机械基础 教学课件 作者 吴细辉 第1章构件的受力与变形.ppt

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1、第1章构件的受力与变形主编1.1　杆件的静力分析1.1.1　力的基本性质1.静力学公理静力学公理是人类经过长期经验积累和实践验证总结出来的最基本的力学规律性，它们是静力学的基础。(1)二力平衡公理二力平衡公理图1-2　二力平衡及二力杆1.1　杆件的静力分析(2)加减平衡力系公理　如图1-3所示，在任意一个已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不会改变原力系对刚体的作用效应。图1-3　加减平衡力系公理图1- 4　力的可传性推理1.1　杆件的静力分析(3)平行四边形法则平行四边形法则图1-5　力的平行四边形公理图1-6　三力平衡汇交定理1.1　杆件的静力分析

2、(4)作用力与反作用力公理作用力与反作用力公理图1-7　作用力与反作用力1.1　杆件的静力分析2.约束与约束反力在工程中，构件总是以一定的形式与周围其他构件相互连接的。例如，转轴受到轴承的限制，使其只能产生绕轴线的转动；汽车受到地面的限制，使其只能沿路面运动等。这种限制物体运动的周围物体，称为约束。轴承就是转轴的约束，地面是汽车的约束。(1)柔性约束　工程上常见的传动带、柔软的绳索和链等构成的约束称为柔性约束，如图1-8所示。图1-8　柔性约束1.1　杆件的静力分析(2)光滑面约束　两物体直接接触且表面光滑，在接触处摩擦力很小可略去不计时构成的约束称为光

3、滑面约束。图1-9　光滑面约束1.1　杆件的静力分析图1-10　光滑圆柱铰链约束1.1　杆件的静力分析(3)光滑铰链约束　光滑铰链约束有光滑圆柱铰链约束和球铰链约束两种。根据被连接物体的形状、位置及作用，光滑圆柱铰链约束又可分为中间铰链约束（两构件可作相对转动）、固定铰链支座约束(构件中，一个固定在地面或机架上)和活动铰链支座约束(支座中有几个圆柱滚子可沿某一方向作滚动)。图1-11　铰链约束应用实例1.1　杆件的静力分析图1-12　球铰链约束1.1　杆件的静力分析图1-13　固定端约束(4)固定端约束　物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束，称为固定端

4、约束，如卡盘上的工件(图1-13a)、车床刀架上的车刀(图1-13b)等。1.1　杆件的静力分析3.受力分析和受力图在工程实际中，为了求未知的约束力，需根据已知力，应用平衡条件求解。为此需对构件的受力个数、受力方向和作用位置进行分析，这个分析过程称为物体的受力分析。表示物体受力的简明图形，称为受力图。解除约束原理：当受约束的物体在某些主动力作用下处于平衡，若将其部分或全部约束除去，代之以相应的约束反力，则物体的平衡不受影响。1.1　杆件的静力分析思路：将非自由物体，转变为自由物体，由自由物体的平衡条件，解决受各种不同约束的物体的平衡问题，首先必须画出受力

5、图。1)确定研究对象——画出研究对象的简单轮廓图形。2)进行受力分析——分析研究对象上的主动力和约束反力。3)画出分离体上全部约束反力和主动力——在分离体上被解除约束处，画出相应的约束反力。1.1　杆件的静力分析例1-1　重W的均质圆球O，由杆AB、绳索BC与墙壁来支持，如图1-14a所示。各处摩擦与杆重不计，试分别画出球O和杆AB的受力图。图1-14　受力图的画法1.1　杆件的静力分析1.1.2　平面汇交力系各力作用线均汇交于一点且在同一平面内的力系，称为平面汇交力系。1.平面汇交力系合成的几何法平面汇交力系合成的几何法主要是应用力的多边形法则。设刚体

6、上作用有一平面汇交力系F1、F2、F3和F4，如图1⁃15a所示，求其合力。图1-15　力合成的多边形法则1.1　杆件的静力分析2.平面汇交力系合成的解析法平面汇交力系合成的解析法是以力在坐标轴上的投影为基础建立起来的。(1)力在直角坐标轴上的投影图1-16　力在直角坐标轴上的投影1.1　杆件的静力分析(2)合力投影定理1.1　杆件的静力分析3.平面汇交力系的平衡条件1.力矩力对物体除了具有移动效应外，有时还会产生转动效应。如图1⁃18所示，用扳手转动螺母时，作用于扳手上的力F能使扳手及螺母绕O点转动，由经验可知，加在扳手上的力越大，或者力的作用线离中心

7、越远，就越容易转动螺母。因此，力F使刚体绕某点O转动的效应，不仅与力的大小成正比，而且与力至力作用线的垂直距离成正比。图1-18　扳手的力矩1.1　杆件的静力分析图1-17　合力投影1.1　杆件的静力分析1.1.3　力矩和力偶2.力偶和力偶矩如图1⁃19所示，当司机用两手转动方向盘、钳工用丝锥攻螺纹、人们用两个手指拧动水龙头时，在方向盘、丝锥和水龙头上都作用着一对等值、反向、不共线的两个平行力，使物体产生转动。图1-19　力偶示例1.1　杆件的静力分析图1-20　平面力偶及其表示法1.1　杆件的静力分析1)力偶既不能平衡，也不能合成为一个合力，只能使物体

8、产生转动效应。2)力偶对其作用面上任意点之矩恒等于力偶矩，而与矩心的位置无关。3