精密機(jī)械設(shè)計(jì) 第1章 精密機(jī)械零件的受力分析

1、第一章 精密機(jī)械零件的受力分析與平衡,力學(xué)的基本概念約束、約束反力與受力圖精密機(jī)械零件的受力平衡,§1 力學(xué)的基本概念,力是物體間的相互作用，這種作用使得物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，同時(shí)物體也發(fā)生了變形。 力的三要素：作用點(diǎn)、方向、大小. 力作用于物體，使得物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)稱為力的外效應(yīng)； 力使物體產(chǎn)生變形的效應(yīng)稱為力的內(nèi)效應(yīng)。,一.力的概念,二. 剛體的概念 就是在任何

2、力的作用下，物體的大小和形狀都保持不變的物體.（其實(shí)是忽略微小變形的理想化結(jié)果）,外力作用下物體視為剛體的情況：①研究物體受力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系時(shí)；②由平衡條件求解物體所受外力時(shí);,三.平衡 平衡是物體相對(duì)于地球處于靜止或勻速直線 運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。 作用在剛體上使剛體處于平衡狀態(tài)的力系稱為平衡力系。平衡力系應(yīng)滿足的條件稱為平衡條件。,1.二力平衡理論,,,圖1-2 剛體的平衡

3、 圖1-3 二力體的平衡,一個(gè)零件受兩個(gè)力的作用平衡，則此二力等值、反向、共線。,二力桿上二平衡力作用點(diǎn)的連線就是力的作用線。,四.靜力學(xué)公理,2.加減平衡力系理論,我們發(fā)現(xiàn)在作用于剛體上的任一力系中，加上或減去任意平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的效應(yīng)?！?作用于剛體上的力可沿其作用線移至剛體上的任一點(diǎn)，而不改變此力對(duì)剛體的作用效應(yīng)。這就是力的可傳性原理。,剛體的狀態(tài)在前后并沒有發(fā)生改變，即力的作用效應(yīng)相同。,注意：力的

4、可傳性原理僅僅適用于剛體?！?duì)于需要考慮形變的物體，力不能沿其作用線移動(dòng)，因?yàn)橐苿?dòng)后將改變物體內(nèi)部的受力和變形情況。,桿的受力與變形,,二力合成,,,,R,C,B,A,O,,,,F1,F2,R,C,A,O,合力大小,三角形法則,3.力的平行四邊形法則,4.三力平衡交匯定理（三力匯交是平衡的必要條件）,當(dāng)剛體受不平行的三個(gè)力作用（其中兩個(gè)力的作用線相交于一點(diǎn)）而平衡時(shí)，這三個(gè)力的作用線必匯交于一點(diǎn)。,根據(jù)此定理可以確定剛體在受不平行三

5、力而處于平衡時(shí)未知力的方向。,5.作用與反作用定律,F1、F2的合力Ｒ與F3平衡,§2 約束、約束反力與受力圖,在受力分析中通常把零件在某些方向的運(yùn)動(dòng)加以限制，這就是約束；把構(gòu)成約束的周圍物體稱為約束體;約束體作用于研究對(duì)象上的一定的力稱為約束反力.,約束反力的方向總是與約束體所能限制的運(yùn)動(dòng)方向相反，這是確定約束反力方向的一個(gè)原則。在機(jī)械零件的靜力學(xué)中，約束反力和物體所受的主動(dòng)力組成平衡力系，可用平衡條件求出約束反力。,

6、一.約束與約束反力,1.柔索約束,二.機(jī)械零件中常見的約束類型及其反力,約束反力沿繩索方向，且只能是拉力。,A,B,A,約束反力經(jīng)過接觸點(diǎn)沿光滑接觸面的法線方向，指向物體，稱為法向壓力或正壓力(不計(jì)摩擦)。,2.光滑面約束,分固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座和中間鉸鏈。,3.光滑圓柱鉸鏈約束,約束反力通過鉸鏈中心，方向和大小由主動(dòng)力決定。（兩個(gè)未知數(shù)）,固定鉸鏈約束,活動(dòng)鉸鏈,約束反力通過鉸鏈中心，垂直于支承面；不能承受水平方向的力。,中間

7、鉸鏈,在工程結(jié)構(gòu)中，兩端用光滑鉸鏈與其他物體連接起來的剛體桿，如果不計(jì)桿的自重且桿上無其他力作用，若桿處于平衡狀態(tài)，則該剛體桿是一個(gè)二力桿。剛體桿兩端所受到的兩個(gè)約束反力為一對(duì)平衡力,這兩個(gè)約束反力大小相等，方向相反，作用線相同。,三.受力圖,求解靜力平衡的問題時(shí)，必須首先進(jìn)行受力分析:1.將研究對(duì)象從周圍的約束中分離出來，即解除約束;2.畫出其所受全部力的簡圖(畫出主動(dòng)力,用約束反力代替約束);,§3 精密機(jī)械零件的受力

8、平衡,物體受力的平衡條件必須滿足： 1.力系中各力沿任一方向的分力的代數(shù)和為零。 2.力系中各力對(duì)任意點(diǎn)（軸）的力矩的代數(shù)和為零。,一.共線力的平衡,在平面力系中，物體平衡的必要條件是: 各力的矢量和為零，即 ∑F=0;或各力在平面坐標(biāo)系x,y兩軸上投影代 數(shù)和均為零.除此之外，還應(yīng)該具備物體平衡的充分條件，即滿足各力對(duì)平面內(nèi)任意一點(diǎn)的力矩和也為零，即∑MO(F)=0 。,二.平面力系的平衡,空間力系的平衡 必須具有六個(gè)平

9、衡條件，各力在x,y,z三軸方向投影的代數(shù)和等于零，繞Ox,Oy,Oz三軸的力矩和等于零:,三.空間力系的平衡,例: 設(shè)有一水平構(gòu)件AB，用固定鉸鏈支座及軟繩與墻壁連接，AB上作用著負(fù)荷P1 = 40 N，P2 = 100 N，構(gòu)件自重忽略不計(jì)，如圖1-20(a)所示。求繩內(nèi)拉力T及A點(diǎn)鉸鏈作用于構(gòu)件的反力R。,解: 取構(gòu)件AB作為研究對(duì)象，作其受力圖，力系中有三個(gè)未知量，分別是T，R與θ;應(yīng)用三個(gè)平衡方程式，得,，,,T = 1