云天課件－中職《機(jī)械基礎(chǔ)》第二章 桿件的靜力分析（欒學(xué)鋼、趙玉奇、陳少斌）

《機(jī)械基礎(chǔ)》P.33課件制作：重慶市涪陵區(qū)職教中心數(shù)控組

胡志恒全國(guó)中職機(jī)械類統(tǒng)編教材（高教版）－－欒學(xué)鋼等主編第二章桿件的靜力學(xué)分析任務(wù)描述第二章桿件的靜力分析P.33桿件一般把長(zhǎng)度大于直徑5倍的機(jī)件稱為桿件，是機(jī)械零件中比較典型的類型。

機(jī)械零件受力平衡，才能保持正確的形態(tài)。

本章學(xué)習(xí)靜力學(xué)的基本知識(shí)，討論物體平衡的基本規(guī)律，為分析、解決實(shí)踐中的問(wèn)題打下基礎(chǔ)。

力的概念與基本性質(zhì)桿件的靜力分析力的概念力的基本性質(zhì)力矩、力偶與力的平移力矩力偶力的平移定理本章知識(shí)結(jié)構(gòu)第二章桿件的靜力分析P.33

約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用約束與約束力力系受力圖平面力系的平衡方程及應(yīng)用平面力系的平衡方程齒輪與軸的受力分析考綱要求第一章機(jī)械零件的精度P.13

近年來(lái)高考本章內(nèi)容占比較小，主要是概念分析為主，沒(méi)有出現(xiàn)計(jì)算題。（1）理解力的概念及力的基本性質(zhì)

（2）能作物體受力圖第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)

一、力的概念P.34

構(gòu)件受力后的三種情況：一是平衡；二是變速運(yùn)動(dòng)；三是變形以至破壞。一、

力的概念

力：是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀發(fā)生改變。力的三個(gè)要素：力的大小、方向和作用點(diǎn)。

力是矢量：力是一個(gè)既有大小，也有方向的矢量。

力的單位：N（牛頓），KN、MN第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)

二、

力的基本性質(zhì)P.34

力的基本性質(zhì)，有四大公理（定律），是本章重要基礎(chǔ)，高考題時(shí)有概念題出現(xiàn)。（1）作用與反作用

作用力與反作用力同時(shí)存在，兩力的大小相等方向相反，沿著同一直線分別作用在兩個(gè)相互作用的物體上。

特征：“等值、反向、共線、異體”第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)

二、

力的基本性質(zhì)P.34（2）二力平衡公理

使剛體在兩個(gè)力作用下維持平衡狀態(tài)的必要和充分條件是：兩個(gè)力大小相等、方向相反且作用在同一條直線上。

特征：“等值、反向、共線、同體”第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)

二、

力的基本性質(zhì)P.34（3）力的平行四邊形法則作用在物體上同點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成一個(gè)合力，合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，合力的大小和方向由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示，即合力為原兩力的矢量和。力可能合成，也可以分解。矢量表達(dá)式：FR=F1+F2AF1F2FR力的合成：A第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)

二、

力的基本性質(zhì)P.35（3）力的平行四邊形法則矢量表達(dá)式：FR=F1+F2力的分解：一個(gè)力可以分解成任意兩個(gè)方向的分力。AF1F2FRFxFyFRyx上兩圖中哪種情況更省力？第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)

二、

力的基本性質(zhì)P.35（3）力的平行四邊形法則矢量：FR=F1+F2例：2－1如圖所示，物體重量為G＝20KN，放在與水平面成α=30°角的斜面上，試將重量G分解為沿斜面方向和垂直于斜面方向。解：根據(jù)題意要求，將重力沿斜面方向和垂直于斜面方向按平行四邊形法則進(jìn)行分解。

沿斜面的分力F1=Gsinα=20╳sin30°=10KN沿垂直于斜面的分力F2=Gcosα=20╳cos30°=17.32KN

討論：F1具有使物體沿斜面向下滑動(dòng)的作用，F(xiàn)2具有壓向斜面的作用。

第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)

二、

力的基本性質(zhì)P.36觀察與思考

如圖所示，兩人抬水桶時(shí)，兩人手臂之間的夾角α大一些還是小一些更省力？1.力的三要素是

、

和

。2.力是使物體的

發(fā)生變化或使物體產(chǎn)生

的物體間的相互機(jī)械作用。3.作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體處于平衡狀態(tài)的必要和充分條件是

且作用在

上。4.作用力與反作用力總是

，兩力的大小

方向

，沿著同一直線分別作用在

相互作用的物體上。5.只受

力的作用并處于

狀態(tài)的物體稱為二力平衡構(gòu)件。大小方向作用點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變形兩力大小相等，方向相反同一直線同時(shí)存在相等相反兩個(gè)兩個(gè)平衡第一節(jié)力的概念與基本性質(zhì)鞏固練習(xí)P.36

用扳手?jǐn)Q螺母時(shí)，螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)與力F的大小和方向有關(guān)外，還與點(diǎn)O到力作用線的距離h有關(guān)。

討論：距離h越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的效果就越好，且越省力，反之則越差。顯然，當(dāng)力的作用線通過(guò)螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)中心時(shí)，則無(wú)法使螺母轉(zhuǎn)動(dòng)。第二節(jié)力矩、力偶與力的平移

一、

力矩P.36杠桿增加力臂力與力臂

力對(duì)點(diǎn)的矩

：力F對(duì)某點(diǎn)O的矩等于力的大小與點(diǎn)O到力的作用線距離h的乘積。記作Mo（F）＝±Fd

式中，點(diǎn)O稱為矩心，h稱為力臂，F(xiàn)d表示力使物體繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)效果的大小，

式中，正負(fù)號(hào)則表明：Mo（F）是一個(gè)代數(shù)量，可以用它來(lái)描述物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。力矩的方向：使物體逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩為正，反之為負(fù)。力矩的單位為牛頓·米（N·m）或KN·m。第二節(jié)力矩、力偶與力的平移

一、

力矩P.37討論：力矩為0，有兩種情況：一是力為0，還有就是力臂為0.力偶：

大小相等、方向相反，但不作用在同一作用線上的一對(duì)平行力。

注意，力偶不是二力平衡，力偶只有轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，而沒(méi)有移動(dòng)效應(yīng)。第二節(jié)力矩、力偶與力的平移

二、

力偶P.37

（1）力偶矩的大小

（2）力偶的轉(zhuǎn)向在作用面內(nèi)，順時(shí)針、逆時(shí)針（為正）

（3）力偶作用面的方位（略）

力偶的三要素

力的平移定理

作用在剛體上A點(diǎn)處的力F，可以平移到剛體內(nèi)任意點(diǎn)O，但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶，其力偶矩等于原來(lái)的力F對(duì)新作用點(diǎn)O的矩。這就是力的平移定理。第二節(jié)力矩、力偶與力的平移

三、力的平移定理P.39

例2－2第二節(jié)力矩、力偶與力的平移

三、力的平移定理P.39

例2－3約束：對(duì)某一物體的運(yùn)動(dòng)起限制作用的周圍其他物體。例如，鋼軌是火車的約束。

約束反力：約束能阻擋物體某些方向的運(yùn)動(dòng)，因此必然會(huì)施加力在物體上，這些力稱為約束力或約束反力，簡(jiǎn)稱反力。

約束力的方向：總是與其所限制的物體的運(yùn)動(dòng)方向或趨勢(shì)相反。

第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.40約束類型：在實(shí)際中存在著各種各樣的約束，工程中一般將一些常見的約束理想化，歸納為幾種基本類型，并根據(jù)各種約束的特性定性地給出其約束力的情況。第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.40

1.柔性約束

組成：由柔性構(gòu)件對(duì)物體的約束。如繩、鏈條等對(duì)物體的約束。

特點(diǎn)：約束力通過(guò)柔性構(gòu)件的中心，

約束反力方向：總是背離物體方向的拉力。第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.40

2.光滑面約束

組成：由光滑接觸面構(gòu)成的約束。且是理想光滑的約束（忽略摩擦）。

約束特點(diǎn)：不論接觸面是平面或曲面，只能限制物體沿著接觸面的公法線指向約束物體方向的運(yùn)動(dòng)。

約束反力方向：通過(guò)接觸點(diǎn)，沿著接觸面公法線方向，指向被約束的物體，通常用ＦN表示。第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.41

3.鉸鏈約束

組成：兩物體分別鉆有直徑相同的圓柱形孔，用一圓柱形銷釘連接起來(lái)，在不計(jì)摩擦?xí)r，即構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束，簡(jiǎn)稱鉸鏈約束。

約束特點(diǎn)：這類約束只能確定鉸鏈的約束反力為一通過(guò)銷釘中心、而大小和方向還沒(méi)有預(yù)先確定的未知力。通常此力就用兩個(gè)大小未知的正交分力來(lái)表示。

第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.41

3.鉸鏈約束鉸鏈約束分類：這類約束有連接鉸鏈、固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座等。

（1）連接鉸鏈（中間鉸鏈）約束（略）

兩構(gòu)件用圓柱形銷釘連接且均不固定，即構(gòu)成連接鉸鏈，其約束反力用兩個(gè)正交的分力Ｆx和Ｆy表示，第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.41

3.鉸鏈約束

（2）

固定鉸鏈支座約束如果連接鉸鏈中有一個(gè)構(gòu)件與地基或機(jī)架相連，便構(gòu)成固定鉸鏈支座，其約束反力仍用兩個(gè)正交的分力Ｆx和Ｆy表示.,第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.41

3.鉸鏈約束

（3）

活動(dòng)鉸鏈約束在橋梁、屋架等工程結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用這種約束。在鉸鏈支座的底部安裝一排滾輪，可使支座沿固定支承面移動(dòng)，這種支座的約束性質(zhì)與光滑面約束反力相同，其約束反力必垂直于支承面，且通過(guò)鉸鏈中心。第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

一、約束與約束力P.41

4.固定端約束

固定端約束能限制物體沿任何方向的移動(dòng)，也能限制物體在約束處的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，固定端A處的約束反力可用兩個(gè)正交的分力ＦＡＸ、ＦＡＹ和力矩為MＡ的力偶表示。第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

二、力系P.41力系：構(gòu)件（物體）上有多個(gè)力的作用。

平面力系：構(gòu)件上的所有力都作用在同一平面內(nèi)。（簡(jiǎn)單情況）

1.平面匯交力系

平面力系中，若各力的延長(zhǎng)線能匯交于一點(diǎn)，就是平面匯交力系。

推論：構(gòu)件受三個(gè)非平行力而平衡時(shí)，三力必匯交于一點(diǎn)。第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

二、力系P.422.平面任意力系

平面力系中，若各力的作用線任意分布，就屬于平面任意力系。（各力既不匯交，也不平行。）

第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

三、受力圖P.43

物體的受力分析，就是要確定研究對(duì)象受了那些力以及每個(gè)力的作用位置和方向。這是解決力學(xué)問(wèn)題重要的一步。

受力圖的畫法可概括為以下幾個(gè)步驟。

1.

根據(jù)問(wèn)題的要求選取研究對(duì)象，畫出分離體簡(jiǎn)圖；

2.

畫出分離體所受的全部主動(dòng)力；

3.

在分離體上原來(lái)存在約束的地方，按照約束類型逐一畫出約束力分離體簡(jiǎn)圖第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用

三、受力圖P.43例2－4

如所示支撐架，試畫出斜桿CD和水平梁AB的受力圖。（不計(jì)桿、梁質(zhì)量。）分離體簡(jiǎn)圖二力桿：

一根桿件，如只在兩端受到兩個(gè)力，且處于平衡狀態(tài)（二力平衡），這樣的桿稱為“二力桿”。其受力特點(diǎn)是桿件受到的兩力大小相等，方向相反且在同一直線（兩力作用點(diǎn)的連線）上。第三節(jié)約束、約束反力、力系和受力圖的應(yīng)用P.44觀察與思考*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

一、平面力系的平衡方程P.44

平面匯交力系合成的結(jié)果是一個(gè)合力。

若平面匯交力系的合力為零，物體處于平衡狀態(tài)，則該力系不會(huì)引起物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。

能使物體處于平衡狀態(tài)的力系稱為平衡力系。1．平面匯交力系的平衡方程

平面匯交力系的平衡方程為：

平面匯交力系的平衡方程表述為：力系中各力在坐標(biāo)軸上投影的代數(shù)和等于零。*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

一、平面力系的平衡方程P.452．平面任意力系的平衡方程

平面任意力系的平衡方程為：

平面任意力系的平衡方程表述為：力系中各力在坐標(biāo)軸上投影的代數(shù)和等于零,且各力對(duì)平面內(nèi)任意一點(diǎn)的力矩的代數(shù)和為零。*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

一、平面力系的平衡方程P.45例2－5如圖所示，圓柱形儲(chǔ)罐架在磚座上，儲(chǔ)罐半徑r=0.5m,G=24kN,罐座間距離l=0.8m,試求磚座對(duì)儲(chǔ)罐的約束力。*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

一、平面力系的平衡方程P.45例2－5*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

一、平面力系的平衡方程P.45

例：用繩索ABC吊起重物如圖所示。已知F=20kN，繩索橫截面面積A=1260mm2，許用應(yīng)力[σ]=10MPa。試校核α=60°時(shí)繩索AB所受的拉力。

*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

一、平面力系的平衡方程P.45

例：如圖所示簡(jiǎn)易吊車，已知梁AB重4KN,重物重Q=10KN，求拉桿和支座A的約束反力。（只列公式）

*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

二、齒輪與軸的受力分析P.461.直齒圓柱齒輪的受力*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

二、齒輪與軸的受力分析P.471.斜齒圓柱齒輪的受力*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

二、齒輪與軸的受力分析P.471.軸的受力分析*第四節(jié)平面力系的平衡方程及應(yīng)用

三、功率與效率P.481.功率

單位時(shí)間所作的功稱為功率