机械基础学习中的疑难点剖析

屈新伟

（河南省郑州市登封市中等专业学校， 河南 郑州 452470）

引言

机械基础作为机电与机制专业的专业基础课，是学习机械原理等后续课程的基础，对机械基础课中疑难点的透彻理解，会对后续课程的学习起到事半功倍的效果，由此特对机械基础学习中的疑难点剖析如下。

1 受力分析、受力图的基本概念与基本步骤

1.1 受力分析、受力图的概念

受力分析是指研究某个研究对象受到的力，并分析这些力对研究对象的作用情况，即研究各个力的作用位置、大小和方向。为了清晰地表示研究对象受力情况，需把研究对象从周围物体中单独取出，并画出研究对象所受其他物体的全部作用力，这种表示研究对象受力的简明图形，称为受力分析图。

1.2 画受力分析图的简明步骤

步骤一：选取研究对象。可以选取整个系统或系统中的某一构件作为研究对象。

步骤二：画出研究对象所受的全部作用力。包括主动力和约束反力。主动力为重力、风力、拉力；约束反力为研究对象受其他接触物体的作用力，根据接触形式不同，可分光滑接触表面的约束、柔性约束、光滑铰链约束、固定端约束四种类型，依据四种类型初步画出全部约束反力。

步骤三：分析系统中是否存在二力杆和三力汇交情况，如存在可简化或减少约束反力。

步骤四：分析受力图中全部力所属的力系类型，确定所建立方程的数目。

1.3 平衡方程的建立

汇交力系：建立（2 个方程）X，Y 方向上两个方程。

平行力系：建立（2 个方程）一个X 或Y 方向上的平衡方程和一个力矩方程。

任意力系：建立（3 个方程）X，Y 方向上的平衡方程和一个力矩方程。

建立平衡方程的简明步骤[1-2]：

步骤一：斜力的分解。将即不平行于X 轴，又不平行于Y 轴的任意方向上的斜力分解为X，Y 方向上的两个分力。

步骤二：X 方向上平衡方程的建立。将全部平行于X 轴的作用力分为沿X 轴正向与沿X 轴反向两种，沿X 轴正向的力全部相加放在方程的一边，沿X轴反向的力全部相加放在方程的另一边，即得X 方向上的平衡方程。

步骤三：Y 方向上平衡方程的建立（与X 方向同理）。将全部平行于Y 轴的作用力分为沿Y 轴正向与沿Y 轴反向两种，沿Y 轴正向的力全部相加放在方程的一边，沿Y 轴反向的力全部相加放在方程的另一边，即得Y 轴方向上的平衡方程。

步骤四：力矩方程的建立。

1）矩心的选取原则：取图中已知的特殊位置点且有尽可能多的未知力通过该点。

2）以矩心为转动中心，依次观察每一个作用力单独对研究对象的作用效果，使其绕矩心作顺或逆时针方向转动。

3）作用效果为顺时针方向转动的力矩相加放在方程的一边，作用效果为逆时针方向转动的力矩相加放在方程的另一边。

2 铰链四杆机构类型的判定

已知铰链四杆机构中组成四杆的长度，判定该机构的类型，因这些不是实物操作，从图中观察不出哪个杆能作整周回转，哪个杆只能左右摆动，但只要能综合地运用铰链四杆机构的基本知识，这些判定还是容易处理，总结出如下判定方法[3-4]：

1）看最长杆与最短杆之和是否大于其余两杆之和。大于则该机构为双摇杆机构，否则进行下面第2步判定。

2）最长杆与最短杆长度之和不大于（小于或等于）其余两杆之和时，有三种情况：若最短杆为机架，则该机构为双曲柄机构；若最短杆的邻杆为机架，则该机构为曲柄摇杆机构；若最短杆的对杆为机架，则该机构为双摇杆机构。

上述判定方法的掌握，不仅能顺利判定铰链四杆机构的类型，还可依据此判定方法进行逆推，从而可推导出各种类型的铰链四杆机构的组成条件，以及曲柄存在的条件。

3 螺旋传动中运动件移动方向的判定

螺旋传动利用的是螺旋副来传递运动和动力的传动装置。它可方便地实现从回转运动到往复直线运动的转变。如车床的大拖板，借助长螺杆与开合螺母的啮合，实现其直线往复运动。铣床工作台中螺杆的转动，带动工作台上下直线移动等。在教材中给出的判定法有其隐形限制条件，即教材中给出的左、右手法则，仅适用于螺旋副中一件运动的情况为螺母或螺杆既移动又转动，另一件不作运动；不适用于螺母和螺杆都运动的情况，即螺杆与螺母一个作转动，另一个作移动。

综上所述，在螺旋传动中判定运动件的移动方向可通过以下方法进行[5]：

1）判定螺母或螺杆的旋转方向（左旋或右旋）。

2）右旋伸右手（左旋伸左手），半握拳，四指顺着螺母或螺杆的旋转方向（也可将手掌按在螺杆的箭头上，四指与箭头指向一致）。

3）判定是一动还是两动（判定螺旋副中是一件既移动又转动还是两件同时运动）。

4）看大拇指的指向，一动同，两动反。（一件运动时，移动方向与大拇指的指向相同；两件运动时，移动方向与大拇指的指向相反）

4 蜗轮蜗杆传动中有关转向或旋向判定

4.1 蜗轮旋转方向的判定

在蜗轮蜗杆传动中，当蜗杆为右旋时，用右手（蜗杆为左旋时，用左手），半握拳，四指顺着蜗杆旋转方向，大拇指指的反方向为靠近蜗杆的半边蜗轮的旋转方向。如图1 所示。

如图2 所示实例，当蜗杆转动时，蜗轮作顺时针旋转，靠近蜗杆的半边蜗轮的旋转方向与大拇指的指向相反。

图3 中，蜗轮可见部分应向下转动（此图蜗杆在蜗轮的里边）。

4.2 蜗杆旋转方向或螺旋旋向的判定

方法同上，蜗杆旋转方向或螺旋旋向也可顺利地进行判定，

图1 判定蜗轮旋转方向

图2 判定蜗轮旋转方向

图3 判定蜗轮旋转方向

图4-1 为左旋蜗杆，伸出左手半握蜗杆，正握时（掌心向前），蜗轮旋转方向与大拇指指向相同，反握时（掌心向后），蜗轮旋转方向与大拇指指向相反，图4-1 蜗杆的旋转箭头应向右。同理，图4-2 中，右手握，指向相同，左手握，指向相反，所以图4-2 中蜗杆的螺旋方向为左旋。

图4 判定蜗杆旋转方向或螺旋旋向

5 结语

掌握以上实例剖析的要点，相信以后在处理这些方面的疑难点时能够做到既快又准，并能从中得到启示：学习应积极思维、融会要点，从而达到准确运用知识的目的。