机械工程力学基础培训课件

第一篇工程力学基础工程力学的内容和任务本节需要掌握以下内容：1.为什么要学习工程力学？机械在工作时其构件将受到力的作用，作用力会改变其运动状态或者使其尺寸和形状发生改变，甚至当力过大时会使构件过度变形甚至损坏，所以在设计机械的时候要正确地分析计算构件的受力情况、承载能力。工程力学为之提供重要的理论基础。工程力学的内容工程力学通常分为两大部分：理论力学和材料力学理论力学是研究刚体(理想化物体，受力后形状和体积不发生改变)机械运动一般规律的科学。内容包含静力学、运动学和动力学。本章只学习静力学的基础部分。

材料力学研究一定材料、形状尺寸的工程构件在外力作用下变形和破坏规律，以及为保证机械或工程结构的正常工作选择适宜的材料、确定合理的结构形状和尺寸，为保证构件既安全又经济的要求，提供基本理论和基本计算方法。工程力学研究的主要问题：综合起来看有以下三方面：①物体受力分析的方法及物体平衡时作用力之间的关系；②物体的运动规律及作用于物体上的力与运动变化之间的关系；③构件受力变形和破坏规律及承载能力本篇侧重内容

工程力学内容非常广泛和丰富，限于学时，本章仅侧重理论力学里边的静力学部分和材料力学的基本内容，运用其基础理论分析解决机械工程的实际问题。第七章零件的受力分析

和计算

研究对象：平衡状态的刚体或刚体系统研究内容：①物体的受力分析；②力系的简化；③物体在力系作用下处于平衡的条件及其在工程实践中的应用。静力学基本知识1、名词介绍：

(1)力系：F1F2Fn(2)平衡力系：F2F1Fn若平衡，则称为平衡力系。同时作用在物体上的一群力。(3)等效力系：=P1P2Pn若两个力系对同一物体的作用效果相同，则互称为等效力系。(4)合力、分力：F1FnF2F1FnF2=FR若一个力和一个力系等效，则该力称为合力，力系中各力称为此力的分力2、力学模型：

刚体：受力时不变形体的物体

刚体系：（物系）3、内容：（1）力系的简化：

用简单力系代替复杂力系，作用效应不变。（2）力系的平衡条件:

物体处于平衡状态时，力系应满足的条件。

平衡：指物体相对于地面保持静止或作均速直线运动一、力的概念：

定义：物体间的相互作用外效应：运动状态改变。(理力）内效应：变形。（材力）三要素：大小、方向、作用点。力的图示：FP文字符号：箭头，代表力的指向力的作用线线段长度代表力的大小线段的起点或终点为力的作用点印刷体体：黑体字字母——力矢。。普通字字母——力的大大小。。手写体体：F——力矢。。F——力的大大小。。力单位位：NKN牛千千牛二、约约束的的概念念：自由体体：能在空空中自自由运运动（（飞机机、卫卫星））非自由由体：：某些方方面的的运动动受到到周围围物体体的限制（灯绳绳、合合页轴轴、铁铁轨））（1）约束束：阻碍物物体运运动的的限制制物（2）约束束反力力：约束作作用于于被约约束物物体上上力作用点点：接触处处方向向：：永远与与所限限制的的运动动方向向相反反大小小：：未知待待求（被动动力））（3）主动动力：：约束反反力以以外的的其它它力能主动动引起起物体体运动动的力力。例如主动力力大小小一般般已知知（重重力、、风力力、牵牵引力力）如：三、静静力学学公理理(公理与与定律律；定定理、、推理理与推推论））1、公理理一（（二力力平衡衡公理理）：：T1T2GF1F2若刚体体受二二力作作用而而平衡衡，则则必、、充条条件为为：此此二力力等值值、反反向、、共线线。（1）适于于刚体体。（2）二力构构件（（二力力杆））：只受二二力作作用而而平衡衡的构构件或或杆件件。F1F2F1F2F1F2（拉杆杆）（（压杆杆）2、公理理二（（加、、减平平衡力力系公公理））：在作用用于刚刚体上上的任任一力力系中中，加加上或或减去任任一个个平衡衡力系系，并并不改改变原原力系系对刚刚体的作作用受力特特点：：所受两两力必必沿两两力作作用点点连线线F1F2F3P1P2=F1F2F3（适于于刚体体）3、推论论一（（力的的可传传性原原理））作用在在刚体体上的的力可可沿其其作用用线移移动，，而不不改变变该力力对刚刚体的的作用用效应应。=FF2F1F1（令F1=F2=F）（适于于同一一个刚刚体））4、公理理三（（力的的平行行四边边形法法则））：作用于于物体体上同同一点点的两两个力力可以以合成成为作用于于该点点的一一个合合力，，它的的大小小和方方向由由这两个力力的矢矢量为为邻边边所构构成的的平行行四边边形的的对角线来来表示示。矢式：：R=F1+F2F1F2RF1F2RF2F1R（适合合于任任何物物体））（逆过过程也也成立立，一一般正正交分分解））F1F2F力三角角形法法则:5、推论论二（（三力力平衡衡汇交交定理理）刚体受受不平平行的的三力力作用用而平平衡时时，此此三力作作用线线必共共面，，且汇汇交于于一点点。证：=F1F2F3F3F2F1R1、只适于于刚体体2、三力力汇交交一点点，只只是平平衡的的必要要条件件3、三力力构件件，若若已知知三力力作用用点和和任两两力作作用线则则可定定出第第三力力作用用线。。ooABCC如：（并不不平衡衡）F1F2F36、公理理四（（作用用、反反作用用定律律）两物体体间相相互作作用的的一对对力，，总是是等值值、反向、、共线线，并并分别别作用用在这这两个个物体体上。。..GGNN（1）适于于任何何物体体。（（2）（G、N）是平平衡力力；N是作用用力，，N‘是反作作用力力四、几几种常常见的的约束束及反反力：：（一））柔索索约束束：柔绳、、皮带带、链链条等等。特征：：只限制制沿柔柔索中中心线线伸长长方向向的运动动。反力：：作用点点：联联结点点。作用线线：沿沿柔索索。指向：：背离离被约约束体体。（拉力力）例如GGF1F2GGFAFBFCFDFEABCDEFAFBFCFDF1F2F1F2（二）光滑滑接触面约约束:(不计摩擦)特征:只限制沿接接触处公法线做压压入光滑面面的运动.公法线FN反力:作用点:接触处作用线:沿接触处的的公法线指向:指向被约束束体BCAFAFBFCG（压力）（三）光滑滑铰链约束束带孔的构件件套在圆轴轴（销钉））上。特征：只限制构件件间的相对对移动。不限制构件件间的相对对转动。（在垂直于于轴线的平平面内）传力特点：：带孔构件与与销钉直接接作用。（A）固定铰支支座：底座座固定。例如FFFFFyFx反力F：作用点、作作用线、及及指向，均均随主动力力而变。通常用互相相垂直的Fx与Fy表示.（二力构件件除外）简图:（B）中间铰链链：仅有两个带带孔的构件件，套在销销钉上，且且节点处不受外外力。FFFFFxFyFyFx(1)(2)(1)(2)(1)(2)构件(1)与构件(2)互为约束满足作用力力与反作用用力的关系系通常用(Fx、Fy)，（Fx'、Fy')表示（二力力构件除外外）简图：例：BACFCBFCFBFFCCAFAyFAx先识别二力力构件；中中间铰链处处：作用力力与反作用用力关系。。（C）可动铰支支座：底座与支撑撑面间有辊辊轴。（轴支座））公法线F只限制沿垂垂直支撑面面方向的运运动。反力F：沿支撑面法法线，通过过销钉中心，指向可可假设。简图：（四）链杆杆约束：两端铰接，，中间不受受力的直杆杆（二力杆杆）ABABFAFBAFA（A处为中间铰铰链）反力：沿链杆中心心线，指向向可假设。。（只限制制沿链杆中中心线的运运动。）===（五）齿轮副约束束力节圆公切线线连心线（六）轴承承约束（A）径向轴承承（向心轴轴承）：只限制沿半半径方向的的运动。轴线FAyFAx(B)止推轴承：：既限制沿半半径方向的的运动，又限制沿轴轴线方向的的运动。FxFzFy（七）球形形铰链支座座:球状物体置置于球窝形形支座内，，只限制任任何方向的移动动。FxFyFz(八)固定端五、物体的的受力分析析与受力图图受力分析：：所研究物体体共受几个个力的作用用，每个力力的作用点、作作用线、指指向是怎样样的？受力图：所研究物体体的简图单单独画出，，在上面画画上其所受全部部主动力和和全部约束束反力的图图形。步骤：（1）确定研究究对象（取取分离体）），并把其简图单单独画出。。（2）画上其所所受主动力力。（3）画上其所所受约束反反力。例：已知F，试画出AB梁的受力图图。解：（1）取AB梁为研研究对对象。。（2）画主主动力力F。F（3）画反反力FB,FAx,FAy。FBBAFAxABFFAy或：按按三力力平衡衡汇交定理FBBAFFAO例:已知P。试画出出AD杆、BC杆及构架架整体受受力图DABCPBCFBFCABDPFBFAxFAyABDPOFBFAABCDPFCFAxFAy（系统内内力）（系统外外力）例：三铰铰刚架，，已知F。试分别别画出AC、BC构架及刚架架整体受受力图ABCF解：BCFCFBACFFCFAxFAyABCFFBFAxFAy例：已知知P。试分别别画出AB、BC杆、销钉钉C及构架整体的受受力图。。解：ACFAFCABCFBFCBCFFCAFCBACFFCBFA（AC杆含销C）ABCFFBFA例：BCDEFDFECGFOFCOBCFBFEHFCBACDFCOFCBFDFAxFAyGFADEFBFAxFAy例：A

BCF1F2ACF1FCxFCyFAxFAyBCF2FcxFcyFBxFByCABFAxFAyFBxFByF1F2例:BCFCBFBACPFCAxFCAyFAxFAyCGFCBFCAxFCAyACPGFCBFAxFAyABCPGFBFAxFAy例：OABPBPFBAFB例：P.OCABDPABDFAFBFD例题.由水平杆杆AB和斜杆BC构成的管管道支架架如图所所示.在AB杆上放一一重为P的管道.A,B,C处都是铰铰链连连接.不计各杆杆的自重重,各接触面面都是光光滑的.试分别画画出管道道O,水平杆AB,斜杆BC及整体的的受力图图.ACBDOP解:(1)取管道O为研究对对象.OPND(2)取斜杆BC为研究对对象.CBRCRBABDND´RB´XAYA(3)取水平杆杆AB为研究对对象.(4)取整体为为研究对对象.ACBDOPRCXAYA画受力图图的注意意事项（1）首先必必须明确确研究对对象，将将它从周周围物体体的约束中分分离出来来，单独独画出这这个物体体的轮廓廓图形；；（2）研究对对象的运运动或平平衡，是是受其他他物体作作用的结结果，必须画出出周围所所有物体体对它的的作用力力，即所所受的一一切主动力和约约束反力力；（3）研究对对象对周周围物体体的作用用力不要要画出；；（4）不要单单凭感性性判断去去画，要要根据约约束性质质画出反反力，确定反力力的方向向时，可可借助于于以下各各点：确定反力力的方向向时，可可借助于于以下各各点：*是否与二二力构件件相连，是,则由二力力构件的的分离体体图确定定二力构构件的连连接点受受力方向向，而它它的相反反方向（（反作用用力的方方向）就就是所求求方向;