《(2)机械工程中的力学 2013》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(2)机械工程中的力学 2013（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT第二章 机械工程的力学机械中的理论力学1机械中的材料力学2机械中的断裂力学3机械中的流体力学4机械中的振动力学5机械制造加工中的力学问题64 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/
2、Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT什么是力学力学 是一门非常古老的学科。人类一直在不自觉地应用许多的力学知识为人类的生存服务。河姆渡 “干栏式 ”建筑，类似吊脚楼金字塔Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT张衡的记里鼓车指南车Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT古罗马的大斗兽场建于公元 72至 82年间，是古罗马文明的象征。从外观上看，它呈正圆形；俯瞰时，它是椭圆形的。占地面积约 2
3、万平方米，最大直径为 188米，小直径为 156米，圆周长 527米，围墙高 57米，可以容纳近九万人数的观众。Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT塔拉戈纳的古罗马引水渠第一条古罗马建的饮水渠是暗渠，全长 16公里，建造时间是公元前 310年。公元前 144年建设了第一条引水明渠，全长 90公里，其中空架桥部分长度为 16公里。赵州桥8 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center
4、of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT机械是一大类机器设备的总称。根据机械工作目的的不同，传统上把机械分为三类： 原动机械 、 变换机械 和 工作机械 。原动机械 ：把自然界的能量或其他非机械能转变为机械能的设备，如内燃机、电动机等。变换机械 ：机械能转变为非机械能的设备，例如发电机、空气压缩机等。工作机械 ：在外界给予的能量下完成生产过程以改变工件的物理性质、状态、形状和位置的设备，例如各种车床，起重机、汽车、液压机等。这三类机械还可以相互结合，进行联合工作。什么是机械9 Yi Luo, Research Center of Micro/
5、Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT力学和机械的不解之缘英语单词 mechanics 同时表示了 机械学 和 力学 的两个含义；力学 mechanics和 机械装置 mechanism 都是同源的。因此机械与力学有密切的关系，大学本科阶段，相关的力学知识主要包括： 理论力学 、 材料力学 、 流体力学 、 振动力学 和 计算力学 。中学八年级物理第六章力和机械 10 Yi Luo, Research Center of Micro/N
6、ano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT 静力学 ：研究物体的平衡以及平衡规律，静力学主要涉及力系的简化、物体的受力分析、平面力系的平衡规律、空间力系的平衡规律、摩擦等。 运动学 ：研究 质点和刚体 的运动，仅限于质点和刚体在运动时所需要的数学（几何）上的运动规律。 动力学 ：研究物体受力后运动与力之间的关系。 动力学主要内容有质点动力学基本定理、动量定理、动量矩定理、动能定理、达朗贝尔原理、碰撞等。理论力学的研究内容2.1 机械中的理论力
7、学理论力学主要研究宏观物体在低速机械运动过程中的物理规律 .11 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT理论力学奠基 牛顿理论力学的局限： 宏观、低速宏观：研究对象的大小远远大于基本粒子对于基本粒子的力学研究需要量子力学低速：研究对象的运动速度远远小于光速对于运动速度接近光速的研究属于相对论力学机构的运动分析以及运动的传递属于 理论力学中运动学 的范畴。运动学 研究质点和
8、刚体的运动，而且运动学研究仅限于质点或刚体在运动时所需要 满足的数学上的运动规律 ，而不涉及产生这种运动的具体的物理原因。2.1 机械中的理论力学12 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT质点：在任意时刻只考虑其 占据的几何位置 ，而不考虑其几何尺寸。刚体：在任何力的作用下， 体积和形状都不发生改变 的物体叫做刚体(Rigid body)。在物理学内，理想的刚体是一个固
9、体的，尺寸值有限的，形变情况可以被忽略的物体。不论有否受力，在刚体内任意两点的距离都不会改变。在 运动中，刚体上任意一条直线在各个时刻的位置都保持平行 。13 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT点的运动分析：研究质点运动时各运动参量之间的关系。点的运动参量：运动方程、速度、加速度。运动方程 ：联系质点运动时间与空间位置的方程。矢量 r 确定点的运动 位置 。速度 ：质
10、点运动位移的导数，速度是矢量，方向沿运动轨迹的切线方向。加速度 ：质点运动速度的导数，反映了速度（大小、方向）变化， 加速度也是矢量。)(trrvv=dtrdvrv=22dtrddtvdavvv=运动学中的基本概念2.1 机械中的理论力学14 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT对于大多数的机械工程中的机构，其运动时是作为 刚体 进行分析和处理的。刚体可以看做无数个点的
11、集合。刚体的简单运动包括 刚体的平移和转动 ；平移 ：刚体运动时，刚体上至少有两条直线在运动中保持平行，这样的运动为平行移动，简称平移。刚体上各点保持相同的速度和加速度 ，整个刚体如同一个点的运动。2.1 机械中的理论力学15 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT刚体的转动 ：刚体运动时，刚体上某一条直线保持静止，称为定轴转动，简称为转动。刚体以一定的 角速度 转动，其
12、角速度的变化为 角加速度 。刚体的角速度和角加速度为刚体的整体变量，也就是说这个刚体具有共同的角速度和角加速度， 刚体上除转轴外的点，均绕转轴做圆周运动 。衡量定轴转动刚体的整体运动参量：（ 1）角位移（ 2）角速度（ 3）角加速度dtd =22dtddtd =2.1 机械中的理论力学16 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT9 定轴转动刚体上的点的运动是绕转轴做圆周运
13、动；9 圆周运动的半径就是该点到转轴的距离；9 点离开转轴的距离越远，其运动的速度也就越大，同样，加速度也越大。刚体上点的速度和加速度计算公式如下：2nvRaRaR=角速度角加速度速度法向加速度切向加速度2.1 机械中的理论力学Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT球坐标以坐标原点为参考点，由方位角、仰角和距离构成。在地理学、天文学中都有着广泛应用。在机器人学中有球坐标机器人QP(x , y , z)P(, z)(,)xyzo直角坐标系圆柱坐标系18 Yi Luo, Research Center of Mi
14、cro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT2.1 机械中的理论力学2.1.1 运动学与机械传动机械系统在工作室，从原动机械到交换机械，或者从交换机械到工作机械，存在大量运动传递问题，称为 传动问题 。理论力学主要研究宏观物体在低速机械运动过程中的物理规律 .Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT带传动链传动齿轮传动Research Center o
15、f Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT2.1 机械中的理论力学原动机械和工作机械距离较近时齿轮啮合中的运动学：两个齿轮啮合，两个齿的啮合点在瞬时具有相同的速度。1. 两个齿轮的角速度与其半径成反比；2. 齿轮的半径和齿数成正比。12122112zzRRi =利用齿轮组的啮合实现传动，根据齿轮的齿数实现精确的传动比。Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT原动机械和工作机械距离较远时带传动中的运动学：工作轮和皮带组合。两点假设：皮带是不可伸长的；皮带在传动过程中
16、无相对滑动。(a)平带 (b) V带 (c)多楔带 (d)圆带摩擦带类型Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT曲柄摇杆机构曲柄连杆机构其它常见的传动系统Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT1轴承； 2和 8差速器壳； 3和 5调整垫片； 6行星齿轮； 7从动锥齿轮； 4半轴齿轮； 9行星齿轮轴；1输入轴（将驱动差速器从动齿轮）； 2差速器壳体； 3行星齿轮； 4半轴齿轮（驱动两侧传动轴输出）差速器24 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUTResearch Center of Micro/Nano Electro-Mechani al Systems, DLUT动力学
