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1、機械工程基礎,多媒體課件,目 錄,第一篇 工程力學 單元一 靜力學基礎 單元二 平面力系 單元三 靜力學工程問題的解法 單元四 桿件變形 單元五 直梁彎曲,單元一 靜力學基礎,1.1.1力的概念,力的概念產(chǎn)生于人類從事的生產(chǎn)勞動之中。當人們用手握、拉、擲及舉起物體時，由于肌肉緊張而感受到力的作用，這種作用廣泛存在于人與物及物與物之間。例如，奔騰的水流能推動水輪機旋轉，錘子的敲打會使繞紅的鐵塊變形等等?？梢?，力作用于物體將產(chǎn)生兩種效果：一種是使物體機械運動狀態(tài)發(fā)生變化，稱為力的外效應；另一種是使物體產(chǎn)生變形，稱為力的內(nèi)效應。,1.1 靜力學的基本概念, 力的定義,力是物體相互間的機械作用，其作用

2、結果使物體的形狀和運動狀態(tài)發(fā)生改變。, 力的效應,外效應改變物體運動狀態(tài)的效應。,內(nèi)效應引起物體變形的效應。,單元一 靜力學基礎, 力的表示法,力是一矢量，用數(shù)學上的矢量 記號來表示，如圖所示。,F, 力的三要素,大小,方向,作用點,單元一 靜力學基礎, 力的單位 力的國際制單位是牛頓或千牛頓，其符號為牛(N)，或千牛(kN)。,單元一 靜力學基礎,1.1.2 力偶的概念,1. 力偶的定義 我們把一對大小相等、方向相反、作用線相互平行的力稱為力偶。如圖1-4所示，力偶對剛體產(chǎn)生轉動效應，剛體的轉動發(fā)生在這一對力的作用線所構成的平面內(nèi)，該平面稱為力偶作用面。作用面不同，力偶的作用效應也不一樣。兩

3、力作用線間的距離稱為力偶臂，用h表示。,2. 力偶矩 力偶對物體的轉動效應用力偶矩M度量，如圖1-5所示，它的大小等于構成該力偶的一個力的大小與力偶臂h的乘積，即,單元一 靜力學基礎,力偶在平面內(nèi)是代數(shù)量，正負號表示力偶的轉動方向。通常規(guī)定：逆時針轉動時符號為正，順時針轉動時符號為負。,3. 力偶的三要素 力偶對剛體的轉動效應，取決于力偶的大小、力偶的轉 向和力偶的作用面。這三個因素稱為力偶的三要素。,4. 力偶的單位 力偶矩的國際單位是：牛頓米(N m)。,力偶,力偶矩,剛體是一種理想的力學模型。,一個物體能否視為剛體，不僅取決于變形的大小，而且和問題本身的要求有關。,在外界的任何作用下形狀

4、和大小都始終保持不變的物體?；蛘咴诹Φ淖饔孟拢我鈨牲c間的距離保持不變的物體。,1.1.3 剛體的概念,單元一 靜力學基礎,單元一 靜力學基礎,1.1.4 力系的概念,作用于同一物體上的若干力組成的系統(tǒng)稱為力系。物體處于平衡狀態(tài)時，作用于該物體上的力系稱為平衡力系。力系平衡時所滿足的條件稱為平衡條件。 如果兩個力系對同一物體的作用效應完全相同，則稱這兩個力系為等效力系。當一個力與一個力系的作用效應完全相同時，則稱這個力為該力系的合力，而該力系中的其它力稱為合力的分力。如果用這個合力來代替該力系，則稱為力系的簡化。,公理1(二力平衡公理),要使剛體在兩個力作用下維持平衡狀態(tài)，必須也只需這兩個力大

5、小相等、方向相反、沿同一直線作用。,公理2(加減平衡力系公理),可以在作用于剛體的任何一個力系上加上或去掉幾個互成平衡的力，而不改變原力系對剛體的作用。,1.2 靜力學公理,單元一 靜力學基礎,推論(力在剛體上的可傳性),作用于剛體的力，其作用點可以沿作用線在該剛體內(nèi)前后任意移動，而不改變它對該剛體的作用效果。,=,=,F1 = F2 = F,單元一 靜力學基礎,即，合力為原兩力的矢量和。,公理3(力平行四邊形定則) 作用于物體上任一點的兩個力可合成為作用于同一點的一個力，即合力。合力的矢由原兩力的矢為鄰邊而作出的力平行四邊形的對角矢來表示。,F1,F2,FR,矢量表達式：FR= F1+F2,

6、單元一 靜力學基礎,力的平行四邊形法則（或三角形法則）總結了最簡單的力系簡化規(guī)律，它是較復雜力系合成的主要依據(jù)。,F1,F2,FR,F1,F2,FR, 力三角形法,單元一 靜力學基礎,在作力三角形時，必須遵循這樣一個原則，即分力矢應首尾相接，但次序可變，合力矢從起點出發(fā)與最后分力矢箭頭相接。,推論(三力匯交定理) 當剛體在三個力作用下平衡時，設其中兩力的作用線相交于某點，則第三力的作用線必定也通過這個點。,F1,F,F2,=,證明：,單元一 靜力學基礎,任何兩個物體之間相互作用的力，總是大小相等，作用線相同，但指向相反，并同時分別作用于這兩個物體上。,公理4(作用和反作用定律),單元一 靜力學

7、基礎,自由體,非自由體,約 束,約束力,主動力, 可以任意運動（獲得任意位移）的物體。, 運動(位移)受到某些限制的物體。, 約束對被約束體的作用力。,由周圍物體所構成的、限制非自由體位移的條件。, 約束力以外的力。,1.基本概念,1.3 約束和約束反力,單元一 靜力學基礎,2. 常見的幾種類型的約束,柔繩、鏈條、膠帶構成的約束,單元一 靜力學基礎,膠帶構成的約束,單元一 靜力學基礎,鏈條構成的約束,單元一 靜力學基礎,光滑接觸面約束,單元一 靜力學基礎,光滑接觸面約束實例,公切線,公法線,F,單元一 靜力學基礎,光滑接觸面約束動畫,單元一 靜力學基礎,光滑圓柱鉸鏈約束,A,單元一 靜力學基礎

8、,光滑圓柱鉸鏈約束實例,單元一 靜力學基礎,光滑圓柱鉸鏈約束實例,Fy,Fx,向心軸承,單元一 靜力學基礎,Fy,Fx,固定鉸鏈支座,光滑圓柱鉸鏈約束,單元一 靜力學基礎,F,F,活動鉸鏈支座,光滑圓柱鉸鏈約束,單元一 靜力學基礎,單元一 靜力學基礎,固定鉸鏈支座,單元一 靜力學基礎,活動鉸鏈支座,單元一 靜力學基礎,單元一 靜力學基礎,推 力 軸 承,單元一 靜力學基礎,固定端實例,（4）固定端（插入端）約束,單元一 靜力學基礎,(1) 取分離體。,(2) 畫出對象所受的全部主動力。,(3) 在存在約束的地方，按約束類型逐一畫出約束力。,受力圖的畫法步驟：,1.4 物體的受力分析及受力圖,單

9、元一 靜力學基礎,C,G,B,H,E,G1,A,F,D,解：,(1) 物體B受力圖。,例題1.1 圖示的平面系統(tǒng)中，均質(zhì)球A重G1，借本身重量和摩擦不計的理想滑輪C和柔繩維持在仰角為的光滑斜面上，繩的一端掛著重G2的物體B。試分析物體B、球A和滑輪C的受力情況，并分別畫出平衡時各物體的受力圖。,單元一 靜力學基礎,解：,(1) 物體B受力圖。,(2) 球A受力圖。,(3) 滑輪C的受力圖。,C,G,B,H,E,G1,A,F,D,單元一 靜力學基礎, 討論,理想滑輪僅改變繩子的方向，而不改變繩子拉力的大小。,C,G,B,H,E,G1,A,F,D,單元一 靜力學基礎,解：,（1）桿BC所受的力。,

10、例題1.2 等腰三角形構架ABC的頂點A、B、C都用鉸鏈連接，底邊AC固定，而AB邊的中點D作用有平行于固定邊AC的力F，如圖所示。不計各桿自重，試畫出AB和BC的受力圖。,單元一 靜力學基礎,解：,(1) 桿BC所受的力。,(2) 桿AB所受的力。,表示法一：,表示法二：,單元一 靜力學基礎,例題1.3 如圖所示的結構，由桿AB、BC、CD與滑輪E鉸接構成，物塊重G，用繩子掛在滑輪上。若桿、滑輪及繩子的重量不計，并忽略各處的摩擦。試分別畫出桿BC、桿CD、桿AB、滑輪E和物塊、結構整體的受力圖。,B,單元一 靜力學基礎,解：,（1） 桿 BC 的受力圖,（2） 桿 CD 的受力圖,B,單元一

11、 靜力學基礎,(4) 滑輪E和物塊的受力圖,B,A,H,C,D,E,G,K,I,(3) 桿 AB 的受力圖,單元一 靜力學基礎,(5) 結構整體的受力圖,單元一 靜力學基礎,B,A,C,G,F,B,A,G,C,光滑,粗糙,柔繩,(a),(b),試畫出桿AB的受力圖。,思考題,單元一 靜力學基礎,A,G,F,B,C,FC,FAy,B,C,A,G,FB,FA,FAx, 解答,(a),(b),單元一 靜力學基礎,(a),試畫出棘爪A的受力圖。,思考題,A,A,單元一 靜力學基礎,B,A,C,A,D,C,F,FC,FB,F,FA,B,柔繩,圖（b）受力圖正確嗎?,思考題,(a),(b),單元一 靜力學基礎,