汽車構(gòu)造 課件 1-1汽車構(gòu)件的靜力分析

模塊一汽車構(gòu)件力學(xué)分析

汽車構(gòu)件的靜力分析

汽車構(gòu)件承載能力分析汽車構(gòu)件的靜力分析1.能敘述靜力學(xué)的基本概念與公理。2.能正確應(yīng)用靜力學(xué)基本理論對汽車構(gòu)件進(jìn)行受力分析。3.能正確繪制汽車構(gòu)件的受力圖。4.能對汽車構(gòu)件進(jìn)行簡單的平衡計(jì)算。學(xué)習(xí)目標(biāo)一、基本概念與公理汽車構(gòu)件的靜力分析1.力的概念力是物體之間的相互作用，這種作用會使物體的運(yùn)動狀態(tài)或形狀發(fā)生改變。力是矢量，力的大小、方向和作用點(diǎn)為力的三要素?？捎靡粭l具有方向的線段來表示，如圖1-1-1所示。通過力的作用點(diǎn)，沿力的方向的直線，稱為力的作用線。引導(dǎo)問題：什么是力？力有哪些要素？剛體有何特征？剛體平衡的條件是什么？汽車構(gòu)件的靜力分析2.剛體任何物體在受到力的作用后，都或多或少會產(chǎn)生變形，如果變形的程度相對于物體本身的幾何尺寸來說極其微??；或者在研究物體運(yùn)動時，其變形也可以忽略不計(jì)。我們把這種理想的，在受力作用后形狀和大小不變，而且內(nèi)部各點(diǎn)的相對位置不變的物體稱為剛體。

靜力學(xué)的研究對象就是剛體，靜力學(xué)一般稱為剛體靜力學(xué)；當(dāng)研究物體在力系作用下的內(nèi)部效應(yīng)時，不能忽略物體變形的作用，這是材料力學(xué)所研究的問題。汽車構(gòu)件的靜力分析3.平衡平衡是指物體相對于慣性參考系處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。通常把固定于地球表面的參考系作為慣性參考系。平衡力系，是指使物體處于平衡狀態(tài)下的力系。研究作用在物體上的平衡力系所需滿足的條件稱為力系的平衡條件。汽車構(gòu)件的靜力分析4.靜力學(xué)公理公理是人們在生活和生產(chǎn)實(shí)踐中長期積累的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，又經(jīng)過實(shí)踐反復(fù)檢驗(yàn)，被確認(rèn)為符合客觀實(shí)際的最普遍、最一般的規(guī)律。靜力學(xué)公理是人們關(guān)于力的基本性質(zhì)的概括與總結(jié)，是靜力學(xué)全部理論的基礎(chǔ)。公理一二力平衡公理作用在同一剛體上的兩個力使剛體平衡的充要條件是：這兩個力的大小相等、方向相反、作用在同一直線上。如圖1-1-2所示為光滑桌面上的小車受到兩個力而平衡。僅受到兩個力（重力不計(jì)）而平衡的桿件稱為二力桿，二力桿所受的兩個力一定大小相等、方向相反、作用在同一條直線上。汽車構(gòu)件的靜力分析公理二加減平衡力系公理對于作用在剛體上的任何一個力系，可以增加或減少力系內(nèi)的任意平衡力系，這并不會改變原力系對剛體的作用效果。如圖1-1-3所示，圖1-1-3a為在兩個平衡力作用下的小車，減去該平衡力力系后，小車仍然平衡（圖1-1-3b）。汽車構(gòu)件的靜力分析推論：力的可傳性原理，作用于剛體上的力可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變該力對剛體的效應(yīng)。因此，對剛體來說，力的作用三要素為：大小、方向、作用線。汽車構(gòu)件的靜力分析公理三作用力與反作用力公理兩物體之間相互作用的力總是同時存在，兩者大小相等、方向相反、沿同一條直線，分別作用在兩個相互作用的物體上。這個公理表明了力是成對出現(xiàn)的，等值、反向、共線，但是作用在兩個物體上的作用力與反作用力是力學(xué)中普遍存在的一對矛盾。它們相互對立，相互依存，同時存在，同時消失。通過作用與反作用，相互關(guān)聯(lián)的物體的受力即可聯(lián)系起來。要特別注意作用力與反作用力公理中的一對力和二力平衡公理中的一對力的區(qū)別。作用力和反作用力分別作用在不同的物體上，而二力平衡公理中的兩個力則作用在同一個物體上。汽車構(gòu)件的靜力分析公理四力的平行四邊形法則作用在剛體上的兩個匯交力可合成一個合力，合力的作用點(diǎn)在二力的匯交點(diǎn)，合力的大小和方向由以此二力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定，矢量表示如圖1-1-6所示。汽車構(gòu)件的靜力分析二、約束與約束反力引導(dǎo)問題：傳動帶對帶輪的作用力與軸承對軸的作用力分別有什么特點(diǎn)？機(jī)械構(gòu)件與構(gòu)件間有哪些基本約束？所產(chǎn)生的約束反力有何特點(diǎn)？工程中的機(jī)器或者機(jī)構(gòu)，總是由許多零部件組成的。這些零部件按照一定的形式相互連接，它們之間的運(yùn)動必然互相限制。將限制非自由體運(yùn)動的物體稱為約束物體，簡稱約束。約束對非自由體的作用，實(shí)際上就是力，這種力稱為約束反力，簡稱反力。汽車構(gòu)件的靜力分析約束反力是指當(dāng)非自由體有沿約束所限制方向的運(yùn)動趨勢時，約束與被約束體之間產(chǎn)生相互的作用力。約束反力的大小和方向取決于主動力作用的情況和約束的形式，通常是未知的，需根據(jù)約束的性質(zhì)進(jìn)行分析判斷。但約束反力的作用點(diǎn)總是在約束與被約束物體相互接觸處，約束反力必與約束所限制的運(yùn)動方向相反。約束反力具有以下特點(diǎn)：①大小常常是未知的。②方向總是與約束限制的物體的位移方向相反。③作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn)。汽車構(gòu)件的靜力分析1.柔體約束在工程實(shí)際中的鋼絲繩、繩索、傳動帶等均屬于柔體約束。這些物體只能受拉而不能受壓，約束力作用于接觸點(diǎn)、方向沿著柔體中心線背離被約束物體，被繩索吊著的小球受力如圖1-1-8a所示，傳動帶所提供的約束反力如圖1-1-8b所示。汽車構(gòu)件的靜力分析2.光滑面約束光滑面約束的特點(diǎn)是這種約束不能限制物體沿約束表面切線方向的移動，約束反力的方向沿著接觸面的公法線方向指向被約束物體，如圖1-1-9所示。汽車構(gòu)件的靜力分析3.光滑鉸鏈約束光滑鉸鏈約束是由銷釘連接兩帶孔的構(gòu)件組成，工程中常見的有中間鉸鏈約束、固定鉸鏈約束和活動鉸鏈約束三種形式。用銷釘把具有相同孔徑的兩物體連接起來，便構(gòu)成了中間鉸鏈約束。如圖1-1-10a所示。當(dāng)忽略摩擦?xí)r，銷釘對兩物體的約束相當(dāng)于光滑面約束。因此其約束反力必定沿接觸面的公法線而指向物體。但物體與銷釘?shù)慕佑|點(diǎn)的位置與其受力有關(guān)，預(yù)先不能確定，所以約束反力的方向亦不能預(yù)先確定，通常用通過銷釘中心的兩正交分力來代替。各分力矢量的指向可任意假設(shè)。圖1-1-10b所示為其力學(xué)模型。汽車構(gòu)件的靜力分析汽車構(gòu)件的靜力分析如果銷釘連接的兩物體中有一個固定于地面，這類約束稱為固定鉸鏈約束，如圖1-1-11a所示。其約束反力的表示方法與中間鉸鏈約束相同。圖1-1-11b所示為其力學(xué)模型。汽車構(gòu)件的靜力分析根據(jù)工程需要，把固定鉸鏈約束用幾個輥軸支承在光滑面上，便構(gòu)成了活動鉸鏈約束，如圖1-1-12a所示。這種約束是由光滑面和鉸鏈兩種約束組合而成的一種復(fù)合約束形式，其約束反力的作用線必垂直于支承面且過鉸鏈中心，圖1-1-12b所示為其力學(xué)模型。汽車構(gòu)件的靜力分析解決力學(xué)計(jì)算問題時，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即確定研究對象，然后分析其受力情況，這個過程稱為物體的受力分析。分析過程中，解除約束，把研究對象從周圍物體中分離出來，畫出其簡圖，稱為分離體。將研究對象所受的所有的主動力和約束反力用力矢量表示在分離體上，這種圖形稱為物體的受力圖。三、受力分析與受力圖解除約束原理當(dāng)受約束的物體在某些主動力的作用下處于平衡，若將其部分或全部的約束除去，代之以相應(yīng)的約束反力，則物體的平衡不受影響。意義：在解決實(shí)際物體的平衡問題時，可以將該物體所受的各種約束解除，而用相應(yīng)的約束反力去代替它們對于物體的作用。這時，物體在所有主動力和約束力作用下，仍然保持平衡，但物體已經(jīng)被抽象成為一個不受任何約束作用的自由體了，因而就可利用靜力學(xué)所得出的關(guān)于自由剛體的平衡條件來解決受有各種不同約束的物體的平衡問題。汽車構(gòu)件的靜力分析畫物體受力圖主要步驟為：①選研究對象；②去約束，取分離體；③畫上主動力；④畫出約束反力。受力圖[例1]OWFDFEFAxFAyFBFAFBABDABDG汽車構(gòu)件的靜力分析[例2]畫出下列各構(gòu)件的受力圖QAOBCDEQFOF'F1FOF1'CFCF2ACDBEFAFBFC'汽車構(gòu)件的靜力分析[例2]畫出下列各構(gòu)件的受力圖QAOBCDEACDBEFAFBFAADCFDDEFECBEFBFC'FE'FD'FC1FC2CFC1'FC2'FC'汽車構(gòu)件的靜力分析CBDDE[例3]畫出下列各構(gòu)件的受力圖說明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平行時，在無限遠(yuǎn)處匯交，它是一種特殊情況。FAFBQFDFEFCABFB'FD'汽車構(gòu)件的靜力分析[例4]尖點(diǎn)問題QFCFAFBQFCFB汽車構(gòu)件的靜力分析B[例5]畫出下列各構(gòu)件的受力圖WFTFBxFHFByFH'FDFCCDCBAFAxFAyFDFTFAxFAyFHFC'FBy'FBx'汽車構(gòu)件的靜力分析汽車構(gòu)件的靜力分析四、力矩與力偶引導(dǎo)問題：什么是力矩？如何度量力對物體的轉(zhuǎn)動效應(yīng)？力偶矩有何特點(diǎn)？1.力矩力對物體的運(yùn)動效應(yīng)，分為移動效應(yīng)和轉(zhuǎn)動效應(yīng)兩種，其中力對物體的轉(zhuǎn)動效應(yīng)用力矩來度量。以扳手旋轉(zhuǎn)螺母為例，如圖1-1-14所示，設(shè)螺母能繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動。由經(jīng)驗(yàn)可知，螺母能否旋動，不僅取決于作用在扳手上的力F的大小，而且還與點(diǎn)O到F的作用線的垂直距離d有關(guān)。因此，用F與d的乘積作為力F使螺母繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動效應(yīng)的度量，稱之為力F對O點(diǎn)的矩，簡稱力矩，記為MO（F）=±FdO點(diǎn)——矩心；d——力臂，規(guī)定力使剛體繞矩心逆時針方向轉(zhuǎn)動，力矩為正，反之為負(fù)。汽車構(gòu)件的靜力分析力矩的性質(zhì)：1）力F對O點(diǎn)之矩不僅取決于力F的大小，同時還與矩心的位置即力臂d有關(guān)。2）力F對于任意一點(diǎn)之矩，不會因該力的作用點(diǎn)沿其作用線移動而改變。3）力F的大小等于零或者力的作用線通過矩心時，力矩等于零。討論：如圖