機械設計實用計算2之平面力系

力的單位:

在國際單位制中,力的單位是牛頓(N)

1N=1公斤*米/秒^2(kg*m/s^2)

g=9.81m/s^2

1kgf=9.81N

注:千克力或公斤力(kgf)

壓強單位:

1Pa(帕斯卡)=1N/m^2

平面力系:

1、平面匯交力系:各力的作用線都在同一平面內且匯交於一點的力系。

平面匯交力系可簡化為一合力,其合力的大小與方向等於各分離的矢量和,合力的作用線通過匯交點。

平面匯交力系平衡條件:合力等於零。

平衡方程:各分力在x、y軸的分力都為零。

力的投影正負號規定:投影的指向與軸的正向相同為正,反之為負。

2、平面力偶系:

1)平面力對點之矩(力矩)

機械設計實用計算2之平面力系


力矩的兩要素:

1、大小:力F與力臂h的乘積。Mo(F)=F*h,需正確求解出力臂h的值。

2、方向:轉向方向,繞作用點 逆時針旋轉為正,順時針旋轉為負。

單位:N*m或kN*m

定理:平面匯交力系的合力對平面內任一點之矩,等於所有各分力對同一點之矩的代數和。

2)力偶:由兩個等值、反向、不共線的平行力組成的力系,稱為力偶。

機械設計實用計算2之平面力系


力偶矩:

力偶中兩力所在平面稱為力偶作用面。

力偶兩力之間的垂直距離稱為力偶臂。

力偶矩(M)的兩個要素:

1、大小:力與力偶臂乘積。M=Fd

2、方向:轉動方向,繞作用點 逆時針旋轉為正,順時針旋轉為負。

單位:N*m或kN*m

力偶和力偶矩的性質:

1)力偶在任意座標軸上的投影等於零。

2)力偶對任意點之矩都等於力偶矩,不因矩心的改變而改變。

3)只要保持力偶矩不變,力偶可在其作用面內任意移動,且可以同時改變力偶中力的大小與力臂的長短,不會改變它對剛體的作用效應。

4)力偶沒有合力,力偶只能由力偶來平衡。

平面力偶系合成結果是一個合力偶,合力偶矩等於各個力偶矩的代數和。

平面力偶系平衡的充要條件:合力偶矩M=0

3、平面平行力系;

平面平行力系的平衡方程為兩個,有兩種形式

1)各力不與投影軸垂直:

2)A、B兩點連線不得與各力平行:

機械設計實用計算2之平面力系

4、平面一般力系(平面任意力系)。

力的平移定理:

可以把作用在剛體上點A的力F平行移到任一點B,但必須同時附加一個力偶,這個附加力偶的矩等於原來的力F對新作用點B的矩。

力線平移定理的逆定理存在:即平面內一力和一力偶可以用一個力來等效。

機械設計實用計算2之平面力系

平面任意力系平衡的充要條件是:

力系的主矢和對任意點的主矩都等於零


5、固定端約束

固定端約束的特點:既能限制物體移動又能限制物體轉動。

其約束力按照力系向一點簡化的理論可以簡化為FAX、FAY和MA,與固定鉸支座比較,約束力FAX、FAY限制物體的移動,約束力偶MA限制物體的轉動。


列平衡方程的依據:

(1)平面匯交力系的平衡條件:

平面任意裡寫平衡的充要條件是:力系的主矢和對任意點的主矩都等於零。

例1:

已知:如下圖所示,AC=CB=l,P=10kN;求:鉸鏈A和DC杆受力。

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解:

取AB梁,畫受力圖。

機械設計實用計算2之平面力系

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例2:

如下圖所示,軋鋼機工作機構,機架和軋輥共重W=650kN,為了軋製鋼板,在軋輥上各作用一力偶,力偶矩大小為M1=M2=828kN*m,機架的支點距離l=1380mm;當發生事故時,M1=0,M2=1656kN*m。求正常工作與發生事故兩種情況下支點A、B的約束力。

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解:

取軋鋼機為研究對象。正常工作時M1與M2的合力偶為零,由於結構和受力對稱,支承A、B的約束力為

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發生事故時A、B支承的附加約束反力由平衡方程

機械設計實用計算2之平面力系

解得

機械設計實用計算2之平面力系

此時A、B支承的全反力為:

機械設計實用計算2之平面力系


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