機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 構(gòu)件的外力分析 課件

主講人：田艷行模塊一構(gòu)件的外力分析Externalforceanalysisofmoduleonecomponent機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)靜力學(xué)的基本概念與基本公理受力分析平面力系及合成一二三靜力學(xué)的基本概念與基本公理一一、靜力學(xué)的基本概念1.力與力的投影力的矢量

一、靜力學(xué)的基本概念1.力與力的投影

力的投影作用于一個(gè)構(gòu)件上的若干個(gè)力稱(chēng)為力系。若兩個(gè)力系對(duì)構(gòu)件的作用效果完全相同，則這兩個(gè)力系稱(chēng)為等效力系。若一個(gè)力與一個(gè)力系等效，則此力稱(chēng)為該力系的合力，而該力系中的各力稱(chēng)為合力的分力。一、靜力學(xué)的基本概念2.力系與等效力系平衡是指物體相對(duì)于地球處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。若一力系使物體處于平衡狀態(tài)，則該力系稱(chēng)為平衡力系。3.平衡與平衡力系

一、靜力學(xué)的基本概念4.力矩與力偶力矩

一、靜力學(xué)的基本概念4.力矩與力偶力偶一、靜力學(xué)的基本概念5.質(zhì)點(diǎn)、剛體質(zhì)點(diǎn)是具有一定質(zhì)量而其幾何形狀和尺寸大小可以忽略不計(jì)的物體。剛體是指受力時(shí)形狀、大小保持不變的力學(xué)模型。二力構(gòu)件作用于剛體上的兩個(gè)力使剛體處于平衡狀態(tài)的充要條件為兩個(gè)力大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上，符合此條件的構(gòu)件稱(chēng)為二力構(gòu)件或二力桿。此二力的合力為零，用矢量表示為FA=-FB。二、靜力學(xué)的基本公理1.二力平衡公理兩構(gòu)件相互作用時(shí)，它們之間的作用力與反作用力必然等值、反向、共線，但分別作用于兩個(gè)構(gòu)件上，如圖所示。二、靜力學(xué)的基本公理2.作用與反作用定律作用力與反作用力示例二、靜力學(xué)的基本公理3.加減平衡力系公理力的可傳性示例在已知力系上加上或者減去任意平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。由此可知：作用在剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效果。

二、靜力學(xué)的基本公理4.力的平行四邊形公理力的平行四邊形公理二、靜力學(xué)的基本公理5.三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理：作用在剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，則第三個(gè)力的作用線通過(guò)匯交點(diǎn)。受力分析二一、約束及約束反作用力作用于構(gòu)件上的力可分為主動(dòng)力和約束反作用力兩類(lèi)。主動(dòng)力一般為已知力，它包括構(gòu)件受的重力、載荷等。約束反作用力又稱(chēng)為約束反力、約束力或反力，一般為未知力。1.柔索約束由柔性物體所構(gòu)成的約束稱(chēng)為柔索約束。該約束只能限制物體沿柔索伸長(zhǎng)的方向運(yùn)動(dòng)，而不能限制其他方向的運(yùn)動(dòng)，因此柔索約束反力的方向總是沿柔索中心線且背離被約束物體，即為拉力，通常用符號(hào)????表示。柔索約束一、約束及約束反作用力2.光滑面約束光滑面約束中約束反力N的作用線過(guò)兩構(gòu)件的接觸點(diǎn)，沿接觸面的法線方向指向被約束構(gòu)件，如圖所示。光滑面約束一、約束及約束反作用力3.鉸鏈約束兩個(gè)帶孔的構(gòu)件由銷(xiāo)釘聯(lián)接，可以有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，聯(lián)接處可以看成光滑面接觸。由于接觸處不確定，約束反力可以假設(shè)成兩個(gè)正交的力，它們的作用點(diǎn)在銷(xiāo)釘中心，兩力的方向分別為x軸和y軸的正向，如圖所示。此類(lèi)約束稱(chēng)為固定鉸鏈約束。固定鉸鏈約束一、約束及約束反作用力3.鉸鏈約束當(dāng)兩構(gòu)件中的一個(gè)被滾動(dòng)體支承時(shí)，約束反力便只有一個(gè)，它的作用線垂直于支承面并通過(guò)銷(xiāo)釘?shù)闹行?，如圖所示。此類(lèi)約束稱(chēng)為活動(dòng)鉸鏈約束。活動(dòng)鉸鏈約束一、約束及約束反作用力4.固定端約束固定端約束是工程實(shí)際中常見(jiàn)的一種約束類(lèi)型，如圖（a）~圖（c）所示。共同特點(diǎn)為構(gòu)件一端被固定，既不允許固定端任意移動(dòng)，又不允許繞固定端隨意轉(zhuǎn)動(dòng)。通常用簡(jiǎn)圖（d）、（e）示意。其約束反力在外力作用面內(nèi)可用簡(jiǎn)化了的兩個(gè)正交分力????、????和力偶矩M來(lái)表示，如圖（f）所示。固定端約束一、約束及約束反作用力要對(duì)物體進(jìn)行受力分析，必須將所要研究的物體（研究對(duì)象）從與它相聯(lián)系的周?chē)矬w中分離出來(lái)，單獨(dú)畫(huà)出其圖形，這一過(guò)程稱(chēng)為取分離體。在分離體的圖形上，畫(huà)出所有的主動(dòng)力和周?chē)矬w對(duì)它的約束反力，這種圖稱(chēng)為受力圖。一、約束及約束反作用力例：解（1）選取球C為研究對(duì)象，畫(huà)出其分離體圖。（2）畫(huà)主動(dòng)力。在球心點(diǎn)C處畫(huà)上重力G。（3）畫(huà)約束反力。球在B點(diǎn)受到柔索約束，在D點(diǎn)受到光滑接觸面約束。在解除約束的B點(diǎn)畫(huà)上沿繩索中心線背離球的拉力FTB，在D點(diǎn)畫(huà)上沿接觸面公法線并指向球的壓力FND。球受同平面的三個(gè)不平行力的作用而平衡，這三個(gè)力的作用線必匯交于一點(diǎn)即C點(diǎn)，如圖（b）所示。如圖（a）所示，一球C用繩AB掛靠在光滑的鉛垂墻上，試畫(huà)出球C的受力圖。二、物體的受力分析及受力圖例：解（1）以梁AB為研究對(duì)象，畫(huà)出其分離體圖。（2）畫(huà)主動(dòng)力。在C點(diǎn)畫(huà)上力F。（3）畫(huà)約束反力。A點(diǎn)為固定鉸鏈支座，可假設(shè)有兩個(gè)垂直相交的反力NAx、Nay；B點(diǎn)為活動(dòng)鉸鏈支座，有一個(gè)反力NB，垂直于支承面向上，如圖（b）所示。梁AB的受力圖如圖（c）所示。水平梁AB在C點(diǎn)受到力F的作用，如圖（a）所示。A點(diǎn)為固定鉸鏈支座，B點(diǎn)為活動(dòng)鉸鏈支座，畫(huà)梁AB的受力圖。二、物體的受力分析及受力圖平面力系及合成三

一、平面匯交力系1.合力投影定理合力的投影

一、平面匯交力系2.平面匯交力系的平衡條件

起重機(jī)起吊一重量G=300N的減速箱蓋，如圖(a)所示。求鋼絲繩AB和AC所受的拉力。解：以箱蓋為研究對(duì)象，其受的力有重力G、鋼絲繩的拉力TB和TC，此三力交于A點(diǎn)，如圖(b)所示。建立坐標(biāo)系xAy，如圖(c)所示，列投影方程得

一、平面匯交力系例：一、平面匯交力系2.平面匯交力系的平衡條件綜上所舉例子，解靜力學(xué)平衡問(wèn)題的一般方法和步驟如下。(1)選擇研究對(duì)象。(2)畫(huà)受力圖。(3)建立坐標(biāo)系，根據(jù)平衡條件列平衡方程。力矩的合成

二、力矩與平面力偶系1.合力矩定理二、力矩與平面力偶系2.力偶的性質(zhì)力偶(1)力偶無(wú)合力，力偶只能用力偶來(lái)平衡。(2)力偶對(duì)其作用平面內(nèi)任一點(diǎn)的力矩，恒等于其力偶矩。(3)力偶的等效性。作用在同一平面的兩個(gè)力偶，若它們的力偶矩大小相等、轉(zhuǎn)向相同，則這兩個(gè)力偶是等效的。力偶的等效條件有如下幾個(gè)。①力偶可以在其作用面內(nèi)任意移動(dòng)而不改變它對(duì)物體的作用效果。②只要保持力偶矩不變，可以同時(shí)改變力偶中力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不會(huì)改變力偶對(duì)物體的作用效果。二、力矩與平面力偶系2.力偶的性質(zhì)力偶的等效性

二、力矩與平面力偶系3.平面力偶系的合成與平衡作用在物體上的各力的作用線都在同一平面內(nèi)，既不相交于一點(diǎn)又不完全平行，這樣的力系稱(chēng)為平面一般力系，如圖所示的懸臂起重機(jī)橫梁AB受到的力。三、平面一般力系懸臂起重機(jī)示意圖

三、平面一般力系1.平面一般力系的簡(jiǎn)化力的平移定理三、平面一般力系1.平面一般力系的簡(jiǎn)化平面一般力系向平面內(nèi)任意一點(diǎn)的簡(jiǎn)化2)平面一般力系向平面內(nèi)