機(jī)械設(shè)備第一章ppt

第一章剛體(gāngtǐ)的受力分析及其平衡規(guī)律1.力的概念及其性質(zhì)2.剛體的受力分析3.平面(píngmiàn)匯交系的簡化與平衡4.力矩、力偶、力的平移定理5.平面(píngmiàn)一般力系的簡化與平衡精品資料1.1力的概念(gàiniàn)及性質(zhì)1．力的概念力是物體間相互的機(jī)械作用，其結(jié)果使物體機(jī)械運動狀態(tài)(zhuàngtài)發(fā)生變化，或使物體變形。①內(nèi)容：相互作用與作用效果：力使物體的運動狀態(tài)(zhuàngtài)發(fā)生改變——外效應(yīng)：靜力學(xué)（本章討論）力使物體發(fā)生變形——內(nèi)效應(yīng)：材料力學(xué)范疇

B精品資料②特點：方向性→矢量：大小、方向、作用點（力學(xué)三要素）書寫符號：黑體F、P、Q或③分類：集中力：作用于物體(wùtǐ)表面一點；分布力：連續(xù)作用于物體(wùtǐ)某一表面積上.④單位：集中力：N、KN分布力：N/m2(Pa)N/mm2(MPa)

B精品資料2．剛體的概念把物體抽象成在外力作用下形狀和大小(dàxiǎo)都保持不變的力學(xué)模型，稱為剛體。目的：避免討論內(nèi)效應(yīng)，只討論外效應(yīng)。

B精品資料

作用(zuòyòng)在剛體上某點的力，可沿其作用(zuòyòng)線移動，而不改變它對剛體的作用(zuòyòng)。3．力的基本性質(zhì)①力的可傳性：作用在剛體上的力，可以沿其作用線移到剛體上的任一點而不改變(gǎibiàn)對該剛體的外效應(yīng)。==ABFABFABFF’F”精品資料②力的成對性：作用(zuòyòng)與反作用(zuòyòng)定律。兩物體間的相互作用力，大小相等，方向(fāngxiàng)相反，作用線沿同一直線。F=－F’精品資料F1F2FRF1F2FRFR=F1+F2③力的可合性：等效(děnɡxiào)代替。（平形四邊形法則）精品資料力多邊形法則(fǎzé)平面匯交力系可合成為通過匯交點的合力(hélì)，其大小和方向等于各分力的矢量和。精品資料OFRFXFYFX1FY1FFYFX④力的可分性：等效(děnɡxiào)分解。精品資料⑤力的可消性：相互抵消(dǐxiāo)，稱之平衡。

BFPFP′精品資料4.二力處于(chǔyú)平衡大小相等，方向相反，作用線方位相同→二力平衡構(gòu)件稱為二力桿。

B精品資料二力平衡(pínghéng)公理F=－F’二力平衡(pínghéng)必共線二力構(gòu)件問題：二力平衡和作用力與反作用力規(guī)律的比較？精品資料5.三力處于平衡三個力的作用(zuòyòng)線必匯交于一點→三力平衡匯交定律。

B精品資料1.2剛體(gāngtǐ)的受力分析1．約束與約束反力的概念引起物體運動狀態(tài)改變或具有改變運動狀態(tài)趨勢的力為主動力(dònglì)。阻礙物體改變運動狀態(tài)的力為約束力，稱約束反力。把構(gòu)成阻礙發(fā)生運動狀態(tài)的物體稱為約束體，簡稱約束（把自由體變?yōu)榉亲杂审w）。

B精品資料物體(wùtǐ)受力分類：主動力、約束力。自由體和非自由體在空間的位移不受任何(rènhé)限制的物體稱為自由體。位移受到限制的物體稱為非自由體。問題的重點:飛機(jī)是自由體還是非自由體？飛機(jī)約束反力的大小、方向、作用點（線），力線方位。精品資料2．約束(yuēshù)的種類①柔軟體約束：繩索、鏈條、皮帶等。特點：只有柔軟體被拉直時才能起約束作用；只能限制非自由體沿柔軟體伸直的方位朝外運動，限制不了其它(qítā)方向的運動。約束特性:阻礙物體沿繩索伸長方向的位移。約束力:拉力。

B精品資料2．約束的種類②光滑接觸面約束構(gòu)成：光滑表面、棱邊(lénɡbiān)、光滑曲面。(光滑的含義：省略了摩擦力)特點：約束與非自由體之間的相互作用力的作用線與過接觸點的公法線重合。

B精品資料2．約束的種類③鉸鏈約束構(gòu)成：相互轉(zhuǎn)動而不相互移動——圓柱銷與孔。特點：銷釘(xiāodīng)的約束反力在該平面內(nèi)的360°范圍內(nèi)都有可能出現(xiàn)，約束反力的力作用線必通過銷釘(xiāodīng)的中心。表示方法：用正交分解的二個銷釘(xiāodīng)分量（X方向、Y方向）表示。

BB精品資料2．約束的種類(zhǒnglèi)③鉸鏈約束

B固定鉸鏈支座活動鉸鏈支座精品資料FB1XFB1Y1F`B2XF`B2YF`B1XF`B1YBFB2XFB2Y2銷釘(xiāodīng)12B約束特性：阻礙沿半徑方向的任何位移。約束反力：方位和指向不能確定(quèdìng)。用兩個正交分力表示。精品資料

3．剛體受力分析方法①受力分析是確定物件相互作用力的力線方位(fāngwèi)；②用受力圖表示。受力圖的構(gòu)成：研究對象、已知力、約束反力；③畫受力圖的三個步驟：依問題的要求，確定研究對象，將其從約束中分離出來；畫出已知力：重力、載荷等；分析約束的類型與特點畫出約束反力；④受力分析的一條原則：只有直接接觸的兩個構(gòu)件之間才有相互作用的力！

B精品資料受力分析示例2.比較(bǐjiào)AB桿與BC桿的受力。1.畫出圓盤(yuánpán)的受力圖；精品資料圓盤(yuánpán)的受力圖WFR2FR1精品資料CFR1′FCyFCxFAxFAy二桿的受力圖WFR2FR1WFR2FR1精品資料CFCyFCxBC桿的受力圖(lìtú)FByFBxCFR1′FCyFCxFAxFAy精品資料FR1′FAxFAyAB桿的受力圖FBx′FBy′CFR1′FCyFCxFAxFAy精品資料FR1′FAxFAyCFCyFCx受力分析中的作用與反作用FBx′FBy′FByFBx精品資料CFCyFCxFByFBxBC桿受力精品資料CFBC′FBC二力桿(二力構(gòu)件(gòujiàn))精品資料FR1′FAxFAyFBx′FBy′AB桿受力精品資料O三力匯交FR1′FAFB精品資料1.3平面(píngmiàn)匯交力系的簡化與平衡1．平面匯交力系：各力的作用線位于同一平面內(nèi)且匯交于一點的力系。2．平面匯交力系的簡化簡化的理論基礎(chǔ)：力的基本性能；簡化方法：解析法；力的可傳性：把所有力移到一個作用點上（匯交于一點）力的可分性：把多個力正交分解為兩個分量（水平方向(fāngxiàng)與垂直方向(fāngxiàng)）。Rx=R1x+R2x+R3x+R4xRy=R1y+R2y+R3y+R4y

B精品資料力的可合性：把二個方向上的力等效合成(héchéng)為一個合力。

若用直角坐標(biāo)系表示：

B精品資料3．平面匯交力系的平衡條件①處于平衡——力相互抵消——力的可消性必有

稱為平面匯交力系的平衡條件。②兩個獨立的方程：可以求解兩個未知量。

③未知力方向難以確定時，可以先進(jìn)行假設(shè)：計算結(jié)果為正，假設(shè)與實際(shíjì)一致;計算結(jié)果為負(fù)，假設(shè)與實際(shíjì)相反。

B精品資料④解決平面匯交力系平衡問題的解題步驟：

a.依題意，找出研究主體；

b.作研究主體的受力圖：要把已知的主動力和未知的約束反力全部繪出，不能遺漏、若約束反力不能預(yù)先判明，可以進(jìn)行假定。

c.在力系的匯交點或適當(dāng)?shù)牡胤浇⑦m當(dāng)?shù)闹睒?biāo)坐標(biāo)系，列出平衡方程，從而(cóngér)解出所求未知量；

d.若在所列方程中，未知力數(shù)目超過二個，就需要另找一個研究對象。精品資料1.4力矩、力偶(lìǒu)、力的平移定理1．力矩（moment）力對剛體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)：力F與力線到支點O的垂直距離h的乘積(chéngjī)F·h——稱力F對O點的矩，簡稱力矩。定義：力對O點的矩是力使物體產(chǎn)生繞O點轉(zhuǎn)動效應(yīng)的度量。記為：

精品資料力對點之矩的概念(gàiniàn)力使剛體繞某點轉(zhuǎn)動效應(yīng)(xiàoyìng)的度量。它綜合反映了力的三要素，是一代數(shù)量。②十、一為轉(zhuǎn)向：規(guī)定：逆時針轉(zhuǎn)向為正，順時針轉(zhuǎn)向為負(fù)。③單個外力作用：必須有支點或轉(zhuǎn)軸的幫助。①力矩為代數(shù)量；精品資料合力矩(lìjǔ)定理合力對某點之矩等于(děngyú)各分力對該點之矩的代數(shù)和，即MO(FR)=

MO(Fi)證明：力矩矢

MO(F)=r×FFR=F1+F2+…+Fnr×FR=r×F1+r×F2+…MO(FR)=MO(F1)+MO(F1)＋…MO(FR)=∑MO(Fi)精品資料qaaP=q·aAMA(F)=qa·3／2·a=3／2·qa2例：求分布力q（均勻分布）對點A的力矩(lìjǔ)。精品資料2．力偶(lìǒu)①概念：力偶是一對等值、反向、力作用線不重合的力，它使物體(wùtǐ)產(chǎn)生純轉(zhuǎn)動效應(yīng)，記作（F，F(xiàn)′），二力之間的垂直距離d稱為力偶臂。

B大小相等、方向相反、作用線平行的兩個力構(gòu)成的特殊力系。精品資料力偶矩：二力對某點之矩的代數(shù)和為力偶矩——對轉(zhuǎn)動效應(yīng)(xiàoyìng)的度量,記為m（F，F(xiàn)′）有m（F，F(xiàn)′）=mo(F)+m0(F′)=F(x+d)-F′x=F·dm（F，F(xiàn)′）=±F·d（Nm、KN·m）

B力偶(lìǒu)對點之矩MO(F)＋MO(F’)=F·(d＋x)

－F’·x=F·d力偶對任一點之矩等于力偶矩，而與矩心位置無關(guān)。精品資料與力矩相比：同為轉(zhuǎn)動效應(yīng)代數(shù)量：十、一為轉(zhuǎn)動方向，同樣(tóngyàng)逆時針轉(zhuǎn)向為正，順時針轉(zhuǎn)向為負(fù)，力偶不需支點或固定軸。力偶只能與力偶平衡，本身不平衡！。

②力偶的性質(zhì)：a.等效變換性；b.基本物理量；c.可合成性。合力偶m=∑mi=m1+m2+……+mn

B精品資料3．力與力偶的聯(lián)系——力的平移定理通過演示說明：可以把作用在物體上的力平行移動到任一點，但必須在該力與選定點所決定的平面內(nèi)附加(fùjiā)一個力偶，附加(fùjiā)力偶的矩等于原力對選定點的距。——力與力偶之間的聯(lián)系，稱為力的平移定理。力偶對物體的轉(zhuǎn)動效應(yīng)用力偶矩度量。

B精品資料在O點作用什么(shénme)力系才能使二者等效？力的平移(pínɡyí)定理精品資料力的平移(pínɡyí)定理加減(jiājiǎn)平衡力系，兩者等效F和F'組成了力偶精品資料1.5平面一般(yībān)力系的簡化與平衡1．平面一般力系的概念：各力的作用線位于同一(tóngyī)平面內(nèi)，但既不全部匯交于一點，也不全部互相平行的力系稱為平面一般力系。2．平面一般力系簡化的理論基礎(chǔ)：a.平面匯交力系可用一個力等效代替；b.同平面內(nèi)的力偶系可用一個合力偶等效代替；c.力的平移定理。

B精品資料1.5平面(píngmiàn)一般力系的簡化與平衡3．簡化的方法與步驟①以力的平移定理為基礎(chǔ)，將平面一般力系向作用面任一點簡化，轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)為一個平面匯交力系和一個平面力偶系。②平面匯交力系可用一個合力等效代替。③平面力偶系可用一個合力偶等效代替m0=M0(P1)+M0(P2)+……把m0稱原力系對O點的主矩。

B精品資料4．結(jié)果分析①簡化得合力：R0≠0，m≠0運用力的平移定理(dìnglǐ),進(jìn)一步合成為一個力R。

②簡化得力偶：R0=0，m≠0對平面一般力系而言，若滿足依然不平衡，因m≠0轉(zhuǎn)動！

③處于平衡：R0=0，m=0無移動無轉(zhuǎn)動，平衡！

B∑X=0;∑Y=0,精品資料5．平衡(pínghéng)方程的建立

B∑X=0∑Y=0∑M(F)=0相互(xiānghù)獨立，可解三個未知量。精品資料例題1-1：起重機(jī)重P1=10kN，重物(zhònɡwù)P2=40kN，求在止推軸承A和軸承B處的反作用力。解：起重機(jī)為研究(yánjiū)對象∑X=0FAX＋FB=0∑Y=0FAＹ－P1－P2=0∑MA=0－FB·５－P1·１.5－P2·3.5=0FAＹ=50kNFB=－31kNFAX=31kN精品資料例題1-2:外伸梁的尺寸及載荷(zàihè)如圖，試求鉸支座A及輥軸支座B的約束力。

解：取AB梁為研究(yánjiū)對象∑X=0FAX－1.5×cos60°=0FAX=0.75kN∑MA=0FB×2.5－1.2－2×1.5－1.5×sin60°×(2.5+1.5)=0FB=3.75kN精品資料∑Y=0FAy＋FB－2－1.5×sin60°=0FAy=－0.45kN校核(xiàohé)∑MB(F)=0精品資料例題(lìtí)1-3：懸臂式起重機(jī)已知：OB=AB,θ=45,重物D重G=5kN,梁重OA不計。求：鋼索BC的拉力及