第01章静力学基础.

柔绳、链条、胶带构成的约束
F1
F2
柔绳约束
胶带构成的约束
柔绳约束
链条构成的约束
柔绳约束
特点：
约束只能承受拉力，不能承受压力或弯曲。由 作用与反作用原理，物体受到的约束的作用也 只能是拉力
反力方向：
沿柔体的中心线，背离被约束物体。
1.3.2光滑接触面约束
典型例子 约束特点 作用点 反力方向 反力画法
反力画法
光滑圆柱铰链约束
A
B
F
A
B
光滑圆柱铰链 约束
铰
铰
光滑圆柱铰链约束 1.固定铰链支座
F
Fy
Fx

固定铰
光滑圆柱铰链约束 2.活动铰链支座
F
F
活动铰 链支座
固定铰链支座
光滑圆柱铰链约束实例
活动铰链支座
此类约束的约束特点及反力方向的规定完全与圆柱铰链相同。 但由于固定铰链支座中铰链连接的某一构件是固定的，故而此类 约束的反力画法采用圆柱铰链的反力画法一，即将铰链与固定构 件视为一体，则构件间互为约束。
通过圆球和球壳将两个构件连 接在一起的约束称为球铰链。 如图（a）
特点：
限制被约束构件任何方向的移动，允许其绕球心的 任意方向的转动。
反力方向：
忽略摩擦，与中间铰链约束的分析类似，其约束反 力应是通过球心但方向不能预先确定的一个空间力， 可用三个正交分力FAX、FAY、FAZ表示。
1.4 物体受力分析及受力图
典型例子
支持物体的固定面（图4a、b，图5）；相互啮合 齿轮的齿面（图6）；机车中的导轨、铁轨等
被 约 束 体 约束
图4
被 约 束 体
图6
约束
图5
F
F
F
光滑接触面约束
F
F
光滑接触面约束实例
约束特点
阻碍物体沿接触面法线，并指向约束的运动。
作用点
接触点
反力方向
过接触点，沿接触面公法线，指向被约束物体。
不是二力构件
公理二 加减平衡力系公理
在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一 平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。 推论：力的可传性 力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不 改变它对刚体的作用效应
力的三要素可以叙述为：大小、方向、作用线
公理三 力的平行四边形法则
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。
约束反力的特点
一般来说，反力的大小未知；反力的方向与该约束所能阻 碍的位移方向相反。
工程中常见的约束类型
柔索约束 光滑接触面约束 光滑圆柱铰链约束 光滑球形铰链约束 其它约束
1.3.1柔索约束
典型例子： 柔软的绳索、链条、胶带、吊车钢索等柔性 体。
常见的几种类型的约束 柔绳、链条、胶带构成的约束
1.3 约束和约束反力
在空间可以自由运动，其位移不受任何限 制的物体称为自由体。
工程中的大多数物体，其某些方向的 位移往往受到限制，这样的物体称为非 自由体。
图3 曲柄冲床机
约束
对非自由体某些方向的位移起限制作用的周围物体称为约 束。
பைடு நூலகம்束反力
约束对被约束物体的作用力称为约束反作用力，简称约束 反力或约束力。
• 空间力系：力的作用线分布于三维空间
空间任意力系
空间平行力系
空间汇交力系
1.1.2 刚体的概念
1.1.3 平衡的概念
1.2 静力学公理
公理一 二力平衡公理
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。
只有两个力作用下处于平 衡的物体称为二力体，如 为杆件则为二力杆。
3.中间铰链
实物图例：见图（a） 力学简图：见图（b）
特点： 阻碍被约束物体沿圆柱铰链径向移动，允许沿 轴向移动及任意转动。 反力方向： 过铰链中心，在垂直销钉轴线的平面内，方向 不定，类似向心轴承。可用二正交分力FAx、 FAy表示。
n
C
FC
FA A B FB W
O
W
t
FN
1.3.4 球铰链
第一部分
静力学
工程力学
第一章 静力学基础
沈阳工程学院 李锦学
静力学研究物体作机械运动的特殊 情况——物体处于静止状态时力的平衡 规律。包括：受力分析、力系的简化、 平衡的条件等等。 物体的静平衡是指物体相对于地面 保持静止或作匀速直线运动的状态。
静力学主要内容
• 静力学基础 • 力系等效定理 • 汇交力系和力偶系 • 平面一般力系 • 摩擦 • 空间一般力系 重心
有向线段表示力矢
力系
作用在物体上的一组力称为力系。按各力作用线在空间 分布的不同形式，力系可分为：
（1）汇交力系：各力作用线相交于一点
（2）平行力系：各力作用线相互平行；
（3）一般力系：各力作用线既不相交于一点，又 不相互平行。
平面力系
空间力系
汇交力系
平行力系
一般力系
• 平面力系：各力作用线均在同一平面内 根据各力作用线的关系，可分为平面任意力 系、平面平行力系和平面汇交力系
解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的 物体，即确定研究对象；然后考查和分析它的受力情 况，这个过程称为进行受力分析。 分离体——把研究对象解除约束，从周围物体中 分离出来，画出简图。 受力图——将分离体所受的主动力和约束反力 以力图示法表示在分离体上所得到的图形。
例1-2 下图所示的结构由杆AC、CD与滑轮B铰接组成。物体重 W，用绳子挂在滑轮上。如杆、滑轮及绳子的自重不计，并忽略 各处的摩擦，试分别画出滑轮B（包括绳索）、杆AC、CD及整个 系统的受力图。
F2
R F1 F2
F1
R F1 F2
F1
F2
推论：三力平衡汇交定理
刚体受到不平行的三个 力作用（其中两个力的作用 线相交于一点）而平衡时， 这三个力的作用线一定交于 同一点且位于同一平面内。
F1
F2
F3
公理四 作用与反作用定理
两个物体间相互作用的力，总是大小相等、方 向相反，同时分别作用在两个物体上。
第1章
静力学基础
1.1 静力学的基本概念
1.1.1 力和力系的概念 力是物体间的相互作用，这种作用使物体 的运动状态或形状发生改变。
物体受到力的作用后，产生的效应表现在以下两个方面：
（1）外效应（运动效应）：使物体的运动状态发生变化
（2）内效应（变形效应）：使物体的形状发生变化
力的三要素
力对物体的作用效应决定于力的大小、方向与作用点 ——力是定位矢量，其遵从矢量运算法则