机械基础

杨峰

目录

  • 1 第一章 静力学基础
    • 1.1 第一节 静力学的基本概念
    • 1.2 第二节 静力学基本原理
    • 1.3 第三节 约束和约束反力
    • 1.4 第四节 物体的受力分析和受力图
  • 2 第二章 平面汇交力系
    • 2.1 第一节 平面汇交力系的合成
    • 2.2 第二节 平面汇交力系平衡的解析法
  • 3 第三章 力矩与平面力偶系
    • 3.1 第一节 力矩、力偶和力偶矩
    • 3.2 第二节 平面力偶系的合成与平衡条件
    • 3.3 第三节 力的平移定理
  • 4 第四章 平面任意力系
    • 4.1 第一节 平面任意力系向一点的简化
    • 4.2 第二节 平面任意力系的平衡条件和平衡方程
  • 5 第五章 摩擦
    • 5.1 第一节 滑动摩擦
    • 5.2 第二节 摩擦角与自锁
    • 5.3 第三节 滚动摩擦的概念
  • 6 第六章 刚体定轴转动
    • 6.1 第一节 转速和线速度
    • 6.2 第二节 转动惯量
    • 6.3 第三节 刚体变速转动和转动动力学方程
    • 6.4 第四节 转矩的功率、机械效率
  • 7 第七章 材料力学基础
    • 7.1 第一节 材料力学的基本概念
    • 7.2 第二节 拉伸和压缩
    • 7.3 第三节 剪切和挤压
    • 7.4 第四节 圆轴的扭转
    • 7.5 第五节 直梁的弯曲
    • 7.6 第六节 材料力学其他常用知识简介
  • 8 第八章 液压传动基本概念
    • 8.1 第一节 概述
    • 8.2 第二节 液压传动的几个基本概念
  • 9 第九章 压力控制回路及其主要元件
    • 9.1 第一节 压力控制回路
    • 9.2 第二节 压力控制回路的主要元件
第二节 静力学基本原理
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       静力学原理是人们从实践中总结得出的最基本的力学规律,这些规律的正确性已为实践反复证明,是符合客观实际的。

一、二力平衡公理

       作用于刚体上的两个力平衡的充分与必要条件是这两个力大小相等、 方向相反、 作用线相同。

       这一结论是显而易见的。 如图所示直杆, 在杆的两端施加一对大小相等的拉力 (F1F2或压力( F2F1),均可使杆平衡。

       应当指出, 该条件对于刚体来说是充分而且必要的; 而对于变形体, 该条件只是必要的

而不充分。如柔索当受到两个等值、反向、共线的压力作用时就不能平衡。

在两个力作用下处于平衡的物体称为二力体; 若为杆件, 则称为二力杆。 根据二力平衡

公理可知, 作用在二力体上的两个力, 它们必通过两个力作用点的连线 (与杆件的形状无关)

且等值、反向。

二、加减平衡力系公理

       在作用于刚体上的已知力系上, 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。 这是因为平衡力系中, 诸力对刚体的作用效应相互抵消, 力系对刚体的效应等于零。

根据这个原理,可以进行力系的等效变换。

推论一、力的可传性原理

      作用于刚体上某点的力,可沿其作用线任意移动作用点而不改变该力对刚体的作用效

应。利用加减平衡力系公理,很容易证明力的可传性原理。设力 F 作用于刚体上的 A 点。

现在其作用线上的任意一点 B 加上一对平衡力系 F1F2,并且使 F1= -F2=F,根据加减平

衡力系公理可知,这样做不会改变原力 F 对刚体的作用效应,再根据二力平衡条件可知,

F2F 亦为平衡力系,可以撤去。所以,剩下的力 F1与原力 F 等效。力 F1 即可看成为力 F

沿其作用线由 A 点移至 B 点的结果。同样必须指出,力的可传性原理也只适用于刚体而不

适用于变形体。

三、力的平行四边形法则

      作用于物体同一点的两个力, 可以合成为一个合力, 合力也作用于该点, 其大小和方向

由以两个分力为邻边的平行四边形的对角线表示, 即合力矢等于这两个分力矢的矢量和。 其

矢量表达式为:

FR= F1 + F2 11

       在求两共点力的合力时,为了作图方便,只需画出平行四边形的一半,即三角形便可。

其方法是自任意点 O 开始,先画出一矢量 F1,然后再由 F1 的终点画另一矢量 F2,最后由

O 点至力矢 F2 的终点作一矢量 FR,它就代表 F1F2 的合力矢。合力的作用点仍为 F1F2

的汇交点 A 。这种作图法称为力的三角形法则。显然,若改变 F1F2 的顺序,其结果不变。

利用力的平行四边形法则,也可以把作用在物体上的一个力,分解为相交的两个分力,

分力与合力作用于同一点。实际计算中, 常把一个力分解为方向已知的两个 (平面)或三个

(空间)分力,如图 12 即为把一个任意力分解为方向已知且相互垂直的两个(平面)或

三个(空间)分力。这种分解称为正交分解,所得的分力称为正交分力。


四、三力平衡汇交定理

作用于刚体上平衡的三个力, 如果其中两个力的作用线交于一点, 则第三个力必与前面

两个力共面, 且作用线通过此交点, 构成平面汇交力系。 这是物体上作用的三个不平行力相

互平衡的必要条件。

F2 F1 应当指出,三力平衡汇交公理只说明了不平行的三力平衡的必要条件, 而不是充分条件。

它常用来确定刚体在不平行三力作用下平衡时,其中某一未知力的作用线。


五、作用力与反作用力公理

两个物体间相互作用的一对力, 总是大小相等、方向相反、作用线相同,并分别而且同

时作用于这两个物体上。

这个公理概括了任何两个物体间相互作用的关系。 有作用力, 必定有反作用力; 反过来,

没有反作用力,也就没有作用力。两者总是同时存在,又同时消失。因此,力总是成对地出

现在两相互作用的物体上的。 要区别二力平衡公理和作用力与反作用力公理之间的关系, 前

者是对一个物体而言,而后者则是对物体之间而言。