36汽车机械基础

何雪汽车制造工程系汽车机械基础整体设计模块一汽车常用构件力学分析1.1静力学基础静力学基本概念的认识静力学公里约束反力的确定1.2平面力系平面汇交力系力矩及平面力偶的应用平面任意力系的应用1.3构件承载能力分析轴向拉伸或压缩剪切与挤压圆轴扭转与梁的弯曲《汽车机械基础》课程整体设计介绍课程定位♦汽车专业的一门专业基础课程。♦为研究机械类产品的设计、开发、制造、维护等提供必要的理论基础。♦课程定位于高等职业教育，强调对学生进行动手能力的培养。♦按照“必需、够用”为度的原则呈现课程内容的针对性和应用性。该课程研究机械中的共性问题，是汽车机械工程的技术基础课，应用广泛.汽车是一个机械系统,其传动原理及各零部件设计运用与维护,都属机械基础理论技术.课程设置课程名称汽车机械基础专业汽车制造与装配技术课程性质专业基础课学分4课程总学时72周学时4授课对象一年级完成时间一学期熟悉和掌握机械传动、常用机构及轴系零件的基本知识、工作原理和应用特点，会分析液压基本回路。培养学生在生活中的观察能力。将课本知识和生活、生产实践结合起来提高其分析问题和解决问题的能力。通过引导学生参与分析问题和解决问题的过程，使学生体验成功的感受，激发学生的学习热情，增强学生自信心。课程目标课程目标知识目标职业目标能力目标参考资料内容分析汽车机械基础《汽车机械基础》整体设计《汽车机械基础》基础知识《汽车机械基础》单元设计课程管理信息课程目标职业能力训练项目汽车机械基础简介轴系零件液压传动常用构件力学分析汽车传动机构约束反力的确定汽车起重机液压系统的分析……轴的结构设计重点1构件承载能力分析难点1轮系传动比的计算重点3渐开线直齿圆柱齿轮的结构设计重点2液压基本回路的分析难点2教学重难点期末综合成绩平时成绩：10%阶段测验：40%笔试成绩：50%教学评价《汽车机械基础》课程整体设计结束！《汽车机械基础》基础知识模块目标：1、能熟练运用静力学公理；2、能够对构件进行受力分析；3、掌握应用平衡条件求解工程力学问题的方法；4、认识构件在外力作用下的受力、变形和破坏规律；5、掌握各种基本变形条件下杆件的内力计算方法、应力计算方法。模块一汽车常用构件力学分析力的单位：国际单位制：牛顿(N)千牛顿(kN)1.1静力学基础1、力的概念1）定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态或产生变形。2）力的效应：①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。3）力的三要素：大小，方向，作用点AF一、静力学基本概念的认识2、力系是指作用在物体上的一群力。是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。3、刚体就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。4、平衡公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理1二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等|F1|=|F2|方向相反F1=–F2作用线共线，作用于同一个物体上。二、静力学公里二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力杆在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论1：力的可传性。作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线公理2加减平衡力系原理刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交——平行力系。）公理3力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。推论2：三力平衡汇交定理公理4作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。[证]∵为平衡力系，∴也为平衡力系。又∵二力平衡必等值、反向、共线，∴三力必汇交，且共面。321,,FFF321,,FFF3,FR[例]吊灯约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。三、约束反力的确定自由体：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）概念①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束反力特点：GGN1N2绳索、链条、皮带由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束。1、柔体约束绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。PPTS1S'1S'2S22、光滑接触面的约束(光滑指摩擦不计)约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。PNNPNANBGGF1F2F1F23、光滑圆柱铰链约束（1）固定铰支座AAyFAxFAxFAyFAAA（2）活动铰支座AFBFCF受力分析：解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。作用在物体上的力有：一类是:主动力,如重力,风力,气体压力等。二类是：被动力，即约束反力。物体的受力分析和受力图：画受力图应注意的问题：除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。（2）不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。（1）不要漏画力约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。（3）不要画错力的方向（4）受力图上不能再带约束即受力图一定要画在分离体上。一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。（5）受力图上只画外力，不画内力（6）同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾（7）正确判断二力构件。例1重力为P的圆球放在板AC与墙壁AB之间，如图所示。设板AC重力不计，试作出板与球的受力图。解：例2画出图中滑块及推杆的受力图。解：xyzABDC030P)(a例3:一个梯子AB，两端放在光滑面上，在C点一水平绳联结，梯子重量为P，作用在D点，见图(a)。对梯子AB受力分析。AFCFBFP所谓平面力系是指各力的作用线都在同一平面内的力系。在平面力系中，若各力的作用线交于一点，则称为平面汇交力系(图2.1)；若各力的作用线相互平行，则称为平面平行力系(图2.2)；若各力的作用线既不完全交于一点也不完全相互平行，则称为平面一般力系(图2.3)。研究力系的合成与平衡问题通常有两种方法，即几何法和解析法。图2.1图2.2图2.3一、平面汇交力系Ｆ１Ｆ２Ｆ３各力的作用线全部汇交于一点的力系。1、概述力F在坐标轴上的投影向量即为坐标轴方向的分力。XYF力在轴上的投影投影Fxab当α、β为锐角时，FX、Fy均为正值；当α、β为钝角时，FX、Fy可能为负值。投影数值：Fx=FcosFy=Fcosβ2、力在坐标轴上的投影——力在任一轴上的投影可求，分力并不确定讨论：力的投影与分量(1)力F在正交坐标轴x、y上的投影量与沿轴分解的分力大小相等；(2)力F在不正交轴x、y上的投影分量与沿轴分解的分力大小不相等。xFyOFyFxxFOFyFxyFxyOFyFx应注意（1）力投影：代数量力分量(分力)：矢量（2）力投影：无作用点分力：有作用点原力点与投影轴同向为“＋”、反向为“-”【例】试分别求出图中各力在x轴和y轴上的投影。已知F1=150N，F2=120N，F3=100N，F4=50N,各力的方向如图所示。解：力F2与x轴平行，与y轴垂直，其投影可直接得出；其他各力的投影可由式(2.1)计算求得。故各力在x、y轴上的投影为F1x=-F1cos30°=-129.9NF1y=-F1sin30°=-75NF2x=F2=120NF2y=0F3x=-F3cos45°=-70.7NF3y=F3sin45°=70.7NF4x=F4cos30°=43.3NF4y=-F4sin30°=-25N合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。（1）合力投影定理合力投影abcxF1F2FR即ab=ac-bc任意轴分力投影3、平面汇交力系的解析FRoF1F2F3FnxyFRx=F1x+F2x+…+Fnx=FxFRyFRy=F1y+F2y+…+Fny=Fy合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。（2）力的解析合力方向——由和FRx、FRy符号(确定象限)判定——FR与x轴所夹锐角对正交坐标系yFRxxFRy方向:2222)()(yxRyRxRFFFFFxyRxRyFFFFtg合力:Rx22RxRycos()()FFF合力解析求解（应用合力投影定理）任意轴x：FRx=F1x+F2x+…+Fnx=Fx求合力：在正交轴上求分力投影FRx=F1x+F2x+…+Fnx=FxFRy=F1y+F2y+…+Fny=Fy合力:2222)()(yxRyRxRFFFFFxyRxRyFFFFtg合力方向:由几何法,平面汇交力系平衡条件为ＦＲ=0因：必有：平面汇交力系平衡条件——力系中各力在正交轴上的投影的代数和等于零2222)()(yxRyRxRFFFFFFRx=Fx=0FRy=Fy=0两个独立方程求解两个未知量思考：平衡力系各力在任一轴的投影代数和是否为零？4、平面汇交力系平衡方程及其应用Ｆx=0Ｆy=0重物W悬挂在铰接点B处，质量m=10kg，若忽略两杆重量，求平衡时AB、BC杆的内力。WABC6045。。(a)例题(b)xyBmgT300S450①取铰B为隔离体，其上作用力：重力：mg约束反力：T（＋）、S（－）∑FX=0,-Tcos300+Scos450=0∑FY=0,-P+Tsin300+Ssin450=0③联立方程，解得：S=88N，T=71.8N因S和T结果为正，故假设方向正确。若计算结果为负，则力实际方向与假定方向相反。②列平衡方程解：xyBmgT300S450（4）合理选取坐标系，列平衡方程求解；（5）对结果进行必要的分析和讨论。（1）弄清题意，明确已知量和待求量；（2）恰当选取研究对象，明确所研究的物体；（3）正确画出研究对象的受力图（主动力、约束反力、二力构件、三力汇交平衡等）；求解平面汇交力系平衡问题的一般步骤：【例】如图所示的吊环上作用有3个共面的拉力，各力的大小分别是T1=2kN、T2=1kN、T3=1.5kN，方向如图所示，试求其合力。【解】建立直角坐标系Oxy如图所示，根据式(2.3)计算合力R在x轴和y轴上的投影为Rx=∑Fx=T1x+T2x+T3x=0.403kNRy=∑Fy=T1y+T2y+T3y=-3.733kN故合力RR=√Rx2+Ry2=3.755kNtanα=｜Ry/Rx｜=9.263，α=83.8°=83°48′因Rx为正，Ry为负，所以合力R指向右下方。如图所示，合力R的作用线通过三个分力的汇交点O。试观察用扳手拧螺母的情形，如图所示，力F使扳手连同螺母绕螺母中心O转动。用钉锤拔钉子（如图所示）也具有类似的性质。用乘积Fd加上正号或负号作为度量力F使物体绕O点转动效应的物理量，该物理量称为力F对O点之矩，简称力矩。O点称为矩心，矩心O到力F作用线的垂直距离d称为力臂。（1）力对点之矩二、力矩及平面力偶的应用1、力矩的应用力F对O点之矩通常用符号MO(F)表示，即MO(F)=±F·d式中正负号