力學(xué)的基本概念 對運(yùn)動(dòng)，時(shí)間和作用力作出科學(xué)分析的分支被稱為力學(xué)，它由靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩部分組成。 靜力學(xué)對靜止系統(tǒng)進(jìn)行分析，即在靜力學(xué)系統(tǒng)中不考慮時(shí)間這個(gè)因素，而動(dòng)力學(xué)是對隨時(shí)間變化的系統(tǒng)進(jìn)行分析。 通過配合表面作用力被傳送到機(jī)器的各個(gè)部件，例如從齒輪傳到軸或者是從一個(gè)齒輪通過嚙合傳遞到另一個(gè)齒輪，從三角皮帶傳到皮帶輪，或者從凸輪傳到從動(dòng)件 。由于很多原因，我們必須知道這些力的大小。在邊界或嚙合表面作用力的分布一定要合理， 他們的大小必須在構(gòu)成配合表面材料的工作極限以內(nèi)。例如，如果施加在滑動(dòng)軸承的作用力太大，那么 它就會(huì)將油膜擠壓出來，并且造成金屬和金屬的接觸， 使 溫度過高，使滑動(dòng)軸承失效 。如果作用在齒輪輪齒上的力過大，就會(huì)將油膜從齒間擠壓出來。這將會(huì)導(dǎo)致金屬表層的破裂和剝落，噪音增大，運(yùn)動(dòng)不精確，直至報(bào)廢。在力學(xué)研究中，我們主要關(guān)心力的大小，方向和作用點(diǎn)。 當(dāng)一些物體連接在一起形成一個(gè)組合或者系統(tǒng)時(shí)，在兩個(gè)接觸的物體之間作用和反作用的力被稱之為約束力。 這些力約束各個(gè)物體使其處于特有的狀態(tài)。作用在這個(gè)物體系統(tǒng)外部的力叫做外力。 電力，磁力和重力是不需要直接接觸就可以施加的力的實(shí)例。不是全部但是大多數(shù)，與我們有關(guān)的力都是 通過直接的實(shí)際接觸或者是機(jī)械接觸才能產(chǎn)生的。 力是一個(gè)矢量。力的要素就是它的大小，它的方向和作用點(diǎn)，一個(gè)力的方向包括力的作用線的概念和它的指向 。因此，沿著力的作用線，力的方向有正副之分。 沿著兩條不重合的平行線作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)大小相等、方向相反的作用力不能合并成一個(gè)合力。任何作用在一個(gè)剛體上的兩個(gè)力構(gòu)成一個(gè)力偶。力偶臂就是這兩個(gè)力的作用線之間的垂直距離。 力偶矩也是一個(gè)矢量，用 M 表示，垂直于力偶面； M 的方向主要依據(jù)右手螺旋定則確定。力矩的大小是力偶臂與其中一個(gè)力的大小的乘積。 如果一個(gè)剛體滿足下列條件 ，那么它處于平衡狀態(tài)： （ 1） 作用在它上面的所有外力的矢量和等于零。 （ 2） 作用在它上面的所有外力對于任何一個(gè)軸的力矩之和等于零。 在數(shù)學(xué)上這兩個(gè)條件被表示為 0F 0M 所使用的術(shù)語“剛體”可以是整臺機(jī)器，一個(gè)機(jī)器中幾個(gè)相互連接的零件，一 個(gè)單獨(dú)的零件或者是零件的一部分。隔離體簡圖是一個(gè)從機(jī)器中隔離出來的物體的草圖或視圖，在圖中標(biāo)出所有作用在物體上的力和力矩。通常圖中應(yīng)該包括已知的力和力矩的大小、方向還有其他相關(guān)信 息。 這樣得到的圖成為“隔離體簡圖”，其原因是圖中的零件或物體的一部分已經(jīng)從其余的機(jī)械零部件中隔離出來了，其余的機(jī)器零部件對它的作用已經(jīng)用力和力矩代替。對于一個(gè)完整的機(jī)器零部件隔離體簡圖，圖上所表示出的，作用在 其上面的力和力矩是通過與其相鄰或相接觸零件施加的，是外力。對于一個(gè)零件的一部分的隔離體簡圖作用在切面上的力和力矩都是通過被切掉部分施加的，是內(nèi)力。 繪制和提交簡潔、清晰的隔離體簡圖是工程交流的核心。這是真實(shí)的，因?yàn)樗麄兇砹怂伎歼^程的一部分，無論這個(gè)過程有沒有繪制在圖紙上，因?yàn)楹唸D的繪制是把思考結(jié)果進(jìn) 行交流的唯一方式。無論出現(xiàn)的問題多么簡單，你都要養(yǎng)成繪制隔離體簡圖的習(xí)慣。 隔離體簡圖的繪制加速了解決問題的過程，大大的降低了犯錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。 使用隔離體簡圖的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下： （ 1） 對于一個(gè)人來說，把詞語、想法和觀點(diǎn)用物理模型表示是很容易的。 （ 2） 有助于幫助人們觀察和理解一個(gè)問題的各個(gè)方面。 （ 3） 有助于確定解決問題的途徑 。 （ 4） 有助于發(fā)現(xiàn)和數(shù)學(xué)的關(guān)系。 （ 5） 他們的應(yīng)用易于記錄解題的步驟，有助于作出有關(guān)簡化的假設(shè)。 （ 6） 解題所用的方法可以存儲，供以后參考。 （ 7） 他們有助于你的記憶，并且易于向其他人解釋 和表達(dá)你的工作。 在分析機(jī)器中的力時(shí)，我們幾乎總是要把機(jī)器分離成許多單個(gè)的部件來繪制標(biāo)有作用在各個(gè)部件上的力的隔離體簡圖。許多部件都要通過運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行連接。 在任何工程結(jié)構(gòu)中，單個(gè)的零件或部件都將受到外力，而這些力是由他們所工作的環(huán)境或條件產(chǎn)生的。如果零部件處于平衡狀態(tài)，那么外力作用的結(jié)果就是零，但是這些力共同在這個(gè)零部件上施加了一個(gè)載荷，這個(gè)載荷使這個(gè)零部件有變形的趨勢， 這種趨勢是內(nèi)力相互作用的結(jié)果， 是在物體內(nèi)部建立起來的。 把載荷施加到零部件上有許多不同的方法。載荷可以被歸為如下幾類： （ a） 靜載荷是一個(gè)逐漸施 加的載荷，因此在一個(gè)相對很短的時(shí)間力就可以達(dá)到平衡。 （ b） 持續(xù)載荷是一個(gè)在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)持續(xù)作用的載荷，例如物體的重力。這種類型的載荷被認(rèn)為是和靜載荷以同樣的方式作用著；但是，由于溫度和應(yīng)力的原因，在短時(shí)間內(nèi)加載和持續(xù)加載兩種情況下，阻力失效有所不同。 （ c） 沖擊載荷是一個(gè)快速被施加的載荷（能源載荷）。 震動(dòng)通常是由沖擊載荷引起的，直到震動(dòng)被消除才能達(dá)到平衡，震動(dòng)通常都是有阻尼力消除的。 （ d） 重復(fù)載荷是一個(gè)被施加并且移動(dòng)過上千次的載荷。 （ e） 疲勞載荷或交變載荷的大小隨著時(shí)間而改變。 有人注意到上述作用在處于平衡狀態(tài)的物體上的外 力和物體的內(nèi)力相互作用。 因此，如果一個(gè)物體受到拉伸或是擠壓，例如在橫截面上施加一個(gè) 均勻的 外力，那么就會(huì)產(chǎn)生 均勻的 內(nèi)力，并且這個(gè)物體也會(huì)受到 均勻的 應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力被定義為 因此應(yīng)力 是壓縮應(yīng)力還是拉伸應(yīng)力取決于載荷的性質(zhì)， 它的單位是牛頓每平方米。 如果一個(gè)物體受到軸向載荷的作用，還產(chǎn)生力應(yīng)力，物體的長度將發(fā)生變化。如果物體的原始長度是 L ，變化后長度增加了 L ，那么所產(chǎn)生的應(yīng)變?nèi)缦?g in a l g a n g 因此應(yīng)變衡量了物體的變形程度，它是無量綱，例如它沒有單位；他是兩個(gè)具有相同單位 的 數(shù)量的比值 。 因此，在載荷的作用下材料的變化實(shí)際上都是很小的，通常都用應(yīng)變來表示，其形式是應(yīng)變 610 ，當(dāng)它的形式變?yōu)?時(shí)就是微 應(yīng)變 。 拉伸應(yīng)力和應(yīng)變被認(rèn)為是正向的。拉縮應(yīng)力和應(yīng)變被認(rèn)為是負(fù)向的。因此負(fù)應(yīng)變使長度減小。 如果材料在卸下載荷后恢復(fù)到?jīng)]加載荷是 的狀態(tài)，這種材料是彈性材料。應(yīng)用于大范圍的工程材料，至少部分在負(fù)載范圍內(nèi)的彈性，其特點(diǎn)就是產(chǎn)生的變形和所施加的載荷成正比。 因此載荷和它們所產(chǎn)生的應(yīng)變成比例關(guān)系， 變形和應(yīng)變成比例關(guān)系，這也就意味著當(dāng)材料是彈性材料時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變成比例。因此胡克定律是 這則定律在一定的范圍內(nèi)適用于鐵合金材料，甚至可以以一定的精度用于其他工程材料，如混凝土，木材和有色金屬等。 如果材料是彈性的，當(dāng)卸下載荷時(shí)，所產(chǎn)生的變形將完全恢復(fù)；不會(huì)產(chǎn)生永久變形。 在材料彈性范圍內(nèi)，在胡克定律應(yīng)用范 圍內(nèi)，可表示為 這種持續(xù)的象征用 E 來表示，被成為彈性模量或楊氏模量。因此 在拉伸和壓縮是被認(rèn)為是一樣的，對于大多數(shù)工程材料 其數(shù)值都是很高的。特別是鋼， 2910200 ，因而應(yīng)變通常都是很小的。 在大多數(shù)普通工程應(yīng)用中 應(yīng)變很少超過 對于任何材料，楊氏模量的精確值都是通過在材 料樣品上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)才能確定。 he of is is up of of in is a a to a or to a V to a or a to a is to of a of of at or be be of if on a it od he be in of of we in of a of to a or of of to in a to of of be if of we be or is a of a of of a of a is a a or a of in be to a on a a of is of of is of of a is to of is in of is of of of of A is in (1) of it is (2) of of is 0F 0M as be an of a a or a of a is s or of on as as so is or of by is of an on it by or is a of a on by of of is a of on or of is of be ti og no to of up of of be as (1) it to (2) in of a (3) in on (4) to or (5) it to of s in (6) in be (7) it to to In in we to of be to by In be to or in or is in of be a on to be by up a of in be to a be to (a) A is a is in a (b) A is a is a od as of a of is in as a of to be (c) An is a an an is is by (d) A is a is of (e) A or is a It to a in is by up a is to a or a is up is to be to a be or on of be in of 2or of If a is to an a in If an in by an , is as g in a l g a n g is a of of is it no it is a of in of it is to in of 10 , . in in a a in A is to be if it to is A of to a of at of to to to is to s is by it be to to as a is by be is is no of in s ut is of s is to be in or a 2910200 so it be q.(In s is by a on a of