机械基础第一二章

机械基础第一二章第1页，课件共173页，创作于2023年2月二、课程基本要求

通过本课程的学习，学生应该能够达到以下要求:

（1）了解工程力学基础知识。 （2）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准。 （3）掌握常用机构、常用机械传动和通用零部件的特点，具备正确分析、使用机械的能力。 （4）具有与本课程有关的解题、运算、能力和应用标准、图册等有关技术资料的能力。 （5）通过实验课程教学，使学生得到工程材料、机构、机器、设备等感性认识，建立物流工程的专业基础能力。第2页，课件共173页，创作于2023年2月本课程在专业中的地位及相互关系：管理学物流系统机械、电子、制图数学、中文、物理、外语、艺术历史、计算机、法律等第3页，课件共173页，创作于2023年2月四、学时分配总学时：64=授课48+实验16授课：第一章3学时第二章5学时第三章4学时

第四章4学时第五章4学时第六章4学时第七章4学时第八章4学时第九章4学时第十章6学时第十一章4学时实验：材料性能试验《金属材料拉伸》，介绍机构的《机构的结构和特性》，介绍齿轮性能的《渐开线齿廓范成》，学生动手的《减速机拆装及结构分析》、

《液压元件与系统》，现场展示的《机械设备与加工》实验

第4页，课件共173页，创作于2023年2月五、教材与参考书1．《机械基础》主编魏兵王为高等教育出版社2008.5ISBN978-7-04-023112-02.《机械基础》主编范思冲机械工业出版社2004.5ISBN978-7-11-107046-73.《机械学基础》主编蒋秀珍科学出版社2009.1ISBN978-7-03-022962-5六、教学方法与手段建议

授课、实验为主，手段用多媒体动态课件，以增加学生的视觉效果，加深学生的感性印象，提高学生的学习兴趣。在实验课中用大量实物介绍与演示、机器装拆、实体机械加工等方法建立工程概念，熟悉机构和机器的构成；掌握必备的机械基础知识。多媒体教学七、课程考核方式与成绩评定办法

闭卷，百分制。第5页，课件共173页，创作于2023年2月

第一章：总论（3学时）

教学内容：§1-1

机械的组成

§1-2

运动副及平面机构

§1-3

机械设计的基本准则

§1-4

机械制造的基本知识

§1-5

本课程的性质、任务和学习内容

本章是总体介绍课程的性质、任务和学习内容

，本章主要是要让同学建立机械系统的一般概念，引起兴趣，通过生活中、专业中的示例，让同学知道本课程在专业中的地位和作用。

重要概念：本课程的性质、任务、学习内容 机械、机器、机构、运动副、自由度、平面机构 基本理论：机械设计的基本准则、基本知识 思考与习题

：1—1解释名词；零件、构件、机器、机械。

1—2试述机器通常是由哪几部分组成的?

各部分各起什么作用?第6页，课件共173页，创作于2023年2月机械的产生是人类通过长期生产实践创造发明的。如：马车中的车、纺织机等。人类创造发明机械的目的：提高生产效率，减轻劳动强度，提高产品质量。

第7页，课件共173页，创作于2023年2月§1-1机械的组成机械定义：机器和机构的总称。机器定义：执行机械（确定）运动的装置，用来

变换或传递能量、物料和信息。机器特征：1、是人为的实物组合。2、各部分之间有确定的相对运动。3、代替人的劳动完成有用的机械功或转换机械能。机器分类：1、产生机械能的机器（内燃机、电机）2、转换机械能的机器（空压机发电机）3、利用机械能的机器（机床、纺织机）第8页，课件共173页，创作于2023年2月机构定义：是人为的实物的组合，其各件之间有确定的相对运动。与机器区别：只产生运动的变化，变换或转换运动。如：钟表、仪表、绘图装置等。构件定义：组成机构的各个相对运动部分。注意：构件可以是单一的整体，也可以是几个零件组成的的刚性结构。构件是运动的单元，零件是制造（加工）的单元。

综上所述：机器一般由各种机构组成，并有原动部分、传动部分和工作部分。机构则由构件组成，构件又由零件组成。因此，一般常以机械一词作为机构和机器的通称。

第9页，课件共173页，创作于2023年2月一、构件构件：独立影响机构功能并能独立运动的单元体（实物、刚体、运动的整体）机架、原动构件、从动构件零件：单独加工的制造单元体通用零件、专用零件构件可以由一个零件组成也可以由几个零件组成原动件1234从动件机架第10页，课件共173页，创作于2023年2月与动力源组合机器的组成(从运动观点看)由构件组成(从制造观点看)由零件组成机械机器机构构件零件通用零件专用零件原动构件从动构件机架零件构件机构机器静联接动联接(运动副)第11页，课件共173页，创作于2023年2月xyo二、运动副运动副:

两构件直接接触而形成的可动联接运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分接触形式:

点、线、面第12页，课件共173页，创作于2023年2月按接触形式分类：接触形式:

点、线、面低副：面接触高副：点、线接触平面低副空间低副xyo高副高副空间低副平面低副平面低副第13页，课件共173页，创作于2023年2月按相对运动分类：运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动按相对运动分类：转动副：相对转动——回转副、铰链移动副：相对移动

螺旋副：螺旋运动球面副：球面运动

第14页，课件共173页，创作于2023年2月运动副类型小结平面低副:转动副、移动副（面接触）平面高副:齿轮副、凸轮副（点、线接触）空间低副:螺旋副、球面副、圆柱副（面接触）空间高副:球和圆柱与平面、球与圆柱副(点、线接触)运动副特性:运动副一经形成,组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动,只与运动副类型有关,而与运动副的具体结构无关。工程上常用一些规定的符号代表运动副第15页，课件共173页，创作于2023年2月平面副低副：转动副、移动副(面接触)高副：齿轮副、凸轮副(点、线接触)xyoxyottnnnt第16页，课件共173页，创作于2023年2月机构是由构件通过运动副连接而成的原动件：按给定运动规律独立运动的构件从动件：其余的活动构件机架：固定不动的构件原动件1234从动件机架闭链开链机构三、机构第17页，课件共173页，创作于2023年2月1概述2构件的表示方法3运动副的表示方法4

例题四、平面机构的运动简图第18页，课件共173页，创作于2023年2月1概述机构各部分的运动，取决于：原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸)机构运动简图:（表示机构运动特征的一种工程用图）用简单线条表示构件规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置与原机械具有完全相同的运动特性比较：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图用途：分析现有机械，构思设计新机械第19页，课件共173页，创作于2023年2月2构件的表示方法杆、轴类构件机架同一构件两副构件三副构件第20页，课件共173页，创作于2023年2月3运动副的表示方法转动副移动副高副（齿轮副、凸轮副）２第21页，课件共173页，创作于2023年2月4例题：内燃机第22页，课件共173页，创作于2023年2月1平面机构自由度的计算2机构具有确定运动的条件3几种特殊结构的处理（略）复合铰链局部自由度虚约束4小结五、平面机构的自由度第23页，课件共173页，创作于2023年2月1平面机构自由度的计算(1)平面运动构件的自由度(构件可能出现的独立运动)(2)平面运动副引入的约束R(对独立的运动所加的限制)xyＯ21与其它构件未连之前：3用运动副与其它构件连接后,运动副引入约束,原自由度减少xyoxyottnnR=2R=2R=1结论：平面低副引入2个约束平面高副引入1个约束第24页，课件共173页，创作于2023年2月(3)平面机构自由度计算公式如果：活动构件数：n

低副数：pl

高副数：phxyＯ21未连接前总自由度：3n连接后引入的总约束数：2pl+phF=3n-(2pl+ph)机构自由度F：F=3n-2pl-ph第25页，课件共173页，创作于2023年2月机构自由度举例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

1第26页，课件共173页，创作于2023年2月F=3n－2pl－ph

=3

4－2

5－0=2

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

5－0=-1

F=3n－2pl－ph

=3

2－2

3－0=0

2机构具有确定运动的条件F=0,刚性桁架，构件之间无相对运动原动件数小于F,各构件无确定的相对运动原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏结论：机构具有确定运动的条件：1机构自由度>02原动件数＝机构自由度数BCABCADEAEBCD第27页，课件共173页，创作于2023年2月4自由度计算小结自由度计算公式:F＝3n－2pl－ph机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数)计算步骤:确定活动构件数目确定运动副种类和数目确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链计算、验证自由度几种特殊结构的处理:1、复合铰链—计算在内2、局部自由度—排除3、虚约束--重复约束—排除机械设计基础——平面连杆机构第28页，课件共173页，创作于2023年2月§1-3机械设计的基本原则一、机械设计的基本要求设计的机器、机构，虽然各自的工作条件不一，但均应满足以下基本要求：1．满足使用要求

2．满足经济性的要求

3．满足安全性要求

4．满足其他特殊要求二、机械零件的工作能力和计算准则

零件的工作能力是在一定的运动、载荷和环境情况下，在预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。衡量零件工作能力的指标称为零件的工作能力准则。例如，用于传递动力的轴不发生疲劳断裂，高速运转时的轴不发生共振等。主要准则有强度、刚度、振动稳定性、寿命等。它们是计算并确定零件基本尺寸的主要依据，故称为计算准则。对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用相应的计算准则。

第29页，课件共173页，创作于2023年2月零件设计时主要考虑的准则是：

1．强度零件在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度

2．刚度零件在载荷作用下抵抗弹性交形的能力。

3．振动稳定性振动：零件经过它的平衡位置所作的往复运动。零件振动与其固有频率有关，当零件运动的频率与零件固有频率一样时，零件将产生振动，超过一定振幅，零件会损坏。

4．寿命零件从投运直至由于损伤失效或经济性等原因，而不能继续服役所经历的总时间。大部分机械零件均在变应力条件下工作，因而疲劳破坏是引起零件失效的主要原因。关于疲劳寿命，通常是求出使用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。第30页，课件共173页，创作于2023年2月§1-4机械制造基本知识一、机械制造的一般过程市场调研设计试制小批生产成批生产1．机械设计的主要内容

(1)选择机器的工作原理

(2)进行机器的运动设计（选择机构实现预定的运动）

(3)进行机器的动力设计（根据工作负荷选择驱动功率）

(4)进行机械零、部件的工作能力设计及结构设计（根据零、部件所承受的负荷选择合理的结构现状）

(5)进行工艺设计（根据制造厂的条件设计每个零件的工艺路线和装配工艺路线，还包括制造和装配过程中使用的操作规程、工艺装备、工艺文件）

第31页，课件共173页，创作于2023年2月

2、机器的生产过程一台机器的生产过程是指机器出原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和，主要包括所需材料的购入、保管、生产被备工作，毛坯的创造，零件的加工，部件和机器的装配、检验、油漆以及包装等。第32页，课件共173页，创作于2023年2月§1—5本课程的性质、任务和学习内容机械基础是一门机械类的技术基础课。通过学习此课程要熟悉和掌握机械传动、常用机构及轴系零件和液压传动的基本知识、工作原理和应用特点，懂得分析机械工作原理的基本方法，作简单的有关汁算，从中接受必要的基本技能训练，为学习专业技术知识提供必要的基础知识和能力，以适应社会发展的需要。本课程的内容是介绍常用机构、机械传动、轴系零件、金属材料。液压传动及机械制造的基本知识。学习本课程应从感性认识出发，联系日常生活及专业中的具体实例，提高到理论上进行分析，培养观察问题、分折问题和解决问题的能力。（方法）第33页，课件共173页，创作于2023年2月1、名词介绍：

(1)力系：F1F2Fn(2)平衡力系：F2F1Fn若平衡，则称为平衡力系。同时作用在物体上的一群力。(3)等效力系：=P1P2Pn若两个力系对同一物体的作用效果相同，则互称为等效力系。(4)合力、分力：F1FnF2F1FnF2=FR若一个力和一个力系等效，则该力称为合力，力系中各力称为此力的分力第34页，课件共173页，创作于2023年2月2、力学模型：

刚体：受力时不变形体的物体

刚体系：（物系）3、内容：（1）力系的简化：

用简单力系代替复杂力系，作用效应不变。（2）力系的平衡条件:

物体处于平衡状态时，力系应满足的条件。

平衡：指物体相对于地面保持静止或作均速直线运动第35页，课件共173页，创作于2023年2月一、力的概念：

定义：物体间的相互作用外效应：运动状态改变。(理力）内效应：变形。（材力）三要素：大小、方向、作用点。力的图示：FP文字符号：第二章工程力学基础箭头，代表力的指向力的作用线线段长度代表力的大小线段的起点或终点为力的作用点第36页，课件共173页，创作于2023年2月印刷体：黑体字母——力矢。

普通字母——力的大小。手写体：F——力矢。

F——力的大小。力单位：NKN

牛千牛二、约束的概念：自由体：能在空中自由运动（飞机、卫星）非自由体：某些方面的运动受到周围物体的限制第37页，课件共173页，创作于2023年2月

（灯绳、合页轴、铁轨）（1）约束：阻碍物体运动的限制物（2）约束反力：约束作用于被约束物体上力

作用点：接触处

方向：永远与所限制的运动方向相反

大小：未知待求（被动力）（3）主动力：约束反力以外的其它力能主动引起物体运动的力。例如第38页，课件共173页，创作于2023年2月主动力大小一般已知（重力、风力、牵引力）如：

三、静力学公理(公理与定律；定理、推理与推论）

1、公理一（二力平衡公理）：T1T2GF1F2若刚体受二力作用而平衡，则必、充条件为：此二力等值、反向、共线。（1）适于刚体。第39页，课件共173页，创作于2023年2月（2）二力构件（二力杆）：

只受二力作用而平衡的构件或杆件。F1F2

F1F2F1F2

（拉杆）（压杆）

2、公理二（加、减平衡力系公理）：

在作用于刚体上的任一力系中，加上或减去任一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用受力特点：所受两力必沿两力作用点连线第40页，课件共173页，创作于2023年2月F1F2F3P1P2=F1F2F3（适于刚体）

3、推论一（力的可传性原理）

作用在刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变该力对刚体的作用效应。=FF2F1F1（令F1=F2=F）

（适于同一个刚体）第41页，课件共173页，创作于2023年2月

4、公理三（力的平行四边形法则）：

作用于物体上同一点的两个力可以合成为作用于该点的一个合力，它的大小和方向由这两个力的矢量为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。矢式：R=F1+F2F1F2RF1F2RF2F1R（适合于任何物体）（逆过程也成立，一般正交分解）F1F2F力三角形法则:第42页，课件共173页，创作于2023年2月

5、推论二（三力平衡汇交定理）

刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力作用线必共面，且汇交于一点。证：=F1F2F3F3F2F1R1、只适于刚体2、三力汇交一点，只是平衡的必要条件3、三力构件，若已知三力作用点和任两力作用线则可定出第三力作用线。

ooABCC第43页，课件共173页，创作于2023年2月如：（并不平衡）F1F2F3

6、公理四（作用、反作用定律）

两物体间相互作用的一对力，总是等值、反向、共线，并分别作用在这两个物体上。..GGNN（1）适于任何物体。（2）（G、N）是平衡力；

N是作用力，N‘是反作用力第44页，课件共173页，创作于2023年2月四、几种常见的约束及反力：（一）柔索约束：柔绳、皮带、链条等。

特征：只限制沿柔索中心线伸长方向的运动。

反力：作用点：联结点。作用线：沿柔索。指向：背离被约束体。（拉力）

例如第45页，课件共173页，创作于2023年2月GGF1F2GGFAFBFCFDFEABCDEFAFBFCFDF1F2F1F2第46页，课件共173页，创作于2023年2月（二）光滑接触面约束:

(不计摩擦)特征:只限制沿接触处公法线做压入光滑面的运动.公法线FN反力:

作用点:接触处

作用线:沿接触处的公法线

指向:指向被约束体BCAFAFBFCG（压力）第47页，课件共173页，创作于2023年2月（三）光滑铰链约束

带孔的构件套在圆轴（销钉）上。

特征：只限制构件间的相对移动。不限制构件间的相对转动。（在垂直于轴线的平面内）传力特点：带孔构件与销钉直接作用。（A）固定铰支座：底座固定。例如第48页，课件共173页，创作于2023年2月FFFFFyFx

反力F：作用点、作用线、及指向，均随主动力而变。通常用互相垂直的Fx与Fy表示.

（二力构件除外）

简图:第49页，课件共173页，创作于2023年2月（B）中间铰链：

仅有两个带孔的构件，套在销钉上，且节点处不受外力。

FFFFFxFyFyFx(1)(2)(1)(2)(1)(2)构件(1)与构件(2)互为约束

满足作用力与反作用力的关系第50页，课件共173页，创作于2023年2月

通常用(Fx、Fy)，（Fx'、Fy')表示（二力构件除外）简图：例：BACFCBFCFBFFCCAFAyFAx先识别二力构件；中间铰链处：作用力与反作用力关系。第51页，课件共173页，创作于2023年2月（C）可动铰支座：底座与支撑面间有辊轴。（轴支座）公法线F

只限制沿垂直支撑面方向的运动。

反力F：沿支撑面法线，通过销钉中心，指向可假设。简图：第52页，课件共173页，创作于2023年2月（四）链杆约束：两端铰接，中间不受力的直杆（二力杆）ABABFAFBAFA（A处为中间铰链）反力：沿链杆中心线，指向可假设。（只限制沿链杆中心线的运动。）===第53页，课件共173页，创作于2023年2月（五）轴承约束（A）径向轴承（向心轴承）：只限制沿半径方向的运动。轴线FAyFAx(B)止推轴承：既限制沿半径方向的运动，又限制沿轴线方向的运动。第54页，课件共173页，创作于2023年2月FxFzFy（六）球形铰链支座:

球状物体置于球窝形支座内，只限制任何方向的移动。FxFyFz(七)固定端第55页，课件共173页，创作于2023年2月例：已知F，试画出AB梁的受力图。解：（1）取AB梁为研究对象。（2）画主动力F。F（3）画反力FB,FAx,FAy。FBBAFAxABFFAy或：按三力平衡汇交定理FBBAFFAO

第56页，课件共173页，创作于2023年2月1.汇交力系合成与平衡的几何法2.力在坐标轴上的投影3.汇交力系合成与平衡的解析法五力的合成与分解第57页，课件共173页，创作于2023年2月汇交力系：平面汇交力系;空间汇交力系.作用在刚体上的汇交力系是共点力系.汇交力系的合成与平衡：

几何法和解析法.

几何法：

1）、合成:

力多边形法则(连续应用力三角形法则）合力R的作用线过汇交点1.汇交力系合成与平衡的几何法第58页，课件共173页，创作于2023年2月F1F2F3F4F1F2F3F4RF1F2F3F4R选定比例尺测出R长度及与水平线夹角（只适于平面汇交力系）

第59页，课件共173页，创作于2023年2月2、力在坐标轴上的投影：1）、力在一个轴上的投影：FxabFx(Fx为代数量)例：F1=F2=F3=F4=100N，求各力在x轴上的投影。F130F245F3F4XF1X=100sin30F2X=-100cos45F3X=0F4X=-100

Fx=Fcos=Fsin

第60页，课件共173页，创作于2023年2月2）、力在平面上的投影：FabFxyFxy是矢量3）、力在空间直角坐标轴上的投影：（1）直接投影法：OFxyzFxFyFzxoy

Fx=FcosFy=FcosFz=Fcos

其大小：Fxy=Fcos

aDbc第61页，课件共173页，创作于2023年2月OFxyzFxFyFzFxy4）、投影与分力关系ijkF=Fx+Fy+FzFx=FxiFy=FyjFz=FzkF=Fxi+Fyj+Fzk

*

若已知三个投影Fx,Fy,Fz,则可求出力F的大小和方向F=Fx2+Fy2+Fz2cos(F,i)=Fx/Fcos(F,j)=Fy/F;;cos(F,k)=Fz/F设i、j、k为x、y、z三个坐标轴的单位矢量第62页，课件共173页，创作于2023年2月3、汇交力系合成与平衡的解析法1）、合成OxyzF1F2FiFnRR=Rxi+Ryj+RzkFi=Fixi+Fiyj+Fizk由R=

Fi得Rxi+Ryj+Rzk=

(Fixi+Fiyj+Fizk)=(

Fx)i+(

Fy)j+(

Fz)k合力投影定理：合力在某一轴上的投影等于各分力在同一个轴上投影的代数和所以：Rx=

FxRy=

FyRz=

Fz第63页，课件共173页，创作于2023年2月*

由合力的投影，可求出合力的大小和方向R=Rx2+Ry2+Rz2cos(R,i)=Rx/R;cos(R,j)=Ry/R;cos(Rz,k)=Rz/R*

若平面汇交力系，立xoy坐标系，则xoyRxRyR

Rx=FxRy=FyR=Rx2+Ry2tanRy/Rx=

象限：由RX、Ry的正、负定。（2－6）第64页，课件共173页，创作于2023年2月例：F1=10KN，F2=20KN，F3=25KN。求：合力R解（解析法）：几何法:10KN1cm测量合力R的大小和方向F1F2F3RR=4.410=44KN=F1cos30+F2+F3cos

60

=…=41.16KN

FxRx=Ry=

Fy=-F1sin30+F3sin60

=…=16.65KN30oxyF1F2F360R

R=Rx+Ry22=…=44.4KNtan=Ry/Rx=21.8

=22

第65页，课件共173页，创作于2023年2月例:挂物架.W=20KN.求AB、AC杆的受力ABCW30解：(解析法)（1）研究对象：销钉A（2）受力如图AWFcFB（3）立xAyxy（4）列平衡方程：

Fy=0，-W-FCcos30=0FC=-W/cos30=…=-23.1KN（压力）

Fx=0，-FB-Fcsin30=0FB=-Fcsin30=…=11.6KN（拉力）（几何法）做封闭力多边形如图WFcFBFC=W/cos30=23.1KN(压力)FB=Wtan30=11.6KN(拉力)（或：测量）第66页，课件共173页，创作于2023年2月内容提要1.力对点之矩2.力偶及其性质3.力偶系的合成与平衡六、力矩和平面力偶系第67页，课件共173页，创作于2023年2月空间一般力系:平面一般力系:F1F2F3FnF1F2Fn第68页，课件共173页，创作于2023年2月力对点的矩

力矩是用来量度力使物体产生转动效应的概念●

力对点的矩的概念作用于刚体的力F对空间任意一点O的力矩定义为M0(F)=r×F

式中O点称为矩心，r为矩心O引向力F的作用点A的矢径，即力对点的矩定义为矩心到该力作用点的矢径与力矢的矢量积第69页，课件共173页，创作于2023年2月

MO(F)通常被看作为一个定位矢量，习惯上总是将它的起点画在矩心O处，但这并不意味着O就是MO(F)的作用点。第70页，课件共173页，创作于2023年2月力矩矢的三要素:力矩矢的三要素为大小、方向和矩心MO

(F)的大小即它的模|MO(F)|=|r×F|=Frsinθ=Fh

式中θ为r和F正方向间的夹角，h为矩心到力作用线的垂直距离，常称为力臂。MO(F)的方向垂直于r和F所确定的平面，指向由右手定则确定。第71页，课件共173页，创作于2023年2月平面问题

平面问题中，由于矩心与力矢均在同一个特定的平面内，力矩矢总是垂直于该平面，即力矩的方向不变，指向可用正、负号区别，故力矩由矢量变成了代数量MO(F)=±Fh矢量表达式正负号通常规定为:逆时针为正顺时针为负第72页，课件共173页，创作于2023年2月1、、力对点之矩（1）平面力系中力对点之矩.oFBAd(O点：矩心)(垂直距离d:力臂)Mo(F)=+Fd平面力矩为代数量大小：Fd逆时针转动为正,反之为负.Mo(F)=+2OAB面积例:F=50N,d=0.3m.求F力对O点之矩.解:Mo(F)=Fd=…=15Nm*

(1)当F=0,或d=0（力作用线通过矩心）时，力矩为零(2)当力沿其作用线滑移时，力矩不变(3)力矩与矩心有关第73页，课件共173页，创作于2023年2月（2）空间力系中力对点的矩空间力对点的矩是矢量OxyzAB力矩矢是定位矢力矩的三要素:力矩的大小;力矩平面的方位;

力矩在力矩平面内的转向.d力矩的大小:mo(F)=2

OAB面积=Fd力矩的方向：右手螺旋法则mo(F)=r×Fmo(F)rF第74页，课件共173页，创作于2023年2月2、力对轴的矩zodabABFPFxy定义:力F对于z轴的矩等于此力在垂直于z轴的平面上的投影对于z轴与此平面交点的矩.Mz(F)=Mo(Fxy)=±FxydMz(F)=±2

oab面积Mo(F)=2

OAB面积=Fd

力对轴之矩是代数量。其正、负号由右手螺旋法则第75页，课件共173页，创作于2023年2月3.力偶及其性质ABFF´d1）.力偶：

对物体产生纯转动效应

不是一对平衡力;（力偶作用面；）（d称为力偶臂）

也不能合成一个合力2）.力偶三要素：

(1)Fd.(2)力偶作用面的方位.(3)在力偶作用面内，力偶的转向由大小相等,方向相反而不共线的两个力组成的力系第76页，课件共173页，创作于2023年2月

力偶没有合力.因此力偶不能与一个力等效,也不能用一个力来平衡.力偶只能与力偶等效,也只能与力偶平衡3）.力偶矩矢ABFF´rBAdM

在平面问题中则有:M=±FdM=rBA×F=rAB×F´(平面问题中,力偶矩为代数量)4）.力偶的性质

（1）力偶中的两个力在任一轴上投影的代数和等于零第77页，课件共173页，创作于2023年2月§2—2

材料力学的基本知识第78页，课件共173页，创作于2023年2月 材料力学的基本任务结构——建筑物或机械中承受荷载而起骨架作用的部分一、研究对象荷载（分静荷载、动荷载）——各构件在正常工作情况下一般承受的力。构件：组成结构或机械的单个部分外力——荷载和约束反力第79页，课件共173页，创作于2023年2月二、研究内容构件的强度、刚度、稳定性及材料的

力学性质。 强度：构件抵抗破坏的能力1、在荷载作用下构件应不致于破坏（断裂），即应具有足够的强度。第80页，课件共173页，创作于2023年2月2、在荷载作用下构件所产生的变形应不超过工程上允许的范围，即要求有足够的刚度。刚度：构件抵抗变形的能力3、承受荷载作用时，构件在其原有形状下的平衡应保持为稳定的平衡，即要满足稳定性的要求。稳定性：构件维持其原有平衡形式的能力第81页，课件共173页，创作于2023年2月受一定外力作用的构件，要求能正常工作，一般须满足以下三方面要求 足够的强度必须的刚度足够的稳定性构件的承载能力第82页，课件共173页，创作于2023年2月三、研究方法：传统方法：理论方法与实验方法；

计算机分析方法。材料力学的任务:设计构件时，在保证满足强度、刚度、稳定性的要求的前提下，还必须尽可能合理选用材料和降低材料的消耗量，以节约资金或减轻构件的自重。第83页，课件共173页，创作于2023年2月材料力学的基本假设二、可变形固体的几种基本假设一、可变形固体在荷载作用下发生变形（尺寸的改变和形状的改变）的固体。(1)连续均匀假设连续假设：物体在其整个体积内充满了物质而毫无空隙均匀假设：各点处的力学性质是完全相同的第84页，课件共173页，创作于2023年2月

(a)变形必须满足几何相容条件，即变形后的固体既不引起

“空隙”，也不产生“挤入“现象。

(b)把某些力学量看作固体点的位置函数时，可进行极限分析。材料在各个方向的力学性质相同。(2)各向同性假设(c)从物体内任意一点处取出的体积单元，其力学性能都能代表整个物体的力学性能。 第85页，课件共173页，创作于2023年2月lba三、弹性变形和塑性变形弹性变形：卸除荷载后能完全消失的那一部分变形。塑性变形：外力被除去后不能消失而残留下来的变形。a为弹性变形b为塑性变形第86页，课件共173页，创作于2023年2月构件材料的力学模型

连续、均匀、各向同性的可变形固体，且在大多数场合下局限在弹性变形范围内和小变形条件下进行研究 变形体与刚体的区别例如：材料力学中研究杆件的变形问题时可否允许应用力的可移性原理? 第87页，课件共173页，创作于2023年2月答：不能第88页，课件共173页，创作于2023年2月PBAl小变形：变形远小于构件的原始尺寸小变形下，在考虑静力平衡，静力等效等问题时，又可以将变形略去，仍按变形前的原始尺寸考虑。 P由于l远小于l，因此在计算A端的反力时，可以略去l的影响仍认为力P

作用于B点。 第89页，课件共173页，创作于2023年2月内力和截面法•应力

一，外力和内力外力：其他构件对研究对象的作用力。内力：由于外力作用构件各质点间的相对位置发生变化，

而产生的附加内力。（内力是由于外力引起的） 二，截面法截面法是材料力学中研究内力的一个基本方法第90页，课件共173页，创作于2023年2月求图中任一截面mm内力的步骤：(1)在求内力的截面处，将构件假想切开成两部分mm第91页，课件共173页，创作于2023年2月mm(2)留下一部分，弃去一部分，并以内力代替弃去部分对留下部分的作用 mmmm第92页，课件共173页，创作于2023年2月mmmmmm(3)根据留下部分的平衡条件求出该截面的内力 第93页，课件共173页，创作于2023年2月三，应力a

A

P

N

T求截面上a点的应力包围a点取一微面积

A

A上内力的总和为P将P分解

法向分量N切向分量T第94页，课件共173页，创作于2023年2月a

A

A面积内的平均剪应力

A面积内的平均正应力pm

m

m

A面积内的平均应力a

A

P

N

T第95页，课件共173页，创作于2023年2月a

pa

Apm

m

ma点的总应力P分解

与截面垂直的正应力

与截面相切的剪应力

第96页，课件共173页，创作于2023年2月应力的国际单位为帕斯卡(pa)1帕=1牛顿/米2(N/m2)1MPa=1106N/m2=1N/mm2=106Pa1GPa=109Pa第97页，课件共173页，创作于2023年2月构件的分类

杆件变形的基本形式一，构件的分类构件大致可以归纳为四的分类：杆，板，壳和块体。杆有两个主要的几何特征：(1)纵向尺寸（长度）远比横向尺寸大得多的构件称为杆。轴线_____所有横截面形心的连线横截面_____垂直于杆件长度的截面第98页，课件共173页，创作于2023年2月等直杆——等截面的直杆（材料力学研究的主要对象）直杆——轴线为直线的杆件曲杆——轴线为曲线的杆件等截面杆——各横截面尺寸不变的杆横截面轴线形心第99页，课件共173页，创作于2023年2月如果构件一个方向的尺寸厚度远小于其它两个方向的尺寸，就把平分这种构件厚度的面称为中面

（2）中面为平面的构件称为板（平板）（3）中面为曲面的构件称为壳（平板）（4）三个方向尺寸差不多的构件（同量级）称为块体板壳块体第100页，课件共173页，创作于2023年2月(a)轴向拉伸(b)轴向压缩（1）轴向拉伸和压缩pppp二，杆件变形的基本形式第101页，课件共173页，创作于2023年2月（2）剪切P/2P/2P（3）扭转mm第102页，课件共173页，创作于2023年2月

四、 弯曲MM第103页，课件共173页，创作于2023年2月入门材料力学数学物理学理论力学其他建筑材料建筑结构结构力学弹性力学机械零件机械原理其他第104页，课件共173页，创作于2023年2月材料力学是一门很重要的技术基础课，他与机械、土建、航空、交通水利等工程密切相关，他在基础课和专业课之间起着桥梁作用。必须要学好材料力学第105页，课件共173页，创作于2023年2月第106页，课件共173页，创作于2023年2月

拉伸与压缩强度一、研究应力的方法：（1）实验（2）观察现象（3）通过观察到的现象得出结论（4）通过结论推导出应力公式第107页，课件共173页，创作于2023年2月

取一等直杆，在其侧面上画出许多与轴线平行的纵向线和与轴线垂直的横向线在两端施加一对轴向拉力P实验第108页，课件共173页，创作于2023年2月

所有的纵向线伸长都相等，而横向线保持为直线且与纵向线垂直。PP观察现象第109页，课件共173页，创作于2023年2月PP

（1）各纤维的伸长相同，所以它们所受的力也相同。结论（2）平面假设：直杆在轴向拉压时横截面仍保持为平面。实验第110页，课件共173页，创作于2023年2月由结论可知，在横截面上作用着均匀分布的正应力。P

N推导公式第111页，课件共173页，创作于2023年2月式中，N为轴力，A为杆的横截面面积。的符号与正应力N的符号相同当轴力为正号时（拉伸），正应力也为正号，称为拉应力，当轴力为负号时（压缩），正应力也为负号，称为压应力，第112页，课件共173页，创作于2023年2月等直杆内最大正应力发生在最大轴力所在的横截面上。该截面称为

危险截面

。危险截面上的正应力称为

最大工作应力

。二、许用应力

强度条件对于某种材料，应力的增加是有限度的，超过这一限度材料就要破坏。应力可能达到的这一限度称为材料极限应力

lim。杆件能安全工作的应力最大值，称为许用应力[]。式中n>1,称为安全系数第113页，课件共173页，创作于2023年2月强度条件：杆内的最大工作应力不超过材料的许用应力第114页，课件共173页，创作于2023年2月强度计算的三类问题（1）强度校核（2）设计截面（3）确定许可核载Pmax例题1例题2补充内容第115页，课件共173页，创作于2023年2月例题1：简易起重设备中，AC杆由两根80

80

7等边角钢组成，AB杆由两根10号工字钢组成。材料为Q235钢，许用应力[]=170MPa。求许可荷载[P]。ABCP1m第116页，课件共173页，创作于2023年2月PAxy解：取结点A为研究对象，受力分析如图所示。ABCP1m第117页，课件共173页，创作于2023年2月结点A的平衡方程为由型钢表查得PAxy得到：第118页，课件共173页，创作于2023年2月许可轴力为N1=2PN2=1.732P各杆的许可荷载许可荷载[P]=184.6kN补充内容例题2第119页，课件共173页，创作于2023年2月d一，低碳钢拉伸试验先在试样中间等直部分上划两条横线，这一段杆称为

标距l

。l=10d或l=5d设备主要有两类，一类称为万能试验机。另一类设备是用来测试变形的变形仪。1，试验方法l标距第120页，课件共173页，创作于2023年2月

l

PO拉伸图(P—

l图)2，低碳钢拉伸时的力学性质第121页，课件共173页，创作于2023年2月1

l

PO试样的变形完全是弹性的。此阶段内的直线段材料满足弹性阶段(1)材料是线弹性的第122页，课件共173页，创作于2023年2月1

l

PO2屈服阶段或流动阶段(2)试样的荷载基本不变而试样却不断伸长。第123页，课件共173页，创作于2023年2月1

l

PO23强化阶段(3)在强化阶段试样的变形主要是塑性变形。在此阶段可以较明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。第124页，课件共173页，创作于2023年2月1

l

PO234局部变形阶段(4)试样在某一段内的横截面面积显箸地收缩，出现颈缩现象。一直到试样被拉断。第125页，课件共173页，创作于2023年2月几个概念卸载定律：若到强化阶段的某一点停止加载，并逐渐卸载，在卸载过程中，荷载与试样伸长量之间遵循直线关系的规律称为材料的卸载定律。C1

l

PO234第126页，课件共173页，创作于2023年2月料预拉到强化阶段然后卸载当再次加载时，试样在线弹性范围内所能承受的最大荷载将增大。冷作硬化：在常温下把材

lC

是试样的弹性变形

lS

是试样的塑性变形C1

l

PO234第127页，课件共173页，创作于2023年2月0A点是应力与应变成正比的最高限。A应力应变曲线比例极限第128页，课件共173页，创作于2023年2月0ABB点是弹性阶段的最高点。弹性极限DD点为屈服低限屈服极限第129页，课件共173页，创作于2023年2月0ABD强度极限G点是强化阶段的最高点G第130页，课件共173页，创作于2023年2月

试样拉断后，弹性变形消失，塑性变形保留，试样的长度由l变为l1，横截面积原为A，断口处的最小横截面积为A1。断面收缩率：延伸率：

和

均较高的材料，称作塑性材料。第131页，课件共173页，创作于2023年2月许用应力[

]：极限应力：我们把材料的两个强度指标

s

和

b称作极限应力或危险应力，并用

u表示。二，安全系数和许用应力

n

安全系数第132页，课件共173页，创作于2023年2月脆性材料塑性材料第133页，课件共173页，创作于2023年2月工程实例：桥梁桁架结点的铆钉（或高强度螺栓）在构件连接处起连接作用的部分，如铆钉，螺栓，键等，统称为连接件。二、剪切强度实用计算第134页，课件共173页，创作于2023年2月(a)P铆钉的受力图如图b所示。(b)mmnn第135页，课件共173页，创作于2023年2月键的受力如图b所示。机械中的轴与齿轮间的键连接键第136页，课件共173页，创作于2023年2月钢结构中的焊缝连接第137页，课件共173页，创作于2023年2月1铆钉在m—m和n—n截面被剪断铆钉和钢板在接触面上因挤压使连接松动2钢板在受铆钉孔削弱的截面处被拉断3(a)(b)Pnnmm第138页，课件共173页，创作于2023年2月dabcPP受力特征：受一对大小相等，指向相反，作用线相距佷近的横向外力的作用。abPcdPmm剪切面一.剪切的近似计算变形特征：横截面沿外力作用方向发生错动。

双剪切实例第139页，课件共173页，创作于2023年2月mmPPQ=PmmP剪切面QmmPP剪切面上有剪力

Q第140页，课件共173页，创作于2023年2月mmPP假设受剪面上各点的剪应力相等，则受剪面上的剪应力称为名义剪应力。mmP剪切面QmmPP第141页，课件共173页，创作于2023年2月式中，Q为受剪面上的剪力AS为受剪面的面积。mmPPmmP剪切面Q第142页，课件共173页，创作于2023年2月剪切的强度条件为[]为材料的许用剪应力。且极限剪应力安全系数mmPPmmP剪切面Q

[]由手册查得，对钢制件，[]＝(0.6~0.8)[]第143页，课件共173页，创作于2023年2月扭转的受力特点：在杆件的两端作用两个大小相等、转向相反、且作用平面垂直于杆件轴线的力偶。机器的传动轴、水轮发电机的主轴、石油钻机中的钻杆、桥梁及厂房等空间结构中的某些构件等，扭转是其主要变形之一。三、扭转强度第144页，课件共173页，创作于2023年2月扭转受力简图扭转的变形特点：杆件的任意横截面都发生绕杆件轴线的相对转动。mm第145页，课件共173页，创作于2023年2月一，薄壁筒扭转的应力用截面法求任一横截面n—n上的内力mmlnn薄壁筒的扭转（虎克定律）第146页，课件共173页，创作于2023年2月mnnmmlnnMn横截面上的应力只能