机械设计基础 含工程力学 教学课件 作者 李国斌主编 王春艳 蒋昊 马文元副主编 第1章　静　力　学.ppt

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1、机械设计基础含工程力学主编第1章　静　力　学1.1　静力学的基本概念1.1.1　力的概念1.1.2　平衡与刚体的概念1.2　力的基本性质1.3　工程中常见的约束1.3.1　约束和约束反力的概念1.3.2　约束的基本类型1.3.3　物体受力分析和受力图1.4　平面汇交力系合力与平衡：几何法1.5　力的分解和力的投影1.6　平面汇交力系合力与平衡：解析法第1章　静　力　学1.7　平面力偶系1.7.1　力对点之矩1.7.2　合力矩定理1.7.3　力偶及其性质1.7.4　平面力偶系的合成与平衡方程1.8　平面一般力系的简化1.8.1　力的平移定理1.8.2　平面

2、一般力系的简化1.9　平面任意力系的平衡方程及应用1.9.1　平面一般力系的平衡方程1.9.2　平面一般力系平衡方程的解题步骤第1章　静　力　学1.10　摩擦1.10.1　滑动摩擦1.10.2　摩擦角与自锁1.10.3　考虑摩擦时物体的平衡问题1.1.1　力的概念图1-1　力矢量是物体间的相互机械作用。这种机械作用使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。力对物体的效应取决于力的大小、方向和作用点，这三个因素称为力的三要素。力是一个既有大小又有方向的物理量，称为力矢量。如图11所示,力可用一条有向线段表示1.1.2　平衡与刚体的概念平衡是指物体相对于地球处

3、于静止或匀速直线运动的状态。若一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。静力学研究的物体都被认为是刚体。所谓刚体，是指在外力作用下，大小和形状保持不变的物体。这是一个理想化的力学模型，事实上是不存在的。实际物体在力的作用下，都会产生程度不同的变形。但微小变形对所研究物体的平衡问题不起主要作用，可以忽略不计，这样可以使问题的研究大为简化。1.2　力的基本性质图1-2　力的可传性1.2　力的基本性质图1-3　力的平行四边形公理1.3　工程中常见的约束凡在空间的位置不受任何限制，可以做任意运动的物体称为自由体，如在空间飞行的飞机、炮弹和火箭等。凡是因

4、为图14〓向心滚动轴承受到周围其他物体的限制而不能做任意运动的物体称为非自由体，如机车、机床的刀具等。凡是能限制某些物体运动的其他物体，称为约束。如铁轨对于机车、轴承对于电动机转子、机床刀夹对于刀具等，都是约束。约束对非自由体的作用实质上就是力的作用，这种力称为约束反力，简称反力。反力的作用点是约束与非自由体的接触点。反力的方向总是与该约束所能限制的运动方向相反。图14所示为一向心滚动轴承，其外圈1(一般固定在机架上，构成固定件)通过滚动体2构成对轴3(与内圈连接为一体，成为活动件)的约束。1.3.1　约束和约束反力的概念图1-4　向心滚动轴承1

5、.3.2　约束的基本类型1.柔性约束2.光滑面约束3.光滑铰链约束1.柔性约束由柔软的绳索、链条、皮带等构成的约束称为柔性约束。它们只能受拉不能受压，约束反力方向沿中心线背离被约束物体。如图15所示线绳上的约束反力为1图1-5　柔性约束2.光滑面约束如果两个物体接触面之间的摩擦力很小，可忽略不计，两个物体之间构成光滑面约束。这种约束只能限制物体沿着接触点朝着垂直于接触面方向的运动，而不能限制其他方向的运动。因此，光滑接触面约束反力的方向垂直于接触面或接触点的公切线，并通过接触点指向物体，如图16所示。2.光滑面约束图1-6　光滑面约束3.光滑铰链

6、约束(1)连接铰链(中间铰链)　两构件用圆柱形销钉连接且均不固定，即构成连接铰链，其约束反力用两个正交的分力表示，如图1-7所示。(2)固定铰链支座　如果连接铰链中有一个构件与地基或机架相连，便构成固定铰链支座，其约束反力仍用两个正交的分力表示，如图1-8所示。(3)活动铰链支座　在桥梁、屋架等工程结构中经常采用这种约束。(1)连接铰链(中间铰链)　两构件用圆柱形销钉连接且均不固定，即构成连接铰链，其约束反力用两个正交的分力表示，如图1-7所示。图1-7　铰链约束(2)固定铰链支座　如果连接铰链中有一个构件与地基或机架相连，便构成固定铰链支座，其约束反力

7、仍用两个正交的分力表示，如图1-8所示。图1-8　固定铰链支座(3)活动铰链支座　在桥梁、屋架等工程结构中经常采用这种约束。图1-9　活动铰链支座1.3.3　物体受力分析和受力图1.研究对象2.分离体3.受力图3.受力图图1-10　球的受力图1.4　平面汇交力系合力与平衡：几何法1.力的三角形法则2.力的多边形法则1.力的三角形法则图1-12　力的三角形法则设有两个力作用于某刚体的一点O，则其合力可由三角形法则确定。三角形法则的实质是力的四边形法则的另一种表达方式，如图112所示。1.5　力的分解和力的投影图1-15　力在坐标轴上的投影1.7.1　力

8、对点之矩图1-17　扳手拧螺母人们从实践中知道，力的外效应作用可以产生移动和转动