结构设计中静力学平衡

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,结构设计中静力学平衡,第一节 刚体的概念 第二节 力的性质 第三节 平面一般力系的简化 第四节 零件受力分析与受力图 第五节 平面一般力系的平衡 第六节 摩擦,本章主要内容：,力是物体间的相互作用。,力作用的效应：,1 外效应（运动效应）,2 内效应（变形效应）,3 内外效应兼有（汽车轮胎）,第一节 刚体概念,外力作用下物体视为刚体的情况：,研究物体受力与运动关系时；,由平衡条件求解物体所受外力时。,F,F,刚体：在受力情况下保持形状和大小不变 的物体。,第一节 刚体概念,弹性体：,1力的基本概念:,1)力的三要素：作用点、方向、大小,2)作用效果：,F,对刚体而言，力是可以传递。,产生运动,改变运动方向,第二节 力的性质,等效力系、平衡力系,空间力系,分类,平面力系,汇交力系,平行力系,平面一般力系,2力系的概念：同时作用在同一物体上的许多力。,第二节 力的性质,F,F,二力杆： 二力杆上二平衡力作用点的连线就是力的作用线。,二力杆,3 二力平衡定律：一个零件受两个力的作用平衡，则此二力等值、反向、共线。,第二节 力的性质,F,1,、F,2,的合力F,3,与F,3,平衡,F,1,F,2,F,3,F,3,A,B,C,O,4 三力平衡汇交定理,三力汇交是平衡的必要条件,第二节 力的性质,2a,a,A,B,C,D,例1-1,F,F,RB,F,RA,F,RA,F,RB,F,a,b,d,如图示的钢架，在,C,点作用一水平力,F,，尺寸如图。求支座,A,和,B,处的约 束反力。钢架的重量略去不计。,第二节 力的性质,5 作用力和反作用力,作用力和反作用力是不能平衡的，它们分别作用在两个物体上。,力是物体间的相互作用力，甲给乙一个作用力时，乙同时给甲一个反作用力，它们大小相等，方向相反，作用于同一条直线上。,第二节 力的性质,O,例1-A,A,B,F,W,D,C,F,W,AB杆是二力杆,CD杆是三力杆,F,B,F,A,F,B,F,C,F,W,A,B,C,D,F,A,F,C,两根杆，杆端挂重物，求铰链C对CD杆、铰链A对AB杆的作用。,第二节 力的性质,6 力的合成图解法,F,1,F,2,F,R,C,B,A,O,F,1,F,2,F,R,C,A,O,合力大小：,合力方位：,1）力的合成,三角形法则,四边形法则,第二节 力的性质,F,R,F,1,F,2,F,3,F,4,F,5,F,6,n,2,n,1,O,2,O,1,F,r,F,t,F,n,6 力的合成图解法,2）力的分解：将一个力分解为相交的两个（或者两个以上）分力的过程 。,第二节 力的性质,O,F,1,F,2,F,3,F,4,F,5,O,A,F,1,B,F,2,C,F,3,D,F,4,E,F,5,F,R1,F,R2,F,R3,F,R,力多边形OABCDE,6 力的合成图解法,3）平面汇交力系的合成,第二节 力的性质,7 平面汇交力系合成的解析法,O,y,x,F,A,B,F,x,F,y,a,1,b,2,a,2,b,1,1）力在坐标轴上的投影,第二节 力的性质,7 平面汇交力系合成的解析法,2）合力投影定理,O,y,x,F,R,a,d,c,b,A,B,C,D,F,1,F,2,F,3,F,1,F,2,F,3,O,F,R,第二节 力的性质,例12,压紧机构如图示。AB与BC长度相等，自重略去不计；A、B、C三处均为铰链连接，水平推力为F。求滑块C加于工件上的压紧力。,A,工件,F,B,C,L,L,h,工件,x,y,C,x,y,B,F,F,R1,F,R2,F,RC,F,R2,F,RA,F,R1,F,NC,F,RC,F,NC,F,N,A,B,B,C,F,N工件,第二节 力的性质,1力对点之矩,力对点之矩是度量力使刚体绕此点转动效应的物理量。,工程上习惯逆时针为“”,O,d,F,第三节 平面一般力系的简化,2 合力矩定理,平面力系的合力对平面内任一点的力矩等于各分力对同一点力矩的代数和。,F,R,X,Y,A,X,O,F,1,F,2,h,2,h,h,1,B,C,例题1-3,第三节 平面一般力系的简化,C,例1-3,平面上作用两个平行力F,1,与F,2,。已知F,1,=30N，F,2,=20N，d=400mm，试求合力F,R,之大小、方向及作用线。,F,1,F,2,B,A,d,O,Y,X,F,R,d,1,d,2,第三节 平面一般力系的简化,3 力偶：,d,F,F,30N,2m,20N,3m,M=60N,m,大小相等，方向相反但不共线的两个平行力组成的,力系,，称为力偶，力偶是一种只有合转矩所有转矩的总合，没有合力的力系统。因此，它又称为,纯转矩,。,力偶矩：M,Fd,第三节 平面一般力系的简化,4 平面力偶系的合成,F,2,F,2,d,2,d,1,F,1,F,1,d,F,3,F,3,F,4,F,4,d,F,R,F,R,第三节 平面一般力系的简化,平面力偶系合成为一合力偶，其力偶矩等于各 分力 偶矩的代数和。,一个力可以平行于其作用线移到任意点，但必须附加一个力偶，这个力偶的矩等于原力对新作用点之矩，则其作用效果不变。,A,B,A,A,B,F,B,d,F,”,F,F,F,”,M,5 力的平移定理,第三节 平面一般力系的简化,O,A,1,A,2,A,3,F,1,M,1,O,A,1,A,2,A,3,F,1,F,2,F,3,F,2,M,2,F,3,M,3,F,2,F,3,F,R,M,任意一个平面力系总可以简化为一个主矢量R（作用于简化中心）和一个主矩M（等于力系各力对简化中心之矩的代数和）。,6 平面一般力系的简化,第三节 平面一般力系的简化,F,W,F,N,1 概念：,主动力：使机构运动或有运动趋势的力。,约束：限制物体运动的条件。,约束反力：约束限制构件运动而给构件的力。,第四节 零件受力分析与受力图,1）柔软约束,2）光滑面约束,3）固定铰链约束,4）活动铰链约束,5）固定端约束,2 常见约束及其约束反力,第四节 零件受力分析与受力图,1）柔软约束,传动中的带、链条及其绳索和拉力弹簧；,约束反力：沿绳索方向，且只能是拉力。,F,W,F,T2,F,T1,F,1,F,2,F,1,F,2,M,1,M,2,日光灯,滑轮,第四节 零件受力分析与受力图,2）光滑面约束,F,N,F,NA,F,NB,A,F,W,O,B,A,约束反力经过接触点沿光滑接触面的法线方向，指向物体，称为法向压力或正压力；不计摩擦。,第四节 零件受力分析与受力图,Y,X,F,RY,F,R,F,RX,F,R,3）固定铰链约束,约束反力通过铰链中心，方向和大小由主动力决定。（两个未知数）,第四节 零件受力分析与受力图,4）活动铰链约束,F,RA,A,约束反力通过铰链中心，垂直于支承面；不能承受x方向的力。,第四节 零件受力分析与受力图,5）固定端约束,F,M,A,A,F,X,F,Y,约束反力可用一个力偶和两个相互垂直的分力表示。,第四节 零件受力分析与受力图,平面汇交力系,平面平行力系,平面一般力系,第五节 平面一般力系的平衡,例1-5,简易起重机如图，起重臂自重略去不计，求平衡时支座反力和绳子BC的张力。,B,30,A,B,C,40,F,W,A,40,30,F,T1,F,NA,1Y,2X,F,W,F,T2,F,T2,第五节 平面一般力系的平衡,例15Z,均匀杆AB重为,F,W,，长为,l,，在B端作用力为,F,。不计摩擦，求平衡位置,角。,a,F,W,F,A,B,C,F,W,F,A,B,C,D,O,E,F,NA,F,NC,第五节 平面一般力系的平衡,摩擦力,产生条件：存在正压力，并有运动或运动趋势。,有害面,消耗部分功，降低效率；发热影响精度；磨损影响寿命。,有利面,摩擦传动、人行走；制动器；锁紧装置和螺纹紧固（自锁性）。,第六节 摩擦,F,W,F,N,F,F,f,F,R,滑动摩擦基本规律,第六节 摩擦,静摩擦力,0,F,f,F,fmax,静摩擦定律,F,fmax =,fF,N,静摩擦系数,f,F,R,摩擦角,自锁,主动力,F,与法线夹角,A,F,N,F,f,F,fmax,F,F,第六节 摩擦,The End,谢谢您的聆听！,期待您的指正！,