機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)習(xí)中的疑難點(diǎn)剖析

屈新偉

（河南省鄭州市登封市中等專業(yè)學(xué)校， 河南 鄭州 452470）

引言

機(jī)械基礎(chǔ)作為機(jī)電與機(jī)制專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)機(jī)械原理等后續(xù)課程的基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)課中疑難點(diǎn)的透徹理解，會(huì)對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起到事半功倍的效果，由此特對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)習(xí)中的疑難點(diǎn)剖析如下。

1 受力分析、受力圖的基本概念與基本步驟

1.1 受力分析、受力圖的概念

受力分析是指研究某個(gè)研究對(duì)象受到的力，并分析這些力對(duì)研究對(duì)象的作用情況，即研究各個(gè)力的作用位置、大小和方向。為了清晰地表示研究對(duì)象受力情況，需把研究對(duì)象從周圍物體中單獨(dú)取出，并畫出研究對(duì)象所受其他物體的全部作用力，這種表示研究對(duì)象受力的簡(jiǎn)明圖形，稱為受力分析圖。

1.2 畫受力分析圖的簡(jiǎn)明步驟

步驟一：選取研究對(duì)象?？梢赃x取整個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)中的某一構(gòu)件作為研究對(duì)象。

步驟二：畫出研究對(duì)象所受的全部作用力。包括主動(dòng)力和約束反力。主動(dòng)力為重力、風(fēng)力、拉力；約束反力為研究對(duì)象受其他接觸物體的作用力，根據(jù)接觸形式不同，可分光滑接觸表面的約束、柔性約束、光滑鉸鏈約束、固定端約束四種類型，依據(jù)四種類型初步畫出全部約束反力。

步驟三：分析系統(tǒng)中是否存在二力桿和三力匯交情況，如存在可簡(jiǎn)化或減少約束反力。

步驟四：分析受力圖中全部力所屬的力系類型，確定所建立方程的數(shù)目。

1.3 平衡方程的建立

匯交力系：建立（2 個(gè)方程）X，Y 方向上兩個(gè)方程。

平行力系：建立（2 個(gè)方程）一個(gè)X 或Y 方向上的平衡方程和一個(gè)力矩方程。

任意力系：建立（3 個(gè)方程）X，Y 方向上的平衡方程和一個(gè)力矩方程。

建立平衡方程的簡(jiǎn)明步驟[1-2]：

步驟一：斜力的分解。將即不平行于X 軸，又不平行于Y 軸的任意方向上的斜力分解為X，Y 方向上的兩個(gè)分力。

步驟二：X 方向上平衡方程的建立。將全部平行于X 軸的作用力分為沿X 軸正向與沿X 軸反向兩種，沿X 軸正向的力全部相加放在方程的一邊，沿X軸反向的力全部相加放在方程的另一邊，即得X 方向上的平衡方程。

步驟三：Y 方向上平衡方程的建立（與X 方向同理）。將全部平行于Y 軸的作用力分為沿Y 軸正向與沿Y 軸反向兩種，沿Y 軸正向的力全部相加放在方程的一邊，沿Y 軸反向的力全部相加放在方程的另一邊，即得Y 軸方向上的平衡方程。

步驟四：力矩方程的建立。

1）矩心的選取原則：取圖中已知的特殊位置點(diǎn)且有盡可能多的未知力通過該點(diǎn)。

2）以矩心為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，依次觀察每一個(gè)作用力單獨(dú)對(duì)研究對(duì)象的作用效果，使其繞矩心作順或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

3）作用效果為順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩相加放在方程的一邊，作用效果為逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩相加放在方程的另一邊。

2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判定

已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中組成四桿的長(zhǎng)度，判定該機(jī)構(gòu)的類型，因這些不是實(shí)物操作，從圖中觀察不出哪個(gè)桿能作整周回轉(zhuǎn)，哪個(gè)桿只能左右擺動(dòng)，但只要能綜合地運(yùn)用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)，這些判定還是容易處理，總結(jié)出如下判定方法[3-4]：

1）看最長(zhǎng)桿與最短桿之和是否大于其余兩桿之和。大于則該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，否則進(jìn)行下面第2步判定。

2）最長(zhǎng)桿與最短桿長(zhǎng)度之和不大于（小于或等于）其余兩桿之和時(shí)，有三種情況：若最短桿為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；若最短桿的鄰桿為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；若最短桿的對(duì)桿為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

上述判定方法的掌握，不僅能順利判定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型，還可依據(jù)此判定方法進(jìn)行逆推，從而可推導(dǎo)出各種類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成條件，以及曲柄存在的條件。

3 螺旋傳動(dòng)中運(yùn)動(dòng)件移動(dòng)方向的判定

螺旋傳動(dòng)利用的是螺旋副來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)裝置。它可方便地實(shí)現(xiàn)從回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變。如車床的大拖板，借助長(zhǎng)螺桿與開合螺母的嚙合，實(shí)現(xiàn)其直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。銑床工作臺(tái)中螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)工作臺(tái)上下直線移動(dòng)等。在教材中給出的判定法有其隱形限制條件，即教材中給出的左、右手法則，僅適用于螺旋副中一件運(yùn)動(dòng)的情況為螺母或螺桿既移動(dòng)又轉(zhuǎn)動(dòng)，另一件不作運(yùn)動(dòng)；不適用于螺母和螺桿都運(yùn)動(dòng)的情況，即螺桿與螺母一個(gè)作轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)作移動(dòng)。

綜上所述，在螺旋傳動(dòng)中判定運(yùn)動(dòng)件的移動(dòng)方向可通過以下方法進(jìn)行[5]：

1）判定螺母或螺桿的旋轉(zhuǎn)方向（左旋或右旋）。

2）右旋伸右手（左旋伸左手），半握拳，四指順著螺母或螺桿的旋轉(zhuǎn)方向（也可將手掌按在螺桿的箭頭上，四指與箭頭指向一致）。

3）判定是一動(dòng)還是兩動(dòng)（判定螺旋副中是一件既移動(dòng)又轉(zhuǎn)動(dòng)還是兩件同時(shí)運(yùn)動(dòng)）。

4）看大拇指的指向，一動(dòng)同，兩動(dòng)反。（一件運(yùn)動(dòng)時(shí)，移動(dòng)方向與大拇指的指向相同；兩件運(yùn)動(dòng)時(shí)，移動(dòng)方向與大拇指的指向相反）

4 蝸輪蝸桿傳動(dòng)中有關(guān)轉(zhuǎn)向或旋向判定

4.1 蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定

在蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，當(dāng)蝸桿為右旋時(shí)，用右手（蝸桿為左旋時(shí)，用左手），半握拳，四指順著蝸桿旋轉(zhuǎn)方向，大拇指指的反方向?yàn)榭拷仐U的半邊蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向。如圖1 所示。

如圖2 所示實(shí)例，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，蝸輪作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，靠近蝸桿的半邊蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向與大拇指的指向相反。

圖3 中，蝸輪可見部分應(yīng)向下轉(zhuǎn)動(dòng)（此圖蝸桿在蝸輪的里邊）。

4.2 蝸桿旋轉(zhuǎn)方向或螺旋旋向的判定

方法同上，蝸桿旋轉(zhuǎn)方向或螺旋旋向也可順利地進(jìn)行判定，

圖1 判定蝸輪旋轉(zhuǎn)方向

圖2 判定蝸輪旋轉(zhuǎn)方向

圖3 判定蝸輪旋轉(zhuǎn)方向

圖4-1 為左旋蝸桿，伸出左手半握蝸桿，正握時(shí)（掌心向前），蝸輪旋轉(zhuǎn)方向與大拇指指向相同，反握時(shí)（掌心向后），蝸輪旋轉(zhuǎn)方向與大拇指指向相反，圖4-1 蝸桿的旋轉(zhuǎn)箭頭應(yīng)向右。同理，圖4-2 中，右手握，指向相同，左手握，指向相反，所以圖4-2 中蝸桿的螺旋方向?yàn)樽笮?/p>

圖4 判定蝸桿旋轉(zhuǎn)方向或螺旋旋向

5 結(jié)語

掌握以上實(shí)例剖析的要點(diǎn)，相信以后在處理這些方面的疑難點(diǎn)時(shí)能夠做到既快又準(zhǔn)，并能從中得到啟示：學(xué)習(xí)應(yīng)積極思維、融會(huì)要點(diǎn)，從而達(dá)到準(zhǔn)確運(yùn)用知識(shí)的目的。