物體的受力分析及平衡條件第一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三前言1課程介紹

本課是化學專業(yè)及其相近的非機械類專業(yè)的一門專業(yè)方向必修課。講授必要的機械設計方面的基礎知識，并具備對一般化工設備進行分析和設計的能力。第二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三2.課程內(nèi)容(1)力學基礎理論力學(靜力學)：求解作用于構(gòu)件上的外力工程力學

材料力學：桿件受力后的基本變形（拉、壓、彎、扭）。

第三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三(2)壓力容器的設計a.化工設備常用材料——簡介化工設備常用材料性能、分類、熱處理方法；b.中、低壓化工容器設計——薄膜理論；內(nèi)、外壓容器設計方法、容器零部件設計；第四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三（3）典型化工設備反應釜第五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三管殼式換熱器第六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三塔設備第七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三這些設備要滿足什么生產(chǎn)工藝要求，結(jié)構(gòu)如何才可以?用什么材料,如何制作出來的?抵抗壓力,溫度的能力如何?———安全性如何？經(jīng)濟性如何?第八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三課程類型：考試課考試形式：閉卷考試(70%)輔助形式：作業(yè)(15%)出勤(15%)計劃學時：40學時3.教學要求與計劃第九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第一篇

力學基礎第十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三剛體的受力分析和平衡規(guī)律金屬的力學性能三.受拉（壓構(gòu)件的強度計算與受剪切構(gòu)件的使用計算四.直梁的彎曲五.圓軸的扭轉(zhuǎn)第十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第一章剛體的受力分析及平衡規(guī)律第十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三簡化平衡力系的

靜力學------物體研究在力的作用下處于平衡的規(guī)律

平衡:

靜止和保持勻速直線運動靜力學任務研究對象：構(gòu)件指宏觀可見物體，如橋梁、汽車、塔、化工設備等。第十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三構(gòu)件——力學模型——外力——變形——強度、剛度、穩(wěn)定性

——設計校核第十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三本章任務：

搞清處于平衡狀態(tài)下的構(gòu)件上的全部外力（個數(shù)、作用線位置、大?。┑谑屙?，共六十九頁，編輯于2023年，星期三一力的概念及其性質(zhì)二剛體的受力分析三平面匯交力系的簡化與平衡四力矩、力偶、力的平移定理五平面一般力系的簡化與平衡六靜力學問題求解方法小結(jié)第十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)力的概念及其性質(zhì)

一、基本概念1、力:

是物體間的相互作用，這種作用使物體的機械運動狀態(tài)發(fā)生變化，或使物體發(fā)生變形。

力的三要素：大小、方向、作用點

力的單位：N(牛頓)，kN(千牛)第十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三2、剛體：在任何情況下都不發(fā)生變形的物體（理想化的力學模型，忽略內(nèi)效應）3、力的表示方法力的大?。篎,G,Q矢量：F,G,QNG集中力、分布力第十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三二、力的基本性質(zhì)1.力的可傳性

力的可傳性原理:

作用于剛體上的力，可以沿其作用線移到剛體上任一點而不改變對該剛體的外效應。AFF1F2BF1=F2=FBAF

第十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三

2、力的成對性作用反作用定律：作用力反作用力同時產(chǎn)生，同時消失，并且等值、反向、共線

第二十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三RF1F2

平行四邊形法則：作用于同一點的兩個力可以合成為一個合力，合力的大小和方向是以這兩個力為鄰邊的平行四邊形的對角線矢量，其作用點不變。也即：合力等于兩分力的矢量和。

3、力的可合性：0第二十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三

一個力可以分解成兩個力平行四邊形法則：無數(shù)解4、力的可分性：第二十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三力的可消性：一個力對物體產(chǎn)生的外效應，可以被另一個或幾個作用于該同一物體上的外力所產(chǎn)生的外效應抵消。平衡力系：使物體處于平衡的那幾個外力。

5、力的可消性第二十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三（1）二力平衡定律：當物體受兩個力作用處于平衡時，外力等值、反向、共線。

二力桿:在兩力作用下處于平衡的構(gòu)件。

（2）三力平衡定理：如果一物體受三個力作用而處于平衡時，若其中兩個力的作用線相交于一點，則第三個力的作用線必交于同一點。

第二十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三一、約束和約束反力

基本概念：主動力：引起物體運動狀態(tài)改變或運動狀態(tài)改變趨勢的力。約束反力：阻礙物體改變運動狀態(tài)的力。自由體：只受主動力作用，能夠完全自由運動的物體。非自由體：受到限制不能完全自由運動的物體。約束：限制非自由體運動的物體。

第二節(jié)剛體的受力分析第二十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三

（1）柔性體被拉直時才起約束作用。（2）約束反力作用線沿柔性體伸直的方位朝外運動，背離被約束物體。是離點而去的力。1.由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的柔性體約束PPTS1S'1S'2S2第二十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三

約束反力作用在接觸點處，方向沿公法線，指向受力物體，是向點而來的力。2.光滑接觸面約束(光滑指摩擦不計)PNNPNANB第二十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三3.鉸鏈約束主要結(jié)構(gòu)：銷釘?shù)诙隧?，共六十九頁，編輯?023年，星期三A第二十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三二剛體分離要點

（1）取分離體：根據(jù)問題的要求確定研究對象，將它從周圍物體的約束中分離出來，單獨畫出研究對象的輪廓圖形；（2）受力分析是受力圖，不是施力圖。（3）除重力、電磁力外，只有直接與研究對象接觸的物體才有力的作用。

（4）畫約束反力：利用二力桿定理和三力平衡匯交定理確定力線方向，力的指向在無法判定時可任意假定第三十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三例：分別畫出圓及桿AB的受力圖。ACB600P解：PN1N2ABYAXASBCN2

畫約束反力時，一定要按照約束的固有性質(zhì)畫圖，切不可主觀臆斷！第三十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三例：圖示為一個三角支架，由兩根桿和三個銷釘組成，A、C將桿與墻面連接，銷釘B則將兩桿連在一起。當AB桿中央置一重物時，試確定AB桿兩端的約束反力力線

方位（桿自身

質(zhì)量不計）第三十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第三節(jié)平面匯交力系的簡化與平衡平面力系：作用在剛體上的外力均處于同一平面。平面匯交力系：平面力系中的諸力匯交于一點。平面平行力系：平面力系中的諸力相互平行。平面一般體系：平面力系中的諸力既不匯交于一點又不相互平行。平衡條件：作用于剛體上的所有外力的合力等于0。第三十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三

一、平面匯交力系的簡化X=FcosαY=

Fsinα1、力在軸上的投影yF

xbaαa1b1o第三十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三

2、力的分解：一個力在沒有限制的情況下，可以分解為無數(shù)組力。只有在正交坐標系下，分力的大小才等于投影。F第三十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三O

FnF3F2F1結(jié)論:3、合力投影定理xFR

O

F1F2F3Fny第三十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三∵∴4、簡化的解析法第三十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三平面匯交力系平衡

FR=0∴上式即為平面匯交力系的平衡方程5、平面匯交力系的平衡方程及其應用第三十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三1)取研究對象-------力系的匯交點AA.QTC3)建立坐標系yx4)列出對應的平衡方程TB例:圖示重物重為Q=30kN,由繩索AB、AC懸掛，求AB、AC的約束反力。600CBAQ3005)解方程解：2)作受力圖第三十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三例：重為G的均質(zhì)圓球放在板AB與墻壁AC之間，D，E兩處均為光滑接觸，尺寸如圖所示，設板AB質(zhì)量不計，求A處的約束反力和繩的拉力第四十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第四十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第四十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三一、力的基本性質(zhì)二、約束類型和特點和剛體受力分析

二力平衡定律三力平衡定律三、平面匯交平衡力系的平衡方程知識回顧:第四十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第四十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三F使物體繞O點轉(zhuǎn)動效應的物理量稱為力F對O點的力矩。O稱為力矩中心。點到力的作用線的垂直距離稱為力臂。力矩的單位：牛頓米(N·m)或千牛頓米(kN·m)矩心力臂F第四節(jié)力矩、力偶、力的平移定理

一、力矩+_F對O點之矩：力矩Mo(F)=±Fd第四十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三1、力F對O點之矩不僅取決于力的大小，同時還與矩心的位置有關；2、力F對任一點之矩，不會因該力沿其作用線移動而改變，因為此時力臂和力的大小均未改變；3、力的作用線通過矩心時，力矩等于零；矩心力臂F力矩的特點：第四十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三4、互相平衡的二力對同一點之矩的代數(shù)和等于零；5、作用于物體上的力可以對物體內(nèi)外任意點取矩計算。矩心力臂F第四十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三二、力偶與力偶矩1、概念一對等值、反向、力作用線不重合的力叫做力偶。并記為（F，F(xiàn)′）。力偶中兩個力所在的平面叫力偶作用面。兩個力作用線間的垂直距離叫力偶臂。h第四十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三力偶矩：力偶對物體轉(zhuǎn)動效應的度量，力偶的兩個力對其作用面內(nèi)任一點之矩的代數(shù)和恒等于該力偶的力偶矩，而與矩心位置無關。

+_力偶矩的單位：牛頓米（N·m)或千牛頓米(kN·m)表示方法：oFAF’xh第四十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三(1)等效變換性在同一平面內(nèi)的兩個力偶，只要它們的力偶矩大小相等、轉(zhuǎn)動方向相同，則兩力偶必等效。2、力偶的性質(zhì)第五十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三1、力偶可以在作用面內(nèi)任意轉(zhuǎn)移，而不影響它對物體的作用效應；2、在保持力偶矩的大小和轉(zhuǎn)向不改變的條件下，可以任意改變力和力偶臂的大小，而不影響它對物體的作用。重要推論(不適用于變形體)：第五十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三

(3)可合成性（等效取代）(2)基本物理量：力偶是兩個力，但是不能用一個力來等效代替。（代替力偶的只能是力偶矩相同的另一力偶）物體同一平面作用了兩個以上的力偶，這些力偶可用一個力偶來代替第五十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三平面力偶系的合成結(jié)果為一合力偶，合力偶矩等于各已知分力偶矩的代數(shù)和。平面力偶系平衡的必要和充分條件是：力偶系中各分力偶矩代數(shù)和等于零。第五十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三例、在汽缸上要鉆四個相同的孔，現(xiàn)估計鉆每個孔的切削力偶矩m1=m2=m3=m4=m=-15Nm,當用多軸鉆床同時鉆這四個孔時,問工件受到的總切削力偶矩是多大?解:作用在汽缸上的力偶大小相等,轉(zhuǎn)向相同，又在同一平面內(nèi)，因此這四個力偶的合力矩為：負號表示合力偶矩順時針方向轉(zhuǎn)動。知道總切削力偶矩之后，就可考慮夾緊措施，設計夾具。第五十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三三、力的平移定理第五十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三力的平移定理:

作用在剛體上的力可以平移到剛體內(nèi)任意指定點，要使原力對剛體的作用效果不變，必須同時附加一個力偶，此附加力偶的力偶矩等于原力對新作用點的力矩，轉(zhuǎn)向取決于原力繞新作用點的旋轉(zhuǎn)方向。

第五十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三例：試對以下四種現(xiàn)象予以解釋：1在桌面上平放一圓盤，通過圓盤質(zhì)心O施加一水平力F(a),圓盤向右平移；2若力F施加于圓盤的邊緣（b），則圓盤在向右平移的同時，還會發(fā)生繞質(zhì)點O的順時針轉(zhuǎn)動；3如果圓盤中心開孔并套在一根豎立的固定軸上（c），則圓盤僅產(chǎn)生繞固定軸的轉(zhuǎn)動；4如果作用在圓盤上的是力偶，那么不管圓盤有無固定軸，只發(fā)生純轉(zhuǎn)動第五十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第五十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第五十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三第五節(jié)平面一般力系的簡化與平衡FnF3F2F1定義：如果作用在物體上諸力的作用線都分布在同一平面內(nèi)，不匯交于同一點，也不互相平行，這種力系稱為平面一般力系（簡稱平面力系）第六十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三力學規(guī)律：1平面匯交力系可以用一個力等效代替;2同平面內(nèi)的力偶系可以用一個合力偶等效代替；3一個力可以向任何點平移，平移后的力和產(chǎn)生的附加力偶可以等效代替原來的力。一、平面一般力系的簡化第六十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三F3F2F1FnO—簡化中心O.MO

—主矢

=ΣFi

與簡化中心無關

MO—主矩MO=ΣMo(Fi)與簡化中心有關第六十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三O.MOO.d.O.d第六十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期三1、平衡方程的基本形式平面一般力系平衡＝0,MO=0

二、平面一般力系的平