩，用M表示。用截面法，根據(jù)靜力平衡求內(nèi)力：由平衡方程∑Fy=0

FQ=FA-F=0FQ=F-FA∑MO(F)=0M-FAx+F(x-a)=0M=FAx-F（x-a）（二）剪力與彎矩的正負(fù)號(hào)規(guī)定1.剪力的正負(fù)號(hào)規(guī)定剪力的正負(fù)號(hào)規(guī)定彎矩的正負(fù)號(hào)規(guī)定2.彎矩的正負(fù)號(hào)規(guī)定“外力左上右下，產(chǎn)生的剪力為正?！薄巴饬刈箜樣夷?，產(chǎn)生的彎矩為正。”（三）剪力圖與彎矩圖1、剪力方程和彎矩方程----取梁的一端為坐標(biāo)原點(diǎn)，以梁的軸線為橫坐標(biāo)x，表示橫截面在梁軸線上的位置；用截面法依據(jù)靜力平衡條件求得剪力和彎矩隨坐標(biāo)x變化的函數(shù)。FQ=FQ(x)，M=M(x)

2、剪力圖和彎矩圖----用圖線表示梁的各截面上的剪力和彎矩沿梁的軸線變化的情況?？梢源_定梁的最大剪力和最大彎矩。3、根據(jù)內(nèi)力方程畫梁內(nèi)力圖的步驟為:①求支座約束反力(懸臂梁可以不求)；②分段(以集中力、集中力偶作用點(diǎn)及分布載荷的起、止點(diǎn)為分界點(diǎn))；③逐段列出內(nèi)力方程，由內(nèi)力方程判斷各段剪力圖、彎矩圖的形狀；④求控制截面(分界點(diǎn)、極值點(diǎn)所在的截面)的剪力值、彎矩值，逐段作出剪力圖和彎矩圖。（四）剪力圖和彎矩圖的規(guī)律例題1

圖（a）所示懸臂梁受集中力偶矩MC=9kN·m，集中力F=12kN作用。已知a=0.8m，b=0.4m。試畫出梁的彎矩圖。解：該懸臂梁的左端為固定端約束，用各截面右側(cè)的外力來(lái)計(jì)算梁的內(nèi)力，與左端的約束力無(wú)關(guān)，可以不用計(jì)算固定端的約束力。（1）分段：該梁應(yīng)該分為AC、CB兩段繪制彎曲圖。（2）計(jì)算各截面的彎矩MA+=MC-F×（a+b）=9-12×（0.8+0.4）=-5.4（kN·m）MC-=MC-F×b=9-12×0.4=4.2（kN·m）MC+=-F×b=-12×0.4=-4.8（kN·m）MB-=0（3）畫彎矩圖三、梁彎曲時(shí)截面上的應(yīng)力（一）純彎曲時(shí)梁橫截面上彎曲正應(yīng)力的分布規(guī)律梁做平面彎曲時(shí)，其橫截面仍保持為平面，只是產(chǎn)生相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。假設(shè)：

梁的各縱向?qū)踊ゲ粩D壓，即梁的縱截面上無(wú)正應(yīng)力作用。（二）梁橫截面上正應(yīng)力的計(jì)算IZ---截面對(duì)z軸的慣性矩，單位為m4。WZ---抗彎截面系數(shù)，單位為m3。令，則四、梁彎曲時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算彎曲強(qiáng)度條件：橫截面上最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力絕對(duì)值不相等，可由下列公式計(jì)算：例題2如圖所示為T形截面鑄鐵外伸梁，其許用拉應(yīng)力［σ］=30MPa，許用壓應(yīng)力［σ］=60MPa，其截面對(duì)中性軸z的慣性矩I2=763mm4，且y1=52cm，試校核該梁的強(qiáng)度。解：（1）求支座反力，畫彎矩圖。①T形截面鑄鐵外伸梁的受力圖見圖（a）所示?！芃(A)=0

FB×2-F1×1-F2×3=0∑Fy=0

FA

+FB-F1–F2=0得

FA=2.5kN，F(xiàn)B=10.5kN②彎矩圖的繪制見圖（b）所示，其中最大正彎矩在C點(diǎn)，最大負(fù)彎矩在B點(diǎn)，即C點(diǎn)為上壓下拉，B點(diǎn)為上拉下壓。①最大拉應(yīng)力（上邊緣）（2）求出截面B的最大應(yīng)力②最大壓應(yīng)力（下邊緣）（3）求出截面C的最大應(yīng)力①最大拉應(yīng)力（下邊緣）②最大壓應(yīng)力（上邊緣）最大拉應(yīng)力在C點(diǎn)，且σCmax=28.83MPa＜［σ］+=30MPa最大壓應(yīng)力在B點(diǎn)，且σBmax=46.13MPa＜［σ］-=60MPa所以梁的強(qiáng)度足夠。五、提高梁彎曲強(qiáng)度的主要措施（一）減小最大彎矩梁的最大彎矩Mmax不僅取決于載荷的大小，還取決于載荷在梁上的分布，所以合理安排加載方式和支座的布置，可明顯減小梁的最大彎矩。（二）選用合理的截面形狀由Mmax≤[σ]WZ可知，梁能承受的最大彎矩與抗彎截面系數(shù)成正比，WZ越大越有利，WZ的大小與截面形狀有關(guān)，因此應(yīng)選擇WZ較大的截面。常用梁中，WZ由大到小排列為:工字鋼＞槽形鋼＞矩形＞圓形。（三）采用變截面梁（四）提高材料的力學(xué)性能構(gòu)件選用何種材料，應(yīng)綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)等因素。02單元二材料力學(xué)學(xué)習(xí)情境六構(gòu)件的組合變形

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握組合變形的概念及分析方法；掌握拉伸（壓縮）彎曲組合變形的強(qiáng)度計(jì)算。學(xué)習(xí)情境六構(gòu)件的組合變形導(dǎo)入

如圖所示的傳動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖，如果該傳動(dòng)軸由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，且已知電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速，齒輪的分度圓直徑、壓力角，材料的許用應(yīng)力等，能否分析出該傳動(dòng)軸承受幾種載荷作用？屬于哪種變形？一、組合變形的概念及分析方法（一）組合變形的概念由兩種或兩種以上的基本變形組合的變形，稱為組合變形。（二）組合變形的分析方法①將構(gòu)件的組合變形分解為幾種基本變形；②計(jì)算構(gòu)件在每一種基本變形情況下的應(yīng)力；③將同一點(diǎn)的應(yīng)力疊加起來(lái)，即可得到構(gòu)件在組合變形情況下的應(yīng)力。二、拉伸(壓縮)彎曲組合變形的強(qiáng)度計(jì)算

例題

簡(jiǎn)易吊車的結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。當(dāng)電動(dòng)滑車行走到距梁端還有0.4m處時(shí),吊車橫梁處于最不利位置。已知電動(dòng)滑車起吊重物F=20kN，橫梁采用22a號(hào)工字鋼，許用應(yīng)力[σ]=160MPa。試對(duì)吊車橫梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。解：（1）計(jì)算外力與內(nèi)力。吊車橫梁的受力圖如圖（b）所示。

∑MA（F）=0FBy×3.46

－

F×（3.46＋1.5）=0∑Fy=0FAy＋FBy－F=0∑Fx=0FAx＋FBx=0得

FAx=49.7KN，F(xiàn)Ay=-8.7KNFBx=49.7kN，F(xiàn)By=-28.7kN作吊車橫梁的內(nèi)力圖。由圖（c）的內(nèi)力圖可知，B點(diǎn)左截面是危險(xiǎn)截面，在該截面上有軸向力FN=-49.7kN和彎矩M=30kN·m。(2)校核強(qiáng)度。査型鋼表，得22a號(hào)工字鋼截面上的A=42cm2，Wz=309cm3。軸力FN引起的正應(yīng)力為：彎矩M引起的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力分別發(fā)生在B點(diǎn)左截面的上、下邊緣處，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出B截面左側(cè)上的正應(yīng)力分布規(guī)律，最大壓應(yīng)力發(fā)生在該截面的下邊緣,其值為：所以該橫梁滿足強(qiáng)度條件。02單元二材料力學(xué)學(xué)習(xí)情境七疲勞破壞

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解交變應(yīng)力、疲勞破壞的概念；了解材料持久極限的概念及其影響因素；掌握提高疲勞強(qiáng)度的措施。學(xué)習(xí)情境七疲勞破壞導(dǎo)入

自行車在騎行一段時(shí)間后，鏈條為什么會(huì)發(fā)生突然斷裂？一、交變應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。二、疲勞破壞習(xí)慣把交變應(yīng)力引起的破壞稱為疲勞破壞。三、材料的持久極限及其影響因素

在交變應(yīng)力下，試件要經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)才會(huì)發(fā)生疲勞破壞。試件破壞前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，稱為疲勞壽命,用N表示。能使試件經(jīng)無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力，稱為材料的持久極限，用σ-1表示。彎曲時(shí)：σ-1≈0.46σb；拉、壓時(shí)：σ-1≈0.28σb；扭轉(zhuǎn)時(shí)：σ-1≈0.22σb。在交變應(yīng)力作用下，材料抵抗破壞的能力顯著降低。

同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的持久極限σ-1不同。同一種材料在相同的基本變形下，對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)時(shí)的持久極限最低。因此，工程中以材料在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下的持久極限作為材料疲勞強(qiáng)度的基本指標(biāo)。影響材料的持久極限的主要因素有以下幾方面：①構(gòu)件的外形。構(gòu)件上開有槽、孔、軸肩等尺寸突變處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易形成疲勞裂紋，使構(gòu)件持久極限下降。②構(gòu)件的尺寸。當(dāng)構(gòu)件的尺寸越大時(shí)，其包含的材料的缺陷也越多，持久極限越低。③構(gòu)件的表面質(zhì)量。一般情況下，最大應(yīng)力發(fā)生在構(gòu)件表層，裂紋也多在表層形成，如果構(gòu)件表面質(zhì)量較差，如加工痕跡、表面缺陷等，將易引起應(yīng)力集中導(dǎo)致持久應(yīng)力下降。四、提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施

①減緩構(gòu)件上的應(yīng)力集中。在進(jìn)行構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意盡量避免或盡量減小應(yīng)力集中。在截面變化處(如階梯軸的軸肩處)采用較大的圓角過(guò)渡，在較大直徑段上開減荷槽等。②提高構(gòu)件的表面質(zhì)量。注意提高構(gòu)件表面的加工質(zhì)量，降低表面粗糙度值，避免出現(xiàn)劃痕、擦痕等；有時(shí)還要采取表面強(qiáng)化措施，如表面熱處理(高頻淬火、滲碳、滲氮等)和表面滾壓、噴丸處理等。這些措施均對(duì)提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度有良好的效果。學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握組成機(jī)器和機(jī)械的各種單元體的基本概念；了解機(jī)械、機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)的類型。學(xué)習(xí)情境一機(jī)械相關(guān)基本概念DAYINTEMPLATE導(dǎo)入日常生活中我們所使用的機(jī)械手表與電子手表、普通家用縫紉機(jī)與電動(dòng)縫紉機(jī)，它們的功能都是相同的，但是如果從機(jī)械的本質(zhì)上區(qū)分，它們又有什么不同？基本概念輸入你的標(biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造輸入你的標(biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造輸入你的標(biāo)題輸入你的標(biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造（一）零件、構(gòu)件、部件零件是機(jī)器中無(wú)法再拆的制造單元。分為通用零件和專用零件兩類。構(gòu)件是一個(gè)或幾個(gè)零件通過(guò)剛性連接構(gòu)成的、作為一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的單元體，即為機(jī)器的運(yùn)動(dòng)單元。部件（又名組件）是指機(jī)器中由若干零件所組成的裝配單元體，部件中的各零件之間不一定具有剛性連接?；靖拍钶斎肽愕臉?biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造輸入你的標(biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造輸入你的標(biāo)題（二）機(jī)械、機(jī)器、機(jī)構(gòu)1.機(jī)器一般具有以下三個(gè)特征：⑴由多個(gè)構(gòu)件組成；⑵各構(gòu)件間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；⑶能夠代替或減輕人類勞動(dòng)（如金屬切削機(jī)床切削加工），完成有效的機(jī)械功或進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。2.機(jī)構(gòu)是具有機(jī)器的前兩個(gè)特征的組合體。它能實(shí)現(xiàn)一定規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。3.機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱。區(qū)別機(jī)器的功用：利用機(jī)械能做功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換；機(jī)構(gòu)的功用：在于傳遞或轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)的形式①動(dòng)力部分：是機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源，可采用人力、畜力、風(fēng)力、電力、液力、熱力、磁力和壓縮空氣等作為電力源。常用的動(dòng)力有電動(dòng)機(jī)、液壓機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。②執(zhí)行部分：處于整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)路線的終端，是完成工作任務(wù)的部分。③傳動(dòng)部分：介于動(dòng)力部分和傳動(dòng)部分之間，作用是把運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行部分，但也有一些機(jī)器動(dòng)力部分直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部分。④控制部分：是使機(jī)器的動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分按一定的順序和規(guī)律運(yùn)動(dòng)，完成所需的工作循環(huán)。（三）機(jī)器的基本組成機(jī)械傳動(dòng)概述（一）機(jī)械傳動(dòng)的組成由機(jī)器的組成可知，傳動(dòng)部分是機(jī)器的組成部分之一。常用的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)、流體（液體、氣體）傳動(dòng)，其中以機(jī)械傳動(dòng)應(yīng)用最廣。機(jī)械傳動(dòng)通常是由各種機(jī)構(gòu)（如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等）、傳動(dòng)裝置（如帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等）以及各種零件（如軸、軸承、彈簧及聯(lián)軸器等）配合完成的。（二）機(jī)械傳動(dòng)的任務(wù)機(jī)械傳動(dòng)是指將動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以滿足工作機(jī)的需要。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的一般功能有以下幾點(diǎn)：1.減速或增速2.變速3.改變運(yùn)動(dòng)形式4.分配運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力5.實(shí)現(xiàn)停歇6.聯(lián)接或其它（三）機(jī)械傳動(dòng)類型機(jī)械傳動(dòng)通常按其工作原理、傳動(dòng)比能否改變進(jìn)行分類。根據(jù)傳動(dòng)原理不同摩擦傳動(dòng)嚙合傳動(dòng)推壓傳動(dòng)如摩擦輪、帶、繩傳動(dòng)如齒輪、非圓齒輪、行星齒輪、蝸桿、螺旋、鏈傳動(dòng)如凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)（三）機(jī)械傳動(dòng)類型根據(jù)傳動(dòng)比能否改變可調(diào)傳動(dòng)比固定傳動(dòng)比變傳動(dòng)比如有級(jí)變速傳動(dòng)、無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)如帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等如連桿機(jī)構(gòu)、非圓齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)的特性與參數(shù)基本參數(shù)功率與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速機(jī)械效率學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握運(yùn)動(dòng)副的概念及分類，并能夠區(qū)分低副和高副；能夠繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并進(jìn)行自由度的計(jì)算。學(xué)習(xí)情境二平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算曲軸缸體活塞連桿連桿凸輪大齒輪小齒輪DAYINTEMPLATE導(dǎo)入

如圖所示的單缸內(nèi)燃機(jī)，如何運(yùn)用簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)代替其復(fù)雜的外形，來(lái)分析它的運(yùn)動(dòng)特性？基本概念輸入你的標(biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造輸入你的標(biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造輸入你的標(biāo)題微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造.微信由于2010年10月籌劃啟動(dòng)，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)打造（一）運(yùn)動(dòng)副分類及特點(diǎn)構(gòu)件間通過(guò)點(diǎn)或線接觸形成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。凸輪副齒輪副高副構(gòu)件間通過(guò)面接觸形成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副螺旋副低副兩構(gòu)件間直接接觸且具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副（二）運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制①分析機(jī)構(gòu)的組成，觀察相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，了解其工作原理③選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D平面和瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)位置（能充分反映機(jī)構(gòu)的特性）⑤用規(guī)定的符號(hào)和線條繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖②確定所有的構(gòu)件（數(shù)目與形狀）、運(yùn)動(dòng)副（數(shù)目和類型）④確定比例尺機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖教學(xué)例題【例1】如圖（a)所示的手搖抽水唧筒，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。（a）（b）1－手柄；2－桿件；3－活塞及活塞桿；4－抽水筒手搖抽水唧筒及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

解：（1）分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，判別構(gòu)件的類型及數(shù)目圖示抽水唧筒由手柄1、桿件2、活塞及活塞桿3和抽水筒4四個(gè)構(gòu)件組成。其中抽水筒4是固定件，手柄1是原動(dòng)件，其余構(gòu)件是從動(dòng)件。（2）分析各構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目手柄1繞固定件4上的鉸鏈A轉(zhuǎn)動(dòng)，二者在A點(diǎn)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。手柄1和桿件2在B點(diǎn)以及桿件2和活塞及活塞桿3在C點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)副連接?；钊盎钊麠U3與抽水筒4之間則以移動(dòng)副連接。（3）選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D平面和瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)位置為了能清楚地表達(dá)各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，通常選擇平行于構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的平面作為視圖平面。（4）確定比例尺比例尺應(yīng)根據(jù)實(shí)際機(jī)構(gòu)和圖幅大小來(lái)適當(dāng)選取。（5）用規(guī)定的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖（b）所示，先畫出固定件4和手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心A和活塞及活塞桿3的移動(dòng)導(dǎo)路直線x軸，然后按比例畫出手柄1和桿件2的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心B及桿件2和活塞及活塞桿3的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心C，最后用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)把各點(diǎn)連接起來(lái)，并在原動(dòng)件上用箭頭標(biāo)明運(yùn)動(dòng)方向。平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及運(yùn)動(dòng)確定性判斷（一）自由度與約束1.自由度自由度是指構(gòu)件相對(duì)于定參考系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。對(duì)于一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，則只有三個(gè)自由度——構(gòu)件沿x軸、y軸方向移動(dòng)和繞垂直xoy平面的任意軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。2.約束當(dāng)兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后，它們之間的某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到限制，對(duì)于相對(duì)運(yùn)動(dòng)所加的限制稱為約束。（二）平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算2局部自由度3虛約束

1復(fù)合鉸鏈例題2試計(jì)算圖所示活塞泵機(jī)構(gòu)的自由度。解：（1）活塞泵有四個(gè)活動(dòng)構(gòu)件分別為2、3、4、5。因此，n=4。（2）構(gòu)件5和機(jī)架、構(gòu)件5和構(gòu)件4、構(gòu)件4和構(gòu)件3、構(gòu)件3和機(jī)架分別組成了4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；構(gòu)件1和構(gòu)件2組成1個(gè)移動(dòng)副。因此，。（3）構(gòu)件3和構(gòu)件2組成1個(gè)高副。因此，（4）由此可得活塞泵機(jī)構(gòu)的自由度為:（a）(b)1－缸體；2－活塞桿；3－搖桿；4－連桿；5－曲柄圖活塞泵及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的注意事項(xiàng)復(fù)合鉸鏈1局部自由度2虛約束3①如果機(jī)構(gòu)自由度大于零且大于原動(dòng)件數(shù)，則機(jī)構(gòu)能夠運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)不確定。1②如果機(jī)構(gòu)自由度大于零且等于原動(dòng)件數(shù)，則機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2③如果機(jī)構(gòu)算度小于等于零或小于原動(dòng)件數(shù)，則機(jī)構(gòu)無(wú)法運(yùn)動(dòng)。3（三）平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件平面機(jī)構(gòu)自由度及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

例3：計(jì)算下圖所示大篩機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否確定。

因自由度F=2，與機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)（2個(gè)）相等，所以機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。

n＝7，PL＝9，PH＝1

F＝3n－2PL－PH

＝3×7－2×9－1＝2例4：

如圖所示,已知HG=IJ，且相互平行；GL=JK，且相互平行。計(jì)算此機(jī)構(gòu)的自由度(若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請(qǐng)指出)。平面機(jī)構(gòu)自由度及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件解：（1）分析機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)中C處的滾子自轉(zhuǎn)為局部自由度；IJK與HGL的距離始終保持不變，所以IJK、HGL其中一處為虛約束；G處為復(fù)合鉸鏈。（2）計(jì)算自由度n＝8，PL＝11，PH＝1F＝3n－2PL－PH

＝3×8－2×11－1＝1學(xué)習(xí)情境三平面連桿機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成；掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型與判別方法；掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性；熟悉四桿機(jī)構(gòu)的常用設(shè)計(jì)方法。DAYINTEMPLATE導(dǎo)入如圖所示，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中的接觸網(wǎng)通過(guò)受電弓不間斷地向電力機(jī)車（或動(dòng)車組）供應(yīng)電能，而受電弓的結(jié)構(gòu)形式是怎么樣的？它是如何完成升降動(dòng)作的？基本概念連桿機(jī)構(gòu)：由若干個(gè)剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)：若各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則稱為平面機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：低副為面接觸，壓強(qiáng)低、磨損量少，而且構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面為圓柱面或平面，制造方便；又由于這類機(jī)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)及二者的相互轉(zhuǎn)換，所以廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器、儀表及操縱控制設(shè)備中。它的缺點(diǎn)是：低副中存在著間隙，機(jī)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)誤差，且不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型（一）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成1.機(jī)架——固定不動(dòng)的構(gòu)件（如構(gòu)件4）；2.連架桿——與機(jī)架相連接的構(gòu)件（如構(gòu)件1、構(gòu)件3）；連架桿按其運(yùn)動(dòng)特征的不同，又可分為曲柄和搖桿兩種。①曲柄——做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連架桿（如構(gòu)件1）。②搖桿——做往復(fù)擺動(dòng)的連架桿（如構(gòu)件3）。3.連桿——不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件（如構(gòu)件2）。（二）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（二）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型2.雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性篩移動(dòng)攝影臺(tái)升降機(jī)構(gòu)車門啟閉機(jī)構(gòu)（二）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型3.雙搖桿機(jī)構(gòu)起重機(jī)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)（三）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型判斷最短桿為連架桿時(shí)，此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)最短桿為機(jī)架時(shí)，此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和滿足該條件時(shí)不滿足該條件時(shí)最短桿為連桿時(shí)，此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大平面四桿機(jī)構(gòu)的演化（一）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性——急回特性即曲柄為主動(dòng)件時(shí)，執(zhí)行構(gòu)件搖桿往復(fù)擺動(dòng)的兩個(gè)行程里速度不一致的現(xiàn)象機(jī)構(gòu)具有急回特性時(shí)必有K＞1，θ>0。平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性α——壓力角γ——傳動(dòng)角當(dāng)曲柄AB轉(zhuǎn)到與機(jī)架AD重疊共線和展開共線兩位置AB1、AB2時(shí)（如圖所示），傳動(dòng)角將出現(xiàn)極值。比較這兩個(gè)位置時(shí)的傳動(dòng)角，即可求得最小傳動(dòng)角。為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)只要校核其中的較小值即可，通常應(yīng)使≥40°。對(duì)于高速和大功率的傳動(dòng)機(jī)械，應(yīng)使≥50°。（二）機(jī)構(gòu)的傳力特性1.壓力角與傳動(dòng)角此時(shí)就出現(xiàn)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)不確定的現(xiàn)象，本質(zhì)上是力作用于矩心使得轉(zhuǎn)矩為0。死點(diǎn)：連桿與曲柄共線/γ=0°時(shí)的位置2．死點(diǎn)位置克服死點(diǎn)的措施：可以利用從動(dòng)件的慣性來(lái)通過(guò)死點(diǎn)位置；增大從動(dòng)件的質(zhì)量；機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法。死點(diǎn)的應(yīng)用：如圖所示，夾緊工件用的連桿式快速夾具就是利用死點(diǎn)位置來(lái)夾緊工件的。四、平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法（一）平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩類基本問(wèn)題1.實(shí)現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計(jì)2.實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)（二）平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1.

按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（a)（b）圖利用已知連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

2.按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖按K值設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

首先，根據(jù)行程速比系數(shù)K，計(jì)算極位夾角θ，即其次，任選一點(diǎn)D作為固定鉸鏈，如圖所示，并以此點(diǎn)為頂點(diǎn)作等腰三角形△DC2C1，使兩腰之長(zhǎng)等于搖桿長(zhǎng)CD（按適當(dāng)?shù)谋壤鲌D），∠C1DC2=Ψ。然后過(guò)C1點(diǎn)作C1N⊥C1C2，再過(guò)C2點(diǎn)作∠C1C2M=900-θ，得到直線C1N和C2M的交點(diǎn)為P。最后以線段為直徑作圓，則此圓周上任一點(diǎn)與C1，C2連線所夾之角度均為θ。而曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A可在圓弧或上任取。由于曲柄軸心A位置有無(wú)窮多，故滿足設(shè)計(jì)要求的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有無(wú)窮多個(gè)。如果設(shè)計(jì)要求中給出了其它附加條件，則A點(diǎn)的位置應(yīng)根據(jù)附加條件來(lái)確定。學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握凸輪機(jī)構(gòu)的組成、類型和應(yīng)用；掌握凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律；初步掌握?qǐng)D解法設(shè)計(jì)盤狀凸輪輪廓。學(xué)習(xí)情境四凸輪機(jī)構(gòu)DAYINTEMPLATE導(dǎo)入圖所示為內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，它是凸輪機(jī)構(gòu)的一種常見應(yīng)用；圖3.39所示為自動(dòng)車床靠模機(jī)構(gòu)，拖板帶動(dòng)刀架2沿著靠模凸輪1的輪廓運(yùn)動(dòng)，刀刃走出手柄的外形軌跡。凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是什么？它能實(shí)現(xiàn)哪些運(yùn)動(dòng)規(guī)律？凸輪機(jī)構(gòu)組成凸輪機(jī)構(gòu)一般由凸輪（原動(dòng)件）、從動(dòng)件和機(jī)架三部分組成。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用主動(dòng)件回轉(zhuǎn)推動(dòng)從動(dòng)件進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)只需設(shè)計(jì)出的凸輪輪廓，就可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的連續(xù)或不連續(xù)的任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。缺點(diǎn)凸輪與從動(dòng)件為點(diǎn)接觸或線接觸，壓強(qiáng)大，易磨損，加工難，成本高。因此，凸輪機(jī)構(gòu)常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)中?；局R(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類（一）凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點(diǎn)（二）凸輪機(jī)構(gòu)的分類盤形凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)曲面凸輪機(jī)構(gòu)尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合形鎖合按凸輪形狀按鎖合方式按從動(dòng)件形式按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律移動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件（二）凸輪機(jī)構(gòu)的分類盤形凸輪尖頂從動(dòng)件圓柱凸輪移動(dòng)凸輪滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件形鎖合凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律升-停-降-停（一）平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和工作過(guò)程（二）從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律有剛性沖擊，適用于低速輕載有柔性沖擊，適用于中速輕載有柔性沖擊，適用于高速中載盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線凸輪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題在使α＜[α]的前提下，選取盡可能小的基圓半徑。移動(dòng)從動(dòng)件：[α]=30°～38°，當(dāng)要求凸輪尺寸盡可能小時(shí)，可取[α]=45°；擺動(dòng)從動(dòng)件：[α]=40°～50°。回程時(shí)，由于通常受力較小一般無(wú)自鎖問(wèn)題，故許用壓力角可取得大些，通常取[α]=70°～80°。只要使αmax=[α]，就可以確定出凸輪的最小基圓半徑凸輪實(shí)際廓線的形狀將受滾子半徑大小的影響。滾子若選擇不當(dāng)，則無(wú)法滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律學(xué)習(xí)目標(biāo)：