精密機(jī)械設(shè)計 第1章 精密機(jī)械零件的受力分析.ppt

第一章精密機(jī)械零件的受力分析與平衡 力學(xué)的基本概念約束 約束反力與受力圖精密機(jī)械零件的受力平衡 1力學(xué)的基本概念 力是物體間的相互作用 這種作用使得物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化 同時物體也發(fā)生了變形 力的三要素 作用點 方向 大小 力作用于物體 使得物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)稱為力的外效應(yīng) 力使物體產(chǎn)生變形的效應(yīng)稱為力的內(nèi)效應(yīng) 一 力的概念 二 剛體的概念就是在任何力的作用下 物體的大小和形狀都保持不變的物體 其實是忽略微小變形的理想化結(jié)果 外力作用下物體視為剛體的情況 研究物體受力與運(yùn)動關(guān)系時 由平衡條件求解物體所受外力時 三 平衡平衡是物體相對于地球處于靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài) 作用在剛體上使剛體處于平衡狀態(tài)的力系稱為平衡力系 平衡力系應(yīng)滿足的條件稱為平衡條件 1 二力平衡理論 圖1 2剛體的平衡圖1 3二力體的平衡 一個零件受兩個力的作用平衡 則此二力等值 反向 共線 二力桿上二平衡力作用點的連線就是力的作用線 四 靜力學(xué)公理 2 加減平衡力系理論 我們發(fā)現(xiàn)在作用于剛體上的任一力系中 加上或減去任意平衡力系 并不改變原力系對剛體的效應(yīng) 作用于剛體上的力可沿其作用線移至剛體上的任一點 而不改變此力對剛體的作用效應(yīng) 這就是力的可傳性原理 剛體的狀態(tài)在前后并沒有發(fā)生改變 即力的作用效應(yīng)相同 注意 力的可傳性原理僅僅適用于剛體 對于需要考慮形變的物體 力不能沿其作用線移動 因為移動后將改變物體內(nèi)部的受力和變形情況 桿的受力與變形 二力合成 R C B A O F1 F2 R C A O 合力大小 三角形法則 3 力的平行四邊形法則 4 三力平衡交匯定理 三力匯交是平衡的必要條件 當(dāng)剛體受不平行的三個力作用 其中兩個力的作用線相交于一點 而平衡時 這三個力的作用線必匯交于一點 根據(jù)此定理可以確定剛體在受不平行三力而處于平衡時未知力的方向 5 作用與反作用定律 F1 F2的合力 與F3平衡 2約束 約束反力與受力圖 在受力分析中通常把零件在某些方向的運(yùn)動加以限制 這就是約束 把構(gòu)成約束的周圍物體稱為約束體 約束體作用于研究對象上的一定的力稱為約束反力 約束反力的方向總是與約束體所能限制的運(yùn)動方向相反 這是確定約束反力方向的一個原則 在機(jī)械零件的靜力學(xué)中 約束反力和物體所受的主動力組成平衡力系 可用平衡條件求出約束反力 一 約束與約束反力 1 柔索約束 二 機(jī)械零件中常見的約束類型及其反力 約束反力沿繩索方向 且只能是拉力 A B A 約束反力經(jīng)過接觸點沿光滑接觸面的法線方向 指向物體 稱為法向壓力或正壓力 不計摩擦 2 光滑面約束 分固定鉸鏈支座 活動鉸鏈支座和中間鉸鏈 3 光滑圓柱鉸鏈約束 約束反力通過鉸鏈中心 方向和大小由主動力決定 兩個未知數(shù) 固定鉸鏈約束 活動鉸鏈 約束反力通過鉸鏈中心 垂直于支承面 不能承受水平方向的力 中間鉸鏈 在工程結(jié)構(gòu)中 兩端用光滑鉸鏈與其他物體連接起來的剛體桿 如果不計桿的自重且桿上無其他力作用 若桿處于平衡狀態(tài) 則該剛體桿是一個二力桿 剛體桿兩端所受到的兩個約束反力為一對平衡力 這兩個約束反力大小相等 方向相反 作用線相同 三 受力圖 求解靜力平衡的問題時 必須首先進(jìn)行受力分析 1 將研究對象從周圍的約束中分離出來 即解除約束 2 畫出其所受全部力的簡圖 畫出主動力 用約束反力代替約束 3精密機(jī)械零件的受力平衡 物體受力的平衡條件必須滿足 1 力系中各力沿任一方向的分力的代數(shù)和為零 2 力系中各力對任意點 軸 的力矩的代數(shù)和為零 一 共線力的平衡 在平面力系中 物體平衡的必要條件是 各力的矢量和為零 即 F 0 或各力在平面坐標(biāo)系x y兩軸上投影代數(shù)和均為零 除此之外 還應(yīng)該具備物體平衡的充分條件 即滿足各力對平面內(nèi)任意一點的力矩和也為零 即 MO F 0 二 平面力系的平衡 空間力系的平衡必須具有六個平衡條件 各力在x y z三軸方向投影的代數(shù)和等于零 繞Ox Oy Oz三軸的力矩和等于零 三 空間力系的平衡 例 設(shè)有一水平構(gòu)件AB 用固定鉸鏈支座及軟繩與墻壁連接 AB上作用著負(fù)荷P1 40N P2 100N 構(gòu)件自重忽略不計 如