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1、机电基础知识第一章 力学第二章 运动与作功第三章 材料力学第四章 钢材第五章 电气第六章 机械要素第七章 液压第一章 力学 力1什么是力2力的平衡3力的三要素4力的合成5力的分解 滑轮1定滑轮与拉力2动滑轮与拉力3绳子的行程4滑轮组 力矩与扭矩1力矩2力矩平衡3稳定面4扭矩5卷扬卷筒的拉力、力1、什么是力？力是物体对物体的作用。在力学中，下面两种行为被叫做“力 ”。1 能够使物体从静止状态到运动状态的行为 。例如：“打的好！”用高尔夫球棍撞击球。 球棍对静止的球施加了“力”。球在强的动力作用下飞起来了。2 能够使运动的物体改变速度或方向的行为，又或是能够使运动的物体静止的行为。例如：“接的好！

2、”用网球拍接打球。球拍对飞过来的球施了“力”。 球改变了运动方向，向对手方向飞去。2、力的平衡力在物体之间的作用力是相互的，所以如果有力作用于一个物体，反作用力必然作用于相反方向上。因此，作用力和反作用力是一对儿相互作用力，如果物体处于静止状态，这两个作用力大小相等，方向相反。例如 当猴子对盒子施力，盒子会给猴子一个同样大小的力。* 此例中，若猴子施力5kg，那么盒子同 样给猴子一个5kg的反作用力。 地面分别给汽车的前后轮一个与前后轮对地面压力相同的力。 在操作起重机中，有一个巨大的力施加在了起重机的支腿上，地面同样也给支腿一个相同大小的力。3、力的三要素力有三要素，“力的大小”，“力的方向

3、 ”，“力的作用点”。力的三要素是力学的基础当学习“力”时，这三要素是根本，要好好记住。例如 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。 用绳子拉小车力的大小：小女孩手施的力。力的方向：拉小车绳子的方向。力的作用点：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

4、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

5、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=FCosF2=FSinTan=B/Asin=B/Ccos=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=0.9397 sin20=0.3420答案垂直方向分力F14000kgcos204000kg0.9397=3760kg(垂直) 水平

6、方向分力F24000kgsin20 4000kg0.3420=1370kg(水平)、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

7、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。、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80K的重物时,拉绳子的力最少为40K。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 20K6=120K提升动滑轮的有6根绳子，每根绳子施

8、力20千克，所以答案是120K。问 题问题如图所示有4个滑轮组合成的滑轮组，当提升一个重40K的物体时，需要多大的力拉绳子?答案40K/4=10K提升动滑轮的有4根绳子,所以每根绳子施力最少10K。 力矩与扭矩、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（）与力臂（）的乘积，所以力矩的单位是或千克米。同理，根据不同情况，其他常用单位有“” （吨米）和 “”（千克厘米）。、力矩平衡就像力的平衡一样，当力矩

9、达到平衡状态时，物体是静止的。 例如，一只重600的大象坐在跷跷板右边离支点2 的地方，一只重400K的熊坐在左边离支点3的地方。 大象的力矩=6002=1200 熊的力矩=4003=1200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。、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：GLW1L1+W2L2翻转状态：GLW1L1+W2L2 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=1015+56m=180稳定力矩=40t4.5m=180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

10、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=10t10m+4.5t4m=118tm稳定力矩=40t4.5m=180tm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、扭矩、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

11、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（Kgm） 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？ 卷筒轴线扭矩740Kgm 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。 740Kgm0.168米=4405Kg第二层.卷筒总直径368mm（0.368m） 半径0.184m。 740Kgm0.168m=4022Kg第三层.卷筒总直径400mm（0.400m） 半径0.2m。

12、 740Kgm0.2m=3700Kg第四层.卷筒总直径432mm（0.432m） 半径0.216m。 740Kgm0.216m=3426Kg第二章 运动与做功 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 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

13、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

14、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。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（Kgm

15、）=力的大小（Kg）物体移动的距离（m） 举一个100Kg的箱子上升10m功=100Kg10m=1000Kgm 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=TL 推动一个100Kg的盒子10m远：摩擦力（T）=100Kg0.4（摩擦系数）=40Kg功（W）=40Kg10m=400 Kgm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

16、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 =30Kg0.3m=9 Kgm =W0.9m 9 Kgm =W0.9m W=10 Kg5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。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： 1000Kg20m

17、 =2000 Kgm /s10s2000 Kgm /s 用马力表示= =26.7ps 75 Kgm /s 起重机 B： 1000Kg20m =1000 Kgm /s20s1000 Kgm /s 用马力表示= =13.3ps 75 Kgm /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/s1HP=76.04kgm/s=550bft/s千瓦1KW=102kgm/s马力1PS=735瓦特第三章 材料力学 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 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

18、据力的施加方式，可以把载荷划分为不同的类型。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。压缩载荷一重物要压缩材料如：载荷作用在垂直油缸上。剪切载荷一重物要剪切材料如：载荷作用在螺丝钉上。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。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。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

19、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4cm5cm的长方体的应力。答案20，000kg应力 = 4cm5cm = 1000kg/cm24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

20、 许用应力移动式起重机设计的标准是安全系数等于1.7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/cm21.7=1470kg/cm25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”。 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

21、，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

22、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 什么是钢1钢的分类2钢材的

23、分类（按化学成分）3钢的五元素 钢材的种类1钢材一次制品2钢材二次制品 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 钢的热处理1正火2退火3淬火4回火 什么是钢1、钢的分类按照含碳量的不同定义如下： 纯铁. 含碳量少于 0.04%。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”。碳素钢除碳以外还含有少于0.5%的硅和少于0.8%的锰。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

24、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 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：棒材（圆形，方形，六边形）板材（薄，中，厚）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） 线材产品（钢琴线，线路） 薄钢板（冷轧制钢板，镀锡铁板） 钢管产品（构造用碳素钢管，配管用碳素钢管） 钢材在起重机上的应用1热轧钢板S S 41 Q235-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

25、强度kg/m屈服点kg/mQ235-B.FSs4141522225以上Q275-B.FSs5050622629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）F C 25 HT250日本牌号中国牌号抗拉强度kg/mFc15HT1501319Fc20HT2001724Fc25HT2502218 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。S 25c 35 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/m35S35C45以上26.5以上45S45C58以上34.5以上4冷轧板钢在正常室温下，薄钢板被轧制

26、，表面平滑，用于制造车身。S PC C 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。S TK M 41 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”。HT 55 Q345C 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-49050kg/m以上33kg/m以上1Q345CHT-54055kg/m以上36kg/m以上1、2HG60HT-59060kg/m以上46kg/m以上1、1、2HG70HT-69070-85kg/m以上60kg/m以上1、2HG80HT-78080-95kg/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