機(jī)械基礎(chǔ)第三章

1、機(jī)械基礎(chǔ)課件第三章第1頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四本章主要以摩擦定律為基礎(chǔ)，著重研究有摩擦存在時的平衡的分析方法，并重點(diǎn)分析靜滑動摩擦力的情況。同時結(jié)合工程實(shí)際，介紹了摩擦角和自鎖現(xiàn)象，以及滾動摩擦的概念。教學(xué)目的和要求第2頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四摩擦的分類和基本概念；靜滑動摩擦定律；有滑動摩擦?xí)r的平衡問題的分析方法與解題步驟。 教學(xué)重點(diǎn)第3頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四滑動摩擦產(chǎn)生的原因和摩擦力的方向的判斷；有滑動摩擦?xí)r的平衡問題；自鎖條件的判定；滾動摩擦的形成原理。教學(xué)難點(diǎn)第4頁，共30頁，2022年，5

2、月20日，2點(diǎn)49分，星期四.引入生活中無處不在的摩擦力第5頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四什么是摩擦力？一個物體在另一個物體表面有相對運(yùn)動（或者相對運(yùn)動趨勢）時，在兩個物體的接觸面會產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動（或者相對運(yùn)動趨勢）的力這種力叫做摩擦力。第6頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四靜止：1.定義相互接觸的兩物體之間有相對滑動的趨勢，但尚保持相對靜止時，彼此作用著阻礙相對滑動的阻力，這種摩擦稱為靜摩擦，相應(yīng)的阻力稱為靜滑動摩擦力，簡稱靜摩擦力。第一節(jié) 滑動摩擦一、靜滑動摩擦力（f s 靜滑動摩擦系數(shù)） 2.狀態(tài)臨界：（將滑未滑）第7頁，共30頁，2

3、022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四.例： （1）兩物體之間直接接觸且相互擠壓發(fā)生彈性形變。 （2）兩物體之間接觸面必須粗糙。 （3）兩物體之間要有相對滑動。3.產(chǎn)生條件第8頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四 大?。海ㄆ胶夥秶M足靜摩擦力特征 方向：與物體相對滑動趨勢方向相反 定律：靜摩擦系數(shù)的大小與接觸物體的材料、接觸面的粗糙程度、溫度、濕度等情況有關(guān)，而與接觸面積的大小無關(guān)。一般材料的值可在機(jī)械工程手冊中查到。4. 特征第9頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四 二、摩擦角與自鎖現(xiàn)象 1.摩擦角當(dāng)摩擦力達(dá)到最大值時其全反力與法線的夾角 叫做摩擦

4、角。2.計算第10頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四3.自鎖 1）定義當(dāng)物體依靠接觸面間的相互作用的摩擦 力 與正 壓力的合力（即全反力）作用線在靜摩擦角范圍內(nèi)變化，此時可以認(rèn)為物體自己把自己卡 緊，無論外力多大都不會松開，這種現(xiàn)象稱為自鎖。 當(dāng) 時，永遠(yuǎn)平衡（即自鎖）2）自鎖條件第11頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四自鎖條件：螺 旋3）自鎖應(yīng)用舉例第12頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四兩物體接觸面間有相對滑動而表現(xiàn)出的摩擦稱為動滑動摩擦(簡稱動摩擦) 。 大?。?（無平衡范圍）動摩擦力特征：方向：與物體運(yùn)動方向相反 定律：

5、動滑動摩擦系數(shù)的大小除與兩物體接觸面的材料及表面情況有關(guān)外，還與兩物體間的相對運(yùn)動速度有關(guān)。在一般的工程中，精度要求不高時可近似認(rèn)為動摩擦系數(shù)與靜摩擦系數(shù)相等。二、動滑動摩擦力第13頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四材料名稱靜摩擦系數(shù)動摩擦系數(shù)無潤滑有潤滑無潤滑有潤滑鋼鋼0.150.10.120.090.050.1鋼鑄鐵0.30.180.050.15鋼青銅0.150.10.150.150.10.15鑄鐵鑄鐵0.180.150.070.12皮革鑄鋼0.30.50.150.30.15橡皮鑄鐵0.80.5木材木材0.40.60.10.20.50.070.15 常用材料的滑動摩擦

6、系數(shù) 第14頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四第二節(jié) 有滑動摩擦?xí)r的平衡問題考慮摩擦問題時的解題特點(diǎn)：（1）問題中含有可能發(fā)生相對滑動的摩擦面。（2）受力圖中應(yīng)包括摩擦力，摩擦力沿滑動面切向，指 向與物體運(yùn)動趨勢相反。（3）兩物體接觸面間的摩擦力，也是相互作用的作用力與 反作用力。（4）考慮可能發(fā)生滑動的臨界狀態(tài)，并由此判斷摩擦力指向。（5）列平衡方程求解時，有補(bǔ)充方程，為滑動接觸面上的法向約束力。第15頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四例1 制動裝置如圖所示。己知載荷Q=1000N。制動輪與制動塊之間的摩擦系數(shù)fs=0.4，制動輪半徑R=20cm，

7、鼓輪半徑r10cm，其他尺寸為a100cm，b20cm，e5cm。問：制動力至少需多大才能阻止重物下降？第16頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四解 當(dāng)鼓輪剛停止轉(zhuǎn)動時，制動力P以最小值使制動輪處于平衡狀態(tài)，此時有最大靜摩擦力以鼓輪為研究對象，其受力圖如右圖所示，建立如下平衡方程： 解得第17頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四再以手柄AC為研究對象，受力圖如下圖所示，建立平衡方程：可見設(shè)計時，在可能的情況下，r、b取小值，a、R、fs取大值，閘瓦也可適當(dāng)設(shè)計得厚些，可使制動力減小，制動效果更好。解得第18頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分

8、，星期四例2 梯子長AB=l，重為P，若梯子與墻和地面的靜摩擦系數(shù)f =0.5, 求a 多大時，梯子能處于平衡？解 考慮到梯子在臨界平衡狀態(tài)有下滑趨勢，作受力圖。 第19頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四注意，由于a不可能大于 ， 所以梯子平衡傾角a 應(yīng)滿足第20頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四例3 攀登電線桿的腳套鉤如下圖所示。已知電線桿直徑為d，A、B 兩接觸點(diǎn)的垂直距離為b，套鉤與電線桿間的靜摩擦系數(shù)為0.5，欲使套鉤不致下滑，問人站在套鉤上的最小距離L應(yīng)為多大?第21頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四解 所謂人站在套鉤

9、上的最小距離，是指套鉤不致下滑時腳踏力F的作用線與電線桿中心線的距離。以套鉤為研究對象?？紤]套鉤處于有向下滑動趨勢的臨界平衡狀態(tài)。這時靜摩擦力達(dá)到最大值。在受力圖中必須畫出摩擦力的正確方向，受力圖如下圖所示。 第22頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四寫出套鉤的平衡方程：因套鉤處于臨界平衡狀態(tài)，還需建立物理方程： 解方程組可得:第23頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四 由實(shí)踐可知，使?jié)L子滾動比使它滑動省力，下圖的受力分析看出一個問題，即此物體平衡，但沒有完全滿足平衡方程。Q與F形成主動力偶使前滾第三節(jié) 滾動摩擦 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，實(shí)際接觸面并不是剛

10、體，它們在力的作用下都會發(fā)生一些變形第24頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四此力系向A點(diǎn)簡化 滾阻力偶M隨主動力偶（Q , F）的增大而增大; 有個平衡范圍;滾動 摩擦 與滾子半徑無關(guān); 滾動摩擦定律： ,d 為滾動摩擦系數(shù)。滾阻力偶與主動力偶（Q,F）相平衡d滾動摩擦的形成機(jī)理第25頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四 滾動摩阻系數(shù) 材料名稱材料名稱鑄鐵與鑄鐵0.05軟鋼與軟鋼0.05木與鋼0.30.4輪胎與路面210木與木0.50.8淬火鋼與淬火鋼0.01第26頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四滾動摩擦系數(shù) d 的說明：長度量綱；與滾子和支承面的材料的硬度和溫度有關(guān)； d 的物理意義見圖示。根據(jù)力線平移定理，將N和M合成一個力N ， N=Nd第27頁，共30頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)49分，星期四本章小結(jié)1.相互接觸的兩物體之間有相對滑動的趨勢，但仍保持相對靜止時，彼此作用著阻礙相對滑動的阻力，這種摩擦稱為靜摩擦。相應(yīng)的阻力稱為靜滑動摩擦力，簡稱靜摩擦力。2.靜滑動摩擦定律：最大靜摩擦力的大小與法向約束反力成正比，即3.考慮有摩擦問題時要注意其自身的特點(diǎn)。第28頁，共30頁，2022年，5月20