1、第八章 螺纹连接2022-8-68.1 螺纹(1)(1)螺纹的形成螺纹的形成及主要参数及主要参数形成形成:将倾斜角为将倾斜角为的直线的直线绕在一圆柱体的表面便形成绕在一圆柱体的表面便形成一条螺旋线。取一平面图形，一条螺旋线。取一平面图形，使其沿螺旋线运动时保持图使其沿螺旋线运动时保持图形通过圆柱体的轴线，就得形通过圆柱体的轴线，就得到相对应的螺纹。到相对应的螺纹。螺纹的类型很多，如有螺纹的类型很多，如有圆柱螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹圆锥螺纹、内内螺纹螺纹、外螺纹外螺纹等。等。2022-8-61）大径）大径d螺纹的最大直径，即与外螺纹的最大直径，即与外螺纹牙顶（内螺纹牙底）相重合假想圆螺纹牙顶（内螺
2、纹牙底）相重合假想圆柱的直径，在标准中规定为公称直径柱的直径，在标准中规定为公称直径（管螺纹除外）。（管螺纹除外）。2）小径）小径d1螺纹的最小直径，即与螺纹的最小直径，即与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相重合假外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相重合假想圆柱直径，也是外螺纹危险截面的计想圆柱直径，也是外螺纹危险截面的计算直径。算直径。主要参数主要参数2022-8-63）中径）中径d2处于大径和小径之间的处于大径和小径之间的假想圆柱体的直径。在该圆柱的母线上假想圆柱体的直径。在该圆柱的母线上螺纹牙厚和牙间宽相等。中径用于确定螺纹牙厚和牙间宽相等。中径用于确定螺纹的几何参数和受力分析。螺纹的几何参数和受力分
3、析。4）螺距）螺距P相邻螺纹牙在中径线上对相邻螺纹牙在中径线上对应两点间的轴向距离。应两点间的轴向距离。2022-8-65）导程）导程Ph同一条螺旋线上相邻两螺纹牙在中径线上相同一条螺旋线上相邻两螺纹牙在中径线上相对应两点间的轴向距离。单线螺纹对应两点间的轴向距离。单线螺纹Ph=P，多线螺纹，多线螺纹Ph=nP，n为螺纹的线数。为螺纹的线数。2022-8-66）升角）升角在中径圆柱上，在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线平面间的夹角。线平面间的夹角。2tandnp2022-8-67）牙型角）牙型角和牙侧角和牙侧角在轴向截面内螺纹牙两侧边的夹在轴向截面内螺纹牙两侧
4、边的夹角称为牙型角角称为牙型角。螺纹牙侧边与垂直于螺纹轴线的平面间。螺纹牙侧边与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角称为牙侧角的夹角称为牙侧角。2022-8-6(2)(2)螺纹的分类螺纹的分类按按旋向旋向，螺纹可分为左旋和右旋。一般习惯上都采用右，螺纹可分为左旋和右旋。一般习惯上都采用右旋螺纹。但有些特殊要求的连接和传动常采用左旋螺纹。旋螺纹。但有些特殊要求的连接和传动常采用左旋螺纹。按按螺纹螺旋线的根数螺纹螺旋线的根数，可分为单线螺纹和多线螺纹。，可分为单线螺纹和多线螺纹。通常，单线螺纹用于连接，而多线螺纹用于传动。通常，单线螺纹用于连接，而多线螺纹用于传动。按按螺距螺距，可分为粗牙和细牙。，可分为
5、粗牙和细牙。按按单位制单位制，可分为英制螺纹和公制螺纹。除管螺纹采用，可分为英制螺纹和公制螺纹。除管螺纹采用英制外，一般采用公制螺纹。英制外，一般采用公制螺纹。按按用途用途，可分为连接螺纹和传动螺纹。普通螺纹、英制，可分为连接螺纹和传动螺纹。普通螺纹、英制螺纹、圆柱管螺纹主要用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹、螺纹、圆柱管螺纹主要用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹主要用于传动。锯齿螺纹主要用于传动。2022-8-68.2螺纹副的受力分析、效率和自锁（1）矩形螺纹）矩形螺纹 螺旋副在轴向力和力矩作螺旋副在轴向力和力矩作用下的相对运动，可看作在中用下的相对运动，可看作在中径上的水平推力推动滑块沿螺径
6、上的水平推力推动滑块沿螺纹运动纹运动2022-8-6 沿中径将螺纹展开得到一斜面，沿中径将螺纹展开得到一斜面，图中图中为螺纹升角，为螺纹升角，F为水平推力，为水平推力，Fa为轴向力，为轴向力，Fn为法向反力。为法向反力。2022-8-6 当当滑块沿斜面等速上升时滑块沿斜面等速上升时（相当于拧紧螺母）。（相当于拧紧螺母）。因摩擦力向下，总反力因摩擦力向下，总反力FR与与Fa间的夹角为间的夹角为+。)tan(aFF作用在螺旋副上的驱动力矩作用在螺旋副上的驱动力矩22tan()22addTFF2022-8-6 当滑块沿斜面等速下降时（相当于旋松螺母）当滑块沿斜面等速下降时（相当于旋松螺母）tan()
7、aFF作用在螺旋副上的力矩作用在螺旋副上的力矩2tan()2adTF2022-8-6tan()aFF1）当）当时，时，F0，它阻止滑块沿斜面加速，它阻止滑块沿斜面加速以便等速下滑，故以便等速下滑，故F为阻力为阻力.2）当）当时，时，F0，即若不施加反向的力，即若不施加反向的力F，滑，滑块在块在Fa的作用下不会自行下滑，即处于自锁状的作用下不会自行下滑，即处于自锁状态。态。要使滑块沿斜面等速下滑，必须反向施力，要使滑块沿斜面等速下滑，必须反向施力，故故F为驱动力了。为驱动力了。2022-8-6（2）非矩形螺纹非矩形螺纹 非矩形螺纹是指牙侧角非矩形螺纹是指牙侧角00的三角形螺纹、梯形的三角形螺纹、
8、梯形螺纹和锯齿形螺纹。螺纹和锯齿形螺纹。忽略螺纹升角的影响，在轴向力忽略螺纹升角的影响，在轴向力Fa作用下，非矩作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。把非矩形螺纹法向力的增加看作摩擦系数的增加，把非矩形螺纹法向力的增加看作摩擦系数的增加，则其摩擦阻力为：则其摩擦阻力为：afaaFfFfFf Fcoscos当量摩擦系数当量摩擦系数tanffcos牙侧角牙侧角 当滑块沿斜面等速上升时，水平推力和驱动力当滑块沿斜面等速上升时，水平推力和驱动力矩分别为：矩分别为：)tan(aFF)tan(2222dFdFTa2022-8-6（2）非矩形螺纹非矩形螺纹当滑块沿斜面下滑时
9、，可得：当滑块沿斜面下滑时，可得：)tan(aFF)tan(22dFTa 越小，自锁性越好越小，自锁性越好，因此对于连接用的，因此对于连接用的螺纹为提高连接的可靠性，可采用较小的螺纹为提高连接的可靠性，可采用较小的。2022-8-6（4）螺纹连接的预紧和拧紧力矩）螺纹连接的预紧和拧紧力矩2022-8-6 使连接受载前受到力的作用，这个力使连接受载前受到力的作用，这个力称为称为预紧力预紧力F。拧紧力矩。拧紧力矩T为螺旋副的摩为螺旋副的摩擦阻力矩擦阻力矩T1与螺母支承面上的摩擦阻力矩与螺母支承面上的摩擦阻力矩T2之和之和fcrFfdFTTT)tan(22212022-8-6dFT2.0 直径较小的
10、螺栓在装配时，如拧紧力矩过直径较小的螺栓在装配时，如拧紧力矩过大易将螺栓杆拉断。对于重要的连接，应尽大易将螺栓杆拉断。对于重要的连接，应尽可能不用小于可能不用小于M12的螺栓。的螺栓。测力矩扳手测力矩扳手和和定力矩扳手定力矩扳手。对于重要。对于重要的大型连接可采用的大型连接可采用测定螺栓伸长量的方法测定螺栓伸长量的方法。2022-8-68.3 螺纹连接的基本类型（1）螺栓连接螺栓连接 通螺栓连接通螺栓连接的特点的特点:通孔通孔与螺栓杆间有间隙，对孔和与螺栓杆间有间隙，对孔和螺栓杆的加工精度要求低，螺栓杆的加工精度要求低，结构简单、装拆方便，且不结构简单、装拆方便，且不受被连接件材料的限制，应受
11、被连接件材料的限制，应用最广。用最广。2022-8-6铰制孔螺栓连接:螺栓和螺栓孔间有配合精度要求。它能较精确的固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷或转矩，但孔和螺栓杆的加工精度要求较高。2022-8-6（2）螺钉连接）螺钉连接 螺钉直接拧入被联接件螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母，的螺纹孔中，不用螺母，结构比双头螺柱更简单、结构比双头螺柱更简单、紧凑。但经常装拆会损坏紧凑。但经常装拆会损坏螺纹孔。多用于不需经常螺纹孔。多用于不需经常拆装的场合。拆装的场合。（3）双头螺柱连接）双头螺柱连接 主要用于被连接件之一太厚不宜制成通孔，主要用于被连接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软，且
12、经常拆装的场合。安装时应材料又比较软，且经常拆装的场合。安装时应尽可能将螺柱旋紧，保证拆卸连接时螺柱不转尽可能将螺柱旋紧，保证拆卸连接时螺柱不转动。动。2022-8-6（4）紧定螺钉连接）紧定螺钉连接 紧定螺钉连接主要用紧定螺钉连接主要用于和轴上零件的相对固于和轴上零件的相对固定，并能传递不大的力定，并能传递不大的力或力矩。或力矩。2022-8-68.4 螺栓连接的强度计算（1）失效形式与设计准则失效形式与设计准则 螺栓通常成组使用，称为螺栓组。螺栓通常成组使用，称为螺栓组。对螺栓组而言，所受的载荷可能有轴向载对螺栓组而言，所受的载荷可能有轴向载荷、横向载荷、弯矩或扭矩等。荷、横向载荷、弯矩或
13、扭矩等。但对其中单个螺栓而言，其所受的载荷不但对其中单个螺栓而言，其所受的载荷不外乎是轴向拉力或横向剪力。外乎是轴向拉力或横向剪力。设计时，应设计时，应先进行螺栓组的受力分析先进行螺栓组的受力分析，求，求出受载最大螺栓的受力。出受载最大螺栓的受力。2022-8-6 受拉螺栓的主要失效形式是螺栓杆被拉断，其设计准则是保证螺栓杆的抗拉强度。受剪的铰制孔螺栓的主要失效形式是螺栓杆或被连接件的孔壁被压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。2022-8-6（2）受轴向载荷的螺栓连接受轴向载荷的螺栓连接1）松螺栓连接）松螺栓连接 松螺栓连接在装配时，螺母不松螺栓连接在装配时，螺
14、母不需拧紧。在承受工作载荷之前螺需拧紧。在承受工作载荷之前螺栓不受力。栓不受力。当连接承受轴向工作载荷当连接承受轴向工作载荷F（N）时，其强度条件为：时，其强度条件为：421dF2022-8-62）紧螺栓连接）紧螺栓连接 紧螺栓连接在装配时必须拧紧，使连紧螺栓连接在装配时必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前螺栓受到预紧力接在承受工作载荷之前螺栓受到预紧力F的作用。的作用。2022-8-6（A）只受预紧力）只受预紧力F作用的紧螺栓连接作用的紧螺栓连接 普通螺栓连接承受横向载普通螺栓连接承受横向载荷时，靠预紧在接合面间产荷时，靠预紧在接合面间产生的摩擦力来传载。生的摩擦力来传载。普通螺栓连接，应保证
15、普通螺栓连接，应保证连接预紧后连接预紧后产生的总摩擦力必须大于或等横向载荷产生的总摩擦力必须大于或等横向载荷。即即zmfFCF或或zmfCFF f为被连接件接合面间的摩擦系数；为被连接件接合面间的摩擦系数；m为接合面数；为接合面数；z为螺栓个数；为螺栓个数；C为防滑为防滑系数，通常系数，通常C=1.11.3。2022-8-6螺栓危险截面的拉应力为：螺栓危险截面的拉应力为：214dF扭转切应力为：扭转切应力为：1130.5/16Td2022-8-6按第四强度理论，螺栓危险截面的当量应力：按第四强度理论，螺栓危险截面的当量应力：222233(0.5)1.3c强度校核公式强度校核公式为为：4/3.1
16、21dF2022-8-6（B）受预紧力）受预紧力F和轴向工作载和轴向工作载荷荷F的紧螺栓连接的紧螺栓连接2022-8-6（1）气缸未工作前（没充气），气缸未工作前（没充气），螺栓已受预紧力螺栓已受预紧力F作用；作用；（2）汽缸工作后（充气后）汽缸工作后（充气后）每个螺栓又受到工作拉力每个螺栓又受到工作拉力F 作用作用（均分（均分 F）（3）单个螺栓所受到的总拉力单个螺栓所受到的总拉力 F 0 不简单地等于预紧力不简单地等于预紧力F与工与工 作拉力作拉力 F 之和。即：之和。即：FFF0P 0211.34caFdF F FFFFFF02022-8-62211力力变形变形（4）单个螺栓的受力变形关
17、系）单个螺栓的受力变形关系螺栓刚度螺栓刚度 C 1被连接件刚度被连接件刚度 C2被连接件被连接件 受力性质受力性质 压力压力（a）（b）21 F FFF力力变形变形力力变形变形12 FF12 F螺栓受力性质螺栓受力性质拉力拉力2022-8-633 5）定义构件属性 在绘图之前，必须先定义构件属性。以墙构件为例，单击构件工具栏的“墙定义构件属性”按钮，进入“属性管理”窗口。选择“新建砖石墙”，默认墙编号=nq-1，墙厚=240，内/外墙=内，如图8.23所示。在“构件做法定义”窗口，双击“项目编号”，在弹出的“项目指引”窗口选择“定额”选项卡，选择砖墙定额子目354，确认后退出。所选定额返回到“
18、构件做法定义”窗口中，同时，双击“换算”栏可以对该项子目进行换算。重复步，定义“外墙”属性qi-3，墙厚=370，内/外墙=外。3435 单击“属性管理”窗口中的“确认”按钮，退出“属性管理”窗口，这样就完成了对墙构件的属性定义。其他构件的属性定义方法同上，一种构件有多个属性项目时，在“属性管理”窗口中一次性定义完成。比如柱构件，有不同截面尺寸的柱，则可定义多个柱属性：zu2，zu3，zu4，6）绘制构件属性定义好之后，就是画图了，利用软件提供的画图工具，将构件图元绘制到轴网上。对于不同类型的构件，软件提供了不同的画法及智能布置方法。如墙，可以通过画线的方式绘制，也可以选择按轴线自动生成，以下
19、分别说明。36（1）画墙 画外墙，单击墙构件工具栏右侧的属性下拉列表框，选择“qi-3外墙”，再单击“墙画”，光标定位到轴线上的（A，1）点，单击左键，这时墙的第一个端点确定；移动光标到（A，3）坐标点，再次单击左键，墙第二点确定，同时一堵墙也显示在绘图区中。其他墙依此继续画出。外墙画完转换到内墙时，从构件工具栏的属性列表中选择“内墙”，当前墙属性为内墙，按照刚才的方法，画出全部内墙。37（2）智能布置墙 智能布置是为了提高画图效率而提供的一种快速画墙的方法，系统提供了可按轴线生成、按梁线生成、按墙线生成3种方式，由于当前只有轴线，所以我们选择按轴线生成（见图8.24），选择“内墙”，单击构件
20、工具栏“墙布”按钮，鼠标框选需要布置墙的轴线，确认后轴线上自动生成墙。383940 1）新建工程 单击欢迎界面上的“新建工程”，进入新建工程界面，如图826所示。41 输入“工程名称”及工程的相关工程概况，如图827所示。42 单击图8.27中的“下一步”按钮，进入“计算规则”设定，如图8.28所示。43 单击图8.28中的“下一步”按钮，进入“楼层设置”设定，如图8.29所示。441.电路中不含互感和受控源的情况(相量法)SS()kkkkkUZ IIU 111S1S1SSSS00000000000000000000kkkkkbbbbbZUIIUZUIIUZUIIU 按定义写开 kUSkUkI
21、ekIZkkIS二、支路方程的矩阵形式 2.电路中含有互感的情况 设第k条、j条支路有耦合关系，编号时把它们相邻的编在一起（设两个电流都为流入同名端）：eeSSSSeeSSSSj()j()jj()()kkkkjjkkkkkjjjkjjkkjjjjkkkjjjjUZ IM IUZIIMIIUUM IZ IUMIIZ IIU ()()()11e1S111S1S122e2S222S2S2eSSSbbbbbbbbUZ IUZIIUUZ IUZIIUUZ IUZIIU 其余支路电压、电流的关系为：111S1S1222S2S2SSS0000000000j000j00000kkjkkkkjjjjjbbbbZ
22、UIIUZUIIUZMUIIMZUIIZUII SSSkjbUUUSS()UZ IIU 故回路电流方程不变，只是阻抗阵Z不再为对角阵，其非对角线元素的第k行、第j列和第j行、第k列的两个元 素是两条支路的互阻抗。互阻抗前的“”，电流流入同名 端的对应取“”，反之取“”。仍可统一写为 3.电路中含有受控源的情况 deS()kkjjkjjjUr IrIISdS()kkkkkkUZIIUU而 这时含有受控源的支路阻抗 Z 为非对角阵，非对角线上的元素是与受控电压源的控制系数有关的元素。因支路方程的右端加上受控电压源，故支路阻抗阵变为：kU ISkSkUkIekIZk+dkU12kkjbZZZZrZk
23、 j 取回路电流（连支电流）为未知变量。0 SkSkkkkkUBIBZIBZUBSkkSklkIBZUBIBBZT SkSkkkkUIIZU)(回路方程矩阵形式 支路电压与支路电流的关系 代入上面方程，整理后得 SkU.Zk+-kU.kI.SkI.ekI.+-lSllUIZ 回路矩阵方程（回路电压源相量）Zl（回路阻抗阵）三、回路电流方程的矩阵形式 13.2列出图示电路矩阵形式回路电流方程的频域表达式。124356+-U2Z3Z6 IS6+-Z2Z5Z1+-U2US1TS6S00000II111000001101000011fB652321000000000000000000000000000
24、000ZZZZZZZ 画出有向图，给支路编号，选树(1,4,6)。TS1S00000UU 6523121121Tff000ZZZZZZZZZZZBBZlTS66S1S1SSSIZUUIBZUBUlS66S1S15326523121121000IZUUIIIZZZZZZZZZZSlU计算Zl 和 。矩阵形式回路电流方程的频域表达式为13-3列出图示电路矩阵形式回路电流方程的复频域表达式。R1C2L3L5uS4uS5*M12435 画出有向图，给支路编号，选树(1,4)。TS5S4)()(000(s)sUsUU0)(sI110000110100011fB5321000000000000001000
25、00)(sLsMsMsLsCRsZ 计算Z(s)UlS(s)。5311121Tff001)()(sLsMsMsLRRRsCRBsZBsZlTS5S4S4fS)()()(0)()(sUsUsUsUBsUl)()()(0)()()(001S5S4S45325311121sUsUsUsIsIsIsLsMsMsLRRRsCR矩阵形式回路电流方程的复频域表达式为小结列写回路电流方程矩阵形式的步骤如下：(1)画有向图，给支路编号，选树。(2)写出支路阻抗矩阵Z(s)和回路矩阵Bf。按标准 复合支路的规定写出支路电压列向量)()()(sUsIsZlSll(4)写出矩阵形式回路电流方程的复频域表达式SlllU
26、IZ或TlBZBZ(3)求出回路阻抗矩阵。1.什么是复合支路？2.矩阵形式回路电流方程的列写中，若电路中含有无伴电流源，将会有何问题？13.4 节点电压方程的矩阵形式一、复合支路ekI 元件电流 支路电流 kI 受控电流 dkI 支路的复导纳（阻抗）)(kkZY 支路电压 kUSkU 独立电压源 SkI 独立电流源 按复合支路的规定，电路中不允许有受控电压源，也不允许存在“纯电压源支路”。复合支路规定了一条支路可以最多包含的元件数，可以缺少某些元件，但不能缺少阻抗。dkISk.UZk(Yk)+-k.Uk.ISk.Iek.I+-矩阵形式)(100111ddddStuLiuLCRCtituLCLC
27、 RuLCuS(t)+-uCiLiCuR+-+-+-LiR(4)把状态方程整理成标准形式。对于简单的网络，用直观法比较容易，列写状态方程的步骤为：(1)选择独立的电容电压和电感电流作为状态变量；(2)对只接有一个电容的节点列写KCL方程；对只包含一个电感 的回路列KVL方程；(3)列写其他必要的方程，消去方程中的非状态变量；直观编写法的缺点：1)编写方程不系统，不利于计算机计算。2)对复杂网络的非状态变量的消除很麻烦。步骤：(1)选择一个树，也称为特有树，它包含电容和电压源，而不包含电容和电流源。(2)对包含电容的单树支割集列写KCL方程。(3)对包含电感的单连支割集列写KVL方程。(4)列写
28、其他必要的方程，消去非状态变量。(5)整理并写出矩阵形式。2.系统法：对于比较复杂的电路，仅靠观察法列写状态方程有时是很困难的，有必要寻求一种系统的编写方法。简单的说，系统编写法就是寻求一个适当的树，使其包含全部电容而不包含电感。对含电容的单树支割集用KCL可列写一组含有的方程。对于含电感的用KVL可列写出一组含有的方程。这些方程中含有一个导数项，若再加上其他约束方程，便可求得标准状态方程。dtduCdtdiL单连支回路运13.7 列写如下图所示电路的状态方程。+_1F+_+_uSiSuiLiC110dd1SiiituLC01SLiiu0dd1SuuutiCL01SCuui对图示的两个树支，按
29、基本割集列写KCL方程 对图示的两个连支，按基本回路列KVL方程SSSSddddiuiuLutiiuiuCituLCLLLCCCSS11111111ddddiuiutituLCLC整理得矩阵形式状态方程为 1.状态方程系统列写法的步骤是什么？2.如何选取特有树？13.7 应用实例计算机辅助电路分析 电路的矩阵表示 用计算机程序分析电路时，应根据电路图写出这些电路数据，在程序运行时，从键盘将这些数据输入计算机，或者将这些数据先存入到某个数据文件(例如D.DAT)中，让计算机从这个文件中自动读入这些数据。单击图8.33中的“下一步”按钮，进入“箍筋设置”设定，如图8.34所示。63 2）建立轴网
30、单击左侧的构件布置栏中，弹出如图835所示的直线轴网设置界面。64 选择图8.35中的分别输入轴距、跨数、起始轴号、终止轴号数据。3）点构件绘制点构件的分类如图8.36所示。（1）绘制柱 单击左侧构件布置栏中的，然后在左侧的“属性定义栏”中，对构件的类型和名称进行选择，如图8.37所示。按照图纸，在轴网上点击柱，即可绘制柱，如图8.38所示，三维图形如图8.39所示。65 墙洞布置：单击左侧构件布置栏中的，鼠标在该界面变成“十”形，将鼠标移动至墙体上，单击鼠标左键即可完成墙洞的布置，如图8.47所示，钢筋三维图形如图8.48所示。66676812345678 (2)支路排列顺序为先连支后树支。
31、约定:(1)回路电流的参考方向取连支电流方向。基本回路矩阵Bf选 2、4、5、8为树支，连支为1、3、6、7。01101000111001001111001011010001fB17386254b1b3b6b7支路 回路 =1 Bt ElBt1.用矩阵A描述的基尔霍夫定律的矩阵形式(1)KCL的矩阵形式以节点为参考节点Aib=1 1 1 0 0 0 0 0 0 -1 1 1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 1n-1个独立方程矩阵形式的KCL:Aib=0二、用矩阵A、Q、B表示的基尔霍夫定律的矩阵形式1234567(2)KVL的矩阵形式矩阵形式 n3n2n1nT100100110010011
32、001001uuuuAn3n3n3n2n2n2n1n2n1uuuuuuuuu矩阵形式的KCL：07655435421iiiiiiiiii矩阵形式的KCL：Qf ib=0(1)KCL的矩阵形式取（2，3，6）为树，1234567Q2Q1 Q37654321bf111000000111000011011iiiiiiiiQ2.用矩阵Qf 描述的基尔霍夫定律的矩阵形式 电路中的（n-1）个树支电压可用（n-1）阶列向量表示，即T1)t(t2t1t.nuuuutTfbuQu(2)KVL的矩阵形式，bt3t3t3t2t1t2t1t2t1t1t3t2t17654321tTf10010011101101000
33、1001uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuQl个独立KVL方程矩阵形式的KVL：Bf ub=03.用矩阵Bf表示的基尔霍夫定律的矩阵形式123456701100000011011000011100000011766532432217654321bfuuuuuuuuuuuuuuuuuuuB(1)KVL的矩阵形式(2)KCL的矩阵形式独立回路电流1234567b44332323211432176543211000110001000010011001110001iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiilllllllllllllllli矩阵形式的KCL：ib=Bf TilQ Qi 0
34、QTut u 小结：ul Btut A B Ai 0 BTil i KCL KVL ATun u Bu 0 13-1电路的有向图如图所示，(1)节点为参考写出其关联矩阵A，(2)以实线为树枝，虚线为连支，写出其单连支回路矩阵Bf(3)写出单树支割集矩阵Qf。123456789(1)以节点为参考节点，其余4个节点为独立节点的关联矩阵A为(2)以实线(1,2,3,4)为树枝，虚线(5,6,7,8,9)为连支，其单连支回路矩阵Bf为123456789(3)以实线(1,2,3,4)为树枝，虚线(5,6,7,8,9)为连支，其单树支割集矩阵Qf为1234567891.对于一个含有n个节点b条支路的电路，
35、关联矩阵反映了什么关联性质？2.对于一个含有n个节点b条支路的电路，回路矩阵反映了什么关联性质？3.对于一个含有n个节点b条支路的电路，割集矩阵反映了什么关联性质？4.对于一个含有n个节点b条支路的电路，用矩阵A、Qf、Bf表示的基尔霍夫定律的矩阵形式分别是什么？81（2）布置板筋布置板筋的前提条件是布置好板，板筋的分类如图8.64所示。82 布置受力钢筋：a.单击左侧的构件布置栏中，在属性定义栏中选择钢筋的类型，然后在活动布置栏中选择布置板筋的方向，鼠标移动到图形界面鼠标变成“口”形，如图8.65所示。83 b.鼠标选择板，单击鼠标左键即可完成受力钢筋的布置，如图8.66所示，三维图形如图8
36、.67。8485 布置支座钢筋：a.单击左侧构件布置栏中的，鼠标变成“十”形，如图8.68所示。8687 如图8.15所示，单击 按钮，退出系统。888.2建筑工程工程量计算 软件建筑工程工程量的计算是一个非常烦琐的工作，大致有以下几个过程：手工算量手工表格算量计算器表格算量计算机表格算量计算机图形算量。目前，普遍采用的是图形建模算量，而且大部分可以显示三维视图。目前市场占有率比较高的建筑工程工程量计算软件有上海神机软件有限公司开发的“神机妙算四维算量软件”、北京广联达软件股份有限公司开发的“广联达图形算量软件”、上海鲁班软件有限公司开发的“鲁班算量软件”、深圳市斯维尔科技有限公司开发的“三维
37、算量软件”等。89 各公司软件操作起来各有特点，但其基本原理均是建立三维模型图，设定计算规则，软件自动计算工程量并形成报表。下面就以“神机妙算四维算量软件”为例讲述软件的操作方法，读者可以在该公司网站下载学习版对照练习。“神机妙算四维算量软件”操作流程如图816所示。下面我们通过10个步骤绘制几个简单的构件，快速地熟悉图形算量软件的整个操作流程。1）启动软件双击桌面快捷方式，启动图形算量软件。90 2）新建工程 单击主菜单“图形算量新建图形算量”，在弹出的“新建工程”对话框中输入工程文件名，单击“打开”按钮，如图8.17所示。91 进入工程主界面，定义工程信息，单击构件工具栏上的“系统工程信息
38、”按钮，在弹出的对话框中输入工程名称、建设单位等工程信息，如图8.18所示。92l个独立KVL方程矩阵形式的KVL：Bf ub=03.用矩阵Bf表示的基尔霍夫定律的矩阵形式123456701100000011011000011100000011766532432217654321bfuuuuuuuuuuuuuuuuuuuB(1)KVL的矩阵形式(2)KCL的矩阵形式独立回路电流1234567b44332323211432176543211000110001000010011001110001iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiilllllllllllllllli矩阵形式的KCL：ib=
39、Bf TilQ Qi 0 QTut u 小结：ul Btut A B Ai 0 BTil i KCL KVL ATun u Bu 0 13-1电路的有向图如图所示，(1)节点为参考写出其关联矩阵A，(2)以实线为树枝，虚线为连支，写出其单连支回路矩阵Bf(3)写出单树支割集矩阵Qf。123456789(1)以节点为参考节点，其余4个节点为独立节点的关联矩阵A为(2)以实线(1,2,3,4)为树枝，虚线(5,6,7,8,9)为连支，其单连支回路矩阵Bf为123456789(3)以实线(1,2,3,4)为树枝，虚线(5,6,7,8,9)为连支，其单树支割集矩阵Qf为1234567891.对于一个含
40、有n个节点b条支路的电路，关联矩阵反映了什么关联性质？2.对于一个含有n个节点b条支路的电路，回路矩阵反映了什么关联性质？3.对于一个含有n个节点b条支路的电路，割集矩阵反映了什么关联性质？4.对于一个含有n个节点b条支路的电路，用矩阵A、Qf、Bf表示的基尔霍夫定律的矩阵形式分别是什么？13.3 回路电流方程的矩阵形式 kUSkUkIekIZkkIS一、复合支路 第k条支路,kkUI 第k条支路的阻抗，只能是单一的电阻、电感 或电容，不允许是它们的组合。阻抗上电压、电流的参考方向与支路方向相同。kZSkU独立电压源，其参考方向和支路方向相反。SkI独立电流源，其参考方向和支路方向相反。,kk
41、UI支路电压、支路电流，取关联参考方向。1.电路中不含互感和受控源的情况(相量法)SS()kkkkkUZ IIU 111S1S1SSSS00000000000000000000kkkkkbbbbbZUIIUZUIIUZUIIU 按定义写开 kUSkUkIekIZkkIS二、支路方程的矩阵形式 2.电路中含有互感的情况 设第k条、j条支路有耦合关系，编号时把它们相邻的编在一起（设两个电流都为流入同名端）：eeSSSSeeSSSSj()j()jj()()kkkkjjkkkkkjjjkjjkkjjjjkkkjjjjUZ IM IUZIIMIIUUM IZ IUMIIZ IIU ()()()11e1S
42、111S1S122e2S222S2S2eSSSbbbbbbbbUZ IUZIIUUZ IUZIIUUZ IUZIIU 其余支路电压、电流的关系为：111S1S1222S2S2SSS0000000000j000j00000kkjkkkkjjjjjbbbbZUIIUZUIIUZMUIIMZUIIZUII SSSkjbUUUSS()UZ IIU 故回路电流方程不变，只是阻抗阵Z不再为对角阵，其非对角线元素的第k行、第j列和第j行、第k列的两个元 素是两条支路的互阻抗。互阻抗前的“”，电流流入同名 端的对应取“”，反之取“”。仍可统一写为 3.电路中含有受控源的情况 deS()kkjjkjjjUr I
43、rIISdS()kkkkkkUZIIUU而 这时含有受控源的支路阻抗 Z 为非对角阵，非对角线上的元素是与受控电压源的控制系数有关的元素。因支路方程的右端加上受控电压源，故支路阻抗阵变为：kU ISkSkUkIekIZk+dkU12kkjbZZZZrZk j 105106107 2）绘制独立基础 单击，然后在左侧的“属性定义栏”中，对构件名称进行选择，如图8.40所示。108 按照图纸，在轴网上点击独立基础，即可绘制好独立基础，如图8.41所示，三维图形如图8.42所示。1091102 2、总线接口部件总线接口部件BIUBIU6 6）总线控制逻辑）总线控制逻辑v 总线控制逻辑发出总线控制信号，
44、实现存储器总线控制逻辑发出总线控制信号，实现存储器的读的读/写控制和写控制和I/OI/O的读写控制。它将的读写控制。它将CPUCPU内部内部总线与外部总线相连，是总线与外部总线相连，是CPUCPU与外部电路进行与外部电路进行数据交换的路径。数据交换的路径。v 总线控制逻辑控制总线控制逻辑控制80868086通过通过2020条引脚线分时传条引脚线分时传送送2020位地址线、位地址线、1616位数据和位数据和4 4位状态信息。位状态信息。3、BIU和EU的工作过程8086的总线BIU和EU在很多时候可以并行工作，使得取指令、指令译码和执行指令这些操作构成操作流水线。1.当指令队列中有两个空字节，且
45、EU没有访问存储器和I/O接口的要求时，BIU会自动把指令取到指令队列中。3、BIU和EU的工作过程2.当EU准备执行一条指令时，它会从指令队列前部取出指令执行。在执行指令的过程中，如果需要访问存储器或者I/O设备，那么EU会向BIU发出访问总线的请求，以完成访问存储器或者I/O接口的操作。如果此时BIU正好处于空闲状态，那么，会立即响应EU的总线请求；但如果BIU正在将某个指令字节取到指令队列中，那么，BIU将首先完成这个取指令操作，然后再去响应EU发出的访问总线的请求。3、BIU和EU的工作过程3.当指令队列已满，而且EU又没有总线访问时，BIU便进入空闲状态。4.在执行转移指令、调用指令
46、和返回指令时，下面要执行的指令就不是在程序中紧接着的那条指令了，而BIU往指令队列装入指令时，总是按顺序进行的。在这种情况下，指令队列中已经装入的指令就没有用了，会被自动消除。随后，BIU会往指令队列中装入另一个程序段中的指令。2.2.2 8086的工作模式v把8086CPU与存储器、外设构成一个计算机系统时，根据所连的存储器和外设的规模，8086CPU具有两种不同的工作模式来适应不同的应用场合：最小模式 最大模式 v8086的工作模式由硬件设计决定：引脚连电源（5V），则8086处在最小模式；引脚接地，则8086处在最大模式。MN/MXMN/MX2.2.2 8086的工作模式 最小模式 最小
47、模式也称为单处理器模式，是指系统中只有一片8086微处理器，所连的存储器容量不大、片子不多，所要连的I/O端口也不多，系统的控制总线就直接由CPU的控制线供给，从而使得系统中的总线控制电路被减到最少。最小模式适用于较小规模的系统。2.2.2 8086的工作模式 最大模式 最大模式是相对于最小模式而言的，适用于中、大型规模的系统。在最大模式的系统中有多个微处理器，其中一个是主处理器8086，其他的处理器称为协处理器，承担某方面专门的工作。和8086配合的协处理器有数值运算协处理器8087，和输入/输出协处理器8089。8086通过一个总线控制器8288来形成各种总线周期，控制信号由8288供给。
48、数据总线为16位地址总线为20位40条引脚 部分引脚分时复用 2.3 80862.3 8086的引脚特性的引脚特性2.3 8086的引脚特性描述方面：引脚的功能信号的有效电平信号的流向引脚的复用三态能力2.3.1 两种工作模式的公共引脚ADAD0 0ADAD1515低低16位地址位地址/数据数据的复用引脚线的复用引脚线三态、双向三态、双向采用分时复用法来采用分时复用法来实现对地址线和数实现对地址线和数据线的复用据线的复用2.3.1 两种工作模式的公共引脚 A A1919/S/S6 6A A1616/S/S3 3高高4位地址位地址/状态的状态的复用引脚线复用引脚线三态、输出三态、输出采用分时复用
49、方法采用分时复用方法来实现对地址线和来实现对地址线和状态线的复用状态线的复用 状态信息S6总是为低电平。S5反映当前允许中断标志的状态。S4与S3一起指示当前哪一个段寄存器被使用。其规定如表所示。S S4 4S S3 3当前正在使用当前正在使用的段寄存器名的段寄存器名0 00 0 ES ES0 01 1 SS SS1 10 0 CS CS或未用或未用1 11 1 DS DS2.3.1 两种工作模式的公共引脚 TEST测试信号测试信号输入输入低电平时有效低电平时有效与与WAIT指令配合指令配合 使用使用2.3.1 两种工作模式的公共引脚 INTR可屏蔽中断请求信号可屏蔽中断请求信号输入输入高电平
50、时有效高电平时有效标志寄存器中标志寄存器中IF位：位：IF=1，允许中断，允许中断IF=0，禁止中断，禁止中断2.3.1 两种工作模式的公共引脚 NMI非屏蔽中断请求信号非屏蔽中断请求信号输入输入上升沿有效上升沿有效不受不受IF位影响位影响8086只有只有NMI和和INTR可以引入外部中断。可以引入外部中断。2.3.1 两种工作模式的公共引脚 RESET复位信号复位信号输入输入高电平有效高电平有效复位后：复位后：指令队列空指令队列空CS为为FFFFH其它寄存器清零其它寄存器清零2.3.1 两种工作模式的公共引脚 其它CLK输入时钟信号输入时钟信号VCC输入电源输入电源GND接地接地MN/MX最
