◆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·m
稳定力矩=40t×4.5m=180t·m
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+4.5t×4m=118t·m
稳定力矩=40t×4.5m=180t·m
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)=━━━━━━━━━━━━━━━━
卷筒中心到绳子中心的距离(m)
◆
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·m
卷筒直径──────320mm
绳子直径──────16mm
第一层……卷筒总直径336mm(0.336m)
半径0.168m。
740Kg·m÷0.168米=4405Kg
第二层.........卷筒总直径368mm(0.368m)
半径0.184m。
740Kg·m÷0.168m=4022Kg
第三层..........卷筒总直径400mm(0.400m)
半径0.2m。
740Kg·m÷0.2m=3700Kg
第四层....….卷筒总直径432mm(0.432m)
半径0.216m。
740Kg·m÷0.216m=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。
例
◆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。
3.离心力和向心力
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。
4.功
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·m
◆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
<例如>
◆推动一个100Kg的盒子10m远:
摩擦力(T)=100Kg×0.4(摩
擦系数)=40Kg
功(W)=40Kg×10m=400Kg·m
什么是摩擦力
摩擦力=物体重量×摩擦系数
*摩擦系数举例:
黄铜与纯铁
0.46
纯铁与纯铁
0.40
铸铁与纯铁
0.20
杠杆作功原理
[问题]
将30Kg克的物体用杠杆升高0.3m。
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?
[答案]
杠杆对物体作功等于人对杠杆作功
①=30Kg×0.3m=9Kg·m
②=W×0.9m
9Kg·m=W×0.9m
W=10Kg
5.功率
“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。
<例如>
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=────────=26.7ps
75Kg·m/s
起重机B:
1000Kg×20m
───────=1000Kg·m/s
20s
1000Kg·m/s
用马力表示=────────=13.3ps
75Kg·m/s
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=76.04kgm/s=550bft/s
千瓦
1KW=102kgm/s
马力
1PS=735瓦特
第三章材料力学
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
Ⅰ材料力学
1.载荷及其类型
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
如:
载荷作用在垂直油缸上。
③剪切载荷
一重物要剪切材料
如:
载荷作用在螺丝钉上。
④压弯载荷
一重物要将材料压弯
如:
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。
如:
载荷作用在传动轴上。
2.按作用形式载荷的分类
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。
3.应力
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)
[问题]
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。
[答案]
20,000kg
应力=——————
4cm×5cm
=1000kg/cm2
4.许用应力
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1.7
<例如>
对于一个标准的柱型钢材“Q235-B.F”,材料的屈服极限是2500kg/cm2,安全系数是1.7,那么,许用应力可以通过以下计算。
2500kg/cm2÷1.7=1470kg/cm2
5.延伸率
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”。
<例如>
●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
[问题]
l=2000mm的钢杆被拉长至2000.6mm。
[答案]
2000.6mm-2000mm
延伸量=————————
2000mm
=0.0003
延伸率=0.03%
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)
第四章钢材
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
Ⅰ什么是钢
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0.04%。
②钢...........含碳量在0.04-2.1%之间。
3铸铁.........含碳量多于2.1%。
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0.5%的硅和少于0.8%的锰。
②合金钢
除碳以外,含至少0.5%的硅和至少0.8%的锰。
也有的合金钢含镍,铬和钼或铜。
例:
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:
增加强度
锰:
增加韧性
硫、磷:
含量越高,钢越脆
Ⅱ钢材的种类
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)
2.钢材二次制品
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)
Ⅲ钢材在起重机上的应用
1.热轧钢板
SS41Q235-B.F
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
kg/m㎡
Q235-B.F
Ss41
41—52
22—25以上
Q275-B.F
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。
2.铸铁(HT)
FC25HT250
日本
牌号
中国
牌号
抗拉强度
kg/m㎡
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
3.优质炭素结构钢
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
中国
牌号
日本
牌号
抗拉强度
kg/m㎡
屈服强度
kg/m㎡
35
S35C
45以上
26.5以上
45
S45C
58以上
34.5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
5.机械构造用碳素钢管
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
钢
6.高强度钢
抗拉强度大于50kg/mm2的钢叫做“高强度钢”。
HT55Q345C
抗拉强度
高强度钢屈服强度
中国牌号
日本牌号
抗拉强度
强度
屈服点
钢板名称
1:
日本钢铁
2:
川崎钢铁
HT-490
50kg/m㎡
以上
33kg/m㎡
以上
1
Q345C
HT-540
55kg/m㎡
以上
36kg/m㎡
以上
1、2
HG60
HT-590
60kg/m㎡
以上
46kg/m㎡
以上
1、1、2
HG70
HT-690
70-85kg/m㎡以上
60kg/m㎡
以上
1、2
HG80
HT-780
80-95kg/m㎡以上
70kg/m㎡
以上
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