汽车机械基础 教学课件 ppt 作者陈红 第一章.ppt

第一章,第一节 静力分析的基本概念和定理 第二节 受力分析与受力图 第三节 平面力系的简化与合成 第四节 平面力系的平衡 第五节 物系的平衡 第六节 考虑摩擦时的平衡问题 第七节 空 间 力 系,第一节 静力分析的基本概念和定理,一、静力分析的基本概念 二、静力学公理,一、静力分析的基本概念,1.力,图1-1 力的效应,一、静力分析的基本概念,图1-2 力的表示法,2.刚体,一、静力分析的基本概念,图1-3 齿轮轴,3.平衡,二、静力学公理,1.二力平衡条件(公理一),图1-4 二力平衡,图1-5 支架,二、静力学公理,图1-6 二力构件,2.加减平衡力系公理(公理二),二、静力学公理,图1-7 力的可传性原理,二、静力学公理,图1-8 力的可传性,图1-9 拉杆和压杆,二、静力学公理,图1-10 作用力与反作用力,二、静力学公理,图1-11 平行四边形公理,3.力的平行四边形法则(公理四),二、静力学公理,图1-12 三力平衡汇交定理,第二节 受力分析与受力图,一、约束与约束反力 二、常见约束类型及约束反力的确定 三、物体的受力分析及受力图,一、约束与约束反力,,二、常见约束类型及约束反力的确定,1.柔体约束,图1-13 带传动,二、常见约束类型及约束反力的确定,图1-14 柔体约束,2.光滑接触约束,二、常见约束类型及约束反力的确定,图1-15 光滑接触面约束,二、常见约束类型及约束反力的确定,图1-16 凸轮和齿轮 a) 凸轮 b) 齿轮,3.光滑铰链约束,二、常见约束类型及约束反力的确定,(1) 中间铰链 中间铰链结构如图1-17a所示，是用销钉穿过两个可动零件的圆柱孔，将它们连接起来，使两个零件可绕销钉轴线相对转动。

图1-17 光滑铰链,二、常见约束类型及约束反力的确定,图1-18 曲柄滑块机构 1—活塞销 2—气缸 3—活塞 4—轴承 5—曲轴 6—连杆,二、常见约束类型及约束反力的确定,(2) 固定铰链支座 这是一种工程中常见的约束形式，如图1-19a、b所示 (3) 活动铰链支座 工程上有时为了适应某些构件变形的需要，在铰链支座下面安装辊轴，成为活动铰链支座，如图1-20a所示图1-19 固定铰链支座,二、常见约束类型及约束反力的确定,图1-20 活动铰链支座,二、常见约束类型及约束反力的确定,图1-21 铰链支座的配合使用,三、物体的受力分析及受力图,1) 哪个是我们的研究对象 2) 研究对象上受哪些力作用 1) 根据题意，确定研究对象，取分离体并单独画出 2) 在分离体上画出所有主动力 3) 根据约束类型正确画出相应的约束反力 例1-1 图1-22a所示定滑轮系中，定滑轮在轮心处受到平面铰链约束，在绳子的一端施加力F，将重力为G的物体匀速吊起设滑轮本身重力不计，滑轮与轴之间的摩擦亦不计，试分别画出重物与滑轮的受力图三、物体的受力分析及受力图,图1-22 定滑轮系,解：① 将滑轮约束解除画出分离体，作用于其上的力有主动力F和绳子的拉力FT，以及铰链O的约束反力Fx和Fy，,三、物体的受力分析及受力图,其中FT和FT′为作用力与反作用力关系，如图1-22b所示。

② 将重物约束解除并画出分离体，它受到的主动力是重力G、约束反力是绳子的拉力FT的作用，如图1-22c所示 例1-2 如图1-23a所示，重力为G的均质球O，由杆件AB、绳子BC和墙壁支持设各处的摩擦及各杆的重力忽略不计，试分别画出球O、杆件AB的受力图图1-23 均质球支架,三、物体的受力分析及受力图,解：① 以球O为研究对象画出其分离体 ② 受力分析球受到主动力为重力G，方向垂直向下；杆AB、墙壁支持力FD、FE分别过球与两者的接触点D、E，并沿接触点处公法线指向球心，如图1-23b所示 ③ 以杆AB为研究对象画出分离体，如图1-23c所示 ④ 对杆AB进行受力分析杆AB上主动力为球对它的压力FD′(和FD是作用力与反作用力关系)，方向沿D点处公法线指向杆AB同时，B点受到绳子对AB杆的拉力FT，方向自B指向C点A点为固定铰链约束，约束反力的方向可根据三力平衡汇交定理判定，FA经过FD与FT的交点P三、物体的受力分析及受力图,例1-3 折梯的AB、AC两部分在A处用中间铰链连接，并在D、E两点用水平绳子相连，梯子一边作用有铅垂载荷FP，如图1-24a所示不计梯子自重和接触面的摩擦，试画AB、AC的受力图。

图1-24 折梯,三、物体的受力分析及受力图,解：① 取AB为研究对象，画分离体其上作用有主动力FP，B点处光滑面约束反力FNB垂直于支承面指向AB，D点处绳子的拉力FTD，方向水平向右，A点中间铰链的约束反力用正交的FAx、FAy表示，如图1-24b所示 ② 取AC为研究对象，画出分离体受力图其上所受各力分别为绳子约束反力FTE，方向水平向左，C点光滑面约束反力FNC垂直支承面指向AC，A处中间铰链约束反力为正交的F、F，与FAx、FAy分别为作用力与反作用力关系，如图1-24c所示 例1-4 汽车发动机中的活塞连杆组可看作曲柄滑块机构，由曲柄、滑块组成，如图1-25所示设各构件重力不计，试画出图示位置时活塞的受力图三、物体的受力分析及受力图,解：取活塞为研究对象，画出分离体，先画出已知的主动力F铰链C处的约束反力可通过BC杆的受力来分析由于杆的重力不计，只在B、C两点受力而平衡，因此BC杆属二力构件，受力如图所示活塞上C点所受的力与BC杆上C点的受力是作,三、物体的受力分析及受力图,图1-25 活塞连杆组,例1-5 如图1-26所示的滑轮结构，,三、物体的受力分析及受力图,由杆件AC、CD和滑轮用铰链连接而成，重力为G的重物用绳子挂在滑轮上。

杆、滑轮和绳子自重不计，并忽略各处摩擦，试分别画出滑轮、重物、杆CD、AC的受力图图1-26 滑轮结构,解：① 取重物为研究对象，画分离体，其上受重力G及绳子的拉力FT1作用这两个力等值、反向、共线，是一对平衡力(图1-26a)三、物体的受力分析及受力图,② 取滑轮为研究对象，画分离体，其上受到绳子的拉力F、FT2作用，方向如图1-26b所示，B处铰链的约束反力用正交的FBx、FBy表示 ③ 取CD杆为研究对象，画分离体由于其只在C、D两点受力而平衡，是二力构件，故受力如图1-26c所示 ④ 取杆AC为研究对象，画分离体杆上C、B点所受之力分别与杆CD上C点和滑轮上B点的受力是作用力和反作用力的关系，所以F与FC、F与FBx、F与FBy分别等值、反向，而A点铰链的约束反力用正交的FAx和FAy表示，如图1-26所示 1) 力是物体间相互的机械作用 2) 分析约束反力时应严格区分约束类型，确定相应的约束反力 3) 分析两物体间相互的机械作用时，应该注意运用作用力与反作用力定理来判断和检查三、物体的受力分析及受力图,4) 柔性体约束的约束反力只能是拉力，不会是压力 5) 善于运用二力构件来帮助进行受力分析，正确运用三力平衡汇交定理。

第三节 平面力系的简化与合成,一、平面汇交力系的合成和简化 二、力偶及力偶系的简化 三、平面任意力系的简化,一、平面汇交力系的合成和简化,图1-27 力三角形法,(一) 平面汇交力系合成的几何法 1.两个汇交力的合成 2.任意个汇交力的合成,一、平面汇交力系的合成和简化,图1-28 平面汇交力系,一、平面汇交力系的合成和简化,图1-29 力多边形法,一、平面汇交力系的合成和简化,(二) 平面汇交力系合成的解析法 1.力的分解,一、平面汇交力系的合成和简化,图1-30 力的合成与分解,2.力在坐标轴上的投影,一、平面汇交力系的合成和简化,图1-31 力沿x、y轴分解,一、平面汇交力系的合成和简化,图1-32 力在坐标轴上的投影,一、平面汇交力系的合成和简化,3.合力投影定理,一、平面汇交力系的合成和简化,图1-33 合力投影定理,一、平面汇交力系的合成和简化,4.平面汇交力系合成的解析法 1) 根据平面汇交力系的情况建立适当的坐标系 2) 求出力系中各分力在两坐标轴上的投影Fx1，Fx2；…，Fxn，Fy1，Fy2，…，Fyn 3) 根据合力投影定理求出两坐标轴上所有投影的代数和：,4) 根据公式,5) 由公式,一、平面汇交力系的合成和简化,例1-6 在螺栓的环眼上套有三根软索，它们的位置和受力情况如图1-34所示，试用解析法求合力的大小和方向。

一、平面汇交力系的合成和简化,图1-34 螺栓环眼,解：① 建立直角坐标系Oxy 如图1-34所示一、平面汇交力系的合成和简化,② 求出各分力在x、y轴上的投影,③ 根据合力投影定理求出合力的投影,④ 求合力大小和方向,二、力偶及力偶系的简化,(一) 力矩,图1-35 扳手,① 力F的大小 ② 力F到转动中心O的距离 ③ 力F使物体绕O点转动的方向二、力偶及力偶系的简化,(二) 力偶和力偶矩,图1-36 力偶应用实例 a) 转动转向盘 b) 拉螺纹 1—铰杠 2—丝锥 3—工件,二、力偶及力偶系的简化,图1-37 力偶的图示法,例1-7 汽车操纵系统的踏板装置如图1-39所示二、力偶及力偶系的简化,已知a=380mm，b=50mm，α=60°，工作阻力F=1700N，驾驶员的蹬力F=193.7N，求阻力F和蹬力F对O点的矩 解：根据式(1-7)可得,二、力偶及力偶系的简化,图1-38 力偶矩,二、力偶及力偶系的简化,图1-39 力矩计算实例,(三) 力偶的性质及力偶等效变换,二、力偶及力偶系的简化,1.力偶的性质 1) 力偶不能简化为一个合力，即力偶不能与一个力等效，力偶只能与力偶相平衡。

2) 力偶中的两个力对其作用面内任一点的矩，恒等于力偶矩，与矩心的位置无关，即力偶作用面指力偶中的两个力所在的平面 2.力偶的等效变换 (1) 同一平面内力偶的等效变换 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以在其作用面内任意移动或转动，或同时改变力和力偶臂的大小而它对刚体的效应不变 (2) 平行平面内的等效变换 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二、力偶及力偶系的简化,图1-40 转向盘的受力,二、力偶及力偶系的简化,图1-41 轴的受力,① 力偶矩大小相等 ② 力偶作用面平行 ③ 力偶转向相同 (四) 平面力偶系的合成,二、力偶及力偶系的简化,图1-42 平面力偶系的合成,二、力偶及力偶系的简化,图1-43 气缸盖,二、力偶及力偶系的简化,例1-8 要在汽车发动机气缸盖上钻四个相同直径的孔，如图1-43所示估计钻每个孔的切削力偶矩为M1=M2=M3=M4=-15N·m若用多轴钻床同时钻这四个孔时，工件受到的总切削力偶矩有多大?,二、力偶及力偶系的简化,解：作用于气缸盖上的四个力偶位于同一平面内，各力偶矩大小相等、转向相同，则作用在工件上的合力偶矩为,三、平面任意力系的简化,图1-44 吊车横梁的受力,三、平面任意力系的简化,图1-45 汽车的受力,(一) 力的平移定理,三、平面任意力系的简化,图1-46 力的平移定理,图1-47 丝锥的受力,三、平面任意力系的简化,图1-48 齿轮的受力,(二) 平面任意力系的简化,三、平面任意力系的简化,图1-49 平面任意力系的简化,1) 汇交于O点的平面汇交力系：F1′，F2′，…，Fn′。

2) 附加力偶系：M1=MO(F1)，M2=MO(F2)，…，Mn=MO(Fn),三、平面任意力系的简化,图1-50 力系简化结果,三、平面任意力系的简化,(三) 合力矩定理 1.平面力系简化结果分析 1) FR′=0，MO′≠0，无论向哪点简化，力系都只与一个力偶等效，力系简化结果为一个力偶M=MO′ 2) FR′≠0，MO′=0，力系简化为一个力作用于简化中心O，即FR=FR′，如图1-50b所示 3) FR′=0，MO′=0，原力系平衡 4) FR′≠0，MO′≠0，此时可进一步简化，方法如下：。