機械設計基礎受力分析演講人：日期:目錄CATALOGUE02.靜力學分析方法04.結構件受力分析05.計算工具與驗證01.03.典型載荷與約束06.工程案例應用基本概念與原理01基本概念與原理PART受力分析定義與目標01受力分析定義受力分析是機械設計中對構件或系統所受外力及其作用效果進行詳細分析的一種方法。02受力分析目標確定構件或系統所受的外力大小、方向和作用點，為后續設計和校核提供依據。靜力學與動力學區別靜力學主要研究物體在靜止狀態下的受力情況，包括力的平衡條件和力的合成與分解等。靜力學動力學則研究物體在運動狀態下的受力情況，包括牛頓第二定律的應用、運動方程等。動力學0102常見受力類型分類拉伸、壓縮、剪切、扭轉等。按力的作用方式分類重力、彈力、摩擦力、接觸力、流體壓力等。按力的性質分類集中力、分布力等。按力的作用范圍分類02靜力學分析方法PART受力圖繪制步驟根據題目要求或實際情況，選擇需要分析的物體或系統。確定研究對象畫出受力圖簡化受力圖在研究對象上畫出所有主動力和約束反力，標明力的方向和大小。根據力的合成與分解原則，將多個力簡化為一個等效的力或力矩。平衡條件應用場景物體靜止狀態當物體處于靜止狀態時，其受到的合力為零，即所有作用在物體上的力相互平衡。物體勻速直線運動狀態求解未知力當物體處于勻速直線運動狀態時，其受到的合力為零，但各力之間需滿足動態平衡條件。通過平衡條件求解未知力或約束反力的大小和方向。123支反力計算模型剛體模型將物體視為剛體，不考慮其內部變形，通過靜力學平衡條件求解支反力。01彈性體模型考慮物體的彈性變形，根據彈性力學原理建立支反力與變形之間的關系式進行求解。02有限元模型將物體劃分為有限個單元，通過節點連接，利用有限元方法求解支反力和應力分布。0303典型載荷與約束PART靜載荷特性分析物體在靜止狀態下所受的載荷，不隨時間變化。靜載荷定義拉伸、壓縮、彎曲、剪切等。靜載荷分類導致結構形狀改變、產生應力、影響穩定性。靜載荷影響根據力的平衡條件，求解未知力。靜載荷計算動載荷定義物體在運動狀態下所受的載荷，隨時間變化。01動載荷類型周期性載荷、沖擊載荷、隨機載荷等。02動載荷影響產生動態應力、加速疲勞破壞、影響系統穩定性。03動載荷分析通過動力學方程計算動載荷大小及分布。04動載荷影響規律組合載荷疊加原則組合載荷定義疊加原理強度校核變形協調多種載荷同時作用于同一物體上。各載荷單獨作用時產生的效應疊加等于總效應。組合載荷下結構強度是否滿足要求。組合載荷下結構各部分變形是否協調。04結構件受力分析PART梁在彎曲時，上半部分受壓縮，下半部分受拉伸，中間層不受力，正應力大小與彎曲力矩和截面慣性矩有關。梁在彎曲時，截面內會產生剪應力，其大小與截面形狀和剪切力分布有關，需通過積分求解。梁彎曲后，軸線會變成曲線，變形程度取決于梁的剛度，即截面慣性矩和材料彈性模量。根據梁的實際受力情況，計算最大彎曲應力，并與材料的許用應力進行比較，確保梁的安全性。梁類構件彎曲應力彎曲正應力彎曲剪應力彎曲變形強度校核軸類零件扭矩分布扭矩計算軸在傳遞扭矩時，截面上的應力分布不均勻，離圓心越遠，應力越大，需通過計算確定危險截面。02040301強度條件根據軸的實際受力情況，計算最大剪應力，并與材料的許用剪應力進行比較，確保軸的安全性。扭轉剛度軸的扭轉剛度與其截面形狀、尺寸和材料彈性模量有關，剛度越大，軸在受扭矩時變形越小。穩定性校核對于細長軸，還需考慮其在受載時是否會發生失穩變形，如彎曲或扭轉變形。連接件剪切強度計算剪切面積連接件在剪切力作用下的有效面積，其大小與連接件的幾何形狀和尺寸有關。01剪切強度連接件抵抗剪切破壞的能力，其大小與連接件的材料和熱處理工藝有關。02強度校核根據連接件的實際受力情況，計算最大剪切應力，并與材料的許用剪切應力進行比較，確保連接件的安全性。03連接方式不同的連接方式（如螺栓連接、焊接、鉚接等）具有不同的強度和剛度，需根據實際需求選擇合適的連接方式。0405計算工具與驗證PART有限元仿真流程6px6px6px根據機械結構建立有限元模型，包括幾何形狀、材料特性、載荷和邊界條件等。建模通過有限元算法，計算模型在特定條件下的應力、應變等受力情況。求解將模型劃分為有限數量的單元，以進行數值計算。網格劃分010302將仿真結果與理論值或實驗數據進行對比，驗證仿真結果的準確性。結果驗證04傳統公式應用條件適用于線性彈性材料和小變形情況。彈性力學公式適用于塑性變形階段的分析，需考慮材料的屈服和硬化特性。塑性力學公式適用于分析機械系統的動態響應，需考慮慣性力和阻尼等因素。動力學公式誤差分析與修正數值誤差由于網格劃分、算法近似等原因導致的誤差，可通過增加網格數量、優化算法等方式減小。建模誤差實驗誤差由于模型簡化、假設條件等原因導致的誤差，可通過完善模型、提高假設準確性等方式修正。由于實驗設備、操作方法等原因導致的誤差，可通過提高實驗精度、多次實驗取平均值等方式減小。12306工程案例應用PART機床導軌受力優化機床導軌是機床的重要部件，通過分析導軌受力情況，可以優化導軌的結構和材料，提高導軌的剛性和精度。導軌受力分析減小摩擦阻力負載分布優化在導軌表面涂覆減摩材料，優化導軌的幾何形狀，以減小導軌運動時的摩擦阻力，提高機床的運動精度和壽命。根據導軌的受力情況，合理設計導軌的負載分布，使導軌在承受負載時能夠均勻受力，避免局部過載。傳動系統載荷匹配載荷分析傳動效率優化齒輪傳動設計傳動系統是將動力傳遞給工作部件的重要部分，通過分析傳動系統的載荷情況，可以優化傳動部件的尺寸和材料，提高傳動系統的承載能力。齒輪傳動是常見的傳動方式之一，通過優化齒輪的參數，如模數、齒數、螺旋角等，可以提高齒輪的承載能力，減小噪聲和振動。通過選擇合適的傳動比和傳動方式，可以優化傳動系統的效率，降低能源消耗。起重機承重結構驗證起重機是承受重載的機械設備，通過分析起重機的承重結構，可以驗證其結構是否安全可