汽车机械基础课件第七章精要.ppt

第七章 力学基础知识 7. 1力学的基本概念 7 .2力矩和力偶 7 .3力系的简化 7. 4受力分析与受力图 7. 5平面力系平衡方程 7. 6空间力系 7. 7摩擦自锁 7. 1力学的基本概念 7.1.1力 1.力的作用与效应 物体与物体之间相互的机械作用称为力。力可以通过点、面的接触来实现，还可以通过非接触的方式实现，即场的方式，如重力场、电磁场等，根据具体情况，如接触面很小等情况，可以将分布力简化为集中力。 作用在物体上的力还可以按施力与否分为主动力和约束反力两类。主动力也称为载荷，如重力、风力等，广义的载荷还包括地震作用、温度作用等。约束反力是限制物对研究物体的反作用力，根据约束类型的不同，约束反力表示形式不同。 7. 1力学的基本概念 力是改变物体运动状态或使物体产生变形的原因，力的作用效应分为运动效应和变形效应，力的运动效应也称为力的外效应，力的变形效应称作力的内效应。当研究物体的外效应时，通常将物体简化为刚体。刚体是指在力的作用下不变形的物体，是一种力学模型。 2.力的表示 力的大小、方向和作用位置不同，力对物体的效应则不同，因此将力的大小、方向和作用点合称为力的三要素。 具有大小和方向的量称为矢量，所以力是矢量，称为力矢量，具有矢量的特性，力的合成与分解满足矢量的运算法则。 尽管不能用肉眼看到力，但可以用带箭头的线段表示力的大小和方向，用线段的头或尾的点表示力的作用点，如图7-1所示。 7. 1力学的基本概念 在同时表示几个力的时候，应使用同一比例尺。如用1 cm表示1N，则2 cm表示2N。作用于O点，与水平方向成45°的50 N的力和120°的100 N的力用矢量表示，如图7-2所示。按照SI国际单位制，力的单位为牛〔顿〕，符号为N。 3.力的合成 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，合力作用于汇交点上，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。 如图7-3所示，力是矢量，合力的大小和方向可以通过矢量求和的方法求得，常用的有几何作图法和代数法。几何作图法有力三角形法(两个力求和)和力多边形法(多个力求和)。 7. 1力学的基本概念 代数法是通过力向坐标轴上投影，转化为代数量进行计算的。 7.1.2刚体的概念 所谓刚体，是指在外力作用下大小和形状保持不变的物体。 刚体是抽象化的力学模型，实际物体在力的作用下都会产生一定的变形，都不是真正的刚体。若物体本身的变化不影响问题的研究，可将该物体简化为刚体来处理，而忽略物体的体积和形状，这样所得结果仍与实际情况相符合。例如，物理天平的横梁处于平衡状态，横梁在力的作用下产生的形变很小，各力矩的大小都几乎不变。为此在研究天平横梁平衡的问题时，可将横梁当作刚体。在研究物体的平衡问题时，通常将物体当做刚体来处理。 7. 1力学的基本概念 物体抽象为刚体模型之后，作用在其上的力可以沿其作用线滑移而不影响力对物体的运动效应，这种性质简称为力的可传性(如图7-4所示)。作用在刚体上的力，其三要素便转化为大小、方向和作用线。 7.1.3力系与等效力系 若干个力组成的系统成为力系。如果一个力系与另外一个力系对物体的作用效应相同，则这两个力系互称为等效力系。若一个力与一个力系对物体的作用效应相同，则这个力称为该力系的合力。 若一个力系各力的作用线在同一平面内，称为平面力系。平面力系中，若所有力的作用线汇交于一点，称为平面汇交力系，若全平行称为平面平行力系，既不汇交于一点也不全平行，则称为平面一般力系。 7. 1力学的基本概念 一个力系各力的作用线不在同一平面内，称为空间力系。若所有力的作用线汇交于一点，称为空间汇交力系，若全平行称为空间平行力系，既不汇交于一点也不全平行，称为平面一般力系。 7.1.4平衡与平衡力系 平衡是指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态。若一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。 作用在刚体上两个力使刚体保持平衡的充分必要条件是:这两个力大小相等、方向相反，并作用于一条直线上。 工程上对承受二力作用并保持平衡的构件称为二力构件，图7-5(a)所示，直杆的二力构件简称为二力杆，如图(b)所示。 7.2 力矩和力偶 7.2.1力对点之矩 力对点之矩简称力矩，力矩是物体在力的作用下产生转动效应的度量，如图7-6所示。 M0(F)=±F ·d 式中，O点为矩心;d为力臂，是矩心O到力F作用线的距离。为便于