《汽车机械基础》课件-汽车构件静力分析

汽车机械基础车身电源系统动力电池、能量管理系统和充电机电力驱动系统电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置、车轮辅助系统辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机新能源汽车燃油汽车学习任务一学习任务二汽车构件静力分析构件承载能力分析学习单元一力学分析学习任务一汽车构件静力分析任务描述：通过对汽车发动机活塞连杆组和汽车转向盘在工作状态下的受力分析，使学生掌握运用基本力学公理，约束与约束反力知识对汽车构件进行受力分析的方法。学习目标STARTTENENDABCD学习力学公理学习约束与约束反力的概念及分类学会受力分析的方法学会绘制受力图1静力学基础力1234力的概念力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体运动状态或形状发生改变。力的三要素大小、方向和作用点力是矢量既有大小又有方向的量。国际制单位是牛顿（N）或千牛顿（kN）力的单位静力学基础力系：指作用于被研究物体上的一组力。力系的合力：一个力与一个力系等效平衡力系：一个力系能使物体处于平衡状态；等效力系：两力系分别作用于同一物体时效应相同；力系的简化：用简单的力系等效替代复杂的力系。力系按照作用线是否共面分为平面力系和空间力系。平面力系：力系中各个力的作用线均在同一平面内；空间力系：力系中各个力的作用线不在同一平面内。本单元主要讲述平面力系知识。相关概念：刚体刚体：指在外力作用下，大小和形状保持不变的物体，刚体是抽象化的理想力学模型。在许多工程问题中，构件的这些微小变形对研究物体的平衡问题来说可以忽略不计。但是在研究物体的变形问题时，就不能把物体看做是刚体，否则会导致错误的结果，甚至无法进行研究。本单元以刚体为研究对象。公理一静力学公理二力平衡公理二加减平衡力系公理三作用力与反作用力公理四力的平行四边形法则此公理是研究力系合成和力分解的基础。静力学公理公理一图1-6二力平衡二力平衡作用于同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要且充分条件，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），如图1-6所示。静力学公理公理二加减平衡力系公理在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系对物体的作用效果。此公理适用于“刚体”，是力系简化的理论基础。图1-7力的可传性原理公理二推论力的可传性原理：作用在刚体上的力，其作用点可以沿着作用线在刚体内任意移动而不改变它对刚体的作用效果。在实践中，人们有这样的体会，在F1=F2的情况下，得到的效果是一样的，如图1-8所示。注意：力的可传性原理只适用于刚体，而不适用于变形体。图1-8力的可传性推力F1拉力F2静力学公理公理三作用力与反作用力公理一个物体对另一个物体有一作用力时，另一物体对此物体必有一反作用力，这两个力大小相等，方向相反，沿同一直线分别作用在两个物体上。如图1-9所示，N和N'

即为一对作用力和反作用力图1-9作用力与反作用力静力学公理公理四力的平行四边形法则作用在刚体上的两个汇交力可合成为一个合力，合力的作用点在二力的汇交点，合力的大小和方向由以此二力为邻边所构成的平行四边形的对角线矢量表示，如图1-10所示。图1-10力的平行四边形法则2受力分析与受力图主动力：使物体产生运动或运动趋势的力，如物体的重力、零件的载荷等；约束反力：对物体运动起限制作用的力，作用在被约束物体上。约束反力也常称为约束力。1，约束和约束反力物体的受力可分为主动力和约束反力两类。1，约束和约束反力（1）柔体约束——由绳索、链条或皮带等非刚性物体所构成的约束称为柔性约束。图1-11柔性约束1，约束和约束反力（2）光滑面约束——当两物体直接接触且表面光滑，接触处摩擦力很小可略去不计时所形成的约束称为光滑面约束。图1-12光滑面约束实例1，约束和约束反力（3）光滑圆柱铰链约束两个带有圆孔的物体，用圆柱形销钉连接所形成的可动连接，称为铰链。由铰链构成的约束称为铰链约束，如图1-14所示。图1-14光滑铰链约束根据被连接物体的形状、位置及作用，光滑铰链又分为以下几种：1，约束和约束反力①中间铰链两构件均为活动构件中间铰链实例根据被连接物体的形状、位置及作用，光滑铰链又分为以下几种：1，约束和约束反力②固定铰链支座两构件中有一个固定为支座固定铰链实例根据被连接物体的形状、位置及作用，光滑铰链又分为以下几种：1，约束和约束反力③活动铰链支座图1-17活动铰链支座画出物体的受力分析图是解决静力学问题的基础，具体步骤如下：（1）确定研究对象，画出分离体。（2）在分离体上画出全部已知的主动力。（3）在分离体上解除约束处画出相应的约束反力。2，物体的受力分析与受力图例1-1如图1-18所示，锅炉汽包的重力为G，安置在焊接转轮上，试画出汽包的受力图。2，物体的受力分析与受力图图1-18锅炉汽包2，物体的受力分析与受力图①取汽包为研究对象②主动力：重力G，方向竖直向下。③约束反力NA、NB沿接触中心的公法线方向，均指向O点。解：转轮可看作汽包的光滑面约束例1-2如图1-20所示，设墙面和地面是光滑的，杆AB重为G，由水平绳索ED拉住，试画AB的受力图。2，物体的受力分析与受力图图1-20锅炉汽包受力图2，物体的受力分析与受力图①取杆AB为研究对象②主动力：AB的重力G，方向竖直向下③约束反力：NA、NB沿接触点的公法线方向，分别过A、B两点，指向研究对象；ED是柔性约束，约束反力TD沿绳索中心线方向，背离研究对象。解：墙面和地面可看作是光滑面约束3力矩与力偶案例导入人用扳手拧螺母，会感到加在扳手上的力越大，或者力的作用线离转动中心越远，就越容易转动螺母。塔顶与两臂连接后再在塔顶上端分别与两臂装上拉杆，拉杆能够使臂稳定不下落，其次在吊东西是就相当与杠杆的原理，只要两臂受力平衡就不会吊翻塔吊。1，力矩力矩：乘积F

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d加上正负号，称为力F对O点的矩，简称力矩。力F使刚体绕某点O转动的效应，不仅与力F的大小成正比，而且与O点到力作用线的垂直距离d成正比。图1-22力对O点之矩逆时针转动，力矩为正顺时针转动，力矩为负矩心力臂1，力矩力F使物体绕O点转动的效果，可完全由下列两个要素决定：力的大小与力臂的乘积如果力臂等于零时，力矩为零，这时力矩不能使物体绕O点转动。如果物体上有若干个力，当这些力对力矩中心的力矩代数和等于零，即原来静止的物体，也不会绕力矩中心转动。力使物体绕O点转的方向2，力偶与力偶矩力偶：作用在同一个物体上的两个力，大小相等、方向相反、作用线互相平行但不重合，如图1-23所示。力偶对物体产生的是纯转动效应。力偶臂：力偶中两力作用线所决定的平面称为力偶作用面，两力作用线之间的距离d，如图1-23所示。图1-23力偶在生活中的实例2，力偶与力偶矩实践证明，力偶对物体的作用效果，与力F的大小成正比，又与力偶臂d的长度成正比。在力学中，用F与d的乘积再冠以相应的正负号，作为力偶在其作用面内使物体产生转动效应的度量，称为力偶矩，记作m（F，F'）或M。±表示转向力偶矩的单位与力矩的单位相同图1-24力偶的表示方法M=m（F，F’）=±Fd2，力偶与力偶矩作用在同一平面内的两个力偶，若其力偶矩大小相等，转向相同，则这两个力偶等效。1力偶既没有合力，本身又不平衡，是一个基本的力学量。2力偶对于作用面内任一点之矩与矩心位置无关，恒等于力偶矩，因此，力偶对物体的转动