機(jī)械工程力學(xué)基礎(chǔ)培訓(xùn)課件

第一篇工程力學(xué)基礎(chǔ)工程力學(xué)的內(nèi)容和任務(wù)本節(jié)需要掌握以下內(nèi)容：1.為什么要學(xué)習(xí)工程力學(xué)？機(jī)械在工作時(shí)其構(gòu)件將受到力的作用，作用力會(huì)改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者使其尺寸和形狀發(fā)生改變，甚至當(dāng)力過大時(shí)會(huì)使構(gòu)件過度變形甚至損壞，所以在設(shè)計(jì)機(jī)械的時(shí)候要正確地分析計(jì)算構(gòu)件的受力情況、承載能力。工程力學(xué)為之提供重要的理論基礎(chǔ)。工程力學(xué)的內(nèi)容工程力學(xué)通常分為兩大部分：理論力學(xué)和材料力學(xué)理論力學(xué)是研究剛體(理想化物體，受力后形狀和體積不發(fā)生改變)機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)。內(nèi)容包含靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)。本章只學(xué)習(xí)靜力學(xué)的基礎(chǔ)部分。

材料力學(xué)研究一定材料、形狀尺寸的工程構(gòu)件在外力作用下變形和破壞規(guī)律，以及為保證機(jī)械或工程結(jié)構(gòu)的正常工作選擇適宜的材料、確定合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，為保證構(gòu)件既安全又經(jīng)濟(jì)的要求，提供基本理論和基本計(jì)算方法。工程力學(xué)研究的主要問題：綜合起來看有以下三方面：①物體受力分析的方法及物體平衡時(shí)作用力之間的關(guān)系；②物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及作用于物體上的力與運(yùn)動(dòng)變化之間的關(guān)系；③構(gòu)件受力變形和破壞規(guī)律及承載能力本篇側(cè)重內(nèi)容

工程力學(xué)內(nèi)容非常廣泛和豐富，限于學(xué)時(shí)，本章僅側(cè)重理論力學(xué)里邊的靜力學(xué)部分和材料力學(xué)的基本內(nèi)容，運(yùn)用其基礎(chǔ)理論分析解決機(jī)械工程的實(shí)際問題。第七章零件的受力分析

和計(jì)算

研究對(duì)象：平衡狀態(tài)的剛體或剛體系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：①物體的受力分析；②力系的簡(jiǎn)化；③物體在力系作用下處于平衡的條件及其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。靜力學(xué)基本知識(shí)1、名詞介紹：

(1)力系：F1F2Fn(2)平衡力系：F2F1Fn若平衡，則稱為平衡力系。同時(shí)作用在物體上的一群力。(3)等效力系：=P1P2Pn若兩個(gè)力系對(duì)同一物體的作用效果相同，則互稱為等效力系。(4)合力、分力：F1FnF2F1FnF2=FR若一個(gè)力和一個(gè)力系等效，則該力稱為合力，力系中各力稱為此力的分力2、力學(xué)模型：

剛體：受力時(shí)不變形體的物體

剛體系：（物系）3、內(nèi)容：（1）力系的簡(jiǎn)化：

用簡(jiǎn)單力系代替復(fù)雜力系，作用效應(yīng)不變。（2）力系的平衡條件:

物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，力系應(yīng)滿足的條件。

平衡：指物體相對(duì)于地面保持靜止或作均速直線運(yùn)動(dòng)一、力的概念：

定義：物體間的相互作用外效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。(理力）內(nèi)效應(yīng)：變形。（材力）三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。力的圖示：FP文字符號(hào)：箭頭，代表力的指向力的作用線線段長(zhǎng)度代表力的大小線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)為力的作用點(diǎn)印刷體體：黑體字字母——力矢。。普通字字母——力的大大小。。手寫體體：F——力矢。。F——力的大大小。。力單位位：NKN牛千千牛二、約約束的的概念念：自由體體：能在空空中自自由運(yùn)運(yùn)動(dòng)（（飛機(jī)機(jī)、衛(wèi)衛(wèi)星））非自由由體：：某些方方面的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)受到到周圍圍物體體的限制（燈繩繩、合合頁(yè)軸軸、鐵鐵軌））（1）約束束：阻礙物物體運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的限制制物（2）約束束反力力：約束作作用于于被約約束物物體上上力作用點(diǎn)點(diǎn)：接觸處處方向向：：永遠(yuǎn)與與所限限制的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向向相反反大小?。海何粗螅ū粍?dòng)動(dòng)力））（3）主動(dòng)動(dòng)力：：約束反反力以以外的的其它它力能主動(dòng)動(dòng)引起起物體體運(yùn)動(dòng)動(dòng)的力力。例如主動(dòng)力力大小小一般般已知知（重重力、、風(fēng)力力、牽牽引力力）如：三、靜靜力學(xué)學(xué)公理理(公理與與定律律；定定理、、推理理與推推論））1、公理理一（（二力力平衡衡公理理）：：T1T2GF1F2若剛體體受二二力作作用而而平衡衡，則則必、、充條條件為為：此此二力力等值值、反反向、、共線線。（1）適于于剛體體。（2）二力構(gòu)構(gòu)件（（二力力桿））：只受二二力作作用而而平衡衡的構(gòu)構(gòu)件或或桿件件。F1F2F1F2F1F2（拉桿桿）（（壓桿桿）2、公理理二（（加、、減平平衡力力系公公理））：在作用用于剛剛體上上的任任一力力系中中，加加上或或減去任任一個(gè)個(gè)平衡衡力系系，并并不改改變?cè)ο迪祵?duì)剛剛體的作作用受力特特點(diǎn)：：所受兩兩力必必沿兩兩力作作用點(diǎn)點(diǎn)連線線F1F2F3P1P2=F1F2F3（適于于剛體體）3、推論論一（（力的的可傳傳性原原理））作用在在剛體體上的的力可可沿其其作用用線移移動(dòng)，，而不不改變變?cè)摿α?duì)剛剛體的的作用用效應(yīng)應(yīng)。=FF2F1F1（令F1=F2=F）（適于于同一一個(gè)剛剛體））4、公理理三（（力的的平行行四邊邊形法法則））：作用于于物體體上同同一點(diǎn)點(diǎn)的兩兩個(gè)力力可以以合成成為作用于于該點(diǎn)點(diǎn)的一一個(gè)合合力，，它的的大小小和方方向由由這兩個(gè)力力的矢矢量為為鄰邊邊所構(gòu)構(gòu)成的的平行行四邊邊形的的對(duì)角線來來表示示。矢式：：R=F1+F2F1F2RF1F2RF2F1R（適合合于任任何物物體））（逆過過程也也成立立，一一般正正交分分解））F1F2F力三角角形法法則:5、推論論二（（三力力平衡衡匯交交定理理）剛體受受不平平行的的三力力作用用而平平衡時(shí)時(shí)，此此三力作作用線線必共共面，，且匯匯交于于一點(diǎn)點(diǎn)。證：=F1F2F3F3F2F1R1、只適于于剛體體2、三力力匯交交一點(diǎn)點(diǎn)，只只是平平衡的的必要要條件件3、三力力構(gòu)件件，若若已知知三力力作用用點(diǎn)和和任兩兩力作作用線則則可定定出第第三力力作用用線。。ooABCC如：（并不不平衡衡）F1F2F36、公理理四（（作用用、反反作用用定律律）兩物體體間相相互作作用的的一對(duì)對(duì)力，，總是是等值值、反向、、共線線，并并分別別作用用在這這兩個(gè)個(gè)物體體上。。..GGNN（1）適于于任何何物體體。（（2）（G、N）是平平衡力力；N是作用用力，，N‘是反作作用力力四、幾幾種常常見的的約束束及反反力：：（一））柔索索約束束：柔繩、、皮帶帶、鏈鏈條等等。特征：：只限制制沿柔柔索中中心線線伸長(zhǎng)長(zhǎng)方向向的運(yùn)動(dòng)動(dòng)。反力：：作用點(diǎn)點(diǎn)：聯(lián)聯(lián)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)。作用線線：沿沿柔索索。指向：：背離離被約約束體體。（拉力力）例如GGF1F2GGFAFBFCFDFEABCDEFAFBFCFDF1F2F1F2（二）光滑滑接觸面約約束:(不計(jì)摩擦)特征:只限制沿接接觸處公法線做壓壓入光滑面面的運(yùn)動(dòng).公法線FN反力:作用點(diǎn):接觸處作用線:沿接觸處的的公法線指向:指向被約束束體BCAFAFBFCG（壓力）（三）光滑滑鉸鏈約束束帶孔的構(gòu)件件套在圓軸軸（銷釘））上。特征：只限制構(gòu)件件間的相對(duì)對(duì)移動(dòng)。不限制構(gòu)件件間的相對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。（在垂直于于軸線的平平面內(nèi)）傳力特點(diǎn)：：帶孔構(gòu)件與與銷釘直接接作用。（A）固定鉸支支座：底座座固定。例如FFFFFyFx反力F：作用點(diǎn)、作作用線、及及指向，均均隨主動(dòng)力力而變。通常用互相相垂直的Fx與Fy表示.（二力構(gòu)件件除外）簡(jiǎn)圖:（B）中間鉸鏈鏈：僅有兩個(gè)帶帶孔的構(gòu)件件，套在銷銷釘上，且且節(jié)點(diǎn)處不受外外力。FFFFFxFyFyFx(1)(2)(1)(2)(1)(2)構(gòu)件(1)與構(gòu)件(2)互為約束滿足作用力力與反作用用力的關(guān)系系通常用(Fx、Fy)，（Fx'、Fy')表示（二力力構(gòu)件除外外）簡(jiǎn)圖：例：BACFCBFCFBFFCCAFAyFAx先識(shí)別二力力構(gòu)件；中中間鉸鏈處處：作用力力與反作用用力關(guān)系。。（C）可動(dòng)鉸支支座：底座與支撐撐面間有輥輥軸。（軸支座））公法線F只限制沿垂垂直支撐面面方向的運(yùn)運(yùn)動(dòng)。反力F：沿支撐面法法線，通過過銷釘中心，指向可可假設(shè)。簡(jiǎn)圖：（四）鏈桿桿約束：兩端鉸接，，中間不受受力的直桿桿（二力桿桿）ABABFAFBAFA（A處為中間鉸鉸鏈）反力：沿鏈桿中心心線，指向向可假設(shè)。。（只限制制沿鏈桿中中心線的運(yùn)運(yùn)動(dòng)。）===（五）齒輪副約束束力節(jié)圓公切線線連心線（六）軸承承約束（A）徑向軸承承（向心軸軸承）：只限制沿半半徑方向的的運(yùn)動(dòng)。軸線FAyFAx(B)止推軸承：：既限制沿半半徑方向的的運(yùn)動(dòng)，又限制沿軸軸線方向的的運(yùn)動(dòng)。FxFzFy（七）球形形鉸鏈支座座:球狀物體置置于球窩形形支座內(nèi)，，只限制任任何方向的移動(dòng)動(dòng)。FxFyFz(八)固定端五、物體的的受力分析析與受力圖圖受力分析：：所研究物體體共受幾個(gè)個(gè)力的作用用，每個(gè)力力的作用點(diǎn)、作作用線、指指向是怎樣樣的？受力圖：所研究物體體的簡(jiǎn)圖單單獨(dú)畫出，，在上面畫畫上其所受全部部主動(dòng)力和和全部約束束反力的圖圖形。步驟：（1）確定研究究對(duì)象（取取分離體）），并把其簡(jiǎn)圖單單獨(dú)畫出。。（2）畫上其所所受主動(dòng)力力。（3）畫上其所所受約束反反力。例：已知F，試畫出AB梁的受力圖圖。解：（1）取AB梁為研研究對(duì)對(duì)象。。（2）畫主主動(dòng)力力F。F（3）畫反反力FB,FAx,FAy。FBBAFAxABFFAy或：按按三力力平衡衡匯交定理FBBAFFAO例:已知P。試畫出出AD桿、BC桿及構(gòu)架架整體受受力圖DABCPBCFBFCABDPFBFAxFAyABDPOFBFAABCDPFCFAxFAy（系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)力）（系統(tǒng)外外力）例：三鉸鉸剛架，，已知F。試分別別畫出AC、BC構(gòu)架及剛架架整體受受力圖ABCF解：BCFCFBACFFCFAxFAyABCFFBFAxFAy例：已知知P。試分別別畫出AB、BC桿、銷釘釘C及構(gòu)架整體的受受力圖。。解：ACFAFCABCFBFCBCFFCAFCBACFFCBFA（AC桿含銷C）ABCFFBFA例：BCDEFDFECGFOFCOBCFBFEHFCBACDFCOFCBFDFAxFAyGFADEFBFAxFAy例：A

BCF1F2ACF1FCxFCyFAxFAyBCF2FcxFcyFBxFByCABFAxFAyFBxFByF1F2例:BCFCBFBACPFCAxFCAyFAxFAyCGFCBFCAxFCAyACPGFCBFAxFAyABCPGFBFAxFAy例：OABPBPFBAFB例：P.OCABDPABDFAFBFD例題.由水平桿桿AB和斜桿BC構(gòu)成的管管道支架架如圖所所示.在AB桿上放一一重為P的管道.A,B,C處都是鉸鉸鏈連連接.不計(jì)各桿桿的自重重,各接觸面面都是光光滑的.試分別畫畫出管道道O,水平桿AB,斜桿BC及整體的的受力圖圖.ACBDOP解:(1)取管道O為研究對(duì)對(duì)象.OPND(2)取斜桿BC為研究對(duì)對(duì)象.CBRCRBABDND′RB′XAYA(3)取水平桿桿AB為研究對(duì)對(duì)象.(4)取整體為為研究對(duì)對(duì)象.ACBDOPRCXAYA畫受力圖圖的注意意事項(xiàng)（1）首先必必須明確確研究對(duì)對(duì)象，將將它從周周圍物體體的約束中分分離出來來，單獨(dú)獨(dú)畫出這這個(gè)物體體的輪廓廓圖形；；（2）研究對(duì)對(duì)象的運(yùn)運(yùn)動(dòng)或平平衡，是是受其他他物體作作用的結(jié)結(jié)果，必須畫出出周圍所所有物體體對(duì)它的的作用力力，即所所受的一一切主動(dòng)力和約約束反力力；（3）研究對(duì)對(duì)象對(duì)周周圍物體體的作用用力不要要畫出；；（4）不要單單憑感性性判斷去去畫，要要根據(jù)約約束性質(zhì)質(zhì)畫出反反力，確定反力力的方向向時(shí)，可可借助于于以下各各點(diǎn)：確定反力力的方向向時(shí)，可可借助于于以下各各點(diǎn)：*是否與二二力構(gòu)件件相連，是,則由二力力構(gòu)件的的分離體體圖確定定二力構(gòu)構(gòu)件的連連接點(diǎn)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;