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1、第一篇汽车常用构件 力学分析1）深刻理解基本概念，熟练掌握有关 力学定理、公理和定律。 2）学会用抽象简化的思维方式学习理解 力学的一般规律，同时灵活运用数学工 具，帮助解决实际问题。 3）掌握基本的力学分析和运算技能。本篇的学习目标：第一篇汽车常用构 件力学分析第一章第一章 构件静力分析 o研究对象： 平衡状态的刚体或刚体系统o研究内容： 物体的受力分析； 力系的简化； 物体在力系作用下处于平衡的条件 及其在工程实践中的应用。 教学目标:1）了解静力分析的基础知识，掌握基本 概念和定理。 2）掌握构件（物体）的受力分析方法， 并能正确地画出构件或物系的受力图。 3）认识构件（物体）的平衡规律
2、，掌握 应用平衡条件求解工程力学问题的方法。 力的作用例子n力的概念是人类在长期的生产生活中 逐渐建立的；n力与日常生活和生产劳动密不可分；n力作用的例子：万有引力、汽车动力 、打球、人们的推、拉、投、走路、跑步 等；第一节 静力分析的基本概念与定理一、力Force的概念1、定义：力是物体间的相互作用。其效果是使物 体的运动状态发生改变或使物体发生变形说明2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。o外效应：使物体的运动状态发 生改变（速度的大小或方向改变）；o内效应：使物体的 形状发生改变（变形）* *运动效应运动效应或或外效应外效应* *变形效应变形效应或或内效应内效应 力的
3、作用效应：力的作用效应：返回力对物体的作用效果取决于力的大小、方向与作用点我们称之为力的三要素4、力的三要素观察试验：手推粉笔盒观察试验：手推粉笔盒ABC三要素之一发生改变，力的作用效应随之改变一.力的概念（ 力F用有向线段表示 ）静力分析基本概念集中力5、力是矢量，既有大小又有方向（书写和作图都 须注意）分布力F印刷体中的 矢量书写手写体中的 矢量书写AF特别提示 ：力的单位 ： 国际单位：牛顿（ N ） 或千牛（KN）二、刚体变形体刚体：在力的作用下，其物体 内部任意两点之间的距离始终 保持不变二、刚体二、刚体就是在力的作用下，大小和形状 都不变的物体。ABCDFQWG刚体是静力学中理想化
4、的力学模型n实践证明：将物体抽象为刚体可使力学分析大大简化 且结果足够精确，既是工程分析允许的,也是认识力学 规律所必需的。但刚体这一模型的使用是有条件和范 围的,即在静力学范围内构件可看作刚体.刚体是一种理想化的力学模型。实际物体在力的作用下都 会产生程度不同的 变形。静力学中提出刚体概念的意义ACBBAlCll l微小的变形对研究物体的平衡问题影响很小，可以略去 ，使问题的分析大为简化。oo定义定义：n物体相对于惯性参考系处于静止或匀速直 线运动状态。n平衡是相对的，是运动的特例，平衡的规 律远比一般规律简单。工程上有很多平衡问题 。n建立在地球上，并相对于地球不动的参考 系称为惯性参考系
5、。oo平衡力系：平衡力系：n一个物体受某力系作用而处于平衡，则此 力系称为平衡力系。n力系使物体平衡而需要满足的条件称为力 系平衡条件。三、平衡三、平衡四、几个与力相关概念F1F2F3FnP1P2Pm力 系: 作用在物体上的一群力等效力系: 对同一刚体产生相同作用效果的力系q力系的分类：平面力系：力的作用线均在同一个平面内汇交力系：力的作用线汇交于一点；平行力系：力的作用线相互平行；一般力系：力的作用线既不完全汇交 ，又不完全平行；空间力系汇交力系平行力系一般力系空间任意力系空间平行力系空间汇交力系合力和分力o合力：n若一个力和一个力系等效，则这个力就称 为该力系的合力；力系中的每个力就称为力
6、系 的分力；n将一个复杂力系简化为一个简单力系或一 个力的过程，称为力系的简化。静力学公理公理:人们在长期生活和生产实践中长期积累的 经验总结，符合客观实际的最普遍，最一般的 规律。无须证明而为人们所公认的结论。无须证明而为人们所公认的结论。静力学公理概括了力的各种性质，是静力分析 的理论基础o一、公理一：二力平衡公理n作用于刚体上的两个力使刚体平 衡的必要和充分条件是：这两个力的大 小相等、方向相反、作用线重合。简称 “等值、反向、共线”。 n矢量式：F1=F2；F1F2例如 ：二力构件仅受两个力作用而处于平衡的物体BACDDABCCDFCFD二力构件的受力特点：二力构件的受力特点：二力构件
7、平衡时其所受 的两个力作用线必然沿着两个作用点的连线且两个力作用线必然沿着两个作用点的连线且 大小相等，方向相反大小相等，方向相反明确二力构件的受力特点，可以在进行物 体的受力分析时判断未知力的方向。(c)BACDCDFDFC二 力杆：形状为杆件的二力构件，简称为二力杆。o 二力平衡公理揭示了作用于物体上最简单的最简单的 力系力系平衡时所应满足的条件。 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，最简单的平衡力系最简单的平衡力系AB二力构件的实例o 在进行构件受力分析时，能正确判断其 是否为二力构件，可使问题顺利解决。这
8、 点很重要！ F1F2F2F1CD在作用于刚体的给定力系上，加上或减去一个 平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。若若则则二、公理二（加减平衡力系公理 ）P1P2P3P1P2P3F1 F2这一公理是研究力系等效变换的理论基础A AB B F FF FA AB B推论：力的可传性原理作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内刚体内的的 任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。FFF FA AB B加减推论：力的可传性原理作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作
9、用线移动到刚体内刚体内 的任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。的任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。应用:加减平衡力系原 理及其推论是力系简化 的重要依据之一。三、公理三（力的平行四边形法则） 力的平行四边形法则力是矢量，应按矢量的运算法则进行运算。 作用在物体上同一点的 两个力可以合成为一个 合力，合力的作用点仍 作用在这一点，合力的 大小和方向由这两个力 为邻边所构成的平行四 边形的对角线确定。 矢量表示法：FR=F1+F2AF F1 1F F2 2F FR RAF F1 1F F2 2F FR RAF F1 1F F2 2F FR R力三角形法则o合力的大小和方向的计算图中,如已
10、知F1、F2夹角，则可用余弦 定理求合力大小和方向。三、公理三（力的平行四边形法则） F F3 3F FA=A3F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A1推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。证明：三力平衡汇交定理应用实例应用：三力平衡汇交定理当刚体受到三个互不平行的共面力作用时， 可用此推论确定未知力的方向。ABDPFTFD FA三力平衡汇交定理oo思考思考：刚体上三个力汇交于同一点时,一 定平衡吗? 举例说明。oo注意：注意：当三个力中有二力相交时,该三个 力汇交于一点是三个力平衡的必要条件而非 充分条件,因
11、为任意三个力作用在同一平面 内且相交于一点的力,显然不一定是平衡的 。两个物体间的相互作用力，总是大小相等、方 向相反且作用于同一条直线上，但分别作用在两个 物体上。四、公理四（作用力于反作用力公理）PPF二力平衡作用与反作用o公理四：作用力与反作用力公理n任何两个物体间相互的作用力和反作 用力总是大小相等，方向相反，沿着同一 条直线，分别作用在这两个物体上。n实例：G1G2静力学公理G1G2FN1FN1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。例 吊灯作用力与反作用力公理o实例FN1G2G1G1FN1G2 FN 成对出现，有作用力就必然有反作用力。 分别作用于不同物体上
12、，故不能互相抵消。 ？与二力平衡公理中的“一对平衡力”是不同的， 不能相互混淆。三、力矩和力偶u力矩 u力偶和力偶矩 u力偶的性质及力偶等效变换 u力的平移定理 力对点的矩：简称力矩，是力使物 体产生转动效应的度量，是代数量。力矩的表示：正负号规定：力使物体绕矩心逆时针转动时力矩为正， 反之为负。矩心矩心力臂单位：牛顿米(Nm)或千 牛米( kNm)力对点之矩（力矩）力对点之矩（力矩）力对物体可以产生 移动效应-取决于力的大小、方向 转动效应-取决于力矩的大小、方向FhFh在古代，人们没有大型的 起重工具，只能依靠人力和畜力 。在建造宏伟的建筑物时，为了 将巨大的石柱竖立起来，可能采 用了右图
13、所示的方法。其中起关 键作用的是用木材作成的A字形 支架。试从力学角度说明采用此 项措施的必要性。合力矩定理定理：平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩 等于力系中各分力对同一点 的矩的代数和 。 即：若作用在刚体上则：1.力矩例1-1:力矩的计算 MO（FP）= -pa = -193.70.38= - 73.61 MO（F）=bsin= 17000.05sin60 o = 73.61已知：两齿轮齿面之间的啮合力为 P ，其作用线与齿轮节圆切 线方向的夹角为 （压力角），节圆直径为 d 。求：啮合力对轮 心O点之矩。将啮合力P沿齿轮节圆的切线和法线 分解为 Pt , Pn 。利用合力矩定理dOP
14、nPP解：一.力偶和力偶矩力偶的定义：由大小相等，方向 相反且不共线的两个平行力所组成 的力系，称为力偶。记之为：力偶理论力偶理论1、 何为力偶？hh力偶臂力偶系是一种基本力系，同时也是一种特殊力系，是力偶系是一种基本力系，同时也是一种特殊力系，是 研究一般力系的基础。研究一般力系的基础。F1F2力偶实例:FFd力偶中两力所在平面称为力偶作用面。力偶中两力所在平面称为力偶作用面。力偶两力之间的垂直距离称为力偶臂。力偶两力之间的垂直距离称为力偶臂。2. 2.力偶作用面和力偶臂力偶作用面和力偶臂力偶的 作用面力偶臂力与力偶的作用效果比较：力既可以使刚体移动，还可以使之转动；而力偶对刚体只有唯 一的
15、作用效果使之发生转动。力偶的作用效果是使刚体发生转动，不能与一 个力等效没有合力，也不能用一个力与之平衡 只有一个反转向的力偶才能与之平衡。力偶与力同属机械作用的范畴两个基本的机械作用量。问题：力偶能否与一个力平衡力偶是否存在合力MMWWMMWWO二、力偶矩问：如何度量力偶的转动效应？hOa平面内力偶的力偶矩 ： （代数量）o力偶矩单位：牛米N.m或千牛米kN.m力偶的基本性质1)力偶是无法再简化的简单力系力偶是力的特殊组合，力偶不能简化为合 力力偶不能与力平衡，力偶只能与力偶相平 衡2)力偶中两个力对其作用面P内任意一点 之矩的代数和，等于该力偶的力偶矩：Mo（F）+Mo（F）= M = d
16、3)力偶对刚体的转动效应只与力偶矩的大小和力偶 的转向有关.力偶的等效变换o同平面内的力偶等效变换1、只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变，作用于刚 体上的力偶可在其作用面内任意移动而它对刚体的效 应不变。FF FF =力矩 力偶概念 定理力偶的等效变换o同平面内力偶的等效条件 2、只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变，作 用于刚体上的力偶可在其作用面内任意转动， 而它对刚体的效应不变。FF FF =力偶的等效变换o3、只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变，作 用于刚体上的力偶可同时改变力和力偶臂的大小 而它对刚体的效应不变。FF F / 2F/ 2=平行的平面内力偶的等效变换o力偶在同一刚体上可以搬移到与其作用面相平行 的平面内，而不改变其对刚体的效应。=MM1 力偶可在其作用面内任意移动（或移到另一平行平 面)和转动,而不改变对刚体的作用效应2 只要保持力偶的
