机械工程力学基础PPT课件

.
3
公理二（加减平衡力系公理）
在已知力系上加上或减去任意平衡力系，都不会改变原力系对
刚的效应。
推论一（力的可传性原理）
作用在刚体上某点的力，沿其作用线移到刚体内任意一点，不
会改变它对刚体的作用。
公理三（力的平行四边形公理）
D
C
作用于物体上某一点的两个力的合力， 作用点也在该点，大小和方向是由这两个力
物体沿光滑接触面切线方向的运动。因此，光滑面约束对物体的 约
束反力，是通过接触点沿着公法线指向被约束物体。其约束反力
常
用F N来表示。F T 灯
G
FN
G
柔体 约束
.
7
光滑面约束
3、光滑铰链约束
光滑铰链约束是指当两个非自由体相互连接后，接触处的摩擦
忽略不计时，只能限制两个非自由ห้องสมุดไป่ตู้的相对移动，而不能限制它们
用的外效应，这两个力系互为等效力系。
若一个力和一个力系等效，则称这个力是该力系的合力。而力
系中的各个力都是其合力的分力。把各分力代换成合力的过程，称
为力系的合成。把合力换成几个分力的过程，称为力的分解。
.
2
3、平衡的概念 平衡是指物体相对地面保持静止或作匀速直线运动状态。 物体在力系作用下处于平衡状态时，称该力系为平衡力系。作 用于物体上的力系，若使物体处于平衡状态，必须满足一定的条 件，这些条件称为力系的平衡条件。 4、刚体和变形固体的概念 （1）刚 体：是指在力的作用下，大小和形状都不发生改变
相对转动的约束。由于两个光滑圆柱面接触时，因主动力的方向不
能预先确定，故约束反力方向也不能预先确定。因此，圆柱形销钉
连接的约束反力通过铰链中心，方向不定，常以两正交分力Nx、 Ny
来表示。
光滑圆柱形销钉连接常用于零部件的支座，有下面两种形式：
（1）固定铰链支座
用销钉将物体和固定机架或支承面等连接起来，称为固定铰链支
第一节 静力学的基本概念及公理
一、静力学基本概念
1、力的概念 力是物体间的机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生 变化。物体运动状态的改变是力的外效应，物体形状的改变是力的 内效应。
（1）力的三要素 力的大小、力的方向和力的作用点。
（2）力的单位 采用国际单位制，牛顿（N）或千牛顿（kN）。
（3）标量和矢量 标量：只考虑大小的物理量。如：时间、长度。 矢量：既考虑大小又考虑方向的物理量。如：力、速度。
公理四（作用与反作用公理） 两物体相互作用的力，总是同时存在，这两个力的大小相等， 方向相反，沿同一直线，分别作用在这两个物体上。
注意： 1、公理一、公理二和推论一只适用刚体而不适用于变形体。 2、公理四是作用于两个物体上，公理一则是作用在同一物体 上的，不要把公理四与公理一混同起来。
.
5
第二节 约束与约束反力
（约束是物体，而不是力） 主 动 力：使物体产生运动或运动趋势的力。主动力一般是给定
或已知的。例如物体的重力。非自由体在主动力作用 下，将产生运动趋势。 约束反力：由约束引起的对物体的作用力称为约束反力。约束
反力为未知量。因为约束反力是限制物体运动力所 以它的作用点应在约束与被约束物体相互连接或触 处，它的方向应与约束所能限制的运动方向相反这 是确定约束反力的方向和作用点位置的基本依据。
机械和工程结构中，每个零部件都是相互联系并相互制约的， 它们之间存在着相互作用力。因此，在解决工程中一般的力学问 题，都必须对零部件的受力情况进行分析。
自 由 体：不受任何限制，可向一切方向自由运动的物体。 非自由体：受其它物体的限制，沿着某些方向不能运动的物体。 约 束：限制非自由体运动的物体，称为该非自由体的约束。
.
6
工程中常见的约束为以下几种：
1、柔体约束
是由绳索、链条或带等非刚性体形成的约束。它们只能受拉不
能受压。柔体约束对物体产生的约束反力的方向，沿着约束的中 心
线背离被约束物体。这种约束的约束反力常用FT来表示。
2、光滑面约束
这种约束是由与非自由体成点、线、面接触的物体所形成的约
束。由于它只能限制物体沿接触处公法线方向的运动，而不能阻止
的物体。 （2）变形固体：是指在力的作用下，形状或大小发生变化的固
体。 在静力学中，通常把物体看成是刚体。 二、静力学公理 所谓公理，就是符合客观现实的真理。静力学的全部理论，都 是以静力学公理为依据导出的。 公理一（二力平衡公理） 作用在同一刚体上的两个力，若使刚体处于平衡状态，则这两 个力必须大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。
受力图：在分离体上画出全部的主动力和约束反力。这种表明 物体受力情况的图形称为该物体的受力图。受力图上的力用力矢表 示。
画物体受力图的步骤： 1、画出所研究对象的分离体； 2、在分离体上画出全部的主动力； 3、在分离体上画出全部的约束反力。
.
9
第四节 力矩 力偶矩
一、力对点的矩
1、定义
力使物体转动效应的程度，由力的大小F与矩心到力的作用线 垂直距离d的乘积F·d来表示。称为力F对O点的之矩，简称力矩。
.
1
（4）矢量的表示方法
矢量用按一定的比例尺绘制的有向
线段来表示，线段的长度表示矢量的大
小，箭头表示矢量的方向，中的AB 线段
F
B
表示的矢量。为了简化，矢量可以只用 A
一 书个写黑时体要字在母字表母示上，方如加A箭B头矢，量如可用F 。F表示,
2、力系的概念
力系是同时作用在物体上的一群力。
如果一个力系对物体的作用能用另一个力系来代替而不改变作
座；
（2）活动铰链支座
如果在固定铰链支座的座体与支承面间加装滚轮，就是活动铰链
支座。
A
AA
FNy
FNx
A
A
FNA
FNx
光滑铰链
FNy
固定铰链支座
活动铰链铰座
.
8
第三节 物体的受力分析与受力图
静力学中要研究力系的简化和力系的平衡条件，首先必须先研 究分析物体的受力情况并画出作用在物体上所有的力。
分离体：把所研究的物体解除全部约束，把它从周围的物体中 分离出来，此时的物体称为分离体。
F2
F
为邻边所作的平行四边形的对角线确定。此
A
F1
B
公理也称为平行四边形法则，根据此公理所
作出的平行四边形，称为力平行四边形。这
种求合力的方法，称为矢量加法。
合力矢F等于原来两个力的矢量和，可用公式表示为
F =F1+F2
.
4
推论二（三力平衡汇交定理） 当刚体受同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时，此三力 的作用线必汇交一点。（证明略）