工程力学中工程应用案例的研究与实践

    工程力学中，在讨论平面任意力系的简化前，要介绍力的平移定理。从简化的过程可见，力的平移定理是一般力系向某一点简化的理论依据，其实力的平移定理也是在工程应用中分析力对物体作用效果的一个重要方法。本文将对力的平移定理在工程中的应用作一研讨，期待帮助学者拓宽学习思路，开阔视野，增强其工程应用和创新能力。

    一、力的作用线平移与力沿作用线移动对刚体作用效果的区别

    在刚体静力学中，由力的可传性原理可知，力沿其作用线移至刚体内任意点时，力对刚体的作用效果是不变的 ,力的三要素中力的作用点被力的作用线所取代。

    设在刚体上作用一力 F，由实践可知，当力 F 通过刚体重心 C 时，F 沿作用线移动，刚体只沿其作用线移动 ( 平动推压 ) 而不会转动。但是，如果将力F 平行移到刚体上任意点时（不通过物体的重心），则刚体既发生移动，又发生转动。力对物体的作用效果决定于力对物体的三要素，除了力的大小、方向之外，实践应用的体会是，力的作用线位置的变化直接影响力对物体的作用效果。要使力的作用线在刚体上平移而不改变对刚体的作用效果，就必须要有附加条件，这就是力的平移定理所涵盖的内容。

    力的平移定理：刚体上的力，平移到该刚体上任意一点 o，要不改变原力作用效果，则必须在该力与指定点 o所决定的平面内附加一力偶，其附加力偶的力偶矩等于原力对新作用点的 o 力矩。力的平移定理是一般力系向某点简化的理论依据，也是分析力对物体作用效果的重要方法。

    二、力的平移定理在工程中的应用

    1、丝锥攻螺纹

    学生实训期间，常常要在钳工台上攻丝 ( 图略 )。攻螺纹时．为什么实习老师要求学生必须用双手均匀握住手柄两端，且要用力相等，而不能只用一只手扳动手柄？因为用双手作用于手柄，只有力偶矩 M，这是攻螺纹时的正常工作状态。如用单手作用在手柄一端，会使丝锥折断。究其因，可由力的平移定理来解释。当力作用在手柄一端时，将力向丝锥中心平移，可得作用于丝锥中心 C 的一个力 F/ 和一个附加力偶矩 Mc，这个力偶 M c 使丝锥转动，而力 F/却易使丝锥弯曲，影响攻丝精度甚至使丝锥折断。

    2、方向盘

    驾驶员在驾车行驶时，要求其双手对称均匀握住方向盘（图略），而不允许长时间单手握方向盘，除保证驾驶安全之必须外，由力的平移定理分析可知，将单手作用于方向盘上的力向方向轴中心平移，可得作用于轴中心的一个力 F/ 和一个附加力偶矩 M c，这个力偶 M c 使轴发生扭转变形，力 F/ 却使轴发生弯曲变形。故轴就不是基本变形，而是组合变形，显然对轴的强度不利。