第讲数学在机械中的简单应用-精品教育课件.ppt
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1、淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件1 1第第3 3讲讲-数学在机械中的简单应用数学在机械中的简单应用一、曲柄存在的条件一、曲柄存在的条件二、极位夹角和摇杆摆动角的计算二、极位夹角和摇杆摆动角的计算三、三、V带传动的形式及使用特点带传动的形式及使用特点淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件2 21.1.熟练掌握四杆机构中曲柄存在的条件;熟练掌握四杆机构中曲柄存在的条件;2.2.熟练掌握利用余弦定理求曲柄摇杆机构中极位夹角和摇杆熟练掌握利用余弦定理求曲柄摇杆机构中极位夹角和摇杆的摆动角;的摆动角;3.3.掌握掌握V V带传动中的胶带几何长度和小带轮包角的计算
2、。带传动中的胶带几何长度和小带轮包角的计算。学习目标学习目标淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件3 3重重 点点难难 点点1 1、极位夹角和摇杆摆动角的计算;、极位夹角和摇杆摆动角的计算;2 2、胶带几何长度和小带轮包角的计算、胶带几何长度和小带轮包角的计算1 1、极位夹角和摇杆摆动角的计算;、极位夹角和摇杆摆动角的计算;2 2、胶带几何长度和小带轮包角的计算、胶带几何长度和小带轮包角的计算淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件4 41、机械基础四杆机构中的有关知识:、机械基础四杆机构中的有关知识:(1)(1)平面铰链四杆机构的分类:平面铰链四杆机构的分类
3、:曲柄摇杆机构;曲柄摇杆机构;双曲柄机构;双曲柄机构;双摇杆机构;双摇杆机构;一、曲柄存在的条件一、曲柄存在的条件淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件5 5(2)(2)平面四杆机构的有关名词:平面四杆机构的有关名词:ABCD机架固定件机架固定件ABAB连杆不与机架直接连接连杆不与机架直接连接CDCD连架杆与机架直接连接连架杆与机架直接连接ADAD、BCBC曲柄能做整圈回转的连架杆曲柄能做整圈回转的连架杆ADAD摇杆只能在小于摇杆只能在小于3603600 0 内摆动的连架杆内摆动的连架杆BCBC曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄(AD),(AD)
4、,另一个为摇杆另一个为摇杆(BC)(BC)的四杆机构的四杆机构678910111213141516171819202122232425262728淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件2929(3)(3)极位夹角极位夹角 当主动杆、摇杆分别摆到两个极限位置时,从动曲当主动杆、摇杆分别摆到两个极限位置时,从动曲柄与连杆也相应共线,曲柄的两个对应位置所夹的锐柄与连杆也相应共线,曲柄的两个对应位置所夹的锐角称为极位夹角。(如图中的角角称为极位夹角。(如图中的角)(4)(4)死点位置死点位置 当平面铰链四杆机构的从动曲柄转至该点时,使得当平面铰链四杆机构的从动曲柄转至该点时,使得机构
5、转不动或出现运动不确定现象,机构的这种位置机构转不动或出现运动不确定现象,机构的这种位置称为死点位置。(如图中的点称为死点位置。(如图中的点D1、D2)1C2CAB1D2D淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件3030(5)5)摇杆的摆动夹角摇杆的摆动夹角1C2CAB1D2D 当曲柄摇杆机构的曲柄与连杆两次共线时,摇杆在当曲柄摇杆机构的曲柄与连杆两次共线时,摇杆在两个极限位置之间的夹角,称为摇杆的摆动夹角。两个极限位置之间的夹角,称为摇杆的摆动夹角。(如图中的角(如图中的角)淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件3131 如图所示,图中的杆如图所示,图中的杆
6、1 1和和3 3是连架杆,杆是连架杆,杆4 4是机架,是机架,杆杆2 2是连杆。连架杆是连杆。连架杆1 1能否成为曲柄,则取决于机能否成为曲柄,则取决于机构中各杆的长度关系和选择哪个构件为机架有关。构中各杆的长度关系和选择哪个构件为机架有关。即要使连架杆成为能整周转动的曲柄,各杆必须即要使连架杆成为能整周转动的曲柄,各杆必须满足一定的长度条件,这就是所谓的曲柄存在的满足一定的长度条件,这就是所谓的曲柄存在的条件。条件。1243ABCD下面我们就来推导一下曲柄存在的条件下面我们就来推导一下曲柄存在的条件2 2、曲柄存在的条件、曲柄存在的条件淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件
7、3232 如右图所示的曲柄摇杆机构,如右图所示的曲柄摇杆机构,其中其中ABAB为曲柄,为曲柄,BCBC为连杆,为连杆,CDCD为为摇杆,摇杆,ADAD为机架,它们的长度分为机架,它们的长度分别用别用a a、b b、c c、d d来表示,在来表示,在ABAB转转动一周中,曲柄动一周中,曲柄ABAB与机架与机架ADAD两次两次共线。共线。由图形可知:由图形可知:aABABAB21bCBCBBC2211cCDDCDC21dAD ABCD1B2B1C2CabcdabdcABCD淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件33331BDCB11当连杆在当连杆在点时,形成点时,形成所以有所以有
8、DBDCCB1111即即dacb-AD1B1Ccbda淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件3434AD2B2Ccad b2BDCB22当连杆在当连杆在点时,形成点时,形成所以有所以有 2222CBDCDB得得bcad)(badc-即即DCCBDB2222得得cbad)(即即cadb -淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件3535联立并化简为联立并化简为dacbbadccadb将式、分别两两相加,则得将式、分别两两相加,则得即即ABAB杆为最短杆。杆为最短杆。ac abad ABCD1B2B1C2Cabcd淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课
9、件课件3636在曲柄摇杆机构中,要使连架在曲柄摇杆机构中,要使连架杆杆ABAB为曲柄,它必须是四杆中的为曲柄,它必须是四杆中的最短杆,且最短杆与最长杆长度最短杆,且最短杆与最长杆长度之和应小于其余两杆长度之和,之和应小于其余两杆长度之和,考虑到更一般的情形,可将铰链考虑到更一般的情形,可将铰链四杆机构曲柄存在条件概括为:四杆机构曲柄存在条件概括为:(1)(1)连架杆与机架中必有一个最短杆;连架杆与机架中必有一个最短杆;(2)(2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于最短杆与最长杆长度之和必小于或等于 其余两杆长度之和。其余两杆长度之和。上述两条件必须同时满足,否则机构中无曲柄存在上述两条件必须同
10、时满足,否则机构中无曲柄存在 ABCD1B2B1C2Cabcd所以曲柄存在的条件为所以曲柄存在的条件为淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件37371.1.若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和小于或等若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和,则可能有以下三种情况:于其余两杆长度之和,则可能有以下三种情况:以最短杆的相邻杆为机架,则最短杆为曲柄,而与机架相以最短杆的相邻杆为机架,则最短杆为曲柄,而与机架相连的另一杆为摇杆,则该机构为曲柄摇杆机构。连的另一杆为摇杆,则该机构为曲柄摇杆机构。以最短杆为机架,则其相邻两杆均为曲柄,故该机构为双以最短杆
11、为机架,则其相邻两杆均为曲柄,故该机构为双曲柄机构。曲柄机构。以最短杆的相对杆为机架,则无曲柄存在,因此该机构为以最短杆的相对杆为机架,则无曲柄存在,因此该机构为双摇杆机构。双摇杆机构。2.2.若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和大于其余若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和,则无论以哪一杆为机架,均为双摇杆机构。两杆长度之和,则无论以哪一杆为机架,均为双摇杆机构。根据曲柄条件,还可作如下根据曲柄条件,还可作如下重要推论重要推论淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件3838曲柄摇杆机构:取最短杆的邻杆为机架曲柄摇杆机构:取最短杆的邻杆为机架 双摇
12、杆机构:取最短杆的对杆为机架双摇杆机构:取最短杆的对杆为机架 最短杆长度与最长杆长度之和大于最短杆长度与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和其余两杆长度之和双曲柄机构:取最短杆为机架双曲柄机构:取最短杆为机架即即:ABCDabcd淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件3939解:因为解:因为ABAB杆最长,杆最长,ADAD杆最短杆最短 AB+AD=450+200=650mmAB+AD=450+200=650mm,BC+CD=400+300=700mm BC+CD=400+300=700mm 要使该机构是双曲柄机构,在满足最短杆与最长要使该机构是双曲柄机构,在满足最短杆与最长杆之
13、和小于其余两杆之和的情况下,还必须以最短杆之和小于其余两杆之和的情况下,还必须以最短杆为机架,故以杆为机架,故以ADAD杆为机架;杆为机架;ABCD300400450200所以四杆尺寸满足最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和。所以四杆尺寸满足最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和。例例1:1:在铰链四杆机构中,各杆件尺寸分别为在铰链四杆机构中,各杆件尺寸分别为AB=450mm,BC=400mm,CD=300mm,AD=200mmAB=450mm,BC=400mm,CD=300mm,AD=200mm。若以若以 为机架,则为双曲柄机构;为机架,则为双曲柄机构;若以若以 为机架,则为曲柄摇杆机构;为机架,
14、则为曲柄摇杆机构;若以若以 为机架,则为双摇杆机构。为机架,则为双摇杆机构。淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件4040ABCD300400450200例例1:1:在铰链四杆机构中,各杆件尺寸分别为在铰链四杆机构中,各杆件尺寸分别为AB=450mm,BC=400mm,CD=300mm,AD=200mmAB=450mm,BC=400mm,CD=300mm,AD=200mm。若以若以 为机架,则为双曲柄机构;为机架,则为双曲柄机构;若以若以 为机架,则为曲柄摇杆机构;为机架,则为曲柄摇杆机构;若以若以 为机架,则为双摇杆机构。为机架,则为双摇杆机构。解:解:要使该机构为曲柄摇杆
15、机构,在满足最短杆与最长杆要使该机构为曲柄摇杆机构,在满足最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和的情况下,还必须以最短杆的相之和小于其余两杆之和的情况下,还必须以最短杆的相邻杆为机架,即以邻杆为机架,即以ABAB或或CDCD为机架;为机架;要使该机构为双摇杆机构,在满足最短杆与最长杆之要使该机构为双摇杆机构,在满足最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和的情况下,还必须以最短杆的相对和小于其余两杆之和的情况下,还必须以最短杆的相对杆为机架,即以杆为机架,即以BCBC杆为机架;杆为机架;淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件4141例例2 2:已知如图所示铰链四杆机构已知如图所示铰链四杆
16、机构ABCDABCD中,中,BC=50mm,CD=35mm,AD=30mmBC=50mm,CD=35mm,AD=30mm,取,取ADAD为机架,为机架,(1)1)如果该机构能成为如果该机构能成为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构,且,且ABAB是曲柄,求杆是曲柄,求杆ABAB的取值范围;的取值范围;解:解:(1 1)ADAD为机架,要使该机构为曲柄摇杆机构,为机架,要使该机构为曲柄摇杆机构,ABAB为曲为曲柄,必须满足最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,柄,必须满足最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,且以最短杆的相邻杆为机架,最短杆为曲柄,即且以最短杆的相邻杆为机架,最短杆为曲柄,即ABAB
17、杆最短。杆最短。其中已知其中已知BCBC杆为最长杆杆为最长杆,所以有所以有mmABADABCDADBCAB15ABCD355030?淮南矿业技师学院淮南矿业技师学院应用数学应用数学课件课件4242解:解:(2 2)ADAD为机架,为机架,要使该机构成为双曲柄机构,应满足必须要使该机构成为双曲柄机构,应满足必须满足最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,最短杆为满足最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和,最短杆为机架。机架。所以所以ADAD杆最短杆最短,则最长杆可能为,则最长杆可能为BCBC杆,也可能是杆,也可能是ABAB杆,杆,也有可能一样长。也有可能一样长。例例2 2:已知如图所示铰链四
18、杆机构已知如图所示铰链四杆机构ABCDABCD中,中,BC=50mm,CD=35mm,AD=30mmBC=50mm,CD=35mm,AD=30mm,取,取ADAD为机架,为机架,(2)2)如果该机构能成为如果该机构能成为双曲柄机构双曲柄机构,求杆,求杆ABAB的取值范围;的取值范围;ABCD355030?若若ABAB杆为最长杆杆为最长杆,有有AB+ADBC+CD,AB+ADBC+CD,所以有所以有AB55mm,AB55mm,即即 50mmAB55mm 50mmAB55mm若若BCBC杆为最长杆杆为最长杆,有有BC+ADAB+CDBC+ADAB+CD,所以有,所以有AB45mm,AB45mm,即
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