4空间力系和重心3
大学工程力学重点知识点总结—期末考试、考研必备!!
工程力学重点总结—期末考试、考研必备!!第一章静力学的基本概念和公理受力图一、刚体P2刚体:在力的作用下不会发生形变的物体。
力的三要素:大小、方向、作用点。
平衡:物体相对于惯性参考系处于静止或作匀速直线运动。
二、静力学公理1、力的平行四边形法则:作用在物体上同一点的两个力,可以合成为仍作用于改点的一个合力,合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线矢量确定。
2、二力平衡条件:作用在同一刚体上的两个力使刚体保持平衡的必要和充分条件是:这两个力的大小相等、方向相反,并且作用在同一直线上。
3、加减平衡力系原理:作用于刚体的任何一个力系中,加上或减去任意一个平衡力系,并不改变原来力系对刚体的作用。
(1)力的可传性原理:作用在刚体上某点的力可沿其作用线移动到该刚体内的任意一点,而不改变该力对刚体的作用。
(2)三力平衡汇交定理:作用于刚体上三个相互平衡的力,若其中两个力的作用线汇于一点,则此三个力必在同一平面内,且第三个力的作用线通过汇交点。
4、作用与反作用定律:两个物体间相互作用的力,即作用力和反作用力,总是大小相等,方向相反,作用线重合,并分别作用在两个物体上。
5、刚化原理:变形体在某一力系作用下处于平衡状态时,如假想将其刚化为刚体,则其平衡状态保持不变。
三、约束和约束反力1、柔索约束:柔索只能承受拉力,只能阻碍物体沿着柔索伸长的方向运动,故约束反力通过柔索与物体的连接点,方位沿柔索本身,指向背离物体。
2、光滑面约束:约束反力通过接触点,沿接触面在接触点的公法线,并指向物体,即约束反力为压力。
3、光滑圆柱铰链约束:①圆柱、②固定铰链、③向心轴承:通过圆孔中心或轴心,方向不定的力,可正交分解为两个方向、大小不定的力;④辊轴支座:垂直于支撑面,通过圆孔中心,方向不定。
4、链杆约束(二力杆):工程中将仅在两端通过光滑铰链与其他物体连接,中间又不受力作用的直杆或曲杆称为连杆或二力杆,当连杆仅受两铰链的约束力作用而处于平衡时,这两个约束反力必定大小相等、方向相反、沿着两端铰链中心的连线作用,具体指向待定。
2、空间力系平衡、重心
解:取铰D 脱离体, 为 脱离体, 画受力图如 所示, 图b所示, 各力形成空 间汇交力系。 间汇交力系。
由ΣFx =0, cos60 sin60 60ºsin60º+ cos60 sin60 60ºsin60º= -NADcos60 sin60 + NBDcos60 sin60 =0 NAD=NAD 得 由ΣFy =0, Tcos60 +NCDcos60 -NADcos60 cos60 -NBDcos60 cos60 =0 cos60º+ cos60º- cos60ºcos60 cos60º- cos60ºcos60 cos60º=0 FG+NCD-0.5NAD-0.5NBD=0 得 由ΣFz =0, NADsin60 +NCDsin60 +NBDsin60 ―T sin60 ―FG=0 sin60 60º+ sin60 60º+ sin60 60º― sin60 60º― 866( 866+ 得 0.866(NAD+ NCD+ NBD)-(0.866+1)FG=0 联立求解得 NAD =NBD =31.55kN , NCD=1.55kN。 。
球形铰链
2、向心轴承 、
4、 、 向 心 推 力 轴 承
6、空间固定端 、
例 3 - 3 : 用三角架 ABCD 和绞车提升一重物如图 所示。 为一等边三角形, 所示。设ABC为一等边三角形,各杆及绳索均与水 平面成60 的角。 60º的角 30kN, kN,各杆均为二力 平面成60 的角。已知重物FG=30kN,各杆均为二力 滑轮大小不计。 杆 , 滑轮大小不计 。 试求重物匀速吊起时各杆所 受的力。 受的力。
[例] 已知: RC=100mm, RD=50mm,Px=466N, Py=352N, Pz=1400N。求: 例 平衡时(匀速转动)力Q=?和轴承A , B的约束反力?
工程力学教学课件模块3空间力系
的单位为N•m或kN•m。
由上述结论可知,力的作用线与轴相交或平
行时,力对轴之矩等于零。
提
示
3.2.2 合力矩定理
在平面力系中推导出来的合力矩定理对空间力系也同样适用,即空间力系中的合力对某轴之
矩等于力系中各分力对同一轴之矩的代数和,其表达式为
在计算力对轴之矩时,有时应用合力矩定理会使计算变得简单:先将力F沿空间直角坐标轴
Fz=Fsin 60°=600×0.866=520(N)
19
3.2.2 合力矩定理
20
3.2.2 合力矩定理
(2)计算力对轴之矩。先将力F在作用点处沿x、y、z方向分解,得到
三个分量Fx、Fy、Fz,它们的大小分别等于投影Fx、Fy、Fz的大小。
根据合力矩定理,可求得力F对指定的x、y、z轴之矩。
(b)所示。
先将力F向Axy平面和Az轴投影,得到Fxy和Fz;再将Fxy向x、y轴
投影,得到Fx和Fy。于是,有
Fx=Fxycos 45°=Fcos 60°cos 45°=600×0.5×0.707=212(N)
Fy=Fxysin 45°=Fcos 60°sin 45°=600×0.5×0.707=212(N)
力FNA、FNB、FNC的作用下保持平衡,各力的作
用线相互平行,构成空间平行力系。
3.3 空间力系的平衡方程
30
3.3 空间力系的平衡方程
(2)根据各力的作用线方向与几何位置,建立空间直角
坐标系Hxyz(点H为坐标原点)。
(3)列平衡方程并求解。
∑Fz=0,FNA+FNB+FNC-G=0
∑Mx(F)=0,FNC-G=0
3章_空间力系与重心(200909)
y R
r1
r2 A1= R2/2 A2= r22/2
2
x
A3= - r12
4r r2 R 4R 2 0 3 2 3 2 yc=yiAi/Ai (R 2 r 2 ) ( r 2 ) 2 1 2
=3.99(cm)
偏心块重心在(0,3.99 cm)处
B、C形成等边三角形。若中线CD上距圆心为a的点M作用铅垂力Q =1500N。求:1、a=200mm时三脚对地面的约束力; 2、使圆桌不 致翻到的最大距离a。 z a P C FC
解:
C
Q A FA D M x B FB
y y a
A D M x
B
以圆桌为研究对象
例题3-1
解:
以圆桌为研究对象
第3章 空间力系的平衡与重心
Equilibrium of space force system & Center of gravity
3.1
绕任意轴变速转动。
空间力系的平衡
Equilibrium of space force system
若物体处于平衡状态,则物体不会沿任意方向变速移动和不会
z
不移
c
悬挂法 2、实验法 称重法 称重法: 笨重,且形状复杂
L A L2 h2
h
W c
FN
W
FN
mA=0
h
确定重心的实验法 悬挂法 所画两条直线的交点即为重心。 称重法:
以连杆为例。首先称出连杆的重量P,测出两孔的距离l。由于连杆 是前后、上下对称的,其重心一定在对称面、对称轴上,只需确定重 心C距孔中心的距离xC 。
若均质,
且薄壳、 板,
工程力学-第五章
F F
sin γ cos φ
sin
γ
sin
φ
Fz F cos γ
应当指出:力在坐标轴上的投影是代数量,有正、负两种可能;而力在平面上的投影为矢量。
5.1.3 空间汇交力系的合成与平衡条件
1.空间汇交力系的合成
设有空间汇交力系 F1,F2,…,Fn,利用力的四边形法则,可将其逐步合成为合力矢 R,
某轴之矩等于各分力对同轴的矩的代数和,即
M x FR M x F1 M x F2 M y FR M y F1 M y F2 M z FR M z F1 M z F2
Mx My
Fn Fn
Mx My
FFii
M
z
Fn
M
z
Fi
5.2.3 空间力系的合力矩定理
如图所示,设力F的作用线沿AB,O点为矩心,则力对 这一点之矩可用矢量来表示,称为力矩矢,用MO(F)表 示。力矩矢MO(F)的始端为O点,它的模(即大小)等 于力F与力臂d的乘积,方位垂直于力F与矩心O所决定的平 面,指向可用右手法则来确定。于是可得:
MO (F ) Fd 2A OAB
5.2.1 力对点之矩
5.1.3 空间汇交力系的合成与平衡条件
例 5-1 如图所示,在正方体的顶角 A 和 B 处分别作用有力 F1 和 F2,试求此二力在 x,y,z 轴上的
投影。
F1x F1 sin cos F1
2 3
1 2
3
3
F1
解:首先,求 F1 在 x,y,z 轴上的投影,即 F1y F1 sin sin F1
5.2.4 力对点之矩与力对轴之矩的关系
以矩心 O 为原点,取直角坐标系 Oxyz,如图所示。设力 F 在各坐标轴上的投影为 Fx,Fy,Fz;力作 用点 A 的坐标为(x,y,z),则有 F Fxi Fy j Fzk
第6章_空间力系
标量
M z ( F ) M o ( Fxy )
22
x
正负规定:符合右手螺旋法则
4 性质 1)力的作用线与矩轴相交或平行,则力对该轴的矩为零。
2)力沿作用线移动,则力对某轴矩不变。
23
5 合力矩定理
M z ( FR ) M z ( Fi )
空间力系合力对某一轴之矩等于力系中各力系各分力对同一 轴之矩的代数和。
b
x F c
M x (F ) 0 M y ( F ) F c 12.5Nm M z ( F ) F a 20Nm
M x ( F ) [ M o ( F )]x M y ( F ) [ M o ( F )]y M z ( F ) [ M o ( F )]z
F , cos F 'R
Y
F , cosg F 'R
Z
根据力对点之矩与力对轴之矩的关系:
[ M O ( Fi )]x M x ( Fi ) M Ox ; [ M O ( F )] y M y ( F ) M Oy ; [ M O ( F )]z M z ( F ) M Oz
G + FOA· sin = 0
FOA = -6.25kN (压)
O
y
Fx =0 FOB· sin - FOC· sin = 0 FOB= FOC
A
z
11
G
Fy =0
-2FOB· cos - FOA· cos = 0 cos = cos
D B
x 320 FOA
C
FOC
FOB = - FOA / 2
第四章 空间力系
F1 0
b M FG F 0, Fb 2 P F2b 0
F2 1.5P b M BC F 0, F2 b P F3 cos 45 b 0 2 F3 2 2 P
例4-10 已知:P=1000N ,各杆重不计。 求:三根杆所受力。 解:各杆均为二力杆,取球铰O,画受力图建坐标 系如图。
例4-7 已知: F 2000N, F2 2F1 ,
30 , 60 ,
各尺寸如图 求:F1 , F2 及 A、B 处约束力 解:研究对象, 曲轴受力:F , F1 , F2 , FAx , FAz , FBx , FBz
列平衡方程
F 0, 0 0 F 0 , F1 cos 30 F2 cos 60 F FAz FBz 0 M F 0
合力矩定理:合力对某点之矩等于各分力对同一点 之矩的矢量和。合力对某轴之矩等于各分力对同一轴之 矩的代数和。 (2)合力偶 当 与简化中心无关。
时,最后结果为一个合力偶。此时
(3)力螺旋 当 时,力螺旋中心轴过简化
中心。
当 成角 且 垂直时, 力螺旋中心轴距简化中心为
既不平行也不
(4)平衡
当 时,空间力系为平衡力系。
力偶矩矢
(4–10)
2.力偶的性质
(1)力偶中两力在任意坐标轴上投影的代数和为零 。
(2)力偶对任意点取矩都等于力偶矩,不因矩心的
改变而改变。 力偶矩
因
(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。
=
=
=
M ( F1 , F1) rBA F1
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。
空间力系与重心
轴上的力和力矩平衡条件。只有当这六个方程同时满足时,空间一般力
系才处于平衡状态。
04
重心位置确定方法
几何法确定重心位置
01
02
03
悬挂法
将物体悬挂于一点,通过 测量悬线的长度和方向, 利用几何关系确定重心位 置。
支撑法
将物体支撑于两点,测量 支撑点的位置和支撑力的 大小,通过几何关系求解 重心位置。
度的基础。
06
重心在工程中应用举例
建筑结构稳定性分析
重心位置与结构稳定性
案例分析
在建筑设计中,通过调整结构布局和 构件尺寸,可以改变结构的重心位置, 从而提高结构的稳定性。
以高层建筑为例,通过优化结构布局 和构件设计,降低重心高度,提高结 构的整体稳定性。
地震作用下的重心影响
地震时,建筑物受到水平地震力的作 用,重心位置的高低直接影响结构的 抗震性能。
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航空航天领域应用
重心与飞行器稳定性
在航空航天领域,飞行器的重心位置对其稳定性和操控性 具有重要影响。合理设计重心位置可以提高飞行器的稳定 性和操控性。
重心与燃料消耗
飞行器的重心位置不仅影响稳定性和操控性,还影响燃料 消耗。通过优化重心位置可以降低飞行器的燃料消耗。
案例分析
以飞机设计为例,通过精确计算和调整机身、机翼等部件 的质量和布局,实现重心的合理分布,提高飞机的稳定性 和经济性。
力多边形封闭
如果将各力矢量按照一定顺序首 尾相接,可以形成一个封闭的力 多边形,这也是空间汇交力系平 衡的一个必要条件。
空间平行力系平衡条件
各力在任意轴上的投影之和为零
对于空间平行力系,所有力在任意选定的轴上的投影之和必须为零,这是平衡 的一个必要条件。
第四章 空间力系和重心
第三节 空间任意力系的简化 1.空间任意力系向任意一点简化 空间任意力系向任意一点简化
1.1空间力的平移 空间力的平移
z F' F F O O y x x F'' x F'' y O y F' F z z
M O (F )
附加力偶矩矢
M O (F ) = Fd
1.2 空间力系的简化
z M2 F'1 M1 O y F'2
3 Fx = F cos α = F 3 −a 3 cosβ = =− 3 3a 3 Fy = F cos β = − F 3 a 3 cosγ = = 3 3a 3 Fz = F cos γ = F 3
Fy
2a
Fx
a
a
[解-方法 2] 解 方法 cosγ = a 3 3 = Fz = F cos γ = F 3 3a 3
点O:空间中任意选择的简化中心 平移到点O, 将 F1 平移到点O,
M1 = M O (F1 )
将空间中的其它力平移到点O: 将空间中的其它力平移到点O:
M 2 = M O (F2 )
x
M n = M O (Fn )
M i = M O (Fi )
1.2 空间力系的简化
z MO M2 M1 O Mn F'R
空间任意力系
空间平行力系
空间汇交力系
空间力系实例
第一节 力在直角坐标轴上的投影
2、力在直角坐标轴上的投影 、
2.1力在空间的表示 力在空间的表示 力的三要素: 力的三要素: 大小、方向、 大小、方向、作用 点 大小: = 大小: F= F
γ
O
β θ
方向: 方向:由α、β、 ϕ 三个方 向角确定或由仰角θ 向角确定或由仰角θ 与方位 来确定。 角ϕ 来确定。 Fxy 作用点: 作用点:物体和力矢的起 点 或终点的接触之点。 或终点的接触之点。
《机械基础》课程标准
《机械基础 A》课程标准课程编码:课程类别:适用专业:授课单位:机械系学时:编写执笔人及编写日期:学分:审定负责人及审定日期:1.课程定位和课程设计1. 1课程性质与作用课程的性质《机械基础》是工业设计专业学生必修的一门重要的专业基础课,将《理论力学》、《材料力学》、《机械原理》和《机械零件》的相关内容有机融合而形成的一门整合学科课程。
它以机械中常用机构和通用零件为基础,为培养学生处理一般工程问题的能力和学习有关后继课、专业课打下基础,也是工业设计专业学生岗位能力培养的一门必修课程。
课程的作用本课程是是学习机械工程的重要入门课,也是一门实用型课程,综合运用各先修课程的基础理论和生产实践知识,为机械零部件设计提供基本的力学理论、计算方法和试验技术,解决常用机构及通用零部件的分析和设计问题。
前期开设的主要课程有《高等数学》、《工程制图》等,学生完成这些前续课程的学习后,已具备一定的机械设计理论知识和分析问题、解决问题的能力。
为后续《机械基础课程设计》等打下基础。
本课程是理论性和实践性都很强的近机类专业的主干课程之一,在教学中具有承上启下的作用。
1.2课程设计理念终身学习的教育观,多元智力的学生观,建构主义的学习观和教学观、全面发展等。
1.3课程设计思路以专业教学计划培养目标为依据,以岗位需求为基本出发点,以学生发展为本位,设计课程内容。
本课程标准在设计上本着懂理论,重应用的总体思路,突出体现职业教育的技能型、应用性特色,着重培养学生的实践应用技能,力求达到理论够用,技能过硬的目的。
在课程实施过程中,注重利用课程特征,加大学生工程体验和情感体验的教学设计,激发学生的主体意识和学习兴趣,树立终身学习理念。
2.课程目标2.1知识目标(1)掌握简单机械设计的一般设计方法、原理和设计规律。
(2)掌握机械零部件强度设计所需的基本知识和基本方法。
(3)掌握常用机构的工作原理、结构特点及一般的设计理论和设计方法。
(4)掌握通用零件的工作原理、结构特点、常见失效形式,掌握其设计的基本方法、基本步骤及应遵循的原则。
理论力学 第四章 空间力系
第四章空间力系本章将研究空间力系的简化和平衡条件。
工程中常见物体所受各力的作用线并不都在同一平面内,而是空司分布的,例如车床主轴、起重设备、高压输电线塔和飞机的起落架等结构。
设计这些结构时,需用空间力系的平衡条件进行计算。
与平面力系一样,空间力系可以分为空间汇交力系、空司力偶系和空间任意力系来研究。
§4-1 空间汇交力系1.力在直角坐标轴上的投影和力沿直角坐标轴的分解若已知力F与正交坐标系Oxyz三轴间的夹角分别为α、β、γ,如图4-1所示,则力在三个轴上的投影等于力F的大小乘以与各轴夹角的余弦,即X=cosαY=cosβ (4-1)Z=cosγ当力与坐标轴Ox、Oy间的夹角不易确定时,可把力先投影到坐标平面Oxy上,得到力,然后再把这个力投影到x、y轴上。
在图4-2中,已知角γ和,则力在三个坐标轴上的投影分别为X=sinγcosY=sinγsin (4-2)Z=cosγ若以、、表示力F沿直角坐标轴x、y、z的正交分量,以i、j、k分别表示沿x、y、z坐标轴方向的单位矢量,如图4-3所示,则图4-2=++=X i+Y j+Z k (4-3)由此,力在坐标轴上的投影和力沿坐标轴的正交分矢量间的关系可表示为:=X i,=Y j,=Z k (4-4)如果己知力F在正交轴系Oxyz的三个投影,则力F的大小和方向余弦为=cos(,i)=cos(,j)= (4-5)cos(,k)=例4-1图4-4所示的圆柱斜齿轮,其上受啮合力的作用。
已知斜齿轮的齿倾角(螺旋角) β和压力角α,试求力沿x、y和z轴的分力。
解:先将力向z轴和Oxy平面投影,得Z=-sinα=cosα再将力向x、y轴投影,得X=-sinβ=-cosαsinβY=-cosβ=-cosαcosβ则沿各轴的分力为=-cosαsinβi,=-cosαcosβj,=-sinαk式中i、j、k为沿x、y、z轴的单位矢量,负号表明各分力与轴的正向相反。
第5节 物体的重心
第三章 空间力系
xC =
∑ Gi xi
i =1 n
n
;
∑ Gi
i =1
yC =
∑ Gi yi
i =1 n
n
∑ Gi
i =1
; zC =
∑ Gi zi
i =1 n
n
∑ Gi
i =1
第 5 节 物体的重心
第三章 空间力系
xC = yC = zC =
lim ∑ Gi xi
n→∞ i =1 n
n
G lim ∑ Gi yi
xC = 0mm
半径为 R 的大半圆
A1 = 1 πR 2 = 7200π 2 4 R = 160 mm y1 = 3π π
查表4-1 查表
第 5 节 物体的重心 r1 小半圆
第三章 空间力系
r2 小半圆
n
1 πr 2 = 612 .5π A2 = 2 1 4r1 46.67 y2 = − =− mm 3π π 2 A3 = −πr2 = −225π
第 5 节 物体的重心
第三章 空间力系
匀质、等厚度的薄板、簿壳结构的重心计算公式 匀质、等厚度的薄板、簿壳结构的重心计算公式 的薄板 重心
∫A xdA ; xC =
A
∫A ydA ; yC =
A
∫A zdA zC =
A
对于匀质线段(如等截面匀质细长曲杆、 对于匀质线段(如等截面匀质细长曲杆、细金属 丝等)结构的重心 重心计算公式 丝等)结构的重心计算公式
xC =
∑ Ai xi
i =1
n
A
i =0
9000×15 + 5850×127.5 = = 59.3mm 14850
第4章空间力系
FRy Fy
FRz Fz
cos FRx
FR
cos FRz
2、空间汇交力系的平衡条件
FR
cos FRy
FR
FRx Fx 0
FRy Fy 0
FRz Fz 0
光滑球铰链 A
Fz
Fy Fx
Fz
Fy Fx
例4-1 图示为用起重
杆吊起重物。起重杆的
A端用球铰链固定在地 面上,而B端则用绳CB 和DB拉住,两绳分别
上面三式联立,解得 F1=F2=3.54 kN FA=8.66 kN
例 :结构如图所示,杆重不计,已知力P, 求两杆的内力和绳BD的拉力。
z D
z D
C
F3
C
A
B
x
P
y A
y F2
F1
B
x
P
§4-2 空间力对点之矩和对轴之矩
一、力对点之矩
矢量
r
的矩
O
A
Mo( A) r A, Mo r A sin
i1
i1
z
M
Fz
FR
Mz
Fy
y
y
x
Fx
x
Mx
My
2、空间任意力系的简化结果分析
空间任意力系 {F1, F2,, Fn} {FR, MO} 简化结果
1、 FR 0, MO 0
平衡
2、FR 0, MO 0
合力
3、FR 0, MO 0 4、FR 0, MO 0
合力偶 ?
(1) FR 0, MO 0, FRMO
1、空间任意力系的简化
Fn An
o A2
A1 F2
F1
Fn'
机械基础强度名词解释
机械基础强度名词解释《机械设计基础》名词解释1.机械:机器、机械设备和机械工具的统称。
2.机器:是执行机械运动,变换机械运动方式或传递能量的装置。
3.机构:由若干零件组成,可在机械中转变并传递特定的机械运动。
4.构件:由若干零件组成,能独立完成某种运动的单元5.零件:构成机械的最小单元,也是制造的最小单元。
6.标准件:是按(或部标准等) 大批量制造的常用零件。
7.自由构件的自由度数:自由构件在平面内运动,具有三个自由度。
.约束:起限制作用的物体,称为约束物体,简称约束。
9.运动副:构件之间的接触和约束,称为运动副。
10.低副:两个构件之间为面接触形成的运动副。
11.高副:两个构件之间以点或线接触形成的运动副。
12.平衡:是指物体处于静止或作匀速直线运动的状态。
13.屈服极限:材料在屈服阶段,应力波动最低点对应的应力值,以σs表示。
14.强度极限:材料σ-ε曲线最高点对应的应力,也是试件断裂前的最大应力。
15.弹性变形:随着外力被撤消后而完全消失的变形。
16.塑性变形:外力被撤消后不能消失而残留下来的变形。
17.延伸率:δ=(l1-l)/l×100%,l为原标距长度,l1为断裂后标距长度。
1.断面收缩率:Ψ=(A-A1)/ A×100%,A为试件原面积,A1为试件断口处面积。
19.工作应力:杆件在载荷作用下的实际应力。
20.许用应力:各种材料本身所能安全承受的最大应力。
21.安全系数:材料的机限应力与许用应力之比。
22.正应力:沿杆的轴线方向,即轴向应力。
23.剪应力:剪切面上单位面积的内力,方向沿着剪切面。
24.挤压应力:挤压力在局部接触面上引起的压应力。
25.力矩:力与力臂的乘积称为力对点之矩,简称力矩。
26.力偶:大小相等,方向相反,作用线互相平行的一对力,称为力偶27.内力:杆件受外力后,构件内部所引起的此部分与彼部分之间的相互作用力。
2.轴力:横截面上的内力,其作用线沿杆件轴线。
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Fx
2.平衡方程
三、空间约束 1.轴承
FX
FZ FY FZ
FX
向心轴承:限制了轴端的上下移 动和前后移动,不限制轴向移动。 约束力用上下和前后两正交分力 表示。 推力轴承:限制了轴端的上下、 前后、轴向的移动。 约束力用上下、前后、和轴向三 个正交分力表示。 既限制了轴端的上下、前后、轴 向的移动,又限制了绕x、y、z轴的 转动。 约束端有三个约束力和三个约束 力偶矩。
Fx F con 1.一次投影法 Fy F con Fz F con
Fx F sin con 2.二次投影法 Fy F sin sin Fz F con
二、力对轴之矩
M z ( F ) M O ( Fxy ) Fxy d
结论:力对轴之矩等于力在垂直于轴的平面上的投影对该轴与 平面交点之矩。 三、合力矩定理 力系合力对某轴之矩,等于各分力对同轴力矩的代数和。
0: Fy 0 : Fz 0 : M x (F ) 0 : M y (F ) 0 : M z (F ) 0 :
Fx
平衡方程
三、空间约束 1.轴承 约束力用上下和前后两正交分力表示 2.空间固定端 约束端有三个约束力和三个约束力偶矩。
FBx (a b) F a 0 FBx FAx FBx F 0
F
y
FBx
F a O FAx ab
x
Fx
0:
FAx FBx F
Fb ab
例4-4 传动轴如图,已知带轮半径R=0.6m;自重G2=2kN;齿 轮半径r=0.2m,轮重G1=1kN.其中AC=CB=l=0.4m,BD=0.2m,圆周力 Fz=12kN,径向力Fx=1.5kN,轴向力Fa=0.5kN, 紧边拉力FT,的松边 拉力Ft,FT=2Ft 。试求轴承A、B两处的约束反力。 解:画受力图列平衡方程求解
M z ( F ) M z ( Fx ) M z ( Fy ) M z ( Fz )
课后作业:《工程力学练习册》练习十一
◆ 课题4–2
一、空间力系的简化
简化中心
空间力系平衡方程的应用
F'1 M1 O M3 M0 M2 F'2 FR A C
F1
A
F3
O C
B
F2 =
F3
=
O
B
1.主矢FR FR ( Fx) 2 ( Fy) 2 ( Fz) 2 ( Fx ) 2 ( Fy ) 2 ( Fz ) 2 2.主矩M0 M 0 [ M x ( F )]2 [ M y ( F )]2 [ M z ( F )]2 二、空间力系平衡方程 1.空间力系平衡条件:主矢FR=0, 主矩M0=0。
F r ( FT Ft ) R 0 F r 12 0.2 Ft 4 kN R 0.6 FT 2Ft 8 kN M x (F ) 0 : FBz 2l ( F G1 )l ( FT sin 45 Ft sin 30 G 2 ) 2.5l 0 (8 0.707 4 0.5 2) 2.5 12 1 FBz 1.57 kN 2 FAz FBz F G1 ( FT sin 45 Ft sin 30 G 2 ) 0 Fz 0 : FAz 1.57 12 1 (5.66 2 2) 6.09 kN M z (F ) 0 : FBx 2l F l Fa r ( FT con 45 Ft con 30 ) 2.5l 0 0.6 0.1 (5.66 3.46) 1 FBx 12.03 kN Fx 0 : 2 0.4 FAx FBx Fr FT con 45 Ft con 30 0 Fx 0 : FAy Fa 0 FAy Fa 0.5 kN FAx 12.03 1.5 5.66 3.46 1.41kN
Fz Fy
Fx Fxy
解:1.应用二次投影法,求得各分力 的大小为
6F 4 2F Fy F con 45 con 60 4 2F Fz F sin 45 2 Fx F con 45 sin 60
2.由合力矩定理求F对轴之矩
M x ( F ) M x ( Fx ) M x ( Fy ) M x ( Fz ) 0 0 2 1000 0.06 42.4N m 2 M y ( F ) M y ( Fx ) M y ( Fy ) M y ( Fz ) 0 0 2 1000 0.05 35.4N m 2 M z ( F ) M z ( Fx ) M z ( Fy ) M z ( Fz ) 6 1000 0.06 2 1000 0.05 0 4 4 19.1N m
FBz (a b) Fr a 0 FAz FBz Fr 0
FAZ+FBZ FAx FAx+FBxO x
FBZ M0
y
a z FAZ O
F C b Bx
Fr
B
0:
Fr a FBz ab
FBZ
y
xy平面:
M z (F ) 0 :
Fr b FAz FAz Fr ab
五、平面解法 解:已知各分力
6F 4 2F Fy 4 2F Fz 2 Fx
x
z
Fz 50
Fz C
Fx Fy
Fx Fxy
O
1.在yz平面取平面投影
M x ( F ) M 0 ( Fyz ) 2 1000 0.06 42.4N m 2
z O
40 20 F z y Fy
M y (F ) 0 :
本课节小结
一、空间力系的简化 1.主矢FR FR ( Fx) 2 ( Fy) 2 ( Fz) 2 ( Fx ) 2 ( Fy ) 2 ( Fz ) 2 2.主矩M0 M 0 [ M x ( F )]2 [ M y ( F )]2 [ M z ( F )]2 二、空间力系平衡方程
Fxy
d
Fz A
F
O
M z ( F ) M O ( Fxy ) Fxy d
M z ( F ) M z ( Fx ) M z ( Fy ) M z ( Fz )
四、应用举例
例4-1 图示托架OC套在轴z上,在C点作 用力F=1000N,图中C点在Oxy面内。试分 别求力F对x、y、z轴之矩。
2r 2
2r 6Fh 2Fr x 2 4 4 2r 2r 3Fr 3Fr 3Fr M z ( F ) Fx Fy 2 2 4 4 2
O
6F Fx 4
6F Fy 4
F Fz 2
2r 2
y Fy
45 Fz °
本课节小结
一.力在空间直角坐标轴上的投影
(4 2)
F Fxx x
Fy Fy Fxy
y
3.力沿坐标轴方向分解 4.已知投影求作用力
2 2 2
F Fx Fy Fz Fy Fx F con ; con ; con z F F F
( 4 3)
二、力对轴之矩
z y d Fxy
结论 y : 力对轴之矩等于力在 x 垂直于轴的平面上的投影 x 对该轴与平面交点之矩。 力对轴之矩是力使物体绕该轴转动效应的度量,是一个代数 量。其正负号可按以下法确定:从z轴正端来看,若力矩逆时针, 规定为正,反之为负。也可按右手螺旋法则来确定其正负号。 三、合力矩定理 力系合力对某轴之矩,等于各分力对同轴力矩的代数和。
第四章 空间力系和重心
◆ 课题4–1 ◆ 课题4–2 ◆ 课题4–3
空间力的投影 力对轴之矩 空间力系平衡方程的应用 重心 平面图形的形心
◆ 课题4–1
空间力的投影 力对轴之矩
z
F Fz z Fx x
一.力在空间直角坐标轴上的投影 1.一次投影法 已知力F与三个坐 标轴的夹角分别为、β 、,
AZ
FBZ
0
x
FAx
A
y
B
2.画传动轴的约束力
a
M y (F ) 0 :
F C b Bx
F
3.列平衡方程求解
F
D M0 0 2 M x (F ) 0 : FBz (a b) Fr a 0
2M 0 2M 0 Fr F tan tan D D Fa FBz r ab F b FAz FBz Fr 0 Fz 0 : FAz FAz Fr r ab Fa M z (F ) 0 : FBx (a b) F a 0 FBx ab Fb FAx FBx F 0 Fx 0 : FAx FBx F ab
Fx F con Fy F con Fz F con
(4 1)
Fy
y
x z Fzz F F
2.二次投影法 已知力F与z轴的夹角为 ,力与轴所确定平面与x轴的夹角为。
Fx F sin con Fy F sin sin Fz F con
2.空间固定端
MZ
MX z FZ FY MY FX y
x
应用举例 例4-3 某传动轴图所示。已知轴B端联轴器输入外力偶矩为M0, 齿轮C分度圆直径为D, 压力角为,轮间距为a、b。求齿轮圆周力, 径向力和轴承的约束力。 Fn 解: 1.建立坐标系,将啮合力沿坐标 z Fr F 轴方向分解为圆周力F和径向力Fr。 F M