机械设计基础教学课件力学部分

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1、静力学基本概念与物体受力分析汇交力系力偶系平面任意力系空间任意力系静力学专题——桁架、摩擦、重心第一篇静力学基础静力学主要研究：物体的受力分析；力系的简化；力系的平衡条件及其应用。引言静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。§1–1静力学基本概念§1–2静力学公理§1–3约束与约束力§1–4物体的受力分析第一章静力学基础第一章静力学基本概念与物体受力分析§1-1静力学基本概念一.刚体的概念刚体：就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。变形体：在外力作用下产生变形的物体。弹性变形：在外力卸除

2、时，变形也随之消失。变形塑性变形：在外力卸除时，变形不能全部消失。理想弹性体：在外力不超过一定范围时，仅仅产生弹性变形。二.载荷与负载载荷：机械在工作时，组成机械的各构件都要受到来自相邻构件和其他物体的作用，这些力在工程上称为载荷。负载：指连接在电路中的电源两端的电路元件。三.静力学相关物体系统：若干个刚体组成的系统。静力学中所研究的物体仅限刚体。质点：指具有一定质量而形状大小可以忽略不计的物体，当我们研究物体整体运动时，它的大小和形状不影响我们所研究问题的性质，可将该物体简化为质点。是指物体相

3、对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。五.平衡四.力学静力学：受力平衡，受力分析，力系简化。理论力学动力学：受力物体的运动的作用力的关系。力运动学：从几何的角度来研究物体的运动而学不研究引起构件运动的物理原因材料力学：研究构件的变形和破坏规律，为合理设计构件提供强度，强度和稳定性分析的基本理论和计算方法。4.力的单位：国际单位制：牛顿(N)千牛顿(kN)六.力的概念1．定义：2.力的效应：①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。3.力的三要素：大小，方向，作用点AF力是物体间的相互机械

4、作用。力系：是指作用在物体上的一群力。等效力系：两个力系的作用效果完全相同。力系的简化：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。合力：如果一个力与一个力系等效，则称这个力为力系的合力。平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。F1ABCF2F3§1-2静力学公理是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理1二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等

5、F1

6、=

7、F2

8、方向相反F1=–F2作用在

9、同一直线上，作用于同一个物体上。刚体F1F2公理：说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的。③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。②对变形体(或多体中)来说，上面的条件只是必要条件。二力杆在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。公理2加减平衡力系原理推论1：力的可传性原理公理3力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成一个合

10、力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。力的三角形法则FRFR刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交—平行力系。）推论2：三力平衡汇交定理∴三力必汇交，且共面。[证]∵为平衡力系，∴也为平衡力系。又∵二力平衡必等值、反向、共线，FR公理4作用力与反作用力公律等值、反向、共线、异体、且同时存在。[例]吊灯公理5刚化原理变形体在某一力系作用下处于

11、平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。公理5告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。§1-3约束与约束力一、概念位移不受限制的物体叫自由体。自由体：位移受限制的物体叫非自由体。非自由体：①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束力特点：G约束力：约束与非自由体接触相互产生了作用力，约束作用于非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是

12、名词，而不是动词的约束。）FGFN1FN2二、约束类型和确定约束反力方向的方法：1.柔索：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束绳索类只能受拉，约束反力作用在接触点，方向沿绳索背离物体。TF1F2约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。A约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。F1F2胶带构成的约束柔索约束柔绳约束链条构成的约束约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。绳索、链条、皮带柔索约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体2光滑支承面约束PNNP