首页 理论教育合力矩定理的应用与解析

合力矩定理的应用与解析

【摘要】:讨论合力对某点的矩和分力对该点的矩的关系,就是我们下面要讲述的合力矩定理。图3-17力矩投影由图3-17 可以看出将上述等式两边相加,有根据合力投影定理,有于是定理得到证明。对于有合力的其他各种力系,合力矩定理也是成立的。求啮合力Fn 对轮心点O 的矩。

在计算力系的合力对某点的矩时,有时力臂的计算较烦琐,而将合力分解计算各分力对某点的矩较简单。讨论合力对某点的矩和分力对该点的矩的关系,就是我们下面要讲述的合力矩定理。

定理:平面汇交力系的合力对其平面内任一点的矩,等于所有各分力对同一点的矩的代数和。

证明:设刚体上的A 点作用着一平面汇交力系,力系的合力为FR。在力系所在平面内任选一点O,过O 作Oy 轴,且垂直于OA。如图3-17 所示,则图中Ob1、Ob2、…、Obn 和ObR 分别等于力F1、F2、…、Fn 和FR 在Oy 轴上的投影F1y、F2y、…、Fny和FRy。现分别计算F1、F2、…、Fn 和FR 对点O 的力矩。

图3-17 力矩投影

由图3-17 可以看出

将上述等式两边相加,有

根据合力投影定理,有

于是定理得到证明。对于有合力的其他各种力系,合力矩定理也是成立的。

案例3-7 作用于齿轮上的啮合力Fn=1 000 N,齿轮节圆直径D=160 mm,压力角(啮合力与齿轮节圆切线间的夹角)α=20°,如图3-18 所示。求啮合力Fn 对轮心点O 的矩。

图3-18 案例3-7图

(a)直齿圆柱齿轮受力图;(b)齿轮受力分解图

分析:解法一 用力矩定义式(3-10)计算Fn 对点O 的矩,即

解法二 用合力矩定理式(3-12)计算Fn 对点O 的矩,如图3-18(b)所示,将啮合力Fn 在齿轮啮合点处分解为圆周力Ft 和径向力Fr,则Ft=Fncos α,Fr=Fnsin α,由合力矩定理可得