機械設計基礎靜力學基礎PPT學習教案

1、會計學1機械設計基礎靜力學基礎機械設計基礎靜力學基礎 約束與約束反力約束與約束反力1 1 受力分析與受力圖受力分析與受力圖2 2 受力分析實例受力分析實例3 3第1頁/共36頁 約束與約束反力約束與約束反力一、基本概念與術語一、基本概念與術語自由體：位移不受限制的物體叫自由體。自由體：位移不受限制的物體叫自由體。非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。約束：非自由體的運動受到周圍其它物體的限制條約束：非自由體的運動受到周圍其它物體的限制條件。件。約束力：約束作用于該物體上的限制其運動的力。約束力：約束作用于該物體上的限制其運動的力。主動力：作用于被約束物體上

2、的約束力以外的力。主動力：作用于被約束物體上的約束力以外的力。第2頁/共36頁二、約束力特點：二、約束力特點：大小未知；大小未知；方向與約束所限制的物體的位移方向相反；方向與約束所限制的物體的位移方向相反； 作用點是物體與約束相接觸的點。作用點是物體與約束相接觸的點。第3頁/共36頁三、工程中幾種常見的約束及其約束反力三、工程中幾種常見的約束及其約束反力平面約束：（1）柔性體約束（繩索、皮帶、鏈條等） （2）光滑接觸 面（線、點）約束 （3）光滑圓柱鉸鏈約束和固定鉸支座約束 （4）滾動鉸支座約束 （5）鏈桿約束和鏈桿約束 （6）固定（嵌入）端約束 （7）定向約束（雙鏈桿約束）空間約束：（1）空

3、間球鉸約束 （2）空間柱狀鉸約束和蝶狀鉸約束 （3）空間固定端約束 （4）滑動軸承約束和止推軸承 （5）彈性約束第4頁/共36頁1 1、柔性約束、柔性約束( (由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構成的約束由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構成的約束) )纜纜 索索第5頁/共36頁 柔索只能受拉，其約束反力作用在柔索只能受拉，其約束反力作用在接觸點接觸點，方，方向向沿繩索背離物體沿繩索背離物體。用符號。用符號F F或或T T表示表示. . 第6頁/共36頁第7頁/共36頁2 2、光滑接觸面的約束、光滑接觸面的約束 ( (光滑指不計摩擦光滑指不計摩擦) ) 完全光滑是指支承面不會產生阻礙被約束物體完全光滑是指支承面不

4、會產生阻礙被約束物體沿接觸處切面內任何方向位移的阻力沿接觸處切面內任何方向位移的阻力第8頁/共36頁 光滑面約束的約束力作用在光滑面約束的約束力作用在接觸點接觸點處，方向處，方向沿沿公法線，指向受力物體公法線，指向受力物體，為壓力。這類約束力也，為壓力。這類約束力也稱法向約束力。常用稱法向約束力。常用F FN N 表示表示光光 滑滑 面面 約約 束束ABCGNAFNCFNBF第9頁/共36頁滑槽與銷釘滑槽與銷釘?shù)?0頁/共36頁3 3、光滑圓柱鉸鏈的約束、光滑圓柱鉸鏈的約束 構件通過圓柱銷連接在一起，稱為鉸鏈連接。光構件通過圓柱銷連接在一起，稱為鉸鏈連接。光滑鉸鏈約束是在相互連接的兩個構件上鉆

5、同樣大小的滑鉸鏈約束是在相互連接的兩個構件上鉆同樣大小的圓孔，并用與圓孔直徑相同的光滑銷釘連接形成的。圓孔，并用與圓孔直徑相同的光滑銷釘連接形成的。第11頁/共36頁 鉸鉸 鉸鉸第12頁/共36頁 第13頁/共36頁 光滑鉸鏈約束的約束力作用在光滑鉸鏈約束的約束力作用在垂直于銷釘軸線垂直于銷釘軸線平面內，通過銷釘中心，方向不定平面內，通過銷釘中心，方向不定。 為便于計算，鉸鏈約束的約束力常為便于計算，鉸鏈約束的約束力常用過鉸鏈中用過鉸鏈中心兩個大小未知的正交分力心兩個大小未知的正交分力X XA A，Y YA A來表示來表示。兩分力。兩分力的指向可假設的指向可假設第14頁/共36頁中間鉸約束中間

6、鉸約束 銷釘對物體的約束力通過物體圓孔中心。由于接觸點不確定，故中間鉸鏈對物體的約束力的特點是：作中間鉸鏈對物體的約束力的特點是：作用線通過銷釘中心，垂直于銷軸線，方向不定用線通過銷釘中心，垂直于銷軸線，方向不定。 表示為單個力FR和未知角，或者兩個正交分力FRx、FRy。其中FR是FRx和FRy的合力。 第15頁/共36頁恐龍骨骼的鉸鏈連接恐龍骨骼的鉸鏈連接第16頁/共36頁固定鉸約束固定鉸約束 將構件用圓柱銷與支座連接，并將支座固定在支承物上形成的約束。固定鉸支座的約束反力的特點：作用線在垂作用線在垂直于銷釘軸線平面內通過銷子的中心，方向不確定直于銷釘軸線平面內通過銷子的中心，方向不確定。

7、 表示為可以表示為單個力FA和未知角，或者兩個正交分力FAx、FAy。其中FA是FAx和FAy的合力。第17頁/共36頁滾 珠滾 珠 ( ( 柱柱 ) ) 軸 承軸 承 第18頁/共36頁活動鉸約束活動鉸約束 在固定鉸支座底部安放若干滾子并與支承面接觸構成活動鉸支座，又稱輥軸支座。廣泛應用于橋梁、屋架結構中。 活動鉸支座只限制構件沿支承面垂直方向的移動不能阻止物體沿支承面運動或者繞軸轉動。約束反力通過鉸鏈約束反力通過鉸鏈中心，垂直于支承面，指向不確定。中心，垂直于支承面，指向不確定。 第19頁/共36頁輥輥 軸軸第20頁/共36頁光滑圓柱鉸鏈約束光滑圓柱鉸鏈約束BBxFByFABCAxFNCF

8、AyFFFFFFDCBAEFFFF第21頁/共36頁球鉸鏈球鉸鏈球碗與球頭組成:性質:三維光滑面方位: 不能事先確定時，常用三分力表示指向:假定 約束特征：約束特征： 限制物體在接觸點處各個方向的移動限制物體在接觸點處各個方向的移動, , 不限制物體繞該點的轉動。不限制物體繞該點的轉動。 約束反力特征：方位和指向都不定，常假定三個正約束反力特征：方位和指向都不定，常假定三個正交分量交分量FxFx、FyFy、FzFz。第22頁/共36頁其它鉸鏈約其它鉸鏈約束束焊接點鉸鉚接點鉸瀝清麻刀鉸滑動軸承滑動軸承活頁鉸活頁鉸( (蝶形鉸蝶形鉸) )約束約束第23頁/共36頁鉸桿約束（二力桿約束）鉸桿約束（二

9、力桿約束） 兩端以鉸鏈與其它物體連接，中間不受力且不計自重的剛性直桿稱鏈桿。約束反力只限制物體沿鏈桿軸線方向運動，約束力沿桿兩端鉸鏈中心連線，指向不定，沿桿兩端鉸鏈中心連線，指向不定，指向或為拉力或為壓力指向或為拉力或為壓力。 鏈桿屬于二力桿的特殊情形。輔助支承輔助支承第24頁/共36頁工程結構中的鏈桿（二力桿）工程結構中的鏈桿（二力桿）EDCBAOMqEDCBAFGDEFEDFCOCOocFcoF第25頁/共36頁4 4、固定端約束、固定端約束 構件與支承物通過嵌固、焊接、鉚接、螺栓等構件與支承物通過嵌固、焊接、鉚接、螺栓等各種方式固定在一起，構件在固定端既不能沿任何各種方式固定在一起，構件

10、在固定端既不能沿任何方向移動，也不能轉動，構件所受到的這種約束稱方向移動，也不能轉動，構件所受到的這種約束稱為固定端支座約束。固定端的約束力，一般為固定端支座約束。固定端的約束力，一般用兩個用兩個正交分力和一個約束力偶來代替，方向不定正交分力和一個約束力偶來代替，方向不定。第26頁/共36頁受力分析與受力圖受力分析與受力圖一、受力分析一、受力分析 對物體進行受力分析是靜力學計算（如求解約束對物體進行受力分析是靜力學計算（如求解約束力）中最重要的一步，也是動力學計算（求解物體力）中最重要的一步，也是動力學計算（求解物體受力與運動狀態(tài)變化間的關系）中的重要環(huán)節(jié)。受力與運動狀態(tài)變化間的關系）中的重要

11、環(huán)節(jié)。 解決力學問題時，首先要選定需要進行研究的解決力學問題時，首先要選定需要進行研究的物體，即選擇研究對象；然后根據(jù)已知條件，約束物體，即選擇研究對象；然后根據(jù)已知條件，約束類型并結合基本概念和公理分析它的受力情況，這類型并結合基本概念和公理分析它的受力情況，這個過程稱為物體的受力分析。個過程稱為物體的受力分析。 第27頁/共36頁 1 1、作用在物體上的力作用在物體上的力 主動力：如重力主動力：如重力, ,風力風力, ,氣體壓力等氣體壓力等 被動力：即約束力。被動力：即約束力。 2 2、受力分析的方法受力分析的方法 將物體從約束中隔離出來，將約束對它的作用將物體從約束中隔離出來，將約束對它

12、的作用 代以相應的約束力，即取隔離體；代以相應的約束力，即取隔離體； 畫受力圖。畫受力圖。第28頁/共36頁二、受力圖二、受力圖 受力圖即在分離體的簡圖上畫出受力體上所受全部力，即主動力與約束力的作用點、作用線及其作用方向。 主動力是荷載產生的力，實際作用的力； 約束力是解除聯(lián)系的作用力。第29頁/共36頁畫受力圖的步驟畫受力圖的步驟1、明確（選擇）研究對象，并將研究對象從它周圍的約束中分離出來，單獨畫出其簡圖。2、畫出研究對象所受的力，明確每個力是哪個施力體施加的。3、根據(jù)約束性質畫約束力。4、考慮平衡條件，判斷某些約束力的方向。5、注意作用力與反作用力的關系。第30頁/共36頁第31頁/共36頁圖示結構，不計自重，畫各構件受力圖FTFCC