機械基礎第一二章第1頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月二、課程基本要求

通過本課程的學習，學生應該能夠達到以下要求:

（1）了解工程力學基礎知識。 （2）熟悉常用機構、常用機械傳動及通用零部件的工作原理、特點、應用、結構和標準。 （3）掌握常用機構、常用機械傳動和通用零部件的特點，具備正確分析、使用機械的能力。 （4）具有與本課程有關的解題、運算、能力和應用標準、圖冊等有關技術資料的能力。 （5）通過實驗課程教學，使學生得到工程材料、機構、機器、設備等感性認識，建立物流工程的專業(yè)基礎能力。第2頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月本課程在專業(yè)中的地位及相互關系：管理學物流系統(tǒng)機械、電子、制圖數學、中文、物理、外語、藝術歷史、計算機、法律等第3頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月四、學時分配總學時：64=授課48+實驗16授課：第一章3學時第二章5學時第三章4學時

第四章4學時第五章4學時第六章4學時第七章4學時第八章4學時第九章4學時第十章6學時第十一章4學時實驗：材料性能試驗《金屬材料拉伸》，介紹機構的《機構的結構和特性》，介紹齒輪性能的《漸開線齒廓范成》，學生動手的《減速機拆裝及結構分析》、

《液壓元件與系統(tǒng)》，現場展示的《機械設備與加工》實驗

第4頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月五、教材與參考書1．《機械基礎》主編魏兵王為高等教育出版社2008.5ISBN978-7-04-023112-02.《機械基礎》主編范思沖機械工業(yè)出版社2004.5ISBN978-7-11-107046-73.《機械學基礎》主編蔣秀珍科學出版社2009.1ISBN978-7-03-022962-5六、教學方法與手段建議

授課、實驗為主，手段用多媒體動態(tài)課件，以增加學生的視覺效果，加深學生的感性印象，提高學生的學習興趣。在實驗課中用大量實物介紹與演示、機器裝拆、實體機械加工等方法建立工程概念，熟悉機構和機器的構成；掌握必備的機械基礎知識。多媒體教學七、課程考核方式與成績評定辦法

閉卷，百分制。第5頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一章：總論（3學時）

教學內容：§1-1

機械的組成

§1-2

運動副及平面機構

§1-3

機械設計的基本準則

§1-4

機械制造的基本知識

§1-5

本課程的性質、任務和學習內容

本章是總體介紹課程的性質、任務和學習內容

，本章主要是要讓同學建立機械系統(tǒng)的一般概念，引起興趣，通過生活中、專業(yè)中的示例，讓同學知道本課程在專業(yè)中的地位和作用。

重要概念：本課程的性質、任務、學習內容 機械、機器、機構、運動副、自由度、平面機構 基本理論：機械設計的基本準則、基本知識 思考與習題

：1—1解釋名詞；零件、構件、機器、機械。

1—2試述機器通常是由哪幾部分組成的?

各部分各起什么作用?第6頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月機械的產生是人類通過長期生產實踐創(chuàng)造發(fā)明的。如：馬車中的車、紡織機等。人類創(chuàng)造發(fā)明機械的目的：提高生產效率，減輕勞動強度，提高產品質量。

第7頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-1機械的組成機械定義：機器和機構的總稱。機器定義：執(zhí)行機械（確定）運動的裝置，用來

變換或傳遞能量、物料和信息。機器特征：1、是人為的實物組合。2、各部分之間有確定的相對運動。3、代替人的勞動完成有用的機械功或轉換機械能。機器分類：1、產生機械能的機器（內燃機、電機）2、轉換機械能的機器（空壓機發(fā)電機）3、利用機械能的機器（機床、紡織機）第8頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月機構定義：是人為的實物的組合，其各件之間有確定的相對運動。與機器區(qū)別：只產生運動的變化，變換或轉換運動。如：鐘表、儀表、繪圖裝置等。構件定義：組成機構的各個相對運動部分。注意：構件可以是單一的整體，也可以是幾個零件組成的的剛性結構。構件是運動的單元，零件是制造（加工）的單元。

綜上所述：機器一般由各種機構組成，并有原動部分、傳動部分和工作部分。機構則由構件組成，構件又由零件組成。因此，一般常以機械一詞作為機構和機器的通稱。

第9頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月一、構件構件：獨立影響機構功能并能獨立運動的單元體（實物、剛體、運動的整體）機架、原動構件、從動構件零件：單獨加工的制造單元體通用零件、專用零件構件可以由一個零件組成也可以由幾個零件組成原動件1234從動件機架第10頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月與動力源組合機器的組成(從運動觀點看)由構件組成(從制造觀點看)由零件組成機械機器機構構件零件通用零件專用零件原動構件從動構件機架零件構件機構機器靜聯(lián)接動聯(lián)接(運動副)第11頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月xyo二、運動副運動副:

兩構件直接接觸而形成的可動聯(lián)接運動副元素：構成運動副時直接接觸的點、線、面部分接觸形式:

點、線、面第12頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月按接觸形式分類：接觸形式:

點、線、面低副：面接觸高副：點、線接觸平面低副空間低副xyo高副高副空間低副平面低副平面低副第13頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月按相對運動分類：運動副的性質（即運動副引入的約束）確定了兩構件的相對運動按相對運動分類：轉動副：相對轉動——回轉副、鉸鏈移動副：相對移動

螺旋副：螺旋運動球面副：球面運動

第14頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月運動副類型小結平面低副:轉動副、移動副（面接觸）平面高副:齒輪副、凸輪副（點、線接觸）空間低副:螺旋副、球面副、圓柱副（面接觸）空間高副:球和圓柱與平面、球與圓柱副(點、線接觸)運動副特性:運動副一經形成,組成它的兩個構件間的可能的相對運動就確定。而且這種可能的相對運動,只與運動副類型有關,而與運動副的具體結構無關。工程上常用一些規(guī)定的符號代表運動副第15頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月平面副低副：轉動副、移動副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點、線接觸)xyoxyottnnnt第16頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月機構是由構件通過運動副連接而成的原動件：按給定運動規(guī)律獨立運動的構件從動件：其余的活動構件機架：固定不動的構件原動件1234從動件機架閉鏈開鏈機構三、機構第17頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1概述2構件的表示方法3運動副的表示方法4

例題四、平面機構的運動簡圖第18頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1概述機構各部分的運動，取決于：原動件的運動規(guī)律、各運動副的類型、機構的運動尺寸(確定各運動副相對位置的尺寸)機構運動簡圖:（表示機構運動特征的一種工程用圖）用簡單線條表示構件規(guī)定符號代表運動副按比例定出運動副的相對位置與原機械具有完全相同的運動特性比較：機構示意圖：沒嚴格按照比例繪制的機構運動簡圖用途：分析現有機械，構思設計新機械第19頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月2構件的表示方法桿、軸類構件機架同一構件兩副構件三副構件第20頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月3運動副的表示方法轉動副移動副高副（齒輪副、凸輪副）２第21頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月4例題：內燃機第22頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1平面機構自由度的計算2機構具有確定運動的條件3幾種特殊結構的處理（略）復合鉸鏈局部自由度虛約束4小結五、平面機構的自由度第23頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1平面機構自由度的計算(1)平面運動構件的自由度(構件可能出現的獨立運動)(2)平面運動副引入的約束R(對獨立的運動所加的限制)xyＯ21與其它構件未連之前：3用運動副與其它構件連接后,運動副引入約束,原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結論：平面低副引入2個約束平面高副引入1個約束第24頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)平面機構自由度計算公式如果：活動構件數：n

低副數：pl

高副數：phxyＯ21未連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數：2pl+phF=3n-(2pl+ph)機構自由度F：F=3n-2pl-ph第25頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月機構自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

1第26頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月F=3n－2pl－ph

=3

4－2

5－0=2

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

5－0=-1

F=3n－2pl－ph

=3

2－2

3－0=0

2機構具有確定運動的條件F=0,剛性桁架，構件之間無相對運動原動件數小于F,各構件無確定的相對運動原動件數大于F,在機構的薄弱處遭到破壞結論：機構具有確定運動的條件：1機構自由度>02原動件數＝機構自由度數BCABCADEAEBCD第27頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月4自由度計算小結自由度計算公式:F＝3n－2pl－ph機構自由度＝3×活動構件數－(2×低副數+1×高副數)計算步驟:確定活動構件數目確定運動副種類和數目確定特殊結構:局部自由度、虛約束、復合鉸鏈計算、驗證自由度幾種特殊結構的處理:1、復合鉸鏈—計算在內2、局部自由度—排除3、虛約束--重復約束—排除機械設計基礎——平面連桿機構第28頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-3機械設計的基本原則一、機械設計的基本要求設計的機器、機構，雖然各自的工作條件不一，但均應滿足以下基本要求：1．滿足使用要求

2．滿足經濟性的要求

3．滿足安全性要求

4．滿足其他特殊要求二、機械零件的工作能力和計算準則

零件的工作能力是在一定的運動、載荷和環(huán)境情況下，在預定的使用期限內，不發(fā)生失效的安全工作限度。衡量零件工作能力的指標稱為零件的工作能力準則。例如，用于傳遞動力的軸不發(fā)生疲勞斷裂，高速運轉時的軸不發(fā)生共振等。主要準則有強度、剛度、振動穩(wěn)定性、壽命等。它們是計算并確定零件基本尺寸的主要依據，故稱為計算準則。對于具體的零件，應根據它們的主要失效形式，采用相應的計算準則。

第29頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月零件設計時主要考慮的準則是：

1．強度零件在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度

2．剛度零件在載荷作用下抵抗彈性交形的能力。

3．振動穩(wěn)定性振動：零件經過它的平衡位置所作的往復運動。零件振動與其固有頻率有關，當零件運動的頻率與零件固有頻率一樣時，零件將產生振動，超過一定振幅，零件會損壞。

4．壽命零件從投運直至由于損傷失效或經濟性等原因，而不能繼續(xù)服役所經歷的總時間。大部分機械零件均在變應力條件下工作，因而疲勞破壞是引起零件失效的主要原因。關于疲勞壽命，通常是求出使用壽命時的疲勞極限來作為計算的依據。第30頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-4機械制造基本知識一、機械制造的一般過程市場調研設計試制小批生產成批生產1．機械設計的主要內容

(1)選擇機器的工作原理

(2)進行機器的運動設計（選擇機構實現預定的運動）

(3)進行機器的動力設計（根據工作負荷選擇驅動功率）

(4)進行機械零、部件的工作能力設計及結構設計（根據零、部件所承受的負荷選擇合理的結構現狀）

(5)進行工藝設計（根據制造廠的條件設計每個零件的工藝路線和裝配工藝路線，還包括制造和裝配過程中使用的操作規(guī)程、工藝裝備、工藝文件）

第31頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、機器的生產過程一臺機器的生產過程是指機器出原材料到成品之間的各個相互聯(lián)系的勞動過程的總和，主要包括所需材料的購入、保管、生產被備工作，毛坯的創(chuàng)造，零件的加工，部件和機器的裝配、檢驗、油漆以及包裝等。第32頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月§1—5本課程的性質、任務和學習內容機械基礎是一門機械類的技術基礎課。通過學習此課程要熟悉和掌握機械傳動、常用機構及軸系零件和液壓傳動的基本知識、工作原理和應用特點，懂得分析機械工作原理的基本方法，作簡單的有關汁算，從中接受必要的基本技能訓練，為學習專業(yè)技術知識提供必要的基礎知識和能力，以適應社會發(fā)展的需要。本課程的內容是介紹常用機構、機械傳動、軸系零件、金屬材料。液壓傳動及機械制造的基本知識。學習本課程應從感性認識出發(fā)，聯(lián)系日常生活及專業(yè)中的具體實例，提高到理論上進行分析，培養(yǎng)觀察問題、分折問題和解決問題的能力。（方法）第33頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1、名詞介紹：

(1)力系：F1F2Fn(2)平衡力系：F2F1Fn若平衡，則稱為平衡力系。同時作用在物體上的一群力。(3)等效力系：=P1P2Pn若兩個力系對同一物體的作用效果相同，則互稱為等效力系。(4)合力、分力：F1FnF2F1FnF2=FR若一個力和一個力系等效，則該力稱為合力，力系中各力稱為此力的分力第34頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月2、力學模型：

剛體：受力時不變形體的物體

剛體系：（物系）3、內容：（1）力系的簡化：

用簡單力系代替復雜力系，作用效應不變。（2）力系的平衡條件:

物體處于平衡狀態(tài)時，力系應滿足的條件。

平衡：指物體相對于地面保持靜止或作均速直線運動第35頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力的概念：

定義：物體間的相互作用外效應：運動狀態(tài)改變。(理力）內效應：變形。（材力）三要素：大小、方向、作用點。力的圖示：FP文字符號：第二章工程力學基礎箭頭，代表力的指向力的作用線線段長度代表力的大小線段的起點或終點為力的作用點第36頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月印刷體：黑體字母——力矢。

普通字母——力的大小。手寫體：F——力矢。

F——力的大小。力單位：NKN

牛千牛二、約束的概念：自由體：能在空中自由運動（飛機、衛(wèi)星）非自由體：某些方面的運動受到周圍物體的限制第37頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

（燈繩、合頁軸、鐵軌）（1）約束：阻礙物體運動的限制物（2）約束反力：約束作用于被約束物體上力

作用點：接觸處

方向：永遠與所限制的運動方向相反

大小：未知待求（被動力）（3）主動力：約束反力以外的其它力能主動引起物體運動的力。例如第38頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月主動力大小一般已知（重力、風力、牽引力）如：

三、靜力學公理(公理與定律；定理、推理與推論）

1、公理一（二力平衡公理）：T1T2GF1F2若剛體受二力作用而平衡，則必、充條件為：此二力等值、反向、共線。（1）適于剛體。第39頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）二力構件（二力桿）：

只受二力作用而平衡的構件或桿件。F1F2

F1F2F1F2

（拉桿）（壓桿）

2、公理二（加、減平衡力系公理）：

在作用于剛體上的任一力系中，加上或減去任一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用受力特點：所受兩力必沿兩力作用點連線第40頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月F1F2F3P1P2=F1F2F3（適于剛體）

3、推論一（力的可傳性原理）

作用在剛體上的力可沿其作用線移動，而不改變該力對剛體的作用效應。=FF2F1F1（令F1=F2=F）

（適于同一個剛體）第41頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

4、公理三（力的平行四邊形法則）：

作用于物體上同一點的兩個力可以合成為作用于該點的一個合力，它的大小和方向由這兩個力的矢量為鄰邊所構成的平行四邊形的對角線來表示。矢式：R=F1+F2F1F2RF1F2RF2F1R（適合于任何物體）（逆過程也成立，一般正交分解）F1F2F力三角形法則:第42頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

5、推論二（三力平衡匯交定理）

剛體受不平行的三力作用而平衡時，此三力作用線必共面，且匯交于一點。證：=F1F2F3F3F2F1R1、只適于剛體2、三力匯交一點，只是平衡的必要條件3、三力構件，若已知三力作用點和任兩力作用線則可定出第三力作用線。

ooABCC第43頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月如：（并不平衡）F1F2F3

6、公理四（作用、反作用定律）

兩物體間相互作用的一對力，總是等值、反向、共線，并分別作用在這兩個物體上。..GGNN（1）適于任何物體。（2）（G、N）是平衡力；

N是作用力，N‘是反作用力第44頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月四、幾種常見的約束及反力：（一）柔索約束：柔繩、皮帶、鏈條等。

特征：只限制沿柔索中心線伸長方向的運動。

反力：作用點：聯(lián)結點。作用線：沿柔索。指向：背離被約束體。（拉力）

例如第45頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月GGF1F2GGFAFBFCFDFEABCDEFAFBFCFDF1F2F1F2第46頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）光滑接觸面約束:

(不計摩擦)特征:只限制沿接觸處公法線做壓入光滑面的運動.公法線FN反力:

作用點:接觸處

作用線:沿接觸處的公法線

指向:指向被約束體BCAFAFBFCG（壓力）第47頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）光滑鉸鏈約束

帶孔的構件套在圓軸（銷釘）上。

特征：只限制構件間的相對移動。不限制構件間的相對轉動。（在垂直于軸線的平面內）傳力特點：帶孔構件與銷釘直接作用。（A）固定鉸支座：底座固定。例如第48頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月FFFFFyFx

反力F：作用點、作用線、及指向，均隨主動力而變。通常用互相垂直的Fx與Fy表示.

（二力構件除外）

簡圖:第49頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（B）中間鉸鏈：

僅有兩個帶孔的構件，套在銷釘上，且節(jié)點處不受外力。

FFFFFxFyFyFx(1)(2)(1)(2)(1)(2)構件(1)與構件(2)互為約束

滿足作用力與反作用力的關系第50頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

通常用(Fx、Fy)，（Fx'、Fy')表示（二力構件除外）簡圖：例：BACFCBFCFBFFCCAFAyFAx先識別二力構件；中間鉸鏈處：作用力與反作用力關系。第51頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（C）可動鉸支座：底座與支撐面間有輥軸。（軸支座）公法線F

只限制沿垂直支撐面方向的運動。

反力F：沿支撐面法線，通過銷釘中心，指向可假設。簡圖：第52頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）鏈桿約束：兩端鉸接，中間不受力的直桿（二力桿）ABABFAFBAFA（A處為中間鉸鏈）反力：沿鏈桿中心線，指向可假設。（只限制沿鏈桿中心線的運動。）===第53頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）軸承約束（A）徑向軸承（向心軸承）：只限制沿半徑方向的運動。軸線FAyFAx(B)止推軸承：既限制沿半徑方向的運動，又限制沿軸線方向的運動。第54頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月FxFzFy（六）球形鉸鏈支座:

球狀物體置于球窩形支座內，只限制任何方向的移動。FxFyFz(七)固定端第55頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月例：已知F，試畫出AB梁的受力圖。解：（1）取AB梁為研究對象。（2）畫主動力F。F（3）畫反力FB,FAx,FAy。FBBAFAxABFFAy或：按三力平衡匯交定理FBBAFFAO

第56頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1.匯交力系合成與平衡的幾何法2.力在坐標軸上的投影3.匯交力系合成與平衡的解析法五力的合成與分解第57頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月匯交力系：平面匯交力系;空間匯交力系.作用在剛體上的匯交力系是共點力系.匯交力系的合成與平衡：

幾何法和解析法.

幾何法：

1）、合成:

力多邊形法則(連續(xù)應用力三角形法則）合力R的作用線過匯交點1.匯交力系合成與平衡的幾何法第58頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月F1F2F3F4F1F2F3F4RF1F2F3F4R選定比例尺測出R長度及與水平線夾角（只適于平面匯交力系）

第59頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月2、力在坐標軸上的投影：1）、力在一個軸上的投影：FxabFx(Fx為代數量)例：F1=F2=F3=F4=100N，求各力在x軸上的投影。F130F245F3F4XF1X=100sin30F2X=-100cos45F3X=0F4X=-100

Fx=Fcos=Fsin

第60頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月2）、力在平面上的投影：FabFxyFxy是矢量3）、力在空間直角坐標軸上的投影：（1）直接投影法：OFxyzFxFyFzxoy

Fx=FcosFy=FcosFz=Fcos

其大?。篎xy=Fcos

aDbc第61頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月OFxyzFxFyFzFxy4）、投影與分力關系ijkF=Fx+Fy+FzFx=FxiFy=FyjFz=FzkF=Fxi+Fyj+Fzk

*

若已知三個投影Fx,Fy,Fz,則可求出力F的大小和方向F=Fx2+Fy2+Fz2cos(F,i)=Fx/Fcos(F,j)=Fy/F;;cos(F,k)=Fz/F設i、j、k為x、y、z三個坐標軸的單位矢量第62頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月3、匯交力系合成與平衡的解析法1）、合成OxyzF1F2FiFnRR=Rxi+Ryj+RzkFi=Fixi+Fiyj+Fizk由R=

Fi得Rxi+Ryj+Rzk=

(Fixi+Fiyj+Fizk)=(

Fx)i+(

Fy)j+(

Fz)k合力投影定理：合力在某一軸上的投影等于各分力在同一個軸上投影的代數和所以：Rx=

FxRy=

FyRz=

Fz第63頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月*

由合力的投影，可求出合力的大小和方向R=Rx2+Ry2+Rz2cos(R,i)=Rx/R;cos(R,j)=Ry/R;cos(Rz,k)=Rz/R*

若平面匯交力系，立xoy坐標系，則xoyRxRyR

Rx=FxRy=FyR=Rx2+Ry2tanRy/Rx=

象限：由RX、Ry的正、負定。（2－6）第64頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月例：F1=10KN，F2=20KN，F3=25KN。求：合力R解（解析法）：幾何法:10KN1cm測量合力R的大小和方向F1F2F3RR=4.410=44KN=F1cos30+F2+F3cos

60

=…=41.16KN

FxRx=Ry=

Fy=-F1sin30+F3sin60

=…=16.65KN30oxyF1F2F360R

R=Rx+Ry22=…=44.4KNtan=Ry/Rx=21.8

=22

第65頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月例:掛物架.W=20KN.求AB、AC桿的受力ABCW30解：(解析法)（1）研究對象：銷釘A（2）受力如圖AWFcFB（3）立xAyxy（4）列平衡方程：

Fy=0，-W-FCcos30=0FC=-W/cos30=…=-23.1KN（壓力）

Fx=0，-FB-Fcsin30=0FB=-Fcsin30=…=11.6KN（拉力）（幾何法）做封閉力多邊形如圖WFcFBFC=W/cos30=23.1KN(壓力)FB=Wtan30=11.6KN(拉力)（或：測量）第66頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月內容提要1.力對點之矩2.力偶及其性質3.力偶系的合成與平衡六、力矩和平面力偶系第67頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月空間一般力系:平面一般力系:F1F2F3FnF1F2Fn第68頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月力對點的矩

力矩是用來量度力使物體產生轉動效應的概念●

力對點的矩的概念作用于剛體的力F對空間任意一點O的力矩定義為M0(F)=r×F

式中O點稱為矩心，r為矩心O引向力F的作用點A的矢徑，即力對點的矩定義為矩心到該力作用點的矢徑與力矢的矢量積第69頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

MO(F)通常被看作為一個定位矢量，習慣上總是將它的起點畫在矩心O處，但這并不意味著O就是MO(F)的作用點。第70頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月力矩矢的三要素:力矩矢的三要素為大小、方向和矩心MO

(F)的大小即它的模|MO(F)|=|r×F|=Frsinθ=Fh

式中θ為r和F正方向間的夾角，h為矩心到力作用線的垂直距離，常稱為力臂。MO(F)的方向垂直于r和F所確定的平面，指向由右手定則確定。第71頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月平面問題

平面問題中，由于矩心與力矢均在同一個特定的平面內，力矩矢總是垂直于該平面，即力矩的方向不變，指向可用正、負號區(qū)別，故力矩由矢量變成了代數量MO(F)=±Fh矢量表達式正負號通常規(guī)定為:逆時針為正順時針為負第72頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1、、力對點之矩（1）平面力系中力對點之矩.oFBAd(O點：矩心)(垂直距離d:力臂)Mo(F)=+Fd平面力矩為代數量大?。篎d逆時針轉動為正,反之為負.Mo(F)=+2OAB面積例:F=50N,d=0.3m.求F力對O點之矩.解:Mo(F)=Fd=…=15Nm*

(1)當F=0,或d=0（力作用線通過矩心）時，力矩為零(2)當力沿其作用線滑移時，力矩不變(3)力矩與矩心有關第73頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）空間力系中力對點的矩空間力對點的矩是矢量OxyzAB力矩矢是定位矢力矩的三要素:力矩的大小;力矩平面的方位;

力矩在力矩平面內的轉向.d力矩的大小:mo(F)=2

OAB面積=Fd力矩的方向：右手螺旋法則mo(F)=r×Fmo(F)rF第74頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月2、力對軸的矩zodabABFPFxy定義:力F對于z軸的矩等于此力在垂直于z軸的平面上的投影對于z軸與此平面交點的矩.Mz(F)=Mo(Fxy)=±FxydMz(F)=±2

oab面積Mo(F)=2

OAB面積=Fd

力對軸之矩是代數量。其正、負號由右手螺旋法則第75頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月3.力偶及其性質ABFF′d1）.力偶：

對物體產生純轉動效應

不是一對平衡力;（力偶作用面；）（d稱為力偶臂）

也不能合成一個合力2）.力偶三要素：

(1)Fd.(2)力偶作用面的方位.(3)在力偶作用面內，力偶的轉向由大小相等,方向相反而不共線的兩個力組成的力系第76頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

力偶沒有合力.因此力偶不能與一個力等效,也不能用一個力來平衡.力偶只能與力偶等效,也只能與力偶平衡3）.力偶矩矢ABFF′rBAdM

在平面問題中則有:M=±FdM=rBA×F=rAB×F′(平面問題中,力偶矩為代數量)4）.力偶的性質

（1）力偶中的兩個力在任一軸上投影的代數和等于零第77頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月§2—2

材料力學的基本知識第78頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月 材料力學的基本任務結構——建筑物或機械中承受荷載而起骨架作用的部分一、研究對象荷載（分靜荷載、動荷載）——各構件在正常工作情況下一般承受的力。構件：組成結構或機械的單個部分外力——荷載和約束反力第79頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月二、研究內容構件的強度、剛度、穩(wěn)定性及材料的

力學性質。 強度：構件抵抗破壞的能力1、在荷載作用下構件應不致于破壞（斷裂），即應具有足夠的強度。第80頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月2、在荷載作用下構件所產生的變形應不超過工程上允許的范圍，即要求有足夠的剛度。剛度：構件抵抗變形的能力3、承受荷載作用時，構件在其原有形狀下的平衡應保持為穩(wěn)定的平衡，即要滿足穩(wěn)定性的要求。穩(wěn)定性：構件維持其原有平衡形式的能力第81頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月受一定外力作用的構件，要求能正常工作，一般須滿足以下三方面要求 足夠的強度必須的剛度足夠的穩(wěn)定性構件的承載能力第82頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月三、研究方法：傳統(tǒng)方法：理論方法與實驗方法；

計算機分析方法。材料力學的任務:設計構件時，在保證滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求的前提下，還必須盡可能合理選用材料和降低材料的消耗量，以節(jié)約資金或減輕構件的自重。第83頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月材料力學的基本假設二、可變形固體的幾種基本假設一、可變形固體在荷載作用下發(fā)生變形（尺寸的改變和形狀的改變）的固體。(1)連續(xù)均勻假設連續(xù)假設：物體在其整個體積內充滿了物質而毫無空隙均勻假設：各點處的力學性質是完全相同的第84頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

(a)變形必須滿足幾何相容條件，即變形后的固體既不引起

“空隙”，也不產生“擠入“現象。

(b)把某些力學量看作固體點的位置函數時，可進行極限分析。材料在各個方向的力學性質相同。(2)各向同性假設(c)從物體內任意一點處取出的體積單元，其力學性能都能代表整個物體的力學性能。 第85頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月lba三、彈性變形和塑性變形彈性變形：卸除荷載后能完全消失的那一部分變形。塑性變形：外力被除去后不能消失而殘留下來的變形。a為彈性變形b為塑性變形第86頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月構件材料的力學模型

連續(xù)、均勻、各向同性的可變形固體，且在大多數場合下局限在彈性變形范圍內和小變形條件下進行研究 變形體與剛體的區(qū)別例如：材料力學中研究桿件的變形問題時可否允許應用力的可移性原理? 第87頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月答：不能第88頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月PBAl小變形：變形遠小于構件的原始尺寸小變形下，在考慮靜力平衡，靜力等效等問題時，又可以將變形略去，仍按變形前的原始尺寸考慮。 P由于l遠小于l，因此在計算A端的反力時，可以略去l的影響仍認為力P

作用于B點。 第89頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月內力和截面法?應力

一，外力和內力外力：其他構件對研究對象的作用力。內力：由于外力作用構件各質點間的相對位置發(fā)生變化，

而產生的附加內力。（內力是由于外力引起的） 二，截面法截面法是材料力學中研究內力的一個基本方法第90頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月求圖中任一截面mm內力的步驟：(1)在求內力的截面處，將構件假想切開成兩部分mm第91頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月mm(2)留下一部分，棄去一部分，并以內力代替棄去部分對留下部分的作用 mmmm第92頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月mmmmmm(3)根據留下部分的平衡條件求出該截面的內力 第93頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月三，應力a

A

P

N

T求截面上a點的應力包圍a點取一微面積

A

A上內力的總和為P將P分解

法向分量N切向分量T第94頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月a

A

A面積內的平均剪應力

A面積內的平均正應力pm

m

m

A面積內的平均應力a

A

P

N

T第95頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月a

pa

Apm

m

ma點的總應力P分解

與截面垂直的正應力

與截面相切的剪應力

第96頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月應力的國際單位為帕斯卡(pa)1帕=1牛頓/米2(N/m2)1MPa=1106N/m2=1N/mm2=106Pa1GPa=109Pa第97頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月構件的分類

桿件變形的基本形式一，構件的分類構件大致可以歸納為四的分類：桿，板，殼和塊體。桿有兩個主要的幾何特征：(1)縱向尺寸（長度）遠比橫向尺寸大得多的構件稱為桿。軸線_____所有橫截面形心的連線橫截面_____垂直于桿件長度的截面第98頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月等直桿——等截面的直桿（材料力學研究的主要對象）直桿——軸線為直線的桿件曲桿——軸線為曲線的桿件等截面桿——各橫截面尺寸不變的桿橫截面軸線形心第99頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月如果構件一個方向的尺寸厚度遠小于其它兩個方向的尺寸，就把平分這種構件厚度的面稱為中面

（2）中面為平面的構件稱為板（平板）（3）中面為曲面的構件稱為殼（平板）（4）三個方向尺寸差不多的構件（同量級）稱為塊體板殼塊體第100頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)軸向拉伸(b)軸向壓縮（1）軸向拉伸和壓縮pppp二，桿件變形的基本形式第101頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）剪切P/2P/2P（3）扭轉mm第102頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

四、 彎曲MM第103頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月入門材料力學數學物理學理論力學其他建筑材料建筑結構結構力學彈性力學機械零件機械原理其他第104頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月材料力學是一門很重要的技術基礎課，他與機械、土建、航空、交通水利等工程密切相關，他在基礎課和專業(yè)課之間起著橋梁作用。必須要學好材料力學第105頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月第106頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

拉伸與壓縮強度一、研究應力的方法：（1）實驗（2）觀察現象（3）通過觀察到的現象得出結論（4）通過結論推導出應力公式第107頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

取一等直桿，在其側面上畫出許多與軸線平行的縱向線和與軸線垂直的橫向線在兩端施加一對軸向拉力P實驗第108頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

所有的縱向線伸長都相等，而橫向線保持為直線且與縱向線垂直。PP觀察現象第109頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月PP

（1）各纖維的伸長相同，所以它們所受的力也相同。結論（2）平面假設：直桿在軸向拉壓時橫截面仍保持為平面。實驗第110頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月由結論可知，在橫截面上作用著均勻分布的正應力。P

N推導公式第111頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月式中，N為軸力，A為桿的橫截面面積。的符號與正應力N的符號相同當軸力為正號時（拉伸），正應力也為正號，稱為拉應力，當軸力為負號時（壓縮），正應力也為負號，稱為壓應力，第112頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月等直桿內最大正應力發(fā)生在最大軸力所在的橫截面上。該截面稱為

危險截面

。危險截面上的正應力稱為

最大工作應力

。二、許用應力

強度條件對于某種材料，應力的增加是有限度的，超過這一限度材料就要破壞。應力可能達到的這一限度稱為材料極限應力

lim。桿件能安全工作的應力最大值，稱為許用應力[]。式中n>1,稱為安全系數第113頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月強度條件：桿內的最大工作應力不超過材料的許用應力第114頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月強度計算的三類問題（1）強度校核（2）設計截面（3）確定許可核載Pmax例題1例題2補充內容第115頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月例題1：簡易起重設備中，AC桿由兩根80

80

7等邊角鋼組成，AB桿由兩根10號工字鋼組成。材料為Q235鋼，許用應力[]=170MPa。求許可荷載[P]。ABCP1m第116頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月PAxy解：取結點A為研究對象，受力分析如圖所示。ABCP1m第117頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月結點A的平衡方程為由型鋼表查得PAxy得到：第118頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月許可軸力為N1=2PN2=1.732P各桿的許可荷載許可荷載[P]=184.6kN補充內容例題2第119頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月d一，低碳鋼拉伸試驗先在試樣中間等直部分上劃兩條橫線，這一段桿稱為

標距l(xiāng)

。l=10d或l=5d設備主要有兩類，一類稱為萬能試驗機。另一類設備是用來測試變形的變形儀。1，試驗方法l標距第120頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

l

PO拉伸圖(P—

l圖)2，低碳鋼拉伸時的力學性質第121頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1

l

PO試樣的變形完全是彈性的。此階段內的直線段材料滿足彈性階段(1)材料是線彈性的第122頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1

l

PO2屈服階段或流動階段(2)試樣的荷載基本不變而試樣卻不斷伸長。第123頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1

l

PO23強化階段(3)在強化階段試樣的變形主要是塑性變形。在此階段可以較明顯地看到整個試樣的橫向尺寸在縮小。第124頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1

l

PO234局部變形階段(4)試樣在某一段內的橫截面面積顯箸地收縮，出現頸縮現象。一直到試樣被拉斷。第125頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個概念卸載定律：若到強化階段的某一點停止加載，并逐漸卸載，在卸載過程中，荷載與試樣伸長量之間遵循直線關系的規(guī)律稱為材料的卸載定律。C1

l

PO234第126頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月料預拉到強化階段然后卸載當再次加載時，試樣在線彈性范圍內所能承受的最大荷載將增大。冷作硬化：在常溫下把材

lC

是試樣的彈性變形

lS

是試樣的塑性變形C1

l

PO234第127頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月0A點是應力與應變成正比的最高限。A應力應變曲線比例極限第128頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月0ABB點是彈性階段的最高點。彈性極限DD點為屈服低限屈服極限第129頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月0ABD強度極限G點是強化階段的最高點G第130頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月

試樣拉斷后，彈性變形消失，塑性變形保留，試樣的長度由l變?yōu)閘1，橫截面積原為A，斷口處的最小橫截面積為A1。斷面收縮率：延伸率：

和

均較高的材料，稱作塑性材料。第131頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月許用應力[

]：極限應力：我們把材料的兩個強度指標

s

和

b稱作極限應力或危險應力，并用

u表示。二，安全系數和許用應力

n

安全系數第132頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月脆性材料塑性材料第133頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月工程實例：橋梁桁架結點的鉚釘（或高強度螺栓）在構件連接處起連接作用的部分，如鉚釘，螺栓，鍵等，統(tǒng)稱為連接件。二、剪切強度實用計算第134頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)P鉚釘的受力圖如圖b所示。(b)mmnn第135頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵的受力如圖b所示。機械中的軸與齒輪間的鍵連接鍵第136頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼結構中的焊縫連接第137頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月1鉚釘在m—m和n—n截面被剪斷鉚釘和鋼板在接觸面上因擠壓使連接松動2鋼板在受鉚釘孔削弱的截面處被拉斷3(a)(b)Pnnmm第138頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月dabcPP受力特征：受一對大小相等，指向相反，作用線相距佷近的橫向外力的作用。abPcdPmm剪切面一.剪切的近似計算變形特征：橫截面沿外力作用方向發(fā)生錯動。

雙剪切實例第139頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月mmPPQ=PmmP剪切面QmmPP剪切面上有剪力

Q第140頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月mmPP假設受剪面上各點的剪應力相等，則受剪面上的剪應力稱為名義剪應力。mmP剪切面QmmPP第141頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月式中，Q為受剪面上的剪力AS為受剪面的面積。mmPPmmP剪切面Q第142頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月剪切的強度條件為[]為材料的許用剪應力。且極限剪應力安全系數mmPPmmP剪切面Q

[]由手冊查得，對鋼制件，[]＝(0.6~0.8)[]第143頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月扭轉的受力特點：在桿件的兩端作用兩個大小相等、轉向相反、且作用平面垂直于桿件軸線的力偶。機器的傳動軸、水輪發(fā)電機的主軸、石油鉆機中的鉆桿、橋梁及廠房等空間結構中的某些構件等，扭轉是其主要變形之一。三、扭轉強度第144頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月扭轉受力簡圖扭轉的變形特點：桿件的任意橫截面都發(fā)生繞桿件軸線的相對轉動。mm第145頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月一，薄壁筒扭轉的應力用截面法求任一橫截面n—n上的內力mmlnn薄壁筒的扭轉（虎克定律）第146頁，課件共173頁，創(chuàng)作于2023年2月mnnmmlnnMn橫截面上的應力只能