三章空间力系.ppt

第三章 空间力系,直接投影法,一.力在直角坐标轴上的投影,31 空间汇交力系,当空间力系中各力作用线汇交于一点时，称其为空间汇交力系.,间接（二次）投影法,合矢量（力）投影定理,二.空间汇交力系的合力与平衡条件,方向余弦,空间汇交力系的合力,空间汇交力系平衡的充分必要条件是：,-称为空间汇交力系的平衡方程,空间汇交力系的合力等于各分力的矢量和，合力的作用线通过汇交点.,空间汇交力系平衡的充要条件：该力系中所有各力在三个坐标轴上的投影的代数和分别为零.,该力系的合力等于零，即,例3-1,解：,画受力图，列平衡方程,解：,例3-3,各杆均为二力杆，取球铰O，画受力图。,（拉）,解：,一.力对点的矩以矢量表示 力矩矢,32 力对点的矩和力对轴的矩,（3）作用面：力矩作用面.,（2）方向:转动方向,三要素：,(1）大小:力 与力臂的乘积,二.力对轴的矩,力与轴相交或与轴平行（力与轴在同一平面内），力对该轴的矩为零.,三.力对点的矩与力对过该点的轴的矩的关系,例3-4,把力 分解如图,解：,33 空间力偶,一.力偶矩以矢量表示力偶矩矢,空间力偶的三要素,（1）大小：力与力偶臂的乘积；,（3）作用面：力偶作用面。,（2）方向：转动方向；,二.力偶的等效定理,空间力偶的等效定理：作用在同一刚体上的两个力偶，如果其力偶矩相等，则它们彼此等效。,实例,空间力偶可以平移到与其作用面平行的任意平面上而不改变力偶对刚体的作用效果.,只要保持力偶矩不变，力偶可在其作用面内任意移转，且可以同时改变力偶中力的大小与力偶臂的长短，对刚体的作用效果不变.,力偶矩矢是自由矢量,三力偶系的合成与平衡条件,=,=,为合力偶矩矢，等于各分力偶矩矢的矢量和.,合力偶矩矢的大小和方向余弦,-称为空间力偶系的平衡方程.,空间力偶系平衡的充分必要条件是:合力偶矩矢等于零，即,把力偶用力偶矩矢表示，平行移到点A.,例3-5,解：,求:轴承A,B处的约束力.,例3-6,已知：两圆盘半径均为200mm，AB=800mm，圆盘面O1垂直于z轴，圆盘面O2垂直于x轴，两盘面上作用有力偶，F1=3N，F2=5N，构件自重不计.,取整体，受力图如图所示.,解：,34 空间任意力系向一点的简化主矢和主矩,一.空间任意力系向一点的简化,空间汇交与空间力偶系等效代替一空间任意力系.,主矩,主矢,空间力偶系的合力偶矩,由力对点的矩与力对轴的矩的关系，有,空间汇交力系的合力,有效推进力,飞机向前飞行,有效升力,飞机上升,侧向力,飞机侧移,滚转力矩,飞机绕x轴滚转,偏航力矩,飞机转弯,俯仰力矩,飞机仰头,合力,合力.合力作用线距简化中心为,二空间任意力系的简化结果分析（最后结果）,过简化中心合力,合力矩定理：合力对某点(轴）之矩等于各分力对同一点（轴）之矩的矢量和.,合力偶,一个合力偶，此时与简化中心无关。,力螺旋,中心轴过简化中心的力螺旋,钻头钻孔时施加的力螺旋,既不平行也不垂直,力螺旋中心轴距简化中心为,平衡,平衡,35 空间任意力系的平衡方程,空间任意力系平衡的充要条件：,一.空间任意力系的平衡方程,空间任意力系平衡的充要条件：所有各力在三个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零，以及这些力对于每一个坐标轴的矩的代数和也等于零.,该力系的主矢、主矩分别为零.,三.空间约束类型举例,二.空间平行力系的平衡方程,静力学,1、球形铰链,二、空间约束,观察物体在空间的六种（沿三轴移动和绕三轴转动）可能的运动中，有哪几种运动被约束所阻碍，有阻碍就有约束反力。阻碍移动为反力，阻碍转动为反力偶。例,静力学,球形铰链,静力学,2、向心轴承，蝶铰链，滚珠(柱)轴承,静力学,3、滑动轴承,静力学,4、止推轴承,静力学,5、带有销子的夹板,静力学,6、空间固定端,研究对象：小车,列平衡方程,解：,例3-9,研究对象，曲轴,列平衡方程,解：,例3-10,研究对象1：主轴及工件，受力图如图,又：,解：,研究对象2：工件受力图如图,列平衡方程,研究对象，长方板,列平衡方程,解：,36 重 心,一.平行力系中心,平行力系合力作用点的位置仅与各平行力系的大小和作用位置有关，而与各平行力的方向无关。,合力矩定理,二.计算重心坐标的公式,对均质物体，均质板状物体，有,-称为重心或形心公式,三 确定重心的悬挂法与称重法,悬挂法,称重法,则,有,则,解:,由,由对称性，有,用负面积法，为三部分组成.,得,解：,习题,P105 3-3,14,17,19,22,25,26,