力学在机械工程中应用
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力学在机械工程中应用
齿面点蚀
齿面材料在变接触应力（脉动循环）作用下，由于疲劳而 产生的剥蚀损伤现象称为齿面点蚀，又称疲劳磨损。
齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，后逐渐扩散， 甚至数点联成一片，最后形成了明显的齿面损伤。
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
振动的有害面
振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精 度，加剧构件的疲劳和磨损，缩短机器和结构物的使 用寿命
飞机机翼的颤振、机轮的抖振往往造成事故车 、船和机舱的振动会劣化乘载条件强烈的振动噪声会 形成严重的公害。
振动可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁曾因 振动而坍毁。
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
框形铸件中的动态应力分析
力学在机械工程中应用
2、焊接应力变形分为5种基本变形形式：收缩变形 、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。
力学在机械工程中应用
3.工艺系统受Baidu Nhomakorabea变形与加工精度
工艺系统的刚度特性： 力和变形不是直线关系，即不
符合虎克定律 加载和卸载曲线不重合 卸载后，变形不能恢复到起点 部件刚度比我们想象的小
力学在机械工程中应用
三、振动的控制和利用
• 机械振动是指机械系统(即力学系统)中的振动问题 • 任何力学系统，只要它具有弹性和惯性，都可能
发生振动。 • 振动在机械工程中应用广泛，已经发展为机械振
动学或称为机械振动与噪声学。
• 机械振动同很多事物一样，同样具有两面性。
力学在机械工程中应用
振动的有利方面和应用
力学与机械的不解之缘
• 单词mechanics同时表征机械学与力学两个含义； 力学mechanics和机械装置mechanism是同源的。
• 因此，力学与机械有着密切的联系，力学主干知 识包括理论力学、材料力学、流体力学、振动力 学与断裂力学在机械中应用广泛。
力学在机械工程中应用
力学应用的几个重要方面
按形成原因分类：：
• 热应力 – 铸件在冷却过程中，由于各部分冷却速度不一致 ，造成收缩量不一致，彼此制约的结果，所形成的应力。
• 相变应力 – 铸件冷却过程中发生固态相变的时间不一致
，
体积和长度变化的时间也不一致，彼此制约
，形成的应力
• 机械应力 – 铸件冷却收缩过程中，线收缩受到机械阻碍而 产生的应力。
振动危害的典型案例
塔科马桥力学在的机械风工程中毁应用事故
塔科马桥毁于冯·卡门涡街与共振现象
力学在机械工程中应用
振动在机械设计中的一个研究方向便是振 动的故障诊断与动态检测技术
汽轮机组的振动分析
力学在机械工程中应用
汽轮机组常见振动故障的诊断
• 下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。 – 质量不平衡 – 转子的弯曲 – 动静碰摩 – 油膜失稳和汽流激振 – 结构共振 – 结构刚度不足 – 联轴器不对中 – 裂纹转子 – 转子中心孔进油 – 转子截面刚度不对称
• 一、应力及变形（如铸造焊接时的热应力及机械加 工的残余应力都对机械加工的质量有影响）
• 二、机构运动设计（如连杆机构等效动力学模型，凸 轮廓线的确定）
• 三、振动的控制及利用（如汽轮机振动故障及超声加
工）
• 四、强度计算（如齿轮寿命校核及轴的强度校核）
力学在机械工程中应用
一、应力与加工精度
• 1、 铸造应力：在铸件凝固冷却过程中，因结构、 相变使收缩受到阻碍而产生的应力，称为铸造应 力。
力学在机械工程中应用
ICE-1列车事故原因：为改进铸铁一体成型车轮严重的车身震荡与噪音
问题，在车轮外由一层20毫米厚的橡胶包裹，外面再套上一个相对地较 薄的金属车轮，然而该修改的双层金属车轮原本是设计用在速度较慢的
大众运输系统上；因此，双层金属车轮出现金属疲劳形成的微细裂缝
力学在机械工程中应用
四、机械结构的强度计算
• 机械工程中几乎一切重要结构都要进行静 力学与动力学强度的校核。 例如：齿轮的强度校核
齿轮传动是机械传动中最重要的传动 之一，因其效率高、机构紧凑、工作可靠、寿命 长、传动稳定的特点，齿轮传动应用非常广泛。
齿轮的失效形式主要有：轮齿折断、齿面磨 损、齿面点蚀、齿面胶合和塑性变形等。
• 振动是通信、广播、电视、雷达等工作的基础 。 • 利用振动的生产装备和工艺有：振动传输、振动
筛选、振动研磨、振动抛光、振动消除内应力等 • 其在机械加工中的一典型应用便是超声加工。
力学在机械工程中应用
超声波加工的基本 原理
超声波加工是利 用超声波作动力，推 动磨料以极高的速度 冲击工件表面，工件 材料在磨料打击下被 破坏、脱落。
• 例1：车削细长轴时，在切削力 的作用下，工件因弹性变形， 而出现“让刀”，随着刀具的 进给，在工件的全长上切削深 度由多变少，又由少变多，结 果使零件产生腰鼓形。
力学在机械工程中应用
例2.误差复映规律
误差复映——由 毛坯加工余量和 材料硬度的变化 引起切削力和工 艺系统受力变形 的变化，因而产 生工件的尺寸、 形状误差的现象
一条裂纹引发的灾难 德国城际特快列车(ICE)事故
• 1998年6月3日10时58分 ，这辆运载287人的德国 城际特快列车(ICE)从德 国慕尼黑开往汉堡，在 途经小镇艾雪德附近的 时候突然脱轨。短短180 秒内，时速200公里的火 车冲向树丛和桥梁，300 吨重的双线路桥被撞得 完全坍塌，列车的8节车 厢依次相撞在一起，挤 得仅剩下一节车厢的长 度。这场列车事故造成 101人死亡，88人重伤， 106人轻伤
力学在机械工程中应用
二、机构运动设计
• 机械等效动力学模型：研究机械的运转问题时，需要
建立作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量和其运动 参量之间的函数关系，即其运动方程。
如下图的曲柄滑块机构
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
Mechanics In
Machinery
2014研 2014/11/21
力学在机械工程中应用
什么是机械？
• 机械（machinery）是机器（machine）和机构（ mechanism）的总称。
• 机构是用来传递与变换运动和力的可动的装置， 如带传动机构、连杆机构和齿轮机构等。
力学在机械工程中应用
齿面点蚀
齿面材料在变接触应力（脉动循环）作用下，由于疲劳而 产生的剥蚀损伤现象称为齿面点蚀，又称疲劳磨损。
齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，后逐渐扩散， 甚至数点联成一片，最后形成了明显的齿面损伤。
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
振动的有害面
振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精 度，加剧构件的疲劳和磨损，缩短机器和结构物的使 用寿命
飞机机翼的颤振、机轮的抖振往往造成事故车 、船和机舱的振动会劣化乘载条件强烈的振动噪声会 形成严重的公害。
振动可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁曾因 振动而坍毁。
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
框形铸件中的动态应力分析
力学在机械工程中应用
2、焊接应力变形分为5种基本变形形式：收缩变形 、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。
力学在机械工程中应用
3.工艺系统受Baidu Nhomakorabea变形与加工精度
工艺系统的刚度特性： 力和变形不是直线关系，即不
符合虎克定律 加载和卸载曲线不重合 卸载后，变形不能恢复到起点 部件刚度比我们想象的小
力学在机械工程中应用
三、振动的控制和利用
• 机械振动是指机械系统(即力学系统)中的振动问题 • 任何力学系统，只要它具有弹性和惯性，都可能
发生振动。 • 振动在机械工程中应用广泛，已经发展为机械振
动学或称为机械振动与噪声学。
• 机械振动同很多事物一样，同样具有两面性。
力学在机械工程中应用
振动的有利方面和应用
力学与机械的不解之缘
• 单词mechanics同时表征机械学与力学两个含义； 力学mechanics和机械装置mechanism是同源的。
• 因此，力学与机械有着密切的联系，力学主干知 识包括理论力学、材料力学、流体力学、振动力 学与断裂力学在机械中应用广泛。
力学在机械工程中应用
力学应用的几个重要方面
按形成原因分类：：
• 热应力 – 铸件在冷却过程中，由于各部分冷却速度不一致 ，造成收缩量不一致，彼此制约的结果，所形成的应力。
• 相变应力 – 铸件冷却过程中发生固态相变的时间不一致
，
体积和长度变化的时间也不一致，彼此制约
，形成的应力
• 机械应力 – 铸件冷却收缩过程中，线收缩受到机械阻碍而 产生的应力。
振动危害的典型案例
塔科马桥力学在的机械风工程中毁应用事故
塔科马桥毁于冯·卡门涡街与共振现象
力学在机械工程中应用
振动在机械设计中的一个研究方向便是振 动的故障诊断与动态检测技术
汽轮机组的振动分析
力学在机械工程中应用
汽轮机组常见振动故障的诊断
• 下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。 – 质量不平衡 – 转子的弯曲 – 动静碰摩 – 油膜失稳和汽流激振 – 结构共振 – 结构刚度不足 – 联轴器不对中 – 裂纹转子 – 转子中心孔进油 – 转子截面刚度不对称
• 一、应力及变形（如铸造焊接时的热应力及机械加 工的残余应力都对机械加工的质量有影响）
• 二、机构运动设计（如连杆机构等效动力学模型，凸 轮廓线的确定）
• 三、振动的控制及利用（如汽轮机振动故障及超声加
工）
• 四、强度计算（如齿轮寿命校核及轴的强度校核）
力学在机械工程中应用
一、应力与加工精度
• 1、 铸造应力：在铸件凝固冷却过程中，因结构、 相变使收缩受到阻碍而产生的应力，称为铸造应 力。
力学在机械工程中应用
ICE-1列车事故原因：为改进铸铁一体成型车轮严重的车身震荡与噪音
问题，在车轮外由一层20毫米厚的橡胶包裹，外面再套上一个相对地较 薄的金属车轮，然而该修改的双层金属车轮原本是设计用在速度较慢的
大众运输系统上；因此，双层金属车轮出现金属疲劳形成的微细裂缝
力学在机械工程中应用
四、机械结构的强度计算
• 机械工程中几乎一切重要结构都要进行静 力学与动力学强度的校核。 例如：齿轮的强度校核
齿轮传动是机械传动中最重要的传动 之一，因其效率高、机构紧凑、工作可靠、寿命 长、传动稳定的特点，齿轮传动应用非常广泛。
齿轮的失效形式主要有：轮齿折断、齿面磨 损、齿面点蚀、齿面胶合和塑性变形等。
• 振动是通信、广播、电视、雷达等工作的基础 。 • 利用振动的生产装备和工艺有：振动传输、振动
筛选、振动研磨、振动抛光、振动消除内应力等 • 其在机械加工中的一典型应用便是超声加工。
力学在机械工程中应用
超声波加工的基本 原理
超声波加工是利 用超声波作动力，推 动磨料以极高的速度 冲击工件表面，工件 材料在磨料打击下被 破坏、脱落。
• 例1：车削细长轴时，在切削力 的作用下，工件因弹性变形， 而出现“让刀”，随着刀具的 进给，在工件的全长上切削深 度由多变少，又由少变多，结 果使零件产生腰鼓形。
力学在机械工程中应用
例2.误差复映规律
误差复映——由 毛坯加工余量和 材料硬度的变化 引起切削力和工 艺系统受力变形 的变化，因而产 生工件的尺寸、 形状误差的现象
一条裂纹引发的灾难 德国城际特快列车(ICE)事故
• 1998年6月3日10时58分 ，这辆运载287人的德国 城际特快列车(ICE)从德 国慕尼黑开往汉堡，在 途经小镇艾雪德附近的 时候突然脱轨。短短180 秒内，时速200公里的火 车冲向树丛和桥梁，300 吨重的双线路桥被撞得 完全坍塌，列车的8节车 厢依次相撞在一起，挤 得仅剩下一节车厢的长 度。这场列车事故造成 101人死亡，88人重伤， 106人轻伤
力学在机械工程中应用
二、机构运动设计
• 机械等效动力学模型：研究机械的运转问题时，需要
建立作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量和其运动 参量之间的函数关系，即其运动方程。
如下图的曲柄滑块机构
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
力学在机械工程中应用
Mechanics In
Machinery
2014研 2014/11/21
力学在机械工程中应用
什么是机械？
• 机械（machinery）是机器（machine）和机构（ mechanism）的总称。
• 机构是用来传递与变换运动和力的可动的装置， 如带传动机构、连杆机构和齿轮机构等。
力学在机械工程中应用