机械设计基础 教学课件 作者 刘美玲 雷振德 主编 李 明 程昌宏第1章.ppt

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1、第一章静力学基础静力学(statics)：研究物体平衡的一般规律。平衡(equilibrium)：在惯性参考系中处于静止或匀速直线运动状态。要研究的问题：如何进行受力分析如何建立力系的平衡条件如何进行力系简化质点(particle)：具有质量,其尺寸可以忽略不计的物体刚体(rigidbody)：在任何情况下大小和形状不变的物体研究对象的力学模型：质点、刚体.。当研究航天器轨道问题时——质点当研究航天器姿态问题时——刚体、质点系、刚体系§1.1静力学的基本概念§1.1.1力的三要素及力的表示法力的作用效应(effectsofactionoftheforce):

2、内效应(internaleffect)—改变物体的形状。外效应(externaleffect)—改变物体的运动状态。力的三要素:力的大小,方向,作用点力是定位矢量F1F2F3FnAP1P2PmA§1.1.2力系及其分类力系(forcesystem):作用在物体上的一组力。按各力作用线在空间分布的不同分为：汇交力系：各力作用线相交于一点。平行力系：各力作用线互相平行。任意力系：各务作用线既不相交也不平行。按各力作用线是否在同一平面内分为：平面力系空间力系合力(resultantforce)：重力空气动力发动机推力与某力系等效的力.FR称为该力系的合力，Fi（i

3、=1,2,…n)称为合力的分力.平衡力系(forcesysteminequilibrium):平衡力系也称为零力系.对刚体不产生任何作用效果的力系.§1.2静力学公理公理１二力平衡公理作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的充分必要条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且在同一直线上即：F1=F2F2BAF1(a)(b)二力构件/二力杆：所受力必沿作用点的连线。必须是直杆吗?(d)(c)必须是杆件吗?公理２加减平衡力系公理在刚体上增加或减去一组平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应若则推论1力的可传递性原理：作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到刚体

4、内任意一点，并不改变它对刚体的作用效果。公理３力的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定，即：AA矢量式描述：推论2三力平衡交汇定理：刚体受三力作用而平衡，若其中的两个力的作用线汇交于一点，则三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过交汇点。作用力和反作用力总是同时存在，两个力的大小相等、方向相反、沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。公理4作用和反作用定律公理5刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡，若将变形后的变形体换成刚体（刚化），则平衡状态

5、不变。刚体的平衡条件是否适用于变形体？（a）（b）刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件自由体(freebody),非自由体(nonfreebody)约束(constraint)：限制物体运动的条件或限制物体运动的周围物体§1.3约束与约束反力约束体(constraintbody)：约束非自由体运动的物体。列车是非自由体.铁轨是约束体.铁轨作用在车轮上的力为约束力。约束力(constraintforce)：周围物体作用于非自由体上的力主动力(constraintforce)：作用于非自由体上的与约束无关的力解除约束原理：人为地解除约束后，必须在接触点上用一个适

6、当的约束力来代替约束的作用（一）柔索约束柔索：绳索、链条、皮带等限制该方向的运动xyl柔索的约束力沿柔索方向，是拉力。约束力的方向与所限制物体运动的方向相反.（二）光滑接触面约束公切面公法线约束力沿公法线方向指向被约束的物体。BAC约束力沿公法线方向指向被约束的物体。在不计摩擦的条件下齿轮间的约束也属于光滑面约束.（三）光滑圆柱铰链约束1、固定铰链支座AA固定铰链简图2、连接铰链AA3、径向轴承4、活动铰链支座AA（四）光滑球铰链AA多种约束：固定铰链、活动铰链、光滑面约束等§1.4物体的受力分析、受力图根据约束的类型画出研究对象的受力图例1：画出AB杆的受

7、力图(a)ABCD(c)DABC(b)CBAD例2：画出滑轮、CD杆、AB杆和整体受力图WABCDWWFAxFAyFCFDFBxFByFAxFAyABCFCWF’BxF’ByWFDCBA(a)F1F3F2AEDBCF1例3：画出各部分受力图(b)ABCDEF2F3F1FAyFAxFBxFByFEPABCDxyz作业：结构如图所示，杆重不计，已知力P，求两杆的内力和绳BD的拉力。F3F1F2PABCDxyz总结：画受力图的一般步骤适当选择研究对象画出全部主动力根据约束类型画出相应的约束反力注意：当以系统为研究对象时，只需画出对象所受的约束力和约束反力，不画出系

8、统内力。注意二力杆的受力分析。常用分析方法：一、几何