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《 机械基础 》 演示文稿 （少学时） 与高等教育出版社出版中等职业教育课程改革国家规划新教材 《 机械基础 》 （少学时）配套. 王英杰 编写. 绪论 ●机器是人根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，用来 变换和传递能量、物料与信息 ，以代替或减轻人们的体力劳动和脑力劳动。 ●机器的组成（图０－２） :.
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《机械基础》演示文稿 （少学时）与高等教育出版社出版中等职业教育课程改革国家规划新教材《机械基础》（少学时）配套 王英杰 编写
绪论●机器是人根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，用来变换和传递能量、物料与信息，以代替或减轻人们的体力劳动和脑力劳动。●机器的组成（图０－２）:
●机器的结构（1）零件——构成机器的不可拆的制造单元。通用零件：在各类机器中普遍使用的零件。专用零件：只是在某些机器中使用的零件。（2）部件——在机器中，由若干零件装配在一起， 构成具有独立功能的部分，如轴承、联轴器、离合器、减速器等。（3）构件——构成机器的各个相对运动单元。构件一般由若干个零件刚性连接而成，也可能是单一的零件。（4）机构——用来传递运动和力的构件系统。复杂的机器由多种机构构成，简单的机器可能只含有一种机构。（5）如果单从结构和运动的角度去分析，机构与机器之间并无区别，因此，可将机构和机器总称为机械。●机器的结构（1）零件——构成机器的不可拆的制造单元。通用零件：在各类机器中普遍使用的零件。专用零件：只是在某些机器中使用的零件。（2）部件——在机器中，由若干零件装配在一起， 构成具有独立功能的部分，如轴承、联轴器、离合器、减速器等。（3）构件——构成机器的各个相对运动单元。构件一般由若干个零件刚性连接而成，也可能是单一的零件。（4）机构——用来传递运动和力的构件系统。复杂的机器由多种机构构成，简单的机器可能只含有一种机构。（5）如果单从结构和运动的角度去分析，机构与机器之间并无区别，因此，可将机构和机器总称为机械。
机械的类型机械按用途分类，可分为动力机械、加工机械、运输机械和信息机械等。动力机械——用来实现机械能与其他形式能量之间的转换，如电动机、内燃机、发动机、液压泵、压缩机等。加工机械——用来改变物料的状态、性质、结构和形状，如机床、粉碎机、压力机、织布机、包装机等。运输机械——用来改变人或物料的空间的位置，如汽车、火车、缆车、轮船、飞机、电梯、起重机、输送机构等。信息机械——用来获取或处理各种信息，如复印机、打印机、传真机、绘图机、数码相机、数码摄像机等。机械的类型机械按用途分类，可分为动力机械、加工机械、运输机械和信息机械等。动力机械——用来实现机械能与其他形式能量之间的转换，如电动机、内燃机、发动机、液压泵、压缩机等。加工机械——用来改变物料的状态、性质、结构和形状，如机床、粉碎机、压力机、织布机、包装机等。运输机械——用来改变人或物料的空间的位置，如汽车、火车、缆车、轮船、飞机、电梯、起重机、输送机构等。信息机械——用来获取或处理各种信息，如复印机、打印机、传真机、绘图机、数码相机、数码摄像机等。
第二节 钢铁材料生产过程概述●钢铁材料是铁和碳的合金。●钢铁材料按其碳的质量分数w（C）(含碳量)进行分类，可分为工业纯铁（w（C）＜0.0218%）；钢（w（C）=0.0218%～2.11%）白口铸铁或生铁（w（C）＞2.11 %）。●生铁是由铁矿石经高炉冶炼获得，它是炼钢和铸造生产的主要原材料。
碳素钢●低碳钢——w（C）≤0.25%。用于制作铆钉、螺钉、连杆、渗碳件、冲压件等，如10钢、15钢、20钢、25钢。 ●中碳钢——w（C）=0.25%～0.65%。用于制作齿轮、轴、蜗杆、丝杆、连接件等，如30钢、40钢、45钢、50钢、 55钢等。●高碳钢——w（C）＞0.65%。用于制作弹簧、弹性元件、工具、量具、刀具、磨具等，如70钢、75钢、80钢、85钢、T7钢、 T8钢、T9钢、 T10钢、T12钢等。
合金钢●合金结构钢——用于制造各类机械零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。●合金工具钢——用于制造各类刀具、工具、模具、量具等。 ●特殊性能钢——用于制造特殊场合的工件，包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
●铸钢——w（C）＜0.70%，用于铸造要求较高性能（如强度和塑性）和复杂形状的零件，如机座、箱壳、齿轮、曲轴等。●铸铁——w（C）＞2.11%，用于铸造复杂形状的铸件，如机座、箱壳、床身、齿轮、曲轴、井盖等。 ●铸铁主要有：白口铸铁 、灰铸铁 、可锻铸铁 、球墨铸铁 、蠕墨铸铁 、特殊性能铸铁等。
●铜合金——具有减摩性和耐腐蚀性，用于制作轴瓦、管接头、蜗轮、螺母等。●铸造锡基和铅基轴承合金——具有减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性和耐腐蚀性，用于制作滑动轴承的减摩层。●工程塑料——包括热塑性塑料（如尼龙、聚乙烯等）和热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等） 。用于制作绝缘件、密封件、耐腐蚀件、透明件、传动件、减摩件等。 ●橡胶——包括普通橡胶和特种橡胶。用于制作密封件、减振件、传动带、绝缘件、轮胎等。
材料选用原则●使用要求——分析材料的服役条件，如受力状态、载荷性质、工作温度（高、低温）、环境条件等。受力状态有拉、压、弯、扭等；载荷性质有静载荷、冲击载荷、循环应力等；环境条件有加润滑剂的，有接触酸、碱、盐、海水、粉尘、磨粒的等。此外，有时还需考虑导电性、磁性、膨胀、导热、密度等特殊要求。 。●工艺要求——它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等。例如，形状复杂的箱体零件，适宜采用铸造成形，应选铸造性能好的材料。●经济性——在满足使用性能的前提下，选用金属材料时应注意降低零件的总成本。
机械零件的承载能力●失效——机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能的现象，如强度不足、断裂、过大的弹性变形或塑性变形、磨损、连接松动、泄漏、精度达不到要求等。●工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度。对载荷来说，工作能力就是承载能力。●强度——零件在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。强度的高低直接反映零件承载能力的高低。机械零件的承载能力●失效——机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能的现象，如强度不足、断裂、过大的弹性变形或塑性变形、磨损、连接松动、泄漏、精度达不到要求等。●工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度。对载荷来说，工作能力就是承载能力。●强度——零件在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。强度的高低直接反映零件承载能力的高低。
载 荷●载荷——具体表现形式是力（拉力、压力、切向力等）、力矩（弯矩、转矩），或由力与力矩联合作用。 ●静载荷——载荷大小或方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。 ●动载荷——载荷大小或方向随时间变化的载荷。 ●名义载荷——根据动力机的额定功率P（kW）和额定转速n（r/min）计算出的载荷，如力、转矩等。
应力——单位面积上的内力。 静应力——大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力。 变应力——大小或方向随时间变化的应力。 循环应力——具有周期性的变应力，包括脉动循环变应力、对称循环变应力和非对称循环变应力。 应 力
纯铝主要用于制作质轻、导热或耐腐蚀但强度不高的构件。纯铝主要用于制作质轻、导热或耐腐蚀但强度不高的构件。 铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌等)构成的合金。 铸造铝合金是指可采用铸造成形方法直接获得铸件的铝合金。 铝及铝合金
黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。 普通黄铜是由铜和锌组成的铜合金。 特殊黄铜是在普通黄铜中再加入其它元素所形成的铜合金。 黄铜主要用于制造弹壳、散热器、垫片、螺母、垫片、机电零件等。 锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，如QSn4-3、ZCuSn10P1等，用于制造轴瓦、轴套等。 铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，如QAl7等，用于制造齿轮、轴套、蜗轮等。 铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，如QBe2等，用于制作弹性元件、电焊机电极等。 铜及铜合金●纯铜一般用于制作电线、电缆、导热零件及配置铜合金。
碳素钢 ●碳素钢按碳的质量分数高低分类，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按钢中有害杂质元素S、P的质量分数高低分类，可分为普通质量钢、优质钢和高级优质钢。按用途分类，可分为碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢。●碳素结构钢——主要有Q195、Q215、Q235、Q275系列，如Q235AF表示屈服强度大于235MPa、A等级质量、沸腾钢（F）。●优质碳素结构钢——主要有08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85钢等，如45钢表示W（C）=0.45%的优质碳素结构钢。●碳素工具钢——主要有T7或T7A、T8或T8A、T9或T9A、T10或T10A、T12或T12A、 T13或T13A等。●铸造碳钢——主要有ZG200-400、 ZG230-450等。
合金钢合金钢主要有低合金高强度结构钢、合金结构钢、滚动轴承钢、合金渗碳钢、合金工具钢、特殊性能钢等。●低合金高强度结构钢，如Q390A表示屈服强度大于390MPa，质量等级是A的低合金高强度结构钢，主要用于制造桥梁、容器、汽车等。●合金结构钢，如40Cr表示W（C）=0.4%， W（ Cr）＜1.5%，此类钢主要用于制造齿轮、轴、连杆、弹簧等。●滚动轴承钢，如G Cr 15表示W（ Cr）=1.5%的滚动轴承钢，主要用于制造滚动轴承的滚动体和内圈、外圈，其次也用于制作量具、模具、低合金刃具等 。●合金工具钢，如9SiCr钢、Cr12MoV钢、W18Cr4V钢等，主要用于制造切削刀具、丝杆、量具、模具等 。●特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢等，主要用于制造具有特殊性能要求的零件等，如ZGMn13-3等 。
钢的热处理●热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。●热处理的目的是提高钢的力学性能，发挥钢材的潜力，提高工件的使用寿命，消除毛坯中的缺陷，改善钢材的工艺性能，为后续工序作准备。 ●热处理工艺过程由加热、保温、冷却三个阶段组成，并可用热处理工艺曲线来表示。●常用的热处理加热设备有箱式电阻炉、盐浴炉、井式炉、火焰加热炉等。●常用的冷却设备有水槽、油槽、盐浴、缓冷坑、吹风机等。
预先热处理包括退火、正火、调质，其目的是为了消除和改善前一道工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为以后的切削加工和最终热处理做组织准备，主要用来处理毛坯件（如铸件、锻件、焊件等）。预先热处理包括退火、正火、调质，其目的是为了消除和改善前一道工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为以后的切削加工和最终热处理做组织准备，主要用来处理毛坯件（如铸件、锻件、焊件等）。 最终热处理包括淬火、回火、调质、表面淬火、化学热处理等，其目的是为了使工件获得所需要的性能。 钢在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为临界点（或相变点）。 钢在加热或冷却时的组织和临界点见下图： 热处理工艺分类
正火是指将件加热到临界点以上30～50℃，保温一定时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺。正火是指将件加热到临界点以上30～50℃，保温一定时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺。 正火的目的是细化晶粒，提高钢材硬度，消除钢材中的网状碳化物（或渗碳体），并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。 二、正火
钢的淬火●淬火是将钢件加热到临界点以上30～50℃，保温一段时间，以大于淬火临界冷却速度冷却，获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。●马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。●马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。●淬火的主要目的是使钢铁材料获得马氏体(或贝氏体)组织，提高钢铁材料的硬度和强度，并与回火工艺合理配合，获得需要的使用性能。钢的淬火●淬火是将钢件加热到临界点以上30～50℃，保温一段时间，以大于淬火临界冷却速度冷却，获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。●马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。●马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。●淬火的主要目的是使钢铁材料获得马氏体(或贝氏体)组织，提高钢铁材料的硬度和强度，并与回火工艺合理配合，获得需要的使用性能。
淬火加热温度 亚共析钢是Ac3以上30℃～50℃。 ●共析钢和过共析钢是Ac1以上30℃～50℃。 常用淬火冷却介质：水、油、盐浴、碱浴和空气等。 淬火加热温度与淬火介质
淬火方法 常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。
钢的回火●回火是将淬火钢件重新加热到临界点以下的某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺。●根据钢件在回火时的加热温度不同，可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种。●低温回火的温度范围是250℃以下。淬火钢经低温回火后，获得的硬度是58～64HRC。 ●中温回火的温度范围是250℃～450℃。淬火钢经中温回火后，获得的硬度是35～50HRC。●高温回火的温度范围是500℃以上。淬火钢经高温回火后，获得的的硬度是200～330HBW。
树脂是指受热时有软化或熔融范围，在软化时受外力作用下有流动倾向的有机高分子化合物，它是组成塑料的最基本成份，一般其质量分数为30%～40%。 根据树脂在加热和冷却时所表现的性质，可将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两类。 按塑料的应用范围可分为通用塑料、工程塑料和耐高温塑料。 工程塑料是指能在较宽温度范围内和较长使用时间内保持优良性能，能承受机械应力并作为结构材料使用的塑料。 塑料是指以树脂(天然、合成)为主要成分，再加入其他添加剂，在一定温度与压力下塑制成形的材料或制品的总称。
聚乙烯（PE）——密度小，耐腐蚀，电绝缘性好，主要用于制作薄膜。 聚氯乙烯（PVC）——耐化学腐蚀，不燃烧，容易加工，耐热性差，主要用于制作薄膜、日用品、板材、管材等。 聚苯乙烯（PS）——加工性能好，电绝缘性好，脆性大，耐热性差，主要用于制作电器零件（表盘、罩、壳等）、泡沫材料。 聚丙烯（PP）——密度小，是最轻的塑料，耐热性好，主要用于制作加热薄膜、化工管道、容器、机械零件等。 ABS塑料——坚硬，易加工成形和电镀，主要用于制作电器、汽车、机械等零件。 聚酰胺（PA）——俗称尼龙，强度高，耐磨，减振，主要用于制作小型零件。 聚碳酸酯（PC）——俗称透明金属，化学稳定性好，主要用于制作透明零件。 聚四氟乙烯（PTFE或F-4）——俗称塑料王，耐腐蚀，耐高温，主要用于制作化工零件，如管道、泵等。 酚醛塑料（PF）——俗称电木，绝缘性能好，耐腐蚀，主要用于制作电子器件、机械零件、水润滑轴承等。 热塑性塑料
复合材料是由两种或两种以上不同物理或化学性质或不同组织结构的材料，以微观或宏观形式组合而成的多相材料。●纤维增强树脂基复合材料——主要有玻璃纤维-树脂基复合材料（玻璃钢），主要用于制作机器的护罩、化工容器、管道、船体等。●碳纤维-树脂基复合材料——主要有碳纤维与酚醛、聚四氟乙烯等树脂组成的复合材料，具有密度小，强度高，抗疲劳，耐热，耐腐蚀等优点，主要用于制作钓鱼杆、球拍、航空航天构件、机械零件等 。●有机纤维-树脂基复合材料——主要有芳香族聚酰胺（芳纶）与环氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等树脂组成的复合材料，主要用于制作防弹衣、机身、轻型舰船等。●叠层或夹层复合材料——主要由两层或两层以上的不同材料经热压胶合而成。主要用于制作装饰材料、机械零件、特殊功能此案料等。
材料选择及应用●选用材料时，应在满足零件工作要求的前提下，最大限度地发挥材料的潜力，提高材料的性能价格比。●选材的基本原则是：先考虑材料的使用性能，然后再综合考虑材料的工艺性能和经济性。●使用性能是指零部件在工作过程中应具备的力学性能、物理性能和化学性能。它是选材的最要依据。对于机械零件来说，最重要的是在分析零部件的工作条件（如温度、载荷、环境等）和失效形式的要求基础上，提出相应的性能指标，然后根据性能指标进行材料预选。●失效分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类。●工艺性能是指材料进行加工的难以程度。工艺性能对零件的加工质量、加工效率和加工成本有直接的影响。加工性能包括切削加工性能、铸造加工性能、锻造加工性能、焊接加工性能、热处理性能等。材料选择及应用●选用材料时，应在满足零件工作要求的前提下，最大限度地发挥材料的潜力，提高材料的性能价格比。●选材的基本原则是：先考虑材料的使用性能，然后再综合考虑材料的工艺性能和经济性。●使用性能是指零部件在工作过程中应具备的力学性能、物理性能和化学性能。它是选材的最要依据。对于机械零件来说，最重要的是在分析零部件的工作条件（如温度、载荷、环境等）和失效形式的要求基础上，提出相应的性能指标，然后根据性能指标进行材料预选。●失效分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类。●工艺性能是指材料进行加工的难以程度。工艺性能对零件的加工质量、加工效率和加工成本有直接的影响。加工性能包括切削加工性能、铸造加工性能、锻造加工性能、焊接加工性能、热处理性能等。
一、齿轮类零件的选材 调质钢用于制造两种齿轮：一种是对耐磨性要求较高，而冲击韧性要求一般的硬齿面（＞40HRC）齿轮，通常采用45、40Cr、42Si Mn等钢制造，经调质处理后进行表面高频感应加热淬火和低温回火。另一种是对齿面硬度要求不高的软齿面（≤350HBW）齿轮，通常采用45、40Cr、42SiMn，35SiMn等钢制造 。 渗碳钢主要用于制造高速、重载、冲击比较大的硬齿面（>55HRC）齿轮，如汽车变速箱齿轮、汽车驱动桥齿轮等，常用20CrMnTi，20CrMnMo，20CrMo等钢制造，经渗碳、淬火和低温回火后获得表面硬而耐磨，心部强韧、耐冲击的组织。 典型零件选材实例
二、轴类零件的选材 （1）承受交变应力和动载荷的轴类零件，如船用推进器轴、锻锤锤杆等，应选用淬透性好的调质钢，如30CrMnSi、35CrMn、40MnVB、40CrMn、40CrNiMo钢等。 （2）主要承受弯曲和扭转应力的轴类零件，如变速箱传动轴、发动机曲轴、机床主轴等。这类轴在整个截面上所受的应力分布不均匀，表面应力较大，心部应力较小，这类轴不需选用淬透性很高的钢种，可选用合金调质钢，如汽车主轴常采用40Cr、45Mn2等钢制造。 （3）高精度、高速传动的轴类零件，如镗床主轴常选用渗氮钢38CrMoAlA等，并进行调质及渗氮处理。 （4）对中、低速内燃机曲轴，以及连杆、凸轮轴，可以选用球墨铸铁制造，不仅满足了力学性能要求，而且制造工艺简单，成本低。
三、箱体类零件的选材 对于一些受力较大，要求高强度、高韧性，甚至在高温高压下工作的箱体类零件，如汽轮机机壳，可选用铸钢；对于一些受冲击力不大，而且主要承受静压力的箱体可选用灰口铸铁（如HT150、HT200等）；对于受力不大，要求自重轻或热导性良好的箱体类零件，要选用铸造铝合金，如汽车发动机的缸盖；对于受力很小，要求自重轻和耐腐蚀的箱体类零件，可选用工程塑料；对于受力较大，但形状简单的箱体类零件，可采用型钢（如Q235、20、16Mn等）焊接制作。
四、常用工具的选材●锉刀是重要的钳工工具，要求有高硬度（刃部64～67HRC）和高耐磨性，通常用T12钢制造。 ●手用锯条也是常用的钳工工具，要求高硬度、高耐磨性、较好的韧性和弹性，通常用T10、T12或20钢渗碳制造。手用锯条一般经过淬火加低温回火。大量生产时，可采用高频感应加热淬火，使锯齿淬硬而保证锯条整体的韧性和弹性。 ●一般刀具的制造选用合金工具钢，如W18Cr4V、CrWMn、9SiCr等钢，其热处理工艺为淬火加高温回火（或低温回火）。
力的定义——力是物体间的相互作用，这种作用使物体的运动状态发生变化，同时使物体发生变形。力的定义——力是物体间的相互作用，这种作用使物体的运动状态发生变化，同时使物体发生变形。 力的三要素——力的大小、力的方向和力的作用点。 力的图示——力是矢量，可用一条有向线段来表示。 力的单位——N（牛）或kN（千牛）。 图2-6 力的基本知识
刚体——受力后其大小和形状都保持不变的物体。刚体——受力后其大小和形状都保持不变的物体。 二力平衡公理——作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：两力大小相等，方向相反且作用在同一直线上。 二力杆——只两个力作用（不考虑自重）而处于平衡的构件。其特点是所受的两个力方向必定沿着作用点的连线。 图2-7 静力学公理
加减平衡力系公理●作用于物体上的一群力称为力系。●如果物体在力系的作用下处于平衡，这样的力称为平衡力系。●加减平衡力系公理——在作用于刚体上的任一力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。加减平衡力系公理●作用于物体上的一群力称为力系。●如果物体在力系的作用下处于平衡，这样的力称为平衡力系。●加减平衡力系公理——在作用于刚体上的任一力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。
●力的平行四边形公理——作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。●合力等于两个分力的矢量和，即FR=F1+F2●力的平行四边形公理——作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。●合力等于两个分力的矢量和，即FR=F1+F2
●三力平衡汇交定理——刚体受不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线必汇交于一点。●作用与反作用公理——两物体间相互作用的力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿同一作用线，并分别作用于两个相互作用的物体上。●三力平衡汇交定理——刚体受不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线必汇交于一点。●作用与反作用公理——两物体间相互作用的力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿同一作用线，并分别作用于两个相互作用的物体上。
力矩——工程上以乘积Fd并加以适当的正号或负号作为力F使物体绕O点转动效应的度量，称为力F对O点之矩，简称力矩。对大小力矩——工程上以乘积Fd并加以适当的正号或负号作为力F使物体绕O点转动效应的度量，称为力F对O点之矩，简称力矩。对大小 力矩的符号是mo（F） 力矩的大小是： mo（F）=± Fd O点称为力矩中心，简称矩心。 O点到力F作用线间的垂直距离d称为力臂。 力矩的方向——力使物体绕矩心作逆时针方向转动时，力矩为“正”；反之，力矩为“负”。 力矩的单位是：N·m（牛·米）。 图2-14 力矩
平面汇交力系——各力的作用线在同一平面内并且相交于一点的力系。平面汇交力系——各力的作用线在同一平面内并且相交于一点的力系。 平面汇交力系的合力对平面内任一点之矩，等于各分力对同一点之矩的代数和，即 mO（FR）=∑mO（F） 合力FR对O点的力矩等于其分力F1和F2对O点力矩的代数和。 图2-17 合力矩定理
力偶——大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力所组成的力系称为力偶。力偶——大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力所组成的力系称为力偶。 力偶平面——力偶中两力所在的平面称为力偶平面。 力偶臂——力偶中两力之间的垂直距离d称为力偶臂。 力偶矩——m=±Fd 力偶没有合力。力偶不能用一个力来代替，也不能用一个力来平衡，力偶只能用力偶来平衡。 图2-18 力偶
力偶中两力对其作用面内任一点的力矩的代数和为一常数，并等于力偶矩（Fd）。力偶中两力对其作用面内任一点的力矩的代数和为一常数，并等于力偶矩（Fd）。 力偶对物体的转动效应完全决定于力偶矩的大小与转向，而与矩心的位置无关。 等效力偶——如果两个力偶的力偶矩大小相等而且转向相同，则这两个力偶对物体就有相同的转动效应。 推论1——力偶可以在其作用面内任意转移，而不会改变该力偶对物体的作用效果。 推论2——在保持力偶矩的大小和转向不变的条件下，可以任意改变力偶中的两力和力偶臂的大小，而不改变力偶对物体的作用效果。 图2-21 力偶的等效性
平移定理——可以将作用在刚体上的点A的力F平行移到另一点B，但必须附加一个力偶，这个力偶就等于原来的力F对新作用点B的矩。平移定理——可以将作用在刚体上的点A的力F平行移到另一点B，但必须附加一个力偶，这个力偶就等于原来的力F对新作用点B的矩。 由平移定理可知，可以将一个力替换成同平面内的一个力和一个力偶；反之，同一平面内的一个力和一个力偶也可以用一个力来等效替换。 图2-25a（单手用力，丝锥容易折断） 图2-25b （双手对称用力，丝锥不容易折断） 力的平移
约束——凡是对物体运动起限制作用的周围物体，就称为约束。约束——凡是对物体运动起限制作用的周围物体，就称为约束。 约束反力——约束作用于被约束物体上的力，是限制被约束物体运动的力，其方向与其所限制的被约束物体的运动方向相反。 主动力——使物体产生运动或运动趋势的力。 柔体约束——由绳索、胶带、链条等各种柔性物体所形成的约束。其特点是只能受拉。 约束
物体与光滑接支撑面接触时，由于不计摩擦，因此支撑面不能限制物体沿其切线方向移动，仅能阻止物体沿接触面的法线方向向下运动。物体与光滑接支撑面接触时，由于不计摩擦，因此支撑面不能限制物体沿其切线方向移动，仅能阻止物体沿接触面的法线方向向下运动。 光滑接触面给被约束物体的力的方向必沿着接触面的公法线，并且只能是指向被约束物体。 图2-32 光滑接触面（线）约束
圆柱铰链——是指用圆柱形销钉将两个构件连接在一起所形成的约束。圆柱铰链——是指用圆柱形销钉将两个构件连接在一起所形成的约束。 光滑圆柱铰链约束——是指不计接触处的摩擦所形成的圆柱铰链约束。 光滑圆柱铰链约束的特点——约束反力一定通过接触点的公法线方向，即通过销钉的中心。铰链约束只能限制两物体间的相对移动，不能限制其转动。 1.固定（中间铰）支座 如果相连的两个构件有一个固定在地面或机架上，则称为固定铰支座或固定铰链。 如果相连的两个构件均无固定，则称为中间铰链连接，简称中间铰。 固定铰支座或中间铰链的约束反力是过接触点并通过销钉的中心，由于接触点的位置不确定，故约束反力的方向不确定，一般用两个正交分力来表示。 图2-35 光滑圆柱铰链约束
2.活动铰支座 如果在固定铰支座的下两放置一排辊轴，支座便可以沿着支承面移动，这样的约束称为活动铰支座。 活动铰支座只能限制物体沿垂直于支承面方向的运动，不能限制物体沿支承面的运动和绕销钉的转动，其约束反力通过铰链中心并垂直于支承面。 图2-36b和c 3.固定端约束 固定端约束——物体一端固定，既不能移动，又不能转动。 固定端约束的特点是：产生一个约束反力和一个约束力偶，他们的方向由物体所受的主动力决定，一般约束反力用两个正交分力表示。 图2-37d 光滑圆柱铰链约束
4.二力杆约束 二力杆约束特点是：约束反力必沿着两铰链中心的连线，力的方向背离或指向研究对象。 简易起落架（图2-38）中的CD杆就是二力杆。 AB杆在C点收到CD杆的反作用力Fc′。 光滑圆柱铰链约束
