2.1.3 约束与受力分析(课件）-《机械基础》同步教学（航空工业出版社）

构件受力及变形分析 贰 项目导读 机械工作时，其组成部分都要受到外力的作用，如自行车车架要承受人的重力、汽车传动轴要受到力偶的作用等。为保证机械安全、可靠地工作，任何一个构件都必须具有足够的承载能力。因此，对构件进行受力及变形分析是设计和使用机械最基本、也是最重要的工作之一。 本项目主要介绍构件静力学分析的有关概念、公理和方法，不同受力条件下构件变形的规律及其应用，为学习后续有关知识、解决工程问题打基础。 知识目标 掌握静力学有关的概念和公理 掌握静力学分析的基本方法 了解平面任意力系平衡方程的原理及应用 掌握构件基本变形的概念和特点 掌握构件不同变形形式的应力分析方法及分布规律 技能目标 能够对典型构件进行受力分析 能够对简单构件进行强度校核 思政目标 提高严谨细致的逻辑推理能力和原理分析能力 培养追求真理、实事求是、勇于探究与实践的科学精神 分析简易起重装置杆件的受力——构件受力分析 壹 校核汽车铆接拉杆的拉伸强度——构件变形分析 贰 项目导航 分析简易起重装置杆件的受力——构件受力分析 壹 问题引入 物理学中我们已学了力的基本知识，力广泛地存在于我们的生活、生产中。 请同学们回忆一下：什么是力？ 1．讲台上的粉笔盒为什么能静止在讲台上？ 2．电动机车为什么能作匀速直线运动？ 1.3 约束与受力分析 1. 约束与约束力 在日常生活中可以看到：绳索悬挂的灯、支承在墙上或柱子上的梁都掉不下来；人坐在椅子上也摔不下来。为什么灯、梁和椅子上的人都不能向下运动呢？ 【课堂互动】 1.3 约束与受力分析 1. 约束与约束力 01 一个物体的运动受到周围物体的限制时，这种周围物体称为约束。例如，转轴是方向盘转动的约束，钢轨是火车运动的约束等。 02 约束对物体运动的限制是通过力来实现的，这些约束中限制物体运动的力称为约束反力，简称约束力。 1.3 约束与受力分析 2. 常见的约束类型 表2-1 常见的约束类型及其约束力的特点 1.3 约束与受力分析 2. 常见的约束类型 表2-1 常见的约束类型及其约束力的特点（续） 1.3 约束与受力分析 2. 常见的约束类型 表2-1 常见的约束类型及其约束力的特点（续） 1.3 约束与受力分析 2. 常见的约束类型 铰链又称合页，是用来连接两个构件并允许两者相互转动的机械装置。如图2-14所示，圆销插入构件1和构件2的圆孔内构成一个铰链。铰链对两个构件形成铰链约束，使两构件只能做相对转动，而不能做相对移动。铰链约束具有广泛的应用。例如，门窗开关时，内燃机中曲轴与连杆、连杆与活塞（见图2-15）运动时都存在铰链约束。 图2-14 铰链的组成 图2-15 铰链约束的实例 1.3 约束与受力分析 3. 受力分析和受力图 1）受力分析 放在桌子上的水杯受几个力的作用？ 【课堂互动】 1.3 约束与受力分析 3. 受力分析和受力图 先分析构件的受力情况，确定各个力的作用点和作用方向，这个分析过程称为构件的受力分析，所要分析的构件称为研究对象。 1）受力分析 1.3 约束与受力分析 3. 受力分析和受力图 2）受力图 为了明确研究对象的受力情况，可以将其从周围物体对它的约束中分离出来，单独画出简图，这个过程称为选取研究对象或选取分离体。解除约束后的物体称为分离体，在分离体上标示出所有已知力和未知力的示意图称为物体的受力图。 定义 （1）确定研究对象，解除约束，画出分离体的简图。 （2）依据已知条件分析主动力，画出分离体上的全部主动力。 （3）根据研究对象的约束类型进行受力分析，并在分离体上画出约束力。 受力图步骤 1.3 约束与受力分析 3. 受力分析和受力图 课上练习 1.3 约束与受力分析 3. 受力分析和受力图 课上练习 1.3 约束与受力分析 3. 受力分析和受力图 课上练习 图2-16（c） 1.3 约束与受力分析 3. 受力分析和受力图 在画受力图时，应注意以下问题： ① 必须明确研究对象； ② 不要多画力，也不要少画力； ③ 约束本身在受力图上不能画出，而要用约束力代替； ④ 在分析两个物体之间的相互作用时，作用力的方向一经确定，反作用力的方向必然与它相反。 【例2-2】如图2-16（a）所示，杆AB受力F的作用，杆件自重均忽略不计，试画出杆AB和杆BC的受力图。 图2-16（a） 【解】（1）画杆BC的受力图。 选取杆BC为研究对象，由于杆BC仅在B、C两处受铰链约束，因此杆BC为二力杆。由于杆BC在C端受固定铰链支座约束力的作用，方向由C指向B，因此根据二力杆的受力特点可知，杆件BC在B端受到的约束力为，方向由B指向C，如图2-16（b）所示。 图2-16（b） （2）画杆AB的受力图。 选取杆AB为研究对象，杆AB受到外力F的作用，且在B端受杆BC对它的约束力作用，在A端受到固定铰链支座的约束力的作用。由于与互为反作用力，因此根据作用力与反作用力定律可知，与等值、反向。利用三力平衡汇交定理来确定三个力的方向，从而画出杆AB的受力图，如图2-16（c）所示。 $$