机械设计基础（第2版） 课件 【ch4】工程力学基础 .pptx

单元四工程力学基础“十二五”职业教育国家规划教材机械设计基础（第2版）“十三五”职业教育国家规划教材

01静力学基础PARTONE

4.1静力学基础1、力的概念。力是物体间的相互作用。这种作用会使物体的机械运动状态发生变化，或使物体产生变形。即物体受力后将产生两种效应：一是使物体的机械运动状态发生变化,称为力的外效应；另一是使物体产生变形,称为力的内效应。一、力的概念及力的性质

4.1静力学基础2、力的平衡公理。(1)二力平衡公理：若一物体仅受两个力作用而处于平衡状态,其充要条件为此二力必等值、反向、共线这一原理称为二力平衡公理,如图4-2(a)所示。(2)三力平衡定理：若物体在三个共面而又互不平行的力的作用下处于平衡状态，则此三力必交汇于一点。一、力的概念及力的性质

4.1静力学基础3、作用与反作用公理。若将两物体间相互作用之一称为作用力,则另一个称为反作用力,两物体间的作用力与反作用力必等值、反向、共线,分别同时作用于两个相互作用的物体上。一、力的概念及力的性质5、力对点的矩和合力矩定理。一般以物理量F·d及其转动方向来度量力使物体绕O点的转动效应,这个物理量称为力F对O点的矩，简称力矩,记作。若有n个力F组成的力系可以合成一个合力F,则合力F对某点的矩,等于力系中各力对同一点力矩的代数和,用下式表示：。

4.1静力学基础一对等值反向(方向相反)且不共线(作用线不在同一直线上)的平行力组成的力系称为力偶。把力偶中的力P和力偶臂d的乘积加上正负号作为力偶对物体动效应的量度，这个量称为力偶矩，用符号或M来表示。力偶矩为一代数量,其正负号是区别物体的转动方向的,通常规定逆时针方向为正,顺时针方向为负，如图4-8所示。二、力偶和力偶矩

4.1静力学基础若将原作用在物体上A点的力平移至物体上任一点O时，必须附加一力偶,才能与原力的作用等效，附加力偶的力偶矩等于原力对平移点O的力矩，上述即为力的平移定理。三、力的平移定理

02刚体的运动力学PARTtwo

4.2刚体的运动力学一、刚体的平动运动分析1、运动方程。为了描述点的运动，需要用点的运动方程来确定点在空间的位置。表示点的运动方程常用有自然法和直角坐标法。

4.2刚体的运动力学一、刚体的平动运动分析2、速度和加速度。(1)用自然法求点的速度和加速度。(2)用直角坐标法求速度和加速度。用直角坐标法求速度和加速度,先求出速度和加速度在x和y轴上的分矢量，再进行矢量合成。

4.2刚体的运动力学一、刚体的平动运动分析3、速度合成定理。在工程中,经常会遇到同时在两个不同的参考系中分析同一动点的运动问题。如图4-17所示的桥式起重机起吊重物时,小车沿横梁作直线平动,并同时将重物M铅垂地向上提升。可以证明，动点的绝对速度、相对速度和牵连速度二者之间存在着以下关系

4.2刚体的运动力学一、刚体的平动运动分析4、刚体平动(质点)的动力学。(1)动力学基本定律。a.第一定律（惯性定律）；b.第二定律（力与加速度关系定律）。(2)运动微分方程。a.自然法的运动微分方程；b.直角坐标法的运动微分方程。二、刚体的定轴转动刚体运动时,体内有一条直线始终保持不动,则这种运动称为刚体绕定轴转动,简称刚体的转动。1、刚体的定轴转动方程：。

4.2刚体的运动力学二、刚体的定轴转动2、角速度。角速度是表征刚体转动快慢和转动方向的物理量。

4.2刚体的运动力学二、刚体的定轴转动3、角加速度。角加速度是反映角速度变化快慢的物理量。4、刚体绕定轴转动的动力学。（1）刚体绕定轴转动的微分方程；（2）转动惯量。（3）惯性半径（回转半径）。

4.2刚体的运动力学三、刚体的平面运动1、刚体平面运动的运动方程。刚体上的任意一点与某一固定平面始终保持相等的距离,这种运动称为刚体的平面运动。

4.2刚体的运动力学三、刚体的平面运动2、平面运动刚体上各点的速度。下式即为用基点法求平面运动刚体上各点速度的方法。

03载荷和应力的分类PARTthree

4.3载荷和应力的分类一、载荷分类作用在机械零件上的载荷可分为静载荷和变载荷两类。不随时间变化或变化缓慢的载荷称静载荷,如锅炉所受的压力。随时间变化的载荷称变载荷,如发动机中的曲轴或汽车、摩托车等机动车中齿轮所受的载荷。在设计计算中，通常可把载荷分为名义载荷和计算载荷。名义载荷是根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。计算载荷是考虑实际载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他因素的影响而得的载荷。

4.3载荷和应力的分类二、应力分类按应力随时间变化的特性不同，可分为