1、1.1力1.1.1力的概念 人们在生产与生活实践中,随时都能感受到力的存在。图1-1图1-21.1.2力的合成与分解两人共提一桶水(图1-3a),桶受到F1与F2两个力的作用,若改由一个人提时,则可用一个力R代替F1与F2,其效果相同,R就是F1和F2的合力。图1-41.1.3共点力的平衡要使作用在一个物体上的两个力平衡,其必要和充分条件是:这两个力大小相等,方向相反且作用在图1-51.1.4作用与反作用定律图1-6图1-71.2约束和约束力1.2.1约束和约束力的概念在生产与生活中,物体总是与它周围的物体存在着联系,它的运动也总是受周围物体的限制。1.2.2常见的约束类型1.3受力分析和受力
2、图1.3.1基本概念为清楚地表示物体的受力情况,我们将被研究的物体从周围物体中分离出来,单独画出它简单的轮廓图形,分析它所受的全部力(包括主动力与约束力的作用点与作用方向),这种分析过程称为受力分析。1.3.2画受力图三个步骤 1.4.1力矩的概念和计算力对物体的作用效果之一是能使物体产生转动,例如用扳手拧螺母时,螺母转动。图1-161.4力矩1.4.2力矩的平衡生产实际中常遇到绕定点转动物体的平衡问题,如图1-17所示的手动剪床就是一个典型的例子。图1-17 图1-18图1-191.5.1功和功率在物理学中,我们已经知道,当物体受到力F的作用,并在力F的作用下移动了一段距离s时(图1-20a
3、),我们称这个力对物体做了功。图1-201.5功率、转矩和机械效率1.5.2转矩和功率如已知机器的功率P和转速n(旋转机械每分钟的转数,单位为r/min),则可由上式求出它的转矩T(使机械元件转动的力矩,单位为Nm),即1.5.3机械效率机器工作时,由于有摩擦等阻力存在,要消耗一部分功率,使输入功率不能完全得到利用。2.1内力与截面法2.1.1拉伸和压缩的概念在工程实践中,有许多受外力作用产生拉伸或压缩变形的杆件,例如内燃机的连杆,在工作中将产生压缩变形(图2-1a);珩架中的杆1和杆2,受力后分别产生拉伸和压缩变形(图2-1b),这些构件的结构形式各有差异,受力方式各不相同。图2-1一般把作
4、用于杆件上的载荷和约束力称为外力,杆件内各质点之间的相互作用力称为内力。2.1.3截面法求内力的基本方法是截面法。2.1.2内力的概念图2-22.2.1应力的概念确定了拉伸或压缩杆件的轴力以后,还不能解决杆件的强度问题,例如两根材料相同、粗细不等的拉杆,若两者承受的轴力相同,随着拉力的增加,细杆首先被拉断,这说明杆件的强度不仅与轴力有关,而且还与横截面尺寸有关。2.2.2横截面上的应力为了确定横截面上的应力,应先研究内力在横截面上的分布2.2拉伸或压缩时的应力分析规律。图2-4图2-52.3.1许用应力与安全系数前面曾指出,一个构件的承载能力首先应满足的基本要求之一就是具有足够的强度。2.3.
5、2拉伸或压缩强度计算为了保证构件具有足够的强度,能够安全耐久地工作,必须使构件的实际工作应力不超过材料的许用应力,即2.3拉伸或压缩时的强度计算3.1基本概念在机械工程中常会用到一些联接,例如铆钉联接(图3-1a),轴与轮毅间的键联接(图3-2a),销联接等,这些联接零件的特点是外形粗短,当构件两侧受到一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的横向力作用时,构件将产生剪切和挤压变形。剪切变形的特点是,构件上位于两作用力之间的横截面发生相对错动,此时杆件上所受的力称为剪力。图3-1图3-2现以铆钉为例说明剪切实用计算方法。铆钉的受力与变形如图3-1c所示,其横截面上主要作用有剪力FQ,根据截面法与
6、平衡条件,横截面上的剪力为3.3挤压实用计算在剪切问题中,除了联接件发生剪切失效以外,在3.2剪切实用计算被联接零件相互接触面上及邻近的局部区域内将产生塑性变形或破坏,这种现象称为挤压失效。图3-3所示为铰制孔螺栓联接,板孔受压的一侧因过大的塑性变形而被压皱,不能保持圆形,导致联接松动,使构件丧失正常工作能力。图3-3图3-4图3-54.1转矩的计算4.1.1扭转的概念在机械工程中,有许多构件是承受扭转作用而传递动力的,例如用于钻孔的钻头(图4-1a)、汽车方向盘(图4-1b)、拧紧螺钉时的螺钉旋具(图4-1c)以及传动系统的传动轴(图4-1d)等。图4-14.1.2外力偶矩的计算在工程实际中
7、,外力偶矩的大小并不是直接给出的,而是从已知轴的转速n和所传递的功率P来求得,外力偶矩可按下式计算4.1.3圆轴扭转时横截面上的内力转矩当求出作用在圆轴上的外力偶矩后,就可以用截面法研究横截面上的内力。图4-2 图4-34.1.4转矩图为了清楚地表示各截面上转矩的大小和正负,以便确定危险截面,常需画出转矩随截面位置变化的函数图像,这种图像称为转矩图。图4-4图4-54.2.1圆轴扭转实验首先做以下实验,观察扭转变形。4.2.2扭转切应力的计算当圆轴某横截面上的扭距为T,截面半径为R时,横截面上距圆心为处的切应力的计算公式为4.2圆轴扭转时的应力为了保证扭转圆轴能安全工作,应限制轴上危险截面的最
8、大工作切应力不超过材料的许用切应力,即图4-64.3圆轴扭转时的强度和刚度计算 孔与轴的结合是机械中应用最广的基本结合形式。为了满足互换性的要求,必须制订出孔、轴的尺寸公差及配合松紧程度的配合标准。本章主要介绍尺寸公差与配合的基本概念,孔、轴公差带的大小和位置,极限与配合的国家标准及其应用。5.1基本术语及定义5.1.1轴通常,轴指工件的圆柱形外表面,也包括某些非圆柱形外表面(由二平行平面或切面形成的被包容面)。5.1.2孔通常,孔指工件的圆柱形内表面,也包括某些非圆柱形内表面(由二平行平面或切面形成的包容面)。5.1.3尺寸尺寸指以特定单位表示线性尺寸值的数值。5.1.4极限制极限制指经标准
9、化的公差与偏差制度。5.1.5零线在公差带图中,零线是表示基本尺寸的一条直线,以其为基准确定偏差和公差或最大极限尺寸和最小极限尺寸。图5-1某一尺寸(实际尺寸、极限尺寸等)减去其基本尺寸所得的代数差,称为偏差。5.1.7公差及公差带5.1.8配合基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。5.1.6偏差图5-2图5-3图5-4图5-55.2极限与配合国家标准我国国家技术监督局和国家质量监督检验检疫总局分别于1997、1998年发布了GB/T 1800.11997极限与配合基础第1部分:词汇、GB/T 1800.21998极限与配合基础第2部分:公差、偏差和配合的基本规定、GB/T
10、1800.31998极限与配合基础第3部分:标准公差和基本偏差数值表,这三部标准使我国的国家标准中极限与配合的术语、定义、基本规定、标准公差和基本偏差的数值尽可能与国际标准一致或等同,以尽快适应国际贸易、技术和经济交流中采用国际标准的需要。孔、轴公差带的宽窄是由公差的大小确定的,公差的大小是根据基本尺寸的大小、对尺寸精确程度要求的高低不同而确定的,这样就有极多的公差带,不利于机械零件的加工、产品的使用和维修,经济性差。5.2.1标准公差表5-1标准公差数值表5-1标准公差数值5.2.2基本偏差系列标准公差确定了公差带的大小,为了确定公差带相对于零线的位置,必须再规定一个极限偏差,即基本偏差。5.3极限与配合国家标准的应用极限与配合国家标准的应用,对确定相配合孔、轴公差带的大小和位置,合理选择配合制、公差等级及配合种类有重要意义。5.3.1配合制的选择配合制的选择与使用要求无关,不管选择基孔制配合或是基轴制配合,都可以达到预期的目的。5.3.2公差等级的选择确定公差等级应综合考虑各种因素,如果选择公差等级过高,虽然可以满足使用要求,但加工难度大,成本高。5.3.3配合种类的选择配合种类的选择,实质上是确定孔、轴配合应具有一定的间隙还是过盈,以满足使用要求,保证机械正常工作。表5-6基本偏差的选用表5-6基本偏差的选用表5-6基本偏差的选用图5-18图5-19
