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第二章 工程力学基础 Fundamental of engineering mechanics 设备构件 设备构件是制药设备的基本组成部分 构件的三项要求 足够的强度，以保证构件在外力的作用下不会被破坏 足够的刚度，以保证构件在外力作用下构件的变形在工程允许的范围内 足够的稳定性，以保证构件在外力作用下不致突然失去原来的形状 力的概念 力是物体之间的相互作用 力是物体间的相互作用，所以离开了物体，力是不存在的 物体相互作用的方式可以是直接的，也可以是间接的 力的三要素：力的大小，力的方向，力的作用点 力分为集中力和分布力，集中力的单位是“牛顿, N”,和“千牛，kN”；分布力的单位是“牛顿/米2，N/m2”或“牛顿/米，N/m”。 力的概念 力是矢量，即有大小，也有方向。用符号F表示，重力用P表示，拉力用T表示 力的基本性质 作用与反作用定律，作用力与反作用力分别存在于两个相互作用的物体之上，它们大小相等，方向相反，作用于一条直线上，期作用效应不能相互低消。 二力平衡定律，对于任何一个物体，其上只作用两个外力，其大小相等，方向相反，且作用于同一直线上，则此物体处于平衡状态，即静止或匀速运动状态 力的基本性质 力的平行四边形法则 力的平行四边形法则反映同一物体上力的合成与分解的基本规则，作用于同一物体上的两个力，可以合成一个合力，合力的大小与方向由以这两个力为边长所形成的平行四边形的对角线确定 力的基本性质 作用于同一物体上的若干个力称为力系 力系中各个力的作用线汇交于一点的称为汇交力系，汇交力系中，平行四边形法适用于求合力 力的基本性质 力可分解力两个力，分解的方法仍是应用力的平行四边形法则，如搁置在斜面上的重物，它的重力可分解为与斜面平行的下滑力Px和与斜面垂直的正压力Py 力矩与力偶 力的作用点不在物体上时，就产生了力矩 如扳手和螺母一起绕螺杆的中心转动，其效果不但与力的大小有关也与力到中心的距离有关 力距是力矢的模与力臂的乘积，是一个代数量（标量），O点叫做力矩的中心，力的作用线到O点的距离d叫做力臂，用下式表示 正负号表示力矩转动的方向，逆时针为正号，顺时针为负号 力矩与力偶 力的大小为零或力的作用线通过力矩中心（力臂等于零），则力矩为零 如果物体上有若干个力，当这些力对力矩中心的力矩代数和等于零时，即 原静止的物体就不会转动 力矩与力偶 如下图所示，力矩的大小还可以用三角形OAB面积的两倍来表示，单位为牛顿·米（N·m), 千牛顿·米（kN·m), 力矩与力偶 力偶是物体受到大小相等、方向相反、互相平行的两个力的作用，它对物体产生的是纯转动的效应。如方向盘 力矩与力偶 力偶记为 ，力偶中两力之间相距的垂直距离称为力偶臂 力偶距是力偶对物体转动效应的度量，是两个力对力偶作用平面内任一点之矩的代数和。用 表示力偶 的力偶矩 力矩与力偶 力偶矩也是一个代数量（标量），其数值等于力偶中一个力的大小与力偶臂的乘积，其正负号表示力偶的两种相反的方向 力偶的性质 力偶无合力。力偶和力不是等效的，也不能产生力的平衡 力偶对物体的作用与其在作用面内的位置无关 力偶矩的大小与方向不变的条件下，任意改变力和力偶臂的大小，不能改变力偶对于刚体的作用 物体在同一平面内作用有两个或两个以上的力偶，称为力偶系，可以用一个合力偶表示 受力分析 作用在物体上的外力，称为主动力，其作用方式为体积力和表面力 体积力是连续分布在物体内各点处的力，如均质物体的重力，单位是N/m3，或kN/m3 表面力是接触面上连续作用的力，如内压容器的压力，单位是N/m2，或kN/m2 对于横向尺寸远小于其长度的物体其体积力和表面力均可用线分布力表示，单位是N/m，或kN/m 两个直接接触的物体在很小的接触面上互相作用的分布力，可简化成作用于一点上的集中力，单位为N，或kN 自由体和非自由体 自由体：物体只受主动力(已知外力）的作用，且能够在空间沿任何方向完全自由运动，则称该物体为自由体 非自由体：物体的运动在某些方向上受到了限制而不能完全自由运动，则该物体称为非自由体 约束和约束反力 约束：限制非自由体运动的物体叫约束 约束反力：当非自由体的运动受到它的“约束”限制时，在非自由体与其约束之间就要产生相互作用的力，这时约束作用于非自由体上的力就称为该约束的约束反力 如轴内能在轴承孔内转动，轴就是非自由体，轴承就是约束；塔设备被地脚螺栓固定在基础上，任何方向都不能移动，塔就是非自由体，地脚螺栓就是约束。 约束反力的方向 当一个非自由体同时受到几个约束作用时，那么该非自由体就会同时受到几个约束反力的作用 如这个非自由体处于平衡，那么这几个约束反力对该非自由体所产生的联合效应必正