机械学基础电子教案-第04章.ppt

1、1,机械学基础课程电子教案,机械学基础多媒体系列CAI课件,授课教师：马惠萍联系方式：86413120Email：mhp,哈工大电气工程及自动化学院自动化测试与控制系,2,第4章构件的受力分析与计算,4.1静力学的基本概念和物体的受力分析,刚体：在受力情况下保持形状和大小不变的物体。它是理想化了的力学模型。,一.静力学的基本概念,3,二.静力学公理,公理1（二力平衡公理）,刚体,二力杆：只受两个力作用并处于平衡的刚体；,4,公理2（加减平衡力系公理）,推论（力的可传性）,大小、方向、作用线,5,公理3（力的平行四边形公理）,平行四边形法则,三角形法则,6,公理4（作用与反作用公理）,公理5（刚

2、化原理）,7,三.约束及约束反力,约束:,对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束;,1.理想光滑面约束,8,3.光滑铰链约束固定铰链支座,3.光滑铰链约束圆柱铰链,铰链简图,圆柱铰链,固定铰链支座,9,3.光滑铰链约束活动铰链支座,四.物体的受力分析和受力图,1.取分离体（研究对象）,3.画约束反力,2.画出物体所受的已知力,4.先找出二力杆,10,(例4-1）：重量为G的均质圆球O，由杆AB，绳索BC与墙壁支持如图所示。如果各处摩擦与杆重不计，试分别画出球O和杆AB的受力图。,11,(附加习题1)：如图所示，水平梁AB用斜杆CD支撑，A、C、D三处均为光滑铰链连接。均质梁重为G，其

3、上放置一重为Q的电动机。如不计杆CD自重，试分别画出杆CD和梁AB（包括电动机）的受力图。,二力杆,12,（例4-2）：如图4-14a所示，梯子的两部分AB和AC在A点铰接，又在D、E两点用水平绳连接，梯子放在光滑水平面上，其自重不计。已知在AB的中点H处作用一铅直载荷F。试分别画出绳子DE和梯子AB、AC部分以及整个系统的受力图。,13,（例4-3）：发动机的曲柄滑块机构如图所示。活塞C上作用可燃气体的爆发力F，曲柄AB上作用阻力矩MA。试画出曲柄滑块机构的主要构件活塞C、连杆BC和曲柄AB的受力图。各构件的自重均不计。,14,（习题4-1）：画出物体的受力图，假设接触面均为光滑接触面,15

4、,（习题4-1）：画出物体的受力图，假设接触面均为光滑接触面,D,D,C,16,(习题4-1)：画出物体的受力图，假设接触面均为光滑接触面,17,D,B,A,A,B,18,4.2平面汇交力系的合成与平衡,平面汇交力系：各力的作用线在同一平面内，并且汇交于一点；,19,一.平面汇交力系的合成几何法,平面汇交力系合成的结果是一个合力，它等于力系中各力的矢量和，力系的作用线通过各力的汇交点。,20,二.平面汇交力系平衡的几何条件,平面汇交力系平衡的几何条件：力系中各力构成的力多边形自行封闭。,21,(习题4-2)：指出图示各力多边形中，哪个是自行封闭的？如果不是自行封闭，请指出哪个力是合力，哪个力是

5、分力？,22,三.三力平衡汇交定理,定理：若刚体在三个力作用下处于平衡，且其中二力的作用线相交于一点，则第三个力的作用线必须通过同一点。,23,四.平面汇交力系合成的解析法,1.力在坐标轴上的投影,24,2.合力投影定理,合力在坐标轴上的投影，等于诸分力在同一轴上投影的代数和；,25,五.平面汇交力系的平衡方程,26,（附加习题3）：重物P=20KN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端缠绕在绞车D上，杆AB与BC铰接，并以铰链A、C与墙连接；如两杆和滑轮的自重不计，并忽略摩擦和滑轮的大小，试求平衡时杆AB和BC所受的力。,27,(例4-5):压紧机构如图所示。AB与BC长度相等，自重略

6、去不计；A、B、C三处均为铰链连接；油压活塞产生的水平推力为F。求滑块C加于工件上的压紧力(已知:F,L,h,)。,28,一.力对点的矩,4.3力对点的矩和平面力偶系的合成与平衡,二.力偶和力偶矩,29,三.平面力偶系的合成与平衡条件,1.力偶的等效性,推论1：力偶可以在其作用面内任意转移，而不会改变它对刚体的作用,30,推论2：力偶矩大小和方向不变条件下，可以任意改变力和力偶臂的大小,2.平面力偶系的合成,31,（附加习题4）：图示为一减速箱，输入轴受到一主动力偶作用，其力偶矩M1=30Nm；输出轴受到一阻力偶作用，阻力偶矩M2=80N.m。轴和轴互相平行，假定减速箱的螺栓只能受拉力，AB=

7、1m，减速箱的重量不计，求螺栓A和B所受的力。,32,（例4-7）：已知支架的构造如图所示，在支架上作用有一力偶，其力偶矩M=200N.m，支架杆重不计，试求铰链B处的约束反力。,33,(习题4-8)：图示机构的自重不计。圆轮上的销子A放在摇杆BC上的光滑导槽内。圆轮上作用一力偶，其力偶矩为M1=2KN.m，OA=r=0.5m。图示位置时OA与OB垂直，=30，且系统平衡。求作用于摇杆BC上力偶的矩M2及铰链O、B处的约束反力。,34,4.4平面一般力系的简化和平衡,一.力线平移定理,可以把作用在刚体上点A的力F平行移到任一点B，但必须同时附加一个力偶，这个附加力偶的矩等于原来的力F对新作用点

8、B的矩。,35,力线平移定理的应用,36,二.平面一般力系向一点简化,平面一般力系向作用面内任一点简化可以得到一个主矢和一个主矩。这个主矢等于原力系中各力的矢量和，作用在简化中心；主矩等于原力系中各力对简化中心之矩的代数和。,37,三.平面一般力系的平衡方程,38,四.合力矩定理,平面一般力系的合力对作用面内任一点的矩等于力系中各力对同一点的矩的代数和。,39,(习题4-7)：试计算下列各图中力F对点O的矩。,40,（例4-11）：图示的水平横梁AB，在A端用铰链固定，在B端为一滚动支座。梁的长为4a，梁重G，重心在梁的中点C，在梁的AC段上受均布载荷q作用，在梁的BC段上受力偶M作用，力偶矩

9、M=Ga。试求A和B处的支座反力。,41,(附加习题5)：重力坝受力情形如图所示。设P=450kN，P2=200kN，F1=300kN，F2=70kN。求（1）力系的合力FR的大小和方向余弦；（2）合力与基线OA的交点到点O的距离x；（3）合力作用线方程。,42,(附加习题7)：自重P=100kN的T字形刚架ABD，置于铅垂面内，载荷如图，其中M=20kN.m，F=400kN，q=20kN/m，l=1m。试求固定端面A的约束反力。,P,F,M,D,B,A,l,l,3l,60,固定端约束,43,（习题4-10）：已知P=300kN，L=32m，h=10m；如图所示；求支座A、B的反力.,44,（

10、习题4-11）：如图所示，已知F1=F2=10kN；求在C点与此二力等效的力F的大小、方向及BC间的距离。,45,M,（习题4-12）：已知F，M，p，a；求分别在图4-66(a)、(b)情况下，支座A、B处的约束反力。,46,(习题4-13)：已知F=2000N，q=1000N/m，尺寸如图所示；求支座反力。,47,(习题4-14)：图示为曲柄冲床简图，由轮、连杆AB和冲头B组成。A、B两处为铰链连接。OA=R，AB=l。如忽略摩擦和物体的自重，当OA在水平位置、冲压力为F时，求：（1）作用在轮上的力偶矩M的大小；（2）轴承O处的约束反力；（3）连杆AB受的力；（4）冲头给导轨的侧压力。,4

11、8,(习题4-15)：如图所示曲柄滑块机构，已知曲柄OA=a，连杆AB=b，当活塞B受力F作用时，曲柄与水平线的夹角为。不计所有构件的重量和摩擦，试问在曲柄上作用的力偶矩M为多大时才能使机构平衡？,49,4.5摩擦,一.滑动摩擦,静摩擦力：两个相互接触的物体，当其接触表面之间有相对滑动的趋势，但尚保持相对静止时，彼此作用着阻碍相对滑动的力，该阻力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。,50,二.摩擦角和自锁现象,摩擦角,51,二.摩擦角和自锁现象,52,二.摩擦角和自锁现象,53,(例4-12)：有一绞车的制动装置，制动轮半径R=25cm，鼓轮半径r=15cm，鼓轮上悬吊重G=1kN的重物，尺寸a=

12、100cm，b=40cm，c=50cm，制动轮与制动块间的摩擦系数f=0.6。试计算要使重物不致落下，加在制动杆上的力F至少应为多大？,54,（习题4-16）：图示为砖夹持器的提砖情况，曲杆ACB和CHED在C点铰接，所提砖块重G=120N，提砖的力F作用在砖夹的中心线上，砖夹有关尺寸如图所示，如砖与砖夹间的静摩擦系数f=0.5。试问砖夹上b为多大时才能将砖夹起？,55,(习题4-17)：如图所示的均质木箱重P=5kN，它与地面间的静摩擦系数fs=0.4。图中h=2a=2m，=30。求（1）当D处的拉力F=1kN时，木箱是否平衡？（2）能保持木箱平衡的最大拉力F。,56,4.6空间力系,57,

13、一.力在空间坐标轴上的投影,58,二.力对轴的矩,59,三.力对轴的矩的解析式及合力矩定理,60,四.空间力系的平衡方程,61,（例4-15）：有一匀速转轴如图所示。已知胶带张力T1=800N，T2=300N，带轮的直径D=320mm，齿轮上的法向作用力Fn与齿轮圆周上水平切线间的夹角为20，齿轮的直径d=94.5mm。试求齿轮上的作用力Fn和轴承A、B两处的约束反力。,62,63,（习题4-18）：一曲轴由轴承A、B支承，在图所示水平位置时，已知图中所示F=1kN，=30，d=400mm，r=50mm，试求力F分别对三个坐标轴的矩。,64,（习题4-3）：图示为一不计自重的托架，B处是铰链支座，A处是光滑接触；托架在载荷F=2kN的作用下处于平衡。已知尺寸如图所示，求A、B两处的约束反力。,FB,65,（习题4-4）：一电动机安装在双支点梁AB的中点C，受到力偶矩为M的力偶作用，不计自重。若将它由梁的中点C搬到D点位置，如图中虚线所示，试问梁两端的支座反力是否改变？为什么？,66,（习题4-5）：如图所示，用多轴转床在水平工件上钻孔时，每个钻头对工件施加一压力和力偶。已知：三个力偶的矩分别为M1=M2=10N.m，M3=20N.m，固定螺柱A和