电梯检验员培训.pptx
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1、一、力和刚体的概念一、力和刚体的概念 2.2.力系的分类力系的分类 力系按作用线分部情况可分为以下几类: 1.平面力系平面力系:所有力的作用线在同一平面内时,称为平面力系。 2.空间力系空间力系:所有力的作用线不在同一平面内时,称为空间力系。 3.汇交力系汇交力系:所有力的作用线汇交于同一点时,称为汇交力系。 4.平行力系平行力系:所有力的作用线相互平行时,称为平行力系。第1页/共102页一、力和刚体的概念一、力和刚体的概念 3.3.刚体的概念刚体的概念 刚体:刚体:是指在力的作用下体积和形状都不会改变的物体,其内部任意两点之间距离始终保持不变。 刚体概念的应用有一定的范围。当研究力对物体的外
2、形应时,可把物体抽象为刚体;而在研究物体内部和破坏时,如材料力学是时则不能把物体作为刚体。第2页/共102页二、力的基本原理二、力的基本原理 1.二力平衡原理二力平衡原理:物体相对于参照物(如地面)保持静止或作均速直线运动的状态,称为平衡平衡状态。要使作用在同一物体上的两个力平衡,其必要条件就是这两个力大小相等、方向相反、而且在同一作用线上。这就是二力平衡原理二力平衡原理。 第3页/共102页二、力的基本原理二、力的基本原理 2.2.加减平衡力系原理:加减平衡力系原理:在任一力系中加上一个平衡力系或减去任意平衡力系,所得的新力系与原力系对于刚体的作用效应相同。 推论1:作用于刚体上的力,可沿其
3、作用线移至刚体内任一点,而不改变它对刚体的效应。第4页/共102页二、力的基本原理二、力的基本原理 3.3.力的平行四边形法则:力的平行四边形法则:作用在一个物体上的共点力可以合成为一个合力,合力作用于两分力的公共作用点。合力的大小和方向由以这两力为边的平行四边形对角线确定。第5页/共102页二、力的基本原理二、力的基本原理 推论2: 当刚体受三个力作用而平衡时,若其中任何两个力的作用线相交于一点,则剩余一力的作用线必交于同一点,且三个力的作用线位于同一平面。第6页/共102页二、力的基本原理二、力的基本原理 4.4.作用与反作用定律作用与反作用定律:两物体之间相互作用的力(作用力和反作用力)
4、总是同时存在、大小相等、作用线相同而方向相反,分别作用在两个相互作用的物体上。第7页/共102页二、力的基本原理二、力的基本原理 5.5.刚化原理:刚化原理:如果变形体变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体刚化为刚体,其平衡状态不变。 变形体:变形体:受到力作用后发生变形的物体。第8页/共102页二、力的基本原理二、力的基本原理 6.解除约束原理:当任何约束解除时,可用相应的约束反力代替。 约束:阻碍物体运动的周围物体。 约束反力:约束对于非自由体施加的力称为约束反力、或约束力、反力。 主动力:使物体运动或使物体有运动趋势的力称为主动力。在工程上称载荷。 自由体:不受限制可以自由运动的物
5、体称为自由体。如飞机。 非自由体:受到限制不能任意运动的物体称为非自由体或受约束体。如绳子悬挂而不能下落的重物。 第9页/共102页三、平面力系三、平面力系 1.1.平面汇交力系:平面汇交力系:如果一个力系的各力的作用线都位于同一平面且汇交于一点,则该力系称为平面汇交力系。在实际工程中,有不少汇交力系的实例。第10页/共102页三、平面力系三、平面力系 2.2.平面汇交力系几何合成法平面汇交力系几何合成法第11页/共102页三、平面力系三、平面力系 3.3.平面汇交力系合成的解析计算平面汇交力系合成的解析计算 (1)力的分解与力的投影 若已知F在x、y轴上的投影Fx、 Fy,则可求得F的大小及
6、方向余弦:第12页/共102页三、平面力系三、平面力系 (2)(2)平面汇交力系合成的解析计算平面汇交力系合成的解析计算 合矢量投影定理:合矢量在任一轴上的投影,等于各分矢量在同一轴上投影的代数和。第13页/共102页三、平面力系三、平面力系 (3)(3)平面汇交力系合成的平衡方程平面汇交力系合成的平衡方程 如果平面汇交力系的合力等于零,则该力系称为平衡力系。反之,如果一个平面汇交力系平衡,则合力必为零。所以,平面汇交力系平衡的必要与平面汇交力系平衡的必要与充分条件是:力系的合力等于零,即充分条件是:力系的合力等于零,即F FR R=0=0,亦即: 合力FR=0,必须且只需FRX=0,FRY=
7、0,即力系中各力系中各力在力在x x、y y二轴中的每一轴上的投影的代数和均等于二轴中的每一轴上的投影的代数和均等于零。零。第14页/共102页三、平面力系三、平面力系 三力平衡汇交定理:三力平衡汇交定理:若不平行的三个力成平衡,则三个力作用线必汇交于一点。 4.4.力矩和平面力偶系的平衡力矩和平面力偶系的平衡 力对物体的作用使缸体的运动状态发生改变,包括平移效应和转动效应,其中力对刚体的平移效应可用力的矢量来度量;而力对刚体的转动效应可用力对点的矩(简称力矩)来度量,即力矩是度量力对刚体转动效应的物理量。力偶是由两个力组成的特殊力系,其作用只改变物体的转动状态。共面力偶组成的力系称为平面力偶
8、系。第15页/共102页三、平面力系三、平面力系 (1)(1)力对点的矩力对点的矩 力矩公式: O 点称为力矩中心,简称矩心。A称为力臂。力矩的单位是牛米(N m)或牛米(KN m)第16页/共102页三、平面力系三、平面力系 在平面力系里,力对一点的力矩被作为代数量。其正负号规定是:如果力使静止物体绕矩心转动的方向(通常简单的说力使物体转动的方向或力矩的转向)是逆时针,则取正号;反之,则取负号。 (2)力偶与力偶矩 力偶:把大小相等、方向相反、作用线不同的两个力作为一个整体来考虑,称为力偶。 两作用线间的距离a则称为力偶臂。第17页/共102页四、空间力系四、空间力系 空间力系:是指各力的作
9、用线不在同一平面的力系。可分为空间汇交力系、空间力偶系和空间任意力系。 空间任意力系是力系中最一般的力系。 1.空间力沿坐标轴的分解 第18页/共102页四、空间力系四、空间力系 2.空间力沿坐标轴的投影 (1)直接投影法: 一个力在某一轴上的投影,等于该力与沿该轴方向的单位矢量之标积。第19页/共102页四、空间力系四、空间力系 (2)二次投影法第20页/共102页五、重心五、重心 重心的位置对于物体的平衡和运动有重要意义。如何确定物体的重心位置,在实践上有着重要意义。 1.重心的定义 物体所受合力的作用线必定通过某一确定点,这个点称为物体的重心。 物体的重心位置可利用合力矩定理求得。 2.
10、形心 对于均质物体,其重心位置完全取决于物体的几何形状,与物体的重量无关。第21页/共102页五、重心五、重心 凡具有对称面、对称轴和对称中心的均质物体,其重心(或形心)必定在对称面、对称轴或对称中心上。 平行四边形、圆环、圆面、椭圆面的形心与他们的几何中心重合;圆柱体、圆锥体的形心都在它们的中心轴上。第22页/共102页六、构件的变形六、构件的变形 1.构件的基本要求 (1)有足够的强度,保证构件在载荷作用下不发生破坏。 强度:构件抵抗载荷破坏的能力。 (2)有足够的刚度,保证构件在载荷作用下不影响其正常工作的变形。 刚度:构件抵抗载荷变形的能力。 (3)有足够的稳定性,保证构件原有情况下的
11、平衡。 稳定性:受压杆件保持其直线平衡状态的能力。 第23页/共102页六、构件的变形六、构件的变形 杆件的强度、刚度和稳定性都与材料的力学性能有关。 2.变形 (1) 变形的分类 构件的变形分为塑性变形和弹性变形。 弹性变形:载荷卸除后能消失的变形。 塑性变形:载荷卸除后不能消失的变形。 (2)变形的基本形式 杆件变形的基本形式有四种: a.轴向拉伸或压缩;b.剪切; c.扭转; d.弯曲。 第24页/共102页六、构件的变形六、构件的变形第25页/共102页六、构件的变形六、构件的变形 3.轴向拉伸或压缩 杆件通过在轴线的拉力(压力)作用沿杆轴线发生拉伸(或压缩)变形,这种变形形式称为轴向
12、拉伸或压缩,简称拉伸或压缩。 受力特点:杆件承受外力的作用线和杆件轴线重合。 变形特点:杆件沿轴线方向伸长或缩短。 第26页/共102页六、构件的变形六、构件的变形 4.剪切 当构件某一截面处受到等值、反向、作用线平行且相距很近一对横向力作用时,将使构件两部分沿这一截面(剪切面)发生相对错动的变形,称为剪切。 发生相对错动的截面称为剪切面。第27页/共102页六、构件的变形六、构件的变形 连接件:把起连接作用的零部件或焊缝统称为连接件。 常用的连接件:螺栓、销轴、键块、铆钉。 螺栓连接销轴连接键块连接铆钉连接焊缝连接第28页/共102页六、构件的变形六、构件的变形 5.扭转 杆件两端受到两个大
13、小相等、方向相反、且作用平面与杆件轴线垂直的力偶,使杆件的任意两个截面都发生绕杆件轴线的相对转动,这种形式的变形称为扭转变形。简称扭转。 以扭转变形为主的直杆件称为轴;若杆件的截面为圆形的轴称为圆轴。第29页/共102页六、构件的变形六、构件的变形 6.弯曲 当杆件承受垂直于轴线的外力或者承受作用在轴线所在的平面内的力偶作用时,其轴线将弯曲成曲线。这种变形形式称为弯曲。第30页/共102页七、应力七、应力 1.应力的定义及分类 应力是指截面单位面积上所承受的内力。 应力分为正应力和剪(切)应力,如果作用线垂直于截面的应力称为正应力,常用符号表示; 如果作用线位于截面内的应力称为剪(切)应力,常
14、用符号表示。 应力的单位是帕(Pa),1Pa =1N/m2。另外,在工程实践中还常用兆帕(MPa)和吉帕(GPa),其换算关系为1MPa =106 Pa,1G=109 Pa。第31页/共102页七、应力七、应力 2.许用应力 当作用于构件上的载荷增大时,横截面上的应力也随之增大,但任何材料制成的构件的应力增长都存在一个材料所固有的极限,当应力达到这一极限时,材料就会发生破坏。因此,为了保证构件安全地工作,需对各种材料分别规定一个容许的最高值。这个最高值称为材料的许用应力,用符号表示。 与材料的力学性能有关。其强度条件公式为: max=Fmax/A。 其中Fmax杆件横截面上的最大轴力;A杆件横
15、截面积。 第32页/共102页七、应力七、应力 3.应力集中 指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。 应力集中对构件强度的影响随构件性能不同而异,主要有: 对于由塑性材料制成的构件,应力集中对其在静载荷作用下的强度则几乎无影响。 对于由脆性材料制成的构件,应力集中现象将一直保持到最大局部应力到达强度极限之前。 第33页/共102页工程材料工程材料第34页/共102页一、金属材料一、金属材料 1.1.金属材料的分类金属材料的分类 金属材料按含铁量分为黑色金属和有色金属。 1)黑色金属黑色金属:铁和铁的合金均称为黑色金属。如生铁、铁合金、铸铁、钢等; (1)纯
16、铁:纯度很高的铁,化学纯铁含碳量几乎为零,工业纯铁含碳量0.05。纯铁是很软的,一般不应用到实际中。 (2)铁碳合金:以铁为基础,以碳为主要添加元素的合金,统称为铁碳合金。如钢和生铁。 第35页/共102页一、金属材料一、金属材料 (3)生铁:把铁矿石放到高炉中冶炼而成的,含碳量在2.114.3之间的铁碳合金称为生铁。 (4)白口铁:以Fe,C形态分布的生铁称为白口铁,其断口呈银白色,质硬而脆,不能进行机械加工,是炼钢的原料,故又称炼钢生铁。 (5)灰口铁:碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁,其断口呈银灰色,由于石墨质软并有润滑作用,因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。 第3
17、6页/共102页一、金属材料一、金属材料 (6)球墨铸铁:碳以球状石墨分布则称球墨铸铁,其力学性能、加工性能接近于钢。 (7)钢:含碳量在0.042.11之间的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7。钢的主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等。 2)有色金属有色金属 又称非铁金属,指除黑色金属外的金属和合金,如铜、锡、铅、锌、铝等 。第37页/共102页一、金属材料一、金属材料 2.2.金属材料的强度金属材料的强度 1)强度的定义及分类 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。 按照载荷的性质,材料强度有静强度、疲劳强度等;按照环境条件,材料强度有常温强度、高温强度等
18、,高温强度又包括蠕变极限和持久强度。 除了上述材料强度外,还有机械零件和构件的结构强度。 工程上常用的强度指标有强度指标、屈服强度、规定残余延伸强度、抗拉强度等。第38页/共102页一、金属材料一、金属材料 材料强度的大小通常用单位面积上所承受的力来表示,其单位为N/m2(Pa),但Pa这个单位太小,所以实际工程中常用MPa(MPa=106Pa)作为强度的单位。 一般钢材的屈服强度在2002000MPa 之间。 2)屈服强度 (1)屈服现象:在金属拉伸试验过程中,当应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了弹性变形外,还产生部分塑性变形。当外力增加到一定数值时突然下降,随后,在外力不增加或上下
19、波动情况下,试样继续伸长变形,在力伸长曲线出现一个波动的小平台,这便是屈服现象。第39页/共102页一、金属材料一、金属材料第40页/共102页一、金属材料一、金属材料 (2)屈服强度:在拉伸曲线上,与上、下屈服点相对应的应力称为上、下屈服强度。 第41页/共102页一、金属材料一、金属材料 3)抗拉强度 材料在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度的物理意义是塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。 铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象,抗拉强度就是材料的断裂强度。 断裂是零件最严重的失效形式,所以,抗拉强度也是机械工程设计和选材的主要指标,特别是对脆性材料来讲。第42页/共102页一、金属
20、材料一、金属材料3.3.金属材料的塑形金属材料的塑形 1)定义:金属材料断裂前发生永久变形的能力称为塑形。 2)衡量指标 (1)伸长率:试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比。 (2)断面收缩率:试样拉断后,颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。 同一材料的试样长短不同,测得的断后伸长率略有不同。 第43页/共102页一、金属材料一、金属材料4.4.金属材料的冲击韧性金属材料的冲击韧性 定义:材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力,即冲击韧性。 静载荷:不随时间变化的恒载(如自重)和加载变化缓慢以至可以略去惯性力作用的准静载 动载荷:短时间快速作用的冲击载荷或随时间作周期性变化的周期载
21、荷。 冲击载荷:在很短时间内作用物体上的载荷称为冲击载荷。第44页/共102页一、金属材料一、金属材料5.5.金属材料的疲劳强度金属材料的疲劳强度 疲劳:金属材料在受到交变应力或重复循环应力时,往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂,这种现象称为疲劳。 疲劳断裂:零件在循环应力作用下,在一处或几处产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后突然产生断裂的过程,称为疲劳断裂. 疲劳极限:当应力低于某值时,材料经受无限次循环应力也不发生疲劳断裂,此应力称为材料的疲劳极限。第45页/共102页一、金属材料一、金属材料 疲劳强度:在规定的某一循环周次下,测出的最大应力最大应力,称之为疲劳强度。第46页
22、/共102页一、金属材料一、金属材料 6.6.钢材的类别、特征及表示方法钢材的类别、特征及表示方法 1)1)钢材的分类钢材的分类 (1) (1)按化学成分分类按化学成分分类 a.碳素钢碳素钢:碳素钢的化学成分主要是铁,其次是碳,故也称铁一碳合金。其含碳量为0.022.06。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。 碳素钢按含碳量又可分为: 低碳钢(含碳量小于0.25)、 中碳钢(含碳量为0.250.60) 高碳钢(含碳量大于0.60) 第47页/共102页一、金属材料一、金属材料 b.合金钢合金钢:是指在炼钢过程中,有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素
23、有:硅、锰、钛、钒、铌、铬等。 按合金元素总含量的不同,合金钢可分为高合金钢(合金元素总含量大于10)、低合金钢(合金元素总含量小于5)、中合金钢(合金元素总含量为510)。 第48页/共102页一、金属材料一、金属材料 (2) (2)按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类 a.沸腾钢:炼钢时仅加入锰铁进行脱氧,则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时,会有大量的CO气体从钢水中外逸,引起钢水呈沸腾状,故称沸腾钢,代号为 “F“。沸腾钢组织不够致密,成分不太均匀,硫、磷等杂质偏析较严重,故质量较差。但因其成本低、产量高,故被广泛用于一般建筑工程。 第49页/共102页一、金属材料一、金属材料 b.镇
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