汽車機(jī)械基礎(chǔ)靜力分析

1、1、了解靜力分析的基本概念和有管理學(xué)定理、公理及定律2、掌握受力分析的方法，并能畫出受力分析圖3、了解平面匯交力系合成與簡(jiǎn)化的方法4、熟悉平面力系平衡的條件，并能解決實(shí)際問題5、了解物系平衡的概念6、熟悉摩擦的分類及滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦的概念4.1 基本認(rèn)知基本認(rèn)知1.力(1)力是物體間的相互作用。 (2)力對(duì)物體的作用效應(yīng)取決于三個(gè)要素：力的大小、力的方向和力的作用點(diǎn)。(3)力的單位:牛頓（N）或千牛頓（KN）。 (4)力是矢量。教材中用黑體字母F表示力矢量，而用普通字母F表示力的大小，力矢量的手寫體的符號(hào)表示為 。力系是指作用于同一物體的一群力。（1）按作用線所在位置分： 平面力系、 空間力

2、系（2）按作用線的相互關(guān)系分： 匯交力系、平行力系、任意力系 （3）等效力系 （4）平衡力系2.力系（1）二力平衡公理。 一剛體在二力作用下處于平衡狀態(tài)，充要條件： 此二力大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。工程中把只受二力作用而處于平衡的構(gòu)件稱之為二力構(gòu)件，或稱二力桿。3.力的性質(zhì)（2）力的可傳性。作用于剛體上的力可以沿其作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)的任意一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)。 (a) (b) (c) (3）力的平行四邊形法則。 三力匯交定理：剛體在受同平面內(nèi)的三個(gè)不平行的 力作用而平衡時(shí)，此三力的作用線必相交于一點(diǎn)。(4）作用與反作用定律（牛頓第三定律）兩物體間的作用力與反作用力總

3、是同時(shí)存在，且大小相等，方向相反，沿同一直線，分別作用在這兩個(gè)相互作用的物體上。定義約束：限制物體運(yùn)動(dòng)的其他物體。約束反力：約束對(duì)該物體的作用力。常見的3種約束類型：1.柔性體約束。2.光滑面約束。3.光滑鉸鏈約束。4.2 受力分析與受力圖只能阻止物體沿柔性體伸長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng)而不能阻止其他任何方向的運(yùn)動(dòng)，因而這類約束的約束反力必沿柔性體的中心線且背離被約束的物體。 這類約束由表面為理想光滑的物體構(gòu)成。它只能阻止物體沿接觸面的公法線且趨向于約束內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)。這種約束力稱為法向約束力，通常用N表示 。作用在接觸點(diǎn)處，方向沿接觸面的公法線，并指向被約束物體。中間鉸鏈約束固定鉸鏈約束活動(dòng)鉸鏈約束 物體的受

4、力分析畫受力圖的步驟（1）選定合適的研究對(duì)象，確定分離體 （2）畫出所有作用在分離體上的主動(dòng)力（已知力）（3）在分離體的所有約束處，根據(jù)約束的性質(zhì)畫出 約束力。對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析并正確地畫出其受力圖，是解決靜力學(xué)問題的一個(gè)重要步驟。例題：如圖1-12(a)所示的三鉸拱結(jié)構(gòu)，由左、右兩拱鉸接而成。不計(jì)自重及摩擦，在拱AC 上作用有載荷 F。分別畫出拱 AC 和 CB 的受力圖 。4.3 平面力系的簡(jiǎn)化與合成平面力系的簡(jiǎn)化與合成1.平面匯交力系的合成合力R R的矢量表示式為：R R= =F1+F2+F3+F4 F1+F2+F3+F4 推廣到任意個(gè)匯交力系的情況。此時(shí)力系的合成可表示為：R R=

5、 =F1+F2+F3+F4+ FnF1+F2+F3+F4+ Fn= =F F 2.平面匯交力系平衡的幾何條件 若用幾何法求平面匯交力系的合力時(shí)，各力矢所構(gòu)成的力多邊形自行封閉，則合力R等于零，該力系為平衡力系。以矢量式表示平面匯交力系的平衡條件： R= F F = =0 1.力在坐標(biāo)軸上的投影與力的解析表達(dá)式力的解析表達(dá)式為：F F=Xi i+Yj j(i i、j j分別為沿x、y軸的單位矢量)2.平面匯交力系的合成已知合力的投影Rx、Ry，則合力的大小和方向可用下式求出。R= = cos=X/R cos=Y/R22)()(YX22)()(RyRx2.平面匯交力系的平衡方程平面匯交力系平衡的必

6、要與充分條件是：該力系的合力R R等于零。R= =0 即平面匯交力系的平衡方程：X=0，Y=0平面匯交力系平衡的解析條件是：各力在坐標(biāo)軸上的投影的代數(shù)和均等于零。 22)()(YX4.4 平面力系的合成平面力系的合成 1.基本概念（1）矩心與力臂（2）力對(duì)點(diǎn)的矩的定義: 力對(duì)點(diǎn)之矩是一個(gè)代數(shù)量，它的絕對(duì)值等于力的大小與力臂的乘積，它的正負(fù)可按下法確定：力使物體繞矩心逆時(shí)針轉(zhuǎn)向時(shí)為正，反之為負(fù)。 2.力矩的性質(zhì)：(1)同一個(gè)力F的力矩，隨矩心位置的改變而改變。(2)力矩mo(F)并不因?yàn)镕的作用點(diǎn)沿作用線的移動(dòng) 而改變。(3)若力F=0或力F的作用線通過矩心o，則mo(F)=0(4)若力R為共點(diǎn)

7、二力F1及F2的合力，則合力對(duì)于同 平面內(nèi)任一點(diǎn)之矩等于各分力對(duì)同一點(diǎn)之矩的代 數(shù)和，即： mo(R)= mo(F1)+ mo(F2)這一結(jié)論稱為合力矩定理。 1力偶與力偶矩 （1）對(duì)力偶的概感性認(rèn)識(shí)（2）力偶的概念 由兩個(gè)大小相等、方向相反、作用線平行且不共線的兩個(gè)力組成的力系，稱為力偶，記作(F,F)。力偶的兩力作用線之間的垂直距離d稱為力偶臂，兩作用線所在的平面稱為力偶的作用面。它只能使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。 （3）力偶矩 用M（F，F(xiàn)）表示力偶矩，則： M（F，F(xiàn)）=Fd 力偶矩的正負(fù)號(hào)規(guī)定與力矩相同，以逆時(shí)針轉(zhuǎn)向 為正，反之則為負(fù)。 單位同力矩一樣，也是 N m（牛頓米）或 kN m（千

8、牛頓米）。 2. 2.力偶的性質(zhì)定理：作用于同一平面內(nèi)的兩個(gè)力偶，如果力偶矩相等，則兩個(gè)力偶彼此等效。性質(zhì):(1)力偶是兩個(gè)具有物殊關(guān)系的力的組合，它既不能合成一個(gè)力，也不能由一個(gè)力來等效替換，也不能由一個(gè)力來平衡，力偶只能由力偶來平衡，是一個(gè)基本力學(xué)量。 (2)力偶對(duì)其作用面內(nèi)任一點(diǎn)的矩恒等于力偶矩，與矩心的位置無關(guān)。(3)任一力偶可以在它的作用面內(nèi)任意轉(zhuǎn)移，而不改變它對(duì)剛體的作用。（4）只要保持力偶矩的大小和力偶的轉(zhuǎn)向不變，可以同時(shí)改變力偶中力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不改變力偶對(duì)剛體的作用。 因此：力偶的臂和力的大小都不是力偶的特征量， 只有力偶矩是平面力偶作用的唯一量度。3.力偶除可以用

9、力與力偶臂表示外，還可直接用力偶矩M來表示。力偶的幾種常見的表示方法 ： 2. 2.平面力偶系的合成與平衡條件 (1)合成 在同平面內(nèi)的任意個(gè)力偶可合成為一個(gè)合力偶，合 力偶矩等于各個(gè)力偶矩的代數(shù)和，可寫為： MR= M1 +M2 + Mn = M (2)平面力偶系的平衡條件由合成結(jié)果可知，力偶系平衡時(shí)，其合力偶的矩等于零。因此，平面力偶系平衡的必要和充分條件是：所有各力偶矩的代數(shù)和等于零，即 =0M (3) 關(guān)于平面力偶系的例題如圖所示的工件上作用有三個(gè)力偶。三個(gè)力偶的矩分別為：M1 = M2 =10N m， M3 = 20N m；固定螺柱A 和 B 的距離l = 200mm。求兩個(gè)光滑螺柱

10、所受的水平力。 橫梁AB長(zhǎng) ，A端為固定鉸支座，B端用桿BC支撐如圖所示，梁上作用一力偶，其力偶矩為M。梁和桿自重均不計(jì)。試求鉸鏈A的約束反力和桿BC的受力。l4.4 平面力系的平衡平面力系的平衡 力線平移定理：作用于剛體上的力可以平移到剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，但為保持原力對(duì)剛體的作用效應(yīng)不變，必須附加一力偶。該附加力偶的力偶矩等于原力F對(duì)新作用點(diǎn)o的矩。1平面任意力系向作用面內(nèi)一點(diǎn)簡(jiǎn)化2平面任意力系平衡方程（1）平面任意力系平衡方程的基本形式 平面任意力系平衡的必要和充分條件：力系的主矢和力系對(duì)作用面內(nèi)任一點(diǎn)的主矩皆為零。 即：R=0，MO=0解析式表示： 0)(00FOMYX（2）平面任意力系平衡方程的其他形式 二矩式平衡方程三個(gè)平衡方程中有兩個(gè)力矩方程和一個(gè)投影方程，即 附加條件：其中x軸不垂直于A，B兩點(diǎn)的連線。0)(0)(0FFBAMMX 選取矩心及坐標(biāo)軸的方法選取矩心及坐標(biāo)軸的方法: :選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸和力矩中心，可以減少每個(gè)平衡方程中的未知數(shù)的數(shù)目。在平面任意力系情形下，矩心應(yīng)取在多個(gè)未知力的交點(diǎn)上，而坐標(biāo)軸應(yīng)當(dāng)與盡可能多的未知力相垂直。 3.平面