机械基础工程力学分册.ppt

书名：机械基础（工程力学分册）ISBN：978-7-111-28992-0作者：曾德江 黄均平出版社：机械工业出版社本书配有电子课件,机械基础（工程力学分册）高职高专 ppt 课件,Copyright 机械工业出版社,机械基础静力学基本概念及受力分析,机械基础（工程力学分册）高职高专 ppt 课件,机械工业出版社机械,案例导入,如图所示为一工件的夹紧机构，工件能否被夹紧直接关系到工件的加工精度，其工作过程为活塞杆D在压力油作用下，推动摆杆AOB绕O点转动，AOB杆的A端推动钳子钳子夹紧工件。,机械基础（工程力学分册）高职高专 ppt 课件,机械工业出版社机械,第2单元 静力学基本概念及受力分析,机械基础（工程力学分册）高职高专 ppt 课件,机械工业出版社机械,学习目标,机械工业出版社机械,学习重点和难点,机械工业出版社机械,2.1 静力学基本概念,静力学的任务：就是研究物体在力系的作用下处于平衡与利用平衡条件解决未知力的问题。平衡:是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动的状态。2.1.1 刚体的概念 所谓刚体就是在力的作用下不变形的物体。在静力学中所研究的物体只限于刚体，故又称刚体静力学。由若干个刚体组成的系统称为物体系统，简称物系。,机械工业出版社机械,2.1 静力学基本概念,2.1.2 力的概念 1.力的概念：力是物体间的相互机械作用。力对物体的作用会产生两种效应：（1）外效应：指力使物体的运动状态发生改变。（2）内效应：指力使物体使产生变形。,小车的运动,吊车梁的变形,机械工业出版社机械,2.1 静力学基本概念,2、力的三要素及表示方法（1）力的三要素：力的大小、方向和作用点。力是矢量（2）力的表示方法（3）力的单位为N（牛顿）或kN（千牛），通常用黑体字母（如F 表示）代表力矢，以字母 F 代表力的大小。,力的表示法,机械工业出版社机械,2.1 静力学基本概念,（4）按力与物体接触的面积可为：集中力、分布载荷,集中力,分布载荷,机械工业出版社机械,2.1 静力学基本概念,2.1.3 力系的概念（1）力系是指作用于物体上的一群力。（2）平衡力系：物体在力系的作用下处于平衡状态，这种力系成为平衡力系。（3）力系的简化：将复杂的力系进行简化，而作用效应不变的过程称为力系的简化。（4）等效力系：若两个力系对物体的作用效应相同，则称为此两个力系等效。,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,1.公理1 二力平衡公理 刚体受两个力作用而平衡，其必要与充分的条件是：两力等值、反向、共线。,二力平衡,吊车结构中的直杆-二力平衡实例,机械工业出版社机械,本公理1只适用刚体。对于变形体，它只是平衡的必要条件，而不是充分条件。如图(a)所示的软绳受两个等值、反向、共线的拉力作用可以平衡，而如图(b)所示的软绳受两个等值、反向共线的压力作用就不能平衡。,2.2 静力学基本公理,(a),(b),机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,二力杆：在两个力的作用下保持平衡的构件称为二力构件，因为工程上，大多数二力构件是杆件，所以常简称为二力杆。二力杆可以是直杆，也可以是曲杆。二力杆的受力特点是：两个力的方向必在二力作用点的连线上。,二力杆实例-曲杆,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,2.公理2 加减平衡力系公理 在任意一个力系上，可随意加上或减去一平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。本公理成为力系简化的基本方法之一。推论1 力的可传性原理 作用于刚体上的力可以沿其作用线移至刚体内任一点，而不改变原力对刚体的作用效应。,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,想一想 练一练 如果在车后加一水平力推车，与在车前施加一水平力拉车，其效果是否一样？如果小车是弹性体效果是否一样？（请给出得出结论？）,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,3.公理3 力的平行四边形法则 作用于刚体同一点的两个力可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线所确定。,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,力的三角形法则：三角形的两个边分别表示两个分力，第三边表示合力，合力的作用点仍在汇交点。,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,推论2 三力平衡汇交定理 物体受三个力作用而平衡时，此三个力的作用线必汇交于一点。三个力矢量按首尾连接的顺序构成一封闭三角形。,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,公理4 作用与反作用定律 两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用线相同，并分别作用于这两个物体上。想一想 练一练 二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？,机械工业出版社机械,2.2 静力学基本公理,案例分析,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,2.3.1 约束与约束反力（1）约束：一物体的空间位置受到周围物体的限制时，这种限制就称为约束。（2）约束反力：约束限制物体运动的力称为约束反力或约束力。,桥梁结构图,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,1）约束反力作用点：在约束与被约束物体的接触处 2）约束反力的方向：总是与该约束所限制的运动或运动趋势的方向相反。3）约束反力的大小：是未知的，在静力学中，可用平衡条件由主动力求出。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,2.3.2 工程中常见的约束类型 1.柔性约束（1）观察实例：自行车的链传动、升降台绳索的联接特点。（2）概念：由绳索、胶带、链条等形成的约束。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,（3）约束特点：只能承受拉力，不能承受压力这类约束只能限制物体沿柔索伸长方向的运动。（4）约束反力的方向：总是沿柔索伸长方向背离被约束物体，常用符号FT 为表示。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,案例分析柔性约束实例：带传动,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,2.光滑面约束（1）观察实例：当摩擦忽略不计，观察啮合齿轮的齿面、自行车车轮与地面接触的特点。,齿轮的啮合,自行车车轮与地面接触,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,（2）概念：光滑平面或曲面对物体所构成的约束称为光滑面约束。,光滑面约束,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,（3）约束特点：只限制物体在接触点沿接触面的公法线方向指向约束物体的运动，而不限制物体沿接触面切线方向的运动。（4）约束反力的方向：通过接触点沿接触面公法线方向并指向被约束物体。通常用FN表示。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,案例分析,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,案例2-1 如图2-19所示，木板在水沟中挑起一重为G的球，接触处的光滑无摩擦，试分别用图表示出木板、球的受力情况。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,想一想 练一练 汽锤锻打工件时，如果工件偏置，将会使锤头受力偏心而发生偏斜，请画出锤头的受力图。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,想一想 练一练 如图所示的工件的夹紧机构，请判断哪个构件接触点处属于光滑面约束？如工件处于夹紧状态，你能否画出该构件的受力图？,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,3.光滑铰链约束（1）实例观察：门窗所用的活页、铡刀与刀架的联接特点。（2）概念：采用光滑圆柱定位销将两个构件相联接而形成的约束。,铡刀机构,光滑铰链约束,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,（3）约束反力：常用两个通过铰链中心大小未知方向正交的分力Fx、Fy来表示。,光滑铰链约束反力的表示,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,（4）若铰链所联接的构件中有一个是二力构件，则铰链约束反力必须按公理1画在两个力作用点的连线上。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,工程中常见光滑铰链约束的主要有以下三种类型：（1）固定铰链支座 1）实例观察：门与门框联接、铡刀与刀架联联特点。2）概念：若相联的两个构件有一固定，则称为固定铰链支座。,固定铰链支座,铡刀机构实例,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,3）约束的特点：限制被约束物体间的相对移动，但不限制物体绕销轴的相对转动。4）约束反力的方向：通常用两个通过铰心大小未知的正交力Fx、Fy来表示。,约束反力的表示,固定铰链约束的符号表示,固定铰链支座,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,(2)中间铰链 1）观察实例：剪刀的两个刀片联接点的特点。2）概念：若相联的两个构件均无固定，则称为中间铰链，简称铰。通常在两个构件连接处用一个小圆圈表示铰链。,中间铰链,中间铰链实例,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,3）约束的特点：与固定铰链支座约束特点相同。4）约束反力的方向：它的约束反力与固定铰链约束反力有相同，可以用两个通过铰心大小未知的正交力Fx、Fy来表示。,中间铰链符号表示,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,（3）活动铰链支座 1）实例观察：桥梁、屋架等结构的联接特点。2）概念：在固定铰链支座下面装上几个辊轴，使它能在支承面上任意移动，就构成了活动铰支座。,活动铰链支座实例,活动铰链支座,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,3）约束的特点：它只能限制构件沿支承面法向的运动，而不能限制切线方向的运动。4）约束反力的方向：通过铰链中心并与支承面相垂直，通常用FN来表示。,活动铰链支座约束符号表示,约束反力的方向表示,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,案例2-2 如图2-26所示，画出梁AC的受力图,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,想一想 练一练 如图所示的工件的夹紧机构，构件AOB是否存在光滑铰链约束？如有请画出该构件的受力图？,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,4.固定端约束（1）实例观察：外伸房屋的凉台、装卡加工用刀具的刀架。（2）概念：物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束称为固定端约束。,机械工业出版社机械,2.3 约束与约束力,（3）约束的特点:固定端约束限制物体在约束处沿任何方向的移动和转动。（4）约束反力的方向：一般可用两个大小未知的正交约束分力FAx、FAy和一个约束力偶MA来表示,固定端约束的力学模型,机械工业出版社机械,2.4 物体的受力分析与受力图,基本概念（1）受力分析：是指在静力学中，分析所要研究的构件（称为研究对象）上受哪些作用力，并确定每个力的作用位置和方向的过程。（2）分离体：解除约束后的物体称为分离体。（3）构件的受力图：在分离体上画出它所受的全部主动力和约束反力，这种表示构件受力情况的简明图形称为构件的受力图。,机械工业出版社机械,2.4 物体的受力分析与受力图,1.绘制受力图的一般步骤为：（1）确定研究对象，解除约束，画出研究对象的分离体简图；（2）根据已知条件，在分离体简图上画出的全部主动力；（3）在分离体的每一约束处，根据约束的类型画出约束反力。,机械工业出版社机械,2.4 物体的受力分析与受力图,案例2-3 重力为P的圆球放在木板AC与墙壁AB之间，如图2-29a所示。设板AC重力不计，试作出木板与球的受力图。,机械工业出版社机械,2.4 物体的受力分析与受力图,案例2-4 如图2-30a所示的三铰拱，由左右两个半拱通过铰链联接而成。各构件自重不计，在拱AC上作用有载荷F。试分别画出拱AC、BC及整体的受力图。,机械工业出版社机械,2.4 物体的受力分析与受力图,2.画受力图时，须注意以下几点：（1）必须明确研究对象（2）不要多画力，也不要漏画力（3）受力图上不能再带约束（4）不要错画力的方向（5）分析两物体之间的作用力与反作用力时，应遵循作用、反作用关系。（6）正确判断二力构件。,机械工业出版社机械,综合案例分析,如2-31图所示液压夹紧机构中，B、C、D、E均为光滑铰链约束，如果此时机构处于工件的夹紧状态，你能否根据本单元所学知识，对图中各构件进行受力分析，并画出各构件的受力图？,机械工业出版社机械,课堂练习,下列所示物体受力图是否正确？若有错误请改正。,机械工业出版社机械,课堂练习,画出图中物体B的受力图，未画重力的物体的重量均不计，所有接触处均为光滑接触。,机械工业出版社机械,课堂练习,画出图中每个标注字符物体的受力图，未画重力的物体的重量均不计，所有接触处均为光滑接触。,机械工业出版社机械,课堂练习,下列所示物体受力图是否正确？若有错误请改正。,机械工业出版社机械,课堂练习,画出图中每个标注字符物体的受力图，未画重力的物体的重量均不计，所有接触处均为光滑接触。,机械工业出版社机械,课堂练习,画出图中每个标注字符物体的受力图，未画重力的物体的重量均不计，所有接触处均为光滑接触。,机械工业出版社机械,课堂练习,画出图中每个标注字符物体的受力图，未画重力的物体的重量均不计，所有接触处均为光滑接触。,Copyright 机械工业出版社,Thank You!,