第1章静力学基础ppt课件.pptx

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1、第1章静力学基础机械设计基础机械设计基础第1章 静力学基础主讲：XXXX职业技术学院XXXXXQQ: 12345569 Tel:(1234)12345678Strategy力的概念力的概念力是物体之间的相互机械作用。 力作用产生两种效应：(1)使物体运动状态发生变化； (2)使物体的尺寸及形状发生变化。 力对物体作用的效应取决于力的大小、方向和作用点三个因素，通常称为力的三要素力的三要素。力的大小的指物体间的相互作用的强弱程度。力的单位是N（牛顿）、kN（千牛），1kN=1000N。力的方向包含方位和指向。第第1 1章章 静力学基础静力学基础1.1 静力学概述静力学概述Strategy 用一个

2、带有箭头的有向线段“”来表示这三个要素。线段的长短表示力的大小，有向线段的方向表示力的方向，线段的作用处就表示力的作用点。 既有大小又有方向的量称矢量矢量（或称向量向量）。只有大小而不考虑方向的量称为标量标量。F与F含义不同， F表示矢量，而F表示标量。力的作用点指的是力在物体上的作用位置。分布力力集中力第第1 1章章 静力学基础静力学基础工程上把作用在物体上的一群力称为力系力系。平面一般力系平面汇交力系平面力系力系平面平行力系平面力偶系空间力系力的作用线力的作用线是指通过力的作用点，沿力方向的直线。1.1.2 1.1.2 力系、平衡力系、平衡和和刚体刚体的概念的概念 平衡平衡工程上一般指物体

3、相对于地球保持静止或做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平衡力系。在任何外力作用下，大小和形状始终保持不变的物体称为刚体刚体。第第1 1章章 静力学基础静力学基础Strategy1.2 静力学公理静力学公理 一个物体受到二个力作用而处于平衡状态，这二个力一定是大小相等、方向相反并且作用在同一条直线上，这称为二力平衡公理(条件)。 刚体上仅受两个力作用而平衡，其必要与充分条件为：此两力的大小相等、方向相反、作用线沿同一直线（简称等值、反向、共线）。电灯T=G，TG = 0；重物GN ，GN =0。 二力平衡公式 ：F1+F2 =0 1.2.1 二力平衡公理二力平

4、衡公理第第1 1章章 静力学基础静力学基础StrategyConclusion 只受两个力作用而平衡的构件称为二力构件二力构件。当构件呈杆状时，则称二二力杆力杆。二力杆的受力特点是所受的两力必沿作用点的连线。 二力平衡条件对刚体来说，这个条件既是必要的又是充分的；但对于非刚体而言，这个条件是不充分的。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础1.2.2 加减平衡力系公理加减平衡力系公理加减平衡力系公理加减平衡力系公理：在作用于刚体的已知力系中，增加或减去任意一平衡力系后所构成的新力系与原力系等效。 力的可传性原理力的可传性原理：作用在刚体上的力可沿其作用线滑移到该刚体的任何一点，不会改变此力对刚体

5、的作用效果。 作用于刚体上力的三要素：力的大小、方向和作用线。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础 加减平衡力系公理只适用于同一刚体同一刚体。对于需要考虑变形的物体变形的物体，加减任何平衡力系，都将会改变物体的变形情况。 1.2.3 力的平行四边形公理力的平行四边形公理FR1.力的合成FR称为力F1与力F2的合力，而力F1与力F2称为力FR的分力。第第1 1章章 静力学基础静力学基础作用在同一点的两个力F 1和F 2，要用一个力F R来等效的代替它。已知了两个分力，来求它们的合力。 力的平行四边形公理力的平行四边形公理：作用在刚体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合

6、力的大小、方向由以这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。合力等于两分力的矢量和。矢量式：FR=F1+F2 。 求两汇交力合力的三角形法则三角形法则 。求两汇交力合力的计算公式 ：2212121212cos=sinsinRRFFFFFFF第第1 1章章 静力学基础静力学基础例例1.1 图示物体的A点处作用了F1 和F2两个力，且F1=80N ，F2=100N，它们之间的夹=60，求其合力FR。解：（1）图解法(a.一般图解法；b.计算机图解法)FR =157N，FR与F1的夹角为34。FR =156.205N，FR与F1的夹角为33.670。 （2）计算法00211100sinsinsin6

7、00.554434=33.67156.2RFF2222012122cos80100280 100cos60156.21RFFFF FN答： FR =156.21N，FR与F1的夹角为33.67。第第1 1章章 静力学基础静力学基础当两共点力间的夹角成特殊角度时合力的求法。 二个分力相互垂直时，可用勾股弦定理来求它们的合力。当两个力共线时，其合力等于两力的代数和。共线的两力同向时相加，反向时相减，且方向与较大的一个力的方向相同。2.三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理：刚体受三个共面但互不平行的力作用而平衡时，则此三力的作用线必汇交于一点。这定理常用来确定第三个力作用线的方位。第第1

8、 1章章 静力学基础静力学基础3.力的分解一般情况下，将一个力分解成两个相互垂直的力，这样的分解称为正交分解正交分解。例例1.2 在图中，已知力F=200N，作用在直角坐标系的原点，与x轴的夹角=30，试将力F分解成在x轴和y轴上的两个分力F1与F2。(a)(b)解：F1=F cos30=2000.866=173.2N F2=F sin30=2000.5=100N F1与F2的方向如图 (b)所示。第第1 1章章 静力学基础静力学基础1.2.4 作用力与反作用力公理作用力与反作用力公理作用力与反作用力公理作用力与反作用力公理：两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等、作用线相同、指向相反、分

9、别作用在两个不同的物体上。对二力平衡公理来说，两个力作用在同一刚体上，而作用力和反作用力则是分别作用在两个不同的物体上。 力总是成对出现的，有作用力必有一反作用力，它们互相依存、同时出现、同时消失，分别作用在相互作用的两个物体上。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力1.3.1 约束的概念约束的概念1.约束一个物体的运动受到周围其它物体的限制，这种限制（条件）称为约束约束。 2.约束反力约束对研究物体的反作用力称为约束反作用力，简称约束反力约束反力（或约束力约束力）。 约束反力的大小一般是未知的，需根据研究物体的受力情况和运动情况来计算。约束反力的作

10、用点，则在研究物体上与约束的接触处。约束反力的方向总是与所能限制的运动方向相反。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础1.3.2 常见的约束类型及约束反力的画法常见的约束类型及约束反力的画法1.柔性 (索)约束由柔软的绳索、链条、皮带等形成的约束称为柔性柔性( (索索) )约束约束。 柔索的约束反力方向一定是沿着柔索中心线而背离物体，作用在柔索与物体的连接点。柔索的约束反力通常用符号FT或T表示。 柔性约束的约束力只能是拉力，其约束反力作用于联接点，方向沿着柔索而背离物体。第第1 1章章 静力学基础静力学基础2.光滑接触面约束(b)(a)两物体相互接触，如果接触面非常光滑，摩擦力可以忽略不计，

11、这种约束称为光滑接触面约束光滑接触面约束。 光滑接触面约束的约束反力通过接触点，沿接触面的公法线公法线方向，指向被约束的物体，使物体受到一个法向压力的作用（习惯上称法向反力）。 光滑接触面约束的约束反力只能是压力。光滑接触面约束的约束反力常用字母FN或N来表示。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础3.光滑圆柱形铰链约束(1) 固定铰链支座 两个零件被钻有同样大小的孔，并用销钉连接起来，这种约束称为圆柱形铰链约束圆柱形铰链约束。 固定铰链支座约束的约束反力作用线必通过销钉中心，一般情况下方向不定，所以用x方向和y方向两个正交分力Fx (FAx) 和Fy (FAy) 来表示。 (2) 活动铰链支

12、座活动铰链支座的约束反力FN 必垂直于支承面，通过铰链中心，指向待定。活动铰链支座的约束反力常用符号FN或N来表示。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础(3) 中间铰 中间铰的约束反力与固定铰链支座一样，它的约束反力作用线通过销钉中心，一般情况下方向也是不确定的，所以也用x与y方向的分力Fx (FCx)和Fy (FCy)来表示。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础1.4 受受 力力 图图 解除了约束，而被人认为成自由体的构件称为分离体分离体。将分离体上所受的全部主动力和约束反力以力矢表示在分离体上，如此所得到的图形，就称为受力图受力图。 例例1.31.3 重量为G的梯子AB，放在水平地面和

13、铅直墙壁上。在D点用水平绳索DE与墙相连，如图所示。若略去摩擦，试画出梯子的受力图。画受力图的具体步骤如为：(1)明确研究对象，画出分离体；(2)在分离体上画出全部主动力；(3)在分离体上画出全部约束反力。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础例例1.4 如图所示为一拱桥，由左、右两半拱铰接而成。设半拱自重不计，在半拱AB上作用有载荷F，画出左半拱片AB的受力图。(a)(b)例例1.5如图所示为曲柄冲压机工作简图，皮带轮重为G，冲头C及连杆BC的重量忽略不计，冲头C所受工作阻力为Q。试画出带轮A、连杆BC、冲头C和整个系统的受力图。 第第1 1章章 静力学基础静力学基础第第1 1章章 静力学基

14、础静力学基础为了能正确地画出受力图，现提出以下几点供参考：（1）明确哪个物体是研究对象，并将研究对象从它周围的约束中分离出来，单独画出其简图(但工程上有时为了求解约束反力的方便起见，在不至于引起混淆的时候，也往往将约束反力画在原图上)。（2）受力图上要画出研究对象所受的全部主动力和约束反力，并用习惯使用的字母加以标记。为了避免漏画某些约束反力，要注意分离体在哪几处被解除约束，则在这几处必作用着相应的约束反力。（3）每画一个力都要有依据，要能指出它是哪个物体（施力物体）施加的，不要臆想一些实际上并不存在的力加在分离体上，尤其不要把其他物体所受的力画到分离体上。（4）约束反力的方向要根据约束的性质来判断，切忌单凭直观任意猜度。（5）在画物体系统的受力图时，系统内任何两物体间相互作用的力（内力）不应画出。当分别画两个相互作用物体的受力图时，要特别注意作用力与反作用力的关系，作用力的方向一经设定，反作用力的方向就应与之相反。第第1 1章章 静力学基础静力学基础