理论力学工程应用新实例第1章ppt课件.ppt
第一章,理论力学工程应用新实例,静力学部分的工程应用实例,静力学部分的工程应用实例,平衡吊是一种小型起重机，它设计成平行四边形机构，即图示结构图上有AK=EC，CK=EA。在工厂里常常用于机床边上起吊百牛以上的加工零件。,第一章,1“得心应手”的平衡吊,静力学部分的工程应用实例,第一章,点击看视频,1“得心应手”的平衡吊,这种“得心应手”的平衡吊，它可以从一个角落起吊重物，然后放置到宽广空间,范围的某处，使用方便。该机构还仿制在台灯、制图尺等方面，特点是处处可以平衡。,静力学部分的工程应用实例,第一章,1“得心应手”的平衡吊,静力学部分的工程应用实例,第一章,点击看视频,1“得心应手”的平衡吊,静力学部分的工程应用实例,第一章,对平衡吊按整体、CD杆及节点A分别画出三个受力图，进行分析与计算（1）从整体受力图对B点取矩，写出平衡方程式，得,1“得心应手”的平衡吊,（2）从CD杆的受力图上对C点取矩写出平衡方程式，得（3）从A点的受力图上，应用x和y两方向的平衡条件，得 将上述三式组合，得出平衡吊设计时尺寸的几何关系为：满足这一条件，吊机在空间处处可以平衡。,静力学部分的工程应用实例,第一章,1“得心应手”的平衡吊,静力学部分的工程应用实例,第一章,点击看视频,1“得心应手”的平衡吊,静力学部分的工程应用实例,第一章,2采用棘轮与手板动棘轮爪组合的拉紧工具,这种手动棘轮爪的拉紧机构，当手用30N的力扳动时，钢丝绳拉力最大值可达10kN或以上。在军用帐蓬拉索张紧，重物起吊、包装物捆绑等方面应用方便。,静力学部分的工程应用实例,第一章,从手柄的受力图上，已知=350 mm，=35 mm，对O点取矩，得 又对拉紧机构的棘轮画出受力图，已知=1020 mm，=35 mm左右，对O点取矩，得 从计算可见，绳索拉力等于手柄拉力的17.535倍。,2采用棘轮与手板动棘轮爪组合的拉紧工具,静力学部分的工程应用实例,第一章,点击看视频,2采用棘轮与手板动棘轮爪组合的拉紧工具,静力学部分的工程应用实例,第一章,3与着力点无关的磅秤,磅秤称重必须与重物在秤台上的着力点位置无关。这是一个平面平行力系平衡的应用问题。,静力学部分的工程应用实例,第一章,一重物P放在磅秤的台上N点处。已知AB=a，BC=b；CD=c；IK=d；秤台长EG=L。分别对AD杆、EG杆、HK杆画受力图进行分析与计算，得：长度b、c、d与l间有如下关系。时，秤锤W与重物P在秤台上的位置无关。此时秤锤重量。,3与着力点无关的磅秤,静力学部分的工程应用实例,第一章,磅秤调零装置,与着力点无关磅秤背面结构图,3与着力点无关的磅秤,静力学部分的工程应用实例,第一章,4斜拉索张力的测试,（1）索张力测试的基本原理 长索的力学模型可看作是两端固定的张紧弦，当弦作横向振动时，张力为，某瞬时弦的变位曲线为，弦单位长度的质量为，则弦横向振动微分方程为:,香港理工大学的索自由振动实验,静力学部分的工程应用实例,第一章,对上式可以求出弦振动的各阶固有频率为（i=1,2）即各阶固有频率 与、（相应弦长）这三个参数有关。由实测得到拉索的一阶固有频率，从上式求出索张力近似计算公式为：。在索根部装上力传感器及在拉钩上贴电阻应变片，测得拉索的实际张力，经过比较，按上式的计算结果，误差为5%左右。,一束斜拉索,4斜拉索张力的测试,静力学部分的工程应用实例,第一章,一种可调张紧力的装置,即索张力可以计算，其大小与弦长、一阶固有频率 和密度 有关。,4斜拉索张力的测试,静力学部分的工程应用实例,第一章,（2）测试技术,斜拉索敲击激励法,斜拉索在敲击激励（一般小于8 Hz，敲击棒上要包弹性软物体）的同时，它还受到风激励，因此弦振动信号采集时通常有两种成份的响应，因而必须从软件和硬件（如加滤波器）上采取措施，去除风激励的干扰，以保证用敲击法测得的固有频率用来计算索张力的大小，其误差小于5%。,4斜拉索张力的测试,静力学部分的工程应用实例,第一章,5重心位置设计的应用,理解重心的概念，掌握重心位置的计算，在某些产品的设计中有重要的意义。如：(1)定时、定量加水器,(a),(b),(c),滴水过程中料斗重心在逐步上升,重心位置C在料斗转轴之上后，料斗失去平衡,失去平衡后就快速倒水,C,C,静力学部分的工程应用实例,第一章,(2)织布车间为了保湿、保温，需要把出入的大门即时关闭，每扇门的门轴设计成如图(a)所示，轴线是倾斜的，闭门时，作用在重心上的重力对 轴的对轴力矩为零。当门开启后，如图(b)，由于重力对 轴有对轴力矩，开启愈大，此力矩愈大，就愈有转动效应，能实现即时关门。,(a),(b),5重心位置设计的应用,C,C,G,G,G,G,C,C,静力学部分的工程应用实例,第一章,(3)方便卸料的手拉车 货料装满车斗后，将小车推到要卸货的地点，用脚速踩卡口，此时车斗与料的组合，重心在车斗转动轴的前方，这样，就有一个力矩使车斗转动，实现快速倒料。,车斗空时的重心,车斗装满料后的重心,车斗的料卸货后的重心,5重心位置设计的应用,C,C,C,静力学部分的工程应用实例,第一章,(4)应用重心控制的法拉利版电动车 从2001年Segway首次向公众推出Segway PT以来，这种无油门、无刹车、无离合器设计的个人电动运输车风靡全球，它的驾驶技术仅仅是向前或向后移动重心，便捷的操作完全拟人化，这样的设计逐渐吸引着越来越多的Segway PT爱好者为之狂热。对于上班族来说，使用锂离子电池的Segway PT i2是他们最好的上班工具。全球限量40部，价格高达12 000美元。,5重心位置设计的应用,静力学部分的工程应用实例,第一章,6便器洁具是怎样抽水的,图示某一种便器洁具（又称抽水马桶）水箱，它有主要元件：进水阀；排水阀；开关等。,洁具水箱,静力学部分的工程应用实例,第一章,点击看视频,6便器洁具是怎样抽水的,静力学部分的工程应用实例,第一章,（1）排水阀 冲洗脏物时需要排水阀开启才可以放水，也就是使这个元件平衡迅速失效。冲洗效果取决于放水冲量，即希望在很短时间内把一定量的水快速从水箱内排出，这种情况冲刷效果为最好。从图(b)的受力分析可见：其中 为弹簧力,为磁力,为进气压力,为水压力。当 增大后，阀门就不平衡了，即向上移动，从而实现进水，使水箱内的水通过排水口溢出。,6便器洁具是怎样抽水的,静力学部分的工程应用实例,第一章,（2）进水阀 进水阀的用途，在水箱一次放水后，要迅速进水，水量到达指标后阀门能紧闭不再进水，处于不进水、不排水的平衡状态。,利用水的静压力计算及杠杆定理，当图示进水阀满足下式时 进水阀处于平衡，停止进水，反之，当水箱内水位下降时，进水阀的阀瓣就开启，开始进水。,6便器洁具是怎样抽水的,静力学部分的工程应用实例,第一章,各种先进的便器水箱，都应用了基础力学，机构学和流体力学的知识。,6便器洁具是怎样抽水的,静力学部分的工程应用实例,第一章,便器坐垫自动换套系统,点击看视频,6便器洁具是怎样抽水的,静力学部分的工程应用实例,第一章,马桶的发展必然要充分应用科技，才能创新。,落后地区室外厕所,早期室内马桶,有程控现代洁具,鲁迅年代卧室马桶,神州五号、神州六号飞行器、动车组、飞机等上面的洁具设计均离不开力学知识。,6便器洁具是怎样抽水的,静力学部分的工程应用实例,第一章,7高压输电线在雪灾中拆断的分析,2008年春，50年未遇的中国南方冰雪灾害，致使一些高压输电线折断、输电铁塔倒塌，损失惨重。因此重视和分析悬索的平衡、形状、索内各点受力有重要意义。,输电线外结冰雪,铁塔损坏,静力学部分的工程应用实例,第一章,（1）悬索的形状 对图(b)，应用平衡的条件，说明悬索线是抛物线。见图(a)(c)所示。,7高压输电线在雪灾中拆断的分析,静力学部分的工程应用实例,第一章,（2）索内各点受力的变化规律 对于悬挂点为同一高度的悬索，中间最低点的垂度为 索中任一点的拉力讨论：在 处，值为最小，照片上输电线周围结冰直径为导线直径的8倍左右，相当于导线自重增加了一倍以上，所以雪灾容易造成断线。在悬索两端处，即 处，拉力 为最大，所以断口往往发生在铁塔附近。,7高压输电线在雪灾中拆断的分析,静力学部分的工程应用实例,第一章,（3）防振锤的减振调谐 安装防振锤调谐是减小输电线自激振动的一项技术。倘若冰雪把防振锤冻结了，防振锤相对于输电线就不会运动，不能发挥减振调谐作用，冰冻的输电线在风激励下就会发生振动，这时输电线除了静载荷外还有附加的动载荷，使输电线内力增加，更易折断。输电线的静、动载荷加大，也会使输电铁塔顶端受力增加，加剧铁塔不平衡而倒塌。,7高压输电线在雪灾中拆断的分析,静力学部分的工程应用实例,第一章,8行李箱调节拉杆与可调高低拐杖压杆的受力分析,把行李箱的拉杆拉出来以后，用手压箱杆，箱杆便非常容易地缩进箱内去。而对于可调高低的拐杖，使用时，人用手重压拐,行李箱,拐杖,杖，但拐杖依旧平衡、稳定，不会缩短。,静力学部分的工程应用实例,第一章,上述二种产品均有铜制球形头的柱体，背部均有弹簧，区别在哪里呢？铜头长短不同；与球形铜头接触的管材开孔方法不同。,行李箱,拐杖,8行李箱调节拉杆与可调高低拐杖压杆的受力分析,静力学部分的工程应用实例,第一章,（1）行李箱调节拉杆的受力分析,调节拉杆向下压缩时，从铜制球形头的受力分析图可知，外套管的铜孔是斜面的，它给球形头的压力是通过接触点的法线方向FN，此力分解为二个力：水平的力大于弹力，就能将弹簧压缩（而垂直力小于压力）,所以拉杆不能平衡，杆就往下移动压入箱内了。,8行李箱调节拉杆与可调高低拐杖压杆的受力分析,FN,静力学部分的工程应用实例,第一章,（2）可调高低拐杖杆 的受力分析 铜制球形头的柱体比较长，柱体受到剪切，无论拐杖杆拉伸或压缩都不会使铜球有水平位移。调节高低时就必须借助于手揿铜制球形头，使它压入才能把压杆上下移动。,8行李箱调节拉杆与可调高低拐杖压杆的受力分析,FN,谢谢大家,庄表中 13003618382王惠明 13858057550,
