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力学1.力的定义,力的三要素力的大小、方向与作用点1力是物体间的相互作用,其效果是使物体的运动状态发生改变或物体发生变形2.力矩、力偶的定义1力对点的矩简称力矩,是力使物体产生转动效应的度量,是代数量力矩的三要素大小、转距、转向2力偶:大小相等,方向相反,作用线平行而不重合的两个力称为力偶力偶的三要素力偶矩大小、力偶的转向、力偶的作用面3.静力学公理1二力平衡公理:作用于刚体上的两个力使刚体平衡的必要和充分条件是这两个力的大小相等、方向相反、作用线重合2加减平衡力系公理:在一个刚体上加上或减去一个平衡力系,不改变刚体的原状态推论1力的可传性原理:作用于刚体的力可以沿其作用线滑移至刚体的任意点,不改变原力对该刚体的作用效应3力的平行四边形公理:作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个力,合力的作用点仍作用在这一点,合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定4作用力与反作用力公理:任何两个物体间相互的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,沿着同一条直线,分别作用在这两个物体上
4.约束——限制某物体运动的装置称为该物体的约束1柔性约束:柔绳、链条、胶带构成的约束特点由柔性物体构成的约束约束反力作用在接触点,方向沿绳索中心线背离物体2光滑面约束:约束特点:只能限制沿接触点的法线方向趋向支承面的运动约束反力的确定通过接触点,沿着接触面公法线方向,指向被约束的物体3光滑铰链约束(简称铰链约束)铰链约束反力用两个X、Y方向的正交分力FX、FY来表示4固定铰链支座:在铰链支座的底部安装一排滚轮,可使支座沿固定支承面移动,只能限制构件离开和趋向支承面的运动
(5)固定端约束:限制了平面内所有可能的运动(被约束构件既不能移动和也不能转动)固定端A处的约束反力可用两个正交的分力FAX、FAY和力矩为MA的力偶表示
5.受力图P25-
15.平面汇交力系的平衡条件:1平面汇交力系平衡的几何条件力系的力多边形自行封闭
(2)∑X=0∑Y=02平面任意力系的平衡条件∑X=0∑Y=0∑MoFi=06.物体受力的基本变形各和种变形的受力特点和变形特点,内力的求法当一杆件只承受扭转时,杆件内部的应力为( 剪应力 )
(1)拉压杆的强度条件
(2)剪切和挤压强度条件平键的强度校核作业题P74-17
(3)某传动轴所传递的功率P=80kW,其转速n=580rpm,直径d=55mm,材料的许可切应力[τ]=50MPa,试校核轴的强度解1.计算传动轴的外力偶矩为2.计算工作切应力的最大值3.结论:传动轴的强度足够!
(3)扭车强度校核汽车主传动轴,传递最大扭矩Mn=1930N·m传动轴用外径D=89mm、壁厚d=
2.5mm的钢管做成材料为20号钢,[t]=70MPa.校核此轴的强度(10分)解
(1)计算抗扭截面系数
(2)强度校核结论满足强度要求1Pa=1N/m21kPa=103Pa,常用:兆帕1MPa=106Pa=1N/mm2千兆1GPa=109Pa材料部分
1.金属材料的性能包含工艺性能和使用性能工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能使用性能是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能如力学性能、物理性能、化学性能
(1)金属材料的物理性能密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性
(2)金属材料的化学性能——指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能如耐腐蚀性、抗氧化性
(3)金属材料的力学性能力包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力 强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定把标准试样装夹在试验机上,然后对试样缓慢施加拉力,使之不断变形直到拉断为止在此过程中,试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量△L的关系曲线此曲线叫做拉伸曲线塑性是指金属材料在载荷的作用下,产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性通过拉伸试验测得的常用塑性指标有断后伸长率和断面收缩率 断后伸长率δ—— 试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比δ=L1—L0/L0×100%式中,L1试样原始标距长度L0试样拉断后的标距长度 断面收缩率ψ——试样拉断处ψ=×100%横截面积的缩减量与原始横截面积之比 ψ==A0—A1/A0×100% δ和ψ越大,则表示材料的塑性越好当材料的断后伸长率5%时,称为塑性材料; 5%时,称为脆性材料硬度是衡量材料软硬程度的指标,表示材料表面抵抗局部变形和破坏的能力 常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法冲击韧度对于承受冲击载荷的材料,如汽车发动机中的活塞,不仅要求具有高的强度和一定的塑性,还必须具备足够的冲击韧度金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度疲劳强度在汽车上的许多零件中,比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等,要受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用这种交变载荷虽然小于材料的强度极限,甚至小于其弹性极限,但经多次循环后,在没有明显的外观变形时也会发生断裂,这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂这种破坏都是突然发生的,具有很大的危险性2.晶格表示晶体中原子排列形式的空间格子 晶胞组成晶格的最小的几何单元称为晶胞
(1)常见晶格类型 体心立方晶格原子分布在立方体的各结点和中心处,其特点是金属原子占据着立方体的八个顶角和中心,属于这一类的金属有铬Cr、钼Mo、钨W、钒V和α-Fe温度小于912℃纯铁这类金属有相当大的强度和较好的塑性面心立方晶格原子分布在立方体的各结点和各面的中心处金属原子除占据立方体的八个顶角外,立方体的六个面的中心也各有一个金属原子属于这种晶格的金属有铝Al、铜Cu、镍Ni、铅Pb和γ-Fe等(温度在1394℃~912℃纯铁塑性优于体心立方晶格密排六方晶格原子分布在六方柱体的各个结点和上下底面中心处各有一个原子,还有上下两个六方面的中间有三个原子属于这种晶格的金属有铍Be、镁Mg、锌Zn、镉Cd等其性能较脆2.金属材料的热处理
(1)退火 退火是将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺目的是细化晶粒,均匀组织,降低硬度,消除内应力等常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火
(2)正火 正火是指把钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上保温,使其完全奥氏体化,在空气中冷却的热处理工艺目的是细化晶粒,调整硬度,消除网状的二次渗碳体组织等,基本与退火相同,只是冷速稍快,过冷度较大,故同一钢件,正火后组织较细,强度、硬度较高
(3)淬火 淬火是将钢的组织加热到转变为奥氏体的临界温度以上,保温一定时间,以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺目的是提高硬度和耐磨性,为回火作组织准备,从而提高结构件或工具的力学性能,也可改善某些特殊钢的力学性能或化学性能,如不锈钢、高锰钢的固溶处理等
(4)回火 钢的回火是指将淬火后的钢,在组织转变为奥氏体的临界温度以下加热,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺目的是消除或减少淬火应力,降低脆性,防止零件变形开裂;稳定组织,从而稳定零件尺寸;调整力学性能,满足零件的性能要求4.常存杂质元素对钢性能的影响Mn→脱氧固溶强化提高强度和硬度wMn=
0.25%~
0.8%Si→脱氧固溶强化提高强度和硬度,同时锰还能与硫形成MnS以减少硫对钢的有害作用 S→热脆高温时出现脆裂)有害不超过
0.05% P→冷脆(低温时塑性和韧性下降,使钢变脆)有害不超过
0.045%机械部分
一、运动副的概念高副两构件以点或线接触低副两构件以面接触
二、平机机构1.四杆机构的定义、基本类型及判断方法2.四杆机构中各构件长度为AB=70mm,BC=50mm,CD=100mm,AD=90mm,试问能得到哪些铰链机构,并说明原因A.若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和,则⑴取最短杆为连架杆时,构成曲柄摇杆机构;⑵取最短杆为机架时,构成双曲柄机构;⑶取最短杆为连杆时,构成双摇杆机构;B.若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和,则只能构成双摇杆机构3.缝纫机的踏板机构曲柄摇杆机构,自卸卡车翻斗摇块机构,汽车雨刮曲柄摇杆机构4.曲柄摇杆机构的主要特性有
(1)急回特性极位—曲柄摇杆机构、摆动导杆机构、曲柄滑块机构中,当原动件曲柄作整周连续转动时,从动件作往复摆动或往复移动的两个极限位置,称为极位急回运动:当曲柄AB为原动件时从动件摇杆在空回行程时产生急回极位夹角q--摇杆处于两极限位置时,对应的曲柄所夹的锐角行程速比系数K描述急回运动特性k=180º+q/180º-q急回特性系数K1时,机构就具有急回特性上式表明在曲柄摇杆机构中有无急回特性取决于极位夹角θθ值越大K值越大急回特性越明显曲柄滑块机构的极位夹角
(2)传力特性压力角α——从动件所受力F与受力点速度Vc所夹的锐角αα愈小,Fn越小,机构传动性能愈好传动角γ——连杆与从动件所夹的锐角γ=90°-α
(3)死点曲柄摇杆机构(曲柄为主动件)无死点,曲柄摇杆机构(摇杆为主动件)有死点,当连杆BC与从动件曲柄AB共线时,压力角a=90°,传动角g=0,机构不能运动,此位置称为死点位置曲柄滑块机构(曲柄为主动件)无死点,曲柄滑块机构(滑块为主动件)有死点任何平面连杆机构都可能出现死点位置()
5、凸轮机构的组成凸轮——具有曲线状轮廓的构件、从动件——作往复移动或摆动的构件、机架——机构中固定不动的构件
(1)凸轮传动特点优点只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到所需的运动规律,结构简单、紧凑、设计方便缺点运动副为点接触或线接触,易磨损,所以,通常多用于传力不大的控制机构
(2)凸轮机构中,需承受较大载荷时,应用(滚子)从动件
三、螺纹1.普通螺纹的牙型角为60°2.螺纹的主要参数公称直径是指什么?(螺纹的大径D)3.螺纹联接为什么要采用防松装置?常用防松装置有哪几种?(摩擦防松、机械防松、其它破坏螺纹副关系)4.螺栓联接的失效形式1螺栓杆拉断(普通螺栓)2螺纹压溃和剪断(受剪螺栓)3经常装拆因磨损而发生滑扣
四、键联接1.功用实现轴与轴上零件(轮毂)之间的周向固定,以传递转矩有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动2.平键联接的特点平键联接具有结构简单、对中性好,装拆方便等特点,因而得到广泛应用但平键联接不能承受轴向力,因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用工作面键的两侧面平键上表面与轮毂槽底间留有间隙;工作原理靠键侧面受挤压传递转矩;主要失效形式工作面压溃——静联接;磨损——动联接3.键的长度主要是根据轮毂的长度来选择 4.联轴器和离合器的作用将两根轴联成一体,使其一同旋转,并传递转矩5.联轴器和离合器的主要区别是联轴器是一种固定联接装置,而离合器则是一种能随时将两轴接合或分离的装置
五、带传动1.带传动的特点
(1)能吸收振动,缓和冲击传动平稳,噪音小;
(2)由于带传动依靠摩擦力传动,带与带轮之间存在弹性滑动,故不能保证恒定的传动比,传动精度和传动效率低;
(3)过载时,带会在带轮上打滑,防止其他机件损坏,起到过载保护作用;
(4)结构简单,制造、安装和维护方便,成本低;
(5)由于带工作时需要张紧,带对带轮轴有很大的压轴力;
(6)带传动装置外廓尺寸大,结构不够紧凑;
(7)带的寿命较短,需要经常更换;
(8)不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合2.带传动的工作原理普通V带依靠两侧面与带轮之间的摩擦力、平带依靠底面与带轮之间的摩擦力来传递动力的3.与V带传动相比较,同步带传动的突出优点是传动比准确4.
(1)带张紧的目的是使带具有一定的初拉力根据带的摩擦传动原理,带必须在预张紧后才能正常工作;运转一定时间后,带会松弛,为了保证带传动的能力,必须重新张紧,才能正常工作
(2)常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置、张紧轮张紧装置
(3)张紧轮一般应放在松边的内侧,使带只受单向弯曲同时张紧轮应尽量靠近大轮,以免过分影响在小带轮上的包角
(4)由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动
(5)若带的工作载荷加大,有效圆周力达到临界值Fmax后,则带与带轮间会发生明显的相对滑动,即产生打滑打滑将使带的磨损加剧,从动轮转速急速降低,带传动失效,这种情况应当避免弹性滑动是不可避免的,而打滑是可避免
六、齿轮传动1.渐开线的性质(1)KB=AB
(2)渐开线在任意点的法线恒切于基圆(3渐开线上各点的压力角不等(4)渐开线的形状取决于基圆,离基圆越远,渐开线越趋于平直(5)基圆内无渐开线2.渐开线齿轮中(分度圆)上的压力角为标准值,(齿顶圆)上的压力角最大3.渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有齿数、模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数4.标准齿轮是采用标准模数m,压力角α=20°,ha*ha/m=1,顶隙系数c*顶隙c/m)=
0.25,齿厚s等于齿槽宽e的渐开线直齿圆柱齿轮称为标准直齿圆柱齿轮,简称标准直齿轮5.一对外啮合直齿、斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是什么
(1)一对外啮合直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是模数相等,压力角相等
(2)斜齿圆柱齿轮两齿轮法向模数相等、两齿轮法向压力角相等、两齿轮螺旋角相等,旋向相反6.齿轮的失效形式有什么轮齿折断、齿面磨损(开式)、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形7.斜齿圆柱齿轮啮合特点斜齿圆柱齿轮啮合时,斜齿轮的齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合的斜齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加,又逐渐缩短直至脱离,载荷不是突然加上或卸下的,因此工作较平稳斜齿轮传动的重合度要比直齿轮大,啮合性能好主要缺点是运转时会产生轴向力(可用人字齿克服)有螺旋角β,螺旋角β越大,斜齿轮传动时产生的轴向分力越大8.蜗轮蜗杆传动的特点通常情况下蜗杆为主动件,蜗轮是从动件蜗杆传动的特点是传动比大,在动力传动中一般=8~100,在分度机构中传动比可达1000传动平稳,噪声低,结构紧凑,在一定条件下可以实现自锁但蜗杆传动效率低,发热量大,磨损较严重因此,蜗轮齿圈部分常用减摩性能好的有色金属(如青铜)制造,成本较高9.蜗杆传动旋转方向判定 蜗杆的旋转方向,不仅与蜗杆的旋转方向有关,而且还与蜗杆的螺旋方向有关蜗轮旋转方向的判定方法如下当蜗杆是右旋(或左旋)时,伸出右手(或左手)半握拳,用四指顺着蜗杆的旋转方向,这时与大拇指向相反,就是蜗轮的旋转方向,如7-28所示10.定轴轮系传动比的计算作业题P262-181711.轮系中惰轮的作用轮系中惰轮的作用只改变转向,不改变传动比
七、轴1.转轴、心轴、传动轴的定义
(1)心轴用来支承转动零件,只承受弯矩而不传递转矩自行车的前轮轴
(2)转轴工作时既承受弯矩又承受转矩自行车的后轴
(3)传动轴主要用于传递转矩而不承受弯矩,或所承受的弯矩很小的轴汽车中联接变速箱与后桥之间的轴自行车的中轴汽车的前轮轴、后轮轴呢2.零件的轴向、周向固定是为了什么?有什么方法?零件的周向固定是为了防止零件与轴产生相对转动轴上零件的轴向固定方法有轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈3.改错
(1)轴肩过高,无法拆卸轴承
(2)齿轮用油润滑,轴承用脂润滑,但无挡油盘
(3)轴套长度应小于轮毂的长度
(4)同一根轴上的两个键槽应布置在同一母线上
(5)套筒顶不住齿轮
(6)轴承端盖与相应轴段处应有密封件,且与轴间不应接触,应有间隙
(7)连轴器无轴向固点,且与端盖间隙太小,易接触
(8)键顶部与轮毂糟间应有间隙
八、轴承1.滑动轴承的特点、结构及类型滑动轴承可分为整体式和剖分式两类连杆大头与曲轴是通过剖分式的滑动轴承进行联接的2.油槽(沟)开在非承载区,否则会降低油膜的承载能力3.一般的滚动轴承由内圈、外圈、滚动体、保持架组成
(1)球轴承为点接触制造方便,价格低,运转摩擦损耗少,但承载、抗冲击能力差;
(2)滚子轴承为线接触,承载、抗冲击能力较强;公称接触角——滚动轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线与轴承的径向平面的夹角α.向心角接触轴承公称接触角α=0°~45°,同时承受径向载荷和轴向载荷向心轴承径向接触轴承公称接触角α=0°,主要承受径向载荷,可承受较小的轴向载荷向心角接触轴承公称接触角α=0°~45°,同时承受径向载荷和轴向载荷推力轴承推力角接触轴承公称接触角α=45°~90°,主要承受轴向载荷,可承受较小的径向载荷;轴向接触轴承公称接触角α=90°,只能承受轴向载荷角接触轴承承受轴向载荷的能力,随接触角的增大而增大4.滚动轴承的型号滚动轴承6205代号05表示轴承内径为25mm6305-3中系列深沟球轴承,正常宽度系列,正常结构,0级公差,0组游隙,轴承内径为25mm30310/P6-2中系列圆锥滚子轴承,正常宽度,正常结构,6级公差,0组游隙,轴承内径为50mm7210C/C3/P4-2轻系列角接触球轴承,正常宽度,正常结构,4级公差,3组游隙、接触角15°,轴承内径为50mm7310C(AC、B)-接触角分别为15°、25°、40°例6已知木杆面积A1=104mm2,[σ]1=7MPa钢杆面积A2=600mm2,[σ]2=160MPa确定许用载荷[G]解
1、求各杆的轴力∑Fx=0-FN1-FN2cos300=0∑Fy=0FN2sin300-G=0FN1=-
1.73GFN2=2G
2、由强度准则确定[G]σ1=FN1/A1≤[σ]1得G≤[σ]1A1/
1.73=
40.4kN-cm3e。