汽车机械基础学习任务5

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3．力的平行四边形公理
作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力， 合力也作用于该点，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来表示。
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推论 三力平衡汇交定理 当刚体受到共面而又互不平行的三个力作用而平衡时，
• 力的作用点是指力对物体作用的位置。
• 作用于一点的力，称为集中力。
• 在力的三要素中，当其中任一要素发生改变时，力
对物体的作用效应也随之改变。
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•3．力的图示法
力是一个具有大小和方向的量，所以力是矢量。图示时，通常 用一条带箭头的有向线段来表示。
力图的方法相同，只是研究对象可能是整个物体系统；也
可是整个物体系统中的某部分或某一物体。
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[例5.3]三铰拱ACB如图所示。C处为铰链连接，A和B处都 是固定铰支座。在拱AC上作用有荷载P。若不计拱的自重， 试画出拱AC、BC及整体的受力图。
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•A
•F
•B •
•20
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（2）Fx = Fcos = 5 × 0.6 = 3 Fy = Fsin= 5 × 0.8 = 4
mo(Fx) = - BD ·Fx = -15 × 3 = -45
mo(Fy) = AD ·Fy = 20 × 4 = 80
3．物体系统的受力图
在工程中，常常遇到由几个物体通过一定的约束联系 在一起的系统，这种系统称为物体系统，简称为物系。
对物体系统进行受力分析时，把作用在物体系统上的 力分为外力和内力。所谓外力是指物系以外的物体作用在 物系上的力；所谓内力是指物系内各物体之间的相互作用 力。
画物体系统的受力图的方法，基本上与画单个物体受
的应用 •学会正确绘制物体受力图；应用力系平 衡条件求解平衡问题
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重点难点
掌握物体受力分析的方法；平面汇交力系、力 偶系和平面任意力系的平衡条件；力矩的应用，绘 制物体受力图；应用力系平衡条件求解平衡问题
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•主要内容
•第一节 静力分析基础
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6．可动铰支座
如果在固定铰支座与支承面之间加装辊轴，则该支座称为可动 铰支座。可动铰支座的约束反力通过销钉中心，垂直于支承面，指 向未定。
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7．链杆
两端用光滑销钉与其他物体连接而中间不受力的直杆，
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2020/11/23
汽车机械基础学习任务5
•任务目 标
•了解力偶与力偶矩基础知识；刚体定轴转 动相关知识；功和机械效率的知识
•明确力、力偶、力矩、转速、功、机械效 率等基本概念
•掌握物体受力分析的方法；平面汇交力系、
力偶系和平面任意力系的平衡条件；力矩
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在两个力作用下并处于平衡状态的物体称为二力体， 如果该物体是个杆件，也可称二力杆。二力体（杆）上的 两个力的作用线必为这两个力作用点的连线。
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2．加减平衡力系公理
在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何一个 平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。
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2．单个物体的受力图
画单个物体的受力图，首先要明确研究对象，并解除 研究对象所受到的全部约束而单独画出它的简图，即取出 分离体。
然后在分离体上画出主动力及根据约束类型在解除约 束处画出相应的约束反力。
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在物体上，除约束反力以外的力，即能主动引起物体 运动或使物体产生运动趋势的力，称为主动力。例如，重 力、风力、水压力、土压力等都是主动力。主动力在工程 中也称为荷载。
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2．柔性约束
柔体约束的约束反力通过接触点，其方向沿着柔体约 束的中心线且背离物体（为拉力）。这种约束反力通常用 T表示。
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必须注意，对于变形体来说，二力平衡公理是不成立 的。两个力等值、反向、共线的条件只能是二力平衡的必 要条件而不是充分条件。例如，绳索的两端受到等值、反 向、共线的两个拉力作用时处于平衡状态，但如果受到等 值、反向、共线的两个压力作用时，就不能平衡了。
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•一、力的概念 •1．力的定义
• 力的概念是人们在长期的生产劳动和日常生活中逐步建立起 来的。
• 力是物体之间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态 或形状发生改变。
• 力使物体运动状态发生改变，称为力的外效应。而力使物体 形状发生改变，称为力的内效应。
在工程结构中，每一构件都根据工作要求以一定的方 式和周围的其他构件相互联系着，它的运动因而受到一定 的限制。一个物体的运动受到周围物体的限制时，这些周 围物体称为该物体的约束。
约束给被约束物体的力，称为约束反力，简称反力。 约束反力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反。
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3．光滑接触面约束
两个相互接触的物体，如果接触面上的摩擦力很小而 略去不计，那么由这种接触面所构成的约束，称为光滑接 触面约束。
光滑接触面的约束反力通过接触点，其方向沿着接触 面的公法线且指向物体。通常用N表示。
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通过以上各例的分析，现将画受力图时应注意的几点 归纳如下：
（1） 明确研究对象 （2） 约束反力与约束类型相对应 （3） 注意作用与反作用关系 （4） 只画外力，不画内力 （5） 不要多画也不要漏画任何一个力；同一约束反 力，它的方向在各受力图中必须一致。
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线段的长度（按选定的比例尺）表示力的大小；线段的方位和 箭头的指向表示力的方向；线段的起点或终点表示力的作用点。
通过力的作用点沿力的方向的直线，称为力的作用线。
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二、刚体的概念
在静力学中，把所研究的物体都看做是刚体。所谓刚 体是指在力的作用下，大小和形状保持不变的物体。
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5．固定铰支座
工程上常用一种叫做支座的部件，将一个构件支承于基础或另 一静止的构件上。如将构件用光滑的圆柱形销钉与固定支座连接， 则该支座称为固定铰支座。
由固定铰支座的构造形式可知，它的约束性能与圆柱铰链相同， 所以固定铰支座的约束反力与圆柱铰链的反力相同。
实际上，刚体是不存在的，它是一个理想化的力学模 型。
一个物体能否看做为刚体，不仅取决于物体变形的大 小，而且和问题本身的要求有关。
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三、静力学公理 •1．二力平衡公理
作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要 和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、作用线相 同（简称这两个力等值、反向、共线）。
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一、 力矩与平面力偶系
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
•+ •-
•单位N•m，工程单位kN•m。
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1．力对点之矩的定义
力使刚体绕O点转动的强弱程度的物理量称为力对O点的 矩。用 表示，其定义式为： 其中：点O称为矩心，d称为力臂。力矩的正负号表示力矩 的转向，规定力使物体绕矩心逆时针转动取正，反之则取 负。力矩的单位为：牛顿•米•（N•m）。 由图可知：
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例题：图示F=5kN, sin=0.8试求力F对A点的矩.
•F •
•B
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•A •20
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解：（1）
CD=18.75×0.6=11.25
AC=20-11.25=8.75
h=8.75×0.8=7
m0(F)=hF=7×5=35
mo(F) = mo(Fx) + mo(Fy)
= -45 + 80 = 35
•A
•F •Fy
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ•B •
•Fx
•D •20
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推论 力的可传性原理 作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点， 而不改变该力对刚体的作用效应。
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由力的可传性原理可知，对刚体而言，力的作用点已 不是决定其效应的要素之一，而由作用线取代。因此，作 用于刚体上的力的三要素是：力的大小、方向和作用线。
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本节思考与练习
1、简述力的三要素？ 2、常见约束都包括哪些？ 3、简述静力学公理。
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第二节 平面力系
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本节任务目标
主要了解力矩与平面力偶系以及平面汇交力系的合成 与分解、定理、性质平衡条件。
则此三个力的作用线必汇交于一点。
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4．作用与反作用公理
两个物体间的作用力和反 作用力，总是大小相等、方向 相反、沿同一直线，并分别作 用在这两个物体上。
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四、 约束与约束反力 •1．约束与约束反力的概念
的面积
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2．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 于所有各分力对同一点的矩的代数和，即：
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[例]已知，如图 F、Q、l,求： 和
解： ①用力对点的矩法
②应用合力矩定理
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4．圆柱铰链约束
圆柱铰链简称铰链，它是由一个圆柱形销钉插入两个 物体的圆孔中而构成，并假设销钉与圆孔的表面都是完全 光滑的。
圆柱铰链的约束反力在垂直于销钉轴线的平面内，通 过销钉中心，而方向未定。在对物体进行受力分析时，通 常把圆柱铰链的约束反力用两个相互垂直的分力Rx和Ry来 表示。
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称为链杆。链杆的约束反力沿着链杆中心线，指向未定。
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五、 受力图 •1．受力图的概念
在研究物体的平衡问题时，首先要对物体进行受力分 析，即分析物体受到哪些力的作用。
这种从周围物体中单独分离出来的研究对象，称为分 离体。在分离体上画出它所受到的全部主动力和约束反力， 这样所得到的图形，称为受力图。
[例5.1]匀质小球重W，用绳索系住，并靠在光滑的斜面上， 试画出小球的受力图。
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[例5.2]简支梁AB的A端为固定铰支座，B端为可动铰支座， 梁在中点C受到主动力P的作用。梁的自重不计，试画出梁 AB的受力图。
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•第二节 平面力系
•第三节 旋转件的运动分析和动力分析 •第四节 功率及机械效率
•第五节 平面任意力系
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•第一节 静力分析基础
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•本节任务目 标
• 主要研究力的概念、刚体的概念、静力学的
四个公理、约束与约束反力、受力图的画法。
• 在分析物体受力情况时，必须分清哪个是受力物体，哪个是 施力物体。
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•2．力的三要素
• 实践证明，力对物体的作用效应决定于三个要素： 力的大小、力的方向、力的作用点。这三个要素称为力的 三要素。
• 力的大小是指物体间相互作用的强弱程度。
• 力的方向包含方位和指向两个含义。