1、第一篇汽车常用构件力学分析o 工程力学应用工程力学应用o 汽车工程中力学问题汽车工程中力学问题1）深刻理解基本概念，熟练掌握有关 力学定理、公理和定律。2）学会用抽象简化的思维方式学习理解力学的一般规律，同时灵活运用数学工具，帮助解决实际问题。3）掌握基本的力学分析和运算技能。本篇的学习目标：本篇的学习目标：第一篇汽车常用构汽车常用构件力学分析件力学分析第一篇成绩评定成绩评定：平时考勤、作业、单元测验各占20%，期末考试占40%。第一章 构件的静力分析第二章 构件的运动分析和动力分析第三章 构件的承载能力分析第一章 第一章第一章 构件静力分析构件静力分析 o研究对象：平衡状态的刚体或刚体系统o
2、研究内容：物体的受力分析；力系的简化；物体在力系作用下处于平衡的条件及其在工程实践中的应用。教学目标教学目标:1）了解静力分析的基础知识，掌握基本概念和定理。2）掌握构件（物体）的受力分析方法，并能正确地画出构件或物系的受力图。3）认识构件（物体）的平衡规律，掌握应用平衡条件求解工程力学问题的方法。n 静力分析的基本概念 力、刚体及平衡的概念n 静力学公理n 力矩 力偶的基本概念、定理1、熟悉静力分析的研究对象、内容，2、掌握刚体、平衡、力的概念3、掌握五个公理4、力矩 力偶的基本概念、定理第一节第一节 静力分析的基本概念与定理静力分析的基本概念与定理力的作用例子力的作用例子n 力的概念是人类
3、在长期的生产生活中逐力的概念是人类在长期的生产生活中逐渐建立的；渐建立的；n 力与生活和生产劳动密不可分；力与生活和生产劳动密不可分；n 力作用的例子：万有引力、汽车动力、力作用的例子：万有引力、汽车动力、打球、人们的推、拉、投、走路、跑步打球、人们的推、拉、投、走路、跑步等；等；一.力的概念1.力是物体间的相互机械作用2.力对物体作用效应o 外效应：使物体的运动状态发生改变；o 内效应：使物体的形状发生改变3.力是矢量:力矢用大写黑体字母力矢用大写黑体字母“F F”表示表示4.力的三要素：力的大小、方向、作力的大小、方向、作用线用线.5.5.力的单位力的单位：牛顿（N）或千牛（kN）（力力F
4、用有向线段表示）用有向线段表示）静力分析基本概念分布力和集中力分布力和集中力力系力系o 力系力系作用于刚体上的一群力作用于刚体上的一群力o 合力合力：n 若一个力和一个力系等效，则这个若一个力和一个力系等效，则这个力就称为该力系的力就称为该力系的合力合力；力系中的；力系中的每个力就称为力系的分力；每个力就称为力系的分力；n 将一个复杂力系简化为一个简单力将一个复杂力系简化为一个简单力系或一个力的过程，称为系或一个力的过程，称为力系的简力系的简化。化。力系的分类力系的分类p 平面力系：力的作用线均在同一个平面内平面力系：力的作用线均在同一个平面内o汇交力系：作用线汇交于一点；汇交力系：作用线汇交
5、于一点；o平行力系：作用线相互平行；平行力系：作用线相互平行；o一般力系：作用线既不完全一般力系：作用线既不完全汇交，又不完全平行；汇交，又不完全平行；p 空间力系空间力系o汇交力系汇交力系o平行力系平行力系o一般力系一般力系2 2、刚体的概念、刚体的概念o 刚体刚体在力的作用下，其物体内部任意在力的作用下，其物体内部任意 两点之间的距离始终保持不变两点之间的距离始终保持不变n刚体是静力学中对物体进行分析所简化的刚体是静力学中对物体进行分析所简化的抽抽象化力学模型象化力学模型（变形很小可忽略不计时）（变形很小可忽略不计时）n实践证明：将物体抽象为刚体可使力学分析实践证明：将物体抽象为刚体可使力
6、学分析大大简化且结果足够精确，既是工程分析允许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。但的也是认识力学规律所必需的。但刚体这一模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构件可看作刚体刚体示例刚体示例 3 3、平衡、平衡n 物体相对于惯性参考系处于静止或匀速直线运动物体相对于惯性参考系处于静止或匀速直线运动状态。状态。n 平衡是相对的，是运动的特例，平衡的规律远比平衡是相对的，是运动的特例，平衡的规律远比一般规律简单。工程上有很多平衡问题。一般规律简单。工程上有很多平衡问题。n 建立在地球上，并相对于地球
7、不动的参考系称为建立在地球上，并相对于地球不动的参考系称为惯性参考系。惯性参考系。n 一个物体受某力系作用而处于平衡，则此力系称一个物体受某力系作用而处于平衡，则此力系称为为平衡力系平衡力系。n 力系使物体平衡而需要满足的条件称为力系力系使物体平衡而需要满足的条件称为力系平衡平衡条件。条件。二、静力学公理二、静力学公理o 静力学公理概括了力的各种性质，是静力分静力学公理概括了力的各种性质，是静力分析的理论基础析的理论基础o 公理一：二力平衡公理公理一：二力平衡公理n 作用于刚体上的两个力使刚体平衡的必要作用于刚体上的两个力使刚体平衡的必要和充分条件是：和充分条件是：这两个力的大小相等、方这两个
8、力的大小相等、方向相反、作用线重合。向相反、作用线重合。简称简称“等值、反向、等值、反向、共线共线”。n 矢量式矢量式：F F1 1=F F2 2；F1F2二力构件二力构件o 二力平衡公理揭示了作用于物体上最简单的二力平衡公理揭示了作用于物体上最简单的力系平衡时所应满足的条件。力系平衡时所应满足的条件。o 工程上受两个力作用而平衡的刚体称为工程上受两个力作用而平衡的刚体称为“二二力构件力构件”或或“二力体二力体”。二力构件平衡时其。二力构件平衡时其所受的所受的两个力必沿着两个力作用点的连线，两个力必沿着两个力作用点的连线，而且两力大小相等，方向相反。而且两力大小相等，方向相反。o 如课本图如课
9、本图1-51-5所示，当该支架中杆所示，当该支架中杆ACAC、BCBC自重自重不计时，即属二力构件，受力如图所示。不计时，即属二力构件，受力如图所示。o 图图1-61-6中杆中杆CDCD也是二力构件也是二力构件二力构件的实例二力构件的实例1 1AB二力构件的实例二力构件的实例2 2o 在进行构件受力分析时，能正确判断其在进行构件受力分析时，能正确判断其是否为是否为二力构件二力构件，可使问题顺利解决。，可使问题顺利解决。这点很重要！这点很重要！F1F2F2F1CDn 在一个刚体上加上或减去一个平衡力系，不改变刚体的原状态。AB=ABAB这一公理是研究力系等效变换的理论基础这一公理是研究力系等效变
10、换的理论基础静力学公理公理二：加减平衡力系公理公理二：加减平衡力系公理作用于刚体的力可以沿其作用线滑移至刚体的任意点，不改变原力对该刚体的作用效应应用:加减平衡力系原理及其推论是力系简化力系简化的重要依据之一。推论推论1 1：力的可传性原理力的可传性原理n 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个力，合力的作用点仍作用在这一点，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确定。n 矢量表示法：F FR R=F=F1 1+F+F2 2静力学公理公理三：力的平行四边形公理公理三：力的平行四边形公理力的平行四边形公理力的平行四边形公理o 合力的大小和方向的计算合力的大小和方向的计算 图
11、图1-111-11中中,如已知如已知F F1 1、F F2 2夹角夹角，则可用则可用余弦定理求合力大小和方向。余弦定理求合力大小和方向。cosF2FFFR212221Fo 刚体受三个力的作用而平衡，这三个力刚体受三个力的作用而平衡，这三个力必汇交于一点必汇交于一点F3F2F1F3FROF2F1三力平衡汇交定理应用实例三力平衡汇交定理应用实例应用：三力平衡汇交定理应用：三力平衡汇交定理 当刚体受到三个互不平行的共面力作当刚体受到三个互不平行的共面力作用时，可用此推论确定未知力的方向。用时，可用此推论确定未知力的方向。ABDPFTFDFA三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理当三个力中有二力相交时当三个
12、力中有二力相交时,该三个该三个力汇交于一点是三个力平衡的必要条件而力汇交于一点是三个力平衡的必要条件而非充分条件非充分条件,因为任意三个力作用在同一因为任意三个力作用在同一平面内且相交于一点的力平面内且相交于一点的力,显然不一定是显然不一定是平衡的。平衡的。：刚体上三个力汇交于同一点时刚体上三个力汇交于同一点时,一一定平衡吗定平衡吗?举例说明。举例说明。o公理四：作用力与反作用力公理公理四：作用力与反作用力公理n 任何两个物体间相互的作用力和反作用力总任何两个物体间相互的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，沿着同一条直线，是大小相等，方向相反，沿着同一条直线，分别作用在这两个物体上。分别作
13、用在这两个物体上。n 实例：实例：G1G2静力学公理G1G2FN1FN1作用力与反作用力公理作用力与反作用力公理o实例FN1G2G1G1FN1G2FN成对出现，成对出现，有作用力就必然有反作用力。有作用力就必然有反作用力。分别作用于不同物体上分别作用于不同物体上，故不能互相互相抵消。，故不能互相互相抵消。？与二力平衡公理中的与二力平衡公理中的“一对平衡力一对平衡力”是不同的，是不同的，不能相互混淆。不能相互混淆。n 若变形体在某一力系作用下平衡，则可将若变形体在某一力系作用下平衡，则可将此受力的变形体视为刚体，其平衡状态仍此受力的变形体视为刚体，其平衡状态仍保持不变。保持不变。静力学公理三、力
14、矩和力偶三、力矩和力偶u力矩力矩 u力偶和力偶矩力偶和力偶矩 u力偶的性质及力偶等效变换力偶的性质及力偶等效变换 u力的平移定理力的平移定理 1.1.力矩力矩力对点的矩：力对点的矩：简称力矩，是力使物体产生简称力矩，是力使物体产生转动效应的度量，是代数量。转动效应的度量，是代数量。力矩的三要素：力矩的三要素：n 大小、转距、转向力矩的表示力矩的表示：dFFMo)(力矩 力偶概念 定理正负号规定：正负号规定：力使物体绕矩心逆时针转动时力矩为正，力使物体绕矩心逆时针转动时力矩为正，反之为负。反之为负。力臂力臂单位：单位：牛顿牛顿米米(N(Nm m)或千或千牛牛米米(kN(kNm m)1.力矩力矩例
15、例1-1:1-1:力矩的计算力矩的计算MO（FP）=-pa=-193.70.38=-73.61 MO（F）=bsin=17000.05sin60 o=73.61 实例：钳工用丝锥攻螺纹实例：钳工用丝锥攻螺纹o力偶的形成力偶的形成ABO2.2.力偶力偶F1F2力偶实例力偶实例:2.2.力偶力偶力力 偶偶 :由一对大小相等大小相等,方向相反方向相反,且作且作用线相互平行的两个力所组成的力系用线相互平行的两个力所组成的力系.力偶系是一种基本力系，同时也是力偶系是一种基本力系，同时也是一种特殊力系，是研究一般力系的基础。一种特殊力系，是研究一般力系的基础。dPF1F2力矩 力偶概念 定理实践证明：力偶
16、只能使物体产生转动效应，不能产生移实践证明：力偶只能使物体产生转动效应，不能产生移动效应。动效应。关于力偶o 力偶作用的例子力偶作用的例子:司机开车时，用双手转动方司机开车时，用双手转动方向盘、钳工用丝锥攻螺纹、拧水龙头等等。向盘、钳工用丝锥攻螺纹、拧水龙头等等。力偶力偶力偶的表示法力偶的表示法:n 符号表示符号表示:（F F，F F）n 图示图示:力偶矩力偶矩-指力偶中力的大小与力偶臂的乘积。指力偶中力的大小与力偶臂的乘积。用以衡量力偶对刚体的转动效应，用以衡量力偶对刚体的转动效应，大小表示为：大小表示为：（，（，）=d d o力偶矩单位：力偶矩单位：牛米牛米N.m或千牛米或千牛米kN.mo
17、力偶力偶矩正负号规定：矩正负号规定：逆时针为正逆时针为正,反之为负。反之为负。M(+）M（-）o 力偶的三要素：力偶的三要素：力偶矩大小、力偶的转向、力偶的作用面P力偶作用面力偶作用面：力偶中一对力力偶中一对力 所组成的平面；所组成的平面；力偶臂力偶臂：构成力偶的一对力的作用线间的垂直距构成力偶的一对力的作用线间的垂直距离，用离，用 d d 表示；表示；dPF1F22.2.力偶力偶力偶的基本性质力偶的基本性质 1)力偶是无法再简化的简单力系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力偶不能与力平衡
18、，力偶只能与力偶相平衡2)2)力偶中两个力对其作用面力偶中两个力对其作用面P P内任意一点之矩的代内任意一点之矩的代数和，等于该力偶的力偶矩：数和，等于该力偶的力偶矩：MoMo（F F）+Mo+Mo（FF）=M=M=d d 3)3)力偶对刚体的运动效应只与力偶矩的大小和力偶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在作用面内的转向有关.力偶的等效变换力偶的等效变换刚体上力偶等效的条件：刚体上力偶等效的条件：力偶矩力偶矩大小大小相等；相等；力偶力偶作用面作用面平行；平行；力偶力偶转向转向相同。相同。即力偶的即力偶的三要素三要素相同相同 力偶的等效变换力偶的等效变换o 同平面内
19、的力偶等效变换同平面内的力偶等效变换1 1、只要保持、只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变力偶矩大小和力偶的转向不变，作用于刚，作用于刚体上的力偶可在其作用面内体上的力偶可在其作用面内任意移动任意移动而它对刚体的而它对刚体的效应不变。效应不变。FF FF =力矩 力偶概念 定理力偶的等效变换力偶的等效变换o 同平面内力偶的等效条件同平面内力偶的等效条件2 2、只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变，作、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在其作用面内用于刚体上的力偶可在其作用面内任意转动任意转动，而它对刚体的效应不变。而它对刚体的效应不变。FF FF =力偶的等效变换力偶的等效变
20、换o 3 3、只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变，作、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用于刚体上的力偶可同时同时改变力和力偶臂的大改变力和力偶臂的大小小而它对刚体的效应不变。而它对刚体的效应不变。FF F/2F/2=平行的平面内力偶的等效变换平行的平面内力偶的等效变换o 力偶在同一刚体上可以搬移到与其作用面相平行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。的平面内，而不改变其对刚体的效应。=MM3.力的平移定理o 作用在刚体上某点的力，可以平移至刚体上任意作用在刚体上某点的力，可以平移至刚体上任意一点，但同时必须增加一个一点，但同时必须增
21、加一个，该力偶的，该力偶的力偶矩等于原力对该点之矩。力偶矩等于原力对该点之矩。应用:力系的简化实例：踢足球实例：踢足球o 力的平移及效应力的平移及效应O作业1-2 1-2 什么是二力杆？其有何特点？静力什么是二力杆？其有何特点？静力学中有那些公理？内容如何？学中有那些公理？内容如何？1-7 1-7 力偶、二力平衡和作用力与反作用力偶、二力平衡和作用力与反作用力中两个力均等值、反向，它们有何力中两个力均等值、反向，它们有何不同？不同？重点内容重点内容:n 静力分析的基本概念静力分析的基本概念 力、刚体及平衡力、刚体及平衡的概念的概念.n 静力学公理静力学公理.n 力矩力矩 力偶的基本概念、定理力
22、偶的基本概念、定理1 1、熟悉工程上常见的几种约束类型及、熟悉工程上常见的几种约束类型及其约束力的确定其约束力的确定2 2、掌握物体的受力分析方法及物系的、掌握物体的受力分析方法及物系的受力图画法受力图画法q 约束的有关定义：约束的有关定义：q 自由体自由体凡是能在空间作做任意运动的物体凡是能在空间作做任意运动的物体称为自由体。称为自由体。例：空中飞机、小鸟等。例：空中飞机、小鸟等。q 非自由体非自由体如果物体受到其它物体对它的限如果物体受到其它物体对它的限制，在某些方向不能自由运动则称为非自由体。制，在某些方向不能自由运动则称为非自由体。内燃机曲柄滑块机构内燃机曲柄滑块机构限制某物体运动的装
23、置称为该物体的限制某物体运动的装置称为该物体的约束。约束。当非自由体沿约束所限制方向有当非自由体沿约束所限制方向有运动趋势时，约束与非自由体之间便产生相互运动趋势时，约束与非自由体之间便产生相互的作用力，称为的作用力，称为约束反力约束反力。n 例如例如:汽车轮轴、地面是车轮的约束等汽车轮轴、地面是车轮的约束等,轴对轮轴对轮施加约束反力施加约束反力,轴承对轴施加约束反力轴承对轴施加约束反力,地面对地面对车轮的支承力也为约束反力。车轮的支承力也为约束反力。o 物体受力可分物体受力可分:凡是能主动引起物体运动凡是能主动引起物体运动状状 态改变或有使物体运动状态改变态改变或有使物体运动状态改变趋势的力
24、称为主动力。趋势的力称为主动力。主动力有时也叫载荷，一般大小、方主动力有时也叫载荷，一般大小、方向已知或可计算，如向已知或可计算，如重力、风力重力、风力等等。是由是由引起的，是一种被动力，引起的，是一种被动力，也是未知力。静力分析的重要任务之一就是也是未知力。静力分析的重要任务之一就是要确定未知的约束反力大小、方向。要确定未知的约束反力大小、方向。要求掌握工程中常见的各种要求掌握工程中常见的各种约束类型约束类型,重点掌握如何正确判断约束反力的重点掌握如何正确判断约束反力的方向方向(约束力的大小由后面介绍的平衡方程求约束力的大小由后面介绍的平衡方程求解解).).反力反力:n 确定约束反力三要素的
25、确定原则确定约束反力三要素的确定原则:作用点作用点:总是在约束与被约束物体相互接总是在约束与被约束物体相互接 触处触处;方向方向:必与约束所限制的运动方向相反必与约束所限制的运动方向相反;大小大小:根据平衡条件计算其大小根据平衡条件计算其大小.二、常见约束类型及约束反力确定二、常见约束类型及约束反力确定n约束的分类约束的分类o柔性约束柔性约束：绳子、钢丝绳、：绳子、钢丝绳、皮带、链条等皮带、链条等o刚性约束刚性约束光滑接触约束光滑接触约束：如齿轮、凸轮接触：如齿轮、凸轮接触光滑铰链约束光滑铰链约束：分中间铰、固定铰和活动铰：分中间铰、固定铰和活动铰固定端约束固定端约束：如外伸梁：如外伸梁轴承约
26、束轴承约束：向心轴承、推力轴承：向心轴承、推力轴承FT柔性约束的特点：柔性约束的特点：o 只能限制物体沿柔体伸长方向的运动只能限制物体沿柔体伸长方向的运动,只能受只能受拉，不能受压。拉，不能受压。o 柔性约束反力确定柔性约束反力确定:作用于触点作用于触点,沿柔体中心沿柔体中心,背离被约束物体背离被约束物体o 约束反力符号：本书柔性约束反力用约束反力符号：本书柔性约束反力用 F FT T表示表示柔性约束柔性约束柔性约束实例o 直杆的受力直杆的受力绳子绳子G杆F1F2FT1FT2刚性约束刚性约束（接触面摩擦力很小可忽略不计时）（接触面摩擦力很小可忽略不计时）o约束特点约束特点:只能限制沿接触点的法
27、线方向趋只能限制沿接触点的法线方向趋向支承面的运动向支承面的运动o 约束反力的确定：约束反力的确定：通过接触点，沿着接触面公法通过接触点，沿着接触面公法线方向，指向被约束的物体，线方向，指向被约束的物体，即即物体受压。物体受压。光滑接触的约束反力通常用光滑接触的约束反力通常用N N 表示。表示。2 2、光滑接触面约束、光滑接触面约束刚性约束刚性约束刚性约束刚性约束光滑接触约束实例光滑接触约束实例3 3刚性约束刚性约束光滑接触约束实例光滑接触约束实例刚性约束刚性约束3.3.光滑铰链约束（简称铰链约束）光滑铰链约束（简称铰链约束）o 组成及特点：组成及特点：o 两物体分别钻有直径相同的两物体分别钻
28、有直径相同的圆柱形孔圆柱形孔，用一圆柱形，用一圆柱形销钉销钉连接起来，在不计摩擦时，即构成连接起来，在不计摩擦时，即构成光滑圆柱形铰光滑圆柱形铰链约束链约束，简称，简称铰链约束铰链约束。图图1-27 1-27 光滑铰链光滑铰链图图1-28 1-28 曲柄滑块机构曲柄滑块机构1 1活塞销活塞销 2 2气缸气缸 3 3活塞活塞 4 4轴承轴承 5 5曲轴曲轴 6 6连杆连杆刚性约束刚性约束刚性约束刚性约束刚性约束刚性约束光滑铰链约束光滑铰链约束o 铰链约束反力用两个铰链约束反力用两个 X X、Y Y方向的正交分方向的正交分力力F FX X、F FY Y来表示来表示刚性约束刚性约束光滑铰链约束（简称
29、铰链约束）光滑铰链约束（简称铰链约束）o铰链约束分类铰链约束分类连接铰链（中间铰）连接铰链（中间铰）固定铰链支座固定铰链支座活动铰链支座活动铰链支座球型铰链支座（空间约束）球型铰链支座（空间约束）1 1）连接铰链（中间铰）连接铰链（中间铰）o 结构特点结构特点：如图示，用销钉联接两有孔零件，两被联：如图示，用销钉联接两有孔零件，两被联接件均可绕销轴转动，接件均可绕销轴转动，例如图例如图1-181-18发动机中连杆与活发动机中连杆与活塞、连杆与曲轴的联接塞、连杆与曲轴的联接o 约束特点约束特点：两零件均可相对转动又互相制约：两零件均可相对转动又互相制约o 约束反力在确定约束反力在确定：其约束反力
30、用过销轴中心的两个正：其约束反力用过销轴中心的两个正交的分力交的分力F FX X、和和F FY Y表示，如图下所示。表示，如图下所示。yx2 2）固定铰链支座）固定铰链支座o 约束特点约束特点：如果中间铰链中的构件之一与地基或如果中间铰链中的构件之一与地基或机架相连，便构成固定铰链支座如图机架相连，便构成固定铰链支座如图1-191-19所示。所示。o 约束反力的确定约束反力的确定：约束反力通过销轴中心，方向约束反力通过销轴中心，方向随主动力方向而不同，用过销轴中心的两个正交随主动力方向而不同，用过销轴中心的两个正交的分力的分力F FX X、F FY Y表示。表示。x固定铰链支座固定铰链支座固定
31、铰链支座的计算简图固定铰链支座的计算简图o三种形式三种形式FF3 3）活动铰链支座）活动铰链支座q 约束特点：约束特点：在铰链支座的底部安装一排滚轮，在铰链支座的底部安装一排滚轮，可使支座沿固定支承面移动，只能限制构件离可使支座沿固定支承面移动，只能限制构件离开和趋向支承面的运动。开和趋向支承面的运动。n 在工程结构中经常采用这种约束。目的是适应在工程结构中经常采用这种约束。目的是适应构件变形。计算简图如下：构件变形。计算简图如下：3 3）活动铰链支座）活动铰链支座q 约束反力的确定约束反力的确定：其约束反力通过铰链中：其约束反力通过铰链中心且必垂直于支承面。心且必垂直于支承面。y4 4、固定
32、端约束、固定端约束o 约束特点：约束特点：限制了平面内所有可能的运动（被约束构限制了平面内所有可能的运动（被约束构件既不能移动和也不能转动）。件既不能移动和也不能转动）。xy固定端约束固定端约束o 约束反力的确定：约束反力的确定：固定端约束能限制物体沿任何方向的移动，固定端约束能限制物体沿任何方向的移动，也能限制物体在约束处的转动。所以，固定端也能限制物体在约束处的转动。所以，固定端A A处的处的约束反力可用两个正交的分力约束反力可用两个正交的分力F FAXAX、F FAYAY和和力矩为力矩为M M的力偶表示。的力偶表示。FPFFA5 5、轴承约束、轴承约束o 分类：分类：向心轴承、推力轴承向
33、心轴承、推力轴承o 向心轴承向心轴承o 约束特点：约束特点：向心轴承性质与固定铰链相同，向心轴承性质与固定铰链相同，轴只能绕轴线转动，轴承限制了垂直于轴线轴只能绕轴线转动，轴承限制了垂直于轴线平面内径向移动；平面内径向移动；o 约束反力：约束反力：可分解为垂直方向可分解为垂直方向X X、Y Y的分力的分力F FX X、F FY Y如图所示。如图所示。yxFYFX向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承o 约束特点：约束特点：既限制了轴在垂直于轴线平面内既限制了轴在垂直于轴线平面内的径向运动，且限制了沿轴向的单向移动。的径向运动，且限制了沿轴向的单向移动。o 约束反力：约束反力：可用互相垂直的三个可用互
34、相垂直的三个方向的分力：方向的分力：F FX X、F FY Y、F FZ Z表示表示o 计算简图如图示。计算简图如图示。FXFYFZ分析自卸货车各部位约束类型分析自卸货车各部位约束类型三、物体的受力分析和受力图三、物体的受力分析和受力图o静力分析要解决的两个问题：静力分析要解决的两个问题：1 1）确定研究对象）确定研究对象 2 2）确定研究对象上所受的力（受力分析）确定研究对象上所受的力（受力分析）分离体：分离体：解除约束后的自由物体。解除约束后的自由物体。研究对象往往为非自由体，为了清楚地表示研究对象往往为非自由体，为了清楚地表示物体的受力情况，需要把所研究的物体从与它物体的受力情况，需要把
35、所研究的物体从与它周围相联系的物体中分离出来，单独画出该物周围相联系的物体中分离出来，单独画出该物体的轮廓简图，使之成为体的轮廓简图，使之成为分离体分离体。GADBFTFN例例 :一重为一重为G G的球体的球体A A，用绳子，用绳子BCBC系在光滑的铅垂墙系在光滑的铅垂墙壁上，试画出球体壁上，试画出球体A A的受力图。的受力图。GADBC受力图受力图o 受力图：受力图：在分离体上画上它所受的全部主动在分离体上画上它所受的全部主动力和约束反力，就称为该物体的受力图。力和约束反力，就称为该物体的受力图。o 画受力图步骤画受力图步骤：n 画受力图是解平衡问题的关键，画受力图画受力图是解平衡问题的关键
36、，画受力图的一般步骤为：的一般步骤为：）根据题意）根据题意确定研究对象确定研究对象，并画出研究对，并画出研究对象的象的分离体分离体简图。简图。）在分离体上画出全部已知的）在分离体上画出全部已知的主动力主动力。）在分离体上解除约束的地方画出相应的）在分离体上解除约束的地方画出相应的约束反力。约束反力。画分离体的受力图画分离体的受力图o 研究对象的选取既可以是单个物体也可以是几个研究对象的选取既可以是单个物体也可以是几个物体组成的系统（物系）物体组成的系统（物系）o 内力与外力内力与外力 如果所取的分离体是由某几个物体组成的物体系如果所取的分离体是由某几个物体组成的物体系统时，要注意分清统时，要注
37、意分清“内力内力”和和“外力外力”:o 外力外力系统以外物体对物体系统的作用力系统以外物体对物体系统的作用力o 内力内力系统内物体间相互作用的力系统内物体间相互作用的力o 注意：注意：取物体系统为研究对象画受力图时，取物体系统为研究对象画受力图时，只画外力，而不画内力。只画外力，而不画内力。例例1 1o题略题略FGGFFTFTFYFX例例2ABDABGODGOPFTFDFAFEFD例例3o 重量为重量为G G的均质杆的均质杆ABAB，其，其B B端靠在光滑铅垂墙的顶端靠在光滑铅垂墙的顶角处，角处，A A端放在光滑的水平面上，在点端放在光滑的水平面上，在点D D处用一水处用一水平绳索拉住，试画出
38、杆平绳索拉住，试画出杆ABAB的受力图。的受力图。FBFAFDG例例 4o（略）画（略）画ABAB梁的受力图。梁的受力图。FAyFAxFBG画分离体的受力图的注意事项画分离体的受力图的注意事项o 力是物体间相互的机械作用，物体所受每一个力力是物体间相互的机械作用，物体所受每一个力均应清楚哪个是施力物体，以免多画或漏画力均应清楚哪个是施力物体，以免多画或漏画力o 应严格区分约束反力类型应严格区分约束反力类型o 注意运用注意运用“作用力与反作用力作用力与反作用力”公理来判断和检公理来判断和检查查o 柔性约束的约束反力只能是拉力不会是压力柔性约束的约束反力只能是拉力不会是压力o 特别注意运用特别注意
39、运用“二力构件二力构件”来进行受力分析来进行受力分析物系受力图物系受力图o 物体系统中每个物体的受力分析方法和单个物体系统中每个物体的受力分析方法和单个物体分析方法相同，但应物体分析方法相同，但应注意以下几点：注意以下几点：n 物系受力分析时往往需要画整体受力图物系受力分析时往往需要画整体受力图n 画单个物体受力图时，注意作用与反作用画单个物体受力图时，注意作用与反作用力的关系。力的关系。n 注意判断二力构件（二力杆）。二力构件注意判断二力构件（二力杆）。二力构件一般不作为单个物体画独立受力图。一般不作为单个物体画独立受力图。例例 5o 折梯如图所示，折梯如图所示，C C处处为光滑铰链，为光滑
40、铰链，D D，E E两两点用水平绳连接，地点用水平绳连接，地面光滑，面光滑，K K点作用一点作用一铅直力铅直力F F，自重为，自重为G G，试分别画出左，右两试分别画出左，右两部分受力图。部分受力图。例例 5 解：解：1.1.分别取左，右两部分为研究对象，并将其单分别取左，右两部分为研究对象，并将其单独画出；独画出；2.2.画出主动力：画出主动力：F F，G G 3.3.画约束反力：画约束反力：A A，B B处为光滑接触，处为光滑接触，F FA A，F FB B铅直向上；铅直向上；D D，E E处为绳约束，处为绳约束，F FTDTD，F FTETE 水平受拉；水平受拉；C C处为光滑铰链，用处
41、为光滑铰链，用F FC C表示，或用两正交分表示，或用两正交分力力F FCXCX，F FCYCY表示，如图所示：表示，如图所示：FAFTFT FCYFCXFCXFCY FBGGF例例 6o课本上例题自阅公法线公法线 yqE A C(a)B D xq课堂练习课堂练习:画出下图中各构件的分离体受力图画出下图中各构件的分离体受力图G y E A C B D x FBFAYFTFAXG物系整体受力图物系整体受力图 yqE A C(a)B D xqFTFEXGFEYBCFBFCBCFBYFDXFAYFAXFBDBAFC FEYFEXFDYDEC yqE A C(a)B D xq ByF G F AyF(b)E B D TF 作业作业oP?：思考题：思考题n1-1、1-2、1-3oP?：作业：作业：n1-17、1-18课后小结课后小结画受力图三步:分离体分离体主动力主动力约束力约束力检查”三不”:不多不多 不漏不漏 不错不错课后小结课后小结
