平面机构的静力分析

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1、机械设计基础第2章　平面机构的静力分析第2章　平面机构的静力分析2.1　机械工程中的力学问题2.2　平面机构的静力分析2.3　平面力系的平衡2.4　基本技能训练——桁架受力平衡实验2.1　机械工程中的力学问题图2-1　自行车2.1　机械工程中的力学问题图2-2　混凝土泵车2.1　机械工程中的力学问题图2-3　带式输送机2.2　平面机构的静力分析2.2.1　静力分析的基本概念及公理1.力和力系的概念(1)力的概念　力是物体间的机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生变化。(2)力的效应　作用在物体上的力可以使物体产生两种效应，一是可以引起物体运动状态

2、变化或速度变化，一般称为力的“外效应”或“运动效应”；二是可以引起物体形状改变，一般称为“内效应”或“变形效应”。(3)力的可传递性　力的可传递性是指作用在物体上的力可以沿着力的作用线移动。(4)集中力与均布载荷　作用于物体的力又可称为载荷。2.2　平面机构的静力分析(5)力系的概念　作用于同一物体上的若干力所组成的系统，称为力系。(6)刚体的概念　所谓刚体是指在受力状态下保持其几何形状和尺寸不变的物体。(7)平衡的概念　平衡是指物体相对于地球处于静止或作匀速直线运动的状态，是机械运动的一种特殊情况。2.静力学公理(1)二力平衡公理　作用在刚体上两个力

3、平衡的必要与充分条件是：两个力大小相等、方向相反并且作用在同一直线上。2.2　平面机构的静力分析图2-4　二力平衡(2)加减平衡力系公理　在作用于构件上的力系中，加上或者减去任意平衡力系，不会改变原力系对刚体的效应。2.2　平面机构的静力分析图2-5　力的可传性(3)力的平行四边形法则　作用在构件上同一点的两个力可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定，如图2-6所示，2.2　平面机构的静力分析其矢量表达式为图2-6　力的平行四边形法则2.2　平面机构的静力分析图2-7　力的三角形法则(4)作用

4、与反作用定律　两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用线相同，并分别作用于这两个物体。2.2　平面机构的静力分析图2-8　车刀车削工件3.力矩与力偶(1)力矩及其性质2.2　平面机构的静力分析1)力矩的概念。图2-9　力对点的矩2.2　平面机构的静力分析①　力矩的概念不仅适用于描述力对有固定支点的物体的作用效应，也适用于描述力对没有固定支点的物体的作用效应；或者是描述力对有固定支点的物体上固定支点以外各点的作用效应。也就是说，矩心可以是固定点或者是可转动的支点，也可以是物体上或者是物体外是任意一点。②　在平面问题中，力矩是代数量。在空

5、间问题中，力矩是矢量，但其物理意义与平面问题基本相同。2.2　平面机构的静力分析图2-10　合力矩定理2.2　平面机构的静力分析2)力矩的性质。①　力对点之矩，不仅取决于力的大小和方向，还与矩心的位置有关。②　当力的作用线通过矩心时，力臂值为零，则力矩值为零；当力的大小为零时，力矩值为零。③　力沿其作用线滑移时，不会改变力矩的值，因为此时没有改变力和力臂的大小及力矩的转向。④　互相平衡的两个力对于同一点之矩的代数和等于零。3)合力矩定理。2.2　平面机构的静力分析2.2　平面机构的静力分析图2-13　工程实例(2)力偶及其性质1)力偶的概念。2.2　平

6、面机构的静力分析2)力偶的性质。①　只要保持力偶矩的大小和转向不变，力偶可以在其作用面内任意转动和移动，而不改变它对刚体的作用效应。②　只要保持力偶矩的大小和转向不变，可以同时改变力偶中力的大小和力偶臂的大小，而不改变力偶对刚体的作用效应。3)平面力偶系的合成。2.2　平面机构的静力分析图2-15　丝锥上力平移的结果4.力的平移定理2.2　平面机构的静力分析图2-16　力的平移定理2.2　平面机构的静力分析图2-17　力的平移定理在工程上的应用a)立柱　b)齿轮轴2.2　平面机构的静力分析2.2.2　约束及约束反力工程上所遇到的物体通常分为两类：一是不

7、受任何限制，可以向任一方向自由运动的物体，称为自由体，例如飞行的飞机、炮弹等；二是受到其他物体的限制，沿着某些方向不能产生运动的物体，称为非自由体。限制非自由体运动的物体称为被限制物体的“约束”。工程上，为了传递运动实现所需要的动作以及承受确定的载荷，彼此间都要以某种方式联系，这就形成了各种各样的约束。例如，火车必须在铁轨上行驶，铁轨就是火车的约束；悬挂重物的绳索限制了重物的下落，绳索就是重物的约束；轴承限制了轴的运动，轴承就成了轴的约束。1.柔性约束2.2　平面机构的静力分析图2-18　工程实例2.运动副约束(1)高副约束　高副约束是指在不考虑摩擦的

8、情况下，只能限制构件沿接触点处公法线的运动。2.2　平面机构的静力分析图2-19　凸轮对顶杆的