1 杆件的静力分析（课件）- 高一《机械基础》同步教学（机工版·第2版）

第1章 构件的静力分析 构件的静力分析 1.1　力的概念与基本性质 1.2　约束和约束力 1.3　力系与受力图 1.4　力矩与力偶 引 言 图1-1所示的悬臂吊车，用来起吊各种产品或其它重物。图中的横梁AB杆的一段固定在墙体或其它柱体上，一段由CB杆拉着。当吊起重物时，在重物的作用下，下面的AB杆主要受弯曲，同时还受到压缩的作用，上面的CB杆受拉伸作用。在生产实践中要选择悬臂吊车，就要对悬臂吊车进行受力分析，只有分析清楚各杆件的受力情况，才能选择合理的各杆件的截面尺寸。 图1-1 悬臂吊车 本章主要介绍力的概念、力的基本性质与受力分析等内容。 力的概念与基本性质 1.1力的基本性质 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。 工程上用的机械构件大多数是用金属材料制成的，在外力的作用下，产生的变形是微小的，其变形可以忽略不计，称之为刚体，受力分析就是以刚体为研究对象。 1.1.1力的概念 力的概念与基本性质 实践证明，力对物体的作用效应，由力的大小、方向和作用点的位置所决定，这三个因素称为力的三要素。 力的单位采用我国的法定计量单位：“牛顿”（N）或“千牛顿”（kN）。 图1－2 力的三要素 图1－3 力的表示 力的概念与基本性质 1.1.2力的基本性质 力的基本性质由静力学公理来说明。静力学公理是人类经过长期的经验积累和实践验证总结出来的最基本的力学规律。它概括了力的一些基本性质，反映了力所遵循的客观规律，它们是进行构件受力分析、研究力系的简化和力系平衡的理论依据。 力的概念与基本性质 公理一 二力平衡公理 刚体若仅受两力作用而平衡，其必要与充分条件为：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上（图1－4a）。 在机械或结构中凡只受两力作用而处于平衡状态的构件，称为二力构件。 图1－4 二力平衡及二力构件 a) 二力平衡 b) 二力构件 力的概念与基本性质 公理二 加减平衡力系公理 在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。 由这个公理可以导出力的可传性原理，如图1－5所示：作用在物体上的力，可沿其作用线移到刚体上任一点，不会改变对刚体的作用效应。 图1－5 力的可传性 由力的可传性原理可看出，作用于物体上的力的三要素为：力的大小、方向和力的作用线，不再强调力的作用点。 F F F1 F2 F2 力的概念与基本性质 公理三 力的平行四边形公理 作用在物体上同一点的两个力的合力，作用点也在该点上，大小和方向由以这两个力为邻边所作的平行四边形的对角线确定，这称为力的平行四边形公理。如图1－6所示：作用在物体A点上的两已知力F1、F2的合力为FR，力的合成可写成矢量式 FR＝F1+ F2 力的平行四边形公理是力系合成的依据。 图1－6 力的合成法则 F2 F1 FR 力的概念与基本性质 公理四 作用力与反作用力公理 当甲物体给乙物体一作用力时，甲物体也同时受到乙物体的反作用力，且两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，如图1-7所示。 这一公理表明，力总是成对出现的，有作用力，必有反作用力，二者总是同时存在，同时消失。一般习惯上将作用力与反作用力用同一字母表示，其中一个加撇以示区别。 图1－7 作用力与反作用力 力的概念与基本性质 1.2　约束和约束力 凡是对一个物体的运动或运动趋势起限制作用的其他物体，都称为这个物体的约束。约束限制着物体的运动，阻挡了物体本来可能产生的某种运动，从而实际上改变了物体可能的运动状态，这种约束对物体的作用力称为约束力。约束力的方向总是与该约束所限制的运动趋势方向相反，其作用点就在约束与被约束体的接触处。 力的概念与基本性质 （1）柔性约束 绳索、链条、胶带等柔性物体形成的约束即为柔性约束。柔性物体只能承受拉力，而不能承 受压力。作为约束，它只能限制被约束物体沿其中心线伸长方向的运动，所以柔性约束产生的约束力，通过接触点沿着柔体的中心线背离被约束物体（使被约束物体受拉）。 图1－8 柔性约束 点击播放 力的概念与基本性质 （2）光滑面约束 当两物体直接接触，并忽略接触处的摩擦时就可视为光滑面约束。这种约束只能限制物体沿着接触点公法线方向的运动，因此，光滑面约束的约束力必过接触点，沿接触面的公法线并指向被约束的物体，称为法向约束力或正压力。 图1－9 光滑接触面约束 力的概念与基本性质 （3）铰链约束 铰链约束是工程上连接两个构件的常见约束方式，是由两