机电基础知识Word格式文档下载.docx
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◆放风筝时
力的大小：
拉绳子的力。
力的方向：
拉绳子的方向。
力的作用点：
手握绳子的地方。
◆用绳子拉小车
小女孩手施的力。
拉小车绳子的方向。
绳子与小车的系结点。
※绳子拉小车的角度是和地面平
行时，最省力。
（参考：
“力的分解”）
4、力的合成
当两个或是更多的力作用在一个受
力点时，如果我们想把这些力用一
个简单的力来表示，就会很容易分析一个物体的受力情况。
像这样，当我们把两个或各更多力结合成一个力，就叫做“力的合成”，这个合成力就叫做“合力”。
（1）
当力施于一条直线
1若两个力作用在同一方向上，那么合力的方向与此二力方向相同，大小为二者之和。
2若两个力作用于相反方向，那么合力的方向与较大的力的方向相同，大小为两者之差。
（2）当力施于不同方向
你可以画一个平行四边形，两条边分别代表两个力的大小和方向。
从二力的交点到平行四边形对角的线段就是合力的大小和方向。
5、力的分解
与力的合成相对应，是把一个力分解并表示为两个或两个以上的分力，这叫做力的分解。
〈例子〉
◆
用一根绳子拉一辆小车
向前拉动小车的力是从力的作用点开始水平的一个力。
然而，若绳子有一个角度的话，那么除了有一个向前的分力，还有一个垂直向上的力。
见以下图示说明
A拉绳子所用的力和拉小车
所用的力一样大。
B拉小车向前的力大，使小车
向上的力小。
C拉小车向前的力小，使小车
向上的力大。
◇可以用公式解释
拉绳子的力------------------F
拉小车向前的力-----------F1
拉小车向上的力-----------F2
F1=F×
Cosθ
F2=F×
Sinθ
Tanθ=B/A
sinθ=B/C
cosθ=A/C
若你忽视了操作的注意事项以这样的角度提升一个箱子：
若不把吊钩直接挂在箱子的正上
方，力F就被分解为垂直方向的
力“F1”和水平的力“F2”。
思考题
[问题]
如图所示用起重机的钩子吊起一
个箱子，绳子的张力为4，000Kg，
那么水平方向上的力和垂直方向
上的力各是多少
*cos20°
=
sin20°
=
[答案]
垂直方向分力F1＝4000kg×
cos20°
＝4000kg×
=3760kg（垂直）
水平方向分力F2＝4000kg×
sin20°
=1370kg（水平）
Ⅱ、滑轮
1、定滑轮与拉力
滑轮轴固定不动的滑轮叫定滑轮。
当用定滑轮提升一个10Kg的物
体时，施加在牵引绳上的拉力至
少需要10Kg。
◆当起重机使用副臂（一根
绳子一个钩子）举起1000Kg
的物体时，拉绳子的力最少是
1000Kg。
定滑轮不省力，但可以改变力的方向
2、动滑轮与拉力
滑轮轴和物体一起运动的滑轮叫动滑
轮。
当用一个动滑轮提升一个10Kg的物
体时，天花板也施与物体其重量一半的力，那么人拉绳子的力就剩下一半即5Kg。
动滑轮实质是动力臂和阻力臂二倍的杠杆，省一半力。
◆当用起重机主臂起升重物时（一个钩子两根绳子状态）
当用主臂举起一个2000Kg的物体时,右侧的绳子施力1000Kg,所以左侧的绳子剩余的重量，也就是1000Kg。
3、绳子的行程
定滑轮和动滑轮提升物体时绳子所做
的行程不同。
◆定滑轮
提升物体上升1米,绳子即从A点至
B点,也就是说运动了1米。
◆动滑轮
提升物体升高1米,绳子需要从A点
移动到B点,也就说运动2米。
４、滑轮组
“滑轮组”是一套动滑轮和定滑轮的
组合。
如图所示,当一个定滑轮和一个动滑轮
结合,绳子一端固定.提升一个80Kｇ的
重物时,拉绳子的力最少为40Kｇ。
问题
［问题］
如图所示六个滑轮组成的滑轮，当拉绳子的力是20KG时，能提起的最大重物是多少千克
［答案］20Kｇ×
6=120Kｇ
提升动滑轮的有6根绳子，每根绳子施力20千克，所以答案是120Kｇ。
如图所示有4个滑轮组合成的滑轮组，当提升一个重40Kｇ的物体时，需要多大的力拉绳子
［答案］
40Kｇ/4=10Kｇ
提升动滑轮的有4根绳子,所以每根绳子施力最少10Kｇ。
１、力矩
力矩等于杠杆所受合力与力的作用点
到杠杆支点距离的乘积。
［力矩］=［合力］×
［力臂］
◆例如，用扳手拧螺丝时，如果你
握住扳手的A点，会觉得很费力。
当你握住B点时，会很容易，用
同样大小的力，螺丝所受的扭矩
会随着力臂的大小而改变。
力矩的单位
因为力矩是力（Ｋｇ）与力臂（ｍ）的乘积，所以力矩的单位是＂Ｋｇ·
ｍ＂或千克·
米。
同理，根据不同情况，其他常用单位有“ｔ·
ｍ”
（吨·
米）和“ｋｇ·
ｃｍ”（千克·
厘米）。
２、力矩平衡
就像力的平衡一样，当力矩达到平衡状态时，物体是静止的。
◆例如，一只重600Ｋｇ的大
象坐在跷跷板右边离支点2
ｍ的地方，一只重400Kｇ
的熊坐在左边离支点3ｍ的
地方。
大象的力矩=600Ｋｇ×
2ｍ=1200Ｋｇ·
ｍ
熊的力矩=400Ｋｇ×
3ｍ=1200Ｋｇ·
当支点上所受力矩达到这样的平衡时，两个物体就会保持静止。
３、稳定性
如右图所示，起重机以支腿为杠杆支点达到力矩平衡，就像图中的比例一样。
平衡状态：
G×
L>
W1×
L1+W2×
L2
翻转状态：
L<
◆现在按照图中的数字计算起重机从A状态到B状态所产生的稳定力矩和翻转力矩。
（作业状态A）
翻转力矩=10ｔ×
15ｍ+5ｔ×
6m=180ｔ·
稳定力矩=40t×
=180ｔ·
此时，起重机处在稳定状态（临界状态），但是如果吊起的物体重量再增加一点，就会翻转。
这种情况叫做失稳状态。
作用在支腿R上的力=40吨+5吨+10吨=55吨
作用在支腿L上的力=0吨
（作业状态B）
翻转力矩=10t×
10m+×
4m=118t·
m
=180t·
稳定力矩远大于翻转力矩，所以起重机不会倾覆。
作用在R支腿上的力=46吨
作用在L上的力=9吨
４、扭矩
３、
使轴沿轴线转动的一种力矩叫做
扭矩。
◆例如，当一辆汽车的发动机扭
矩是17千克米，这个力矩会
使发动机转动曲柄轴。
◆螺母和螺钉有标准的拧紧力矩，
如果用大于拧紧力矩的扭矩拧
紧螺母，螺母和螺钉就会损坏。
5、卷扬卷筒的拉力
起重机的卷扬被马达驱动，马达的输出力矩被传送到卷筒。
◆卷筒的扭矩和拉力通过以下公式计算：
·
卷筒的扭矩=拉力（Kg）×
卷筒中心到绳子中心的距离（m）
卷筒的扭矩（Kg·
m）
拉力（Kg）=━━━━━━━━━━━━━━━━
如果马达的输出扭矩是连续且保持不变的，则随着绳子缠绕的层数增加，绳子的拉力会逐渐减小。
下列情况中第一层到第四层卷筒绳
子的拉力是多少
<
参数>
卷筒轴线扭矩────740Kg·
卷筒直径──────320mm
绳子直径──────16mm
第一层……卷筒总直径336mm（）
半径。
740Kg·
m÷
米=4405Kg
第二层.........卷筒总直径368mm（）
半径。
=4022Kg
第三层..........卷筒总直径400mm（）
=3700Kg
第四层....….卷筒总直径432mm（）
=3426Kg
第二章运动与做功
Ⅰ运动与做功
1．速度与加速度
2．惯性
3．离心力和向心力
4．功
5．功率
Ⅰ运动和做功
1、速度和加速度
运动：
当一物体相对于另一物体发生位置改变时，我们就说它正在“运动”。
速度：
单位时间内物体移动的距离
匀速运动：
是指物体始终以一个不变的速度运动。
速度的大小等于在一段时间内物体移动的距离除以这段时间。
速度=距离/时间
*速度的单位通常是“米/秒”或“千米/小时”。
加速运动：
是指物体在运动中变化速度。
有两种加速运动。
正加速运动和负加速运动。
正加速运动是指速度增加，负加速运动是指速度减少。
*有时正加速运动简单的称为“加速运动”，而负加速度运动叫做“减速运动”。
2、惯性
所有的物体都有以下特性：
当物体不受外力作用时，静止物体永远静止下去，运动的物体永远保持匀速运动，这种特性叫“惯性”，惯性施与物体的力叫“惯性力”。
例
◆人造地球卫星围绕地球转动，即使它不需要火箭的动力，卫星也能保持圆周运动，这是因为“惯性力”施于卫星上的原因。
◆当公共汽车从静止开始猛烈加速
运动，车内乘客想保持他们的原始状态，他们就必须施加汽车运动相反的力，这是因为惯性力施于汽车上的人的原因。
起重机的情况
起重机的吊钩提升重物旋转时，若立即停止，则重物由于惯力不会立即停止。
当物体做圆周运动，一个力使物体远离圆心，叫“离心力”。
另一个同样大小的力是使物体靠近圆心的，叫“向心力”。
例：
当投掷一个链球，若松手，链球会因为离心力而沿着圆的切线飞出
去。
为了保持圆周运动，向心力和离心力大小相等方向相反。
起重机的情况>
当操作一台起重机时，若吊起重物
时起重机进行回转作业，由于离心
力，吊钩下的重物会在起重机转动之
后，做一个比原先半径更大的一个圆
周运动。
并且这个转动会引起重物
上升或幅度增大。
因此，造成起重
机倾翻的力矩要比原先起重机静
止状态的倾翻力矩大有所增大。
当力作用于物体上并且物体在力的方向上进行了运动，我们就说已经作“功”了。
功的大小是“力”乘以物体在力的方向上移动的距离。
功（Kg·
m）=力的大小（Kg）×
物体移动的距离（m）
例如>
◆举一个100Kg的箱子上升10m
功=100Kg×
10m=1000Kg·
◆当沿着地面推一个物体时，“摩擦
力”起作用，摩擦力和物体运动方
向相反，其大小等于物体的重量乘
以摩擦系数。
摩擦力（T）=物体的重量（W）×
摩擦系数
因此，要推一个物体，推力F必须比摩擦
力大在此情况下，才能推动物品，
功等于：
W=T×
L
◆推动一个100Kg的盒子10m远：
摩擦力（T）=100Kg×
（摩
擦系数）=40Kg
功（W）=40Kg×
10m=400Kg·
什么是摩擦力
摩擦力=物体重量×
*摩擦系数举例：
黄铜与纯铁
纯铁与纯铁
铸铁与纯铁
杠杆作功原理
将30Kg克的物体用杠杆升高。
如图所示，从支点O到力的作用点
A的距离是1m，支点O到作用点B
点是3m。
为了提升重物，你用多大
的力能压动杠杆
用杠杆做功原理解答。
1杠杆对物体作功=（物体的重力）×
（物体被提升的
距离）多大
2人对杠杆作功=（人的力）×
（人手移动的距离）
多大
杠杆对物体作功等于人对杠杆作功
①=30Kg×
=9Kg·
②=W×
9Kg·
m=W×
W=10Kg
“功率”用来表示在一定的时间内作多少功。
当作同样大小的功时，谁作的功快即谁的效率高，就拥有高功率。
举1000千克的物体20米
●起重机A用10秒
起重机B用20秒
功率各是多少
起重机A：
1000Kg×
20m
───────=2000Kg·
m/s
10s
2000Kg·
m/s
用马力表示=────────=
75Kg·
起重机B：
───────=1000Kg·
20s
1000Kg·
功率和输出功率的单位
当功率用发动机的输出功率和电功的单位表示时，换算如下：
1PS=75kgm/s
1HP=s=550bft/s
千瓦
1KW=102kgm/s
马力
1PS=735瓦特
Ⅰ材料力学
1．载荷及其类型
2．按作用形式载荷的分类
3．应力
4．许用应力
5．延伸率
6．应力和延伸力
我们称外部施加于物体的力叫做“载荷”。
根据力的施加方式，可以把载荷划分为
不同的类型。
①张力载荷
一个重物将绳子朝两个方向拉
如：
载荷作用在起重机的钢丝绳上。
②压缩载荷
一重物要压缩材料
载荷作用在垂直油缸上。
③剪切载荷
一重物要剪切材料
载荷作用在螺丝钉上。
④压弯载荷
一重物要将材料压弯
载荷作用在起重机的主臂上。
⑤扭转载荷
一重物要扭转材料，如同拧毛巾一样。
载荷作用在传动轴上。
①静载荷
不随时间变化和变化较缓慢的载荷称为
静载荷。
例如
载荷的状态是被起重机提升的非常慢，
或提升后仍然静止。
②变载荷
随时间变化的载荷称为“变载荷”。
载荷
变化的非常突然。
分为“冲击载荷”和
“往复载荷”。
冲击载荷
载荷在非常短的时间里突然增加。
当降落
重物时操作突然停止或松弛的绳子突然全
速卷起。
往复载荷
载荷随时间变化反复作用。
例如，当轮子转
动时，载荷重复的作用于弹簧和轮轴。
类
当一重物放置或一个外力作用在一材料上时，材料内部的力支持着重物，这种力叫做“应力”，应力是指材料单位截面积所受的力。
材料上所受载荷（㎏）
应力=———————————
材料的横截面积（cm2）
算出被20，000千克的张力作用的，横
截面积是4cm×
5cm的长方体的应力。
20，000kg
应力=——————
4cm×
5cm
=1000kg/cm2
每种材料都有一个最大允许的应力叫做“允许应力”。
许用应力用以下公式计算：
材料的屈服强度
许用应力（kg/cm2）=————————
安全系数
安全系数=材料的屈服度
许用应力
移动式起重机设计的标准是安全系数等于
对于一个标准的柱型钢材“”，材料的屈服极限是2500kg/cm2，安全系数是，那么，许用应力可以通过以下计算。
2500kg/cm2÷
=1470kg/cm2
当一个材料受外力作用被拉伸，其形状发生变化被拉长，我们称变化相对原始状态长度的比率为“延伸率”。
●当一个圆柱体的长度L被张力拉伸，长度为L1：
L1-L
延伸率=————
l=2000mm的钢杆被拉长至。
[答案]
延伸量=————————
2000mm
延伸率=%
6．应力和延伸率
当一个炭钢被实验机拉伸时，载荷和拉力的关系如下图所示：
●第I阶段（O点—B点）
试件受力以后，长度增加，产生变形，这是如将外力卸去，试件工作段的变形可以消失，恢复原状，变形为弹性变形，因此，称第I阶段为弹性变形阶段。
低碳钢试件在弹性变形阶段的大部分范围内（O点—A点），外力与变形之间成正比，拉伸图呈一直线。
A点以后（O点—B点）虽然仍是弹性变形（卸去外力后，变形会恢复），但外力与变形之间不成正比。
●第II阶段（B点—D点）
B点（弹性变形阶段）以后,试件的伸长显着增加，但外力却滞留在很小的范围内上下波动。
这时低碳钢似乎是失去了对变形的抵抗能力，外力不需增加，变形却继续增大，这种现象称为屈服或流动。
因此，第II阶段称为屈服阶段或流动阶段。
屈服阶段中拉力波动的最低值（下屈服点）称为屈服载荷。
●第III阶段（D点—E点）
过D点时（屈服阶段）以后，继续增加变形，需要加大外力，试件对变形的抵抗能力又获得增加。
因此，第III阶段成为强化阶段。
强化阶段中，力与变形之间不再成正比，呈现着非线型的关系。
●第IV阶段（E点—F点）
当拉力继续增大达某一确定数值时，可以看到，试件某处突然开始逐渐局部变细，形同细颈，称颈缩理象。
颈缩出现以后，变形主要集中在细颈附近的局部区域。
因此，第IV阶段称为局部变形阶段。
局部变形阶段后期，颈缩处的横断面面积急剧减少，试件所能承受的拉力迅速降低，最后在颈缩处被拉断（F点）
Ⅰ什么是钢
1．钢的分类
2．钢材的分类（按化学成分）
3．钢的五元素
Ⅱ钢材的种类
1．钢材一次制品
2．钢材二次制品
Ⅲ钢材在起重机上的应用
1．热轧钢板
2．铸铁（HT）
3．优质炭素结构钢
4．冷轧钢板
5．机械构造用碳素钢管
6．高强度钢
Ⅳ钢的热处理
1．正火
2．退火
3．淬火
4．回火
1、钢的分类
按照含碳量的不同定义如下：
①纯铁.........含碳量少于%。
②钢...........含碳量在之间。
3铸铁.........含碳量多于%。
2、钢材的分类（按化学成分）
在碳素钢中，含有大量的硅（si）锰（Mn）叫做“合金钢”。
①碳素钢
除碳以外还含有少于%的硅和少于%的锰。
②合金钢
除碳以外，含至少%的硅和至少%的锰。
也有的合金钢含镍，铬和钼或铜。
铬钢，铬镍钢，钼铬钢。
3、钢的五元素
钢主要组成成份是碳C、硅Si、锰Mn、硫S、磷P五种元素。
五元素及其作用
碳：
增加强度
硅：
锰：
增加韧性
硫、磷：
含量越高，钢越脆
1．钢材的一次制品
钢块从熔炉中出来制成产品。
根据形状分为3种：
①棒材（圆形，方形，六边形）
②板材（薄，中，厚）
③型钢（L型，I型，T型）
将一次制品进一步加工使其得到应用，
例如：
1钢棒产品（磨杆，铆钉）
②线材产品（钢琴线，线路）
③薄钢板（冷轧制钢板，镀锡铁板）
④钢管产品（构造用碳素钢管，配管用碳素钢管）
SS41
屈服强度
压制钢构造
钢屈服强度
中国牌号
日本牌号
抗拉强度
kg/m㎡
屈服点
Ss41
41—52
22—25以上
Ss50
50—62
26—29以上
在炼钢炉中熔化钢制成产品，再把钢水倾倒入模型来定型。
FC25HT250
日本
牌号
中国
Fc15
HT150
13—19
Fc20
HT200
17—24
Fc25
HT250
22—18
抗拉强度
压制钢构造抗拉强度
钢
此钢用来制造钩子，别针。
易切割，易加热，易锻造。
S25c35
含碳量
钢含碳量
屈服强度
35
S35C
45以上
以上
45
S45C
58以上
4．冷轧板钢
在正常室温下，薄钢板被轧制，表面平滑，用于制造车身。
SPCC对应中国08AL
用途
冷轧钢板
钢
通常制成圆或方型，在承担轻物的部分中承担较重物。
STKM41
抗拉强度
机械
低合金无缝钢管
抗拉强度大于50kg/mm2的钢叫做“高强度钢”。
HT55Q345C
高强度钢屈服强度
强度
钢板名称
1：
日本钢铁
2：
川崎钢铁
HT-490
50kg/m㎡
33kg/m㎡
1
Q345C
HT-540
55kg/m㎡
36kg/m㎡
1、2
HG60
HT-590
60kg/m㎡
46kg/m㎡
1、1、2
HG70
HT-690
70-85kg/m㎡以上
HG80
HT-780
80-95kg/m㎡以上
70kg/m㎡
1、1、1
高强度钢的价值
减轻主臂的重量，增加主臂强度，提高起重机起重性能。
然而，主臂板变薄，则失稳性增加，所以主臂的横截面制成六边形，并且增加加强板。
使钢材回到“标准状态”。
当钢材被铸造，它的内部结构重组。
正火是把钢材加热，然后在空气中
自然冷却使其恢复原始状态，这使
钢转变为更加均匀的组织，且使其
内部应力回到原始状态。
将钢材加热到一定温度，保温一段
时间，然后在熔炉中随炉温慢慢冷
却的过程。
消除材料内部内应力。
将钢材加热到一定温度，然后置于冷
水中或其他
升级会员 