机械基础 第2版 教学课件 作者 胡家秀 第二章　机械装置的受力.ppt

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1、第二章　机械装置的受力齿轮箱是机器中应用最广泛的机械装置，打开箱盖，呈现在我们面前的是如图2-1a所示的齿轮系直观结构，由于它能比较全面地反映箱内齿轮啮合传动情况，制图时，此俯视图常被选为齿轮箱的主视图。机械装置的工作零部件彼此在接触处均受力的作用，零件的工作寿命直接取决于所受力的大小与性质，因此必须进行力学分析。工程上力的概念与中学物理学讲授的没有本质区别，但为便于计算，约定了某种特定的规范解析运算体系，由此形成了“工程力学”。从学科体系上说，它包括了“理论力学”与“材料力学”两大部分：前者主要研究构件的运动与受力；后者侧重分析构件的强度与刚度(抗

2、变形能力)。第二章　机械装置的受力如图2-1b所示，工程上为了对实际研究对象(如汽车、船舶、机床、卫星等)进行力学分析，首先把它理想化，即抽象为力学模型，这样才便于进行数学描述，得到数学模型(这一过程也简称“建模”)，然后进行求解；对复杂的问题，则可通过“建模”并借助计算机数值求解。随后，对得出的结果进行分析，特别要与实验结果进行比较，如误差符合要求，则结束分析，误差大时，往往要修改力学模型再分析。由此可见力学模型直接决定计算结果的正确性，它是力学分析的基础，十分重要。第二章　机械装置的受力图2-1　典型机械装置——齿轮箱a)齿轮箱结构图　b)轴系部件

3、Ⅰ的力学模型第一节　静力分析基础一、基本概念1.力力是物体间的相互作用。这种作用有两种效应，即使物体产生运动状态变化的运动效应与产生形状变化的变形效应。力有三个要素，即大小、方向图2-2　力的表示与作用点。如图2-2所示，力是矢量，因此可以用有向线段OA表示(书中用一加黑的字母表示，书写时可在字母上加一箭头)，矢线的始端O表示力的作用点，矢线方向表示力的方向，按一定比例尺所作线段OA的长度表示力的大小。计算时，以往工程单位制中的力的单位kgf(公斤力)已不再使用，统一采用法定计量单位N(牛顿)，两者的换算关系为：1kgf=9.807N。一、基本概念图2

4、-3　力的可传性力对刚体只有运动效应(包括平动、转动及其特例——平衡)，这时力的三要素可改述为大小、方向、作用线。这种作用在刚体上的力沿其作用线滑移的性质称为力的可传性(图2-3)。如图2-4a所示刚性环与如图2-4b所示柔性环均在二力作用下平衡，即F1=F2，从运动效应看，力F1沿作用线滑移前后，对刚性环而言是相同的，但对柔性环却发生了呈椭圆形到仅有局部变形的悬殊差异。可见，力的可传性只适用于刚体，而此性质对简化构件受力分析贡献甚大。一、基本概念图2-4　力滑移对刚性环与柔性环的效应一、基本概念图2-5　集中力是分布力的理想模型a)轮胎　b)水坝2.

5、分布力与集中力在物理学，物体的受力一般认为集中于一点，称为集中力。实际上，任何物体间的作用力都分布在有限面积上或体积内，即分布力。集中力在客观实际中并不存在，它只是分布力的理想模型，但由于分布力的分布规律比较复杂，因此工程计算中，常需将其简化为集中力。3.理想约束理想约束是对物体间接触和连接方式的理想化处理。实际物体在空间的接触和连接有两类方式：一类如空中飞行的炮弹、飞机或卫星等，它们在空间的运行没有受到其他物体预加的限制，称为自由体；另一类如地面上的汽车，轨道上的列车，轴承中的轴，支承在柱子上的房架，连接在人体躯干上的肢体等，其空间运动受到其他物体预

6、加的限制，称为非自由体或约束体。对物体预加的限制称为约束。地面对汽车、轨道对车轮、轴承对轴、柱子对房架、身体一、基本概念图2-6　光滑接触面约束实例(1)理想刚性约束　这种约束也是刚体，它与被约束体间为刚性接触，常见的有：1)光滑接触面。当物体与固定约束(图2-6a)或活动约束(图2-6b)间的接触面非常光滑，其摩擦可忽略不计时，即可简化为这类约束，约束力的方向为公法线n的方向，称为法向反力，记为FN。2)光滑圆柱铰链。这种约束简称为柱铰，包括固定圆柱铰链(图2-7)和活动圆柱铰链(图2-8)，实际是平面回转副的两种表现形式，常称为固定铰链和活动铰链。

7、这种光滑面约。一、基本概念图2-7　固定圆柱铰链的结构与符号2)光滑圆柱铰链。这种约束简称为柱铰，包括固定圆柱铰链(图2-7)和活动圆柱铰链(图2-8)，实际是平面回转副的两种表现形式，常称为固定铰链和活动铰链。这种光滑面约束，其约束体与被约束体的接触点在二维空间内是未知的，因此其约束力可用一对正交力Fx、Fy表示。一、基本概念图2-8　活动圆柱铰链的结构与符号a)结构　b)受力　c)符号(2)理想柔性约束　如图2-9所示，柔性线绳受物体外力(如重力)作用，此时线绳如图2-9所示，柔性线绳受物体外力(如重力)作用，此时线绳约束力与外力方向相反，并一定沿

8、着线绳方向。当忽略摩擦时，此约束称为理想柔性约束。工程中常遇到的钢索、链条、传动带等物体均可近