机械设计基础 第一章ppt课件.ppt

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1、机械设计基础1第一篇刚体静力学2目录静力学第1章刚体静力学基本概念与受力分析第2章力系的简化第3章工程构件的静力学平衡问题3静力学在静力学中，我们将研究以下三个问题：1.物体的受力分析2.力系的等效替换（或简化）3.力系的平衡条件和平衡方程引言静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。4§1.1静力学基本概念§1.2静力学基本公理§1.3基本约束及约束力§1.4物体受力分析和受力图第一章静力学基本概念与物体受力分析5静力学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.力和力系1.力的定义：力是物体间的相互机械作用。2.力的效应：①运动效应(外效应

2、)②变形效应(内效应)。4.力的单位：国际单位制：牛顿(N)千牛顿(kN)3.力的三要素：大小，方向，作用点AF6静力学力系：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。F1ABCF2F37静力学平衡：是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。二.平衡就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。三.刚体平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系8静力学定义：它是代数量，方向规定+–1、力对轴的矩结论：力对平行它

3、的轴的矩为零。即力F与轴共面时，力对轴之矩为零。四.力矩9静力学力对//它的轴的矩为零。即力F与轴共面时，力对轴之矩为零。10①是代数量。当F=0或d=0时，=0。③是影响转动的独立因素。⑤=2⊿AOB=F·d,2倍⊿形面积。静力学-+2、力对点的矩说明：②F↑,d↑转动效应明显。④单位N·m，工程单位kgf·m。11静力学在平面中：力对点的矩是代数量。在空间中：力对点的矩是矢量。[例1]汽车反镜的球铰链如果r表示A点的矢径，则：12静力学即：力对点的矩等于矩心到该力作用点的矢径与该力的矢量积。两矢量夹角为O13静力学即：3、力对点的矩与力对通过该点的轴之矩的关

4、系[证]通过O点作任一轴Z，则：由几何关系：所以：14静力学定理：力对点的矩矢在通过该点的任意轴上的投影等于这力对于该轴的矩。这就是力对点之矩与对通过该点轴之矩的关系。又由于所以力对点O的矩为：15静力学合力矩定理：平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩，等于所有各分力对同一点的矩的代数和即：由合力投影定理有[证]od=ob+oc又∵16[例2]已知：如图F、Q、l，求：和静力学解：①用力对点的矩法②应用合力矩定理17静力学1、力偶及力偶矩矢力偶的概念：由两个大小相等、方向相反，作用线相互平行且不共线的平行力组成的力系，定义为力偶。如右图所示，记作(F，F’)，力

5、偶的两力之间的垂直距离d称为力偶臂，力偶所在的平面称为力偶作用面。五.力偶及其性质18由以上实例可知，力偶对刚体的外效应只能使刚体产生转动。力偶矩的概念：力偶对刚体的转动效应用力偶矩表示。在平面问题中，力偶矩是代数量。以符号M(F，F’)表示，也可简写成M，即M＝±Fd。式中的正负号一般以逆时针转向为正，顺时针转向为负。力偶矩的单位为N·m。力偶矩的大小也可用力偶中的一个力为底边与另一个力的作用线上任一点所构成的三角形面积的两倍表示，即M＝±2△OAB静力学19静力学由于空间力偶除大小、转向外，还必须确定力偶的作用面，所以空间力偶矩必须用矢量表示。力偶矩矢量表示

6、：力偶的转向为右手螺旋定则。从力偶矢末端看去，逆时针转动为正。空间力偶是一个自由矢量。20①两个同向平行力的合力大小：R=Q+P方向：平行于Q、P且指向一致作用点：C处确定C点由合力距定理静力学2、平面力偶性质性质1：力偶既没有合力，本身又不平衡，是一个基本力学量。21静力学②两个反向平行力的合力大小：R=Q-P方向：平行于Q、P且与较大的相同作用点：C处（推导同上）性质2：力偶对其所在平面内任一点的矩恒等于力偶矩，而与矩心的位置无关，因此力偶对刚体的效应用力偶矩度量。力偶无合力R=F’-F=022说明：①m是代数量，有+、-；②F、d都不独立，只有力偶矩是独立

7、量；③m的值m=±2⊿ABC；④单位：N•m静力学由于O点是任取的-+d23静力学性质3：平面力偶等效定理：作用在同一平面内的两个力偶，只要它的力偶矩的大小相等，转向相同，则该两个力偶彼此等效。[证]设物体的某一平面上作用一力偶(F，F')现沿力偶臂AB方向加一对平衡力(Q，Q')，Q'，F'合成R'，再将Q，F合成R，得到新力偶(R，R')，将R，R'移到A'B'点，则(R，R')，取代了原力偶(F，F')并与原力偶等效。24静力学②只要保持力偶矩大小和转向不变，可以任意改变力偶中力的大小和相应力偶臂的长短，而不改变它对刚体的作用效应。由上述证明可得下列两个推

8、论：比较(F，F')和(