机械设计基础(理论力学).ppt

机械设计基础机械设计基础绪论o一、机械设计课程的地位和作用o1、研究对象原动机原动机工作部分工作部分传动部分传动部分控制部分控制部分绪论o2、本课程在教学中的地位o本课程是几乎所有工科专业必修的一门重要的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。专业基础课程。o承前启后，为学习专业机械设备课程提供必要承前启后，为学习专业机械设备课程提供必要的理论基础。的理论基础。绪论o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力学基础工程材料工程材料工程机构工程机构机械传动机械传动连接轴系零件及其它连接轴系零件及其它绪论o三、机械设计基础课程的学习方法o本课程是一门理论与实践双强的课程，既需要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。理论的理解，又需要动手实践。o理论联系实际，结合课后的工程训练和练习题理论联系实际，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学习理论知识；充分重视平时的实验课和最后的课程设计。的课程设计。o需要用到先修的课程知识，例如：机械制图、需要用到先修的课程知识，例如：机械制图、机械制造等。机械制造等。第一部分 工程力学基础o第一章第一章 构件的受力分析与计算（理论力学）构件的受力分析与计算（理论力学）o第二章第二章 构件的承载能力分析（材料力学）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o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o掌握静力学基本知识、四个基本公理；掌握工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程中常见的约束类型，熟练绘制典型机构的受力图力图o掌握力系计算的基础知识；掌握平面力系平衡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方程及其应用o了解空间力系概念，掌握轴类零件平衡问题的了解空间力系概念，掌握轴类零件平衡问题的平面解法。平面解法。4.4.力的单位：力的单位：国际单位制：牛顿国际单位制：牛顿(N)千牛顿千牛顿(kN)一、力的概念一、力的概念1定义定义：2.力的效应：力的效应：运动效应运动效应(外效应外效应)变形效应变形效应(内效应内效应)。3.力的三要素：力的三要素：大小，方向，作用点大小，方向，作用点AF力是物体间的相互机械作用。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o二、刚体二、刚体o静力学中对物体进行分析的力学模型。静力学中对物体进行分析的力学模型。o在外力作用下，其几何尺寸和形状都不会发生变化的物在外力作用下，其几何尺寸和形状都不会发生变化的物体。现实中不存在。体。现实中不存在。o三、平衡三、平衡o物体在力或力系的作用下相对于惯性参考系保持静止或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。匀速直线运动的状态。o对机械结构或零部件进行静力分析计算的基础。对机械结构或零部件进行静力分析计算的基础。o四、静力学公理第一章 静力学基本知识公理公理：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。践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理公理1 1 二力平衡公理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：作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力这两个力大小相等大小相等|F1|=|F2|，方向相反方向相反 F1=F2，作用在同一直线上作用在同一直线上。刚体F1F2说明说明 二力杆二力杆：不计自重，作用线沿两个作用点的连线，：不计自重，作用线沿两个作用点的连线，与杆的形状无关。与杆的形状无关。对变形体对变形体(或多体中或多体中)来说，上面的条件只是必要条件。来说，上面的条件只是必要条件。二力杆二力杆对刚体来说，上面的条件是充要的。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。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。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：因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。大小，方向，作用线。公理公理2 2 加减平衡力系原理加减平衡力系原理推论推论1：力的可传性原理：力的可传性原理公理公理3 3 力的平行四边形法则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。成的平行四边形的对角线来表示。力的三角形法则力的三角形法则力的三角形法则力的三角形法则FRFR 刚刚体体受受三三力力作作用用而而平平衡衡，若若其其中中两两力力作作用用线线汇汇交交于于一一点点，则则另另一一力力的的作作用用线线必必汇汇交交于于同同一一点点，且且三三力力的的作作用用线线共共面面。（必必共共面面，在在特特殊殊情情况况下下，力力在在无无穷穷远远处处汇汇交交平平行行力力系系。）推论推论2：三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 三力三力 必汇交，且共面。必汇交，且共面。证证 为平衡力系，为平衡力系，也为平衡力系。也为平衡力系。又又 二力平衡必等值、反向、共线，二力平衡必等值、反向、共线，FR公理公理4 4 作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。等值、反向、共线、异体、且同时存在。例例 吊灯18181 1）自由体自由体：2 2）非自由体非自由体：可以任意运动（获得任意位移）的物体。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。不可能产生某方向的位移的物体。五、约束与约束反力1 1、约束与约束反力的概念、约束与约束反力的概念大小常常是未知的；大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。作用点在物体与约束相接触的那一点。约束力约束力特特 点：点：G约束力：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。非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。约束：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。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。）（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）FGFN1FN2五、约束与约束反力o2 2、工程中常见的约束类型、工程中常见的约束类型1 1）柔性体约束：）柔性体约束：由柔软的绳索、链条或皮带构由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束。成的约束。绳索类绳索类绳索类绳索类只能受拉只能受拉只能受拉只能受拉，约束反力约束反力约束反力约束反力作用在接触点作用在接触点作用在接触点作用在接触点，方向方向方向方向沿绳索背离物体沿绳索背离物体沿绳索背离物体沿绳索背离物体。TF F1 1F F2 2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。F F1 1F F2 2柔绳约束柔绳约束胶带构成的约束柔索约束柔索约束约束反力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向方向沿公法线，指向受力物体沿公法线，指向受力物体2 2）光滑面约束光滑面约束PNNPNANBNN凸轮顶杆机构3 3 ）光滑的圆柱铰链约束）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(a)固定铰支座固定铰支座 （用（用N表示）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，方向不定体被约束处圆孔中心，方向不定光滑圆柱铰链约束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表示固定铰支座上摆上摆上摆上摆销钉销钉销钉销钉下摆下摆下摆下摆固定铰支座中间铰中间铰铰销钉销钉中间铰中间铰（b）活动铰支座）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上摆上摆上摆销钉销钉销钉销钉底板底板底板底板滚轮滚轮滚轮滚轮活动铰支座六、物体的受力分析和受力图o1、画受力图的方法与步骤：、画受力图的方法与步骤：o1 1）取分离体（研究对象）取分离体（研究对象）o2 2）画出研究对象所受的全部主动力（使物体产）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）生运动或运动趋势的力）o3 3）在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约）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）束反力（研究对象与周围物体的连接关系）选研究对象，取分离体；选研究对象，取分离体；画上主动力画上主动力 去除约束，画出约束反力。去除约束，画出约束反力。例例OWFDFEFAxFAyFBFAFBABDABDG2 2、画受力图应注意的问题、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，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。接触处必有力，力的方向由约束类型而定。2）不要多画力）不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对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。它是哪一个施力体施加的。1）不要漏画力）不要漏画力约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不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，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。不要把箭头方向画错。3）不要画错力的方向）不要画错力的方向 即受力图一定要画在分离体上。即受力图一定要画在分离体上。4）受力图上不能再带约束。）受力图上不能再带约束。一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有一个力，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，原系统的部分可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。内力，就成为新研究对象的外力。对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。部或单个物体的受力图上要与之保持一致。5）受力图上只画外力，不画内力。）受力图上只画外力，不画内力。6）同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相）同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相 互协调，不能相互矛盾。互协调，不能相互矛盾。7）正确判断二力构件。）正确判断二力构件。作业o课后练习 o1-13少壮不努力，老大徒悲伤。