机械设计基础课件_第1章_物体的受力分析与平衡.pptx
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机械设计基础第一章受力图
不同类型的受力图
自由体示意图
用于显示单个物体上的所有外部 力，以及该物体对其他物体施加 的力。
Hale Waihona Puke 剪力图描述梁上各点的纵向内力，帮助 我们分析梁的强度和变形。
弯矩图
显示梁上各点的弯矩分布，用于 研究梁的强度和挠曲性能。
平衡力和合力的概念
1 平衡力
当合力为零时，物体处于平衡状态，受力图中的力构成平衡力。
2 合力
将多个力合并为一个力，有助于简化分析和计算。
3 力的合成
利用力三角法或平行四边形法计算合力的大小和方向。
力的大小和方向的分析方法
三角法
根据受力图中的角度和斜边 长度，计算力的大小和方向。
矩法
通过平衡力矩的原理，计算 力的大小和方向。
向量法
使用向量代数计算力的大小 和方向，包括向量相加和减 法。
练习题
通过练习题，我们可以提高对 受力图的分析和理解能力。
案例研究
通过实际案例，我们可以深入 了解受力图在工程中的重要性。
总结和要点
受力图的作用
受力图帮助我们可视化力的分布和计算力的大小和方向。
不同类型的受力图
我们学习了自由体示意图、剪力图和弯矩图的应用。
力的平衡和合力
静态平衡要求合力和合力矩为零。
静态平衡和识别力的关系
1
静态平衡
一个物体处于静态平衡意味着合力和合
力的识别
2
力矩均为零。
通过受力图，我们可以识别哪些力对物
体的静态平衡起着关键作用。
3
力的平衡
要保持静态平衡，物体上的各个力必须 相互平衡，合力为零。
实例分析和练习
实际应用
利用受力图，我们可以解决实 际工程中的受力问题，如支撑 结构和机械零件。
机械设计基础物体的受力分析与平衡(1)
取分离体:将所研究物体从周围物体中分离出来
明确施力体，找出所有外力的作用点
2 受力分析
选择研究对象→取分离体→画受力图（分析受力）
F23
F13
第十四页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
根据约束性质
3 判别约束力 根据平衡条件 确定某些力的作用线
根据作用力与反作用力定律。
F23
2
3
受力体：构件3
只受两个力的物体
课程组成 第一篇力学部分—工程力学
1-4章 第二篇机构部分—机械原理
5-10章 第三篇传动及零件部分—机械零件
11-19章
第一页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
课程组成
第一篇力学部分—工程力学 1-4章
第二篇机构部分—机械原理 5-10章
第三篇传动及零件部分—机械零件 11-19章
第二页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
平面力系向一点简化
y F1
F4
o
F2 F3
A
x
F5
汇交力系(合力)
平面力系
力偶系(合力偶)
平面任 (合力) 意力系 (合力偶)
第三十四页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
简化
1.4 .1、力的平移定理
作用在刚体上的力向刚体上任一点平移后需附加一力偶， 此力偶的矩等于原力对该点的矩
等效
第三十五页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
利用空间力系的平衡来求解支反力
k jR
第四十六页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
斜齿轮的受力（三个分力）为空间力
R
合成 1 几何法——力多边形法 方法 2 解析法——坐标投影法
R=∑F
Rx= ∑Fx
明确施力体，找出所有外力的作用点
2 受力分析
选择研究对象→取分离体→画受力图（分析受力）
F23
F13
第十四页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
根据约束性质
3 判别约束力 根据平衡条件 确定某些力的作用线
根据作用力与反作用力定律。
F23
2
3
受力体：构件3
只受两个力的物体
课程组成 第一篇力学部分—工程力学
1-4章 第二篇机构部分—机械原理
5-10章 第三篇传动及零件部分—机械零件
11-19章
第一页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
课程组成
第一篇力学部分—工程力学 1-4章
第二篇机构部分—机械原理 5-10章
第三篇传动及零件部分—机械零件 11-19章
第二页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
平面力系向一点简化
y F1
F4
o
F2 F3
A
x
F5
汇交力系(合力)
平面力系
力偶系(合力偶)
平面任 (合力) 意力系 (合力偶)
第三十四页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
简化
1.4 .1、力的平移定理
作用在刚体上的力向刚体上任一点平移后需附加一力偶， 此力偶的矩等于原力对该点的矩
等效
第三十五页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
利用空间力系的平衡来求解支反力
k jR
第四十六页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
斜齿轮的受力（三个分力）为空间力
R
合成 1 几何法——力多边形法 方法 2 解析法——坐标投影法
R=∑F
Rx= ∑Fx
机械设计基础
D B R P1 P1 C P2 R R P1 P2 D D
A
A
A
P2
(a)
(b)
返回目录
作用于Ａ点的力多于两个时，它们的合力可用力多 边形法来确定，即连续运用力三角形法 ，依次求出各力 的合力。 实际操作中，只需将各力首尾相接，连成折线，然 后连接折线的首末两点，便可得合力。
P1 P2
R'
P1
P2
返回目录
例1－1 球的重量为G，用绳子挂在墙上，在A点处为光 滑接触，试画出球的受力图。
C Tb B Na
A
O
O
G
G
返回目录
例1－2 已知杆的重量为G，在B点用绳子悬挂，在A点处 用铰链连接在墙上，一外力P作用于B点，试画出杆的受 力图。
C
T
30° A
D G
B P
R AX A R AY
D G
B P
A
o
Ry
Rx
返回目录
活动铰链支座： 只能限制杆件沿支承面法线方向的运动，因此约束 反力不仅通过销钉的中心，而且垂直于支承面。
RA A B
返回目录
四、物体的受力分析、受力图
画出物体的简图，在图上表示出作用在它上面的主 动力和约束反力，这种表示物体受力情况的图形叫受 力图。 绘制受力图的主要步骤是： (1)明确受力对象； (2)将受力对象取出来； (3)画出全部主动力； (4)根据约束性质，画出全部约束反力。
P3 o P 1x P2 x Rx P3 x
x
返回目录
3.平面汇交力系合成的解析法 在求合力时，可以先求出合力在两坐标轴上的投影， 然后求出合力的大小和方向：
R tg R R
2 x 2 y
A
A
A
P2
(a)
(b)
返回目录
作用于Ａ点的力多于两个时，它们的合力可用力多 边形法来确定，即连续运用力三角形法 ，依次求出各力 的合力。 实际操作中，只需将各力首尾相接，连成折线，然 后连接折线的首末两点，便可得合力。
P1 P2
R'
P1
P2
返回目录
例1－1 球的重量为G，用绳子挂在墙上，在A点处为光 滑接触，试画出球的受力图。
C Tb B Na
A
O
O
G
G
返回目录
例1－2 已知杆的重量为G，在B点用绳子悬挂，在A点处 用铰链连接在墙上，一外力P作用于B点，试画出杆的受 力图。
C
T
30° A
D G
B P
R AX A R AY
D G
B P
A
o
Ry
Rx
返回目录
活动铰链支座： 只能限制杆件沿支承面法线方向的运动，因此约束 反力不仅通过销钉的中心，而且垂直于支承面。
RA A B
返回目录
四、物体的受力分析、受力图
画出物体的简图，在图上表示出作用在它上面的主 动力和约束反力，这种表示物体受力情况的图形叫受 力图。 绘制受力图的主要步骤是： (1)明确受力对象； (2)将受力对象取出来； (3)画出全部主动力； (4)根据约束性质，画出全部约束反力。
P3 o P 1x P2 x Rx P3 x
x
返回目录
3.平面汇交力系合成的解析法 在求合力时，可以先求出合力在两坐标轴上的投影， 然后求出合力的大小和方向：
R tg R R
2 x 2 y
2024版机械设计基础PPT全套完整教学课件pptx[1]
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2024/1/28
5
机械设计的发展历程与趋势
2024/1/28
古代机械设计
简单机械装置，如杠杆、滑轮、轮 轴等。
近代机械设计
工业革命带来的机械化生产，促进 了机械设计的发展。
6
机械设计的发展历程与趋势
• 现代机械设计：计算机辅助设计（CAD）、优化设计、有 限元分析等技术的应用，使机械设计更加精确和高效。
等。
设计成果
完成齿轮减速器的三维模型设 计、二维工程图绘制及装配图
等。
23
案例二：轴承座的设计
设计背景
轴承座是支撑轴承并传递载荷的重要部件， 广泛应用于各种机械设备中。
设计步骤
确定轴承类型、选择轴承座结构形式、计算 轴承座尺寸、校核轴承座强度等。
2024/1/28
设计目标
实现支撑轴承、传递载荷、保证轴的旋转精 度等功能。
估机械设计方案。
人工智能与机器学习
03
应用于机械设计领域，可实现自动化设计、优化设计和智能决
策等。
28
机械设计的发展趋势与挑战
要点一
智能化
要点二
绿色化
引入人工智能、大数据等技术，提高机械设计的智能化水平。
注重环保、节能、低碳等理念，推动机械设计向绿色化方向 发展。
2024/1/28
29
机械设计的发展趋势与挑战
重要性
03
04
05
机械设计是制造业的基 优秀的机械设计能够带 机械设计涉及到多个领
础，对于提高产品质量、 来更高的效率、更好的 域的知识，如力学、材
降低成本、增强竞争力 性能和更长的使用寿命。 料科学、热力学等，对
具有重要意义。
于培养综合型人才具有
机械基础教材第一章力系与平衡知识ppt课件
5
§1.1 力的概念与基本性质
5.力矢量:力是具有大小和方向的量，所以力是矢量，且作用于物体上的 力是定位矢量。
6.力的图示: 力的三要素可以用有向线段表示。线 段的长度按一定比例表示力的大小，线段的方位和 箭头的指向表示力的方向，线段的起点或终点表示 力的作用点。过力的作用点，沿力矢量的方位画出 的直线，称为力的作用线。
受力分析的步骤： 确定研究对象：需要研究的物体(物体系统)。 取分离体：设想把研究对象从周围的约束中分离出来，单独画其简图，称为 取分离体。 受力分析：分析分离体受几个外力作用，每个力的作用位置和方向。 画受力图：在分离体上将物体所受的全部外力（包括主动力和约束力）画在 相应力的作用点上。
50
§1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 画受力图时必须清楚：
48
§1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 二、受力图 受力图：将研究对象从周围物体中分离出来，将周围物体对它的作用以相应
的主动力和约束力代替，这种表示物体受力情况的简明图形称 为受力图。
49
§1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 受力分析的方法: 解除约束定理：受约束的物体受到某些主动力的作用时，若将其全部 （或部分） 约束除去，代之以相应的约束力，则物体的运动状态不受影 响。 解除约束后的物体称为分离体或隔离体（自由体）。
“＋” —— 使物体逆时针旋转的力矩为正值； “－” —— 使物体顺时针旋转的力矩为负值。
【注意】由力矩的定义可知：
（1）当力的大小等于零或力的作用线通过矩心（力臂d=0）时，力对
点之矩等于零； （2）当力沿其作用线移动时，力对点之矩不变。
14
二、力偶 力偶实例
§1.2 力矩、力偶与力的平移
F1 F2
§1.1 力的概念与基本性质
5.力矢量:力是具有大小和方向的量，所以力是矢量，且作用于物体上的 力是定位矢量。
6.力的图示: 力的三要素可以用有向线段表示。线 段的长度按一定比例表示力的大小，线段的方位和 箭头的指向表示力的方向，线段的起点或终点表示 力的作用点。过力的作用点，沿力矢量的方位画出 的直线，称为力的作用线。
受力分析的步骤： 确定研究对象：需要研究的物体(物体系统)。 取分离体：设想把研究对象从周围的约束中分离出来，单独画其简图，称为 取分离体。 受力分析：分析分离体受几个外力作用，每个力的作用位置和方向。 画受力图：在分离体上将物体所受的全部外力（包括主动力和约束力）画在 相应力的作用点上。
50
§1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 画受力图时必须清楚：
48
§1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 二、受力图 受力图：将研究对象从周围物体中分离出来，将周围物体对它的作用以相应
的主动力和约束力代替，这种表示物体受力情况的简明图形称 为受力图。
49
§1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 受力分析的方法: 解除约束定理：受约束的物体受到某些主动力的作用时，若将其全部 （或部分） 约束除去，代之以相应的约束力，则物体的运动状态不受影 响。 解除约束后的物体称为分离体或隔离体（自由体）。
“＋” —— 使物体逆时针旋转的力矩为正值； “－” —— 使物体顺时针旋转的力矩为负值。
【注意】由力矩的定义可知：
（1）当力的大小等于零或力的作用线通过矩心（力臂d=0）时，力对
点之矩等于零； （2）当力沿其作用线移动时，力对点之矩不变。
14
二、力偶 力偶实例
§1.2 力矩、力偶与力的平移
F1 F2
《机械设计基础》课件第1章静力学基础与理论
《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
（2）力与轴不共面：
过力 F 的起点 和终点分别作 平面垂直于x轴，
则 X=±ABˊ
= ± ab
（3）正负号规定：
若a为F 与x轴正向的夹角，则X=Fcos a 若a为锐角，则X=±Fcos a ，用观察法确定正负，即：
如果从力的起点的投影到终点的投影与投影轴的正向一致 者为正，反之为负。
平行四边形的对角线来表示。即 RF1F2
力三角形→
《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
公理2 二力平衡条件
作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等、方向相反、作用线共线，作用于同一 个物体上。
(简称等值、反向、共线）
注意：
F1F2 F1F2
《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
（1）平面问题中的力偶矩是代数量，大小等于力偶中的力的 大小与力偶臂的乘积：
'
mm(F,F)Fd 规定：逆时针转向为正，反之为负 。
单位：N.m，kN.m 《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
（2）空间问题中的力偶矩是矢量，其对物体的作用决定于力 偶三要素：
●力偶矩的大小 ：m Fd
●力偶作用面在空间的方位
《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
1.1 静力学基本知识
1.1.1力、刚体、平衡
（1）力的概念
1）定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的 运动状态发生改变或使物体产生变形。
2） 力的效应： ①运动效应(外效应) ②变形效应(内效应)。
（如无特别声明，本课程只研究力的外效应） 3）力的三要素：大小，方向 ，作用点。
MO FR
（2）力与轴不共面：
过力 F 的起点 和终点分别作 平面垂直于x轴，
则 X=±ABˊ
= ± ab
（3）正负号规定：
若a为F 与x轴正向的夹角，则X=Fcos a 若a为锐角，则X=±Fcos a ，用观察法确定正负，即：
如果从力的起点的投影到终点的投影与投影轴的正向一致 者为正，反之为负。
平行四边形的对角线来表示。即 RF1F2
力三角形→
《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
公理2 二力平衡条件
作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等、方向相反、作用线共线，作用于同一 个物体上。
(简称等值、反向、共线）
注意：
F1F2 F1F2
《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
（1）平面问题中的力偶矩是代数量，大小等于力偶中的力的 大小与力偶臂的乘积：
'
mm(F,F)Fd 规定：逆时针转向为正，反之为负 。
单位：N.m，kN.m 《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
（2）空间问题中的力偶矩是矢量，其对物体的作用决定于力 偶三要素：
●力偶矩的大小 ：m Fd
●力偶作用面在空间的方位
《机械设计基础》课件第1章静力学基础 和理论
1.1 静力学基本知识
1.1.1力、刚体、平衡
（1）力的概念
1）定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的 运动状态发生改变或使物体产生变形。
2） 力的效应： ①运动效应(外效应) ②变形效应(内效应)。
（如无特别声明，本课程只研究力的外效应） 3）力的三要素：大小，方向 ，作用点。
MO FR
机械设计基础-第一章受力分析
平衡条件是受力分析的基础，包括力的平衡、力矩的平衡以及合力与合力矩为零的条件。在本节中，我 们将学习如何应用这些条件进行受力分析。
力的合成与分解
力的合成和分解是将一个力分解为多个互相垂直的力的过程，或者将多个力 合成为一个力的过程。这个概念在受力分析中非常重要，让我们能够更好地 理解力的作用。
刚体的平衡
当一个物体内部的所有粒子受到的合力和合力矩都为零时，物体处于平衡状 态。我们将学习如何应用平衡条件，分析刚体受力的平衡情况。
力矩的概念与计算
力矩是衡量力在刚体上产生转动效应的物理量。了解力矩的概念和计算方法， 可帮助我们更好地理解刚体受力状况，并应用于实际的设计问题中。
应用实例与练习题解析
通过一些实际的应用实例和练习题，我们将学习如何应用受力分析的知识来 解决实际问题。这将帮助我们将理论知识与实践相结合，增强我们的设计能 力。
机械设计基础-第一章受 力分析
受力分析是机械设计中的关键步骤，帮助我们理解物体受到的力和力的作用 方式。本章将介绍受力分析的基本概念和方法。
静力学与动力学
静力学关注物体处于静止状态时的受力分析，动力学则研究物体在运动中受到的力的影响。了解这两个 概念有助于我们全面理解受力分析的原理和应用。
Байду номын сангаас
平衡条件与受力分析方法
力的合成与分解
力的合成和分解是将一个力分解为多个互相垂直的力的过程，或者将多个力 合成为一个力的过程。这个概念在受力分析中非常重要，让我们能够更好地 理解力的作用。
刚体的平衡
当一个物体内部的所有粒子受到的合力和合力矩都为零时，物体处于平衡状 态。我们将学习如何应用平衡条件，分析刚体受力的平衡情况。
力矩的概念与计算
力矩是衡量力在刚体上产生转动效应的物理量。了解力矩的概念和计算方法， 可帮助我们更好地理解刚体受力状况，并应用于实际的设计问题中。
应用实例与练习题解析
通过一些实际的应用实例和练习题，我们将学习如何应用受力分析的知识来 解决实际问题。这将帮助我们将理论知识与实践相结合，增强我们的设计能 力。
机械设计基础-第一章受 力分析
受力分析是机械设计中的关键步骤，帮助我们理解物体受到的力和力的作用 方式。本章将介绍受力分析的基本概念和方法。
静力学与动力学
静力学关注物体处于静止状态时的受力分析，动力学则研究物体在运动中受到的力的影响。了解这两个 概念有助于我们全面理解受力分析的原理和应用。
Байду номын сангаас
平衡条件与受力分析方法
机械设计基础 物体的受力分析与平衡讲解
T2
T1
A
W
1 3
2
T1 A
T2 W
1.3 力对点之矩、力偶
1.3.1 力对点之矩
1、力矩 力矩（力×力臂）：力使物体绕O点转动的效应 m0 (F) F d
力矩（力×力臂）
m0 (F) F d
⑴力矩的大小力F和O点的位置有关 d=0→M=0 F=0→M=0 ⑵力沿作用线移动力矩不变
汇交力系可以合成一个力， 力偶系可以合成一个合力偶
平面力系向一点简化
y F1
F4
o
F2 F3
A
x
F5
汇交力系(合力)
平面力系
力偶系(合力偶)
平面任 (合力) 意力系 (合力偶)
简化
1.4 .1、力的平移定理
作用在刚体上的力向刚体上任一点平移后需附加一力偶， 此力偶的矩等于原力对该点的矩
等效
力的平移（螺栓组联接受力分析） F M
竖直平面V：作用力Fr、 Fa
k
支反力 RA′ 、 RB′ 水平面H： 作用力Ft
j A
Fr
支反力 RA″ 、 RB″
若齿轮对称布置（中点），半径为r， 求支反力RA 、 RB 解：先分别求得分力，再合成
⑴∑Fy=0 RA′ + RB′ =Fr
∑MA=0 2aRB′ =aFr+rFa
∑Fx =0 RB =Fa
G+Pδ
M=6H
Pcosα
T2
Psinα
T= 100T2
各杆为二力杆
T2 sin45°=Q T2 =Rcos30° Q：R=sin45°cos30°1
=0.61 4
1.4 . 2 平面力系向一点简化 平移 + 合成
机械设计基础课件 第1章 物体的受力分析与平衡
21
1.1.3 物体的受力分析与受力图
（3）取整体为研究对象 由于铰链C处所受的力FC、 FC 为作用与反作用关系，这些力成对地出 现在整个系统内，称为系统内力。内力 对系统的作用相互抵消，因此可以除去 ，并不影响整个系统平衡，故内力在整 个系统的受力图上不必画出，也不能画 出。在受力图上只需画出系统以外的物 体对系统的作用力，这种力称为外力。
作用于圆柱销上有重力G，杆AB和AC的反力FAB和FAB; 因杆AB和AC均为二力杆，指向 暂假设如图示。圆柱销受力如图所示，显然这是一个平面汇交的平衡力系。
（2）列平衡方程
Fx 0 : FAB FAC cos60 0 F 0 : F sin 60 G 0 y AC
y
G E
FRx Fx1 Fx 2 Fx 3 Fx
FRy Fy1 Fy 2 Fy 3 Fy
Fry
Fy2 D Fy3 Fy1 F3 A F2
C
FR
α FR1
F1 B
合力投影定理:
合力在某轴上的投影，等于各 分力在同一轴上投影的代数和。
FR = F + F = tan Fy Fx
1.力在坐标轴上的投影 2.力的合成、合力投影定理
FR1 F1 F2 FR FR1 F3 F1 F2 F3 FRx ab gb ab ( ge be )
ab be ge
ab ac ad
o x
d Fx3 a c Fx2 Fx1 g b e
2.力系 是指作用在物体上的一组力的集合
5
1.1 基本概念和物体的受力分析
3.静力学公理
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，可以合成为一个合力，合力的 大小和方向由这两力为边构成的平行四边形的对角线来表示。
1.1.3 物体的受力分析与受力图
（3）取整体为研究对象 由于铰链C处所受的力FC、 FC 为作用与反作用关系，这些力成对地出 现在整个系统内，称为系统内力。内力 对系统的作用相互抵消，因此可以除去 ，并不影响整个系统平衡，故内力在整 个系统的受力图上不必画出，也不能画 出。在受力图上只需画出系统以外的物 体对系统的作用力，这种力称为外力。
作用于圆柱销上有重力G，杆AB和AC的反力FAB和FAB; 因杆AB和AC均为二力杆，指向 暂假设如图示。圆柱销受力如图所示，显然这是一个平面汇交的平衡力系。
（2）列平衡方程
Fx 0 : FAB FAC cos60 0 F 0 : F sin 60 G 0 y AC
y
G E
FRx Fx1 Fx 2 Fx 3 Fx
FRy Fy1 Fy 2 Fy 3 Fy
Fry
Fy2 D Fy3 Fy1 F3 A F2
C
FR
α FR1
F1 B
合力投影定理:
合力在某轴上的投影，等于各 分力在同一轴上投影的代数和。
FR = F + F = tan Fy Fx
1.力在坐标轴上的投影 2.力的合成、合力投影定理
FR1 F1 F2 FR FR1 F3 F1 F2 F3 FRx ab gb ab ( ge be )
ab be ge
ab ac ad
o x
d Fx3 a c Fx2 Fx1 g b e
2.力系 是指作用在物体上的一组力的集合
5
1.1 基本概念和物体的受力分析
3.静力学公理
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，可以合成为一个合力，合力的 大小和方向由这两力为边构成的平行四边形的对角线来表示。
《机械设计基础》课件第1章
由于标准化、系列化、通用化具有明显的优越性，因 此在机械设计中应大力推广“三化”，贯彻采用各种标准。
思考题和习题
1-1 零件机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段
1-2 1-3 1-4 标准化的重要意义是什么？
1.4 机械零件设计的标准化、 系列化及通用化
按规定标准生产的零件称为标准件。标准化给机械制 造带来以下好处:
(1)由专门化 工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低 成本; (2)选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周 期;
(4) 设计中选用标准件时，由于受到标准的限制而使选用 不够灵活，若选用系列化产品，则从一定程度上解决了这 一问题。 通用化是指在不同规格的同类产品或不同类产品中采 用同一结构和尺寸的零、部件，以减少零、部件的种类，
设计机械零件必须坚持经济观点，力求综合经济效益 高。为此要注意以下几点:
(1) 合理选择材料，降低材料费用; (2) 保证良好的工艺性，减少制造费用; (3) 尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程，从
2. 机械设计的基本要求 机械产品设计应满足以下几个方面的要求: (1) 实现预定功能。 (2) 满足可靠性要求。 (3) 满足经济性要求。 (4) 操作方便、工作安全。 (5) 造型美观、减少污染。
(4)制造及试验。 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运 行或在生产现场试用，将试验过程中发现的问题反馈给设
与设计机器一样，设计机械零件也常需拟定出几种不 同方案，经过认真比较，选用其中最好的一种。设计机械 零件的一般步骤如下:
(1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零
(2)根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，
1.3.2 设计计算准则
同一零件对于不同失效形式的承载能力各不相同。根 据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为设
思考题和习题
1-1 零件机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段
1-2 1-3 1-4 标准化的重要意义是什么？
1.4 机械零件设计的标准化、 系列化及通用化
按规定标准生产的零件称为标准件。标准化给机械制 造带来以下好处:
(1)由专门化 工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低 成本; (2)选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周 期;
(4) 设计中选用标准件时，由于受到标准的限制而使选用 不够灵活，若选用系列化产品，则从一定程度上解决了这 一问题。 通用化是指在不同规格的同类产品或不同类产品中采 用同一结构和尺寸的零、部件，以减少零、部件的种类，
设计机械零件必须坚持经济观点，力求综合经济效益 高。为此要注意以下几点:
(1) 合理选择材料，降低材料费用; (2) 保证良好的工艺性，减少制造费用; (3) 尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程，从
2. 机械设计的基本要求 机械产品设计应满足以下几个方面的要求: (1) 实现预定功能。 (2) 满足可靠性要求。 (3) 满足经济性要求。 (4) 操作方便、工作安全。 (5) 造型美观、减少污染。
(4)制造及试验。 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运 行或在生产现场试用，将试验过程中发现的问题反馈给设
与设计机器一样，设计机械零件也常需拟定出几种不 同方案，经过认真比较，选用其中最好的一种。设计机械 零件的一般步骤如下:
(1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零
(2)根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，
1.3.2 设计计算准则
同一零件对于不同失效形式的承载能力各不相同。根 据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为设
机械设计基础第1章概述PPT课件
3
古代中国
公元一世纪 东汉 “水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用 了齿轮和连杆机构
4
晋代 “连 磨”
用一头牛驱动八台磨盘， 其中应用了齿轮系。
5
新中国的建立，特别是改革开放以来，为我国的 科学技术发展开辟了广阔的道路。机械行业得到了 迅猛的发展。
在机械制造方面，各种先进技术如数控技术、 电火花技术、线切割技术、激光技术得到了大量的 应用。
机械设计基础
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
中国是世界上机械发展最早的国家 之一
在中国古代时期的有些机械已具备了机器 的基本组成要素，即原动机、传动机构和工 作机构三个组成部分。
从三国时期到元代中期，我国的机械加工、 农业机械、纺织机械、造船和仪器制造等多 方面都组在了世界的前列不少机械传到了国 外，对世界科学技术的发展产生了一定的影 响。我国古代在机械方面的卓越成就由此可 见一斑。
36
2.可靠性要求
使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时 间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不 丧失稳定性。
能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保证机 器对环境的适应性。
机器的可靠性的高低用可靠度R来衡量。 可靠度：在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件 下机器能够正常工作的概率。
执行部分
机 液 电气
械 传 动
压 传 动
传压 动传
动
螺齿蜗
离
旋 轮 杆 带链合
器
控制部分
古代中国
公元一世纪 东汉 “水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用 了齿轮和连杆机构
4
晋代 “连 磨”
用一头牛驱动八台磨盘， 其中应用了齿轮系。
5
新中国的建立，特别是改革开放以来，为我国的 科学技术发展开辟了广阔的道路。机械行业得到了 迅猛的发展。
在机械制造方面，各种先进技术如数控技术、 电火花技术、线切割技术、激光技术得到了大量的 应用。
机械设计基础
1
整体概述
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中国是世界上机械发展最早的国家 之一
在中国古代时期的有些机械已具备了机器 的基本组成要素，即原动机、传动机构和工 作机构三个组成部分。
从三国时期到元代中期，我国的机械加工、 农业机械、纺织机械、造船和仪器制造等多 方面都组在了世界的前列不少机械传到了国 外，对世界科学技术的发展产生了一定的影 响。我国古代在机械方面的卓越成就由此可 见一斑。
36
2.可靠性要求
使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时 间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不 丧失稳定性。
能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保证机 器对环境的适应性。
机器的可靠性的高低用可靠度R来衡量。 可靠度：在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件 下机器能够正常工作的概率。
执行部分
机 液 电气
械 传 动
压 传 动
传压 动传
动
螺齿蜗
离
旋 轮 杆 带链合
器
控制部分
机械设计基础课件PPT.pptx
辅助运动：配气 ——启闭进排气阀
第一章 绪论
12
总结：
机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机 械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如
车床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机——转换能量 机械手——传递物料 照相机——传递信息
机构：仅能传递或转换运动。如
齿轮机构——传递运动 凸轮机构——转换运动
具有以上三个特征——机器
第一章 绪论
14
2、机构的特征
只具有机器的前两个特征——机构
如 凸轮机构（配气机构）：把回转运动→直线运动 曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转 运动
3、机器和机构的关系
机器是由一种或多种机构组成的。
第一章 绪论
15
三、构件和零件
1. 机器由机构组成:
2. 机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构件
极限应力σlim,τlim应根据零件材料性质及所受应力类 型作如下选择：
１)静应力下工作的塑性材料零件，失效为塑性变形，应 按不发生塑性变形的强度条件计算，常以材料的屈服点σ ｓ，τｓ作为极限应力σlim,τlim。
２)静应力下脆性材料，失效为断裂，应按不发生断裂 的强度条件计算，常以材料的强度极限σｂ，τｂ作为极限 应力σlim,τlim。
5
照相机
第一章 绪论
6
凸轮机构
第一章 绪论
7
齿轮机构
第一章 绪论
8
棘轮机构
第一章 绪论
一、机械、机器和机构
进气阀3
机器实例：内燃机
1、功能：内燃机是 将燃气燃烧时的热能转 化为机械能的机器。
活塞2
顶杆8 连杆5
曲轴6
2、组成包含三种机 曲柄滑构块：机构，将活塞往复 移动转化为曲柄的连续转动； 齿轮9 齿轮机构，改变转速大小和 转向；凸轮机构，将凸轮的 连续转动转变为推杆往复移动。
第一章 绪论
12
总结：
机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机 械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如
车床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机——转换能量 机械手——传递物料 照相机——传递信息
机构：仅能传递或转换运动。如
齿轮机构——传递运动 凸轮机构——转换运动
具有以上三个特征——机器
第一章 绪论
14
2、机构的特征
只具有机器的前两个特征——机构
如 凸轮机构（配气机构）：把回转运动→直线运动 曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转 运动
3、机器和机构的关系
机器是由一种或多种机构组成的。
第一章 绪论
15
三、构件和零件
1. 机器由机构组成:
2. 机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构件
极限应力σlim,τlim应根据零件材料性质及所受应力类 型作如下选择：
１)静应力下工作的塑性材料零件，失效为塑性变形，应 按不发生塑性变形的强度条件计算，常以材料的屈服点σ ｓ，τｓ作为极限应力σlim,τlim。
２)静应力下脆性材料，失效为断裂，应按不发生断裂 的强度条件计算，常以材料的强度极限σｂ，τｂ作为极限 应力σlim,τlim。
5
照相机
第一章 绪论
6
凸轮机构
第一章 绪论
7
齿轮机构
第一章 绪论
8
棘轮机构
第一章 绪论
一、机械、机器和机构
进气阀3
机器实例：内燃机
1、功能：内燃机是 将燃气燃烧时的热能转 化为机械能的机器。
活塞2
顶杆8 连杆5
曲轴6
2、组成包含三种机 曲柄滑构块：机构，将活塞往复 移动转化为曲柄的连续转动； 齿轮9 齿轮机构，改变转速大小和 转向；凸轮机构，将凸轮的 连续转动转变为推杆往复移动。
机械设计基础ppt第一章
行力的合成与分解。
力矩与力矩平衡
力矩是力与力臂的乘积，它对物 体产生旋转运动或平衡状态的作 用。在静力学中，我们通过分析 力矩的平衡来研究物体的平衡状
态。
动力学基础
01
动力学基本概念
动力学是研究物体运动状态变化规律的学科。在动力学中，我们主要关
注物体的加速度、速度和位移等运动参数pt第一章
• 机械设计概述 • 机械零件的类型与功能 • 机械设计材料选择 • 机械设计中的力学基础 • 机械设计制图与标准
01
机械设计概述
机械设计的定义与特点
总结词
机械设计是一种将理论和实践相结合的过程，旨在创造满足特定需求的机械设备 。
详细描述
机械设计涉及对机械系统的整体设计和详细设计，包括对机械的工作原理、结构 、材料、制造工艺等方面的研究和规划。机械设计的特点在于其将理论和实践相 结合，需要综合考虑多种因素，如功能、性能、成本、可靠性等。
VS
详细描述
轴承类零件是支撑和引导轴类零件的重要 元件，主要作用是减小摩擦和磨损，提高 机械效率和使用寿命。轴承通常由内圈、 外圈和滚动体组成，根据不同的工作需求 和应用场景，轴承有多种类型，如深沟球 轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承等。
弹簧类零件
总结词
吸收和释放能量的弹性元件
详细描述
弹簧类零件是吸收和释放能量的弹性元件， 广泛应用于各种机械中，起到减震、缓冲和 平衡的作用。根据不同的工作需求和应用场 景，弹簧有多种类型，如螺旋弹簧、板弹簧 和橡胶弹簧等。弹簧通常由高弹性材料制成， 如钢丝、不锈钢和天然橡胶等。
橡胶
具有弹性好、耐磨损和隔 震等特性，用于制造密封 件、减震器和轮胎等。
陶瓷
硬度高、耐高温和化学稳 定性好，用于制造刀具、 发动机零件和耐腐蚀设备 等。
力矩与力矩平衡
力矩是力与力臂的乘积，它对物 体产生旋转运动或平衡状态的作 用。在静力学中，我们通过分析 力矩的平衡来研究物体的平衡状
态。
动力学基础
01
动力学基本概念
动力学是研究物体运动状态变化规律的学科。在动力学中，我们主要关
注物体的加速度、速度和位移等运动参数pt第一章
• 机械设计概述 • 机械零件的类型与功能 • 机械设计材料选择 • 机械设计中的力学基础 • 机械设计制图与标准
01
机械设计概述
机械设计的定义与特点
总结词
机械设计是一种将理论和实践相结合的过程，旨在创造满足特定需求的机械设备 。
详细描述
机械设计涉及对机械系统的整体设计和详细设计，包括对机械的工作原理、结构 、材料、制造工艺等方面的研究和规划。机械设计的特点在于其将理论和实践相 结合，需要综合考虑多种因素，如功能、性能、成本、可靠性等。
VS
详细描述
轴承类零件是支撑和引导轴类零件的重要 元件，主要作用是减小摩擦和磨损，提高 机械效率和使用寿命。轴承通常由内圈、 外圈和滚动体组成，根据不同的工作需求 和应用场景，轴承有多种类型，如深沟球 轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承等。
弹簧类零件
总结词
吸收和释放能量的弹性元件
详细描述
弹簧类零件是吸收和释放能量的弹性元件， 广泛应用于各种机械中，起到减震、缓冲和 平衡的作用。根据不同的工作需求和应用场 景，弹簧有多种类型，如螺旋弹簧、板弹簧 和橡胶弹簧等。弹簧通常由高弹性材料制成， 如钢丝、不锈钢和天然橡胶等。
橡胶
具有弹性好、耐磨损和隔 震等特性，用于制造密封 件、减震器和轮胎等。
陶瓷
硬度高、耐高温和化学稳 定性好，用于制造刀具、 发动机零件和耐腐蚀设备 等。
《机械设计基础 》课件第1章
2. 因机构由若干具有相对运动的构件组成，所以每个构件 都以一定的方式与其他构件相互联接，这种联接不是固定联 接，而是允许有一定相对运动的联接。这种两个构件直接接 触并允许有一定相对运动的联接称为运动副。例如，轴与轴 承的联接、活塞与汽缸的联接、传动齿轮的两个轮齿间的联 接等都构成运动副。两构件组成运动副后，其独立的相对运
F ＝3n-2PL-PH
(1-1)
式(1-1)就是平面机构自由度的计算公式。由公式可知， 机构自由度F取决于活动构件的数目以及运动副的性质和 数目，F必须大于零，构件组合才能够运动。
1.3.2
机构的自由度也就是机构所具有的独立运动的个数。由 前述可知，从动件是不能独立运动的，只有主动件才能独立 运动。通常每个主动件只具有一个独立运动，因此，构件组 合具有确定的相对运动的条件是：机构自由度F＞0，且F等
例1-1 试绘制如图1-7(a)
图1-7 (Байду номын сангаас) 颚式破碎机；(b)
解 (1) 确定构件数，辨清主、从动件。 颚式破碎机的主体机构由机架1、偏心轴2(与带轮固连)、 动颚3(与衬板固连)、肘板4共四个构件组成。其工作原理是： 当电动机通过带拖动带轮和与之固联的偏心轴2绕轴线A转动 时，驱使动颚3作平面复杂运动，从而将矿石轧碎。显然， 偏心轴2是运动和动力输入构件，即主动件，动颚3是输出构
对于机械中常用的构件和零件，有时也可采用惯用画 法，例如用粗实线或点划线画出一对节圆来表示互相啮合的 齿轮，用完整的轮廓曲线来表示凸轮。其他常用零部件的表 示方法可参看GB 4460—84《机构运动简图符号》
(1) 固定构件(机架)——用来支撑活动构件的构件。研究 机构中活动构件的运动时，一般以固定构件作为参考坐标系。
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静力学：不考虑力对物体运动的影响。 （平衡、传递、应力、应变）
三. 平衡的概念
1、 二力平衡条件 大小相等,方向相反,作用于一直线
※ 二力平衡条件不同于作用力与反作用力相等（为什么？） ★ 二力构件:
在两个力作用下处于平衡 的构件
2、不平行的三力平衡条件
三个力的作用线必须汇 交于一点,三力矢量首尾 相连构成封闭三角形
F2
F3
例1：A、B、C是圆柱铰链，
角ABC为30度，杆件无重量 解：1）杆2为二力杆，受拉
2 13
得F12F32作用线与指向 F23 作用线与指向
2）杆3受汇交三力，
得F13 作用线与指向 3）杆3为受力体，有（平衡可不讲）
F13+ F23 +W = 0
矢量多边形方法
F13为封闭矢量
F13
W
F23
2 受力分析 选择研究对象→取分离体→画受力图（分析受力） F23
F13
根据约束性质
3 判别约束力 根据平衡条件 确定某些力的作用线
2 1
F12
根据作用力与反作用力定律。
F23 3
受力体：构件3
只受两个力的物体 称为二力杆
F13
作用点: B （F23 ）C （F13）
受力体：构件2 平衡：等值反向共线
力矩（力×力臂）
m0 (F ) F d
⑴力矩的大小力F和O点的位置有关 d=0→M=0 F=0→M=0
⑵力沿作用线移动力矩不变
2、合力矩定理 mo (R) mo (F )
平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩，等于力系中各 力对该点之矩的代数和
1.3.2 力偶系
1、力偶和力偶矩 力偶：等值、反向、作用线平行的两个力。
多个力（力系）的平衡也能 构成封闭三角形
1.1.2 约束与约束力
自由体：运动不受其他物体的限制 （约束）非自由体：（轨道上的机车、
风扇叶片……）
约束： 对物体运动的限制，
通过施加约束力来实现。
物体受力分为两类： 主动力（载荷） 约束（反）力
静力分析任务之一：确定未知约束力
理想约束：光滑面、柔索、光滑圆柱铰链 … ★ 常见约束力的性质、作用点与作用线 1 光滑面：作用点在接触点，作用线沿公法线
F32
作用力与反作用力
三力矢量封闭
三力汇交：受三个力作用的物体如果平衡，
证明：
这三个力的作用线交于一点
作用在同一物体上的两个力F1、F2可以合成一个力F′，
F1、F2、F′相交于O；在平衡的前提下F3一定与F′共线，
即 F3通过O。
o
o F1
受力体系2-3
F1
外力作用点
1
2
外力作用线
F2
F′
3（机架）
一. 刚体的概念
刚体：受力作用后不变形的物体
二. 力和力系的概念
力：物体之间的相互机械作用，是使物体获得加 速度(运动效应)和发生形变(变形效应)的外因
力有三个要素：大小、方向和作用点。
力系：作用在物体上的一组力 平衡力系：物体平衡时（静止或匀速运动）
力的性质： ⑴二力平衡条件：大小相 等，方向相反且共线 ⑵可传性：力沿作用线移动 ⑶合成：平行四边形法则
力偶的作用面：两作用线确定的平面 力偶臂：两作用线的距离d
R
Rx2
R
2 y
tg Rx
Ry
合力投影定理：
合力在某轴上的投影等于各分力在该轴上投影的代数和
Rx X1 X 2 X3 X 4 X Ry Y1 Y2 Y3 Y4 Y
几何法的平衡
R F 0
力矢量封闭
R
Rx2
R
2 y
0
平面汇交力系的平衡方程：
Rx X 0 Ry Y 0
R
合成 1 几何法——力多边形法 R=∑F 平行四边形 方法 2 解析法——坐标投影法 Rx= ∑Fx
Ry= ∑Fy
1.2.1 几何法 力系F1 、 F2 、 F3 、 F4合成为力R
R= F1 + F2 + F3 + F4
R
Rx2
R
2 y
tg Rx
θ
Ry
力系F1 、 F2 、 F3 、 F4 合成为力R
矢量图解法：
矢量首尾相连，图形封闭，长度按比例
比例尺： N
mm
三、 平面汇交力系的平衡应用 例2—4
比例尺：
N
mm
1 3
2
3
2
1
T1 A
T2 W
T2
T1
A
W
1 3
2
T1 A
T2 W
1.3 力对点之矩、力偶
1.3.1 力对点之矩
1、力矩 力矩（力×力臂）：力使物体绕O点转动的效应 m0 (F ) F d
2 柔索：沿拉直方向
3 光滑圆柱铰链：作用线与轴线相交
4 可动铰链支座：限制垂直支撑面运动
5 固定端约束：力和力矩
集中力：集中作用于一点的力 分布力：分布在有限面积或体 积内的力
分布力可以用集中力来代 替,作用效果相同
水库堤坝
qa
1.1.3 物体的受力分析.受力图
1 受力图 受力图——在受力体(分离体)上画出主动力和周围 物体对它的约束力 取分离体:将所研究物体从周围物体中分离出来 明确施力体，找出所有外力的作用点
3
Ft1+Ft2+F34+F24=0求得 F34 和 F24 方向：y y y y ？两个未知数
大小：y y n n
一个矢量方程可解两个未知数
F34
根据作用力和反作用
力关系得杆件受力
F24
杆2是压杆,杆3是压杆（黑色）
Ft1 Ft2
Ft2
Ft1
若角度改变，杆2也可能是拉杆（红色）
A
Ｃ
Ｄ
C
Ｗ
Ｐ
B
cB
课程组成 第一篇力学部分—工程力学
1-4章 第二篇机构部分—机械原理
5-10章 第三篇传动及零件部分—机械零件
11-19章ຫໍສະໝຸດ 课程组成 第一篇力学部分—工程力学
1-4章 第二篇机构部分—机械原理
5-10章 第三篇传动及零件部分—机械零件
11-19章
第一章 物体的受力分析与平衡 §1—1基本概念和物体的受力分析
画受力图的步骤：p7 1）画出研究对象 2）画出主动力 3）画出约束反力 4）画出物体间的相互作用力
关键：找出二力杆 注意：每个物体分离出来画
2 1
3
F13
W F23
例2 ： 杆件无重，滑轮半径可忽略，
1
+=，求杆的受力。
2 4
解：滑轮(4)为受力体作力图
忽略滑轮半径后各力汇交
用矢量多边形图解法
AＤ
c
c
Ｂ
Ｑ
Ｈ
Ｆ
Ｐ
Ａ
G
Ｄ
E
ＣC
E
c
D
Ａ
B
B Tb
O
R
W C
Tc Fa
F 习题1.6
提示:
习题2.1
Fb Fc
⑴作矢量多边形可求合力R
⑵利用竖直方向平衡条件求θ
sinθFa=sin10°Fb + sin45°Fc
1.2 平面汇交力系
平面汇交力系：各力的作用线在同一平面且 汇交于 一点的力系 力系的合成（简化）： 用最简单的结果来代替原力 系对刚体的作用
三. 平衡的概念
1、 二力平衡条件 大小相等,方向相反,作用于一直线
※ 二力平衡条件不同于作用力与反作用力相等（为什么？） ★ 二力构件:
在两个力作用下处于平衡 的构件
2、不平行的三力平衡条件
三个力的作用线必须汇 交于一点,三力矢量首尾 相连构成封闭三角形
F2
F3
例1：A、B、C是圆柱铰链，
角ABC为30度，杆件无重量 解：1）杆2为二力杆，受拉
2 13
得F12F32作用线与指向 F23 作用线与指向
2）杆3受汇交三力，
得F13 作用线与指向 3）杆3为受力体，有（平衡可不讲）
F13+ F23 +W = 0
矢量多边形方法
F13为封闭矢量
F13
W
F23
2 受力分析 选择研究对象→取分离体→画受力图（分析受力） F23
F13
根据约束性质
3 判别约束力 根据平衡条件 确定某些力的作用线
2 1
F12
根据作用力与反作用力定律。
F23 3
受力体：构件3
只受两个力的物体 称为二力杆
F13
作用点: B （F23 ）C （F13）
受力体：构件2 平衡：等值反向共线
力矩（力×力臂）
m0 (F ) F d
⑴力矩的大小力F和O点的位置有关 d=0→M=0 F=0→M=0
⑵力沿作用线移动力矩不变
2、合力矩定理 mo (R) mo (F )
平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩，等于力系中各 力对该点之矩的代数和
1.3.2 力偶系
1、力偶和力偶矩 力偶：等值、反向、作用线平行的两个力。
多个力（力系）的平衡也能 构成封闭三角形
1.1.2 约束与约束力
自由体：运动不受其他物体的限制 （约束）非自由体：（轨道上的机车、
风扇叶片……）
约束： 对物体运动的限制，
通过施加约束力来实现。
物体受力分为两类： 主动力（载荷） 约束（反）力
静力分析任务之一：确定未知约束力
理想约束：光滑面、柔索、光滑圆柱铰链 … ★ 常见约束力的性质、作用点与作用线 1 光滑面：作用点在接触点，作用线沿公法线
F32
作用力与反作用力
三力矢量封闭
三力汇交：受三个力作用的物体如果平衡，
证明：
这三个力的作用线交于一点
作用在同一物体上的两个力F1、F2可以合成一个力F′，
F1、F2、F′相交于O；在平衡的前提下F3一定与F′共线，
即 F3通过O。
o
o F1
受力体系2-3
F1
外力作用点
1
2
外力作用线
F2
F′
3（机架）
一. 刚体的概念
刚体：受力作用后不变形的物体
二. 力和力系的概念
力：物体之间的相互机械作用，是使物体获得加 速度(运动效应)和发生形变(变形效应)的外因
力有三个要素：大小、方向和作用点。
力系：作用在物体上的一组力 平衡力系：物体平衡时（静止或匀速运动）
力的性质： ⑴二力平衡条件：大小相 等，方向相反且共线 ⑵可传性：力沿作用线移动 ⑶合成：平行四边形法则
力偶的作用面：两作用线确定的平面 力偶臂：两作用线的距离d
R
Rx2
R
2 y
tg Rx
Ry
合力投影定理：
合力在某轴上的投影等于各分力在该轴上投影的代数和
Rx X1 X 2 X3 X 4 X Ry Y1 Y2 Y3 Y4 Y
几何法的平衡
R F 0
力矢量封闭
R
Rx2
R
2 y
0
平面汇交力系的平衡方程：
Rx X 0 Ry Y 0
R
合成 1 几何法——力多边形法 R=∑F 平行四边形 方法 2 解析法——坐标投影法 Rx= ∑Fx
Ry= ∑Fy
1.2.1 几何法 力系F1 、 F2 、 F3 、 F4合成为力R
R= F1 + F2 + F3 + F4
R
Rx2
R
2 y
tg Rx
θ
Ry
力系F1 、 F2 、 F3 、 F4 合成为力R
矢量图解法：
矢量首尾相连，图形封闭，长度按比例
比例尺： N
mm
三、 平面汇交力系的平衡应用 例2—4
比例尺：
N
mm
1 3
2
3
2
1
T1 A
T2 W
T2
T1
A
W
1 3
2
T1 A
T2 W
1.3 力对点之矩、力偶
1.3.1 力对点之矩
1、力矩 力矩（力×力臂）：力使物体绕O点转动的效应 m0 (F ) F d
2 柔索：沿拉直方向
3 光滑圆柱铰链：作用线与轴线相交
4 可动铰链支座：限制垂直支撑面运动
5 固定端约束：力和力矩
集中力：集中作用于一点的力 分布力：分布在有限面积或体 积内的力
分布力可以用集中力来代 替,作用效果相同
水库堤坝
qa
1.1.3 物体的受力分析.受力图
1 受力图 受力图——在受力体(分离体)上画出主动力和周围 物体对它的约束力 取分离体:将所研究物体从周围物体中分离出来 明确施力体，找出所有外力的作用点
3
Ft1+Ft2+F34+F24=0求得 F34 和 F24 方向：y y y y ？两个未知数
大小：y y n n
一个矢量方程可解两个未知数
F34
根据作用力和反作用
力关系得杆件受力
F24
杆2是压杆,杆3是压杆（黑色）
Ft1 Ft2
Ft2
Ft1
若角度改变，杆2也可能是拉杆（红色）
A
Ｃ
Ｄ
C
Ｗ
Ｐ
B
cB
课程组成 第一篇力学部分—工程力学
1-4章 第二篇机构部分—机械原理
5-10章 第三篇传动及零件部分—机械零件
11-19章ຫໍສະໝຸດ 课程组成 第一篇力学部分—工程力学
1-4章 第二篇机构部分—机械原理
5-10章 第三篇传动及零件部分—机械零件
11-19章
第一章 物体的受力分析与平衡 §1—1基本概念和物体的受力分析
画受力图的步骤：p7 1）画出研究对象 2）画出主动力 3）画出约束反力 4）画出物体间的相互作用力
关键：找出二力杆 注意：每个物体分离出来画
2 1
3
F13
W F23
例2 ： 杆件无重，滑轮半径可忽略，
1
+=，求杆的受力。
2 4
解：滑轮(4)为受力体作力图
忽略滑轮半径后各力汇交
用矢量多边形图解法
AＤ
c
c
Ｂ
Ｑ
Ｈ
Ｆ
Ｐ
Ａ
G
Ｄ
E
ＣC
E
c
D
Ａ
B
B Tb
O
R
W C
Tc Fa
F 习题1.6
提示:
习题2.1
Fb Fc
⑴作矢量多边形可求合力R
⑵利用竖直方向平衡条件求θ
sinθFa=sin10°Fb + sin45°Fc
1.2 平面汇交力系
平面汇交力系：各力的作用线在同一平面且 汇交于 一点的力系 力系的合成（简化）： 用最简单的结果来代替原力 系对刚体的作用