理论力学工程应用新实例--第1章

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coscoscoscosALHFWlh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AFByFBxF（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cossin()EWLFlALFWlLHlh1．“得心应手”的平衡吊EFCxFCyFAEFyKFxAF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=350mm，=35mm，对O点取矩，得又对拉紧机构的棘轮画出受力图，已知=10~20mm，=35mm左右，对O点取矩，得从计算可见，绳索拉力等于手柄拉力的17.5~35倍。P10ABFFTP17.5ABRFFFr2．采用棘轮与手板动棘轮爪组合的拉紧工具lOyFOsABFOxFpFOyFOxFTFABFlsrR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。bclbdbWPa3．与着力点无关的磅秤AWabcBCDlLdGPNEHIK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:2222vvFtx香港理工大学的索自由振动实验F(,)vxt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/2iiFl2214Fl4．斜拉索张力的测试iFl1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1l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8Hz，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CC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CCGGGGCCzzzz'zz'zz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。卡口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CCC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SegwayPT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SegwayPT爱好者为之狂热。对于上班族来说，使用锂离子电池的SegwayPTi2是他们最好的上班工具。全球限量40部，价格高达12000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FFFFemaw+FaFeFmFaFw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。2212ππ44adpbDp2122pdapbD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。MGE水箱ATYISI水箱ATYISI水箱希尔曼水箱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。202DqxMyFH,得7．高压输电线在雪灾中拆断的分析hAOaxblyDyB2fxAf12BDOyx2x2lOHFqyT1fx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：①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。②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。2288qlqlfFFfHH,22TH()()FFqx7．高压输电线在雪灾中拆断的分析x2xHFOqxqDyT0x/2xlTFTF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？①铜头长短不同；②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FNeFpFpFeF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FNpFeF庄表中13003618382王惠明13858057550