《理论力学实验》讲义

《理论力学实验》讲义

《理论力学实验》讲义

福州大学机械工程及自动化学院

机械设计系《工程力学》组编

二O O九年十一月

第一项实验静力学、运动学和动力学创新应用实验

一．实验目的

1、通过大量工业产品和科技成果向学生展示《理论力学》的工程意义和工程应用，开阔学生的眼界。

2、通过学生对大量工业产品和科技成果的观察分析，通过学生动手操作，加深对《理论力学》基本概念的理解，巩固力学分析方法的掌握。

3、培养、训练学生的创新思维，提高、锻炼他们建立力学模型的能力。

二．仪器设备

1、挂图、照片。

2、40余套产品、模型、设备和零部件。

三．实验内容

（一）静力学部分

（一）曲柄滚轮挤水拖把的受力分析与过程

其计算简图如图2，应用虚位移原理可以得出

F

D

和

F的关系。

B

]

sin

cos

1[

sin

2

2θ

θ

θ

OA

AB

OA

OD

OA

F

F

B

D

-

+

⋅

⋅

⋅

=

二者的过程关系如下图：

（二）桑塔那汽车用的千斤顶受力分析与自锁条件

千斤顶受到平面汇交力系的作用，已知车重G，

容易求得

1

F和2F。进一步，利用虚位移原理，可以求

得手柄作用力F ：

d M F G M F E =⋅=,δδ 当螺纹升角小于摩擦角（m ϕα<）时，千斤顶还

将发生自锁现象：

（三）膨胀螺钉的应用技术与约束反力分析

如图，膨胀螺钉的约束反力是一空间力系：

之所以能固接在墙中，机理如图，

F越大，静摩

N

擦力也越大。

（四）管子钳的受力分析与剪刀钳的受力分析

管子钳的设计充分利用了力学原理：

（五）兔子挠骨抗扭强度测试仪——空间力偶等效理论的应用

测试仪利用空间力偶等效理论，对下图的挠骨进行扭矩和转角的实验：

得到二者的关系如图：

其中右图为扭矩和愈合天数的关系曲线图。

（六）挖掘机部件的受力分析与求解各油缸的推力或拉力

灵活、正确的选取研究对象是求解静力学问题的诀窍，如图所示的挖掘机受力分析：

（七）静、动滑动摩擦因数的测定装置

利用图示测定装置可以测定材料静、滑动摩擦因数：

简化得到力学模型：

利用临界条件和newton定律可以求得静、动摩擦因数。

（八）压延机的摩擦因数问题

压延机的压延厚度和摩擦因数有关。如图所示，要使得压延产生，必须使合力向右，进而可以求得厚度和因数的关系：

剥毛豆机是一应用实例。

（九）滑动摩擦不自锁——自动关门的摇皮

该设计同样应用了自锁原理，当升角（或倾角）

不小于摩擦角时，机构无法实现静平衡。

（十）翻倒问题与起重机的稳定度

这是典型的平面平行力系的平衡问题，利用临界条件，可以求出平衡块的限重和稳定度：

（十一）螺旋压榨机或螺旋拔销爪

利用虚位移原理，可以求出主动力M 和反作用力F 之间的关系：

M r F α

tan 1

=

其中：r 为螺旋半径，α为螺纹升角。

（十二）桁架在桥梁设计中的应用与计算

工程实际中的桥梁设计广泛应用了理论力学的知识： A ．拱桥

材料一般为脆性材料，单个构件受到平面汇交力系作用：

B．桁架结构桥

构件受到平面汇交力系或一般力系的作用，应用节点法或截面法可以求解：

下图为一跨珩架在自重和一般载荷作用下的受力图：

C．悬索桥

悬索上的每一个节点为一平面汇交力系作用点：

D．斜拉桥

E．公路桥

必须指出，以上各种桥梁除了需要进行静力平衡分析外，还需要进行动力计算，如模态分析，固有频率计算等。

（十三）应力集中概念、空间杠杆原理和弯曲技术在磁砖切割机上的综合应用瓷砖切割机综合应用了材料力学中的应力集中、理论力学中的杠杆原理和弯曲技术：

（二）运动学部分

（一）计算机驱动器变角速度的控制

驱动器中包含有涡轮蜗杆机构、摩擦传动和凸轮紧固等。为保证线速度不变，在信号接受点不断变动的情况下，驱动器转盘的角速度也是时变的：

（二）旋转式、往复式剃须刀的比较，曲柄框架机构与外壳振动控制的技术下图为剃须刀的示意图，其中包括可剃须区和不可剃须区：

在电机转速为定值的情况下，根据切削速度和转速的正比关系容易确定出最佳效果的剃须区域。

应用曲柄框架机构，将电机转动变为刀片的平动，显然比上面的旋转式更为合理和有效：

为了避免振动，可以采取两种方法：一是在曲柄上装偏心块；二是采用两排运动方向相反的动刀片。

（三）推土机的机构运动与分析

其中OABC为一四连杆机构。

（四）多功能万花尺——刚体平面运动时，平面图形上各点有不同的轨迹

小齿轮作平面运动，各个点的运动轨迹不同。

（五）剥线钳的运动特征

机构把剥线的两个过程统一起来。

（六）跳“的嗒”舞（“踢踏舞”）音乐鞋的传动机构与运动分析

跳舞鞋利用刚体定轴转动理论中的多级齿轮传动和凸轮传动，左右两只鞋的凸轮设计成相位差45度，即可实现“的嗒”节拍。

（七）绕线器的转速比与圈数指示器