汽車機(jī)械基礎(chǔ)：靜力學(xué)基礎(chǔ)

汽車機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)課件項(xiàng)目一力學(xué)基礎(chǔ)項(xiàng)目四汽車常用機(jī)構(gòu)項(xiàng)目三汽車金屬制造工藝項(xiàng)目二汽車常用工程材料項(xiàng)目五汽車常用聯(lián)接汽車機(jī)械基礎(chǔ)課件首頁項(xiàng)目六汽車常用傳動項(xiàng)目七

汽車常用零部件項(xiàng)目八

公差與配合項(xiàng)目九

液壓與液力傳動知識目標(biāo)：1掌握平面匯交力系（多個力）合成的幾何法2對合力投影定理有清晰的理解，掌握匯交力系合成的解析法和平衡方程3理解力對點(diǎn)之矩的概念，并能熟練地計(jì)算4深入理解力偶和力偶矩的概念，掌握平面力偶的性質(zhì)和平面力偶的合成5了解約束與約束反力的常見類型6理解和掌握平面一般力系的等效與簡化、力系的主矢與主矩、最簡力系、剛體等基本概念7理解平衡方程各種形式，掌握各種力系的獨(dú)立平衡方程數(shù)目、物體或物系的平衡問題的解題步驟和技巧8.了解摩擦概念以及考慮摩擦?xí)r的平衡問題

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)平面匯交力系與力偶系活動一：平面匯交力系及其合成活動二：平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)平面匯交力系與力偶系

力：是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用使物體的運(yùn)動狀態(tài)或形狀發(fā)生改變。物體間的相互機(jī)械作用可分為兩類：一類是物體間的直接接觸的相互作用，另外一類是物和物體間的相互作用。力的兩種作用效應(yīng)為：1）外效應(yīng)，也稱為運(yùn)動效應(yīng)——使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變；2）內(nèi)效應(yīng)，也稱為變形效應(yīng)——使物體的形狀發(fā)生變化。靜力學(xué)研究物體的外效應(yīng)。力的三個要素：力的大小、方向和作用點(diǎn)。力的作用線：力的方向是指靜止物體在該力作用下可能產(chǎn)生的運(yùn)動（或運(yùn)動趨勢）的方向。沿該方向畫出的直線。力的方向包含力的作用線在空間的方位和指向。

活動一平面匯交力系及其合成項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)1基本概念

等效力系：兩個力系對物體的作用效應(yīng)相同，則稱這兩個力系互為等效力系。當(dāng)一個力與一個力系等效時(shí)，則稱該力為力系的合力；而該力系中的每一個力稱為其合力的分力。把力系中的各個分力代換成合力的過程，稱為力系的合成；反過來，把合力代換成若干分力的過程，稱為力的分解。平衡力系：若剛體在某力系作用下保持平衡。在平衡力系中，各力相互平衡，或者說，諸力對剛體產(chǎn)生的運(yùn)動效應(yīng)相互抵消?？梢?，平衡力系是對剛體作用效應(yīng)等于零的力系。

活動一平面匯交力系及其合成項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

2．平面匯交力系的合成方法

1）幾何法首先回顧用幾何法合成兩個匯交力。如圖1-1-1a，設(shè)在物體上作用有匯交于點(diǎn)的兩個力F1和F2，根據(jù)力的平行四邊形法則，可知合力R的大小和方向是以兩力F1和F2為鄰邊的平行四邊形的對角線來表示，合力R的作用點(diǎn)就是這兩個力的匯交點(diǎn)。也可以取平行四邊形的一半即利用力的三角形法則求合力如圖1-1-1b所示。

活動一平面匯交力系的合成方法

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

剛體：在受力作用后而不產(chǎn)生變形的物體，剛體是對實(shí)際物體經(jīng)過科學(xué)的抽象和簡化而得到的一種理想模型。而當(dāng)變形在所研究的問題中成為主要因素時(shí)（如在材料力學(xué)中研究變形桿件），一般就不能再把物體看作是剛體了。平衡：指物體相對于地球保持靜止或作勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)。顯然，平衡是機(jī)械運(yùn)動的特殊形態(tài)，因?yàn)殪o止是暫時(shí)的、相對的，而運(yùn)動才是永衡的、絕對的。力系：作用在物體上的一組力。按照力系中各力作用線分布的不同形式，力系可分為：

1）匯交力系2）力偶系3）平行力系4）一般力系活動一平面匯交力系及其合成項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

對于由多個力組成的平面匯交力系，可以連續(xù)應(yīng)用力的三角形法則進(jìn)行力的合成。設(shè)剛體上作用有一個平面匯交力系F1、F2、…、Fn，各力匯交于A點(diǎn)（圖1-1-2a）。根據(jù)力的可傳性，可將這些力沿其作用線移到A點(diǎn)，從而得到一個平面共點(diǎn)力系（圖1-1-2b）。故平面匯交力系可簡化為平面共點(diǎn)力系。連續(xù)應(yīng)用力的平行四邊形法則，可將平面共點(diǎn)力系合成為一個力。在圖1-1-2b中，先合成力F1與F2（圖中未畫出力平行四邊形），可得力FR1，即FR1＝F1+F2；再將FR1與F3合成為力FR2，即FR2＝FR1+F3；依此類推，最后可得：

FR＝F1+F2+…+Fn＝∑Fi

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)圖1-1-2活動一平面匯交力系及其合成

活動一平面匯交力系的合成方法項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)因此，平面匯交力系的合成結(jié)果是一個合力，合力的作用線通過匯交點(diǎn)，其大小和方向由力系中各力的矢量和確定。需要指出的是，利用幾何法對力系進(jìn)行合成，對于平面匯交力系，并不要求力系中各分力的作用點(diǎn)位于同一點(diǎn)，因?yàn)楦鶕?jù)力的可傳性原理，只要它們的作用線匯交于同一點(diǎn)即可。解析法求解平面匯交力系合成的另一種常用方法是解析法。這種方法是以力在坐標(biāo)軸上的投影為基礎(chǔ)建立方程的。

活動一平面匯交力系的合成方法項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)圖1-1-3力在坐標(biāo)軸上的投影

設(shè)剛體上作用有一個平面匯交力系F1、F2、…、Fn，據(jù)式（2-1）有FR=F1+F2+…+Fn=∑F將上式兩邊分別向x軸和y軸投影，即有上式即為合力投影定理：力系的合力在某軸上的投影，等于力系中各力在同一軸上投影的代數(shù)和。若進(jìn)一步運(yùn)算，即可求得合力的大小及方向?yàn)椋?/p>

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動一平面匯交力系的合成方法

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動二平面匯交力系的合成方法平面匯交力系平衡的條件是

1.力對點(diǎn)之矩

用扳手?jǐn)Q螺母時(shí)（圖1-1-4），螺母的轉(zhuǎn)動效應(yīng)除與力F的大小和方向有關(guān)外，還與點(diǎn)O到力作用線的距離h有關(guān)。距離h越大，轉(zhuǎn)動的效果就越好，且越省力，反之則越差。顯然，當(dāng)力的作用線通過螺母的轉(zhuǎn)動中心時(shí)，則無法使螺母轉(zhuǎn)動。項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動二平面力偶系

圖1-1-4圖1-1-5

可以用力對點(diǎn)的矩這樣一個物理量來描述力使物體轉(zhuǎn)動的效果。其定義為：力F對某點(diǎn)O的矩等于力的大小與點(diǎn)O到力的作用線距離h的乘積。記作

Mo（F）＝±Fh（2-7）式中，點(diǎn)O稱為矩心，h稱為力臂，F(xiàn)h表示力使物體繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動效果的大小，而正負(fù)號則表明：Mo（F）是一個代數(shù)量，可以用它來描述物體的轉(zhuǎn)動方向。通常規(guī)定：使物體逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動的力矩為正，反之為負(fù)。力矩的單位為牛頓·米（N·m）。根據(jù)定義，圖2-6中所示的力F1對點(diǎn)O的矩為Mo（F1）＝-F1h1＝-F1hsinα由定義知：力對點(diǎn)的矩與矩心的位置有關(guān)，同一個力對不同點(diǎn)的矩是不同的。因此，對力矩要指明矩心。從幾何上看。力F對點(diǎn)O的矩在數(shù)值上等于三角形OAB面積的兩倍。如圖1-1-5所示。

活動三平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

2.合力矩定理項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動三平面力偶系平面匯交力系的合力對平面上任一點(diǎn)之矩，等于所有各分力對同一點(diǎn)力矩的代數(shù)和。

3.力偶的概念

圖1-1-6力偶的應(yīng)用

4.力偶的三要素

活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)（1）力偶矩的大小。（2）力偶的轉(zhuǎn)向。（3）力偶作用面的方位

5.力偶的性質(zhì)

性質(zhì)1力偶對其作用面內(nèi)任意點(diǎn)的力矩恒等于此力偶的力偶矩，而與矩心的位置無關(guān)。性質(zhì)2由圖1-1-8可見，力偶在任意坐標(biāo)軸上的投影之和為零，故力偶無合力，力偶不能與一個力等效，也不能用一個力來平衡力與力偶是力系的兩個基本元素項(xiàng)目二靜力學(xué)基礎(chǔ)活動二平面力偶系圖1-1-8

圖1-1-9項(xiàng)目二靜力學(xué)基礎(chǔ)由于上述性質(zhì)，所以對力偶可作如下處理：（1）力偶在它的作用面內(nèi)，可以任意轉(zhuǎn)移位置。其作用效應(yīng)和原力偶相同，即力偶對于剛體上任意點(diǎn)的力偶矩值不因移位而改變。（2）力偶在不改變力偶矩大小和轉(zhuǎn)向的條件下，可以同時(shí)改變力偶中兩反向平行力的大小、方向以及力偶臂的大小。而力偶的作用效應(yīng)保持不變。圖1-1-9各圖中力偶的作用效應(yīng)都相同。力偶的力偶臂、力及其方向既然都可改變，就可簡明地以一個帶箭頭的弧線并標(biāo)出值來表示力偶，如圖1-1-9d所示。6.平面力偶系的合成

作用在物體上同一平面內(nèi)的若干力偶，總稱為平面力偶系。設(shè)在剛體某平面上有力偶M1、M2的作用，如圖1-1-10a所示，現(xiàn)求其合成的結(jié)果活動二平面力偶系

活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)圖1-1-10平面力偶系在平面上任取一線段AB＝d作為公共力偶臂，并把每個力偶化為一組作用在AB兩點(diǎn)的反向平行力，如圖1-1-10b所示，根據(jù)力系等效條件，有于是在A、B兩點(diǎn)各得一組共線力系，其合力為FR與F'R′

，如圖1-1-10c所示，且有FR＝F'R＝F1-F2

FR與F'R為一對等值、反向、不共線的平行力，它們組成的力偶即為合力偶，所以有M＝FRd＝(F1-F2)d＝M1＋M2若在剛體上有若干個力偶作用,采用上述方法疊加,可得合力偶矩為M＝M1+M2+…+Mn＝∑M項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動二平面力偶系平面力偶系合成的結(jié)果為一合力偶，合力偶矩為各分力偶矩的代數(shù)和力偶系中各力偶矩的代數(shù)和等于零，∑M＝0

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動二平面力偶系任務(wù)實(shí)施｛例1｝如圖所示，一平面匯交力系作用于O點(diǎn)。已知F1=200N，F(xiàn)2=300N各力方向如圖。若此力系的合力R與F2沿同一直線，求F3與合力R的大小。方法（1）幾何法方法（2）解析法項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動二平面力偶系

例2

（1）用力對點(diǎn)之矩定義如圖F、Q、l,求.（2）應(yīng)用合力矩定理

｛例3｝.平面連桿機(jī)構(gòu)在圖所示位置平衡，已知OA=60cm，O1B=40cm，作用在搖桿OA上的力偶矩M1=1N·m，不計(jì)桿自重，求力偶矩M2的大小?；顒佣矫媪ε枷淀?xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)1）受力分析2）列平衡方程3）對受力圖c列平衡方程

｛例3｝在一鉆床上水平放置工件,工件上同時(shí)鉆四個等直徑的孔,每個鉆頭的力偶矩為,求工件的總切削力偶矩和A、B端水平反力解:各力偶的合力偶距為由力偶只能與力偶平衡的性質(zhì)，力NA與力NB組成一力偶。

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)活動二平面力偶系活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)拓展知識約束與約束反力自由體：在空間中可以自由運(yùn)動而獲得任意位移動的物體飛行中的飛機(jī)、火箭等。非自由體：位移受到某些限制的物體，如行駛中的火車受到鐵軌的限制。約束：就是加在非自由體上使其位移受到一定限制的條件。約束一般是由非自由體與其周圍物體相接觸而構(gòu)成的，因此也將這些周圍物體稱為約束。例如，鋼軌是火車的約束。約束反力：約束能阻擋非自由體某些方向的運(yùn)動，因此必然會施加力在非自由體上，這些力稱為約束力或約束反力，簡稱反力。約束力的方向與其所限制的非自由體的運(yùn)動方向或趨勢相反。約束力可以是集中力，也可以是分布力系，后者通常以該力系的主矢和主矩來表達(dá)。在實(shí)際中存在著各種各樣的約束，工程中一般將一些常見的約束理想化，歸納為幾種基本類型，并根據(jù)各種約束的特性定性地給出其約束力的情況?；顒佣矫媪ε枷淀?xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

光滑接觸面約束柔索約束固定端約束1常見的約束類型軸承約束光滑球鉸鏈約束光滑圓柱鉸鏈約束

活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

圖1-1-11柔索約束圖1-1-12光滑接觸面約束活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

圖1-1-14固定鉸鏈支座圖1-1-15活動鉸鏈支座活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

圖1-1-16軸承約束圖1-1-17光滑球鉸鏈約束活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)

。

。圖1-1-18固定端約束圖1-1-19固定端約束反力

活動二平面力偶系項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)物體的受力分析物體的受力分析，就是要確定研究對象受了那些力以及每個力的作用位置和方向。這是解決靜(動)力學(xué)問題重要的一步。對實(shí)際物體進(jìn)行受力分析時(shí)，需要把它簡化力學(xué)模型，特別是要把實(shí)際的約束簡化成某些基本類型。而合理的簡化往往有賴于實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，需要在長期實(shí)踐中總結(jié)提高。教材中所提供的物體，都是已簡化的力學(xué)模型。在進(jìn)行受力分析時(shí)，常把要研究對象從周圍物體中分離出來，單獨(dú)畫出簡圖，這樣取出的物體稱為分離體。在分離體上畫出研究對象所受的全部主動力和約束力，既得到物體的受力圖。通常，受力圖的畫法可概括為以下幾個步驟。1.根據(jù)問題的要求選取研究對象，畫出分離體簡圖；2.畫出分離體所受的全部主動力；3.在分離體上原來存在約束的地方，按照約束類型逐一畫出約束力

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)二平面一般力系的簡化與平衡方程一、平面一般力系的簡化與平衡方程1．力的平移定理

作用在剛體上A點(diǎn)處的力F，可以平移到剛體內(nèi)任意點(diǎn)O，但必須同時(shí)附加一個力偶，其力偶矩等于原來的力F對新作用點(diǎn)O的矩。這就是力的平移定理。

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)二平面一般力系的簡化與平衡方程

2．平面一般力系的簡化圖1-2-3平面一般力系的簡化

1)平面匯交力系F′1、F′2、…、F′n，可以合成為一個作用于O點(diǎn)的合矢量F′R，如圖1-2-3c所示。

F′R＝∑F′＝∑F

它等于力系中各力的矢量和。顯然，單獨(dú)的F′R不能和原力系等效，它被稱為原力系的主矢。將式（1-2-1）寫成直角坐標(biāo)系下的投影形式：

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)二平面一般力系的簡化與平衡方程

因此主矢F′R

的大小及其與x軸正向的夾角分別為：(1-2-2)

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)二平面一般力系的簡化與平衡方程

2）附加平面力偶系M1、M2、…、Mn可以合成為一個合力偶矩Mo，即：

Mo＝M1+M2+…+Mn＝∑Mo（F）

平面一般力系的簡化方法，在工程實(shí)際中可用來解決許多力學(xué)問題，如固定端約束問題。圖1-2-4固定端約束

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)二平面一般力系的簡化與平衡方程

圖1-2-5固定端約束的約束反力3．平面一般力系的合成結(jié)果

由前述可知，平面一般力系向一點(diǎn)O簡化后，一般來說得到主矢F′R和主矩Mo，但這并不是簡化的最終結(jié)果，進(jìn)一步分析可能出現(xiàn)以下四種情況：

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)二平面一般力系的簡化與平衡方程

1）F′R＝0，Mo≠0；

說明該力系無主矢，而最終簡化為一個力偶，其力偶矩就等于力系的主矩，此時(shí)主矩與簡化中心無關(guān)。2）F′R≠0，Mo＝0；

說明原力系的簡化結(jié)果是一個力，而且這個力的作用線恰好通過簡化中心，此時(shí)F′R就是原力系的合力FR。3）F′R≠0，Mo≠0；

這種情況還可以進(jìn)一步簡化，根據(jù)力的平移定理逆過程，可以把F′R和Mo合成一個合力FR。合成過程如圖1-2-6所示，合力FR的作用線到簡化中心O的距離為

項(xiàng)目一靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)二平面一般力系的簡化與平衡方程

圖1-2-64）F′R＝0，Mo＝0；4．平面一般力系的平衡方程1）基本形式（1-2-5）

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2）二矩式

（1-2-6）（3）三矩式

（1-2-7）

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