(11)(12)、物体的受力分析及受力变形(一)(二)

平衡条件—— Fi 0 力多边形自行封闭
12.1.2 平面汇交力系合成与平衡--解析法
力的投影与力的解析表 达式
Fy F cosβ
Fx F cosθ
12.3
12.3.1
平面力偶
力对点之矩的概念
力矩作用面 两个要 素 大小：力F与力臂的乘
积 方向：转动方向
特殊情况：
M 0 F F h
F1 F2 F2 c F12 F3 O F4 b F1 a F3 d F3 b F1 a c FR F2 d F4 e
F123
F4 e
FR
(a)
(b)
(c)Leabharlann Baidu
将力矢量F1、F2、F3、F4 依次首尾相连，得折线abcde，由 图 2-2 折线起点向折线终点作有向线段ae，封闭边ae表示其力系合力的 大小和方向，且合力的作用线汇交于O点，多边形abcde称为力的 多边形，此法称为力的多边形法则。
3.力的性质
二力平衡公理 力的可传性
力的平行四边形法则 作用力和反作用力
12.1.2 约束和约束反力
1．约束：限制物体运动的其他物体。 2．约束反力： 约束对该物体的作用力。 （1）柔性体约束（绳子、链条、皮带、钢丝） （2）光滑面约束 （3）光滑铰链约束 A、光滑圆柱形铰链约束 B、球形铰链约束
1 M F d 2 F d 2ABC AB BC 2
2.平面力偶的性质与力偶的等效定理
平面力偶的等效定理：在同一平面内两个力偶等效的必要 与充分条件是两个力偶矩相等。 平面力偶的性质：
力偶可以在其作用面内任意移动，而不改变它 对刚体的作用效应；
剪切和挤压
车轮螺栓
汽车上常见的各种受力变形的零件

扭转
汽车上常见的各种受力变形的零件

梁的对称弯曲
常用的约束类型
柔性体约束 光滑铰链约束
活动铰链约束 球形铰链约束
受力分析如例12.1
12.2
平面汇交力系
1、平面汇交力系合成与平衡——几何法
几何法利用力的多边形法则
几何法的依据——平行四边形法则（或三角 形法则）
F1 F2 F F F2
F1
F=F1 +F2
力的矢量和
(a)
(b)
例如：有四个力作用的汇交力系，求其合力
M Mi Mi
i 1
n
4.平面力偶系平衡的充要条件 M =0 即
Mi 0
12.5.1
考虑滑动摩擦时的平衡问题
当考虑有滑动摩擦的平衡问题时，其约束力应增加静滑动 摩擦力，所列的方程除了平衡方程外应列最大静滑动摩擦力方 程。 即
Fmax f FN
f——静滑动摩擦因数（简称静摩擦因数），它与接触面的大小
无关，与接触物体的材料和表面情况有关，摩擦因数的数据需
由试验测定才能得到，通常可查工程手册； FN——支撑面的法向约束力。 注意：静滑动摩擦力F应是一个范围值，即0≤F≤Fmax，在考
虑有摩擦的平衡问题时，其解答也应是一个范围值。
12.5.2

考虑滚动摩擦时的平衡问题

当两物体具有相对 滚动（或相对滚动 趋势）时，彼此将 相到阻碍其滚动， 这种现象称为滚动 摩擦。 滚动力偶
基本概念



变形的定义 变形可分为弹性变形和塑性变形 强度——构件抵抗破坏的能力； 刚度——构件抵抗变形的能力； 稳定性——构件保持原有平衡状态的能力。
变形的形式
拉伸和压缩、剪切、扭转、弯曲
汽车上常见的各种受力变形的零件

轴向拉伸和压缩
转向横拉杆
连杆
汽车上常见的各种受力变形的零件

回转零件的平衡



由于回转零件结构不对称、材质不均匀、制造 和安装误差等原因，均会引起偏心（质心偏离 形心）。由于偏心将导致回转零件运转时产生 离心惯性力，从而使回转零件处于不平衡状态。 在回转零件上加、减配重，以改善回转零件的 质量分布，从而保证回转零件在运转时由于不 平衡而引起的振动或振动力减小到允许范围内 的措施称为回转零件平衡。 常见的回转零件平衡有静平衡和动平衡。
只要保持力偶矩不变，可以任意改变力偶中力 的大小和相应地改变力偶臂的长短，而不影响它 对刚体的作用效应。
M O F , F M O F M O F F d x1 F x1 Fd
1 1 1
逆时针转动时为正
力矩的符号: 顺时针转动的为负
只要保持力偶矩不变，力偶可在其作用面内任意移转，且可
物体的受力分析及受力变形
了解：物体的受力分析； 平面汇交力系的合成与平衡； 摩擦的定义及其在汽车方面的运用； 与载荷有关的几个基本概念； 掌握：力的基本概念； 力矩、力偶矩的简单计算与应用 物体受力变形中拉伸、压缩、剪切、扭转等这些 概念的运用。
12.1 基本概念和物体的受力分析
12.1.1 基本概念 1.力是物体间的相互作用； 力的作用效应三要素是： 大小、方向、作用点。 2.力系 平面力系、空间力系、 汇交力系、平行力系、任 意力系、等效力系、平衡 力系。
力的作用线通过矩心即力臂h=0，或F=0。 当力臂h为常量时，值为常数，即力F沿其作用线滑动，对同一 点的矩为常数。
12.3.2
力偶及平面力偶系的合成与平衡
1.力偶与力偶矩 力偶的定义——由两个等值、反向、不共线的 （平行）力组成的力系称为力偶，记作 F , F
力偶矩——等于力偶中力的大小与力偶臂的 乘积，它是代数量。 力偶作用面——力偶中两力所 在平面。 力偶臂——力偶两力之间的 垂直距离。 即：
以同时改变力偶中力的大小与力臂的长短，对刚体的作用效果 不变。 力偶没有合力，力偶只能由力偶来平衡。 力偶是自由矢量。力偶矩的表达：
=
3.平面力偶系的合成 设任意力偶：
M 1 , M 2 , M n ;
任选一段距离d： M 1 F1d M 2 F2 d M n Fn d
=
=
=
M FR d =F1d+F2d+…+Fnd M 1 M 2 M n
静平衡与动平衡
D/L>5时，构件静平衡
D/L<5时，构件动平衡
汽车上常见的回转零件平衡
曲轴的平衡 车轮的平衡
构件的受力变形及其应力分析


机械零件受力后，都会发生一定程度的变形。 零件变形过大时，会丧失工作精度，产生噪声， 降低使用寿命，甚至发生破坏。 所以为了保证机器安全可靠地工作，要求每一 个零件在外力作用下，应具有足够抵抗变形的 能力（刚度），抵抗破坏的能力（强度）和维 持原有形态平衡的能力（稳定性）。