精密机械基础-第2章精密机械设计的工程力学基础

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1、2精密机械设计的工程力学基础2-1结构设计的静力学平衡(理论力学)刚体概念和力学性质平面一般力系简化零件受力分析和受力图平面一般力系的平衡摩擦2-2零件强度、刚度分析的基础知识(材料力学)直杆的拉伸与压缩剪切和扭转梁的平面弯曲复杂变形的强度计算2-1结构设计的静力学平衡1刚体的概念力是物体间的相互作用。作用的效应－外效应（运动效应）内效应（变形效应）两种效应同时出现。刚体在受力情况下保持形状和大小不变的物体。外力作用下物体视为刚体的情况：①研究物体受力与运动关系时；②由平衡条件求解物体所受外力时。变形体在研究物体受力与变形关

2、系时,认为零件是弹性体.2力的性质2.1力的基本概念力的三要素：作用点、方向、大小对刚体而言，力具有可传性即可沿作用线任意滑动。同时作用在同一物体上的许多力。平面力系分类空间力系等效力系(两力系效果相同),平衡力系(物体在其作用下运动状态不变)汇交力系平行力系平面一般力系汇交平行一般2.2力系的概念2.3二力平衡定律一个物体受两个力的作用平衡，则此二力等值、反向、共线。FF若仅受二力作用的物体(二力体)为杆件，则称二力杆，二力杆(体)上二平衡力作用点的连线就是力的作用线。2.4三力平衡汇交定理若刚体在三力作用下平衡，且其中二

3、力的作用线相交于一点，则第三力的作用线必过同一点.2.5作用力和反作用力二力等值、反向、共线，分别作用在两个物体。与二力平衡(一对平衡力)作用在一个物体上是不同的。F1、F2的合力F3’与F3平衡2.6力的合成图解法(1)二力合成（平行四边形定律）F1F2FRCBAO三角形法则F1F2FRCAO简化合力大小合力方位(2)力的分解FRF1F2F3F4F5F6与分解不同，两个(或以上)力的合成只有一个合力，而一个力若没有其他限制，可有多种分解方法。可分解为大小、方向都不同的两个(或以上)分力。工程上常将一个力分解为方向已知

4、的相互垂直的两个(平面力系)或三个(空间力系)分力。n2n1O2O1FrFtFn(3)平面汇交力系的合成OF1F2F3F4F5OAF1BF2CF3DF4EF5FR1FR2FR3FR力多边形OABCDE将需要合成的各力平移后首尾相连，最后自第一个力的起点到最后一个力的终点，连接一条直线矢量，即是平面汇交力系的合力。2.7平面汇交力系合成的解析法(1)力在坐标轴上的投影OyxFABFxFya1b2a2b1力在轴上的投影是代数量，当力F投影的指向(即从a1到b1或a2到b2的指向)与坐标轴的正向一致时，力的投影为正值，反之为负

5、值。OyxFABFxFya1b2a2b1(2)合力投影定理合力在任意轴上的投影等于诸分力在同一轴上投影的代数和对有任意个力的情况时用解析法求平面汇交力系的合力时，先求出各力在两坐标轴上的投影，再根据求其代数和得出力系的合力FR在两个坐标轴上的投影FRx,FRy，然后求出合力的大小和方向.3平面一般力系的简化3.1力对点之矩力的另一个作用是可以使物体转动对平面力系力对点的矩是一个代数量，其绝对值等于力的大小乘以力臂(点到力作用线的垂直距离)，方向以逆时针转动的力矩为正,反之为负.OdF3.2合力矩定理平面力系的合力对平面内任

6、一点的力矩等于各分力对同一点力矩的代数和。XYAXOF1F2FRh2hh1BC3.3力偶与力偶矩力偶:大小相等、方向相反、不共线的两个相互平行的力.力偶中的二力之间的垂直距离d称为力偶臂.力偶是物体受力的基本形式之一，不能化成更简单的力或力系，其惟一效应是使物体产生转动。力偶对物体的转动效应用力偶矩来度量。力偶矩为代数量，它等于力偶中的一个力与力偶臂的乘积与力矩一样，逆时针方向为正，顺时针方向为负.单位N·m力偶矩的特点(1)力偶对平面内任意点之力矩代数和均等于力偶矩(即可在平面内任意转移);(2)力偶只能用力偶平衡；

7、(3)只要保持力偶矩的大小和转向不变,可同时改变其力和力臂大小(等效力偶).等效3.4平面力偶系的合成平面力偶系可合成为一合力偶，其力偶矩等于各力偶矩的代数和.3.5力的平移定理一个力可以平行于其作用线移到任意点，但必须附加一个力偶，这个力偶的矩等于原力对新作用点之矩，则其作用效果不变。3.6平面一般力系的简化任意一个平面力系总可以简化为一个力FR(主矢量)，和一个力偶M(主矩)。FR等于力系各力的矢量和，作用于简化中心；而M则等于力系各力对简化中心之矩的代数和。4零件受力分析与受力图4.1主动力与约束反力主动力使机构运动或

8、有运动趋势的力。约束限制物体运动的条件。约束反力约束限制构件运动而给构件的力。主动力约束约束反力4.2常见约束及其约束反力(1)柔软约束约束反力沿绳索方向，且只能是拉力。日光灯滑轮(2)光滑面约束约束反力经过接触点沿光滑接触面的法线方向，指向物体，称为法向压力或正压力；不计摩擦。(3)固定