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第三章 力学基础知识 第一节 力学基拙知识 第二节 平面汇交力系 第三节 力矩和力偶 第四节 平面任意力系 第五节 摩擦与润滑 第六节 刚体的定轴转动 第一节 力学基拙知识 在工程实际中，常会涉及了解机器的运动规律，分析机器零件破坏的形式，校核机器零件承受破坏的能力等问题。如对于起重汽车的起重绞车，为了合理确定传动系统和合理选择电动机，就必须根据工作的要求对起重绞车进行运动和功率的计算;为了合理地确定轴、齿轮等零件的尺寸，就必须分析它们在工作时的受力情况，进行强度、刚度的计算。学习力学的目的就是为解决这类问题提供必要的基础知识。 第一节 力学基拙知识 一、力的概念 (1)力是物体间相互的机械作用，力能使物体的机械运动状态发生变化。 (2)力是一物体对另一物体的机械作用。在研究物体受力时，必须分清哪个是受力物体，哪个是施力物体。 (3)力的作用方式，可以是物体间的直接作用，也可以是“场”与物体的作用(例如地球的重力场对物体的作用)。 第一节 力学基拙知识 (4)力是具有大小和方向的量，是矢量。力的国际单位和我国的法定计量单位是N。 力的图示可用一有向线段来表示，线段的长度(按一定比例)表示力的大小，线段末端的箭头表示力的指向，线段始端或末端表示力的着力点，线段所在的直线称为力的作用线。 第一节 力学基拙知识 二、力的基本定律 1.两力平衡条件 作用在一个物体上的两力平衡，其必要和充分的条件是:这两力的大小相等，方向相反，而且作用在同一直线上(图3-1)。 即 (3-1) (3-2) 第一节 力学基拙知识 2.力的传递和等效替换 在作用于刚体上任何一个力系上，可以加上或减去任意的平衡力系，而并不改变原力系对刚体的作用效果(图3-2)。作用在物体上的力，其作用点可沿着它的作用线任意移动，而不改变力对物体的作用效果。 3.力的平行四边形法则 力的平行四边形法则指作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个力，其作用线也通过该点，大小和方向由这两个已知力为边构成的平行四边形的对角线表示(图3-3)。 第一节 力学基拙知识 作用在物体上O点的两个已知力F1和F2的合力为F，力的这种合成法则也可以用式(3-3)表示。 (3-3) 4.作用与反作用定律 物体间的作用是相互的，当起重时，重物对绳子的作用力F，与绳子对重物的反作用力F，是同时产生的，并且大小相等，方向相反。所以作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等，方向相反，沿着同一直线(图3-4)。作用力与反作用力是分别作用在两个不同物体上的，因而这两个力是不能抵消的。 第一节 力学基拙知识 三、物体受力图 1.受力分析 研究物体的平衡或运动时，首先必须分析物体受到哪些力的作用。为了清楚地表示物体的受力情况，就有必要把所研究的物体从周围的物体中分离出来，即单独画出所研究物体的简单轮廓图，并表示出它所受到的全部力。这种图形，称为受力图。 第一节 力学基拙知识 2.约束与约束反力 凡对物体的运动起阻碍作用的周围物体称为约束，约束作用在物体上的力称为约束反作用力(简称约束反力、反力)。 物体受到的力一般可分为两类:一类是物体的主动力，如物体的重力，物体上的载荷等;另一类是物体的约束反力。主动力的大小和方向通常是已知的，而约束反力的大小方向则是未知的。一般情况下，物体受到的约束反力的方向可根据物体的约束类型来决定，至于大小则需要应用平衡条件来计算。 第一节 力学基拙知识 3.约束类型和约束反力方向的确定 (1)柔性约束，即由柔软的绳索等构成的约束。 绳索等柔性物体，在不计其自重的情况下，将物体系住而被拉紧时，两端受到拉力。根据二力平衡条件可知，两端的拉力沿着绳索作用，如图3-5所示。 结沦:柔性约束的反力的方向沿着绳索而背离物体。 第一节 力学基拙知识 (2)刚性光滑接触表面约束，即由完全光滑的接触表面所构成的约束。 物体放在光滑的平面上，在不计摩擦的情况下，可以认为支承面不能限制物体沿其切线方向滑动，而仅能阻止物体沿支承面法线向下运动，如图3-6所示。 结沦:刚性光滑接触表面约束的反力方向，沿着接触面法线面指向物体。 第一节 力学基拙知识 (3)固定铰链支座约束，如图3-7所示。当杆受载荷作用时，销钉孔壁便紧压到销钉上的某处，销钉将通过接触点给杆一个反力F，这个反力的作用线必定通过销钉中心，随着杆件所受的主动力不同，杆与销钉接触点的位置也随之不同。 结