結(jié)構(gòu)設(shè)計中的靜力學(xué)平衡

結(jié)構(gòu)設(shè)計中的靜力學(xué)平衡第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五參考文獻(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)書籍第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五主要內(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)摩擦第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)剛體的概念力是物體間的相互作用。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)。第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五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：

①研究物體受力與運(yùn)動關(guān)系時；②由平衡條件求解物體所受外力時。變形體在研究物體受力與變形的關(guān)系時，認(rèn)為零件是彈性體。第一節(jié)剛體的概念第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)力的性質(zhì)力的基本概念力的三要素：作用點(diǎn)、方向、大小對剛體而言，力具有可傳性F第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五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、平衡力系第二節(jié)力的性質(zhì)匯交力系平行力系平面一般力系第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五二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。二力桿二力桿上二平衡力作用點(diǎn)的連線就是力的作用線。第二節(jié)力的性質(zhì)FF第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五三力平衡匯交定理三力匯交是平衡的必要條件第二節(jié)力的性質(zhì)F1F2F3F3’F1、F2的合力F3’與F3平衡ABCO例1-1第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五作用力和反作用力

力是物體間的相互作用力，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。第二節(jié)力的性質(zhì)例1-A例1-B第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五力的合成圖解法

1、二力合成（平行四邊形定律）F1F2FRCBAOF1F2FRCAO第二節(jié)力的性質(zhì)合力大小合力方位三角形法則第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五力的合成圖解法

2、力的分解第二節(jié)力的性質(zhì)FRF1F2F3F4F5F6n2n1O2O1FrFtFn第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五力的合成圖解法

3、平面匯交力系的合成第二節(jié)力的性質(zhì)OF1F2F3F4F5OAF1BF2CF3DF4EF5FR1FR2FR3FR力多邊形OABCDE第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五平面匯交力系合成的解析法

1、力在坐標(biāo)軸上的投影OyxFABFxFya1b2a2b1第二節(jié)力的性質(zhì)第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五平面匯交力系合成的解析法

2、合力投影定理OyxFRadcbABCDF1F2F3第二節(jié)力的性質(zhì)F1F2F3OFR第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五例1－2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xyCxyBFFR1FR2FRC’FR2’FRA’FR1’FNC’FRCFNCFNABBCFN工件第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五力對點(diǎn)之矩對平面力系

工程上習(xí)慣逆時針為“＋”第三節(jié)平面一般力系的簡化OdF第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五合力矩定理平面力系的合力對平面內(nèi)任一點(diǎn)的力矩等于各分力對同一點(diǎn)力矩的代數(shù)和。第三節(jié)平面一般力系的簡化FRXYAXOF1F2h2hh1BC例1-3例1-3Z第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五力偶：大小相等、方向相反、不共線的兩個相互平行的力。力偶矩：M＝Fd力偶矩的特點(diǎn)

1、力偶對平面內(nèi)任意點(diǎn)之力矩代數(shù)和等于力偶矩；

2、力偶無合力(合力為0)，只能用力偶平衡；

3、力偶等效變換性質(zhì)。第三節(jié)平面一般力系的簡化d＋FF’30N2m

20N3m

M=60Nm負(fù)力偶第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五平面力偶系的合成第三節(jié)平面一般力系的簡化F2F2’d2d1F1F1’dF3F3’F4’F4dFR’FR第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五力的平移定理一個力可以平行于其作用線移到任意點(diǎn)，但必須附加一個力偶，這個力偶的矩等于原力對新作用點(diǎn)之矩，則其作用效果不變。第三節(jié)平面一般力系的簡化ABAABFBdF”FF’F”M第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五OA1A2A3F1’M1平面一般力系的簡化任意一個平面力系總可以簡化為一個主矢量R（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）。第三節(jié)平面一般力系的簡化OA1A2A3F1F2F3F2’M2F3’M3F2’F3’FRM第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五主動力使機(jī)構(gòu)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第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五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第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五受力圖1、提取受力分離體2、畫出主動力3、用約束反力代替約束第四節(jié)零件受力分析與受力圖ABFMABFMFRAYFRAXFRBY（例）第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五平面一般力系平衡的充要條件主矢量＝0，對任一點(diǎn)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(diǎn)不共線三個方程、三個未知數(shù)匯交力系平行力系or例1－5例1－5Z第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五摩擦力產(chǎn)生條件：存在正壓力，并有運(yùn)動或運(yùn)動趨勢。有害面消耗部分功，降低效率；發(fā)熱影響精度；磨損影響壽命。有利面摩擦傳動、人行走；制動器；鎖緊裝置和螺紋緊固（自鎖性）。第六節(jié)摩擦第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五滑動摩擦基本規(guī)律

靜摩擦力

0

Ff

Ffmax

靜摩擦定律

Ffmax=fFN

靜摩擦系數(shù)

f第六節(jié)摩擦FWFNFFfFR第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五FR摩擦角自鎖

主動力F與法線夾角<

第六節(jié)摩擦AFNFfFfmaxFF第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五力的可傳性剛體變形體FF’F’F第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五匯交力系

平行力系平面一般力系第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五2aaABCD例1-1如圖示的鋼架，在C點(diǎn)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。

FFRBFRAFRAFRBFabd第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五O例1-A兩根桿，桿端掛重物，求鉸鏈C對CD桿、鉸鏈A對AB桿的作用。

ABFWDCFW’AB桿是二力桿CD桿是三力桿FB’FAFBFCFWABCDFAFC第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五例1-B將力從上圖的作用點(diǎn)位置移到下圖位置，鉸鏈A、B處的作用力是否有變化？CABFABCFBCACFFAFCFC’FBFBFAACFBCFBFC’FAFCFAFBAC三力桿CB二力桿AC二力桿CB三力桿第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五C例1-3平面上作用兩個平行力F1與F2。已知F1=30N，F(xiàn)2=20N，d=400mm，試求合力FR之大小、方向及作用線。F1F2BAdOYXFRd1d2第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五例1－3Z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？FR’C’第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五柔軟約束約束反力沿繩索方向，且只能是拉力。FW

FT2

FT1

F1F2F1’F2’M1M2日光燈滑輪第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五光滑面約束約束反力經(jīng)過接觸點(diǎn)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。FNFNAFNBAFWOBA第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五YX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第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五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第四十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五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。FMAAFXFY第四十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五FRDFRE’FRCFRB’FRAFWFRE例FWAFEDCBFWADBECFFRCFRDWDCFRCFRDABAEFFWFRCFRDFRAFRBFRA’FREFRE’FRB’第四十二頁，共四十四頁，編輯于20