01构件的静力分析.ppt

机器的运行是由于力的作用引起的，构件的受力情况直接影响机器的工作能力。力是物体间相互的机械作用。力的作用有两种效应：使物体的机械运动状态发生变化和使物体的形状发生改变，前者称为运动效应，后者称为变形效应。力系是指作用于被研究物体上的一组力。物体平衡时的力系称为平衡力系。刚体就是指在力系作用下不会变形的物体。一、力的三要素力对物体的作用效应，决定于力的大小、方向和作用点。这三个因素通常称为力的三要素，当这三个要素中任何一个改变时，力的作用效应就会改变。力的单位采用牛（N）或千牛（kN）。力是矢量，可用一带箭头的有向线段表示。图中的有向线段AB，按一定的比例尺所作的线段长度AB表示力的大小；箭头的指向表示力的方向；线段的起点（或终点）表示力的作用点；通过力的作用点沿力的方向的直线称为力的作用线。二、静力学公理1．二力平衡公理刚体仅受两力作用而保持平衡的充分必要条件是：两力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。如图所示，即F1=F22．加减平衡力系公理在任意一个已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不会改变原力系对刚体的作用效应。力的可传性推理：作用在刚体上的力，沿其作用线移到刚体上任意一点，不会改变它对刚体的作用效应。3．平行四边形公理作用于物体上某一点的两个力，可以合成为一个合力，其作用点也在该点，合力的大小和方向由两已知力为边所构成的平行四边形的对角线确定。此公理也称为平行四边形法则。力的合成法则可写成矢量式F=F1+F2运用前面的公理，还可以得出三力平衡汇交定理：
若刚体受到同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时，则该三力的作用线必汇交于一点。如图所示刚体受到三个互不平行的力F1、F2和F3作用，当刚体处于平衡时，三力的作用线必汇交于O点。
4.作用力与反作用力公理两物体之间的作用力与反作用力，总是同时存在，且两力等值、反向、共线，分别作用在这两个物体上。车刀在工件上切削，车刀作用在工件上的切削力为Fp，与此同时，工件必有一反作用力Fp’作用在车刀上。这两个力Fp，、Fp’总是等值、反向、共线的。必须注意，由于作用力与反作用力作用在两个物体上，因此不能说成是一对平衡力。三、约束与约束反力在工程中，构件总是以一定的形式与周围其它构件相互联接的，例如转轴受到轴承的限制，使其只能产生绕轴心的转动；汽车受到地面的限制，使其只能沿路面运动等。这种限制物体运动的周围物体，称为约束。上面的轴承就是转轴的约束，地面是汽车的约束。物体的受力可分为两类：主动力和约束反力。主动力是指使物体产生运动或运动趋势的力，如物体的重力、零件的载荷等。而约束对物体运动起限制作用的力称为约束反力。由于约束的作用是限制物体的运动，所以约束反力的方向总与限制的运动方向相反，其作用点在约束与被约束物体相互连结或接触之处。工程中约束的种类很多，下面介绍几种典型的约束模型。（一）柔性约束由线绳、链条或胶带等非刚性体所形成的约束。它们只能受拉不能受压，约束反力的方向沿着中心线而背离被约束物体。约束反力通常用符号FT来表示。图中线绳上的约束反力FT1和FT2。（二）光滑面约束物体与光滑面成点、线、面刚性接触（摩擦力很小，可忽略不计）所形成的约束。其约束反力的方向沿为接触表面的公法线并指向被约束物体。这种约束反力也称为法向反力，通常用符号FN来表示，如图中的FN。（三）光滑铰链约束物体经圆柱铰链连接所形成的约束。如图a所示根据光滑面约束反力的特点，销钉对物体的约束反力应沿接触点K处的公法线通过物体圆孔中心（即铰链中心）。但因为主动力的方向不能预先确定，接触点不能确定，所以约束反力FR的方向也不能预先确定。画约束反力FR时，通常用两个通过铰链中心的互相垂直的分力Fx和Fy来表示，如图b所示。根据被连接物体的形状、位置及作用，光滑圆柱铰链约束又可分为：中间铰链约束，如图a；固定铰链支座约束，如图b和活动铰链支座约束，如图c。由于活动铰链支座约束只能限制物体沿支承面法线方向的运动，因此其约束反力FR的作用线通过销钉中心且垂直于支承面。（四）固定端约束物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束，称为固定端约束。如车床刀架上的刀具（图a）、卡盘上的工件（图b）等都属于这种约束。固定端约束的构件可以用一端插入刚体内的悬臂梁来表示（图a），这种约束限制物体沿任何方向的移动和转动，其约束作用包括限制移动的两个正交约束反力FAx、FAy和限制转动的约束反力偶MA（图c）。四、受力图在对物体进行受力分析时，为了清楚地表示物体的受力情况，需将研究对象从周围的物体中分离出来，即解除全部约束，成为分离体。为了使分离体的受力情况与原来的受力情况一致，必须在分离体上画出所有主动力，在解除约束的地方画出相应的约束反力。这样所得到的画有分离体及其全部主动力和约束反力的简图称为受力图。例1-1重W的均质圆球O，由