【正文】 我們將工程中常見的約束理想化，歸納為幾種基本類型，并根據(jù)各種約束的特性分別說明其反力的表示方法。平面力偶對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)僅取決于力偶矩。 圖 213力偶 167。 力偶中的兩個(gè)力在任何軸上的投影之和恒等于零，說明其主矢量 FR=0。 力對(duì)任一點(diǎn)的矩，不會(huì)因該力沿其作用線移動(dòng)而改變。如圖 29所示。 假設(shè)在物體的 A點(diǎn)作用有力 F1和 F2，如圖 26a所示，若以 FR表示它們的合力，則可以寫成矢量表達(dá)式： FR=F1+F2 即合力 FR等于兩分力 F1與 F2的矢量和。 22 靜力學(xué)公理 靜力學(xué)的基本公理是靜力學(xué)的基礎(chǔ)，是符合客觀實(shí)際的普遍規(guī)律，是人們長期生活和實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。等效的兩個(gè)力系可以互相代替。 力的大小、方向和作用點(diǎn)稱為力的三要素。 第二章 靜力學(xué) 靜力學(xué)是研究剛體在力系作用下的平衡規(guī)律，同時(shí)也研究力的一般性質(zhì)及其合成法則。此外，還與許多其他因素有關(guān)，這里僅列舉具有代表性的因素，如非金屬夾雜物、馬氏體含碳量、剩余碳化物顆粒大小和數(shù)量以及材料的硬度等等。反之，金屬間互溶程度越小，晶體結(jié)構(gòu)不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的金屬，構(gòu)成摩擦副時(shí)粘著磨損就較輕微。 由磨損引起的材料損失的量稱為磨損量，它的倒數(shù)稱為耐磨性。因此，可以通過采取改善機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)形狀、避免應(yīng)力集中、改善表面粗糙度以及進(jìn)行表面強(qiáng)化處理等措施來提高金屬材料的疲勞強(qiáng)度，防止疲勞斷裂 . 167。 13 機(jī)械零件的強(qiáng)度 二、機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度 通過疲勞斷裂的定義可知，疲勞斷裂的機(jī)理是損傷的累積。一般來講，金屬材料的硬度愈高，愈難切削；硬度雖不高，但韌性大，切削也較困難。一般來講，金屬材料的硬度愈高，愈難切削；硬度雖不高，但韌性大，切削也較困難。一般來講，金屬材料的硬度愈高，愈難切削；硬度雖不高，但韌性大，切削也較困難。收縮性是指鑄件凝固時(shí)體積收縮的程度。 ak值越大，沖擊韌度越高。 （ 2）洛氏硬度（ HR).用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗(yàn)壓力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)壓力，用測量的殘余壓痕深度增量來計(jì)算硬度的一種試驗(yàn)方法。 δ和 ψ 的值越大，表示金屬材料的塑性越好。載荷按其作用形式的不同，分為靜載荷、沖擊載荷和交變載荷等。許多金屬都能與空氣中的氧進(jìn)行化合而形成氧化物，在金屬表面形成一層氧化膜。 金屬材料在受熱時(shí)體積會(huì)增大，冷卻時(shí)則收縮，這種現(xiàn)象稱為熱膨脹性。導(dǎo)熱性最好的是金屬銀，其次是銅和鋁。工業(yè)上常用的金屬材料中，錫的熔點(diǎn)最低，為 ℃ ，而鎢的熔點(diǎn)最高，為 3410℃ 。 12 金屬材料的性能 本節(jié)主要介紹金屬材料的物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能和工藝性能。一般來說，一臺(tái)完整的機(jī)器由以下 4大部分組成： （ 1）原動(dòng)機(jī)部分 .原動(dòng)機(jī)部分也稱動(dòng)力裝置，其作用是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器各部分運(yùn)動(dòng)和工作。內(nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生具有高溫高壓的燃?xì)?。如齒輪機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)。 第一章 機(jī)械概述 機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的 5大要素 (即人、資金、能量、材料和機(jī)械 )之一。教師積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，可以將大量的知識(shí)系統(tǒng)條理地講述給同學(xué)們，而自學(xué)則可以發(fā)揮同學(xué)們的自主性和積極性，培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力，兩者的有效結(jié)合一定會(huì)提高教學(xué)和學(xué)習(xí)的效果。 01本課程的內(nèi)容、性質(zhì)、任務(wù)和基本要求 一、本課程的內(nèi)容和性質(zhì) 本課程是中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。 83齒輪系 167。 61鍵聯(lián)接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用 167。 33剪切與擠壓 167。 14摩擦與磨損 本章練習(xí) 第二章靜力學(xué) 167。 01本課程的內(nèi)容、性質(zhì)、任務(wù)和基本要求 167。 23力矩和平面力偶系 167。 51軸 167。 71機(jī)構(gòu)的基本知識(shí) 167。 92液壓元件 167。 二、本課程的任務(wù)和基本要求 本課程的任務(wù)是讓同學(xué)們了解機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)并能靈活地運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際中的問題。如果在理論教學(xué)的同時(shí)加以適當(dāng)?shù)膶?shí)踐環(huán)節(jié)，則可以使同學(xué)們產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣，使理論知識(shí)變得更形象、更生動(dòng)。 11 機(jī)器及其組成 一、基本概念 機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。 構(gòu)件是指由一個(gè)或幾個(gè)零件所構(gòu)成的剛性單元體。 圖 11 內(nèi)燃機(jī)圖例 圖 12 內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖 11 機(jī)器及其組成 牛頭刨床主要用來切削加工小型零件的平面。它是機(jī)器中直接完成具體工作任務(wù)的部分，位于傳動(dòng)路線的終點(diǎn)，如汽車的車輪、縫紉機(jī)的機(jī)頭等。它的單位是 kg/m3，常用金屬材料的密度大致如下：鑄鋼為 103kg/m3，灰鑄鐵為 103kg/m3，碳鋼為 103kg/m3，銅為 103kg/m3，黃銅為 103kg/m3， 103kg/m3。一般用導(dǎo)熱系數(shù)來表示金屬材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣。電導(dǎo)率愈大，其導(dǎo)電性能就愈好。根據(jù)這種性能的不同，通常將金屬材料分為鐵磁材料、順磁材料和逆磁材料 3種。 金屬材料在常溫下抵抗各種介質(zhì)（氧、水蒸氣、酸、堿和鹽等）腐蝕作用的能力稱為抗腐蝕性。根據(jù)受力情況的不同，金屬材料的強(qiáng)度可以分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。它是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與測量方法有關(guān)。 （ 3）維氏硬度（ HV） .用夾角為 136176。當(dāng)施加的交變應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)力時(shí)，所得的疲勞強(qiáng)度用 ? 1表示。它包括在熱態(tài)或冷態(tài)下能夠進(jìn)行錘鍛、軋制、拉伸和擠壓等加工。它包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是結(jié)合性能，即在一定的焊接工藝條件下金屬材料形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，即在一定的焊接工藝條件下金屬材料的焊接接頭對(duì)使用要求的適用性。它包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是結(jié)合性能，即在一定的焊接工藝條件下金屬材料形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，即在一定的焊接工藝條件下金屬材料的焊接接頭對(duì)使用要求的適用性。它包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是結(jié)合性能，即在一定的焊接工藝條件下金屬材料形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，即在一定的焊接工藝條件下金屬材料的焊接接頭對(duì)使用要求的適用性。 （ 3）無明顯塑性變形的脆性，突然斷裂。 關(guān)于摩擦的分類有很多標(biāo)準(zhǔn)，具體如表 11所示。 圖 14磨損特性曲線圖 167。 影響磨料磨損的因素主要有：磨料的硬度、大小及形狀，磨粒的韌性、壓碎強(qiáng)度等；外界載荷大小、滑動(dòng)距離及滑動(dòng)速度；材料自身的硬度及內(nèi)部組織。在大氣環(huán)境下，這些脫落物被氧化成氧化物磨屑。例如，在圖 21中，吊車梁的彎曲變形 δ 一般不超過跨度（ A與 B之間的距離）的 1/500，水平方向變形更小。如圖 23所示，線段 AB的長度按一定的比例尺來表示力 F的大小；線段的方位及箭頭的指向表示力的方向；線段的起點(diǎn) A和終點(diǎn) B表示力的作用點(diǎn)位置。 平衡是指物體相對(duì)于慣性參考系（如地面）保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的一種特殊狀態(tài)。工程上常遇到只受兩個(gè)力作用而平衡的構(gòu)件，稱為二力構(gòu)件或二力桿。 圖 26力的合成 圖 27力的分解 22 靜力學(xué)公理 三、加減平衡力系公理 作用于剛體的力系加上或減去任一平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。 22 靜力學(xué)公理 23力矩和平面力偶系 一、力矩 力矩是力對(duì)點(diǎn)之矩，是使物體繞一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的度量。它的方向是逆時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，順時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)。 性質(zhì) 2 力偶的兩個(gè)力對(duì)其作用面內(nèi)任一點(diǎn)之矩的代數(shù)和均等于力偶矩，而與矩心的位置無關(guān)?？梢姡矫媪ε嫉牧ε季匾彩且粋€(gè)代數(shù)量。在力學(xué)中，把這種事先對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng)（位置和速度）所施加的限制條件稱為約束。約束力作用在接觸點(diǎn)，方向沿接觸表面的公法線并指向受力物體。 圖 216 柔性約束 圖 217 固定支座約束 167。根據(jù)光滑鉸鏈的特性，鏈桿在鉸鏈 C、 D處受有兩個(gè)約束力 FC和 FD，這兩個(gè)約束反力必定分別通過鉸鏈 C、 D的中心，方向暫不確定。 解決力學(xué)問題時(shí)，首先要選定研究對(duì)象，然后根據(jù)已知條件、約束類型并結(jié)合基本概念和公理分析它的受力情況，這個(gè)過程稱為物體的受力分析。 25 平面受力分析 畫受力圖時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)： （ 1）不要漏畫力。 （ 7）正確判斷是否為二力構(gòu)件。 力的平移定理既是復(fù)雜力系簡化的理論依據(jù)，也是分析力對(duì)物體作用效應(yīng)的重要方法。 25 平面受力分析 由于平面力系的簡化中心是任意選取的，因此在求解平面力系的平衡問題時(shí)，可取不同的矩心，列出不同的矩方程，用矩方程代替投影方程進(jìn)行求解往往比較簡便。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需根據(jù)具體情況選用，力求使一個(gè)方程只包含一個(gè)未知量，以減少解聯(lián)立方程的麻煩。 31 材料力學(xué)概述 一、材料力學(xué)的研究內(nèi)容 材料力學(xué)的研究內(nèi)容包括兩大部分：一部分是材料的力學(xué)性能 (或機(jī)械性能 )；另一部分是桿件的力學(xué)分析。均勻性假設(shè)指從材料中取出的任何一個(gè)部分，不論體積如何，在力學(xué)性能上是完全一樣的。 軸向拉伸與壓縮的受力特點(diǎn)是作用在直桿上的兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用線與桿件的軸線相重合，其變形特點(diǎn)是桿件產(chǎn)生沿軸線方向的伸長或縮短。 綜上所述，截面法可歸納為 4個(gè)字： （ 1)截：欲求某一橫截面的內(nèi)力，沿該截面將構(gòu)件假想地截成兩部分。通常把應(yīng)力 P分解成垂直于截面的分量 ? 和切于截面的分量 σ ， ? 稱為正應(yīng)力， σ 稱為剪應(yīng)力。 圖 38 低碳鋼拉伸曲線 如圖 38所示。這時(shí)低碳鋼似乎失去了對(duì)變形的抵抗能力，外力不需增加，變形卻繼續(xù)增大，這種現(xiàn)象稱為屈服或流動(dòng)。因此，第 Ⅲ 階段稱為強(qiáng)化階段。頸縮出現(xiàn)前，試件所能承受的拉力最大值，稱為最大載荷，用 F 表示。由于鑄鐵的抗拉強(qiáng)度很低，不宜選做承受拉力的構(gòu)件 。 32 拉伸與壓縮 5. 壓桿穩(wěn)定 構(gòu)件除了強(qiáng)度、剛度失效外，還可能發(fā)生穩(wěn)定失效。當(dāng)壓桿所受的軸向壓力 F達(dá)到臨界力 Fcr時(shí)，其直線形態(tài)的平衡開始喪失，我們稱壓桿喪失了穩(wěn)定性，簡稱失穩(wěn)。 根據(jù)由材料剪切試驗(yàn)測得的剪切破壞極限載荷，也按此式計(jì)算出相應(yīng)的名義極限剪應(yīng)力 σu 。工程上仍假定擠壓應(yīng)力在擠壓面上是均勻分布的，擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式為： ? jy＝ FB/Ajy 式中， ? jy為擠壓應(yīng)力， MPa； FB為擠壓力， N； Ajy為擠壓面積，mm2。 二、圓軸扭轉(zhuǎn)的外力矩計(jì)算 在分析軸的受力情況時(shí)，齒輪、傳動(dòng)鏈條和皮帶的圓周力對(duì)輪心的力矩就是使軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的外力矩。扭矩的大小和性質(zhì)用截面法分析。 圖 313 小變形情況下，各圓周線的形狀、大小及圓周線之間的距離均無變化，各圓周線繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)了不同的角度。 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，橫截面邊緣上各點(diǎn)的切應(yīng)力最大 (ρ=R) ，其值 σmax 的計(jì)算公式為： σ max=MT/Wt 式中， Wt為抗扭截面系數(shù)（ mm3）。對(duì)稱彎曲是彎曲問題中最常見的情況。 35 直梁的彎曲 梁發(fā)生彎曲變形時(shí)，橫截面上同時(shí)存在著兩種內(nèi)力 —— 剪力和彎距。 （ 2）梁受到均布載荷作用時(shí)，彎矩圖為拋物線，拋物線的開口方向與均布載荷的方向一致。中性層是梁上拉伸區(qū)與壓縮區(qū)的分界面。y/Iz， M為作用在該截面上的彎矩（ N