顺职院机械分析应用基础教案

第1单元学时数：2学时教学目的与要求：了解机械的组成及机器、机构、构件和零件；了解机械分析的一般程序和基本方法；了解本课程的性质、任务、内容和学习方法。教学重点与难点：重点：1．掌握机械的基本组成；2．掌握机器、机械、机构、零件等概念。难点：机器与机构的区别。教学手段与方式：课堂讲授，多媒体动画，陈列柜教学教学内容：绪论机械的组成机械分析的一般程序和基本方法本课程的性质、任务、内容和学习方法绪论第一节机械的组成本课程研究的对象是机械。它是机器与机构的总称。一、机器与机构在现代的日常生活和工程实践中随处都可见到各种各样的机器。例如：洗衣机、缝纫机、内燃机、拖拉机、金属切削机床、起重机、包装机、复印机等。机器——一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成一定的工作过程，以代替或减轻人类的劳动。1．机器的分类(按工作类型的不同分)动力机器——实现能量转换；如：内燃机、电动机、蒸汽机、发电机、压气机等。工作机器——完成有用的机械功或搬运物品；如：机床、织布机、汽车、飞机、起重机、输送机等。信息机器——完成信息的传递和变换；如：复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。机器的种类繁多，它们的构造、用途和功能也各不相同。但具有相同的基本特征。实例1：单缸四冲程内燃机（动画见课件）实例2：小型压力机（动画见课件）2．机器的共有特征①人为的实物（机件）组合体。②各个运动实物之间具有确定的相对运动。③代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。凡具备上述①、②两个特征的实物组合体称为机构。3．机器与机构的区别机器能实现能量的转换或代替人的劳动去作有用的机械功，而机构则没有这种功能。仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通常我们把机器与机构统称为机械。机器的种类很多，但基本机构的种类不多，最常用的机构有：连杆机构，凸轮机构，齿轮传动机构，间歇运动机构。（动画见课件）二、机器的组成按功能分析机器的组成动力部分传动部分工作部分控制部分就功能来说，一般机器主要由四个基本部分组成：动力部分——是机器工作动力源。最常见的是电动机和内燃机。工作部分——是机器特定功能的执行部分。比如：汽车的车轮、起重机的吊钩、机床的刀架、飞机的尾舵和机翼以及轮船的螺旋桨等。传动部分——联接原动机和工作部分的中间部分。比如：汽车的变速箱、机床的主轴箱、起重机的减速器等。控制部分——控制机器的启动、停止和正常协调动作。比如：汽车的方向盘和转向系统、排挡杆，刹车及其踏板，离合器踏板及油门等就组成了汽车的控制系统。实例3：分析自动洗衣机的组成（动画见课件）2．按结构分析机器的组成静联接动联接协调组合零件构件机构机器与动力源构件是组成机器的运动单元。零件是组成机器的最基本单元（即制造单元）。构件可以是单一的零件，也可以是由几个零件装配而成的刚性结构（如内燃机中的曲轴，连杆）。通用零件——机器中普遍使用的零件。如：齿轮、螺钉、轴等。专用零件——只在某些机器中使用的零件。如：内燃机中的活塞、起重机中的吊钩等。部件——完成共同任务而结合起来的一组零件，它是机器装配的单元。如：联轴器、滚动轴承、减速器等。实例4：分析带传动机构的组成？（动画见课件）实例5：分析链传动机构的组成？（动画见课件）第二节机械分析的一般程序和基本方法在实际生产中，经常会要面临对现有机械设备和产品进行仿制、革新、使用、维护、维修等，这就需要对其进行种种分析。本课程将以实物机械为对象，研究常用机构、通用零件与部件以及一般机器分析的基本理论和方法。一、机械分析的一般程序1．机械传动系统的运动分析分析机械传动系统中执行构件的运动形式、原动机的类型、所用机构的类型、功能、性能特点、运动特点、运动参数、几何参数及标准等。2．机械传动装置结构分析分析机械传动装置中各基本机构、零部件及其组合的结构及其合理性，包括设计结构、工艺结构、装配结构等。3．通用零件与部件的工作能力分析分析通用零件与部件的功能、特点、结构、材料、标准，并作载荷分析、受力分析、失效分析、承载能力核算，了解提高工作能力的措施。4．机械常用零部件的精度分析根据整机及其零部件的功能要求，分析其尺寸精度、配合精度、形状位置精度、表面粗糙度。二、机械分析的基本方法1．理论和实践的紧密结合：将机械分析的理论与实际机构和机器的具体应用密切联系起来，并运用所学的原理进行观察和分析。2．抓住分析对象的共性：各种机构和机器具有许多共性的问题，在机械分析过程中，不仅应分析它们的特性，也要抓住它们之间的共性，从而可收到举一反三的效果，并培养创新意识。3．采用综合分析的方法：工程问题都是涉及多方面因素的综合性问题，故要综合运用所学的基本理论和方法分析和解决有关的工程实际问题，在这一过程中往往需要采用分析、对比、判断等多种方法，以全面分析和解决问题。第三节本课程的性质、任务和学习方法一、本课程的性质本课程是一门介绍机械基本知识、基本理论和基本方法，并培养一定机械分析能力的技术基础课。二、本课程的任务1．掌握常用机构和通用零部件有关的基本知识和分析方法。2．具有运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力。3．培养有关的基本技能和综合分析能力；培养实际解决工程问题的能力。4．培养创新意识和团队协作精神。三、本课程的学习方法1．着重基本概念的理解和基本分析方法的掌握，不强调系统的理论分析；2．着重理解公式建立的前提、意义和应用，不强调对理论公式的具体推导；3．注意密切联系生产实际，努力培养解决工程实际问题的能力。作业布置

第2单元学时数：2学时教学目的与要求：了解自由度、约束的概念；掌握运动副及其分类、运动链成为机构的条件；掌握平面机构运动简图的绘制方法。教学重点与难点：重点：1．运动链成为机构的条件2．平面机构运动简图的绘制难点：平面机构运动简图的绘制教学手段与方式：课堂讲授，实物模型演示，多媒体课件教学内容：第一章机械传动系统的运动分析第一节机构的组成及运动简图一、构件及运动副二、运动链和机构三、平面机构运动简图第一章机械传动系统的运动分析第一节机构的组成及运动简图一、构件及运动副1．构件独立的运动单元，如内燃机中的连杆。（图形见课件）零件是独立的制造单元。2．运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。运动副元素——直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。（动画见课件）运动副的分类：（1）按相对运动范围分（动画见课件）①平面运动副——平面运动②空间运动副——空间运动，例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。平面机构：全部由平面运动副组成的机构。空间机构：至少含有一个空间运动副的机构。（2）按运动副元素分（动画见课件）①低副——面接触，应力低，低副分为转动副和移动副。转动副：两个构件间只能作相对旋转运动的运动副。移动副：两个构件间只能作相对移动运动的运动副。②高副——点、线接触，应力高。例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。二、运动链和机构1．运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。闭式链、开式链：（动画见课件）2．机构具有确定运动的运动链称为机构。机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件机架：作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。原（主）动件：按给定运动规律运动的构件。从动件：其余可动构件。三、平面机构运动简图1．机构运动简图（1）定义机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示机构的运动特性，并根据运动学尺寸，按一定的比例画成的简单图形。（2）作用①表示机构的结构和运动情况；②作为运动分析和动力分析的依据。（3）机构示意图不按比例绘制的简图。2．运动副与构件的表示法常见运动副符号的表示：国标GB4460－84（见课件中相应图、表）构件的表示方法，一般构件的表示方法见课件中相应图、表。3．机构运动简图的绘制（1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；（2）确定所有运动副的类型和数目；（3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；（4）确定比例尺；（5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画）顺口溜：先两头，后中间，从头至尾走一遍，数数构件是多少，再看它们怎相联。例：图示颚式碎矿机。当曲轴2绕轴心O1连续回转，动颚板6绕轴心O3往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。（实物图见课件）绘制图示偏心泵的运动简图：11234作业布置

第3单元学时数：2学时教学目的与要求：了解机械传动的运动和动力参数；了解机械传动机构的基本功能；了解常用机构的类型、特性及应用。教学重点与难点：重点：1．机械传动的运动和动力参数2．机械传动机构的基本功能难点：机构的速度分析教学手段与方式：课堂讲授，实物模型演示，多媒体课件教学内容：第一章机械传动系统的运动分析第二节机械传动机构一、机械传动的运动和动力参数二、机械传动机构的基本功能三、常用机构的类型、特性及应用第一章机械传动系统的运动分析第二节机械传动机构一、机械传动的运动和动力参数1．构件运动的速度v与角速度ω（1）构件的平动构件在平动过程中，其上任一条直线始终与其初始位置保持平行。工程实例：内燃机汽缸中活塞，车轮联动机构中连杆（动画见课件）分类：①直线平动——平动构件上的各点的运动轨迹为直线（如上例中活塞）②曲线平动——平动构件上的各点的运动轨迹为曲线（如上例中连杆）特点：①构件上的各点具有形状相同的运动轨迹；②构件上的各点在某一瞬时具有相同的速度和加速度。如车轮联动机构中连杆BC上任一两点B、C在图示瞬时：ABABCD速度相等加速度相等可见：构件的平动问题可归结为点的运动问题。（2）构件的定轴转动构件在定轴转动过程中，其上有且只有一条直线始终固定不动，该固定直线即为轴线或转轴。工程实例：齿轮，飞轮（动画见课件）refSHAPE特点：构件定轴转动时，其上任一点均作圆周运动，圆心在轴线上，圆周所在平面垂直转轴，半径为点到转轴的距离。1）转动构件的转角和角速度转角用以确定转动构件任一瞬时在空间的位置①转角是代数量，规定从转轴的正向看，逆时针转向的转角为正，反之为负。②转角的单位是rad（弧度）。角速度是描述构件转动快慢和转向的物理量，是转角对时间t的一阶导数，即：①角速度是代数量。若角速度为正，表示转角随时间增加；反之，则转角随时间减少。②角速度的单位是rad/s（弧度/秒）。工程上常用转速n转/分（r/min）表示转动快慢。n与之间的关系是：2）refSHAPE转动构件上任一点的速度v＝Rω即转动构件上任一点速度的大小等于其转动半径与构件角速度的乘积。①转动构件上点的速度大小与点的转动半径成正比，方向垂直于转动半径，指向与角速度的转向一致。②若以转速n表示构件转动的快慢，则直径为D(mm)的圆周上各点的速度可表示为：υ(m/s)υ2．传动比i在机械传动中，为满足构件的变速、换向需要，常用齿轮、皮带轮、链轮、摩擦轮或它们的组合来实现。设轮Ⅰ是主动轮，轮Ⅱ是从动轮，则：传动比是主动轮Ⅰ和从动轮Ⅱ的角速度（或转速）之比，即：啮合传动：摩擦传动：式中：n1、n2为主、从动轮转速，z1、z2为主、从动轮齿数，d1、d2为主、从动轮计算直径。传动系统总传动比等于各级传动比的连乘积，即：3．机械效率η齿轮传动系统传动构件的效率<1齿轮传动系统用效率可估量机械传动系统中的功率损耗。机械传动系统总效率等于各部分效率的连乘积：实例：分析输送装置中机械传动系统的总效率。总效率：其中：η1—带传动效率；η2—轴承效率；η3—齿轮传动效率；η4—联轴器效率；η5—传动滚筒效率。传动零件运动副的效率可查表1-1，一对滚动轴承或联轴器的效率可取为η=0.98～0.99。4．功率P转动构件（kW）移动构件（kW）其中，T—转矩（N·m）；n—转速（r/min）；F—力（N）；υ—速度（m/s）。①传动系统中，对零件进行工作能力计算时，均以其输入功率作为计算功率。②该计算功率可由传动系统的输入功率或输出功率以及各运动副效率求得。③一般情况下，电机额定功率略大于系统负载功率，故从负载功率求得零件的计算功率较为合理。实例：二级齿轮传动系统设PⅠ、PⅡ、PⅢ分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的计算功率，P1、P2分别为齿轮副Z1、Z2和齿轮副Z3、Z4的计算功率。若已知：P输入，η轴承，η齿轮PⅠ=P输入P1=P输入η轴承PⅡ=P输入η轴承η齿轮P2=P输入η2轴承η齿轮PⅠⅡ=P输入η2轴承η2齿轮P输出=P输入η3轴承η2齿轮若已知：P输出，η轴承，η齿轮PⅠ=P输出/(η3轴承η2齿轮)P1=P输出/(η2轴承η2齿轮)PⅡ=P输出/(η3轴承η齿轮)P2=P输出/(η轴承η齿轮)PⅠⅡ=P输出/η轴承5．转矩（传动系统中各构件转矩之间的关系）若运动构件的输入功率P（kW）和转速n（r／min），可求出相应转矩T。转矩：齿轮传动系统齿轮传动系统实例：分析传动系统中各运动构件转矩之间的关系即：传动系统中，两轴之间转矩的普遍关系式为：T1、TK主、从动轴转矩；i1k1，k两轴间传动比；η1k1，k两轴间传动效率。机械传动系统中机械传动系统中减速增矩、升速减矩的重要规律减速传动n1>nk，i1k>1，TK>T1升速传动n1<nk，i1k<1，TK<T1二、机械传动机构的基本功能1．实现运动形式的变换电动机、内燃机等原动机输出匀速的回转运动，而机械执行构件要求的运动形式是多种多样的。传动机构可把匀速的回转运动转变为移动、摆动、间歇运动、平面复杂运动等形式。实现各种运动形式变换的机构如下：①原动件连续回转→从动件连续回转，实现变向、变速实例：外啮合齿轮机构，内啮合齿轮，圆锥齿轮机构，蜗杆蜗轮机构，带传动机构，链传动机构（动画见课件）→从动件间歇回转SHAPE实例：电影放演机（槽轮机构），不完全齿轮机构，圆柱凸轮分度机构（动画见课件）→SHAPE从动件往返摆动实例：摆动导杆机构，摆动圆柱凸轮机构（动画见课件）→从动件移动实例：圆柱凸轮输送机，内燃机气门机构（动画见课件）→从动件作平面复杂运动实例：揉面机，连杆步进输送机构（动画见课件）②原动件摆动→从动件摆动或移动或间歇回转实例：鹤式起重机（双摇杆机构），吸筒，齿轮齿条，棘轮机构（动画见课件）2．实现运动速度的变换机械执行构件的转速一般与原动机转速是不相符合的，传动机构要完成减速、增速或变速的功能。在较大传动比的情况下需要将多级齿轮、带、链、蜗杆传动等组合起来满足速度变化的要求。实例1：二级齿轮减速器（动画见课件）减速器由几对齿轮安装在一个箱体内，可以由专门的工厂生产，它作为通用部件应用在机械传动系统中，其输入输出轴可用联轴器与有关轴相联。实例2：汽车变速器（动画见课件）根据汽车行驶的不同速度要求，汽车发动机输出的转速通过变速器可得到四种不同转速和相应的转向，这是利用滑移齿轮和离合器完成的有级变速传动。（1）低速档：滑移齿轮6与齿轮5啮合，齿轮4、离合器B均放于空档。传动路线Ⅰ（1）2（5）6（Ⅱ）（2）中速档：滑移齿轮4与齿轮3啮合，齿轮6、离合器B放于空档。传动路线Ⅰ（1）2（3）4（Ⅱ）（3）高速档：离合器A与B啮合，齿轮3、齿轮5处于空档。传动路线Ⅰ—Ⅱ（4）低速倒车档：滑移齿轮6与齿轮8啮合，齿轮4、离合器B放于空档，传动路线Ⅰ（1）2（7）86（Ⅱ）3．实现运动合成和分解机械传动中，有时需要将两个运动合成为一个输出运动或将一个运动分解为两个输出运动，传动机构能实现这些要求。实例1：电扇摇头机构（图形见课件）功能要求：1．风扇叶轮的旋转搅动空气产生风，使空气流动。2．叶轮的轴线能作一定角度的摆动，使整个房间。运动原理：电机轴上直接安装风扇叶轮使之转动，其风速大小是通过调节电机转速的方法得到的。双摇杆机构1—2—3—4，杆1能相对构件4（2）绕A（B）转360°。构件4上的电机通过蜗轮蜗杆传动，使杆1以较低的速度绕A点作整周转动，从而使摇杆2、4往复摆动，以实现风扇摇头的要求。实例2：平板印刷机吸纸机构（图形见课件）凸轮机构通过两个摆动从动件，从两条路线传递运动，于吸纸盘P合成，吸纸盘P走出一个矩形轨迹，以完成吸纸和送纸的两个主要动作。4．获得大的机械效益实例：蜗杆传动起重机构（图形见课件）传动系统在许多情况下可以增矩、增力，获得大的机械效益。根据一定功率下减速增矩的原理，通过减速传动可以用较小的驱动转矩产生较大的输出转矩。手动蜗杆传动起重机构，其输入输出转矩T1，T2间存在以下关系：式中：i12——蜗杆蜗轮间传动比；η12——蜗杆蜗轮间传动效率。而则控制合理的R，L尺寸，进一步利用杠杆原理，可用较小的F举起较大的Q，达到省力的目的。三、常用机构的类型、特性及应用见课件中表1－1。作业布置

第4单元学时数：2学时教学目的与要求：理解运动链的可动性及运动确定性的条件；能正确计算平面机构的自由度。教学重点与难点：重点：平面机构自由度的计算难点：自由度计算时应注意的特殊结构教学手段与方式：课堂讲授，多媒体课件教学内容：第一章机械传动系统的运动分析第三节平面机构的自由度一、平面机构自由度的计算二、机构具有确定运动的条件三、计算平面机构的自由度时应注意的特殊结构第四节机械传动系统的运动分析实例第一章机械传动系统的运动分析第三节平面机构的自由度一、平面机构自由度的计算1．平面机构自由度机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。构件的自由度两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。低副引入两个约束！（图形见课件）高副引入一个约束！（图形见课件）2．机构自由度计算的一般公式F＝3n－2PL－PHn—活动构件数；PL—低副数；PH—高副数例1：计算曲柄滑块机构的自由度（动画见课件）S31S3123低副数PL=4高副数PH=0F＝3n－2PL－PH＝3×3－2×4＝1例1231234θ1解：活动构件数n＝4低副数PL＝5F＝3n－2PL－PH＝3×4－2×5＝21123例3：计算图示凸轮机构的自由度（动画见课件）解：活动构件数n＝2低副数PL＝2高副数PH＝1F＝3n－2PL－PH＝3×2－2×2－1×1＝1F=3×2–2×3=0(桁架)SHAPEF=3×3–2×5=-1(超静定桁架)二、机构具有确定运动的条件1．机构自由度数F≥1。2．原动件数目等于机构自由度数F。三、计算平面机构的自由度时应注意的特殊结构1．复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副相联。计算：m个构件，有m－1转动副。例：计算图示圆盘锯机构的自由度解：活动构件数n=7低副数PL=10F＝3n－2PL－PH＝3×7－2×10－0＝12．局部自由度ABCABC321ABC321事实上，两个机构的运动相同，且F=1（动画见课件）计算时去掉滚子和铰链，滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。3．虚约束（1）定义在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。（2）处理办法将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。（3）常见的虚约束①机构中某两构件用转动副相联的联结点，在未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为一，则此联结带入的约束为虚约束。（动画见课件）虚约束一虚约束二②两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。xx1x2ABC1234x1x2③两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。C2C2ABDFE3415AB④在机构整个运动过程中，如果其中某两构件上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。⑤机构中对运动不起作用的自由度F＝-1的对称部分存在虚约束。行星轮（动画见课件）⑥两构件构成高副，两处接触，且法线重合。WW如等宽凸轮注意：法线不重合时，变成实际约束！nn1n1n2n2A’AAAA’n1n1n2注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮；增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨；使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。例：计算图示大筛机构的自由度。复合铰链：位置C，2个低副CDABCDABGFoEE’CDABGFo虚约束En=7PL=9PH=1F＝3n－2PL－PH＝3×7－2×9－1＝2第四节机械传动系统的运动分析实例实例1：电动玩具马主体运动机构运动分析：电动玩具马主体运动机构，模仿马飞奔前进的运动形态。它由曲柄摇块机构（1、2、3、4）中的导杆2的摇摆和升降使其上Ｍ点的模型马获得俯仰和升降的奔驰势态；由两杆机构（4、5）中的转动构件4绕O轴转动，使模型马作前进运动。两种运动合成为马飞奔前进的运动形态。实例2：刻字、成型机构传动原理：刻字、成型机构中的双槽凸轮的转动推动两移动构件2、3，其运动合成的结果使滑块4的M点描绘出一条复杂的轨迹。实例3：齿轮加工机床的误差校正机构传动原理：它是由蜗杆蜗轮机构1、2和凸轮机构2?、3组成。在此机构中，蜗杆1为原动件，蜗轮2为从动件，如果由于制造误差等原因，使蜗轮2的实际转动达不到要求时，则根据所测得的误差设计出与蜗轮2固装在同一轴上的凸轮2?的轮廓曲线，当此凸轮2?与蜗轮2一起转动时，将蜗轮的运动反馈至蜗杆1，使蜗杆沿轴向移动并导致蜗轮产生附加转动，从而使蜗轮2的输出运动得到校正。实例4：车床切制螺纹的传动系统（图形见课件）功能要求：电机通过传动系统把运动分解为主轴和进给系统的两部分运动，而且要求控制两运动之间的传动比和转向。传动方案：车床在切制螺纹时，电动机通过变速传动机构A使机床主轴得到几种转速，同时又通过传动机构B，使主轴每转一转，丝杆2带动车刀4移动的距离等于被加工螺纹的导程S1，若丝杆2导程为S2，则主轴与丝杆传动比必须为：当丝杆转向与主轴一致时，切制螺纹的旋向与丝杆相同，否则相反。实例5：绕线机传动系统功能要求：一台原动机要满足绕线和布线两种互相有协调关系的运动。线轴回转电机—传动系统—导线叉匀速往复运动传动方案：（1）电机与线轴间采用一级齿轮传动来实现。（2）电机与布线机构间有降速和回转变往复运动（移动或摆动）两个分功能。回转变往复运动采用凸轮机构来实现。降速采用齿轮传动与蜗杆传动组合来实现。实训一：平面机构运动简图的绘制与分析作业布置

第5单元学时数：2学时教学目的与要求：理解静力分析的基本概念；掌握平面机构中约束类型及约束反力的分析方法。教学重点与难点：重点：1．平面机构的静力分析2．受力图的绘制难点：平面机构的静力分析教学手段与方式：课堂讲授，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第一节平面机构的静力分析一、静力分析的基本概念二、平面机构中约束类型及约束反力第二章机械零部件的工作能力分析概述第一节平面机构的静力分析一、静力分析的基本概念构件的平衡——构件相对地面保持静止或匀速直线运动的状态。见课件中图例：刚体，变形体；对于塔吊和组成塔吊的每一根杆件，研究塔吊不致倾倒，确定所需配重。1．力及其性质力：物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化，或使物体发生变形。力的三要素：大小、方向、作用点力的单位：N(牛顿)，kN(千牛)见课件中图例：小车的运动，吊车梁的变形。讨论构件在力的作用下整体的平衡问题。视构件为刚体（1）力的平行四边形法则同一个点作用两个力的效应可用它们的合力来等效。该合力作用于同一点，方向和大小由平行四边形的对角线确定。（2）作用与反作用定理两个物体间相互作用的力，总是大小相等、方向相反，同时分别作用在两个物体上。（3）二力平衡原理作用于刚体上的两个力，如果大小相等、方向相反、且沿同一作用线，则它们的合力为零，此时，刚体处于静止或作匀速直线运动。（动画见课件）（4）加减平衡力系原理在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。推论1：力的可传性力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不改变它对刚体的作用效应力的三要素可以叙述为：大小、方向、作用线推论2：三力平衡汇交定理刚体受到不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线一定交于同一点且位于同一平面内。（5）合力投影定理合力在任意轴上的投影，等于诸分力在同一轴上投影的代数和。合力的解析法：2．力矩及其性质力对点之矩F使物体绕O点转动效应的物理量称为力F对O点的力矩。O称为力矩中心。点到力的作用线的垂直距离称为力臂。F对O点之矩：力矩力矩的单位：牛顿米(N·m)或千牛顿米(kN·m)①力F对O点之矩不仅取决于力的大小，同时还与矩心的位置有关。②力F对任一点之矩，不会因该力沿其作用线移动而改变，因为此时力臂和力的大小均未改变。③力的作用线通过矩心时，力矩等于零。④互相平衡的二力对同一点之矩的代数和等于零。⑤作用于物体上的力可以对物体内外任意点取矩计算。例：齿轮啮合传动，计算主动轮O1对轮O2的力矩。选被动轮O2为研究对象受力分析如图合力矩定理：合力对任一点之矩等于各分力对该点之矩的代数和。已知：F,l1,l2,a.求：Mo(F)解：Mo(F)=Mo(Fx)+Mo(Fy)=Mo(Fsinai)+Mo(Fcosaj)3．力偶及其性质力偶：大小相等方向相反作用线互相平行的两个力。并记为（F，F´）。力偶作用面：力偶中两个力所在的平面。力臂：两个力作用线间的垂直距离。力偶矩：力偶对物体转动效应的度量（力偶无合力）力偶的三要素：力偶的大小；力偶的转向；力偶的作用平面力偶矩的单位：牛顿米（N·m）或千牛顿米(kN·m)力偶的合成——平面力偶系的合成结果为一合力偶，合力偶等于各已知力偶矩的代数和。（图形见课件）例：在汽缸上要钻四个相同的孔，现估计钻每个孔的切削力偶矩m1=m2=m3=m4=m=-15Nm，当用多轴钻床同时钻这四个孔时，问工件受到的总切削力偶矩是多大？解：作用在汽缸上的力偶大小相等，转向相同，又在同一平面内，因此这四个力偶的合力矩为负号表示合力偶矩顺时针方向转动。知道总切削力偶矩之后，就可考虑夹紧措施，设计夹具。4．力的平移定理定理：作用在刚体上的力F可以平行移动到任一点，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力F对平移点之矩。（图形见课件）二、工程中常见的约束类型及约束反力自由体（非自由体）：位移不受(受)限制的物体。约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。约束力或约束反力：约束作用于被约束物体上的力。约束力的方向总是和所能够阻碍的位移方向相反。主动力：使物体运动或有运动趋势的力，也称载荷。被动力：由主动力的作用引起的作用力，通常是指约束反力。1．柔性约束及约束反力工程中常见的钢丝绳、三角带、链条等均可视为柔索。柔索只能限制物体沿柔索伸长方向的位移。（图形见课件）柔索的约束反力方向沿着它的中心线，而背离物体。（图形见课件）2．运动副约束及约束反力（不计摩擦）（1）移动副约束反力的方向沿接触面的法线且指向被约束构件。（2）转动副①固定铰链约束（图形见课件）约束反力的方向沿接触处的公法线且指向被约束构件。在无法确定反力方向时，通常用通过铰链中心的两个互相垂直力X和Y来表示。②中间铰链约束（图形见课件）约束反力的方向沿接触处的公法线且指向被约束构件。在无法确定反力方向时，通常用通过铰链中心的两个互相垂直力X和Y来表示。③辊轴约束（活动铰支座、辊轴支座）（图形见课件）约束反力通过销钉中心，垂直于支撑面，指向待定。④轴承约束滑动轴承约束和滚动轴承中的向心轴承约束没有止推作用，只有垂直于轴线方向的径向反力，当该反力的方向不能预先确定时，通常用在径向平面内互相垂直的两个分力来表示。（3）高副①凸轮与从动件（图形见课件）约束反力的方向沿接触点处的公法线指向被约束构件。②齿轮（图形见课件）约束反力的方向沿接触点处的公法线指向被约束构件。3．固定端约束车床上刀架对车刀的约束，车床上卡盘对工件的约束（图形见课件）平面载荷作用的情形（图形见课件）→平面分布约束力简化结果：FAx；FAy；MA4．构件的受力分析与受力图构件的受力分析就是分析构件所受的所有主动力和约束反力。对于整个机构，各个构件之间的作用力为内力，要对其中某个构件作受力分析时，需将该构件从机构中分离出来，此时，其它构件对该构件的作用力均为该构件的外力。对于被分离出来的构件、即受力分析对象，画出其承受的所有主动力和约束反力称为该构件的受力图。实例：曲柄冲压机及其受力图；简易压榨机及其受力图（图形见课件）画受力图的基本步骤：（1）取分离体：根据问题的要求确定研究对象，将它从周围物体的约束中分离出来，单独画出研究对象的轮廓图形；（2）画已知力：载荷，特意指明的重力等，不特意指明重力的构件都是不考虑重力的；（3）画约束反力：确定约束类型，根据约束性质画出约束反力。作业布置

第6单元学时数：2学时教学目的与要求：掌握约束反力的求解；会对回转构件平衡实例进行分析。教学重点与难点：重点：平面力系及其简化难点：平面力系及其简化教学手段与方式：课堂讲授，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第一节平面机构的静力分析三、约束反力的求解四、回转构件平衡的实例分析第二章机械零部件的工作能力分析概述第一节平面机构的静力分析三、约束反力的求解1．平面力系及其简化设物体上作用一平面力系F1，F2……Fn，如图所示。在力系所在平面内任选一点O，称为简化中心。简化结果：主矢：R´=F1+F2+···+Fn=∑F主矩：Lo=m1+m2+···+mn=mo(F1)+mo(F2)+···mo(Fn)=∑mo(F)原力系的主矩等于原力系中各力对O点之矩的代数和。结论：平面力系向作用面内任一点O简化，可得到一个力R´和一个力偶Lo。R´=∑FLo=∑mo(F)Rx´=X1+X2+···+Xn=∑XRy´=Y1+Y2+···+Yn=∑Y注意：力系的主向量R´只是原力系的向量和，所以它与简化中心的选择无关。而力系对于简化中心的主矩Lo显然与简化中心的选择有关。平面一般力系的平衡条件：力系的主向量R´和力系的主矩Lo都等于零。即平衡方程——力系中所有各力在两个任选坐标轴的每个轴上的投影的代数和分别等于零，以及各力对于平面内任意一点之矩的代数和也等于零。一般式：二力矩式：A、B两点连线不能与x轴（或y轴）垂直三力矩式：A、B、C三点不能在一条直线上2．不计摩擦时构件约束反力的求解例1：车刀固定在刀架上，l=60mm，切削力Py=18kN，Pz=7.2kN。求固定端A的约束反力。解：以车刀为研究对象画受力图（图形见课件）选坐标轴列平衡方程（见课件）例2：曲柄冲压机如图所示，冲压工件时冲头B受到工件的阻力Q=30kN。试求当a=12º时连杆AB所受的力及导轨的约束反力。解：（1）根据题意，选取冲头B为研究对象（2）画受力图作用于冲头B上的力有工件的阻力Q，导轨的约束反力N，连杆AB给冲头的力SAB。AB是二力杆，所以SAB的方向必沿连杆AB的轴线。冲头B的受力是一个平面汇交平衡力系。（3）列平衡方程选坐标轴如图所示。由平衡方程得：计算结果SAB为正值，表明假设的指向与实际指向相同。而连杆受的力与力SAB等值反向，即连杆受压力。例3：如图一车轴，已知P1=P2=P，l，a等几何尺寸。求A、B处的支座反力。解：（1）建立力学模型（2）选车轴为研究对象（3）建立坐标系，画受力图（4）列方程求未知量解得：例4：图示电动机轴承通过联轴器与工作轴相连接，联轴器上四个螺栓A、B、C、D的孔心均匀地分布在同一圆周上,此圆的直径AC=BD=150mm,电动机轴传给联轴器的力偶矩m=2.5kN·m,试求每个螺栓所受的力为多少？解：取联轴器为研究对象。作用于联轴器上的力有电动机传给联轴器的力偶，每个螺栓的反力，其方向如图所示。如假设四个螺栓的受力均匀即P1=P2=P3=P4=P则组成两个力偶并与电动机传给联轴器的力偶平衡。于是由（每个螺栓所受的力）例5：图a为一偏心夹紧机构，在图示位置时压杆水平，已知：a=12cm，b=6cm，R=4cm，e=1.5cm，l=10cm。不计接触面之间的摩擦，求工件E所受夹紧力。（实物图形见课件）解：由题意，首先选偏心轮为研究对象，作用于其上的力有P、RC、XD、YD。受力图如图b所示。再以杆为研究对象，作用于其上的力有RC、XB、YB、NA，受力图如图所示。求得工作E所受加紧力NA与力N’A等值相反。四、回转构件平衡的实例分析（此部分内容需补充）作业布置

第7单元学时数：2学时教学目的与要求：理解运动副的摩擦与自锁的概念；能分析运动副中摩擦的问题；理解机械零件轴向拉伸（压缩）概念；了解内力和应力的分析与计算；了解材料的力学性能。教学重点与难点：重点：1．运动副中摩擦问题的分析2．机械零件轴向拉伸（压缩）概念难点：运动副的摩擦教学手段与方式：课堂讲授，实物模型演示，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第一节平面机构的静力分析五、运动副的摩擦与自锁第二节零件轴向拉伸（压缩）变形时的工作能力分析一、零件轴向拉伸（压缩）概念二、内力分析与应力分析三、材料的力学性能第二章机械零部件的工作能力分析概述第一节平面机构的静力分析五、运动副的摩擦与自锁摩擦问题的两重性：（图形见课件）①有利：制动、传动②不利：产生阻力、消耗能量、降低效率摩擦按照物体表面相对运动情况，可分为：滑动摩擦和滚动摩擦。滑动摩擦又分为：动滑动摩擦：两接触面具有相对滑动；静滑动摩擦：两接触面具有相对滑动趋势。1．滑动摩擦（1）静滑动摩擦定律接触面存在着阻碍物体滑动的力F，此力称为静滑动摩擦力。当力增加到某个值时，物体处于将动未动的临界平衡状态，这时摩擦力达到最大值称为最大静摩擦力，以Fmax表示。静滑动摩擦定律：最大静摩擦力的大小与法向反力成正比。Fmax=fNf称为静滑动摩擦系数。静摩擦力随着主动力的不同而改变，它的大小由平衡方程确定，但介于零与最大值之间静摩擦力的方向与两物体间相对滑动趋势的方向相反。（2）动滑动摩擦定律当力增加到略大于Fmax时，这时最大静滑动摩擦力已不足以阻碍物体向前滑动，物体相对滑动时出现的摩擦力，称为动滑动摩擦力，它的方向与两物体间相对速度的方向相反。F’=f’Nf’称为动滑动摩擦系数。2．自锁现象法向反力N与摩擦力F的合力称为支承面对物体的全反力R。摩擦力F达到最大值Fmax时，这时夹角a也达到最大值r，称为摩擦角。摩擦角的正切等于静摩擦系数。与力大小无关而与摩擦角（或摩擦系数）有关的平衡条件称为自锁条件。物体在这种条件下的平衡现象称为自锁现象。3．运动副中摩擦问题的实例分析锥体摩擦离合器自锁条件自锁条件：例1：下图为小型起重机的制动器。已知制动器摩擦块与滑轮表面间的摩擦系数为f，作用在滑轮上的力偶其力偶矩为m，A和O都是铰链。几何尺寸如图所示。求制动滑轮所必须的最小力Pmin。解：当滑轮刚能停止转动时，力的值最小，制动块与滑轮的摩擦力达到最大值。以滑轮为研究对象，分析受力。画受力图.因为滑轮平衡，故由平衡方程和滑动摩擦定律可列出：其次，以制动杆AB为研究对象，受力分析如图所以平衡时力P的平衡范围是：例2：下图为一凸轮机构（图形见课件）。已知推杆与滑道间的摩擦系数为f，滑道宽度为b。问a多大，推杆才不致被卡住。（凸杆与推杆接触处的摩擦忽略不计）解：（1）选研究对象，画受力图取推杆为研究对象，如图所示。其上共有五个力作用：凸轮对推杆的反力N；由于推杆与滑道间总是略有间隙，所以在凸轮反力N的作用下，可以认为推杆与滑道间在A、B两点接触，受到滑道法向反力NA，NB和摩擦力FA，FB的作用。（2）列平衡方程，求未知量选坐标轴Oxy，列平衡方程：考虑平衡的临界情况（即推杆将动而未动时），摩擦力达到最大值。根据摩擦定律可列出：FA=f·NA，FB=f·NB由以上各式可得：要保证机构不被卡住，必须使：（3）分析讨论从解得的结果中可以看出，机构不致于被卡住，不仅与尺寸a有关，还与尺寸b有关。如b太小，也容易被卡住。注意：在工程上遇到象顶杆在导轨中滑动，滑块在滑道中滑动等情况，都要注意是否会被卡住的问题。第二节零件轴向拉伸（压缩）变形时的工作能力分析一、零件轴向拉伸（压缩）概念直杆沿轴线受到一对大小相等方向相反的力作用，称为轴向拉伸或压缩。特点：①一对外力大小相等方向相反且沿杆轴线；②杆的变形为轴向伸长或缩短。二、内力分析与应力分析1．内力分析材料力学中的内力是由外力引起的杆件内部各部分之间的相互作用力，称为内力。内力的分析计算是解决杆件的强度、刚度和稳定性计算的基础。用截面假象地把杆件分成两部分，以显示并确定内力的方法称为截面法。截面法分为截开、代替、平衡三个步骤。2．应力分析单位面积的内力称为应力。在某个横截面上，与该横截面垂直的应力称为正应力，用σ表示。如果横截面面积为A，该横截面上的轴向内力为FN，则正应力σ用下式计算：σ＝FN/A(N/m²)单位：帕（Pa），或kPa，Mpa，GPa1Pa=1N/m²，1MPa=106Pa1GPa=10³MPa=109Pa工程制单位与国际单位换算关系：1kgf/cm²=98.1kPa1kgf/mm²=9.81MPa1N/mm²=1MPa三、材料的力学性能1．材料拉伸时的力学性能：以Q235钢为例比例极限：在o-a段内，σ=E×ε,E是材料弹性模量。屈服点：在a-b段，产生屈服现象，b点是称屈服点，该点应力叫屈服应力，用σs表示。抗拉强度：在b-c段，到达c点时，应力达到最大值，这是材料所能承受的最大应力，称抗拉强度，用σb表示。断后伸长率δ：相对伸长为δ=×100%断面收缩率ψ：相对收缩为ψ=×100%2．材料压缩时的力学性能Q235钢在压缩时的比例极限、屈服点和弱性模量均与拉伸时相同，但测不出抗压强度。铸铁压缩时的搞压强度是拉伸时搞拉强度的4～5倍。3．许用应力和安全因素许用应力是工程中规定的每一种材料所能允许随的最大应力。用[σ]符号表示。塑性材料的许用应力：[σ]=脆性材料的许用应力：[σ]=因数ns、nb叫做安全因数。一般规定，塑性材料的安全因数取ns=1.4～1.7，脆性材料的安全因数取nb=2～3。作业布置

第8单元学时数：2学时教学目的与要求：熟悉典型工程案例的轴向拉伸（压缩）强度分析方法；了解轴向拉伸（压缩）变形和压杆稳定性的概念。教学重点与难点：重点：轴向拉伸（压缩）强度分析方法难点：轴向拉伸（压缩）强度的计算教学手段与方式：课堂讲授，实物模型演示，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第二节零件轴向拉伸（压缩）变形时的工作能力分析四、轴向拉伸（压缩）强度的实例分析五、轴向拉伸（压缩）变形简介六、压杆稳定性的概念第二章机械零部件的工作能力分析概述第二节零件轴向拉伸（压缩）变形时的工作能力分析四、轴向拉伸（压缩）强度的实例分析1．强度条件σ＝FN/A≤［σ］2．例题例1：起重吊钩的上端用螺母固定，若吊钩螺栓部分的的内径d=60mm，材料的许用应力［σ］＝80MPa，试校核螺栓部分的强度。解：（1）分析受力用截面法，假想将工件断开（2）求截面上的内力FNFX=0:FN–170=0FN=170（3）求截面上的应力σσ=FN/A=170×1000/3.14×30×30＝60.156=60（MPa）（4）计算结果比较：σ＜［σ］因为σ＜［σ］，所以螺栓是安全的。例2：车辆制动缸的活塞杆如图所示。制动时，空气压力p=1.2MPa，已知活塞直径D=400mm，活塞杆直径d=60mm，材料的许用应力［σ］=50MPa。试校核活塞杆的强度。解：（1）分析受力用截面法，假想将工件断开（2）求截面上的内力FN求空气对活塞的作用力P：P=3.14×1.2×（400/2）²＝150720（N）FX=0:FN－150720=0FN=150720（N）（3）求截面上的应力σσ=FN/A=150720/3.14×30×30=53.33（MPa）（4）计算结果比较：σ＞［σ］因为σ＞［σ］，所以活塞杆强度不够。（5）取活塞杆直径d=65mm，试校核活塞杆的强度：σ=FN/A=150720/3.14×32.5²=45.44（MPa）因为σ＜［σ］，所以活塞杆强度足够。例3：车辆离合器踏板如图所示。已知踏板受到压力F1=400N，拉杆直径d=20mm，杠杆长l=330mm，h=56mm，拉杆材料的许用应力［σ］=40MPa。试校核拉杆的强度。解：（1）分析受力用截面法，假想将工件断开（2）求截面上的内力FN求拉杆的作用力F2：MA（F）=0:F1×l－F2×h=0F2=F1×l/h=400×330/56=2360（N）FX=0:FN－2360=0FN=2360（N）（3）求截面上的应力σ：σ=FN/A=2360/3.14×10²=7.5（MPa）（4）计算结果比较：σ＜［σ］因为σ＜［σ］，所以拉杆强度足够。例4：如图所示起重机的机架承受载荷W=20KN。若杆AB和BC的横截面面积分别为AAB=100mm²,AAC=400mm²，杆材料的许用应力［σ］=100MPa。试校核两杆的强度。解：（1）分析受力用截面法，假想将工件断开（2）求截面上的内力FN求空气对活塞的作用力P：P＝3.14×1.2×（400/2）²＝150720（N）FX=0:FN－150720=0FN=150720（N）（3）求截面上的应力σ：σ=FN/A=150720/(3.14×30×30)=53.33（MPa）（4）计算结果比较：σ＞［σ］因为σ＞［σ］，所以活塞杆强度不够。五、轴向拉伸（压缩）变形简介1．绝对变形与相对变形直杆在轴向拉力（或压力）的作用下，所产生的变形表现为轴向尺寸的伸长（或缩短）以及径向尺寸的缩小（或增大）。此处我们只研究直杆的轴向变形。（1）绝对变形Δl=l1-l（2）相对变形单位长度的轴向变形称为相对变形，或称为线应变，用符号ε表示。即ε=Δl/l（3）胡克定律当应力不超过某一极限时，应力与应变成正比，这就是胡克定律。σ=E×εΔl=比例常数E称为材料的拉压弹性模量，简称弹性模量。六、压杆稳定的概念受压的细长杆件，当压力达到某个数值时，压杆就不能保持它原有的直线平衡状态，而发生突然弯曲引起破坏，这种现象称为失去稳定性，简称失稳。压杆的失稳是在压力达到某一数值时发生的，我们把这个压力值称为临界力。作业布置

第9单元学时数：2学时教学目的与要求：掌握机械零件剪切与挤压的概念；熟悉典型工程案例的剪切与挤压强度分析方法。教学重点与难点：重点：剪切与挤压强度分析方法难点：剪切力、剪切应力，挤压力、挤压应力的计算教学手段与方式：课堂讲授，实物模型演示，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第三节零件剪切与挤压变形时的工作能力分析一、零件剪切与挤压的概念二、剪切与挤压强度的实例分析第二章机械零部件的工作能力分析概述第三节零件剪切与挤压变形时的工作能力分析一、零件剪切与挤压的概念1．剪切的概念剪切变形特点：两力间的横截面发生相对错动，其它变形形式可以忽略不计的变形形式叫做剪切。发生相对错动的横截面称剪切面。剪切受力特点：作用在构件两侧面上的横向外力的合力大小相等，方向相反，作用线相距很近。剪切力和切应力：在外力F作用下，用截面法求截面上内力Fq，Fq叫剪切力。∑FY=0FQ-F=0FQ=F单位面积上剪切力的大小就叫做切应力，用字母ι表示，单位是兆帕。2．挤压的概念挤压变形特点：构件互相接触的表面上，因承受了较大的压力作用，使接触处的局部区域发生显著的塑性变形或被压碎，作用在接触面上的压力称为挤压力；在接触处产生的变形称为挤压变形；挤压力的作用面叫做挤压面。挤压力和挤压应力：挤压力Fjy为：Fjy=P挤压力引起的应力叫挤压力y，σjy=Fjy/A挤压面面积的计算：（1）当挤压面为平面时，如键：Ajy=h×l/2（2）当挤压面为半圆柱面时：Ajy=d×δ二、剪切与挤压强度的实例分析1．强度条件剪切强度条件：挤压强度条件：材料的许用切应力[ι]材料的许用挤压应力[σjy]2．实例分析例1：已知轴径d=45mm，传递的转矩M=450Nm，键的尺寸为键宽b=14mm，键高h=9mm，键长L=60mm，键的材料为45钢，[ι]=60MPa，[σjy]=100MPa，试校核键的强度。解：（1）计算键受到的作用力F由M=Fd/2得（2）校核抗剪强度①计算剪切力FQ由截面法得：FQ=F=20000N②计算剪切面面积AjAj=b×l=14×60mm²=840mm²（3）校核搞挤压强度①计算挤压作用力FjyFjy=F×20000N②计算挤压面面积Ajy③计算挤压工作应力σjy所以键的强度足够。例2：拖车挂钩用销联接，已知挂钩联接部分的厚度δ=15mm，销的材料为45钢，许用切应力[τ]=60MPa，许用挤压应力[σjy]=180MPa，拖车所受的拉力F=100kN，试确定销的直径d。解：（1）计算销的剪切力和挤压作用力，销有两个剪切面，每个剪切面上的剪切力为挤压作用力为（2）销所需的剪切面面积和挤压面面积Ajy=dδ（3）按抗剪强度条件确定销的直径（4）按抗挤压强度条件确定销的直径所以取销的直径d≥32.6mm作业布置

第10单元学时数：2学时教学目的与要求：掌握机械零件平面弯曲的概念；了解内力分析与应力分析与计算；熟悉典型工程案例的弯曲应力和弯曲强度分析方法；掌握拉压与弯曲组合变形时的强度分析方法。教学重点与难点：重点：1．弯曲应力和弯曲强度分析方法2．拉压与弯曲组合变形时的强度分析方法难点：组合变形的强度分析教学手段与方式：课堂讲授，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第四节零件弯曲变形时的工作能力分析一、零件平面弯曲的概念二、内力分析与应力分析三、弯曲强度的实例分析四、拉伸（压缩）与弯曲组合时的强度分析实例第二章机械零部件的工作能力分析概述第四节零件弯曲变形时的工作能力分析一、零件平面弯曲的概念PP矩形截面梁有一个纵向对称面当外力都作用在该纵向对称面内，弯曲也发生在该对称面内，我们称之为平面弯曲。因此，我们可以用梁轴线的变形代表梁的弯曲。受力特点：外力的作用线都与杆件的轴线相垂直。变形特点：杆件的轴线由直线变成曲线。梁的基本形式：简支梁；外伸梁；悬臂梁。简支梁简支梁悬臂梁一端固定铰支座一端固定一端活动铰支座一端自由外伸梁外伸梁一端固定铰支座活动铰支座位于梁中某个位置分析弯曲构件时要进行三方面的简化：一是构件的简化，二是载荷的简化，三是支座的简化。二、内力分析与应力分析1．内力分析梁弯曲时，横截面上一般存在两个内力，FQ为剪切力，力偶矩M为弯矩。由平衡条件∑Fy=0：FA-F+FQ=0得FQ=F-FA=F/2SHAPE得2．应力分析梁发生弯曲变形时，在弯矩M作用下，横截面上将产生正应力，正应力分布如图所示，最大正应力为叫抗弯截面系数三、弯曲强度的实例分析1．强度条件：≤［σ］2．实例例：已知梁的截面为工字形，长为L=1m，抗弯截面系数WZ=1.02×105mm³,材料的许应力[σ]=120MPa，若最大起重力W=5kN，试校核梁的强度。解：（1）画受力图起重W位于B处时，悬臂梁有最大弯矩，按W作用天B点画受力图。（2）求最大弯矩取B点为坐标原点，取截面右段计算各点的弯矩B截面x=0，MB=0A截面x=L，MA=-5×1kN·m=-5×106N·m危险截面在A处。即（3）校核悬臂梁的强度由抗弯强度条件式，得所以梁的强度是足够的。四、拉伸（压缩）与弯曲组合时的强度分析实例例：如图所示悬臂式起得机的立柱，是用24b工字钢制成。其WZ=4×105mm³,截面积A=5.62×105mm²，许用应力[σ]=160MPa.起吊重W=20kN，当重物在图示位置时，试校核立柱的强度。解：（1）计算立柱的内力m－m截面上有一轴力FN和一个弯矩M，M使立柱截面绕z轴转动。根据平衡方程式可得：FN=F=W=20kNM=WL=20×3kN.m=60kN.m立柱部分是压弯组合变形。（2）计算应力轴力FN产生均匀分布的压应力为σ’：弯矩M产生的最大压应力为σ”：由图可知危险点在B点，该处正应力代数和绝对值最大，为（3）根据强度条件，所以立柱安全。作业布置

第11单元学时数：2学时教学目的与要求：了解弯曲变形的概念和弯曲刚度分析方法；了解提高零件弯曲强度和刚度的措施；掌握圆轴扭转的概念；了解内力与应力分析与计算；熟悉典型工程案例的扭转切应力和扭转强度分析。教学重点与难点：重点：扭转切应力和扭转强度分析难点：弯曲刚度分析方法教学手段与方式：课堂讲授，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第四节平面机构的静力分析五、弯曲刚度简介六、提高零件弯曲强度和刚度的措施第五节圆轴扭转变形时的工作能力分析一、圆轴扭转的概念二、内力分析与应力分析三、扭转强度实例分析第二章机械零部件的工作能力分析概述第四节平面机构的静力分析五、弯曲刚度简介1．刚度条件Ymax≤[y]θmax≤[θ][y]为构件的许用挠度[θ]为构件的许用转角2．例题例：桥式起重机，其横梁AB为28a工字钢，钢材的弱性模量E=210GPa，跨度l=10m。起重机的最大起重量（含电葫芦自重）P=10kN，考虑横梁AB的自重q，横梁AB的许可挠度[y]=l/500。校核该横梁AB的刚度。解：（1）画出横梁AB的力学计算简图起重量为集中力P，位于横梁AB的中点C中，梁的挠度最大。横梁AB的自重为载荷集度q的均布载荷。（2）用叠加法求横梁的变形横梁在集中力P单独作用下产生的挠度yc1：横梁在均布载荷q单独作用下产生的挠度yc2：28a工字钢的有关参数：横梁在集中力P与均布载荷q共同作用下产生的总挠度：yc≤[y]=l/500=20mm六、提高零件弯曲强度和刚度的措施1．合理安排零件的受力情况（1）合理布置支承位置（2）合理布置载荷2．合理选择零件的截面形状（1）选择较大的截面形状（2）采用变截面梁第五节圆轴扭转变形时的工作能力分析一、圆轴扭转的概念受力特点：圆截面杆受到一对大小相等、方向相反的力偶矩作用，力偶矩方向沿圆杆的轴线。变形特点：横截面仍为平面，形状不变，只是绕轴线发生相对转动。二、内力分析和应力分析1．内力分析两轮子上的M1、M2为一平衡力偶时，即∑M=0M1－M2=0M1=M2轴截面上的内力偶矩T为：M1－T=0M1=T内力偶矩T叫扭矩。2．应力分析圆轴扭转时，横截面上产生切应力，最大切应力为（？）WP：抗扭截面系数mm3实心圆轴：WP=0.2d3空心圆轴：WP=0.2D2(1-α4)三、扭转强度实例分析1．强度条件2．例题例：某桥式起重机主钩卷扬机如图所示，已知电动机功率P=80kW，转速N=582r/min。传到轴的材料为45钢，[τ]=50MPa，轴的直径d=55mm，试校核轴的强度。解：（1）计算外力偶矩由电动机直接带动传动轴转动，轴上作用的外力偶矩为（2）计算扭矩T=M=1310N.m（3）校核强度传动轴的强度是足够的。作业布置

第12单元学时数：2学时教学目的与要求：掌握弯曲与扭转组合变形时的强度分析方法；了解扭转变形和扭转刚度的概念；了解提高零件扭转强度和刚度的措施。了解交变应力的概念，交变应力的循环特征；了解零件的疲劳强度概念，提高疲劳强度的措施。教学重点与难点：重点：弯曲与扭转组合变形时的强度分析方法难点：交变应力的概念和特征教学手段与方式：课堂讲授，实例教学教学内容：第二章机械零部件的工作能力分析概述第五节平面机构的静力分析四、弯扭组合时的强度分析实例五、扭转刚度简介六、提高圆轴扭转强度和刚度的措施第六节零件的疲劳强度简介一、交变应力的概念二、交变应力的循环特征三、零件的疲劳强度概念四、提高疲劳强度的措施第二章机械零部件的工作能力分析概述第五节平面机构的静力分析四、弯扭组合时的强度分析实例例：电动机驱动带轮轴转动，轴的直径d=50mm，轴的许用应力[σ]=120MPa。带轮的直径D=300mm，带的紧张边拉力T=5kN，松边拉力t=2kN，按校核轴的强度。解：（1）外力分析把力T和力t都平移到轴线上，得到AB轴的受力简图。铅垂力：平移后的附加力偶矩：圆轴AB发生弯曲，其中AC段发生弯曲与扭转的组合变形。（2）内力分析由铅垂力F所产生的弯矩图，最大值为：AC段的扭矩值处处相等：轴的中央截面C偏左处为危险截面。（3）强度计算按有关强度条件可得：（此处符号有问题？）σ=120（MPa）=[σ]所以轴有足够的强度。五、扭转刚度简介1．刚度条件即最大的θmax不得超过其许用转角[θ]，θmax、[θ]的单位为[(θ)/m]2．实例例：校核汽车传动轴的刚度。已知：[θ]=2°/m，G=80GPa。解：校核刚度所以传动轴刚度足够。六、提高圆轴扭转强度和刚度的措施（此部分内容无？）第六节零件的疲劳强度简介一、交变应力的概念随时间作周期性变化的应力，称为交变应力。二、交变应力的循环特性1．应力循环：应力重复变化一次的过程，称为一个应力循环。2．应力幅σa：最大应力与最小应力之差的一半称为应力幅。3．循环特性：应力循环中最小应力与最大应力的比值，可用来表示交变应力的变化情况，称为交变应力的循环特征。工程中常见的两种交变应力：（1）对称循环应力循环中最大应力和最小应力的数值相等，符号相反的交变应力，称为对称循环交变应力。（2）脉动循环应力循环中最小应力为零的情况，称为脉动循环交变应力。三、零件的疲劳强度概念疲劳极限：材料经历无数次循环而不破坏时的最大应力值称为材料的疲劳极限。四、提高疲劳强度的措施1．合理设计构件外形采用合理的外形，以减少应力集中的影响。如，在构件截面变化外，采用圆角过渡，而且圆角的半径应尽可能大一些。别外，还应尽量避免在构件上开方形或带尖角的槽孔等。2．提高构件表面加工质量构件表面的刀痕或损伤都会引起应力集中，特别是强度较高的合金钢对应力集中的影响尤为敏感。因此，应注意提高表面加工质量，以保证构件表面有较小的表面粗造度。3．提高构件表面层材料的强度常用的方法有表面热处理和化学处理，如高频淬火、表面渗碳等，还可采用表面强化的方法，如表面滚压、喷丸等。作业布置

第13单元学时数：2学时教学目的与要求：了解铰链四杆机构及其演化；掌握平面四杆机构的基本特性。教学重点与难点：重点：平面四杆机构的基本特性难点：平面四杆机构的基本特性教学手段与方式：课堂讲授，实物模型演示，实例教学教学内容：第三章机械中常用平面机构平面连杆机构一、铰链四杆机构及其演化二、平面四杆机构的基本特性第三章机械中常用平面机构第一节平面连杆机构只含低副的平面机构称为平面连杆机构（也称为低副机构）四个构件以上的平面连杆机构称为多杆机构，在结构上多数可视为两个以上四杆机构共构件的组合。故作为连杆机构的基础，本章主要研究平面四杆机构。特点：1．是属于低副机构。两元素为面接触，因此在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可承受较大的载荷。2．可进行多种形式的运动变换。3．可实现不同形状的运动轨迹。4．运动链较长，各构件尺寸误差和运动副中的间歇将使连杆机构产生较大的积累误差。曲柄连杆曲柄连杆摇杆机架ABD1．铰链四杆机构连架杆：与机架相联的构件；曲柄：相对机架可作360°转动的连架杆；摇杆：相对机架作摆动的连架杆；按两连架杆是曲柄还是摇杆的不同组合，可将铰链四杆机构分为三种型式：（1）曲柄摇杆机构*（*有何作用）特征：两连架杆，一个是曲柄，另一个是摇杆。作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线、缝纫机脚踏驱动机构。（动画见课件）（2）双曲柄机构*特征：两连架杆均为曲柄作用：将一曲柄的等速回转转变为另一曲柄等速或变速回转。如：机车车轮机构*。（动画见课件）双曲柄机构的特例：平行四边形机构特点：两连架杆等长且平行，连杆作平动。AB=CDAB=CDBC=ADABCDB’C’平行四边形机构有以下三个运动特性：①两曲柄转速相等。机车车轮联动机构正是利用该机构的这一特性。②杆始终与机架平行。如摄影平台*，天平*。（图形见课件）③运动不确定性。（3）双摇杆机构*特征：两个连架杆都为摇杆例：铸造翻箱机构、风扇摇头机构、鹤式起重机*（图形见课件）特例：等腰梯形机构－汽车转向机构（图形见课件）2．铰链四杆机构的演化（1）改变运动副的尺寸偏心轮机构（2）改变构件的形状和运动尺寸曲柄摇杆机构曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构（3）选不同的构件为机架314A314A2BC314A2BC曲柄滑块机构导杆机构（摆动导杆机构，转动导杆机构）314314A2BCBA42C3摇块机构直动滑杆机构应用实例：自卸卡车举升机构，手摇唧筒（图形见课件）这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为机构的倒置。表3-1机构的倒置Ⅰ、铰链四杆机构Ⅱ、含有一个移动副的四杆机构Ⅲ、含有两个移动副的四杆机构机架a）对心曲柄滑块机构a）双滑块机构4b）转动导杆机构b）移动导杆机构1c）摇块机构c）双转块机构2d）定块机构d）移动导杆机构33．平面四杆机构曲柄存在条件（铰链四杆机构类型的判别）aabdcC’B’ADB”C”cbd-a设a<d，连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线则由△B’C’D可得：a+d≤b+c则由△B”C”D可得：b≤(d-a)+c即：a+b≤d+cc≤(d-a)+b即：a+c≤d+b可得：AB为最短杆若设a>d，同理有：d≤a,d≤b,d≤c可得：AD为最短杆曲柄存在的条件：（1）最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和称为杆长条件。（2）连架杆或机架之一为最短杆。此时，铰链A为周转副。若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是周转副。ABABCDabcd当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆机构。（图形见课件）二、平面四杆机构的基本特性1．平面四杆机构的急回特性机构中作往复摆动（或移动）的构件，其往复行程的平均角速度（或平均速度）不相等，工程上常将平均角速度（或平均速度）较慢的行程作为工作行程，而将平均角速度（或平均速度）较快的行程作为空回行程，以缩短非生产时间，减小原动机功率，提高生产率。这种运动特性称为急回特性。急回程度用行程速度变化系数K度量。K定义为：（1）曲柄摇杆机构的急回特性180180°-θB1C1ADC2B2θ180°＋θω在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。此两处曲柄之间的夹角θ称为极位夹角。所花时间为t1，平均速度为V1，那么有：当曲柄以ω继续转过180°－θ时，摇杆从C2D，置摆到C1D，所花时间为t2，平均速度为V2，那么有：因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。并且：t1>t2V2>V1摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度：称K为行程速比系数。只要θ≠0，就有K>1，且θ越大，K值越大，急回性质越明显。（2）曲柄滑块机构的急回特性θθ1