《理論力學實驗》講義

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1、《理論力學實驗》講義福州大學機械工程及自動化學院機械設(shè)計系《工程力學》組編二OO九年十一月30前言科學和經(jīng)濟的發(fā)展，市場經(jīng)濟體系的建立，人才聘用的市場化，都對大學生的實際能力提出了很高的要求。培養(yǎng)和訓練大學生的分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)和訓練大學生的實踐動手能力，是課程建設(shè)和課程教學的基本目標，為此，我們突破長期以來《理論力學》課程教學無實驗的狀態(tài)，初步建設(shè)了理論力學實驗室，開展了《理論力學》實踐教學活動。《理論力學實驗》作為《理論力學》新教學體系的重要組成部分，目的是通過這樣一組實踐教學環(huán)節(jié)的實施

2、，開闊學生的眼界，加強《理論力學》的工程概念，了解這門課程與工程實際的緊密關(guān)系，培養(yǎng)、鍛煉學生的創(chuàng)新思維和科研能力。大量與《理論力學》相關(guān)的產(chǎn)品和科研成果作為《理論力學實驗》實踐教學的內(nèi)容，通過參觀圖片實物、實驗演示以及學生自己觀察、分析和動手實踐達到實驗的目的。實驗的結(jié)果考核將采取填寫實驗報告、撰寫小論文和交習作的形式進行。目前，《理論力學實驗》主要包括三項內(nèi)容：1、靜力學、運動學和動力學創(chuàng)新應(yīng)用實驗。2、動力學參數(shù)測定實驗。3、運動學和動力學計算機模擬仿真實驗。30第一項實驗靜力學、運動學和動力學創(chuàng)

3、新應(yīng)用實驗一．實驗?zāi)康?、通過大量工業(yè)產(chǎn)品和科技成果向?qū)W生展示《理論力學》的工程意義和工程應(yīng)用，開闊學生的眼界。2、通過學生對大量工業(yè)產(chǎn)品和科技成果的觀察分析，通過學生動手操作，加深對《理論力學》基本概念的理解，鞏固力學分析方法的掌握。3、培養(yǎng)、訓練學生的創(chuàng)新思維，提高、鍛煉他們建立力學模型的能力。二．儀器設(shè)備1、掛圖、照片。2、40余套產(chǎn)品、模型、設(shè)備和零部件。三．實驗內(nèi)容（一）靜力學部分（一）曲柄滾輪擠水拖把的受力分析與過程其計算簡圖如圖2，應(yīng)用虛位移原理可以得出和的關(guān)系。30二者的過程關(guān)系如下圖：

4、30（二）桑塔那汽車用的千斤頂受力分析與自鎖條件千斤頂受到平面匯交力系的作用，已知車重，容易求得和。進一步，利用虛位移原理，可以求得手柄作用力：當螺紋升角小于摩擦角（）時，千斤頂還將發(fā)生自鎖現(xiàn)象：30（三）膨脹螺釘?shù)膽?yīng)用技術(shù)與約束反力分析如圖，膨脹螺釘?shù)募s束反力是一空間力系：之所以能固接在墻中，機理如圖，越大，靜摩擦力也越大。（四）管子鉗的受力分析與剪刀鉗的受力分析管子鉗的設(shè)計充分利用了力學原理：30（五）兔子撓骨抗扭強度測試儀——空間力偶等效理論的應(yīng)用測試儀利用空間力偶等效理論，對下圖的撓骨進行扭矩和

5、轉(zhuǎn)角的實驗：得到二者的關(guān)系如圖：其中右圖為扭矩和愈合天數(shù)的關(guān)系曲線圖。（六）挖掘機部件的受力分析與求解各油缸的推力或拉力靈活、正確的選取研究對象是求解靜力學問題的訣竅，如圖所示的挖掘機受力分析：（七）靜、動滑動摩擦因數(shù)的測定裝置利用圖示測定裝置可以測定材料靜、滑動摩擦因數(shù)：30簡化得到力學模型：利用臨界條件和newton定律可以求得靜、動摩擦因數(shù)。（八）壓延機的摩擦因數(shù)問題壓延機的壓延厚度和摩擦因數(shù)有關(guān)。如圖所示，要使得壓延產(chǎn)生，必須使合力向右，進而可以求得厚度和因數(shù)的關(guān)系：剝毛豆機是一應(yīng)用實例。（九）

6、滑動摩擦不自鎖——自動關(guān)門的搖皮30該設(shè)計同樣應(yīng)用了自鎖原理，當升角（或傾角）不小于摩擦角時，機構(gòu)無法實現(xiàn)靜平衡。（十）翻倒問題與起重機的穩(wěn)定度這是典型的平面平行力系的平衡問題，利用臨界條件，可以求出平衡塊的限重和穩(wěn)定度：（十一）螺旋壓榨機或螺旋拔銷爪利用虛位移原理，可以求出主動力和反作用力之間的關(guān)系：30其中：為螺旋半徑，為螺紋升角。（十二）桁架在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用與計算工程實際中的橋梁設(shè)計廣泛應(yīng)用了理論力學的知識：A．拱橋材料一般為脆性材料，單個構(gòu)件受到平面匯交力系作用：B．桁架結(jié)構(gòu)橋構(gòu)件受到平面匯交

7、力系或一般力系的作用，應(yīng)用節(jié)點法或截面法可以求解：30下圖為一跨珩架在自重和一般載荷作用下的受力圖：C．懸索橋懸索上的每一個節(jié)點為一平面匯交力系作用點：D．斜拉橋E．公路橋30必須指出，以上各種橋梁除了需要進行靜力平衡分析外，還需要進行動力計算，如模態(tài)分析，固有頻率計算等。（十三）應(yīng)力集中概念、空間杠桿原理和彎曲技術(shù)在磁磚切割機上的綜合應(yīng)用瓷磚切割機綜合應(yīng)用了材料力學中的應(yīng)力集中、理論力學中的杠桿原理和彎曲技術(shù)：（二）運動學部分（一）計算機驅(qū)動器變角速度的控制驅(qū)動器中包含有渦輪蝸桿機構(gòu)、摩擦傳動和凸輪緊

8、固等。為保證線速度不變，在信號接受點不斷變動的情況下，驅(qū)動器轉(zhuǎn)盤的角速度也是時變的：30（二）旋轉(zhuǎn)式、往復式剃須刀的比較，曲柄框架機構(gòu)與外殼振動控制的技術(shù)下圖為剃須刀的示意圖，其中包括可剃須區(qū)和不可剃須區(qū)：在電機轉(zhuǎn)速為定值的情況下，根據(jù)切削速度和轉(zhuǎn)速的正比關(guān)系容易確定出最佳效果的剃須區(qū)域。應(yīng)用曲柄框架機構(gòu)，將電機轉(zhuǎn)動變?yōu)榈镀钠絼樱@然比上面的旋轉(zhuǎn)式更為合理和有效：為了避免振動，可以采取兩種方法：一是在曲柄上裝偏心塊；二是采用兩排運動方向相