平面与空间力系
平面力系
y
F3
O
F2 45 F 1
x
y F 2
F3 O
F1
FR
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FR 102 102 10 2
F 10 cos(FR , i ) Rx 0.707 FR 10 2 FRy 10 cos(FR , j ) 0.707 FR 10 2
解：①研究AB杆
求SCD , RA
②画出受力图
③列平衡方程
X 0 Y 0
RAcos SCD cos450 0 P RA sin SCD sin450 0
由EB=BC=0.4m，
④解平衡方程
EB 0.4 1 t g AB 1.2 3 解得： 0 P cos 45 SCD 4.24 kN ； R A SCD 3.16 kN 0 0 sin 45 cos45 tg cos 26
R F1 F2 2 F1 F2 cos
2 2
cos(180 ) cos
为力多边形
R 1 合力方向由正弦定理：sin sin(180 )
F
6
（力多边形法）
F4
FR
FR 2
FR F1 F2 F3 F4
FR F
例：起重机的挂钩。
2
力系的分类 汇交力系 平行力系 任意力系
平面力系
空间力系
力系：同时作用于物体上的一群力，称为力系
汇交 力系 平面力系
力偶 力系
平行 力系
任意 力系
平面 汇交 力系 空间 汇交 力系
平面 力偶 力系 空间 力偶 力系
平面 平行 力系 空间 平行 力系
理论力学第四章1
Ｚ Ｆ
如力F对Z轴之矩表示为： M z ( F ) M o ( Fxy ) Fxy h
力与轴相交或与轴平行（力与轴在同一平面内），力对该轴之矩为零。 方向：右手螺旋法则，与Z轴正方向一致时为正，反之为负。单位：N· m
5
2.力对轴的矩
力对轴之矩合力矩定理：各力对任一轴之矩等于各分力对同一轴之矩的 代数和。 例：将Fxy再分解为Fx、Fy，根据合力矩定理则有：
z
即，力对点的矩矢在过该点的某轴上的投影，等于
力对该轴的矩.
7
空间汇交力系
1、力在直角坐标轴上的投影 直接投影法
Fx F cos
Fy F cos
Fz F cos
8Leabharlann 1.力在直角坐标轴上的投影 二次投影法 Fz Fy Fx
F xy F sin
Fx F sin cos
1、 力对点的矩以矢量表示 ——力矩矢 三要素： (1）大小:力F与力臂的乘积 (2) 方向:转动方向 (3) 作用面：力矩作用面.
MO ( F ) r F
（4–8）
矢量方向：右手螺旋定则。（将右手四指握拳并以它们的弯曲 方向表示力使物体绕该轴转动的转向，而拇指的指向就是力对 3 点之矩矢量的指向）
3. 空间汇交力系的平衡：
空间汇交力系平衡的充要条件是：力系的合力为零
即： R F
F
x 2
i
0
2 2
FR
F
Fy Fz
空间汇交力系的平衡方程
F 0 F 0 Fz 0
x y
11
§4-2
空间力偶系
M mi 代数和
1.平面力偶系：
工程力学：第2章 力系的简化
F1sin45 F2sin45 0 FAsin30 F1cos45 cos30 F2 cos45 cos30 0 FAcos30 F1cos45 sin30 F2cos45 sin30 P 0
B FB1
相同的均质杆围成正方形，求绳EF的拉力。
要求：
用最少的方 程求出绳EF受 的力
FAy
FAx
A
E
P
FDy
FDx
D
G
P
B
F
P
C
FDy FDx
D
G
P
FDy FDx
D
FCy FCx
C
FBx FT
G
P
FBy
B
F
P
C
例3-3
q
FAx A
M B
2a
P
FAy
4a
FB
ll
30
F
M
3l P
q
例3-4
F
体等效于只有一个力偶的作用，因为力偶可以在刚体平
面内任意移动，故这时，主矩与简化中心O无关。
③ FR≠0,MO =0,即简化为一个作用于简化中心的合力。这时，
简化结果就是合力（这个力系的合力）, FR FR 。（此时
与简化中心有关，换个简化中心，主矩不为零）
④ FR 0, MO 0 ,为最一般的情况。此种情况还可以继续 简化为一个合力 FR 。
FAy
B FB1x
C
M
B
D
Cr
•
E
A
300 F E
FA
FT
C
F A1
FA
求：销钉A所受的力
M
B D
FD D C
平面力系与空间力系的区别
在平面力系中，力的合成 遵循平行四边形定则，即 两个力合成时，其合力的 大小和方向由这两个力的 矢量和决定。同时，力的 分解也可以按照平行四边 形定则进行，即一个力可 以分解为两个或多个分力， 这些分力的大小和方向由
分解的方式决定
平面力系的分析相对简单， 只需要考虑力的矢量和即 可。在分析时，可以将力 进行矢量和或分解，从而 得到合力和分力之间的关
系
Part 2
空间力系
空间力系
空间力系是指作用在物 体上的所有力的矢量和 不为零，且力的作用线 不在同一平面内的力系。 这种力系的特点是力的 作用线不在同一平面内， 因此力的合成和分解需 要考虑到三维空间中的
矢量和
在空间力系中，力的合成 遵循平行六面体定则，即 两个力合成时，其合力的 大小和方向由这两个力的 矢量和决定。同时，力的 分解也可以按照平行六面 体定则进行，即一个力可 以分解为两个或多个分力， 这些分力的大小和方向由
分解的方式决定
空间力系的分析相对复杂， 需要考虑力的矢量和以及 力的作用线方向。在分析 时，可以将力进行矢量和 或分解，从而得到合力和 分力之间的关系。同时， 还需要考虑到物体的几何
形状和运动状态等因素
-
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演讲者：xxx
-
平面力系
目录
空间力系
平面力系与空间力系的区别
平面力系与空间力系是力学中 两个重要的概念，它们在力的
平面力系
平面力系是指作用在物体 上的所有力的矢量和为零， 且所有力的作用线在同一 平面内的力系。这种力系 的特点是力的作用线都在 同一平面内，因此力的合 成和分解都可以在这个平
理论力学-静力学部分
静力学部分总结姓名：孟庆宇班级：15工9 学号：20150190218静力学是研究物体的受力分析与力系简化及平衡。
平面力系：1、平面汇交力系；2、平面力偶系；3、平面任意力系。
空间力系：1、空间汇交力系；2、空间力偶系；3、空间任意力系。
一、基本概念1、静力学；2、刚体；3、变形体；4、力；5、力系；6、等效力系；7平衡；8、平衡力系；9、平衡条件；10、平衡方程； 11、力系简化；12、合力；13分力；14、二力构件；15、自由体；16非自由体；17、约束；18、约束力；19主动力；20、被动力；21、施力体；22、受力体。
物体在受到力的作用后，产生的效应可以分为两种：(1)外效应也称为运动效应——使物体的运动状态发生改变；(2)内效应也称为变形效应——使物体的形状发生变化。
静力学研究物体的外效应。
材料力学主要研究力对物体的内效应。
23、平面力系；24、平面汇交力系；25、平面力对点的矩；26、平面力偶矩；27、平面任意力系；28、主矢；29、主矩；30、平面力系平衡条件；31、平面力系平衡方程；32、平面物体系统；33、平面物体系统的平衡；34、静定问题；35、超静定问题；36、平面桁架。
37、空间力系；38、空间汇交力系；39、空间力对点、对轴的矩；40、空间力偶矩；41、空间任意力系；42、主矢；43、主矩；43、空间力系平衡条件；44、空间力系平衡方程。
二、基本理论1、五大公理、两个推论及其应用。
2、工程中常见的八大约束类型及约束反力。
(1)光滑约束；(2)柔索约束；(3)圆柱销光滑铰链约束；(4)固定铰支座约束；(5)滚动支座约束；(6)球铰链约束；(7)止推轴承约束；(8)固定端约束。
3、力的投影定理及性质(平面、空间)；4、力矩、力偶矩的定义及性质(平面、空间)；5、合力投影定理及合力矩定理(平面、空间)；6、力的平移定理；7、任意力系的四种简化结果 (平面、空间)；(1) 0='RF 0≠O M ；(2) 0≠'R F 0=O M ；(3) 0≠'R F 0≠O M ； (4) 0='RF 0=O M 。
工程力学 第2章 力系的等效与简化
第2章 力系的等效与简化 作用在实际物体上的力系各式各样，但是，都可用归纳为两大类：一类是力系中的所有力的作用线都位于同一平面内，这类力系称为平面力系；另一类是力系中的所有力的作用线位于不同的平面内，称为空间力系。
这两类力系对物体所产生的运动效应是不同的。
同一类力系，虽然其中所包含的力不会相同，却可能对同一物体产生相同的作用效应。
在就是前一章中提到的力系等效的概念。
本章将在物理学的基础上，对力系的基本特征量加以扩展，引入力系主矢与主矩的概念；以此为基础，导出力系等效定理；进而应用力向一点平移定理以及力偶的概念对力系进行简化。
力系简化理论与方法将作为分析所有静力学和动力学问题的基础。
§2-1 力系等效定理 ２－１－１ 力系的主矢和主矩 ２－１－２ 力系等效定理 §2-2 力偶与力偶系 ２－２－１ 力偶与力偶系 ２－２－２ 力偶的性质 ２－２－３ 力偶系的合成 §2-3 力系的简化 ２－３－１ 力向一点平移定理 ２－３－２ 空间一般力系的简化 ２－３－３ 力系简化在固定端约束力分析中的应用 §2-4 结论和讨论 ２－４－１ 关于力矢、主矢、力矩矢、力偶矩矢以及 主矩矢的矢量性质 ２－４－２ 关于合力之矩定理及其应用 ２－４－３ 关于力系简化的最后结果 ２－４－４ 关于实际约束的简化模型 ２－４－５ 关于力偶性质推论的应用限制 习 题 本章正文 返回总目录第2章 力系的等效与简化 §２－１ 力系等效定理 物理学中，关于质点系运动特征量已有明确论述，这就是：质点系的线动量和对某一点的角动量。
物理学中还指明线动量对时间的变化率等于作用在质点系上的合外力；角动量对时间的变化率等于作用在质点系上外力对同一点的合力矩。
这里的合外力，实际上只有大小和方向，并未涉及作用点或作用线。
因而，需要将其中的合外力与外力的合力矩扩展为力系的主矢和主矩。
２－１－１ 力系的主矢和主矩 主矢：一般力系（F 1，F 2，…，F n ）中所有力的矢量和（图2—1），称为力系的主矢量，简称为主矢（principal vector ），即∑=ni i1R FF ＝(2－1)图2－1力系的主矢其中F R 为力系主矢；F i 为力系中的各个力。
理论力学第二章(力系的等效与简化)
z
x c
F
b
o
o x
a
M y ( F ) M o ( F ) Fc
F
M z ( F ) M o ( F ) Fa
15
2019年4月16日星期二
《理论力学》
3、力对点之矩与力对通过 该点的轴之矩的关系 （转动效果的度量）
z
Fz F
y
x A
o
y
力对点之矩矢：
M o (F ) r F
Fx Fxy cos Fx F sin cos
Fy
F
O Fx x
Fy Fxy sin
y F y F sin sin
Fxy
2019年4月16日星期二
Fz F cos
6
力的分解：
F Fx Fy Fz
力F在直角坐标系中的
Fz z
F
O x
Fy
解析式
Fx
2019年4月16日星期二
力矩的符号
M O F
2019年4月16日星期二
力偶矩的符号
M
27
《理论力学》
力偶系和力偶系的合成
MR =M1+M2+…+Mn
M
力偶系
2019年4月16日星期二 28
《理论力学》
§2-3 力系等效定理
1.力系的主矢和主矩 Fn 。 设刚体上作用一平面任意力系F 1 、F 2 · · · · · ·
的夹角可为任意值。 的夹角为90o。
36
在平面任意力系， M与 R
2019年4月16日星期二
思考： 主矢,主矩与简化中心的位置有无关系?
主矢：作用在简化中心，大小和方向却与中心的位 置无关； 主矩：作用在该刚体上，大小和方向一般与中心的 位置有关。
第3章-平面与空间一般力系
故求土压力 FR使墙倾覆的力矩，就是求 FR
对A点的力矩。由已知尺寸求力臂d不方便，但如果将
FR分解为两分力 F1 和 F2
M A (FR ) M A (F1) M A (F2 )
F1h / 3 F2b
，
＝FR cos 30
＝150kN 3
1h3.5m -F1R50siknN301h1.5m
注意：主矢与简化中心位置无关，主矩则有关。因此说
到力系的主矩时，必须指出是力系对于哪一点的主矩。
主矢的解析表达法
R RX 2 RY 2
RX X1 X 2 X n X1 X 2 X n X
同理： RY Y
R X 2 Y 2
Tan RY Y RX X
M0=∑M0=M0(F1)+M0(F2)+…M0(Fn)=∑M0(F)
又B处的支座反力垂直于支持面，要形成与已知力偶M反向的 力偶，B处的支座反力 FB 方向只能斜向上，A处的支座反力
FA 的方向斜向下，作用线与 FB 平行，且有 FA FB
n
由平衡条件 Mi 0 ，得： i 1
FB d M 0
30°
FB (4m sin 30 ) 20MkN m 0
n
Mi 0
i 1
【例题3-3】 如图3-10(a)所示的简支梁AB，受一力偶的作用。
已知力偶 M 20kN m ，梁长l 4m ，梁的自重不计。 求梁A、B支座处的反力。
30°
M
A B
4m
60°
d
M
A FA
B FB 4m
【解】 取梁AB为研究对象，梁AB上作用一集中力偶M且保持 平衡，由于力偶只能用力偶来平衡，则A、B处的支座反力必形 成一对与已知力偶M反向的力偶
结构力学(Ⅱ)教案
结构力学(Ⅱ)教案一、引言课程介绍：本课程是结构力学的高级课程，旨在加深学生对结构力学的基本概念、原理和方法的理解，掌握复杂结构体系的受力分析与设计方法。
目标：通过本章的学习，学生应能够理解并应用结构力学的原理，对复杂结构进行受力分析，并确定结构的稳定性与承载能力。
二、平面力系内容：平面力系的合成与分解，力的平衡条件，力矩与力偶矩，平面力系的平衡方程。
目标：学生应能够进行平面力系的合成与分解，应用平衡条件解决力矩问题，并利用平衡方程求解复杂力系的平衡。
三、空间力系内容：空间力系的合成与分解，空间力系的平衡条件，空间力矩与力偶矩，空间力系的平衡方程，自由度的概念。
目标：学生应能够进行空间力系的合成与分解，解决空间力矩问题，利用平衡方程求解复杂空间力系的平衡，并理解结构体系中自由度的概念。
四、轴向力与剪力内容：轴向力的概念，剪力的概念，轴向力与剪力的计算，剪力图的绘制。
目标：学生应能够理解轴向力和剪力的概念，计算简单结构中的轴向力和剪力，并绘制剪力图以分析结构的受力情况。
五、弯曲力与弯矩内容：弯曲力的概念，弯矩的概念，弯曲力与弯矩的计算，弯矩图的绘制。
目标：学生应能够理解弯曲力和弯矩的概念，计算简单结构中的弯曲力和弯矩，并绘制弯矩图以分析结构的受力情况。
六、扭转内容：扭转的概念，扭转力矩的概念，扭转力矩的计算，扭转剪切应力与扭转应变，扭转弹性稳定性的概念。
目标：学生应能够理解扭转的概念和扭转力矩的概念，计算简单杆件的扭转力矩，分析扭转剪切应力和扭转应变，理解扭转弹性稳定性的概念。
七、剪力墙与框架结构内容：剪力墙的概念和特点，框架结构的概念和特点，剪力墙和框架结构的受力分析，剪力墙和框架结构的承载力计算。
目标：学生应能够理解剪力墙和框架结构的概念和特点，进行剪力墙和框架结构的受力分析，计算剪力墙和框架结构的承载力。
八、空间结构内容：空间结构的概念，空间结构的受力分析，空间结构的承载力计算，空间结构的设计方法。
理论力学 (2)
静力学引言1.刚体：在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变的物体。
2.力：力是物体之间相互的机械作用，这种作用的效果是使物体的运动状态发生变化，同时使物体的形状发生改变。
3.静力学的两个基本要素：力和力螺旋。
4.力系简化或等效替换中的基本概念① 等效力系：两力系对同一物体作用效果相同② 力系的等效替换：把一个力系用与之等效的另一个力系代替 ③ 力系的简化：一个复杂力系用一个简单力系等效替换的过程第一章 静力学公理和物体的受力分析 1. 静力学公理⑴ 公理① 力的平行四边形法则② 二力平衡条件 只受两个力作用而平衡的构件，作用线必在两点连线上。
③ 加减平衡力系原理 ⑵ 推论① 力的可传性 力的三要素为：大小、方向、作用线。
（滑动矢量） ② 三力平衡汇交原理③ 作用力与反作用力 ④ 刚化原理2. 约束和约束力⑴ 基本概念：自由体、非自由体、约束、约束（反）力 ⑵ 几种常见约束① 光滑面约束（N F ） ② 柔索类约束（T F ）③ 光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）：因主动力未定时，约束力方向不定，所以用正交分力x F 、y F 表示。
④ 滚动支座（N F ）：垂直于支撑面⑤ 球铰链、止推轴承：三正交分量（x F 、y F 、z F ）3. 物体的受力分析和受力图分析过程⑴ 明确研究对象，取分离体。
（注意是否为整体）⑵ 先标出主动力，再利用二力杆原理、约束力特点、作用力与反作用力原理、三力平衡汇交原理等分析系统中的被动力，从而得出受力分析图。
第二章 平面力系1. 平面力系分为平面汇交力系、平面力偶系、平面平行力系、平面任意力系。
2. 平面汇交力系⑴ 平面汇交力系合成的几何法：力多边形法则 平衡条件：该利系多边形自行封闭。
⑵ 平面汇交力系合成与平衡的解析法（合力R F ）① 建立平面直角坐标系原因：此时分力大小与力的投影成正比，非直角坐标系（平行四边形法则求分力）不成正比。
理论力学 第2章 平面力系的简化和平衡
l 0
xq
(
x ) dx
FR'0，MO0；故可合成为一个合力，且
FR=
FR'=
l 0
q
(
x ) dx
FR大小等于分布载荷图形的面积
合力FR的作用线到O的距离为：
h=MO/FR'=
l xq
0
(x)dx
/
lq
0
(x ) dx
FR的作用线通过分布载荷图形的形心。 33
情况 向O点简化的结果 力系简化的最终结果
分类 主矢FR' 主矩MO （与简化中心无关）
1
FR’=0 MO=0 平衡状态（力系对物体的移动
和转动作用效果均为零）。
2
FR'=0
MO0 一个合力偶，M=MO。
3
FR0
MO=0 合力FR=FR，作用线过O点。
4
FR‘0
MO0 一个合力，其大小为 FR=FR，
m
求得： RA AB cos30 144N
0.24
对CD杆：m 0 m Rc 0.182 0.242 0.2322 0
§2–3 平面任意力系的合成与平衡
平面任意力系：各力的作用线在同一平面内，既不汇交为一点 又不相互平行的力系叫∼。
[例]
力系向一点简化：把未知力系（平面任意力系）变成已知 力系（平面汇交力系和平面力偶系）
现mo (R ) mo (F1)mo (F2 )证毕
3、平面汇交力系合成与平衡的解析法
从前述可知：平面汇交力系平衡的必要与充分条件是该力系
的合力为零。 即：
R 0 Rx2 Ry2 0
Rx X 0 Ry Y 0
平面与空间力系PPT课件
R F12F222F1F2cos
sF in 1sin1(R 80 )
9
.
结论： RF1F2F3F4
即：
二、汇交力系平衡的几何条件
汇交力系平衡的充要条件是：
RF
RF0
力多边形自行封闭 或
力系中各力的矢量和等于零
F1 F3 F2
Fn FR
Fi
10
.
[例] 已知压路机碾子重P=20kN, r=60cm, 欲拉过h=8cm的障碍物。求： 在中心作用的水平力F的大小和碾子对障碍物的压力。
3
.
力系太复杂，希望能够简单些，
力系的合力为 ??
4
.
平衡系统（滑轮B大小可忽略）
FFP
1
2
FBC FBA ??
5
.
基本概念
力系分为：平面力系(planar force system) 空间力系(space force system)
①汇交力系 平面力系 ②平行力系(平面力偶系是其中的特殊情况 )
.
例题 井架起重装置简图如图所示，重物通过卷扬机D由绕过滑轮B 的钢索起吊。起重臂的A端支承可简化为固定铰支座，B端用钢索BC
支承。设重物E重G=20KN，起重臂的重量、滑轮的大小和重量索及钢
的重量均不计。求当重物E匀速上升时起重臂AB和钢索BC所受的力。
600
C
B
150
300
D
E A
B FTBC150150300
③一般力系(平面任意力系)
①汇交力系 空间力系 ②平行力系(空间力偶系是其中的特殊情况 )
③一般力系(空间任意力系) 简单力系：指的是汇交力系、力偶系。
6
.
第二、三章 平面与空间力系 §2–1 平面与空间汇交力系合成和平衡 §2–2 力对力点之矩,平面力偶，
理论力学-空间力系
空间 力矩 三要 素
力矩在该平面内的转向 力矩大小
4.3 空间力系的平衡方程
如图4-5三要素可用这样一个矢量表示：矢量的模
表示力对点之矩的大小；矢量的方位与该力和矩心构
成平面的法线方位相同；矢量的指向按右手螺旋法则
确定，该矢量称为力对点之矩矢，简称力矩矢，记作
MO(F )
MO(F) Fh 2AOAB
2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
4.1.2 间接投影法
若力F 与坐标轴x、y间的夹角不易确定，可 将力F先投影到坐标平面Oxy上，得到力F 在坐标 平面Oxy上的投影Fxy，然后再将Fxy投影到x、y
4.3 空间力系的平衡方程
如图4-2所示，已知力F与z轴正向的夹角为γ，投影Fxy 与x轴正向的夹角为φ，则由二次投影法，力F在三个坐标轴
x
y
z
cosα=Fx/F
cosβ=Fy/F
cosγ=Fz/F (4-3)
4.3 空间力系的平衡方程
例4-2
设力F 作用于长方体的顶点C，其作用线沿长方体对角线，
如图4-4所示。若长方体三个棱边长为AB=a，BC =b，BE
=c，试求力在图示直角坐标轴上的投影。
解:F 在z Fz=Fcosγ=
c
F
a2 b2 c2
采用二次投影法，得F在x、y
F x=F sinγcosφ= F y=F sinγsinφ=
F a2 b2
b
b
F
a2 b2 c2 a2 b2 a2 b2 c2
a2 b2
a
a
F
a2 b2 c2 a2 b2
a2 b2 c2
4.3 空间力系的平衡方程
4.2.1 空间力对点之矩矢 力与矩心构成平面的方位
力学第四章空间力系
§4－3 空间任意力系的平衡方程
解 取折杆为研究对象，画受力图如图所示,选直角坐 标系0xyz，列平衡方程
Fx = 0
FOx = 0
Fy = 0
FOy = 0
Fz = 0
FOz F = 0
Mx F = 0 MOx Fb = 0
§4－3 空间任意力系的平衡方程
平衡基本方程
空间任意力系平衡的充分必要条件：
各力在各坐标轴上的投影代数和分别等于零； 各力对各坐标轴的矩的代数和分别等于零
即：
Fx = 0
Fy = 0
Fz = 0
MxF = 0 M y F = 0 Mz F = 0
§4－3 空间任意力系的平衡方程
§4－3 空间任意力系的平衡方程
例4-5 用空间平衡力系的平面解法重解例4-4 解 重物匀速上升,鼓轮作匀速转动,即处于平衡姿态。取鼓轮为研究 对象。将力G和Q平移到轴线上，分别作垂直平面、水平平面和侧垂直
平面(图a、b、c)的受力图。
a)
c) b)
§4－3 空间任意力系的平衡方程
由(图a、b、 c)，列平衡方程。
§4－2 力对轴之矩
力对轴之矩（N·m）：度量力使物体绕轴的转动效应
M z (F ) = M O (Fxy ) = Fxyd
结论：力对某轴之矩是力使物体绕该轴 转动效应的度量，其大小等于力对垂直 于某轴平面内力对O点（即某轴在该面 的投影点）之矩。
力对轴之矩的符规定：
§4－2 力对轴之矩
例4-1 图示力F作用在圆轮的平面内,设力F作用线距z轴 距离为d。试计算力F对z轴之矩。
符号规定：从投影的起点到终点的方向与相应坐标轴 正向一致的就取正号；反之，就取负号。
理论力学 第二章 平面力系的等效简化
y
MO R'
Ox
简化结果：主矢 R ，主矩 MO 。
1. R' 0 , MO 0
2 . R' 0 , MO 0
3 . R' 0 , MO 0
4 . R' 0 , MO 0 力系平衡。
1. R' 0 , MO 0
F1 F2
AB
I
Fi
y
MO Ox
1. R ' = 0,MO≠0 简化结果
系，否则为空间平行力系。
6
五、 任意力系（一般力系） 若力系中各力的作用线既不汇交于一点，又不全部相互
平行，则该力系称为任意力系。 如各力作用线还位于同一平面内，则称为平面任意力系，
简称平面力系；否则称为空间任意力系，简称空间力系。
空 间 力 系
7
平面力系 P26.图2.6
8Байду номын сангаас
§2.２ 力的平移定理
这种合成方法叫力系向O点简化，O称为简化中心。
17
y
MO
AB
R'
主矢： R' F 'i
OI x
大小：R' R'x2 R'y2 ( Fx)2 ( Fy)2
主矢 R
方向：
arccosRx R
arccos Fx F
与简化中心位置无关.
主矩MO
大小：MO mO (Fi )
方向：方向规定
+,
为一合力偶,MO=M 与简化中心 O 无关。
20
2 R' 0 , MO 0
F1 F2
AB
I
Fi
y
R'
Ox
轮机工程基础力学部分：理论力学三加一
画受力图应注意的问题
⒈ 不要漏画力
除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触 才有相互机械作用力，要分清研究对象（受
力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，
接触处必有力，力的方向由约束类型而定。
要注意力是物体之间的相互机械作用。因此 ⒉ 不要多画力 对于受力体所受的每一个力，都应能明确地
围物体称为约束。
主动力:
促使物体运动或使物体产生运动趋势的力称为主 动力(如重力、风力、切削力、物体压力、牵引力）。
约束反力：
约束给被约束物体的力叫约束反力.(约束的作用由
力来表示，该力称为约束反力.)
约束反力实际上反映了物体间的相互作用. 约束反力特点： ①大小常常是未知的； ②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； ③作用点在物体与约束相接触的那一点。
大小相等，方向相反，沿着同一条直线，分别作 用在这两个物体上。 作用力和反作用力的作用对象：两个物体 二力平衡：一个物体
刚化原理
若变形体在某一力系作用下平衡，则可将此 受力的变形体视为刚体，其平衡状态仍保持不变。
三、约束与约束反力
1.约束与约束反力的概念 一个物体的运动受到周围物体的限制时，这些周
同向，则投影为正，反之为负。
y
2）合力投影定理 Rx X
R y Y
Ry Y3
R
F3
Y2
Y1
A
a
O
F1
F2
b Bd c
X1 Rx
X3
X2
x
合力在任一轴上的投影，等于各分力在同一轴 上投影的代数和。
合力的大小： R Rx2 Ry2
x2 y2
空间任意力系
Mo Mx (F)i M y (F) j Mz (F)k
式中，各分别表示各 Mx (F), M y (F), Mz (F)力
对 x，y，z ,轴的矩。
12
FRx —有效推进力
FRy —有效升力 FRz —侧向力
MOx —滚转力矩
力偶矩 M rBA F
Mo (F, F) Mo (F) Mo (F) rA F rB F
因 F F
Mo (F, F) (rA rB ) F M
5
（3）只要保持力偶矩不变，力偶可在其作用面内任意移转， 且可以同时改变力偶中力的大小与力偶臂的长短，对刚体的 作用效果不变.
1
方向余弦
cos(FR , i )
Fx FR
cos(FR ,
j)
Fy FR
cos(FR ,k Nhomakorabea)
Fz FR
空间汇交力系的合力等于各分力的矢量和，合力的作用线通过汇交点.
知识要点回顾
空间汇交力系的平衡条件
空间汇交力系平衡的充分必要条件是：
Fx 0 Fy 0
称为空间汇交力系的平衡方程.
=
=
=
M
(
F1 ,
F1)
rBA
F1
M (FR , FR) rBA FR rBA (F1 F2 )
rBA F1 rBA F2 rBA F1 M (F1, F1)
6
(4)只要保持力偶矩不变，力偶可从其所在平面移至另 一与此平面平行的任一平面，对刚体的作用效果不变.
工程力学_05空间力系
0, MO 0 时，空间力系为平衡力系。 当 FR
§5–1 空间任意力系向一点的简化· 主矢和主矩
空间任意力系向任一点简化可得到一个力和一个力偶。 这个力通过简化中心，称为力系的主矢，它等于各 个力的矢量和，并与简化中心的选择无关。 这个力偶的力偶矩矢称为力系对简化中心的主矩， 并等于力系中各力对简化中心之矩矢的矢量和，并 与简化中心的选择有关。
§5–1 空间任意力系向一点的简化· 主矢和主矩
§5–1 空间任意力系向一点的简化· 主矢和主矩
空间任意力系：作用线在空间任意分布的力系。
空间汇交力系
空间任意力系
空间力偶系
§5–1 空间任意力系向一点的简化· 主矢和主矩
空间任意力系：作用线在空间任意分布的力系。 一、空间任意力系向一点的简化
其中，各 Fi Fi ，
Fx 0, FAx Fx 0 (1) Fy 0, FAy Fy 0 (2) Fz 0, FAz Fz 0 (3) M x ( F ) 0, M y ( F ) 0, M z ( F ) 0,
FAz MAz
O
z
MAy FAx
FAy Fz
y 200 Fy
MAx
M Ax 0.075Fz 0 M Ay 0.2 Fz 0
x 75 Fx
M Az 0.075Fx 0.2 Fy 0
P 20 kN
§5–2 空间任意力系的平衡条件
解题步骤、技巧与注意问题： 1、解题步骤： ①选研究对象
O
11
§5–1 空间任意力系向一点的简化· 主矢和主矩
三、补充:空间任意力系的简化结果分析（最后结果）
空间力系的简化
MO
O
主矩： M O M O
x FR
FR
A
F1 3 m G1 1.5 m G2 3.9 m 2 355 kN m
y FR
2 2 F F ( F ) ( F ) 709.4 kN R x y 合力FR的大小： R
FR M B 50(i k ) 2.5i d 0.025 j 2 FR 5000
中心轴位置:
最后结果： FR 与 M B 组成的力螺旋。
例2：图示平面力系，已知：F1=F2=F3=F4=F，M=Fa，a为三 角形边长，若以A为简化中心，试求简化的最后结果，并在图 中画出。 解： 力系向A点简化
合成的结果必定是一个合力，这个合力指向被约束物 体，是一个压力 FN
未知量：3个
三、光滑铰链约束
（1） 球铰
FAz
A
FAx
FAy
约束力分布在一部分球面上，分布力均通过球心，构 成一空间汇交力系系，可简化为一个通过球心的合力 FR 球铰的约束力 FR 的大小与方向均未知，通常用沿直角
坐标分解的三个分量： FR x , FR y , FR z
(MO rOA FR ) FR MO FR M A FR
主矢与主矩的点积也与简化中心的选择无关，称之为力 系的第二不变量 由主矢与主矩的点积是否为零，就可判定出简化的最终 是合力还是力螺旋。
特例：平面任意力系的简化
F1 A1 A2
基本力系的简化结果：
汇交力系—过汇交点的合力
力偶系—合力偶
根据力的空间位臵：
空间力系、平面力系
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FA
FCD si4n05cPo4s05tg 4.2k 4；N FAFCDccoo4ss50 3.16kN 27
[练习] 已知如图P、Q， 求平衡时 =？ 地面的反力N=？
解：研究球受力如图， 选投影轴列方程为
Fx0 F T2co sF T 10①
Fy0 F T 2sin Q F N D 0
FTBC = 9.65 kN
600
C
B
150
300
D
E A
y x
B FTBC150150300
FTBD
FTBD=G
FAB E G
23
[例]图示连杆机构，已知Q、R，求图示位置平衡时， Q与 R的
关系。
结构
解：1、研究对象：
A铰
A
FBA
45°
FCA 90°Q
B铰
B
FA
B
30 °60°
R FDB
F'CA
特殊时用 几 何法（解力三角形）比较简便。
2、一般对于受多个力作用的物体，且角度不特殊或 特殊，都用解析法。
3、投影轴常选择与未知力垂直，最好使每个方程中 只有一个未知数。
35
4、对力的方向判定不准的，一般用解析法。 5、解析法解题时，力的方向可以任意设，如果求出
负值，说明力方向与假设相反。对于二力构件， 一般先设为拉力，如果求出负值，说明物体受压 力。
③一般力系(空间任意力系) 简单力系：指的是汇交力系、力偶系。
6
第二、三章 平面与空间力系 §2–1 平面与空间汇交力系合成和平衡 §2–2 力对力点之矩,平面力偶，
力对轴之距，空间力偶 §2–3 力偶系的合成和平衡条件
7
今天的学习目标: 同学们将掌握 a) 汇交力系合成与分解 b) 力矩 c) 力偶
力系的合力为 ??
4
平衡系统（滑轮B大小可忽略）
FFP
1
2
FBC FBA ??
5
基本概念
力系分为：平面力系(planar force system) 空间力系(space force system)
①汇交力系 平面力系 ②平行力系(平面力偶系是其中的特殊情况 )
③一般力系(平面任意力系)
①汇交力系 空间力系 ②平行力系(空间力偶系是其中的特殊情况 )
第二、三章 平面与空间力系
1
简单平面力系 等 效
平面力系
主矢=0 主矩=0
构件的受力 平静受 衡力力 条学分 件公析 理
静力学
简单空间力系 等 效
空间力系
2
力系： 一群力.
平面汇交（共点）力系 平面平行力系 平面力偶系 平面任意力系
空间汇交（共点）力系பைடு நூலகம்空间平行力系 空间力偶系 空间任意力系
3
力系太复杂，希望能够简单些，
A
FC C
F'AB
F'BA
设杆受拉力，则力背离铰链， 受压力，则力指向铰链，24
A铰
A
y
FBA
45°
FCA 90°Q
x
B铰
y
Bx
FAB
30 °60°
R FDB
讨论： 取AB为研究对象
y
x
Q
R
FDB
FCA
2、平衡方程 A铰
∑Fx=0 Q － FBA cos450 = 0 FBA Q /co0s425 Q
FRxFix
FRyFiy
合力投影定理：合力在任一轴上的投影，等于各分力在同一 轴上投影的代数和。
16
合力的大小： F F2F2
R
Rx
Ry
r r
方向： cos FR,i
Fix FR
rr cos FR, j
Fiy FR
作用点： 为该力系的汇交点
三、平面汇交力系平衡的解析法
平衡条件 F R0
F1
FAsin30F1cos45cos30F2 cos45cos30 0
α
Fz 0,
FA G Fz1cos45sin30F2cos45sin30FAcos30G0
A
x
yE
F1
F 30o
B
3.联立求解。
F1 F2 3.54kN
FA 8.66kN
α FA G
A
y
34
解题技巧及说明： 1、一般地，对于只受三个力作用的物体，且角度
(2) 画出受力图。
(3) 应用平衡条件画出P、FB 和FD 的闭和力三角形。
13
（4）由几何关系得： OE E A 2c 4m
A
P
tg DE0.25
24
OE
O
C
O
BE D
6 ar0 c.2 t g 1 52 4 '
(a)
由力三角形可得： FBsin 1s8i 0 nP J
（5） 代入数据求得：
P=212N，方向与水平面成=45角。当平衡时，BC水平，AD 铅直，试求拉杆所受的力。已知EA=24cm，DE=6cm点E在铅 直线DA上，又B、C、D都是光滑铰链，机构的自重不计。
A
P
P
A
24
C
O
B
E
6
D
解：
(a)
O
B FB
FD D
(b)
I
P
FD
J
FB
K
(c)
(1) 取制动蹬ABD 作为研究对象。
36
例题 如图所示的平面刚架ABCD,自重不计。
在 B点作用一水平力 P ,设P = 20kN。
求支座A和D的约束反力。
B P
C
B
P
2m
FA
A
D
A
4m
C
D FD
解: 1、取平面钢架ABCD为研究对象, 画出受力图。
37
2、取汇交点C为坐标原点，建立坐标系： y
3、列平衡方程并求解： B
P
Fx = 0 P +FA cos = 0
B
A
300
600
y 300 FNA
y/ FNB 600
x/ F/AB
300 A
B
300
600
FAB GA
x
300
GB
30
GAcos600 - FAB cos(α+300)= 0 (1)
- GBcos300 + F/AB sin(α+300)= 0 (2)
FAB =F/AB
(3)
由以上三式可得：
tg(300)GB tg600
32
解： 1. 取杆AB与重物为研究对象，受力分析如图。
zD E C F 30o
α
A
x
z D F2
E
B
C F 30o
B
F1
G y x
α
FA
A
G y
其侧视图为 z
E F1
F 30o
B
α FA
A
G y
33
zD F2
E
Fx 0,
2. 列平衡方程。
F1sin45F2 sin45 0
C F 30o
B
Fy 0,
FAB = 45 kN
FTBC = 9.65 kN
y
600
C
B
150
300
D
E A
B FTBC150150300
FTBD
x FTBD=G
FAB E G
22
解二： Fx = 0 - FTBD sin150+ FAB sin300-Gsin600= 0
FAB = 45 kN
Fy = 0 - FTBC - FTBD cos150 + FAB cos300-Gcos600= 0
B铰 ∑Fx=0 FAB － R cos300 = 0
FABRco
s030 3R 2
∵ FBA=FAB
Q:R 3: 20.612 2
25
讨论： 取AB为研究对象
y
x
90°45Q°30R °60°FDB
FCA
∑Fx=0 Qcos450+ FCA cos450 －Rcos300 = 0
∑Fy=0
-Qsin450+ FCA sin450 －Rsin300 －FDB = 0
co F ,i) s F (x,co F ,js ) ( F y, co F ,k s ) (F z
F
F
F
19
3、空间汇交力系的平衡： 空间汇交力系平衡的必要和充分条件为：该力系的合力等于零。
n
FR Fi 0 i1
∴几何法平衡充要条件为该 力系的力多边形封闭。
∴解析标法轴平上衡空的充间投要汇影条交的件力代为系数：平和衡分的别必等要于和零充。FFF分zxy 条 件000为 ：该力系中称空所为间有平汇各衡交力方力在程系三的个平坐衡方程 20
FB=750 N。
P
A
B FB
FD D
(b)
I
P
FD
K
FB
(c)
14
汇交力系合成与平衡的解析法
一、平面力在坐标轴上的投影
Fx=F·cos ：
Fy=F·sin=F ·cos
cos Fx
F
F Fx2Fy2
cos Fy
F
15
二、合力投影定理
FRy FR
FRx
即：
F R F i
由图可看出，各分力在x轴和在y 轴投影的和分别为：
平衡方程
Fx 0
Fy 0
17
空间汇交力系
1.力在直角坐标轴上的投影