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机械设计基础
Machine Design Foundation
1.1力的概念及性质 1.2约束与约束反力 1.3 物体的受力分析与受力图 1.4力的投影与合力投影定理 1.5 力矩与力偶 1.6 力系的平衡方程及其应用
教学内容
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性质4 作用与a)反作用定律
b)
两物体间的作用力和反作用力总是同时存在，
且两力的大小相等、方向相反、作用线相同，分
别作用在两个相互作用的物体上。
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1.2 约束与约束反力
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Machine Desig法则
作用于物体上某点 的两个力，可以合成 为一个合力。合力也 作用于该点。合力的 大小和方向可由此二 力为邻边所构成的平 行四边形的对角线确 定。
力的概念与性质
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力的概念与性质
推论2 三力平衡汇交定理
若刚体在三个互不平行的力作用下处于平衡状 态，则此三力必共面且汇交一点。
反力：约束反力只能是压力，作用在接触点，方向 沿接触面的公法线指向被约束物体。这种约束反力 也常称作法向反力，用符号FN表示。
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工程上常见的平面约束
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工程上常见的平面约束
3.圆柱铰链约束
重点难点
重点：平面力系的平衡方程及其应用 。 难点：物体的受力分析与空间力系平衡计算。
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1.1 力的概念及性质
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力的概念与性质
1.1.1力的概念
力可定义为：力是物体间的相互机械作用，这种作用将引 起物体机械运动状态发生改变。 力的三要素：力的大小、方向和作用点。 力的单位：牛顿（N）或千牛顿（kN），其换算关系为 1kN=1000N。
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工程上常见的平面约束
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工程上常见的平面约束
2.光滑面约束
组成：两物体相互接触，如果接触面非常光滑，摩 擦力可以忽略不计，这种约束称为光滑面约束。
特性：不论接触表面的形状如何，只能限制物体在 接触点沿接触面公法线方向的运动，不能限制物体 沿接触面切线方向的运动。
力的概念与性质
性质2 加减平衡力系公理
在作用于刚体的已知力系上，加上或减去任 意平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。
推论1 力的可传性原理 作用于刚体上的力，可沿其作用线移动到刚
体内任意一点，而不会改变此力对刚体的作用效 应。
a)
b)
c)
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力的概念与性质
必须指出，力的可传性原理只适用于刚
体，研究力的外效应。它不适应于研究物体 的内效应。例如，一根直杆受一对平衡力F、
F‘作用时，杆件受压，产生压缩变形，如图
1-6（a）；若将两力互沿作用线移动而易位，则杆 变为受拉，产生拉伸变形
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组成：圆柱铰链简称柱铰或铰链。是指两个构件开有同样 大小的圆孔，并用与圆孔直径相同的光滑销钉连接而构成 的约束。
特性：圆柱销钉只能限制两构件的任意方向的移动，而不 限制两构件绕圆柱销轴线的转动。由于圆柱销钉与圆柱孔 是光滑曲面接触，其本质即为光滑面约束。
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教学目标
教学内容
重点难点
小结作业
第1章 构件的 静力分析
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教学目标
教学目标：
1.明确力、力偶的概念和性质； 2.掌握物体的受力分析方法，正确画出受力图； 3.具有求解平面力系的能力； 4.具有求解简单空间力系的能力。
而非充分条件。如软绳受两个等值反向的拉力可以
平衡，但受两个等值反向的压力就不能平衡。
只受两个力作用而处于平衡的构件称为二力构件或 二力杆。二力构件平衡时，两力的作用线必定沿此 两力作用点的连线，且两作用力的大小相等，方向 相反。如图1-3所示的杆BC，若杆自重不计，即是 一个二力杆
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1.1.2 力的性质
性质1 二力平衡公理 作用于同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的充 分必要条件是：这两个力的大小相等，方向相反，作用 在同一条直线上
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力的概念与性质
对刚体而言，等值、反向、共线作为二力平衡的条 件是必要和充分的，但对于变形体它只是必要条件，
1.2.1约束与约束反力 如果物体在空间任何方向的运动都不受到其他物体的直接限
制，这种物体称为自由体，例如：飞行的飞机、炮弹、火箭 等。 如果物体的运动或运动趋势受到周围物体的限制而不能任意 运动，则称这种物体为非自由体或受约束体。例如：列车受 到轨道限制，转轴受到轴承限制；活塞受气缸壁的限制，只 能在气缸中做往复运动。 限制物体运动的周围物体，称为约束。例如上面提到的铁轨、 轴承、气缸分别是列车、转轴、活塞的约束。 约束限制了物体本来可能产生的某种运动，因此约束必然有 力作用于该物体，这种力称为约束反力，简称反力。 约束反力的方向总是与约束所能限制的运动或运动趋势的方 向相反，约束反力的作用点在约束与被约束物体的接触处。
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工程上常见的平面约束
1.2.2工程上常见的平面约束
1.柔性约束
组成：由柔索、胶带、链条等所形成的约束称为柔 性约束。
特性：这类约束只能限制物体沿柔索伸长方向的运 动，而不能限制其它方向的运动。
反力：柔索的约束反力只能是拉力，其方向一定是 沿着柔索中心线而背离物体，作用在柔索与物体的 连接点上。柔索的约束反力常用符号FT表示。