机械基础第一、二章

1、主讲主讲: :刘贵林刘贵林41235机械概述机械概述机械的组成机械的组成零件的材料、结构、承载能力零件的材料、结构、承载能力零件的摩擦、磨损、润滑零件的摩擦、磨损、润滑总结总结课程设置课程设置u机械概述机械概述u机器的组成机器的组成u机器的结构机器的结构u机械的类型机械的类型一一. .机械概述机械概述v机械是机器和机构的总称机械是机器和机构的总称图例图例二二. .机器的组成机器的组成v 机器机器动力部分：机器的动力来源动力部分：机器的动力来源执行部分：直接完成工作任务执行部分：直接完成工作任务传动部分：把动力部分的运动和动力传递给执行部分的中间装置传动部分：把动力部分的运动和动力传递给执行部分

2、的中间装置控制部分：能够使机器的动力部分、传动部分、执行部分按一定控制部分：能够使机器的动力部分、传动部分、执行部分按一定 的顺序和规律实现运动，完成给定的工作循环的顺序和规律实现运动，完成给定的工作循环v 图例说明：以冲压机为例说明图例说明：以冲压机为例说明三三. .机器的结构机器的结构v零件：构成机器的不可拆的制造单元。分为通用零件和专用零件。零件：构成机器的不可拆的制造单元。分为通用零件和专用零件。通用零件：在各种机器中普遍使用的零件，如螺栓、通用零件：在各种机器中普遍使用的零件，如螺栓、轴等。轴等。专用零件：只在某些机器中使用的零件，如曲轴、连杆等。专用零件：只在某些机器中使用的零件，

3、如曲轴、连杆等。v部件：在机器中，由若干零件装配在一起构成的具有独立功能的部分。部件：在机器中，由若干零件装配在一起构成的具有独立功能的部分。v构件：构成机器的各个相对运动单元，构件：构成机器的各个相对运动单元，构件由一个零件或若干个零件刚性连接而成。构件由一个零件或若干个零件刚性连接而成。v机构：用来传递运动和力的构件系统。机构：用来传递运动和力的构件系统。视频视频按照机械用途的不同，机械分为四类按照机械用途的不同，机械分为四类：四四. .机械的类型机械的类型机械机械动力机械动力机械：用来实现机械能与其他形式能量之间的转换，：用来实现机械能与其他形式能量之间的转换， 如电动机、内燃机、压缩机

4、等。如电动机、内燃机、压缩机等。加工机械加工机械：用来改变物料的状态、性质、结构和形状，：用来改变物料的状态、性质、结构和形状， 如机床、轧钢机、粉碎机等。如机床、轧钢机、粉碎机等。运输机械运输机械：用来改变人或物料的空间位置，：用来改变人或物料的空间位置， 如汽车、轮船、缆车等。如汽车、轮船、缆车等。信息机械信息机械：用来获取或处理各种信息，：用来获取或处理各种信息， 如打印机、计算机、电话等。如打印机、计算机、电话等。视频视频 课程设置课程设置u零件的常用材料及选用零件的常用材料及选用u零件的结构工艺性零件的结构工艺性u零件的标准化、系列化、零件的标准化、系列化、通用化通用化u零件的强度零

5、件的强度第二节第二节 机械零件的材料、结机械零件的材料、结构和承载能力构和承载能力一一. .零件的常用材料及选用零件的常用材料及选用v常用材料：钢、铸铁、铜合金、铸造锡基和铅基轴承常用材料：钢、铸铁、铜合金、铸造锡基和铅基轴承合金、工程塑料、橡胶合金、工程塑料、橡胶v材料的选用原则材料的选用原则使用要求使用要求工艺要求工艺要求经济性经济性二二. .零件的标准化、系列化、通用化零件的标准化、系列化、通用化v零件的标准化：指将产品的形状、材料、尺寸、参数、性能等用零件的标准化：指将产品的形状、材料、尺寸、参数、性能等用“标准标准”予以统一规定并实施；予以统一规定并实施；v系列化：指对同一种零部件，

6、在相同的基本结构和基本尺寸条件系列化：指对同一种零部件，在相同的基本结构和基本尺寸条件下，规定若干个辅助尺寸不同的规格，下，规定若干个辅助尺寸不同的规格，v通用化：指在不同规格的同类产品甚至不同类型的产品上采用同通用化：指在不同规格的同类产品甚至不同类型的产品上采用同样的零部件样的零部件。三、零件的强度三、零件的强度v失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时。的性能时。v机械零件的失效形式主要有：因强度不足而机械零件的失效形式主要有：因强度不足而断裂，过大的弹性变形或塑性变形，摩擦表断裂，过大的弹性变形或塑性变形，摩擦表面的过度磨损、打滑或过热，连接

7、松动，压面的过度磨损、打滑或过热，连接松动，压力容器、管道等的泄漏，运动精度达不到要力容器、管道等的泄漏，运动精度达不到要求等。求等。v工作能力：零件不发生失效时的安全工作限工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度，对载荷而言的工作能力称为承载能力。度，对载荷而言的工作能力称为承载能力。1.1.载荷载荷机械工作时，机械零件所受的载荷是力（拉力、压力、切机械工作时，机械零件所受的载荷是力（拉力、压力、切向力）或力矩（弯矩、转矩），或者是由力和力矩组成的联向力）或力矩（弯矩、转矩），或者是由力和力矩组成的联合载荷。合载荷。静载荷：静载荷：大小或方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。大小或方向不随时间变

8、化或变化缓慢的载荷。动载荷：动载荷：大小和方向随时间变化的载荷。大小和方向随时间变化的载荷。根据动力机的额定功率根据动力机的额定功率P（kW）和额定转速）和额定转速n（r/min）计）计算出的载荷称为名义载荷，算出的载荷称为名义载荷，l名义转矩为名义转矩为inPT61055. 9TiKTTcK1K转矩，转矩，Nm从动力机到所计算零件之间的总传动比从动力机到所计算零件之间的总传动比从动力机到所计算零件之间传动的总效率从动力机到所计算零件之间传动的总效率l载荷系数载荷系数K与名义载荷的乘积称为计算载荷，以与名义载荷的乘积称为计算载荷，以ccFT ,等表示，等表示，载荷系数，一般取载荷系数，一般取2

9、、应力、应力v材料单位面积上承受的内力称为应力，材料单位面积上承受的内力称为应力，用用表示表示, ,v单位为单位为PaPa 1Pa=1N/m 1Pa=1N/m2 2 1KPa=101KPa=103 3 N/mN/m2 2 1MPa=101MPa=106 6 N/mN/m2 2 1GPa=10 1GPa=109 9 N/mN/m2 2v公式：公式：v应力的分类：静应力、变应力、循环应应力的分类：静应力、变应力、循环应力力AFN3、零件的强度、零件的强度v材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。能力称为强度。v根据工作条件的不同，强度分为静强度和根据工

10、作条件的不同，强度分为静强度和疲劳强度疲劳强度根据破坏部位和破坏形式的不同，强度分根据破坏部位和破坏形式的不同，强度分为体积强度和表面强度。为体积强度和表面强度。v体积强度：静应力下的强度、变应力下的体积强度：静应力下的强度、变应力下的强度强度v表面强度：表面接触强度、表面挤压强度表面强度：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损强度。、表面磨损强度。 课程设置课程设置u机械中的摩擦机械中的摩擦u机械中的磨损机械中的磨损u机械中的润滑机械中的润滑第二节第二节 机械零件的摩擦、磨机械零件的摩擦、磨损和润滑损和润滑一、机械中的摩擦一、机械中的摩擦v摩擦是两相互接触的物体有相对运动时，在摩擦是两相互接触

11、的物体有相对运动时，在接触处产生阻力的现象。接触处产生阻力的现象。v一般讲到的摩擦都是指外摩擦，两个相互摩一般讲到的摩擦都是指外摩擦，两个相互摩擦的物体称为摩擦副。擦的物体称为摩擦副。v外摩擦的分类：外摩擦的分类：根据摩擦副的运动状态分为：静摩擦、动根据摩擦副的运动状态分为：静摩擦、动摩擦摩擦根据摩擦副的运动形式分为：滑动摩擦、根据摩擦副的运动形式分为：滑动摩擦、滚动摩擦滚动摩擦根据摩擦副的表面润滑状态分为：干摩擦根据摩擦副的表面润滑状态分为：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦。、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦。二、机械中的磨损二、机械中的磨损v磨损的类型：磨损的类型：粘着磨损、磨粒磨损、表面

12、疲劳磨损、粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。腐蚀磨损。v单位时间内材料的磨损量称为磨损率。单位时间内材料的磨损量称为磨损率。v磨损过程：磨损过程：磨合磨损、稳定磨损、剧烈磨损。磨合磨损、稳定磨损、剧烈磨损。三、机械中的润滑三、机械中的润滑v正确选用摩擦副的材料组合，使摩擦因数正确选用摩擦副的材料组合，使摩擦因数小、磨损率低是减少磨损的先决条件小、磨损率低是减少磨损的先决条件v流体润滑：流体静力润滑、流体动力润滑流体润滑：流体静力润滑、流体动力润滑v弹性流体动力润滑弹性流体动力润滑v边界润滑边界润滑v混合润滑混合润滑第二章第二章 杆件的静力分析杆件的静力分析4123力的概念与基本性质力

13、的概念与基本性质力矩、力偶与力的平移力矩、力偶与力的平移约束力、约束反力、力系和受力图应用约束力、约束反力、力系和受力图应用平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用课程设置课程设置u力的概念力的概念u力的基本性质力的基本性质u思考与练习思考与练习一、力的概念一、力的概念v力是使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形的物体之间力是使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形的物体之间 的相互机械作用，的相互机械作用， 使物体的运动状态和形状发生改变。前者称为力的外效应，使物体的运动状态和形状发生改变。前者称为力的外效应，使物体产生变形称为力的内效应。使物体产生变形称为力的内效应。 v力对物体

14、的作用效应取决于力的大小、方向和作用点，力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点，这三者这三者为力的三要素。为力的三要素。 力的基本单位是牛顿（），常用单位还有千牛顿（力的基本单位是牛顿（），常用单位还有千牛顿（k）等。）等。v力是矢量，常用一带有箭头的线段表示，线段的长度表示力力是矢量，常用一带有箭头的线段表示，线段的长度表示力的大小（按一定的比例尺），线段的方位和箭头的指向表示力的大小（按一定的比例尺），线段的方位和箭头的指向表示力的方向，线段的起点或终点表示力的作用点。通常用黑体字母的方向，线段的起点或终点表示力的作用点。通常用黑体字母表示力矢量。用同一字母非黑体字表示力的大小。（

15、补充矢量）表示力矢量。用同一字母非黑体字表示力的大小。（补充矢量）二、力的基本性质二、力的基本性质作用与反作用定律作用与反作用定律 两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、沿同一直两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、沿同一直线，且分别作用在此二物体上。线，且分别作用在此二物体上。 该公理说明，力总是成对出现的，有作用力就必有反作用力，该公理说明，力总是成对出现的，有作用力就必有反作用力，二者同时存在同时消失。作用力和反作用力分别作用在两个物体上，二者同时存在同时消失。作用力和反作用力分别作用在两个物体上，二力平衡公理二力平衡公理 作用于同一刚体（受力后变形不明显的物体称为刚体作用于

16、同一刚体（受力后变形不明显的物体称为刚体 ）上的二力）上的二力使刚体平衡的必要与充分条件是：此二力大小相等、方向相反且作用于使刚体平衡的必要与充分条件是：此二力大小相等、方向相反且作用于同一直线上。该公理是关于平衡的最简单、最基本的性质，同一直线上。该公理是关于平衡的最简单、最基本的性质，作用在刚体上的力，可以沿其作用线移动到该刚体上任一点不作用在刚体上的力，可以沿其作用线移动到该刚体上任一点不改变它对刚体的作用效果。改变它对刚体的作用效果。力的平行四边形法则力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力的合力仍作用于该点，其大小和作用于物体上同一点的两个力的合力仍作用于该点，其大小和方向由以

17、此二力为邻边所构成的平行四边形的对角线来确定。平行四方向由以此二力为邻边所构成的平行四边形的对角线来确定。平行四边形法则又称为矢量加法，它不仅适用于力的合成，对所有矢量（如边形法则又称为矢量加法，它不仅适用于力的合成，对所有矢量（如速度等）的合成均适用。速度等）的合成均适用。v已知合力求分力的过程，称为力的分解已知合力求分力的过程，称为力的分解课程设置课程设置u力矩力矩u力偶力偶u力的平移力的平移第二节第二节 力矩、力偶与力的平移力矩、力偶与力的平移一、力矩一、力矩v在力学上用在力学上用F与与d的乘积及其转向来度量力的乘积及其转向来度量力F使物体绕使物体绕O点转动点转动 的效应，称为力的效应，

18、称为力F对对O点的力矩，用符号点的力矩，用符号MO(F)表示，表示，公式表示：公式表示： MO(F)=FdvO点称为力矩中心，称为矩心点称为力矩中心，称为矩心vO点到力点到力F作用线的垂直距离作用线的垂直距离d称为力臂，称为力臂，v规定使物体产生逆时针旋转的力矩为正值，反之为负值。规定使物体产生逆时针旋转的力矩为正值，反之为负值。v力矩的单位力矩的单位：Nm（牛（牛米米） kNm（千牛（千牛米）米）例题例题例例2-1 如图所示，物体重量为如图所示，物体重量为G，放在与与水平面成角的斜面上，试将重，放在与与水平面成角的斜面上，试将重量量G分解为沿斜面方向及垂直于斜面方向的两个分力分解为沿斜面方向

19、及垂直于斜面方向的两个分力解：根据力的平行四边形法则对力进行分解，以重量解：根据力的平行四边形法则对力进行分解，以重量G为为对角线，以平行于斜面及垂直于斜面为两邻边，对角线，以平行于斜面及垂直于斜面为两邻边， 重量重量G沿斜面方向的分力具有下滑作用，其大小为沿斜面方向的分力具有下滑作用，其大小为F1=Gsin重量重量G垂直于斜面方向的分力具有正压力作用，其大小为垂直于斜面方向的分力具有正压力作用，其大小为F2=Gcos二、力偶二、力偶v力学中，把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平力学中，把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平行的一对平行力称为力偶，记作（行的一对平行力称为力偶

20、，记作（F1,F2）,力偶矩公式表示：力偶矩公式表示： M(F1,F2)=Fdv力偶中两个力的作用线间的垂直距离力偶中两个力的作用线间的垂直距离d，称为力偶臂，称为力偶臂v两个力所在的平面称为力偶的作用面，两个力所在的平面称为力偶的作用面，v规定使物体产生逆时针旋转的力偶矩为正值，反之为负值。规定使物体产生逆时针旋转的力偶矩为正值，反之为负值。v力偶矩的单位力偶矩的单位：Nm（牛（牛米）米） kNm（千牛（千牛米）米）三、力的平移定理三、力的平移定理v作用在刚体上的力，可以平移到刚体上任意一点，但必须附加一作用在刚体上的力，可以平移到刚体上任意一点，但必须附加一个力偶才能与原来的力等效，附加的

21、力偶等于原来的力对新作用点个力偶才能与原来的力等效，附加的力偶等于原来的力对新作用点的力矩。的力矩。例例2-2 如图所示用钉锤拔钉，力如图所示用钉锤拔钉，力F与锤柄与锤柄AC垂直，垂直，F=200N，AB=410mm，BC=90mm，ACBC,试求试求F力对钉力对钉B作用的力矩，作用的力矩，例题例题解：以钉锤与平面的接触点解：以钉锤与平面的接触点B为矩心，由为矩心，由B向力向力F的作用线引垂线的作用线引垂线BD,力臂：力臂：mmmmBCABACBD400904102222拔钉的力矩为：拔钉的力矩为：MB（F）= FBD=2000.4=80Nm例例2-3 如图所示锥齿轮宽度中点分度圆半径为如图所

22、示锥齿轮宽度中点分度圆半径为r=50mm，受轴向力，受轴向力Fx=300N，径向力，径向力Fy=200N,解：由力的平移原理，可将解：由力的平移原理，可将Fr沿其作用线移到轴线上沿其作用线移到轴线上C点，可将点，可将Fx平移到轴线上，同时附加一力偶平移到轴线上，同时附加一力偶其力偶矩为：其力偶矩为：MB= Fxr=3000.05Nm=15Nmm力偶矩力偶矩M和力和力Fr将使轴发生弯曲将使轴发生弯曲作业作业一、填空一、填空1、机器主要由（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个部分组成。2、在各种机器中普遍使用的零件，称为（ ），只在某些机器中使用的零件，称为（ ）。3、按机械主要用途不同，可分为（ ）

23、、（ ）、（ ）、（ ）等。4、（ ）是反映机械零件承受载荷时抵抗破坏能力的重要指标。5、机械工作时，机械零件所受的载荷是（ ）或（ ），或者是（ ）。6、力对物体的效应取决于（ ）、（ ）和（ ），称为力的三要素。7、力的基本性质包括（ ）、（ ）、（ ）。8、力矩的单位是（ ）或（ ）。9、力偶是大小（ ）、方向（ ）、作用线（ ）的一对相互作用力。作业作业一、填空一、填空1、机器主要由（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个部分组成。2、在各种机器中普遍使用的零件，称为（ ），只在某些机器中使用的零件，称为（ ）。3、按机械主要用途不同，可分为（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等。4、（ ）是反映

24、机械零件承受载荷时抵抗破坏能力的重要指标。5、机械工作时，机械零件所受的载荷是（ ）或（ ），或者是（ ）。6、力对物体的效应取决于（ ）、（ ）和（ ），称为力的三要素。7、力的基本性质包括（ ）、（ ）、（ ）。8、力矩的单位是（ ）或（ ）。9、力偶是大小（ ）、方向（ ）、作用线（ ）的一对相互作用力。二、名词解释二、名词解释1、机器：2、机构：3、零件：4、构件：5、力6、力矩三、计算题三、计算题1、如图所示扳手手柄长、如图所示扳手手柄长20cm，施加的力，施加的力F为为100N，求力，求力F对对O点的力矩点的力矩(P37)。2、如图所示，方向盘的直径为、如图所示，方向盘的直径为40

25、cm，对方向盘施加的力，对方向盘施加的力F为为200N，求，求力力F的力偶矩？的力偶矩？(P38)课程设置课程设置u约束与约束力约束与约束力u力系力系u受力图受力图第二节第二节 约束、约束反力、力系和受力图约束、约束反力、力系和受力图一、约束与约束力一、约束与约束力v自由体：位移自由体：位移(表示物体的位置变化，是矢量表示物体的位置变化，是矢量)不受任何限制的物不受任何限制的物体。体。v非自由体：位移受到限制的物体。非自由体：位移受到限制的物体。v约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。v约束反力：约束作用于被约束物体上的力，也称为约束力

26、。约束反力：约束作用于被约束物体上的力，也称为约束力。v约束力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反。约束力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反。图例v 约束力与主动力的区别约束力与主动力的区别主动力约束力定义物体受到的各种力，如重力、压力、切削力等，它们是促使物体运动或有运动趋势的力，工程上常称为载荷。约束力是一种阻碍物体运动的力，随主动力的变化而变化，特征大小与方向预先确定，可以改变运动状态，大小未知，取决于约束本身的属性，约束力的作用点在约束与被约束物体的接触处，约束力的方向与约束所能限制的方向相反，常见的约束类型常见的约束类型 柔性约束柔性约束2.光滑面约束光滑面约束3.铰链约束铰链

27、约束4.固定端约束固定端约束约束力包括限制移动的两个正交的约束力约束力包括限制移动的两个正交的约束力Fx Fy和限制转动的约束力偶和限制转动的约束力偶MA。二、力系二、力系v一个物体或构件上有多个力的作用，这些力组成一个力系，一个物体或构件上有多个力的作用，这些力组成一个力系， 若这些力在同一平面内，则称之为平面力系。若这些力在同一平面内，则称之为平面力系。v平面汇交力系：在平面力系中，若各个力的作用线全部汇交平面汇交力系：在平面力系中，若各个力的作用线全部汇交 于一点称之为平面汇交力系。于一点称之为平面汇交力系。v一般情况下，平面力系中各个力的作用线是任意分布的，一般情况下，平面力系中各个力的作用线是任意分布的， 称之为平面任意力系。称之为平面任意力系。