《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 汪金营 第一章 构件的受力分析与计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 汪金营 第一章 构件的受力分析与计算（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械设计基础,主编,第一章 构件的受力分析与计算,1.掌握静力学的基本知识，并能熟练地应用静力学的四个基本公理；掌握工程中常见的约束类型，熟练绘制物体及典型机构的受力图。 2.掌握力系计算的基础知识，即力的投影、力对点之矩、力偶的计算方法。 3.理解平面力系的平衡方程，掌握其在工程中的应用；了解平面力系特殊情况的平衡方程及其应用。 4.了解空间力系的概念，掌握轮轴类零件平衡问题的平面解法。 1.静力学公理、推论及应用。 2.工程中常见约束类型的约束反力的画法。,第一章 构件的受力分析与计算,3.物体系统及分离体的受力分析及受力图的绘制。 4.力在直角坐标轴上的投影、力对点之矩的概念及计算、力偶
2、的概念及计算。 5.平面力系平衡方程及应用。 6.空间力系中轮轴类零件平衡问题的平面解法。 第一节 静力学基本知识 第二节 力在直角坐标轴上的投影、力对点之矩、力偶 第三节 平面力系平衡方程及其应用 第四节 空间力系简介,第一章 构件的受力分析与计算,图1-1 夹紧力作用点的选择 a)正确 b)错误 1定位销 2夹具体 3紧固螺钉,第一章 构件的受力分析与计算,图1-2 退出轴承时力的作用点和方向的选择 1张紧圈 2轴承 3工件 4、9等高块 5、6螺母 7吊杆 8压块,第一章 构件的受力分析与计算,图1-3 车刀对中心的方法 a)位置正确 b)刀尖在工件的下方 c)刀尖在工件的上方,第一节
3、静力学基本知识,一、力 人们在长期的生活和生产实践中，逐步形成的对力的感性认识，这种感性认识再上升到理性，就建立起了抽象的力的概念。,图1-4 力的表示方法 a)作用于A点的力 b)作用于B点的力,第一节 静力学基本知识,二、刚体 工程中，在对实际物体的受力进行研究时，首先要把它理想化，即将其合理地抽象为力学模型，以便进行数学描述。 三、平衡 所谓平衡，就是指物体在力或力系的作用下相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动的状态。 四、静力学公理 公理是人类在长期生产实践中所积累的经验，并经过抽象和归纳而形成的客观规律。,第一节 静力学基本知识,图1-5 二力构件 a)受拉直杆的二力构件 b)受压
4、直杆的二力构件 c)曲杆的二力构件,第一节 静力学基本知识,图1-6 力的可传性原理,第一节 静力学基本知识,图1-7 力的不可传递 a)拉力作用 b)压力作用,第一节 静力学基本知识,图1-8 力的平行四边形法则,第一节 静力学基本知识,五、约束与约束反力 1.约束和约束反力的概念 2.工程中常见的约束类型 (1)柔性体约束 由绳索、带和链条等各种柔性物体所形成的约束，称为柔性体约束。,图1-9 柔性体约束,第一节 静力学基本知识,(2)光滑面约束 由光滑面形成的约束称光滑面约束。,图1-10 光滑面约束,第一节 静力学基本知识,(3)光滑的圆柱铰链约束 圆柱铰链约束是用圆柱销钉将两个构件联
5、接在一起的约束，若不计接触处的摩擦，则称为光滑圆柱铰链约束，简称铰链约束。 1)固定铰支座约束。 2)中间铰支座。,图1-11 固定铰支座约束 a)固定铰支座的各个零件 b)固定铰支座的实物 c)固定铰支座的平面图形 d)固定铰支座的受力分析 e)固定铰支座约束反力的画法 f)固定铰支座的简图,第一节 静力学基本知识,图1-12 中间铰支座 a)中间铰支座的各个零件 b)中间铰支座的实物 c)中间铰支座的受力分析,第一节 静力学基本知识,图1-13 活动铰支座 a)活动铰支座的实物 b)活动铰支座约束反力,第一节 静力学基本知识,3)活动铰支座。 六、物体的受力分析和受力图 在工程实际中，为了
6、确定未知的约束反力，需要根据已知的主动力，应用主动力和约束反力之间的平衡条件进行求解。 1.绘制受力图的基本步骤 1)明确研究对象，画出研究对象的分离体简图。 2)在分离体简图上画出全部主动力(如重力、推力等)。 3)在分离体解除约束处，画出相应的约束反力。 例1-1 高炉上料车受力示意图如图1-14a所示，由铰车通过钢丝绳牵引在倾角为的斜桥钢轨上运动。已知上料车连同载荷共重G，画出料车的受力图。,第一节 静力学基本知识,图1-14 高炉上料车的受力分析 a)上料车受力示意图 b)上料车的受力图,第一节 静力学基本知识,解 (1)以上料车整体为研究对象 解除斜面和钢丝绳对上料车的约束，画出分离
7、体的简图。 (2)画出主动力 上料车受重力G，方向铅垂向下，作用点在C处；牵引力FS，方向沿斜面向上，作用线过C点。 (3)画出全部的约束反力 上料车受到的约束有钢轨对其的光滑面约束，约束反力为FNA与FNB，上料车的受力图如图1-14b所示。 例1-2 杆件的受力分析如图1-15所示，水平杆AD与墙面铰接，中间由曲杆BC支撑，F作用在AD上为已知力。各杆的自重不计，试绘出杆AD与BC的受力图。 解 (1)曲杆BC 以曲杆BC为研究对象，画出分离体简图。其约束反力为沿BC杆连线的压力FB与FC，如图1-15b所示。 (2)杆AD 再以杆AD为研究对象，画出分离体简图。,第一节 静力学基本知识,
8、图1-15 杆件的受力分析 a)整体构架 b)BC杆的受力图 c)AD杆的受力图,2.画受力图的注意事项 1)明确研究对象。 2)在分离体上画出受到的所有主动力和约束反力。,第一节 静力学基本知识,3)要根据约束的类型，画出相应的约束反力。 4)在分析物体系统受力时，先找出二力构件，这样有助于一些未知力方位的判断。 5)画物体中某个物体受力时，必须注意到作用力与反作用力的关系，作用力的方向一经确定，反作用力的方向必须与它相反。 6)在以物系为研究对象时，系统内各物体间的相互作用力不再出现。,第二节 力在直角坐标轴上的投影、力对点之矩、力偶,图1-16 力在坐标轴上的投影,一、力的投影概念及求法
9、,第二节 力在直角坐标轴上的投影、力对点之矩、力偶,1.力在平面直角坐标轴上的投影 2.力在直角坐标轴上投影的符号 3.合力投影定理 二、力对点之矩 1.力对点之矩的概念,图1-17 扳手拧紧螺母,第二节 力在直角坐标轴上的投影、力对点之矩、力偶,1)力矩的大小和转向与矩心位置有关，同一力对不同矩心的力矩不同。 2)力沿其作用线滑移时，力对点之矩不变。 3)当力的作用线通过矩心时，力臂为零，力矩也为零。 2.合力矩定理 三、平面力偶系 1.力偶及力偶矩,图1-18 力偶的应用,第二节 力在直角坐标轴上的投影、力对点之矩、力偶,2.力偶的性质 1)力偶在任意轴上的投影恒等于零，故力偶无合力，不能
10、与一个力等效，也不能用一个力来平衡。 2)力偶对其作用面内任意一点之矩，恒等于其力偶矩，而与矩心的位置无关。 3)凡是三要素相同的力偶，彼此等效，可以相互代替，这就是力偶的等效性。 3.力偶的等效性 4.平面力偶系的合成,图1-19 力偶的表示方法 a)正力偶 b)负力偶,第三节 平面力系平衡方程及其应用,图1-20 平面力系的实例 a)减速器的齿轮轴 b)齿轮轴的受力图,一、力线平移定理,第三节 平面力系平衡方程及其应用,定理：作用在刚体上的力F可以平行移动到刚体内任一点，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原力F对平移点之矩，力线平移定理如图121所示。,图1-21 力线平移定理 a)力欲
11、从A点移到B点 b)在B点增加一对力等值的力 c)简化后的结果,1)力平移时所附加的力偶矩的大小、转向与平移点的位置有关。,第三节 平面力系平衡方程及其应用,2)力线平移定理只适用于刚体，对变形体不适用，并且力的作用线只能在同一刚体内平移，不能平移到另一刚体。 3)力线平移定理逆定理也成立。 二、平面力系的平衡方程 平面力系的简化如图122所示。,图1-22 平面力系的简化 a)平面力系 b)平面力系向O点简化 c)简化后的结果,第三节 平面力系平衡方程及其应用,三、平面力系平衡问题的解题步骤 1)根据题意选取研究对象。 2)正确画出分离体的受力图。 3)合理选取坐标轴和矩心，列出平衡方程求解
12、。 例1-3 图1-23a所示为桥式起重机简图。起吊重物的重力G1=50kN，横梁AB为工字钢，横梁单位长度重q=4.2N/cm，l=5cm。试求当x=l/4时，A与B支座的约束反力。,图1-23 桥式起重机的受力分析 a)桥式起重机简图 b)主动力简化图 c)起重机横梁的受力图,第三节 平面力系平衡方程及其应用,解 由题意，桥式起重机主动力简化图如图1-23b所示的情况。 (1)受力分析 取横梁为研究对象，画其受力图如图1-23c所示，作用于桥式起重机横梁上的力有重力G1和梁的重力G2(G2=ql，作用在梁的中点)。 (2)建立坐标系 如图1-23c所示，列平衡方程求解。,图1-24 悬臂起
13、重机简图 a)承受外载荷的悬臂梁 b)悬臂梁的受力图,第三节 平面力系平衡方程及其应用,例1-4 悬臂起重机简图如图1-24a所示，横梁AB长=2.5m，自重G1=1.2kN。拉杆CB倾斜角=30，自重不计。电葫芦连同重物共重G2=7.5kN。当电葫芦在图示位置a=2m，匀速起吊重物时，求拉杆的拉力和支座A的约束反力。 解 (1)AB梁 选横梁AB为研究对象，绘制受力图，如图1-24b所示。 (2)平衡方程 (3)分析讨论 可选B点为矩心，列方程(c)，对上述结果进行验算。 四、平面力系平衡的特殊情况 1.平面汇交力系 2.平面平行力系,第三节 平面力系平衡方程及其应用,3.平面力偶系,第四节
14、 空间力系简介,图1-25 齿轮轴的受力分析,一、力在空间坐标轴上的投影,第四节 空间力系简介,力在空间坐标轴上的投影如图126所示，已知力F与三个坐标轴x、y、z之间的夹角分别为、和，根据力的投影定义，可直接将力F向三个坐标轴上投影（图126a），得到,图1-26 力在空间坐标轴上的投影 a)直接法求力的投影 b)二次投影法求力的投影,第四节 空间力系简介,二、力对轴之矩,图1-27 力对轴之矩,第四节 空间力系简介,三、空间力系平衡问题的平面解法轮轴类零件的平衡问题 我们知道，一个空间物体可以用三个平面视图来表示。,第四节 空间力系简介,表1-1 机械中常见的空间约束类型,第四节 空间力系
15、简介,表1-1 机械中常见的空间约束类型,第四节 空间力系简介,例1-5 传动轴的受力分析如图1-28所示。带轮轮轴右边通过联轴器受到电动机给予的驱动力偶矩m=30Nm，若带的紧边拉力FT1=2FT2，带轮直径d=30cm，a=20cm，=30，轮轴自重不计，试求带的拉力和A、B轴承的约束反力。 解 (1)受力示意图 取带轮整体为研究对象 选取坐标系，绘制其受力图，如图1-28a所示。 (2)力投影图 将轮轴的轮廓及所受的力向三个坐标平面投影，作出三个投影图，如图1-28b所示。 (3)求解平面力系 求解三个平面力系，公式如下。,第四节 空间力系简介,图1-28 传动轴的受力分析 a)带轮轮轴
16、受力示意图 b)轮轴的受力投影图,1.力学模型的简化是本章分析问题的关键要素，正确做出工程实物的力学模型是今后工程分析的首要条件。,第四节 空间力系简介,2.本章所研究的物体为“刚体”，即在受力之后不会发生变形。 3.本章所研究的内容均为“光滑面约束”，即物体之间不存在摩擦力。 4.静力学是研究物体机械运动的特殊情况物体的平衡问题的科学。 1.指出滚动铰支座约束与工程实践中的哪些构件的结构形式接近，举例说明。 2.观察日常生活中物体的受力情况，并绘制受力图。 3.结合工程实物中的典型机构，观察其受力情况，并绘制受力图。 4.结合力线平移定理说明乒乓球运,第四节 空间力系简介,图1-29 刚体系统的受力分析,5.分析多刚体系统的平衡问题，不仅需要考察刚体系统的整体受力情况，同时需要考察系统中单个刚体或局部刚体系统的受力情况。,第四节 空间力系简介,2)分析整体结构的受力图，确定其上未知约束反力的个数，并确定能否通过分析整体平衡而求出全部的未知约束反力。 3)分析杆件AC和BC的受力情况，列出需要首先解决的问题的平衡方程。 6.空间力系
