项目2 构件与机构的力学知识

动滚动摩擦
2.滑动摩擦力
两个相互接触的物体，发生相互运动或存在相互运动
趋势时，它们的接触面间会产生阻碍彼此滑动的力，这
个阻力称为滑动摩擦力。
（1）静滑动摩擦力பைடு நூலகம்
若两个物体只有相对滑动趋势，但仍保持相对静止，接 触面上产生的摩擦力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。
FN Ff
Fp
Ff Fmax F’
临界状态 静止状态
摩擦角是静摩擦力取 值范围的几何表示。
摩擦角示意图
① 自锁 如果作用于物体的全部主动力的合力的作用线在摩 擦角内，则无论这个力多大，物体依然保持静止，这种 现象称为自锁现象。
0 f
螺纹自锁条件 斜面自锁条件
f
f
自锁实例
2.滚动摩擦力
一物体在另一物体表面作无滑动的滚动或有滚动的趋势
剪切金属钢板
铆钉受到的剪力作用
3. 扭转
扭转的受力特点是构件两端受到一对大小相等，方 向相反，且作用面都垂直于构件轴线的力偶矩作用，表 现为构件的任意两个横截面发生绕轴线的相对运动。
汽车传动轴受扭转作用
4. 弯曲
弯曲的受力特点是在通过杆件轴线的一个纵向平面内， 受到力偶或垂直于轴线的外力作用，杆的轴线由直线变成 曲线。
变形时，称为构件的轴向拉伸或压缩。
连杆
ω
P
受力特点： 外力(或外力的合力)沿杆件的轴 F 线作用，且作用线与轴线重合。 变形特点： 杆沿轴线方向伸长(或缩短)，沿 F 横向缩短(或伸长)。
F
F
连接螺栓受拉伸力
连杆受轴向的压缩力
2.剪切
构件两侧受到一对大小相等、方向相反，作用线相距
很近的外力作用时，使得构件上两个力所作用的中间部分 产生错位，这就是剪切。
作为定轴 转动的刚体，其上所有各点角速度相来同，但 任意点的运动快慢却不一定相同，因此用此线速度来表示转动
物体上任意一点运动快慢的程度。
v r
线速度，m/s 转动半径，m 角速度，rad/s
v

r
2. 转动惯量
转动物体具有保持原有运动状态不变的惯性。度量
物体转动惯性大小的物理量称为转动惯量。
斜坡上，关闭汽车油门
（二）构件的定轴转动
刚体运动时，刚体内有一直线保持不动，而整个构件 绕这一直线做旋转运动，这样的运动称为刚体的定轴转动。
刚体转动时，转轴上的点都保持静止，其它各点均在垂直 于转轴的平面内作圆周运动,其的角速度和速度都不尽相同。

1. 角速度与线速度
角速度或线速度是表示刚体转动快慢的物理量。
• •
力矩的单位：牛顿•米(N•m) 或 千牛•米( kN•m) 力矩的性质
1. 力对O点的矩不仅仅取决于力F的大小，同时与矩心的位置有关
2. 力F对O点的矩不会因为F在其作用线上移动而改变。
4. 互成平衡的二力对同一点之矩的代数和等于零。
3. 如果力F通过矩心O，则MO（F），此时力对物体的作用效应为移动。
（1） 角速度 角速度是表示刚体转动快慢和转动方向的物理量。


t


角速度
角速度，其方向与角位移增量方向一致，rad/s（弧度/秒） 动点在t时间内转过的角度
2n 60
n
刚体的转速 r/min
（2） 线速度
线速度等于角速度与转动半径的乘积，其方向与转动 半径垂直，沿圆周的切线而指向转动的一方。
起 重 机 大 梁 楼 房 的 横 梁
叠 板 弹 簧
火 车 轮 轴
四、技能训练
拆卸安装车轮，体会力矩和力偶的关系。
五、总结评价
1. 简述力的概念与力的作用效果。
2. 力的三要素是什么？力的单位是什么？ 3. 简述平面平行力系与平面汇交力系的区别，并举例说明。 4. 简述力偶和力偶矩的区别，并举例说明。 5. 构件受力的基本形式有哪些？ 6. 汽车板簧的形状设计有什么特点？说明这样设计的原因。
运动状态
静止状态：Ff=Fp
O
45°
f — 静摩擦系数
FP
临界状态：Fmax=FfN
f’— 动摩擦系数
摩擦力的方向与物体运动（或运动趋势）的方向相反
（2）动滑动摩擦力
若接触面已经相对滑动，这时产生的摩擦力称为动滑 动摩擦力，简称为动摩擦力。
滑动摩擦力越大。
• 在物体所受压力大小相同时，接触面越粗 糙，滑动摩擦力越大。
I 恒量
想一想 ？？？
3. 功率和转矩
（1） 功率
单位时间内所做的功称为功率。用P表示。
P Fv
P Fv Fv M
M Fv
M为F对转轴O点之距
转矩的功率等于力对转轴的力矩M与构建角速度ω乘积
（2）功率、转速和转矩之间的关系
M 2n Mn P M 1000 60 9550
全国中等职业学校汽修类通用教材
项目2 构件与机构的力学知识
构件与机构的力学知识是主要研究物体受力
分析的方法和在力系作用下平衡的规律问题。汽
车在高速行驶过程中，构件之间存在着复杂的力
学关系。掌握基本的力学知识，在制造、使用、
维修汽车的过程中，显得十分必要。
任务1 构件与机构的力学知识
一、任务导入
• 熟悉转矩、功率和机械效率等概念。
技能 目标 情感 目标
• 能够简述汽车中应用到的力学知识；
• 掌握汽车车轮的拆装步骤及拆装工具的使用。
• 培养学习兴趣； • 培养严谨工作作风。
三、示范讲解 （一）力
1.力的概念
力是物体间相互的机械作用。
这种作用使物体的机械运动状态发生改变或使物体产生变形。
力的外效应（运动效应）
工程应用 扭 矩 扳 手
内 六 角 扳 手
2.力偶与力偶矩
（1）力偶
力偶是指两个大小相等、方向相反，作用线平行但 不共线的两个力组成的力系。表示为（F，F’)
（2）力偶矩
力偶矩是力偶中的力F与力偶臂d的乘积。 用以衡量力偶对刚体的转动效应。
• • 力偶矩是代数量: 力偶矩用字母“M（F，F‘）”表示 力偶矩公式： M（F，F‘） = ± F d= ± F ’d
• 按作用线是否共面： 平面力系和空间力系 • 按作用线相互关系： 共线力系，平行力系，汇交（工点）力系，任意力系，力偶系
等效力系：使同一物体具有相同效应的力系。 平衡力系：使物体处于平衡状态的力系。 （满足平衡条件的力系）
平衡：是指物体相对于惯性参考系（如地面）保持静止或作匀速直线运动。
等效力系
切削合力与分力
4.力的平行四边形法则（力的合成与分解）
作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。 合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力 为边构成的平行四边形对角线确定。
力的合成
FR=F1+F2
力的正交分解
一个力的可以产 效果生不同效果
F合=Fx+Fy
5. 作用力和反作用力
作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、 反向、共线，作用在相互作用的两个物体上。
Mo（F）+Mo（F′）= M =±Ｆd
4.力偶对刚体的运动效应只与力偶矩的大小和力偶在作用
面内的转向有关，而与矩心无关。
刚体上力偶等效的条件：
①力偶矩大小相等；
②力偶作用面平行；
③力偶转向相同。
即力偶的三要素相同
（四）构件受力的基本形式
1. 轴向拉伸与压缩
构件承受沿杆轴线的一对力作用，发生伸长或缩短的
任务2 分析摩擦与构件的定轴转动
一、任务导入
摩擦在生活中，无处不在。路上行走、行驶
中的汽车刹车……摩擦有利有弊，试举例。
二、任务目标
知识 目标
• 了解摩擦力的概念、分类、应用； • 掌握构件定轴转动的角速度、转速和线速度 的关系； • 熟悉转矩、功率和机械效率等概念。 • 分析发动机中存在哪些摩擦形式，实际中如何 利用和预防； • 掌握拆装发动机的操作技能。
FN1
FN1′
G1
G2
G1
作用力和反作用力
G2
想一想，下面的弹簧称会有什么样的读数？
（三）力矩、力偶和力偶矩
1. 力矩
力对点（轴）之矩——力矩 力矩是使物体产生转动效应的度量，是代数量。
• •
力矩是代数量: 力矩用字母“MO（F）”表示 力矩公式： MO（F）= ± F d
其中F为力的大小、d为力臂 正号表示力矩为逆时针方向，负号表示力矩为顺时针方向
运动状态发生变化 改变物体的运动速度或方向。
力的效应
力的内效应（变形效应）
物体产生变形
提示：
在外力作用下,物体的形状和大小(尺寸)保持不变, 而且内部各部分相对位置保持恒定(没有形变),这种
理想物理模型称之为刚体。
• • 刚体是静力学中对物体进行分析所简化的抽象化力学模型。 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.
M
9550 P
n
（三）机械效率
机器的输出功率Pout 与输入功率Pin 的比值，称为该 机器的机械效率。
Pout Pin
• 在接触面粗糙程度相同时，所受压力越大，
• 滑动摩擦力的大小与接触面面积无关。
• 滑动摩擦力大小与物体运动速度无关。
运动状态：F’= f’fN
工程实际中，因为f’与f相差不大，故认为f’≈f
（3）摩擦角与自锁
若接触面已经相对滑动，这时产生的摩擦力称为动滑动
摩擦力，简称为动摩擦力。

① 摩擦角 全约束力与接触面法线间夹角的最大值φmax 叫做摩擦角。
I mr
2
将所有质点的转动惯量求和
m
每一质点的质量 每一质点离旋转中心的距离
r
图中的这位先生站在一个摩擦力很 小的转动中的转盘上,他把哑铃与双手平 举,旋转的速度立刻慢下來。 因为当他平举双手时.哑铃离他身体 中心点较远,所以转动惯量很大。当他慢 慢转动时,他所具有的角动量等于转动惯 量乘上转动速度。如果他將哑铃朝身体 的方向拉進來.他的转动惯量就会小很多, 也就是转动速率会变快。 定轴的角动量守恒
参考以下图片回忆中学知识，什么是力？力 有什么样的作用效果？
汽车的设计、使用、维修中也涉及到诸多力学知识， 试试看，你能说出原因么？
1.汽车拐弯时：①为什么司机要打方向盘？ ②为什么乘客会向拐弯的反方向倾倒？ 2.汽车急刹车（减速）时: ①为什么司机用较小的力就能刹住车？
②为什么紧急情况要用力踩刹车？
技能 目标
情感 目标
• 培养独立自主学习的好习惯。
三、示范讲解
（一）摩擦
当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对 运动的趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运 动的作用力，这种力叫摩擦力。接触面之间的这种现象或 特性叫“摩擦”。
滑动摩擦

静滑动摩擦
动滑动摩擦 静滚动摩擦
摩 擦
滚动摩擦
3. 汽车行驶过程中： ①为什么要求汽车的司机和乘客必须系好安全带？ ②为什么严禁车辆超速？满载的大货车的制动距离 大于空载的制动距离？ ③为什么爬坡时要调为低速？
④汽车的方向盘利用的是什么力学知识呢？
二、任务目标
知识 目标
• 了解摩擦力的概念、分类、应用；
• 掌握构件定轴转动的角速度、转速和线速度 的关系；
其中F为力偶中力的大小、d为力臂
正号表示力矩为逆时针方向，负号表示力矩为顺时针方向
•
力偶矩的单位：牛顿•米(N•m) 或 千牛•米( kN•m)
力偶的性质
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.力偶在任一轴上的投影恒等于零； 3.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；
平衡力系
2. 平面力系
平面力系是指各力的作用线都在同一平面内的力系。
平面力系
• 平面汇交（共点）力系 平面力系中，若各力的作用线交于一点，则称为平面汇交力系。
平面汇交（共点）力系
• 平面平行力系 平面力系中，若各力的作用线相互平行，则称为平面平行力系。
平面平行力系
3.合力与分力
如果一个力与一个力系的效果相同，那么这个力就称 为这个力系就称为这个力的合力。该力系中的各个力称 为这个力的分力。
2. 力的三要素及表示方法
• • • 力是矢量: 力矢用大写黑体字母“F”表示 力的三要素：力的大小、方向、作用线. 力的单位：牛[顿]（N）或千牛（kN）
F
F Fx Fy Fz
F Fx i Fy j Fz k




（二）力系
1.力系的概念
力系是同时作用于一个物体上的若干个力组成的系统。
时，由于两物体在接触部分受压发生形变而产生的对滚动的
阻碍作用，叫滚动摩擦。其所受的摩擦力，称为滚动摩擦力。
接触面愈软，形状变化愈大，则滚动摩擦力就愈大。一般情况 下，物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。
滚动摩擦实例
用你所学的知识分析汽车启动和行驶过程中的摩擦力情况？
汽车启动时
制动时，汽车前后轮又受到怎 样的摩擦力？？？