《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》主講徐元機(jī)械工程學(xué)院換熱器

攪拌設(shè)備塔設(shè)備典型化工設(shè)備總論本課程研究對(duì)象化工設(shè)備（桿件、平板和殼體）強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性滿足三方面的要求（1）能抵抗載荷對(duì)它的破壞，即有一定的強(qiáng)度。（2）不發(fā)生超出許可的變形，即有一定的剛度。（3）能維持構(gòu)件自身的幾何形狀，即具有足夠的穩(wěn)定性。

使學(xué)生掌握桿件、平板、回轉(zhuǎn)形殼體的基礎(chǔ)力學(xué)理論和金屬材料的基本知識(shí)；熟悉涉及壓力容器設(shè)計(jì)、制造、材料使用和檢查管理的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；具備設(shè)計(jì)、使用和管理中、低壓力容器與化工設(shè)備的能力。本門課程的教學(xué)目的本課程研究的內(nèi)容15一月2023關(guān)閉手機(jī)＝游戲機(jī)不許趴桌子上不許隨便進(jìn)出我的課堂要求第一篇力學(xué)基礎(chǔ)第一章剛體的受力分析及其平衡規(guī)律第二章金屬的力學(xué)性能第三章受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算第四章直梁的彎曲第五章圓軸的扭轉(zhuǎn)第一章剛體的受力分析及其平衡規(guī)律第一節(jié)力的概念及其性質(zhì)

第二節(jié)剛體的受力分析第三節(jié)平面匯交力系的簡化與平衡第四節(jié)力矩、力偶、力的平移定理第五節(jié)平面一般力系的簡化與平衡第六節(jié)靜力學(xué)問題求解方法小結(jié)4、力的單位：國際單位制：牛頓(N)、千牛頓(kN)

一、力的概念1.定義：力是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.力的效應(yīng)：①運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng))

②變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng))3.力的三要素：大小，方向，作用點(diǎn)§1-1力的基本概念A(yù)F15一月2023

1、力的可傳性

作用于剛體上的力，可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的外效應(yīng)。力作用三要素為：大小，方向，作用線。15一月2023§1-2力的基本性質(zhì)4、力的可分性15一月20233、力的可合性（平行四邊形法則）5、力的可消性2、力的成對(duì)性（作用力和反作用力定律）兩物體相互間的作用力總是同時(shí)存在。且等值、反向、共線。[例]吊燈定理：是人類經(jīng)過長期實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)而得到的結(jié)論，它被反復(fù)的實(shí)踐所驗(yàn)證，是無須證明而為人們所公認(rèn)的結(jié)論。（1）二力平衡定理

作用于同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的必要與充分條件是：這兩個(gè)力

大小相等

|F1|=|F2|

方向相反

F1

=–F2

(矢量)

且在同一直線上。剛體15一月2023

二力構(gòu)件：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體叫二力構(gòu)件。剛體二力桿15一月2023注意：二力桿上的兩個(gè)外力的作用線必與二力作用點(diǎn)的連線重合，而與二力桿的實(shí)際形狀無關(guān)。

剛體受三力作用而平衡，若其中兩力作用線匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用線必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。（必共面，特殊情況下，力在無窮遠(yuǎn)處匯交——平行力系。）（2）三力平衡匯交定理約束力：約束給被約束物體的力叫約束反力。一、概念自由體：位移不受限制的物體叫自由體。非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。約束：約束體對(duì)非自由體的某些位移施加的限制條件稱為約束。§1-2剛體的受力分析工程中約束總是以接觸的方式構(gòu)成的。15一月2023①大小常常是未知的；②方向總是與約束所限制物體的位移方向相反；③作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn)。約束力的特點(diǎn)：15一月2023二、約束類型柔性約束光滑面約束鉸鏈約束固定端約束15一月2023

柔性體只能受拉，所以它們的約束力是作用在接觸點(diǎn)，方向沿柔索而背離物體。1.柔軟體約束（繩、鏈條、皮帶）15一月2023還有其它力未畫出來15一月2023

約束力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿接觸面的公法線，指向受力物體。2.光滑接觸面約束：光滑約束15一月20233.光滑鉸鏈約束(1)圓柱鉸鏈15一月2023其它主動(dòng)力未畫出方向不定放大15一月2023(2)固定鉸支座（其中一個(gè)構(gòu)件固定在地面）15一月2023(3)活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）15一月2023(3)活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）簡圖15一月2023[例題1-1]圖示三角支架。畫AB桿的受力圖。第1種受力圖第2種受力圖15一月2023[補(bǔ)充例題1][例題1-2]圖示梯子。試分析梯子的受力。平面任意力系受力圖15一月2023[補(bǔ)充例題2]研究平面力系平衡條件和平衡方程第三節(jié)平面匯交力系的簡化與平衡1、力在坐標(biāo)軸上的投影力在軸上的投影:過力的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別作到軸的垂線，兩垂足之間的距離加上適當(dāng)?shù)恼?fù)號(hào)。計(jì)算公式：一、平面匯交力系合成的解析法一、平面匯交力系合成的解析法2、合矢量投影定理2、合矢量投影定理：合矢量在某一軸上的投影等于各分矢量在同一軸上投影的代數(shù)和。3、合力矢的大小和方向[例題]已知：

求：平面匯交力系的合力。解：用解析法4、平面匯交力系的平衡方程平衡條件平衡方程平面匯交力系平衡的必要和充分條件是：

各力在兩個(gè)坐標(biāo)軸上投影的代數(shù)和分別等于零。[例題1-3]已知：，試求：解：取容器為研究對(duì)象，作力圖。得[例題1-4]15一月2023平面任意力系平面匯交力系求：。解：1）取圓球作力圖2）取板AB作力圖一、力矩（力對(duì)點(diǎn)之矩）

在力的作用下，物體將發(fā)生移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。力的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)用力對(duì)點(diǎn)之距（簡稱力矩）來度量。

討論力的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)時(shí)，主要關(guān)心力矩的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)方向，而這些與力的大小、轉(zhuǎn)動(dòng)中心（矩心）的位置、中心到力作用線的垂直距離（力臂）有關(guān)。第四節(jié)力矩、力偶、力的平移定理度量力使物體繞某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)中心（O）力作用線與矩心所在平面矩心至力作用線的垂直距離（h）力臂：力矩中心（矩心)：力矩作用面：一.力矩（力對(duì)點(diǎn)之矩）力對(duì)O點(diǎn)之矩用字母Mo(F)表示平面問題中，力矩是代數(shù)量，逆時(shí)針方向?yàn)檎?，順時(shí)針方向?yàn)樨?fù)。單位N.m或KN.m。1、力矩力矩的特性(1)力作用線過矩心，力矩為零；(2)力沿作用線移動(dòng)，力矩不變。[補(bǔ)充例3]求圖中載荷對(duì)A、B兩點(diǎn)之矩解：[補(bǔ)充例4]求圖中均布荷載對(duì)A、B兩點(diǎn)之矩。解：假象把均布載荷變成集中力，再對(duì)某點(diǎn)取矩。2.合力矩定理

力系的合力對(duì)任一點(diǎn)之矩等于各分力對(duì)同一點(diǎn)之矩的代數(shù)和。合力矩定理應(yīng)用對(duì)求解力矩非常方便，靈活應(yīng)用。[補(bǔ)充例5]求圖中力對(duì)A點(diǎn)之矩解：由合力矩定理得：把合力進(jìn)行分解二、力偶及其性質(zhì)力偶:大小相等的二個(gè)反向平行力稱之為一個(gè)力偶。

力偶的作用效果是引起物體的轉(zhuǎn)動(dòng)，和力矩一樣，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。工程實(shí)例15一月20231.力偶—大小相等的二反向平行力。記作(

,

)力偶中二力間的距離d二力作用線所組成的平面力偶臂：力偶作用面：度量力偶使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。力偶矩：平面力偶矩2.力偶系—兩個(gè)或兩個(gè)以上的力偶組成的力系。力偶特性一：（基本物理量）

力偶矩矢的大小力偶矩矢的方向力偶矩矢的作用平面力偶的合力為零，所以力偶的效應(yīng)只能與轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)平衡，即只能與力偶或力矩平衡，而不能與一個(gè)力平衡。力偶特性二：

在保持力偶矩矢量不變，力偶可在其作用面內(nèi)任意移轉(zhuǎn)，對(duì)剛體的作用效果不變。只要保持力偶矩的大小和轉(zhuǎn)向不變，改變力和力偶臂的長短，對(duì)剛體的作用效果不變。力偶特性三:（等效變換性）力偶系的合成

作用在一個(gè)物體上的一組力偶稱為一個(gè)力偶系。力偶系的合成結(jié)果為一個(gè)合力偶M。即：力偶系的平衡顯然，當(dāng)物體平衡時(shí)，合力偶必須為零。即：上式稱為力偶系的解析平衡條件。三、力的平移定理平移定理:作用于剛體上的力向其它點(diǎn)平移時(shí)，必須增加一個(gè)附加力偶，其力偶矩等于原力對(duì)平移點(diǎn)之矩。其逆過程也成立,即平面上一個(gè)力和一個(gè)力偶矩也可以用一個(gè)力來等效替換。第五節(jié)平面一般力系的簡化與平衡力系向任意一點(diǎn)簡化的方法——力的平移定理

A3OA2A1平面任意力系M1OM2M3=平面匯交力系+平面力偶系=O合力+合力偶力矢RO稱為原平面任意力系的主矢。

力偶mo，稱為原平面任意力系對(duì)簡化中心O

的主矩。平面任意力系向任意一點(diǎn)的簡化結(jié)果為一個(gè)主矢RO和一個(gè)主矩mo。

A3OA2A1O幾點(diǎn)說明：1、平面一般力系的主矢的大小和方向與簡化中心的位置無關(guān)。2、平面一般力系的主矩的大小與轉(zhuǎn)向與簡化中心O的位置有關(guān)。因此，在說到力系的主矩時(shí)，一定要指明簡化中心。主矢方向角的正切：主矩mo可由下式計(jì)算：主矢、主矩的計(jì)算：主矢可用解析法計(jì)算：主矢(O)主矩(O)簡化結(jié)果平衡合力偶

合力合力平面力系簡化結(jié)果

平面任意力系的一般簡化結(jié)果為一個(gè)主矢Ro和一個(gè)主矩mo。當(dāng)物體平衡時(shí)，主矢和主矩必須同時(shí)為零。由主矢R0

，即：由主矩mo=

0，得：二、平面任意力系的平衡條件得：

這三個(gè)平衡條件是互相獨(dú)立的，對(duì)于一個(gè)研究對(duì)象可以求解三個(gè)未知力，且最多求解三個(gè)未知力。平面任意力系平衡條件的基本形式

應(yīng)用平衡條件求解未知力的步驟為：1、確定研究對(duì)象，畫受力圖；2、由平衡條件建立平衡方程；3、由平衡方程求解未知力。[例題1-6]升降操作臺(tái)。已知：求：拉力和A、B輪的反力。解：取操作臺(tái)作力圖。解：取操作臺(tái)作力圖。得得（負(fù)值說明NA的實(shí)際指向與圖示相反）[例題1-7]圖示壓力機(jī)。分析題意解：取AOB桿作力圖已知：求：物體M受到的壓力。