2.2物体受力分析和受力简图（课件）-高一《机械基础》同步教学（人民邮电版）

位移不受限制的物体称为自由体，位移受限制的物体称为非自由体。约束是指对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。而约束限制物体运动的力称为该物体的约束力。 能够使物体产生运动趋势或运动的力称为主动力，如重力、拉力、推力。而阻碍物体运动或运动趋势的力，称为被动力。约束力是阻碍物体运动的力，属被动力。 确定约束力有如下原则： (1)约束力的作用点就是约束与被约束物体的相互接触点或相互连接点； (2)约束力的方向与该约束所阻碍的运动趋势方向相反； (3)约束力的大小可采用平衡条件计算确定。 模块二 构件的静力分析 课题二 物体受力分析和受力简图 2.2 任务一 约束和约束反力 1.常见约束类型 (1) 光滑面约束 当两物体直接接触，且表面光滑，接触处摩擦力很小，可略去摩擦不计，这种光滑面构成的约束称为光滑面约束。这类约束不能限制物体沿约束表面切线的位移，只能阻碍物体沿接触面法线并向约束内部的位移。因此，光滑接触面的约束力必通过接触点，方向沿着接触面在该点的公法线并指向受力物体。这类约束力称法向力，常用N表示，如图所示。 光滑面约束 模块二 构件的静力分析 (2) 柔性体约束 工程上常见的传动带、柔软的绳索和链条等构成的约束称柔性体约束。 绳本身只能承受拉力，不能承受压力。绳索给物体的约束力也只能是拉力。 由图所示 绳索对物体的约束力大小与重物相等，作用点为绳索和重物的接触点， 方向沿着绳索背离物体，通常用T表示这类约束力。 柔性体约束 模块二 构件的静力分析 (3)光滑铰链约束 由铰链构成的约束称铰链约束。圆柱销钉将两个具有相同大小圆柱孔的构件连接在一起，如图a所示。物体B的运动受到圆柱销钉C的限制，只能转动，不能移动。图b所示的连杆与曲柄用曲柄销连接(A处)，连杆与活塞用活塞销连接(B处)，它们都是铰链连接。 铰链约束 常见的铰链支座约束有固定铰链支座(构件中其中一个固定在地面或机架上)和活动铰链支座(支座中有几个圆柱滚子可沿某一方向作滚动)两种. 模块二 构件的静力分析 在工程实际中，为了求未知的约束力，需根据已知力，应用平衡条件求解。为此需对构件的受力个数、受力方向和作用位置进行分析，这个分析过程称物体的受力分析。 为研究物体的受力情况，需把研究的物体(称受力体)从周围的物体(称施力体)中分离出来，单独画出它的简图，这个步骤叫做取研究对象或取分离体。然后画出分离体上所受的力(包括主动力和约束力)，这种表示物体受力的简明图形，称为受力图。 小结：画受力图的步骤为 1.确定研究对象，画出分离体； 2. 分离体上画出全部主动力； 3. 分离体上画出全部约束力。 模块二 构件的静力分析 任务二 物体受力分析和受力图 平面力偶系的合成 作用在物体同一平面内的多个力偶，称为平面力偶系。平面力偶系可以合成一个合力偶，设 为平面力偶系中各力偶的力偶矩，M为合力的合力偶矩，它等于各力偶矩的代数和，即 平面力偶系的平衡条件 当合力偶矩等于零时，说明物体顺时针方向转动的力偶矩和物体逆时针方向转动的力偶矩相等，物体保持平衡状态。因此，平面力偶系平衡的条件是所有各力偶矩的代数和等于零，即： 模块二 构件的静力分析 任务三 物体受力偶作用的分析 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 用几何法求解平面汇交力系平衡问题，作图很难做到精确，若作图后用几何关系计算，则当力系中力较多时，运算比较繁琐。因此在工程实践中，应用较多的是解析法。平面汇交力系合成的解析法是以力在坐标轴上的投影为基础建立起来的。 1．平面受力时的解析表示法 力在坐标轴上的投影 课题三 平衡方程及其应用 2.3 模块二 构件的静力分析 力在坐标轴上的分解 如图a所示，刚体上有平面汇交力系F1、F2、F3，各力作用线汇交于A点，现用几何法求力系的合力。为此，可连续应用力的三角形法则，将这些力依次相加，便可求出合力的大小和方向。 在图b中，先将F1与F2合成一合力R12，再将R12与F3合成R，R的作用线通过A点。从图c中可见，中间矢量不必作出，而只需将已知力矢沿环绕多边形边界的同一方向首尾相接。而合力则沿多边形相反方向连接多边形的缺口。 力系的合成 模块二 构件的静力分析 2．平面受力时的平衡方程 因平面汇交力系可用其合力来代替，所以，平面汇交力系平衡的充