第一章物体的受力分析及平衡条件

1、化工设备的机械基础、序言、一门课程介绍本课是化学专业及其附近非机械类专业的专业方向必修课。 传授必要的机械设计基础知识，具备进行一般化工设备分析和设计的能力。 2、课程内容，(1)力学基础理论力学(静力学):解除作用于部件上的外力的工程材料力学：部件受力后的基本变形(拉伸、压缩、弯曲、扭曲)。 压力容器的设计a .化工设备常用材料介绍化工设备常用材料的性能、分类、热处理方法b .中、低压化工容器设计薄膜理论内、外压容器设计方法、容器零件设计； (3)典型的化工设备、反应釜、管壳式换热器、塔设备，这些设备应满足什么样的生产技术要求，结构该怎么办？是什么材料，如何制造的？压力、抵抗温度的能力如何？

2、安全经济性如何？课程类型：考试课考试形式：闭卷考试(70% )辅助形式：工作(15% )上班(15% )计划学时： 40学时，3 .教育要求和计划，第一篇力学基础， 刚体的受力分析和平衡规律金属的力学性能3 .受力(推构件的强度计算和受力构件的使用计算4 .直梁的弯曲5 .圆轴的扭转第一章简化刚体的受力分析和平衡规律，平衡，力系的，静力学-物体研究在力的作用下处于平衡规律，平衡：保持静止，等速直线运动，静力学任务，研究对象：构件和、构件力学模型外力变形强度、刚性、稳定性设计验证，本章的任务：弄清处于平衡状态的构件上的所有外力(个数、作用线位置、大小)的一力的概念及其性质二刚体的受力分析三平面交

3、系统的简化和平衡四力矩、偶力， 力的平移定理五平面一般力系的简化和平衡六静力学问题解决方法的总结，第一节力的概念及其性质，一、基本概念，一、力：是物体间的相互作用，该作用使物体的机械运动状态发生变化或使物体变形。 力的三要素：大小、方向、作用点、力的单位： n (牛顿)、kN (千牛)、2，刚体：在任何情况下都不变形的物体(理想的力学模型，忽略内部效应)，3，力的表现方法.力的大小： f、g、q向量： f、g、q，集中力、分布力，2 1、力的传递性力的传递性原理：作用于刚体的力可沿其作用线移动到刚体的任意点，F1=F2=F，2，力的对称作用反作用力的规律：力反作用力同时产生，同时消失，同值、反

4、方向、共线、平行四边形的规律：作用于同一点的两个力成为一个合力即，合力等于两点力的矢量和。 力的一致性：0，力可以分解为两个力的平行四边形法则：无数解，4，力的分离性：力的消化性：一个力对物体的外在效果可以通过作用于另一个或几个相同物体上的外力所产生的外在效果来抵消。 平衡力系：平衡物体的几个外力。5，力的消化性，(1)二力平衡法则：当两个力作用于物体上平衡时，外力的等价、反方向、共线。 双力杆：是用双力平衡的部件。 (2)三力平衡定理：如果一个物体受到三个力而平衡，当两个力的作用线与一个点相交时，第三个力的作用线必定与同一点相交。 一、约束和约束反作用力的基本概念：能动力：引起物体运动状态的

5、变化和运动状态的变化倾向的力。 约束反作用力：阻碍物体运动状态变化的力。 自由体：只有能动力，完全自由运动的物体。非自由体：受限制而不能完全自由活动的物体。 约束：限制非自由体运动的物体。 第二节刚体的受力分析，(1)在柔软体被直线化时发挥约束作用。 (2)约束反作用力作用线沿着柔软体延伸的方位向外运动，从被约束物体离开。 是离开的力量。 1 .由柔软的绳索、链条或皮带构成的柔软体约束，约束反作用力作用于接触点，方向是指沿公法线受到力的物体，朝向点的力。 2 .光滑的接触面约束(没有光滑的手指摩擦)、a，二刚体分离的要点，(1)取分离体：根据问题的要求确定研究对象，将其从周围物体的约束中分离出

6、来，单独描绘研究对象的轮廓模式(2)受力分析是努力的，而不是努力的(3)除了重力、电磁力以外，只有与研究对象直接接触的物体才能发挥有力的作用。 (4)画约束反作用力：利用二力棒定理和三力平衡交交定理来决定力线方向，力的指向不能判定时可以任意假定，画约束反作用力的情况下必须沿着约束的固有性质画，不能主观地推测！ /图为三角支架，由两根杆和三根销组成。 a、c把杆连接在墙面上，销b连接两根杆。 在AB杆的中央放置重物时，尝试确定AB杆两端的约束反作用力线方位(与杆自身的质量无关)，第三节平面交叉系统的简化和平衡，平面系统：作用于刚体的外力都在同一平面上。 平面交叉系统：平面系统中的诸力相交于一点。

7、 平面平行力系：平面力系中的诸力相互平行。 平面一般系统：平面系统中的诸力既不平行于一点也不平行。 平衡条件：作用于刚体的所有外力的合力等于0。 另一方面，平面交叉系统的简化，X=Fcos，Y=Fsin，1，力向轴的投影，2，力的分解：一个力可以无限制地分解成无数的组力。 只有在直角坐标系中，分力的大小等于投影。 结论：3，3，合力投影定理，8756； 4、简化分析法，5，平面交叉系的平衡方程式及其应用，1 )研究对象-系的汇合点a，3 )坐标系的建立，4 )对应的平衡方程式的列举，5 )解方程式，解：2 )经过努力，例如：重量g的均质球放在板AB和壁AC之间，d、e两处平滑忽略图示尺寸的板A

8、B的质量，求出a处的约束反作用力和绳索的拉伸力，一、力的基本性质二、约束类型和特征和刚体受到力，分析二力平衡法则三力平衡法则，平面分析平衡力系统的平衡方程式，知识回顾：f力使物体绕o点旋转的效果的物理量o被称为力矩中心。 从点到力的作用线的垂直距离叫做力臂。 力矩单位：牛顿米(Nm )或牛顿米(kNm )、第四节力矩、偶力、力的平移定理、一、力矩、一、力f对o点的力矩不仅取决于力的大小，还取决于力矩心的位置，2，力f是任何点的力矩此时，力臂和力的大小不变3、力的作用线通过力矩心时，力矩的特征：4、相互平衡的二力对同一点的力矩的代数和等于零5 .作用于物体内外的任意点上的力二、偶力和偶力，1、概

9、念对的等价、反方向、力作用线不重叠的力称为偶力。 记为(f，f )。 偶力中有两个力的平面称为偶力作用面。 两个力作用的线之间的垂直距离叫做偶臂。h，偶力矩：偶力对物体旋转效应的测量，偶力的两个力对作用面内任意点的矩的代数和常数，与矩的中心位置无关，都等于该偶力的偶力矩。 力矩单位：牛顿米(Nm )或牛顿米(kNm )，方法：(1)等价转换性在同一平面内的两个偶力，只要它们的偶力力矩的大小相等，旋转方向相同，偶力一定相等。2、偶力的性质、1、偶力不影响对物体的作用效果，可以在作用面内任意移动2 .在不改变偶力力矩的大小和方向的条件下，不影响对物体的作用，可以任意改变力和偶力臂的大小。 重要的推

10、论(不适用于变形体):(3)可合成性(等价置换)，(2)基本物理量：偶力是两个力，但不能用一个力等价置换。 (代替偶力的只有偶力相同的另一个偶力)在物体的同一平面上作用有两个以上的偶力，这些偶力可以用一个偶力代替，平面偶力系的合成结果是合力偶力，合力矩等于已知的分力偶力矩的代数和。 平面偶系平衡的必要条件和充分条件是偶系的各偶系力矩的代数和等于零。 例如，在汽缸上开4个相同的孔，现在，对每个孔推定切削力矩m1=m2=m3=m4=m=-15Nm，用多轴钻床同时开这些孔时，工件受到的总切削力矩是多少，解：作用于汽缸因为在同一平面内，这4个偶力的合力力矩是：负号表示偶力力矩顺时针方向旋转。 知道总切

11、削力矩后，可以考虑夹紧对策来设计夹具。 三、力的平移定理、力的平移定理：作用于刚体的力可以平移到刚体的任意指定点，为了不改变力作用于刚体的效果，必须同时附加偶力。 附加该偶力的偶力力矩等于力对新作用点施加的力矩，依赖于力绕新作用点的旋转方向。 例如：说明下面4个现象：在1张桌子上平整圆盘，从圆盘的重心o施加水平力F(a )，圆盘向右平移的2个盘的边缘(b )上施加力f，盘向右平移的同时， 如果还发生质点o的顺时针旋转，并嵌入在3圆盘的中心开有孔而立着的固定轴上(c )，则圆盘作用于只能绕固定轴旋转的4圆盘的是偶力，则无论圆盘有无固定轴，都会产生单纯的旋转，第五节平面的一般系统的简化和平衡， 定

12、义：作用于物体的所有力的作用线分布在同一平面内，不交叉同一点，也不相互平行，该力系称为平面一般力系(简称平面力系)，力学规则： 1平面力系可以等价代替的2同平面内的偶力系可以与一个合力偶力系等价替换的3个力向任何点直线移动一、平面一般力系的简化，o-简化中心，o .MO .o .d .o .1、平衡方程式的基本形式平面一般力系平衡=0，MO=0，二、平面一般力系的平衡方程式及其应用，平面一般力系的平衡方程式：例如图是升降操作台， 在其自重G1=10kN工作负荷F=4kN，在c点连接在工作台上的绳索绕过带轮e，在末端施加重力g的重物，安装在台边的a、b两辊能够使工作台沿着轨道上下滚动。 求出软电缆的张力和作用于a、b两轮的反作用力(摩擦力除外)。 解：Y=0到T-F -G1=0 T=F G1=4 10=14kN，从扭矩平衡方程式到MC (f )=01nb-1.2g1- 1.5f=0