物体的受力分析与平衡.ppt

第一章物体的受力分析与平衡 2020年3月26日8时1分 本章主要内容 2020年3月26日8时1分 本章主要内容 1 力学的基本概念2 约束 约束反力与受力图3 物体的受力平衡基本要求 1 掌握静力学公理 2 会分析零件的受力 重点内容 零件的受力分析及计算 2020年3月26日8时1分 1 1力学的基本概念 1 1 1力的概念 力的定义 物体间的相互机械作用 使物体的运动状态或形状尺寸发生改变 力的外效应 力使物体运动状态发生改变的效应力的内效应 力使物体产生变形的效应力的三要素 大小 方向 作用点力的单位 N 牛顿 2020年3月26日8时1分 1 1力学的基本概念 1 1 2刚体的概念 刚体的定义 在任何力的作用下 物体的大小和形状都保持不变的物体 其实是忽略微小变形的理想化结果 理论力学 弹性体 在研究物体受力与变形关系时 认为零件是弹性体 材料力学 2020年3月26日8时1分 1 1力学的基本概念 1 1 3平衡的概念 平衡是物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态 运动是绝对的 静止是相对的 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公理 1二力平衡理论 充要条件 大小相等 方向相反 且作用在同一直线上 二力等值 反向 共线 对于变形体而言 二力平衡公理只是必要条件 但不是充分条件 如绳子 二力杆 仅受二力作用的物体 二力体 为杆件 二力杆 体 上二平衡力作用点的连线就是力的作用线 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公里 2力可传性原理 作用在刚体上某点的力 可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点 并不改变该力对刚体的作用效应 弹性体不适用 力对刚体的作用取决于 力的大小 方向和作用线 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公里 3加减平衡力系平衡 在已知力系上加上或者减去任意平衡力系 并不改变原力系对刚体的作用 力系 作用在物体上的几个力或一组力 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公里 4力的平行四边形法则 力的合成与分解 作用在刚体上的两个相交于一点的力 可以合成为一个合力 合力的作用点也在该点 合力的大小 方向 由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定 简化 合力大小 合力方位 三角形法则 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公里 力系的合成 力多边形OABCDE 将需要合成的各力平移后首尾相连 最后自第一个力的起点到最后一个力的终点 连接一条直线矢量 即是平面汇交力系的合力 4力的平行四边形法则 力的合成与分解 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公里 4力的平行四边形法则 力的合成与分解 与力的合成不同 两个 或以上 力的合成只有一个合力 而力的分解若没有其他限制 可有多种分解方法 可分解为大小 方向都不同的两个 或以上 分力 工程上常将一个力分解为方向已知的相互垂直的两个 平面力系 或三个 空间力系 分力 力的分解 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公里 5三力平衡汇交定理 作用在刚体上三个相互平衡的力 若其中两个力的作用线汇交于一点 则第三个力的作用线通过汇交点 2020年3月26日8时1分 1 1 4静力学公里 6作用与反作用定律 两物体间的作用力与反作用力总是同时存在 且大小相等 方向相反 沿同一条直线 分别作用在这两个物体上 作用力与反作用力互相依存 同时出现 同时消失 分别作用在相互作用的两物体上 作用力与反作用力与二力平衡公理中的两个力有着本质的区别 2020年3月26日8时1分 1 2约束 约束反力与受力图 1 2 1约束与约束反力 主动力使机构运动或有运动趋势的力 约束限制物体运动的条件 约束反力约束限制构件运动而给构件的力 反力的作用点 约束与非自由体的接触点反力的方向 总是与该约束所能限制的运动方向相反反力的大小 总是未知的 在静力学中可以利用相关平衡条件求出约束反力 2020年3月26日8时1分 1 2 2常见的约束类型及其反力 1柔索约束 由柔软的绳索 三角带 链条等构成的约束成为柔索约束 柔索给约束物体的力一定沿柔索方向 且只能是拉力 2020年3月26日8时1分 1 2 2常见的约束类型及其反力 2光滑接触面约束 物体与光滑支承面接触时产生的约束 方向沿接触面的公法线 且指向被约束物体 只能受压 不能受拉 不计摩擦 2020年3月26日8时1分 1 2 2常见的约束类型及其反力 3光滑圆柱铰链约束 1 固定铰链支座约束 如门上的合叶等 约束反力通过铰链中心 方向和大小未知 两个未知数 根据具体情况而定 可将约束反力分解为作用线过铰链中心 相互垂直的两个分力 2020年3月26日8时1分 1 2 2常见的约束类型及其反力 3光滑圆柱铰链约束 2 活动铰链约束 只能限制物体沿支承面的法线方向运动 约束反力通过铰链中心 垂直于支承面 不能承受x轴方向的力 作用 2020年3月26日8时1分 1 2 2常见的约束类型及其反力 3光滑圆柱铰链约束 3 中间铰链约束 其约束反力一般也用两个正交分量表示 2020年3月26日8时1分 1 2 2常见的约束类型及其反力 3光滑圆柱铰链约束 4 固定端约束 约束反力可用一个力偶和两个相互垂直的分力表示 一个力偶 两个分力 悬臂梁等 2020年3月26日8时1分 1 2 3受力图 求解静力平衡的问题时 必须首先进行受力分析 将研究对象从周围的约束中分离出来 即解除约束 画出其所受全部力的简图 称为受力图 受力图是力学计算的依据 画物体受力图时须注意 1 首先将分析对象从系统中分离出来 画出其所受的全部主动力和约束反力 代替系统中的原有约束 2 如作用于分离体的某约束反力 其方位不知时 可用两互相垂直的分力FRx和FRy表示 若指向也不知时 可先假定指向 据此列方程 如计算结果为正值 则表示与原假设相符 反之表示应与原假设指向相反 重力忽略 2020年3月26日8时1分 1 2 3受力图 B C A GAB W FW B GAB C A FNM FNM M M GC GC F FAX FAY 2020年3月26日8时1分 1 3物体的受力平衡 1 3 1力系的平衡 物体受力的平衡条件必须满足 力系中各力沿任一方向的分力的代数和为零 力系中各力对任意点 轴 的力矩的代数和为零 2020年3月26日8时1分 1 3物体的受力平衡 1 3 2平面