机械设计基础(理论力学)

机械设计基础绪论一、机械设计课程的地位和作用1、研究对象机器原动机工作部分传动部分控制部分绪论2、本课程在教学中的地位本课程是几乎所有工科专业必修的一门重要的专业基础课程。承前启后，为学习专业机械设备课程提供必要的理论基础。绪论二、机械设计基础课程研究的内容和学习目的工程力学基础工程材料工程机构机械传动机械设计基础连接轴系零件及其它绪论三、机械设计基础课程的学习方法本课程是一门理论与实践双强的课程，既需要理论的理解，又需要动手实践。理论联系实际，结合课后的工程训练和练习题学习理论知识；充分重视平时的实验课和最后的课程设计。需要用到先修的课程知识，例如：机械制图、机械制造等。第一部分工程力学基础第一章构件的受力分析与计算（理论力学）第二章构件的承载能力分析（材料力学）第一章构件的受力分析与计算工程实例本例说明，作用力方向和作用点的选择在工程中具有重要的意义。F学习目标掌握静力学基本知识、四个基本公理；掌握工程中常见的约束类型，熟练绘制典型机构的受力图掌握力系计算的基础知识；掌握平面力系平衡方程及其应用了解空间力系概念，掌握轴类零件平衡问题的平面解法。4.力的单位：国际单位制：牛顿(N)

千牛顿(kN) 一、力的概念1．定义：2.力的效应：

①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。3.力的三要素：大小，方向，作用点AF力是物体间的相互机械作用。第一节静力学基本知识第一章静力学基本知识二、刚体静力学中对物体进行分析的力学模型。在外力作用下，其几何尺寸和形状都不会发生变化的物体。现实中不存在。三、平衡物体在力或力系的作用下相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动的状态。对机械结构或零部件进行静力分析计算的基础。四、静力学公理第一章静力学基本知识公理：

是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理1二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等

|F1|=|F2|，方向相反

F1

=–F2

，作用在同一直线上。

刚体F1F2说明

③二力杆：不计自重，作用线沿两个作用点的连线，与杆的形状无关。②对变形体(或多体中)来说，上面的条件只是必要条件。二力杆①对刚体来说，上面的条件是充要的。

在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。

作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。公理2加减平衡力系原理推论1：力的可传性原理公理3力的平行四边形法则

作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。力的三角形法则FRFR

刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交—平行力系。）推论2：三力平衡汇交定理∴三力必汇交，且共面。[证]∵为平衡力系，∴

也为平衡力系。又∵二力平衡必等值、反向、共线，FR公理4作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。[例]

吊灯181）自由体：2）非自由体：可以任意运动（获得任意位移）的物体。不可能产生某方向的位移的物体。五、约束与约束反力1、约束与约束反力的概念静力学①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束力特点：G约束力：约束与非自由体接触相互产生了作用力，约束作用于

非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。

约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）FGFN1FN2五、约束与约束反力2、工程中常见的约束类型1）柔性体约束：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束。绳索类只能受拉，约束反力作用在接触点，方向沿绳索背离物体。TF1F2约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。A约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。F1F2柔绳约束胶带构成的约束柔索约束静力学约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体2）光滑面约束PNNPNANBNN凸轮顶杆机构3）光滑的圆柱铰链约束约束反力特点：沿着接触处的公法线方向且通过销轴的中心固定铰支座（用N表示）约束反力特点：在垂直于圆柱销轴线的平面内并通过物体被约束处圆孔中心，方向不定静力学光滑圆柱铰链约束圆柱铰链AAXAYAAFNFNFNFxFy约束反力过铰链中心，用XA、YA表示静力学固定铰支座上摆销钉下摆静力学固定铰支座中间铰铰销钉中间铰（b）活动铰支座约束反力特点：方向垂直于支承面且过物体被约束处圆孔中心上摆销钉底板滚轮活动铰支座六、物体的受力分析和受力图1、画受力图的方法与步骤：1）取分离体（研究对象）2）画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生运动或运动趋势的力）3）在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束反力（研究对象与周围物体的连接关系）静力学

①选研究对象，取分离体；②画上主动力③去除约束，画出约束反力。[例]OWFDFEFAxFAyFBFAFBABDABDG静力学2、画受力图应注意的问题除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。2）不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。1）不要漏画力静力学约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。3）不要画错力的方向

即受力图一定要画在分离体上。4）受力图上不能再带约束。静力学一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就