汽车机械基础学习任务5

第1页学习任务5力学基础知识任务目标汽车机械基础重点难点主要内容本章小结重点难点主要内容重点难点本章小结主要内容重点难点第2页学习任务5力学基础知识汽车机械基础掌握物体受力分析的方法；平面汇交力系、力偶系和平面任意力系的平衡条件；力矩的应用任务目标学会正确绘制物体受力图；应用力系平衡条件求解平衡问题明确力、力偶、力矩、转速、功、机械效率等基本概念了解力偶与力偶矩基础知识；刚体定轴转动相关知识；功和机械效率的知识第3页学习任务5力学基础知识重点难点掌握物体受力分析的方法；平面汇交力系、力偶系和平面任意力系的平衡条件；力矩的应用，绘制物体受力图；应用力系平衡条件求解平衡问题第4页学习任务5力学基础知识汽车机械基础主要内容第四节功率及机械效率第三节旋转件的运动分析和动力分析第二节平面力系第一节静力分析基础第五节平面任意力系第5页学习任务5力学基础知识汽车机械基础第一节静力分析基础第6页学习任务5力学基础知识汽车机械基础主要研究力的概念、刚体的概念、静力学的四个公理、约束与约束反力、受力图的画法。本节任务目标第7页学习任务5力学基础知识汽车机械基础力的概念是人们在长期的生产劳动和日常生活中逐步建立起来的。力是物体之间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。力使物体运动状态发生改变，称为力的外效应。而力使物体形状发生改变，称为力的内效应。在分析物体受力情况时，必须分清哪个是受力物体，哪个是施力物体。一、力的概念1．力的定义第8页学习任务5力学基础知识汽车机械基础实践证明，力对物体的作用效应决定于三个要素：力的大小、力的方向、力的作用点。这三个要素称为力的三要素。力的大小是指物体间相互作用的强弱程度。力的方向包含方位和指向两个含义。力的作用点是指力对物体作用的位置。作用于一点的力，称为集中力。在力的三要素中，当其中任一要素发生改变时，力对物体的作用效应也随之改变。2．力的三要素第9页学习任务5力学基础知识汽车机械基础力是一个具有大小和方向的量，所以力是矢量。图示时，通常用一条带箭头的有向线段来表示。线段的长度（按选定的比例尺）表示力的大小；线段的方位和箭头的指向表示力的方向；线段的起点或终点表示力的作用点。通过力的作用点沿力的方向的直线，称为力的作用线。3．力的图示法第10页学习任务5力学基础知识汽车机械基础二、刚体的概念在静力学中，把所研究的物体都看做是刚体。所谓刚体是指在力的作用下，大小和形状保持不变的物体。实际上，刚体是不存在的，它是一个理想化的力学模型。一个物体能否看做为刚体，不仅取决于物体变形的大小，而且和问题本身的要求有关。第11页学习任务5力学基础知识汽车机械基础三、静力学公理作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、作用线相同（简称这两个力等值、反向、共线）。1．二力平衡公理第12页学习任务5力学基础知识汽车机械基础必须注意，对于变形体来说，二力平衡公理是不成立的。两个力等值、反向、共线的条件只能是二力平衡的必要条件而不是充分条件。例如，绳索的两端受到等值、反向、共线的两个拉力作用时处于平衡状态，但如果受到等值、反向、共线的两个压力作用时，就不能平衡了。第13页学习任务5力学基础知识汽车机械基础在两个力作用下并处于平衡状态的物体称为二力体，如果该物体是个杆件，也可称二力杆。二力体（杆）上的两个力的作用线必为这两个力作用点的连线。第14页学习任务5力学基础知识汽车机械基础2．加减平衡力系公理在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。推论力的可传性原理作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点，而不改变该力对刚体的作用效应。第15页学习任务5力学基础知识汽车机械基础由力的可传性原理可知，对刚体而言，力的作用点已不是决定其效应的要素之一，而由作用线取代。因此，作用于刚体上的力的三要素是：力的大小、方向和作用线。第16页学习任务5力学基础知识汽车机械基础3．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，合力也作用于该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。第17页学习任务5力学基础知识汽车机械基础推论三力平衡汇交定理当刚体受到共面而又互不平行的三个力作用而平衡时，则此三个力的作用线必汇交于一点。第18页学习任务5力学基础知识汽车机械基础4．作用与反作用公理两个物体间的作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、沿同一直线，并分别作用在这两个物体上。第19页学习任务5力学基础知识汽车机械基础四、约束与约束反力在工程结构中，每一构件都根据工作要求以一定的方式和周围的其他构件相互联系着，它的运动因而受到一定的限制。一个物体的运动受到周围物体的限制时，这些周围物体称为该物体的约束。约束给被约束物体的力，称为约束反力，简称反力。约束反力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反。1．约束与约束反力的概念第20页学习任务5力学基础知识汽车机械基础在物体上，除约束反力以外的力，即能主动引起物体运动或使物体产生运动趋势的力，称为主动力。例如，重力、风力、水压力、土压力等都是主动力。主动力在工程中也称为荷载。第21页学习任务5力学基础知识汽车机械基础2．柔性约束柔体约束的约束反力通过接触点，其方向沿着柔体约束的中心线且背离物体（为拉力）。这种约束反力通常用T表示。第22页学习任务5力学基础知识汽车机械基础3．光滑接触面约束两个相互接触的物体，如果接触面上的摩擦力很小而略去不计，那么由这种接触面所构成的约束，称为光滑接触面约束。光滑接触面的约束反力通过接触点，其方向沿着接触面的公法线且指向物体。通常用N表示。第23页学习任务5力学基础知识汽车机械基础4．圆柱铰链约束圆柱铰链简称铰链，它是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中而构成，并假设销钉与圆孔的表面都是完全光滑的。圆柱铰链的约束反力在垂直于销钉轴线的平面内，通过销钉中心，而方向未定。在对物体进行受力分析时，通常把圆柱铰链的约束反力用两个相互垂直的分力Rx和Ry来表示。第24页学习任务5力学基础知识汽车机械基础第25页学习任务5力学基础知识汽车机械基础5．固定铰支座工程上常用一种叫做支座的部件，将一个构件支承于基础或另一静止的构件上。如将构件用光滑的圆柱形销钉与固定支座连接，则该支座称为固定铰支座。由固定铰支座的构造形式可知，它的约束性能与圆柱铰链相同，所以固定铰支座的约束反力与圆柱铰链的反力相同。第26页学习任务5力学基础知识汽车机械基础6．可动铰支座如果在固定铰支座与支承面之间加装辊轴，则该支座称为可动铰支座。可动铰支座的约束反力通过销钉中心，垂直于支承面，指向未定。第27页学习任务5力学基础知识汽车机械基础7．链杆两端用光滑销钉与其他物体连接而中间不受力的直杆，称为链杆。链杆的约束反力沿着链杆中心线，指向未定。第28页学习任务5力学基础知识汽车机械基础五、受力图在研究物体的平衡问题时，首先要对物体进行受力分析，即分析物体受到哪些力的作用。这种从周围物体中单独分离出来的研究对象，称为分离体。在分离体上画出它所受到的全部主动力和约束反力，这样所得到的图形，称为受力图。1．受力图的概念第29页学习任务5力学基础知识汽车机械基础2．单个物体的受力图画单个物体的受力图，首先要明确研究对象，并解除研究对象所受到的全部约束而单独画出它的简图，即取出分离体。然后在分离体上画出主动力及根据约束类型在解除约束处画出相应的约束反力。第30页学习任务5力学基础知识汽车机械基础[例5.1]匀质小球重W，用绳索系住，并靠在光滑的斜面上，试画出小球的受力图。第31页学习任务5力学基础知识汽车机械基础[例5.2]简支梁AB的A端为固定铰支座，B端为可动铰支座，梁在中点C受到主动力P的作用。梁的自重不计，试画出梁AB的受力图。第32页学习任务5力学基础知识汽车机械基础3．物体系统的受力图在工程中，常常遇到由几个物体通过一定的约束联系在一起的系统，这种系统称为物体系统，简称为物系。对物体系统进行受力分析时，把作用在物体系统上的力分为外力和内力。所谓外力是指物系以外的物体作用在物系上的力；所谓内力是指物系内各物体之间的相互作用力。画物体系统的受力图的方法，基本上与画单个物体受力图的方法相同，只是研究对象可能是整个物体系统；也可是整个物体系统中的某部分或某一物体。第33页学习任务5力学基础知识汽车机械基础[例5.3]三铰拱ACB如图所示。C处为铰链连接，A和B处都是固定铰支座。在拱AC上作用有荷载P。若不计拱的自重，试画出拱AC、BC及整体的受力图。第34页学习任务5力学基础知识汽车机械基础通过以上各例的分析，现将画受力图时应注意的几点归纳如下：（1）明确研究对象（2）约束反力与约束类型相对应（3）注意作用与反作用关系（4）只画外力，不画内力（5）不要多画也不要漏画任何一个力；同一约束反力，它的方向在各受力图中必须一致。第35页学习任务5力学基础知识汽车机械基础本节思考与练习1、简述力的三要素？2、常见约束都包括哪些？3、简述静力学公理。第36页汽车机械基础学习任务5力学基础知识第二节平面力系第37页学习任务5力学基础知识汽车机械基础本节任务目标主要了解力矩与平面力偶系以及平面汇交力系的合成与分解、定理、性质平衡条件。第38页学习任务5力学基础知识汽车机械基础一、力矩与平面力偶系力对物体可以产生移动效应--取决于力的大小、方向转动效应--取决于力矩的大小、方向-+dFFMO)(FBAod单位N•m，工程单位kN•m。第39页学习任务5力学基础知识汽车机械基础1．力对点之矩的定义力使刚体绕O点转动的强弱程度的物理量称为力对O点的矩。用表示，其定义式为：其中：点O称为矩心，d称为力臂。力矩的正负号表示力矩的转向，规定力使物体绕矩心逆时针转动取正，反之则取负。力矩的单位为：牛顿•米由图可知：的面积)(FmoFBAodFdFmo)(（N•m）。OABFmo)(第40页学习任务5力学基础知识汽车机械基础2．合力矩定理定理：平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩，等于所有各分力对同一点的矩的代数和，即：niiOOFmRm1)()(第41页学习任务5力学基础知识汽车机械基础[例]已知，如图F、Q、l,求：和解：①用力对点的矩法②应用合力矩定理)(FmO)(Qmosin)(lFdFFmOlQQmo)(ctg)(lFlFFmyxOlQQmo)(第42页学习任务5力学基础知识汽车机械基础例题：图示F=5kN,sin=0.8试求力F对A点的矩.AB20F第43页学习任务5力学基础知识汽车机械基础解：（1）CD=18.75×0.6=11.25AC=20-11.25=8.75h=8.75×0.8=7m0(F)=hF=7×5=3575.188.015BCAB20F第44页学习任务5力学基础知识汽车机械基础（2）Fx=Fcos=5×0.6=3Fy=Fsin=5×0.8=4mo(Fx)=-BD·Fx=-15×3=-45mo(Fy)=AD·Fy=20×4=80mo(F)=mo(Fx)+mo(Fy)=-45+80=35AB20FFxFyD第45页学习任务5力学基础知识汽车机械基础3．力偶与力偶矩力偶：两力大小相等，作用线不重合的反向平行力叫力偶。ddFm—+单位：N•m两力作用线所决定的平面称为力偶的作用面，两力作用线间的距离称为力偶臂。力偶使物体转动的方向成为力偶的转向。第46页学习任务5力学基础知识汽车机械基础力偶实例F1F2第47页学习任务5力学基础知识汽车机械基础性质1：力偶没有合力，力偶不能用一个力来等效，也不能用一个力来平衡，力偶只能用力偶来平衡。第48页学习任务5力学基础知识汽车机械基础性质2：力偶对其所在平面内任一点的矩恒等于力偶矩，而与矩心的位置无关，因此力偶对刚体的效应用力偶矩度量。力偶矩：力与力偶臂的乘积，记作M(F，F/)简记为M。d第49页学习任务5力学基础知识汽车机械基础性质3：平面