项目一力学基础.ppt
汽车机械基础,教学课件,项目一 力学基础,项目四 汽车常用机构,项目三 汽车金属制造工艺,项目二 汽车常用工程材料,项目五 汽车常用联接,汽车机械基础,课件首页,项目六 汽车常用传动,项目七 汽车常用零部件,项目八 公差与配合,项目九 液压与液力传动,知识目标：1 掌握平面汇交力系（多个力）合成的几何法 2 对合力投影定理有清晰的理解，掌握汇交力系合成的解析法和平衡方程 3 理解力对点之矩的概念，并能熟练地计算 4 深入理解力偶和力偶矩的概念，掌握平面力偶的性质和平面力偶的合成 5 了解约束与约束反力的常见类型 6 理解和掌握平面一般力系的等效与简化、力系的主矢与主矩、最简力系、刚体等 基本概念 7 理解平衡方程各种形式，掌握各种力系的独立平衡方程数目、物体或物系的平衡 问题的解题步骤和技巧 8.了解摩擦概念以及考虑摩擦时的平衡问题,项目一 静力学基础,平面汇交力系与力偶系,活动一：平面汇交力系及其合成活动二：平面力偶系,项目一 静力学基础,平面汇交力系与力偶系,力：是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。物体间的相互机械作用可分为两类：一类是物体间的直接接触的相互作用，另外一类是物和物体间的相互作用。力的两种作用效应为：1）外效应，也称为运动效应使物体的运动状态发生改变；2）内效应，也称为变形效应使物体的形状发生变化。静力学研究物体的外效应。力的三个要素：力的大小、方向和作用点。力的作用线：力的方向是指静止物体在该力作用下可能产生的运动（或运动趋势）的方向。沿该方向画出的直线。力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向。,活动一 平面汇交力系及其合成,项目一 静力学基础,1基本概念,等效力系：两个力系对物体的作用效应相同，则称这两个力系互为等效力系。当一个力 与一个力系等效时，则称该力为力系的合力；而该力系中的每一个力称为其合力的分力。把力系中的各个分力代换成合力的过程，称为力系的合成；反过来，把合力代换成若干分力的过程，称为力的分解。平衡力系：若刚体在某力系作用下保持平衡。在平衡力系中，各力相互平衡，或者说，诸力对刚体产生的运动效应相互抵消。可见，平衡力系是对刚体作用效应等于零的力系。,活动一 平面汇交力系及其合成,项目一 静力学基础,2平面汇交力系的合成方法1）几何法首先回顾用几何法合成两个汇交力。如图1-1-1a，设在物体上作用有汇交于点的两个力F1和F2，根据力的平行四边形法则，可知合力R的大小和方向是以两力F1和F2为邻边的平行四边形的对角线来表示，合力R的作用点就是这两个力的汇交点。也可以取平行四边形的一半即利用力的三角形法则求合力如图1-1-1b所示。,活动一 平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,刚体：在受力作用后而不产生变形的物体，刚体是对实际物体经过科学的抽象和简化而得到的一种理想模型。而当变形在所研究的问题中成为主要因素时（如在材料力学中研究变形杆件），一般就不能再把物体看作是刚体了。平衡：指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。显然，平衡是机械运动的特殊形态，因为静止是暂时的、相对的，而运动才是永衡的、绝对的。力系：作用在物体上的一组力。按照力系中各力作用线分布的不同形式，力系可分为：1）汇交力系 2）力偶系 3）平行力系 4）一般力系,活动一 平面汇交力系及其合成,项目一 静力学基础,对于由多个力组成的平面汇交力系，可以连续应用力的三角形法则进行力的合成。设刚体上作用有一个平面汇交力系F1、F2、Fn，各力汇交于A点（图1-1-2a）。根据力的可传性，可将这些力沿其作用线移到A点，从而得到一个平面共点力系（图1-1-2b）。故平面汇交力系可简化为平面共点力系。连续应用力的平行四边形法则，可将平面共点力系合成为一个力。在图1-1-2b中，先合成力F1与F2（图中未画出力平行四边形），可得力FR1，即 FR1F1+F2；再将FR1与F3合成为力FR2，即FR2FR1+F3；依此类推，最后可得：FRF1+F2+FnFi,项目一 静力学基础,活动一 汽车电子控制技术的发展过程,图1-1-2,活动一 平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,因此，平面汇交力系的合成结果是一个合力，合力的作用线通过汇交点，其大小和方向由力系中各力的矢量和确定。需要指出的是，利用几何法对力系进行合成，对于平面汇交力系，并不要求力系中各分力的作用点位于同一点，因为根据力的可传性原理，只要它们的作用线汇交于同一点即可。,解析法,求解平面汇交力系合成的另一种常用方法是解析法。,这种方法是以力在坐标轴上的投影为基础建立方程的。,活动一 平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,图1-1-3 力在坐标轴上的投影,设刚体上作用有一个平面汇交力系F1、F2、Fn，据式（2-1）有FR=F1+F2+Fn=F将上式两边分别向x轴和y轴投影，即有 上式即为合力投影定理：力系的合力在某轴上的投影，等于力系中各力在同一轴上投影的代数和。若进一步运算，即可求得合力的大小及方向为：,项目一 静力学基础,活动一 平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,活动二 平面汇交力系的合成方法,平面汇交力系平衡的条件是,1力对点之矩 用扳手拧螺母时（图1-1-4），螺母的转动效应除与力F的大小和方向有关外，还与点O到力作用线的距离h有关。距离h越大，转动的效果就越好，且越省力，反之则越差。显然，当力的作用线通过螺母的转动中心时，则无法使螺母转动。,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,图1-1-4 图1-1-5,可以用力对点的矩这样一个物理量来描述力使物体转动的效果。其定义为：力F对某点O的矩等于力的大小与点O到力的作用线距离h的乘积。记作 Mo（F）Fh（2-7）式中，点O称为矩心，h称为力臂，Fh表示力使物体绕点O转动效果的大小，而正负号则表明：Mo（F）是一个代数量，可以用它来描述物体的转动方向。通常规定：使物体逆时针方向转动的力矩为正，反之为负。力矩的单位为牛顿米（Nm）。根据定义，图2-6中所示的力F1对点O的矩为Mo（F1）-F1h1-F1hsin由定义知：力对点的矩与矩心的位置有关，同一个力对不同点的矩是不同的。因此，对力矩要指明矩心。从几何上看。力F对点O的矩在数值上等于三角形OAB面积的两倍。如图1-1-5所示。,活动三 平面力偶系,项目一 静力学基础,2.合力矩定理,项目一 静力学基础,活动三 平面力偶系,平面汇交力系的合力对平面上任一点之矩，等于所有各分力对同一点力矩的代数和。,3.力偶的概念,图1-1-6 力偶的应用,4.力偶的三要素,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,（1）力偶矩的大小。（2）力偶的转向。（3）力偶作用面的方位,5.力偶的性质,性质1 力偶对其作用面内任意点的力矩恒等于此力偶的力偶矩，而与矩心的位置无关。,性质2 由图1-1-8可见，力偶在任意坐标轴上的投影之和为零，故力偶无合力，力偶不能与一个力等效，也不能用一个力来平衡,力与力偶是力系的两个基本元素,项目二 静力学基础,活动二 平面力偶系,图1-1-8 图1-1-9,项目二 静力学基础,由于上述性质，所以对力偶可作如下处理：（1）力偶在它的作用面内，可以任意转移位置。其作用效应和原力偶相同，即力偶对于刚体上任意点的力偶矩值不因移位而改变。（2）力偶在不改变力偶矩大小和转向的条件下，可以同时改变力偶中两反向平行力的大小、方向以及力偶臂的大小。而力偶的作用效应保持不变。图1-1-9各图中力偶的作用效应都相同。力偶的力偶臂、力及其方向既然都可改变，就可简明地以一个带箭头的弧线并标出值来表示力偶，如图1-1-9d所示。6.平面力偶系的合成作用在物体上同一平面内的若干力偶，总称为平面力偶系。设在刚体某平面上有力偶M1、M2的作用，如图1-1-10a所示，现求其合成的结果,活动二 平面力偶系,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图1-1-10 平面力偶系,在平面上任取一线段ABd作为公共力偶臂，并把每个力偶化为一组作用在AB两点的反向平行力，如图1-1-10b所示，根据力系等效条件，有,于是在A、B两点各得一组共线力系，其合力为FR与FR，如图1-1-10c所示，且有FRFR F1-F2,FR 与FR 为一对等值、反向、不共线的平行力，它们组成的力偶即为合力偶，所以有MFR d(F1-F2)d M 1M 2若在刚体上有若干个力偶作用,采用上述方法叠加,可得合力偶矩为MM1+M2+MnM,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,平面力偶系合成的结果为一合力偶，合力偶矩为各分力偶矩的代数和,力偶系中各力偶矩的代数和等于零，M0,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,任务实施,例1 如图所示，一平面汇交力系作用于O点。已知F1=200N，F2=300N各力方向如图。若此力系的合力R与F2沿同一直线，求F3与合力R的大小。,方法（1）几何法 方法（2）解析法,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,例2,（2）应用合力矩 定理,例3.平面连杆机构在图所示位置平衡，已知OA=60 cm，O1 B=40 cm，作用在摇杆OA上的力偶矩M1=1 Nm，不计杆自重，求力偶矩M2的大小。,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,1）受力分析 2）列平衡方程 3）对受力图c列平衡方程,例3在一钻床上水平放置工件,工件上同时钻四个等直径的孔,每个钻头的力偶矩为,求工件的总切削力偶矩和A、B端水平反力解:各力偶的合力偶距为 由力偶只能与力偶平衡的性质，力NA与力NB组成一力偶。,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,拓展知识 约束与约束反力 自由体：在空间中可以自由运动而获得任意位移动的物体 飞 行中的飞机、火箭等。非自由体：位移受到某些限制的物体，如行驶中的火车受到铁轨的限制。约束：就是加在非自由体上使其位移受到一定限制的条件。约束一般是由非自由体与其周围物体相接触而构成的，因此也将这些周围物体称为约束。例如，钢轨是火车的约束。约束反力：约束能阻挡非自由体某些方向的运动，因此必然会施加力在非自由体上，这些力称为约束力或约束反力，简称反力。约束力的方向与其所限制的非自由体的运动方向或趋势相反。约束力可以是集中力，也可以是分布力系，后者通常以该力系的主矢和主矩来表达。在实际中存在着各种各样的约束，工程中一般将一些常见的约束理想化，归纳为几种基本类型，并根据各种约束的特性定性地给出其约束力的情况。,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图1-1-11 柔索约束 图1-1-12 光滑接触面约束,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图1-1-14 固定铰链支座 图1-1-15 活动铰链支座,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图1-1-16 轴承约束 图1-1-17 光滑球铰链约束,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,。,。,图1-1-18 固定端约束 图1-1-19 固定端约束反力,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,物体的受力分析,物体的受力分析，就是要确定研究对象受了那些力以及每个力的作用位置和方向。这是解决静(动)力学问题重要的一步。对实际物体进行受力分析时，需要把它简化力学模型，特别是要把实际的约束简化成某些基本类型。而合理的简化往往有赖于实际工作经验，需要在长期实践中总结提高。教材中所提供的物体，都是已简化的力学模型。在进行受力分析时，常把要研究对象从周围物体中分离出来，单独画出简图，这样取出的物体称为分离体。在分离体上画出研究对象所受的全部主动力和约束力，既得到物体的受力图。通常，受力图的画法可概括为以下几个步骤。1.根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图；2.画出分离体所受的全部主动力；3.在分离体上原来存在约束的地方，按照约束类型逐一画出约束力,
