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1静力学基础静力学基础1 静静 力力 学学 1、研究对象-静力学是研究物体在力系作用下静力学是研究物体在力系作用下 平衡规律的科学。平衡规律的科学。2、研究内容-（1）力系的简化；）力系的简化；（2）力系的平衡。）力系的平衡。2静力学基础静力学基础1 (1)(1)内内 容容 提提 要要1.1.静力学中的基本概念静力学中的基本概念2.2.静力学公理静力学公理3.约束和约束力约束和约束力3静力学基础静力学基础11-1.静力学中的基本概念一、力的概念力是物体相互间的机械作用。力是物体相互间的机械作用。运动效应（外效应）运动效应（外效应）：使物体的运动状态改变。使物体的运动状态改变。（理论力学）（理论力学）变形效应（内效应）变形效应（内效应）：使物体发生变形。使物体发生变形。（材料力学）（材料力学）1 1、力的定义力的定义4静力学基础静力学基础12 2、力的三要素：大小、方向、作用点、力的三要素：大小、方向、作用点力的图示力的图示FP普通字母普通字母力的大小（力的大小（F）黑体字母黑体字母力矢。（力矢。（F）可用矢量表示力。遵循矢量的运算法则采用有向线段表示用黑体字母表示矢量力的单位：N，kN5静力学基础静力学基础13 3、等效力系、等效力系等效力系：等效力系：如果作用于物体上的一个力系可用另一个如果作用于物体上的一个力系可用另一个力系代替，而不改变原力系对物体的力系代替，而不改变原力系对物体的外效应外效应，则这两个，则这两个力系称为等效力系。力系称为等效力系。=F1FmF2P1P2Pn力系（F1，F2，Fm）与力系（P1，P2，Pn）等效力系：力系：作用在物体上的若干个力的总称。作用在物体上的若干个力的总称。合力：合力：如果一个力如果一个力FR与一个力系与一个力系（F1，F2，Fn）等等效，则力效，则力FR称为力系的合力，而力系中的各力称为合力称为力系的合力，而力系中的各力称为合力FR的分力。的分力。6静力学基础静力学基础1二、刚体的概念刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小都不发生 改变，即受力后任意两点之间距离不变的物体。对刚体而言力只产生对刚体而言力只产生运动效应运动效应。1）理想化的力学模型。2）不应把刚体的概念绝对化。7静力学基础静力学基础1刚 体FFF FF F F F8静力学基础静力学基础1变变 形形 体体FFF FF F F F9静力学基础静力学基础1研究塔机不致倾倒，确定所需配重刚体变形体对于塔机和组成塔机的每一根杆件10静力学基础静力学基础1三、平衡的概念平衡平衡 是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于静止是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于静止 或作匀速直线运动的状态。或作匀速直线运动的状态。平衡力系平衡力系：作用在物体上正好使之保持平衡的力系。作用在物体上正好使之保持平衡的力系。若（若（F1，F2，Fn）使物体平衡，则称为平衡力系。）使物体平衡，则称为平衡力系。F2F1Fn平衡条件！11静力学基础静力学基础1作用在作用在同一刚体同一刚体二个力，使刚体平衡的充分、必要条件：二个力，使刚体平衡的充分、必要条件：此二力等值、反向、共线。此二力等值、反向、共线。一、二力平衡公理1-2.静力学公理F1F2BA变形体？12静力学基础静力学基础1二力构件（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。受力特点：所受两力受力特点：所受两力 必沿两力作用点连线。必沿两力作用点连线。FBABFACDF1F213静力学基础静力学基础1在作用于在作用于刚体刚体上的任一力系中，加上或减去一个平衡力系，并上的任一力系中，加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应不改变原力系对刚体的作用效应。二.加、减平衡力系公理 作用在刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变该力对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。刚体的作用效应。力在刚体上的的可传性力在刚体上的的可传性14静力学基础静力学基础1AFBF1=-F2=F适于同一个刚体AFBF1F2=ABF1=15静力学基础静力学基础1 力对刚体的作用决定于：力的大小、方向和作用线（力是滑动矢量）。注意：1、力的可传性只适用于刚体，而不适用于变形体。16静力学基础静力学基础12、力的可传性只能沿力的作用线移到刚体内的任意点，而不能移到别的刚体上。?17静力学基础静力学基础1三、力的平行四边形法则FRF1F2ABDF1ABF2CCFRFR=F1+F2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，由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。18静力学基础静力学基础1F1F2ABDCFRFRF1CF2AD逆过程也成立。一般正交分解。逆过程也成立。一般正交分解。FRF1F219静力学基础静力学基础1=F3C 刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力作用线必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。共面且汇交于一点。三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 （P27P27）证：证：F1，F2，F3 是不平行的三个相互平衡的力是不平行的三个相互平衡的力F2F1F3oABC力的可传性力的可传性oF1F2将力将力F1，F2移到其汇交点移到其汇交点oFR12平形四边形法则平形四边形法则力力 F3 应与应与 FR12 平衡平衡两力平衡定理两力平衡定理F3与与 FR12共线共线 得合力得合力FR1220静力学基础静力学基础1两物体间相互作用的力，总是等值、反向、共线，两物体间相互作用的力，总是等值、反向、共线，并分别作用在这两个物体上。并分别作用在这两个物体上。四.作用与反作用定律GFNFN1G（FN，FN1）是作用力与反作用力。）是作用力与反作用力。（G，FN1）是一对平衡力。）是一对平衡力。21静力学基础静力学基础1五.刚化原理 变形体在已知力系作用下处于平衡，如果设想将此变形体刚化为刚体，则其平衡状态不变。22静力学基础静力学基础1思考题：思考题：1.区分异同区分异同力力 与力与力 等效等效大小相同大小相同方向相同方向相同大小相同大小相同大小相同大小相同方向相同方向相同作用线相同作用线相同23静力学基础静力学基础1思考题：思考题：2.只适用于刚体的公理或定理有哪些？只适用于刚体的公理或定理有哪些？3.二力构件的定义？与形状有关吗？二力构件的定义？与形状有关吗？二力平衡公理、加减平衡力系公理二力平衡公理、加减平衡力系公理力的可传性、三力平衡汇交定理力的可传性、三力平衡汇交定理24静力学基础静力学基础1 1-3 1-3 约束和约束力约束和约束力1.自由体与非自由体非自由体：因受到周围物体的限制，不能沿某些方向运 动的物体。（如灯绳、合页轴、列车）自由体：能在空间中自由运动的物体。（飞机、鸟）一、关于约束的一、关于约束的 概念概念25静力学基础静力学基础1（1）约束：阻碍物体运动的限制物。（2）约束力：约束作用于被约束物体上力。方向：与所限制物体运动趋势的方向相反。作用点：约束与被约束物体的接触处。约束力大小：未知待求。2.2.约束和约束力约束和约束力主动力：主动引起物体运动或使物体有运动趋势的力。26静力学基础静力学基础11 1、柔体约束、柔体约束（柔绳、皮带、链条等柔绳、皮带、链条等）二、工程中常见的几种约束类型及其约束力二、工程中常见的几种约束类型及其约束力缆缆 索索27静力学基础静力学基础1特征：只限制沿柔索中心线伸长方向的运动。只限制沿柔索中心线伸长方向的运动。约束力沿柔索的中心线，背离被约束的物体。沿柔索的中心线，背离被约束的物体。（拉力）（拉力）28静力学基础静力学基础1GFAFBFCFDFEGABCDE29静力学基础静力学基础1 2 2、光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑面约束F FF FF F30静力学基础静力学基础1约束力通过接触点，方向沿接触面的公法线并指向被约束体。约束力通过接触点，方向沿接触面的公法线并指向被约束体。B CAG公法线公法线FNFAFBFC（压力）（压力）光滑面约束特点：光滑面约束特点：31静力学基础静力学基础1 光滑接触面约束实例光滑接触面约束实例光滑接触面约束实例光滑接触面约束实例32静力学基础静力学基础1齿齿 轮轮 啮啮 合合 力力F FR RF FR R 33静力学基础静力学基础1滑滑槽槽与与销销钉钉34静力学基础静力学基础1滑槽与销钉滑槽与销钉F FR R35静力学基础静力学基础13 3光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束 用销钉连接两个钻有相同大小孔径的构件构成铰链约束用销钉连接两个钻有相同大小孔径的构件构成铰链约束。36静力学基础静力学基础1 当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变37静力学基础静力学基础1约束力作用在与销钉轴线垂直的平面内，作用在与销钉轴线垂直的平面内，并通过并通过销钉中心。方向待定。通常用两个相互垂直的分力表示。FFFxFy38静力学基础静力学基础1链杆：两端铰接，中间不受力的直杆。（二力杆）链杆：两端铰接，中间不受力的直杆。（二力杆）ABABFAFBAFA反力反力：沿链杆中心线，其指向或被离物体（拉力），：沿链杆中心线，其指向或被离物体（拉力），或朝向物体（压力）。或朝向物体（压力）。（1）链杆约束）链杆约束39静力学基础静力学基础1（2）固定铰支座（固定铰支座（底座固定底座固定）约束力通过圆孔中心，方向待定。F Fy yF Fx xF F40静力学基础静力学基础141静力学基础静力学基础1（3）可动铰支座：底座与支撑面间有辊轴。（辊轴支座）可动铰支座：底座与支撑面间有辊轴。（辊轴支座）约束力：垂直于支撑面，通过销钉中心，指向可假设。F FF F42静力学基础静力学基础143静力学基础静力学基础1铰链连接实例：铰链连接实例：44静力学基础静力学基础1铰铰45静力学基础静力学基础1轴线轴线FAyFAx4、轴承约束、轴承约束（1）滑动轴承）滑动轴承（sliding bearing）：在滑动摩擦下工作的轴承。在滑动摩擦下工作的轴承。约束力通过轴心，用互相垂直的两个分力表示。约束力通过轴心，用互相垂直的两个分力表示。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。46静力学基础静力学基础1滚动轴承（rolling bearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。（2 2）滚动轴承）滚动轴承47静力学基础静力学基础1（A）向心轴承：）向心轴承：主要用于承受径向载荷的滚动轴承。主要用于承受径向载荷的滚动轴承。轴线轴线FAyFAx48静力学基础静力学基础1（B）止推轴承）止推轴承约束力用垂直轴向和沿轴向的三个分力表示，方向待定。约束力用垂直轴向和沿轴向的三个分力表示，方向待定。FxFzFy除能限制轴沿径向移动外，还能阻止轴沿轴线方向移动。除能限制轴沿径向移动外，还能阻止轴沿轴线方向移动。止推轴承一般是由两个止推垫片或更多止推垫片和若干滚动体组成。止推轴承一般是由两个止推垫片或更多止推垫片和若干滚动体组成。49静力学基础静力学基础11.力的定义力的定义力是物体相互间的一种机械作用。力是物体相互间的一种机械作用。总总 结结 2.力的三要素：大小、方向、作用点。力的三要素：大小、方向、作用点。3.刚体的概念刚体的概念刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小 都不发生都不发生 改变，且内部各点之间距离不变的物体。改变，且内部各点之间距离不变的物体。50静力学基础静力学基础14.平衡的概念平衡的概念平衡平衡 是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于 静止或作匀速直线平动的状态。静止或作匀速直线平动的状态。总总 结结 5二力平衡公理二力平衡公理7.加、减平衡力系公理加、减平衡力系公理6.二力构件二力构件（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。二力构件受力特点：所受两力二力构件受力特点：所受两力 必沿两力作用点连线。必沿两力作用点连线。8.力的可传性力的可传性51静力学基础静力学基础19.力的平行四边形法则力的平行四边形法则总总 结结 10.三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理刚体受不平行的三力作用而平衡时，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。此三力作用线必共面且汇交于一点。11.作用、反作用定律作用、反作用定律两物体间相互作用的力，总是等值、两物体间相互作用的力，总是等值、反向、共线，并分别作用在这两个物体上。反向、共线，并分别作用在这两个物体上。52静力学基础静力学基础11.只要作用在刚体上的三个力汇交于一点，该刚体一定平衡。只要作用在刚体上的三个力汇交于一点，该刚体一定平衡。2.只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。3.物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小 相等、方向相反，沿同一直线。相等、方向相反，沿同一直线。问问 题题 判判 断断53静力学基础静力学基础11、只要作用在刚体上的三个力汇交于一点，该刚体一定平衡。、只要作用在刚体上的三个力汇交于一点，该刚体一定平衡。（错）（错）2、只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。、只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。（错）（错）3、物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小、物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小 相等、方向相反，沿同一直线。相等、方向相反，沿同一直线。（错）（错）问问 题题 判判 断断 答答 案案