01.刚体的受力分析及其衡规律

对出现的这两个力分别作用在两个物体上，因而它们对各自 物体的作用效应不能相互抵消。
必须注意，虽然作用力与反作用力大小相等、方向相反，且 在同一直线上，但决不能认为这两个力互成平衡。因为这两个力 并不作用在同一物体上。这与二力平衡公理中所指的一对力是完 全不同的。
5.力的平行四边形法则
R F F 1 2
同一个点作用两个力的效应可用它们的合力来等效； 该合力作用于同一点，方向和大小由平行四边形的对角 线确定。
F1
R F F 1 2
R
F2
R
F2
F1
6.力的某些特性小结
（1）力的可合性：两个力对物体的作用可以用一个力来等效代 替。则两个力合成一个力时只有一个合力 （唯一解） 力的合成须遵循力的平行四边形法则 （2）力的可分性：一个力可分解成两个力 。 (无数解)
三、受力平衡（续1） 1.二力平衡定理
（1）作用于刚体上的两个力，如果大小相等、方向相反、且沿 同一作用线，则它们的合力为零，此时，刚体处于静止或 作匀速直线运动。
三、受力平衡（续2）
（2）作用在刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是：
两个力大小相等，方向相反．并且在同一直线上。
2.二力杆（二力构件）
1、足够的强度— 在载荷作用下抵抗破坏的能力；
2、足够的刚度— 在载荷作用下抵抗变形的能力； 3、充分的稳定性—保持原有平衡形态的能力。
反应釜
合成塔
换热器
第一篇
力学基础
生产中使用的任何机器或设备的构件，应该满足适 用、安全和经济三个基本要求。为了使机器或设备能安 全而正常的工作，在设计时必须使构件满足以下三方面 的要求：
4.合力与分力：若一个力与一个力系等效，则称这个力
5.力的合成与分解：求合力的过程称为力的合成。将
6.力系的简化：将一个复杂力系简化为一个简单力系或
一个力的过程，称为力系的简化。
三、受力平衡 受力物体相对于惯性参考系处于静止或匀速 直线运动状态，称为受力平衡。
建立在地球上，并相对于地球不动的参考系称为 惯性参考系
二、本章核心问题
如何从已知外力求取未知外力？
第一步 通过受力分析正确确定未知外力的力线 方位。 第二步 探索物体受力平衡规律，利用平衡规律 求取未知外力。
§1-1 力的概念及其性质
重点内容：
一.力的概念 二.力的基本性质（五点） 三.平衡 四.二力平衡定理 五.三力平衡汇交定理 六.二力杆
一、力的概念
二、约束的分类
1.柔软体约束
（1）柔软体约束
2.刚性约束
( 2）光滑接触面约束 ( 3）铰链约束 ( 4）固定端约束
二、约束的分类（续1）
1.柔性约束F （1）定义：由绳索、皮带、
链条等柔性体所构成的约束 称之。只有当绳索被拉直时 才能起到约束作用。
这种约束只能阻止非自由体 沿着绳索伸直的方位朝外运动，
力的分解也必须符合平行四边形法
（在进行力的分解时，如果针对的是某一具体问题，那么必
须考虑被分解的力对物体实际产生的效果）。
（3）力的可消性：一个力对物体所产生的外效应，可以被另
一个或几个作用与该同一物体上的外力所产生的外效应所 抵消。
四、三力平衡汇交定理
1.定理：
刚体受到不平行的三个力作用而平衡时，若其中任 意两个力的作用线交于一点，则第三个力的作用线也必 然交于同一点。（证明详见书P3）
一、 约束与约束反力
1.概念：
（1）自由体——只受主动力作用，而且能够在空间沿 任何方向完全自由地运动的物体。 （2）非自由体——运动在某些方向上受到了限制而不 能完全自由地运动的物体。 （3）约束——限制非自由体运动的物体。（对非自由体的某些位 移起限制作用的周围物体称为约束） （4）约束反力——约束作用在物体上的力称为约束反力，简称反 力。
１．要有足够的强度，以保证构件在外力作用下 不致破坏； ２．要有足够的刚度，以保证构件在外力作用下 不致发生过大变形； ３．要有足够的稳定性，以保证构件在外力作用 下不致突然括静力学和材料力学。 1.静力学：主要是研究外效应中的平衡规律。 2.材料力学：是研究杆的强度、刚度和稳定性 的问题。（在材料力学中，实验的方法
由不平行三个力组成的平衡力系必只汇交于一点
五、 本节小结 重点提示
1. 理解力的概念的关键两点 (1)力是物体之间的相互作用，离开了物体，力是不存
在的。 (2)力是物体之间的相互作用，总是成对地出现于物体 之间。力相互作用的方式可以是直接接触，如人推 小车；也可以不直接接触而相互吸引或排斥，如地 球对物体的引力(即重力)。 因此，在分析力时，必须明确以哪一个物体为研究对 象，分析其它物体对该物体的作用。
因而代替这种约束作用的约束反
n F
力，它的力作用线必和绳索 伸直的中心线重合，其指向 应是离开自由体朝外。
二、约束的分类（续2）
（2）柔性约束的特点： a 只能受拉，不能受压。 b 只能限制沿约束的轴线伸长方向
常见的柔性约束：绳子、皮带、链条等
二、约束的分类（续3）
2.刚性约束
（1）光滑面：
限制接触点法向运动
课程主要内容
工程力学基础理论 化工设备材料性能与选用 机械传动装置 典型化工设备结构分析 压力容器设计与管理 课程设计
绪
论
化工机械—化工生产中使用的机械装置。
化工机器-主要零部件是运动的。（如泵、压缩机、离心机等）。
化工设备-主要零部件是静止的。（如塔器、换热器、反应器等）。
化工设备应满足以下三个方面的要求：
二、约束的分类（续5）
支承面与被约束物体之间的摩 擦力很小，可以略去不计。 只能限制约束物体沿接触面公 法线方向向着支承面内的运动。 约束反力方向是沿着接触面的 公法线方向，指向被约束物体。
二、约束的分类（续6）
3.铰链约束 （1）固定铰链约束 （2）活动铰链约束
n F Fn
二、约束的分类（续7）
（1）固定铰链 支座约束
F yn
Fxn
F yn
Fxn
二、约束的分类（续8）
（2）活动铰链 支座约束
Fn Fa
二、约束的分类（续9）
4.固定端约束
（1）性质特点：
限制了平面内可能的运动（移动和转动）。
三、画受力图的步骤
1.简化结构，画结构简图； 2.选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力； 3.根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反 力。
a 连接铰链（中间铰） b 活动铰链支座 c 固定铰链支座 d 球型铰链支座（空间力系）
（2）铰链：
二、约束的分类（续4）
(3)光滑接触面约束 不计。 b 只能限制约束物体沿接触面公法线方向向着支承面 内的运动。 c 约束反力方向是沿着接触面的公法线方向，指向被 约束物体。
a 支承面与被约束物体之间的摩擦力很小，可以略去
规律，进行构件强度、刚度和稳定性的计算。
三、重要概念
1.强度：是指构件在外力作用下抵抗破坏的能力； 2. 刚度：是指构件在外力作用下抵抗变形的能力；
3. 稳定性：是指构件在外力作用下保持原有平衡状态
的能力。
第一章 刚体的受力分析及其平衡规律
一、基本要求
1．了解力、力矩、力偶和力偶矩的定义。 2．力的五点性质（含两个最简单的平衡定理）和力偶的 三点性质。 3．熟悉各种约束和约束反力的特点。 4．力的平移定理的内容、实质、应用。 5．掌握力的合成与分解，受力图分析，平衡方程的建立 和求解。
2.约束的特点：直接和物体接触，并限制某些方向的
运动。
一、 约束与约束反力（续） 3.约束反力的求法：
当非自由体的运动受到它的“约束”限制时，在非自 由体与其约束之间就要产生相互作用的力，这时约束作 用于非自由体上的力就称为该约束的约束反力。
当一个非自由体同时受到几个约束的作用时，那么该 非自由体就会同时受到几个约束反力的作用。 如果这个非自由体处于平衡，那么这几个约束反力对 该非自由体所产生的联合效应必正好抵消主动力对该物 体所产生的外效应。所以约束反力的方向，必定与该约 束限制的运动方向相反。 应用这个原则，可以确定约束反力的方向或作用线 的位置。至于约束反力的大小，则需要用平衡条件求出。
化工设备机械基础
课件


主动力：重力，弹簧弹性力，静电力和洛仑兹力等有 其“独立自主”的大小和方向，不受质点所受的其它 力的影响，处于“主动”地位，称“主动力”。 1． 重力 2． 弹簧弹性力
3． 静电场力和洛仑兹力

力，可以叫做相互作用，总是成对出现 的，即作用力与反作用力，分别同时作 用在两物体间，两物体同时都是施力物 体和受力物体。 但我们习惯上，有意选 定“有动力”一方为施力物体，其力称 为主动力，因此当然是作用力啦。
刚体是静力学中对物体进行分析所简化的力学模型
二、力系
1.力系：
如果在一个物体上作用几个力，则这群力称为力系。力 系包括： (1)平面力系：力系中力的作用线均在同一个平
面内； a 平面汇交力系：同一平面内力的作用线汇交于一点； b 平面平行力系：同一平面内力的作用线相互平行； c 平面一般力系：同一平面内力的作用线既不完全汇 交又不完全平行。
成对出现的这两个力分别作用在两个物体上，因而它们对各 自物体的作用效应不能相互抵消。
§1-2 刚体的受力分析
重点内容：
约束和约束反力 刚体受力分析要领
作用在机器设备零件上的外力，基本上可分为两 类。一类是主动力，能引起零件运动状态改变，或使零 件具有改变运动状态的趋势。另一类叫约束反力，是阻 碍物体改变运动状态的力。
（2）空间力系：力系中力的作用线不在同一个平面内。
二、力系（续）
2.平衡力系：一个物体受某力系作用而处于平衡，则此
力系称为平衡力系。