精密機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第一章

1、第一章 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的靜力學(xué)平衡參考文獻(xiàn)范欽珊，蔡新編著，工程力學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7賈啟芬，劉習(xí)軍主編，理論力學(xué)（中學(xué)時），機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1其他工程力學(xué)以及理論力學(xué)的相關(guān)書籍主要內(nèi)容第一節(jié) 剛體的概念第二節(jié) 力的性質(zhì)第三節(jié) 平面力系的一般簡化第四節(jié) 零件受力分析與受力圖第五節(jié) 平面一般力系的平衡第六節(jié) 摩擦第一節(jié) 剛體的概念力是物體間的相互機(jī)械作用。 作用的效應(yīng) 外效應(yīng)（運(yùn)動效應(yīng)） 內(nèi)效應(yīng)（變形效應(yīng)） 兩種效應(yīng)同時出現(xiàn)。剛體 在受力情況下保持形狀和大小不變的物體。 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。變形體 在研究物體

2、受力與變形的關(guān)系時，認(rèn)為零件是彈性體。第一節(jié) 剛體的概念力的基本概念 力的三要素：作用點、方向、大小 對剛體而言，力具有可傳性F第二節(jié) 力的性質(zhì)力系的概念 同時作用在同一物體上的許多力。 平面力系 分類 空間力系 等效力系、平衡力系 匯交力系平行力系平面一般力系第二節(jié) 力的性質(zhì)二力平衡定律 一個零件受兩個力的作用平衡，則此二力等值、反向、共線。 二力桿工程靜力學(xué)的主要研究對象 二力桿上二平衡力作用點的連線就是力的作用線。FF第二節(jié) 力的性質(zhì)三力平衡匯交定理 三力匯交是平衡的必要條件F1F2F3F3F1、F2的合力F3與F3平衡ABCO例1-1第二節(jié) 力的性質(zhì)作用力和反作用力 力是物體間的相互作

3、用，甲給乙一個作用力時，乙同時給甲一個反作用力，它們大小相等，方向相反，作用于同一條直線上。 作用力和反作用力是不能平衡的，它們分別作用在兩個物體上。例1-A例1-B第二節(jié) 力的性質(zhì)力的合成圖解法 1、二力合成（平行四邊形定律）F1F2FRCBAOF1F2FRCAO合力大小合力方位三角形法則第二節(jié) 力的性質(zhì)力的合成圖解法 2、力的分解FRF1F2F3F4F5F6O2O1FrFtFn第二節(jié) 力的性質(zhì)力的合成圖解法 3、平面匯交力系的合成OF1F2F3F4F5OAF1BF2CF3DF4EF5FR1FR2FR3FR力多邊形OABCDE第二節(jié) 力的性質(zhì)平面匯交力系合成的解析法 1、力在坐標(biāo)軸上的投影O

4、yxFABFxFya1b2a2b1第二節(jié) 力的性質(zhì)平面匯交力系合成的解析法 2、合力投影定理OyxFRadcbABCDF1F2F3F1F2F3OFR第二節(jié) 力的性質(zhì)例12壓緊機(jī)構(gòu)如圖示。AB與BC長度相等，自重略去不計；A、B、C三處均為鉸鏈連接，水平推力為F。求滑塊C加于工件上的壓緊力。 A工件FBCLLh工件xyCxyBFFR1FR2FRCFR2FRAFR1FNCFRCFNCFNABBCFN工件力對點之矩 對平面力系 力矩 工程上習(xí)慣逆時針為“”第三節(jié) 平面一般力系的簡化OdF合力矩定理 平面力系的合力對平面內(nèi)任一點的力矩等于各分力對同一點力矩的代數(shù)和。FRXYAXOF1F2h2hh1BC

5、例1-3例1-3Z第三節(jié) 平面一般力系的簡化力偶：大小相等、方向相反、不共線的兩個相互平行的力。力偶矩：MFd力偶矩的特點 1、力偶對平面內(nèi)任意點之力矩代數(shù)和等于力偶矩； 2、力偶是基本力矢量，只能用力偶平衡； 3、力偶等效變換性質(zhì)，力偶可在其作用平面內(nèi)任意移動或轉(zhuǎn)動，效果不變。dFF30N 2m 20N 3m M=60Nm 負(fù)力偶第三節(jié) 平面一般力系的簡化平面力偶系的合成F2F2d2d1F1F1dF3F3F4F4dFRFR第三節(jié) 平面一般力系的簡化力的平移定理 一個力可以平行于其作用線移到任意點，但必須附加一個力偶，這個力偶的矩等于原力對新作用點之矩，則其作用效果不變。 ABAABFBdF”

6、FFF”M第三節(jié) 平面一般力系的簡化推論：一個力可以分解為同一作用平面內(nèi)的一個力偶和一個力，反之作用于同一平面內(nèi)的一個力和一個力偶，也可以合成為一個力。OA1A2A3F1M1平面一般力系的作用面內(nèi)一點簡化 任意一個平面力系總可以簡化為一個主矢量FR（作用于簡化中心）和一個主矩M（等于力系各力對簡化中心之矩的代數(shù)和）。OA1A2A3F1F2F3F2M2F3M3F2F3FRM第三節(jié) 平面一般力系的簡化主動力 使零件運(yùn)動或有運(yùn)動趨勢的力。約束 限制物體運(yùn)動的條件。約束反力 約束限制構(gòu)件運(yùn)動而給構(gòu)件的力。第四節(jié) 零件受力分析與受力圖FWFN常見約束及其約束反力 1、柔軟約束 2、光滑面約束 3、固定鉸

7、鏈約束 4、活動鉸鏈約束 5、固定端約束第四節(jié) 零件受力分析與受力圖受力圖1、提取受力分離體2、畫出主動力3、用約束反力代替約束注意：所畫均為外力，內(nèi)力成對出現(xiàn)，不必畫出。ABFMABFMFRAYFRAXFRBY第四節(jié) 零件受力分析與受力圖第四節(jié) 零件受力分析與受力圖受力圖示例例1-C平面一般力系平衡的充要條件 主矢量0，對任一點的主矩0 平衡方程： 第五節(jié) 平面一般力系的平衡一般工程A、B、C三點不共線三個方程、三個未知數(shù)匯交力系平行力系or選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸和力矩中心，可以減少每個平衡方程中的未知數(shù)目。在平面任意力系情形下，力矩中心應(yīng)取在兩未知力的交點上，而坐標(biāo)軸應(yīng)當(dāng)與盡可能多的未知力相垂直

8、。第五節(jié) 平面一般力系的平衡例15例15Z摩擦 絕對光滑表面不存在摩擦力 兩物體表面相互接觸，存在正壓力，并有運(yùn)動或運(yùn)動趨勢時，接觸面間產(chǎn)生阻礙物體發(fā)生相對運(yùn)動的力，方向與運(yùn)動或運(yùn)動趨勢方向相反。有害面 消耗部分輸入功，發(fā)熱、磨損，降低效率、精度，縮短壽命。有利面 人行走；摩擦傳動；制動器；鎖緊裝置和螺紋緊固（自鎖性）。第六節(jié) 摩擦滑動摩擦基本規(guī)律 靜摩擦力 0 Ff Ffmax 靜摩擦定律 Ffmax = fFN 靜摩擦因數(shù) fFWFNFFf第六節(jié) 摩擦maxFR摩擦角自鎖 主動力F與法線夾角 AFNFfFfmaxFF第六節(jié) 摩擦摩擦錐第六節(jié) 摩擦螺旋千斤頂-自鎖應(yīng)用力的可傳性剛體變形體FF

9、FF匯交力系 平行力系 平面一般力系2aaABCD例1-1如圖示的鋼架，在C點作用一水平力F，尺寸如圖。求支座A和B處的約束反力。鋼架的重量略去不計。 FFRBFRAFRAFRBFabdO兩根桿，桿端掛重物，求鉸鏈C對CD桿、鉸鏈A對AB桿的作用。 ABFWDCFWAB桿是二力桿CD桿是三力桿FBFAFBFCFWABCDFAFC例1-A將力從上圖的作用點位置移到下圖位置，鉸鏈A、B處的作用力是否有變化？CABFABCFBCACFFAFCFCFBFBFAACFBCFBFCFAFCFAFBAC三力桿CB二力桿AC二力桿CB三力桿例1-BC平面上作用兩個平行力F1與F2。已知F1=30N，F(xiàn)2 =2

10、0N，d=400mm，試求合力FR之大小、方向及作用線。F1F2BAdOYXFRd1d2例1-3求解反向平行力的合力F1F2BAdOYXd1FRC問：若兩反向平行力大小相等，方向相反，合力？FRC例1-3Z柔軟約束柔軟、不可伸長的約束物體，其截面尺寸和重量忽略不計。約束反力沿繩索方向，且只能是拉力。FW FT2 FT1 F1F2F1F2M1M2 日光燈滑輪光滑面約束約束反力經(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。FNFNAFNBAFWOBAYX固定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)）FRYFRFRXFR活動鉸鏈約束約束反力通過鉸鏈中心，垂直于支承面；不能承受x方向的力。FRAA固定端約束約束反力可用一個力偶和兩個相互垂直的分力表示。FMAAFXFYFRDFREFRCFRBFRAFWFREFWAFEDCBFWADBECFFRCFRDWDCFRCFRDABA