汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析課件

汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析1

第一章構(gòu)件靜力分析

研究對(duì)象：平衡狀態(tài)的剛體或剛體系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：①物體的受力分析；②力系的簡(jiǎn)化；③物體在力系作用下處于平衡的條件及其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

第一章構(gòu)件靜力分析研究對(duì)象：2教學(xué)目標(biāo):1）了解靜力分析的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握基本概念和定理。2）掌握構(gòu)件（物體）的受力分析方法，并能正確地畫出構(gòu)件或物系的受力圖。3）認(rèn)識(shí)構(gòu)件（物體）的平衡規(guī)律，掌握應(yīng)用平衡條件求解工程力學(xué)問題的方法。教學(xué)目標(biāo):1）了解靜力分析的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握基本概念和定理。3力的作用例子力的概念是人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)生活中逐漸建立的；力與日常生活和生產(chǎn)勞動(dòng)密不可分；力作用的例子：萬有引力、汽車動(dòng)力、打球、人們的推、拉、投、走路、跑步等；第一節(jié)靜力分析的基本概念與定理力的作用例子第一節(jié)靜力分析的基本概念與定理4一、力Force的概念1、定義：力是物體間的相互作用。其效果是使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變或使物體發(fā)生變形靜力學(xué)說明2.力的效應(yīng)：

①運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng))

②變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng))。外效應(yīng)：使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變（速度的大小或方向改變）；內(nèi)效應(yīng)：使物體的形狀發(fā)生改變（變形）一、力Force的概念1、定義：力是物體間的相互作用。其效果5*

運(yùn)動(dòng)效應(yīng)或外效應(yīng)*變形效應(yīng)或內(nèi)效應(yīng)力的作用效應(yīng)：返回*運(yùn)動(dòng)效應(yīng)或外效應(yīng)*變形效應(yīng)或內(nèi)效應(yīng)力的作用效應(yīng)：返回6力對(duì)物體的作用效果取決于力的大小、方向與作用點(diǎn)我們稱之為力的三要素4、力的三要素觀察試驗(yàn)：手推粉筆盒ABC三要素之一發(fā)生改變，力的作用效應(yīng)隨之改變力對(duì)物體的作用效果取決于力的大小、方向與作用點(diǎn)我們稱之為力的7一.力的概念（力F用有向線段表示）靜力分析基本概念集中力5、力是矢量，既有大小又有方向（書寫和作圖都須注意）分布力一.力的概念（力F用有向線段表示）靜力分析基本概念集中力58F印刷體中的矢量書寫手寫體中的矢量書寫AF特別提示：力的單位：國(guó)際單位：牛頓（N）或千牛（KN）F印刷體中的矢量書寫手寫體中的矢量書寫AF特別提示：力的單位9二、剛體變形體二、剛體變形體10剛體：在力的作用下，其物體內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變二、剛體就是在力的作用下，大小和形狀都不變的物體。ABCDFQWG剛體是靜力學(xué)中理想化的力學(xué)模型實(shí)踐證明：將物體抽象為剛體可使力學(xué)分析大大簡(jiǎn)化且結(jié)果足夠精確，既是工程分析允許的,也是認(rèn)識(shí)力學(xué)規(guī)律所必需的。但剛體這一模型的使用是有條件和范圍的,即在靜力學(xué)范圍內(nèi)構(gòu)件可看作剛體.剛體：在力的作用下，其物體內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變11剛體是一種理想化的力學(xué)模型。實(shí)際物體在力的作用下都會(huì)產(chǎn)生程度不同的變形。靜力學(xué)中提出剛體概念的意義ACBBAlCl’l’＜l微小的變形對(duì)研究物體的平衡問題影響很小，可以略去，使問題的分析大為簡(jiǎn)化。剛體是一種理想化的力學(xué)模型。實(shí)際物體在力的作用下都會(huì)產(chǎn)生程度12定義：物體相對(duì)于慣性參考系處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。平衡是相對(duì)的，是運(yùn)動(dòng)的特例，平衡的規(guī)律遠(yuǎn)比一般規(guī)律簡(jiǎn)單。工程上有很多平衡問題。建立在地球上，并相對(duì)于地球不動(dòng)的參考系稱為慣性參考系。平衡力系：一個(gè)物體受某力系作用而處于平衡，則此力系稱為平衡力系。力系使物體平衡而需要滿足的條件稱為力系平衡條件。三、平衡定義：三、平衡13四、幾個(gè)與力相關(guān)概念F1F2F3FnP1P2Pm力系:

作用在物體上的一群力等效力系:

對(duì)同一剛體產(chǎn)生相同作用效果的力系四、幾個(gè)與力相關(guān)概念F1F2F3FnP1P2Pm力14力系的分類：平面力系：力的作用線均在同一個(gè)平面內(nèi)匯交力系：力的作用線匯交于一點(diǎn)；平行力系：力的作用線相互平行；一般力系：力的作用線既不完全匯交，又不完全平行；空間力系匯交力系平行力系一般力系空間任意力系空間平行力系空間匯交力系力系的分類：空間任意力系空間平行力系空間匯交力系15合力和分力合力：若一個(gè)力和一個(gè)力系等效，則這個(gè)力就稱為該力系的合力；力系中的每個(gè)力就稱為力系的分力；將一個(gè)復(fù)雜力系簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單力系或一個(gè)力的過程，稱為力系的簡(jiǎn)化。合力和分力合力：16靜力學(xué)公理公理:人們?cè)陂L(zhǎng)期生活和生產(chǎn)實(shí)踐中長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，符合客觀實(shí)際的最普遍，最一般的規(guī)律。無須證明而為人們所公認(rèn)的結(jié)論。靜力學(xué)公理概括了力的各種性質(zhì)，是靜力分析的理論基礎(chǔ)靜力學(xué)公理公理:人們?cè)陂L(zhǎng)期生活和生產(chǎn)實(shí)踐中長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)17一、公理一：二力平衡公理作用于剛體上的兩個(gè)力使剛體平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力的大小相等、方向相反、作用線重合。簡(jiǎn)稱“等值、反向、共線”。矢量式：F1=－F2；F1F2一、公理一：二力平衡公理F1F218例如：二力構(gòu)件僅受兩個(gè)力作用而處于平衡的物體BACDDABCCDFCFD例如：二力構(gòu)件僅受兩個(gè)力作用而處于平衡的物體BACDDABC19二力構(gòu)件的受力特點(diǎn)：二力構(gòu)件平衡時(shí)其所受的兩個(gè)力作用線必然沿著兩個(gè)作用點(diǎn)的連線且大小相等，方向相反明確二力構(gòu)件的受力特點(diǎn)，可以在進(jìn)行物體的受力分析時(shí)判斷未知力的方向。(c)BACDCDFDFC二力桿：形狀為桿件的二力構(gòu)件，簡(jiǎn)稱為二力桿。二力構(gòu)件的受力特點(diǎn)：二力構(gòu)件平衡時(shí)其所受的兩個(gè)力作用線必然沿20

二力平衡公理揭示了作用于物體上最簡(jiǎn)單的力系平衡時(shí)所應(yīng)滿足的條件。

使剛體平衡的必要與充分條件是： 這兩個(gè)力大小相等

|F1

|=|F2

|

方向相反

F1

=–F2

作用線共線，

最簡(jiǎn)單的平衡力系二力平衡公理揭示了作用于物體上最簡(jiǎn)單的力系平衡時(shí)所應(yīng)滿足的21AB二力構(gòu)件的實(shí)例

在進(jìn)行構(gòu)件受力分析時(shí)，能正確判斷其是否為二力構(gòu)件，可使問題順利解決。這點(diǎn)很重要！

F1F2F2F1CDAB二力構(gòu)件的實(shí)例在進(jìn)行構(gòu)件受力分析時(shí)，能正確判斷其是否為22

在作用于剛體的給定力系上，加上或減去一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。若則二、公理二（加減平衡力系公理）P1P2P3P1P2P3F1F2這一公理是研究力系等效變換的理論基礎(chǔ)在作用于剛體的給定力系上，加上或減去一個(gè)平衡23ABFFAB推論：力的可傳性原理作用在剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)的任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)。FFFAB加減ABFFAB推論：力的可傳性原理作用在剛體上某點(diǎn)的力，可以沿24推論：力的可傳性原理作用在剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)的任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)。應(yīng)用:加減平衡力系原理及其推論是力系簡(jiǎn)化的重要依據(jù)之一。推論：力的可傳性原理作用在剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線25三、公理三（力的平行四邊形法則）

力的平行四邊形法則力是矢量，應(yīng)按矢量的運(yùn)算法則進(jìn)行運(yùn)算。作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可以合成為一個(gè)合力，合力的作用點(diǎn)仍作用在這一點(diǎn)，合力的大小和方向由這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。矢量表示法：FR=F1+F2三、公理三（力的平行四邊形法則）力的平行四邊形法則力是26AF1F2FRAF1F2FRAF1F2FR力三角形法則AF1F2FRAF1F2FRAF1F2FR力三角形法則27合力的大小和方向的計(jì)算圖中,如已知F1、F2夾角α，則可用余弦定理求合力大小和方向。三、公理三（力的平行四邊形法則）

合力的大小和方向的計(jì)算三、公理三（力的平行四邊形法則）28F3FA=A3F1F2F3A3AA2A1推論(三力匯交定理)

當(dāng)剛體在三個(gè)力作用下平衡時(shí)，設(shè)其中兩力的作用線相交于某點(diǎn)，則第三力的作用線必定也通過這個(gè)點(diǎn)。證明：F3FA=A3F1F2F3A3AA2A1推論(三力匯交定理)29三力平衡匯交定理應(yīng)用實(shí)例三力平衡匯交定理應(yīng)用實(shí)例30應(yīng)用：三力平衡匯交定理

當(dāng)剛體受到三個(gè)互不平行的共面力作用時(shí)，可用此推論確定未知力的方向。

ABDPFTFDFA應(yīng)用：三力平衡匯交定理當(dāng)剛體受到三個(gè)互不平31三力平衡匯交定理思考：剛體上三個(gè)力匯交于同一點(diǎn)時(shí),一定平衡嗎?舉例說明。注意：當(dāng)三個(gè)力中有二力相交時(shí),該三個(gè)力匯交于一點(diǎn)是三個(gè)力平衡的必要條件而非充分條件,因?yàn)槿我馊齻€(gè)力作用在同一平面內(nèi)且相交于一點(diǎn)的力,顯然不一定是平衡的。三力平衡匯交定理注意：當(dāng)三個(gè)力中有二力相交時(shí),該三個(gè)力匯交于32

兩個(gè)物體間的相互作用力，總是大小相等、方向相反且作用于同一條直線上，但分別作用在兩個(gè)物體上。四、公理四（作用力于反作用力公理）PPF二力平衡作用與反作用兩個(gè)物體間的相互作用力，總是大小相等、方向相反且作用于33公理四：作用力與反作用力公理任何兩個(gè)物體間相互的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，沿著同一條直線，分別作用在這兩個(gè)物體上。實(shí)例：G1G2靜力學(xué)公理G1G2FN1FN1′公理四：作用力與反作用力公理G1G2靜力學(xué)公理G1G2FN134靜力學(xué)公理4作用力和反作用力定律等值、反向、共線、異體、且同時(shí)存在。[例]

吊燈靜力學(xué)公理4作用力和反作用力定律等值、反向、共線、異體、35作用力與反作用力公理實(shí)例FN1′G2G1G1FN1G2FN成對(duì)出現(xiàn)，有作用力就必然有反作用力。分別作用于不同物體上，故不能互相抵消。？？與二力平衡公理中的“一對(duì)平衡力”是不同的，不能相互混淆。作用力與反作用力公理實(shí)例FN1′G2G1G1FN1G2FN成36三、力矩和力偶力矩力偶和力偶矩力偶的性質(zhì)及力偶等效變換力的平移定理三、力矩和力偶力矩37力對(duì)點(diǎn)的矩：簡(jiǎn)稱力矩，是力使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的度量，是代數(shù)量。力矩的表示：正負(fù)號(hào)規(guī)定：力使物體繞矩心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)力矩為正，反之為負(fù)。矩心力臂單位：牛頓?米(N?m)或千牛?米(kN?m)力對(duì)點(diǎn)之矩（力矩）力對(duì)物體可以產(chǎn)生移動(dòng)效應(yīng)--取決于力的大小、方向

轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)--取決于力矩的大小、方向＋－力對(duì)點(diǎn)的矩：簡(jiǎn)稱力矩，是力使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的度量，是代數(shù)量38Fh’Fh

在古代，人們沒有大型的起重工具，只能依靠人力和畜力。在建造宏偉的建筑物時(shí)，為了將巨大的石柱豎立起來，可能采用了右圖所示的方法。其中起關(guān)鍵作用的是用木材作成的A字形支架。試從力學(xué)角度說明采用此項(xiàng)措施的必要性。Fh’Fh 在古代，人們沒有大型的起重工具，只能依靠人力和畜39汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析課件40合力矩定理定理：平面匯交力系的合力對(duì)平面內(nèi)任一點(diǎn)的矩 等于力系中各分力對(duì)同一點(diǎn)的矩的代數(shù)和。即：若作用在剛體上則：合力矩定理定理：平面匯交力系的合力對(duì)平面內(nèi)任一點(diǎn)的矩 等于力411.力矩例1-1:力矩的計(jì)算MO（FP）=-Ｆpa=-193.7×0.38=-73.61

Ｎ·ｍ

MO（F）=Ｆbsinα=1700×0.05×sin60o=73.61Ｎ·ｍ

1.力矩例1-1:力矩的計(jì)算42已知：兩齒輪齒面之間的嚙合力為P，其作用線與齒輪節(jié)圓切線方向的夾角為

（壓力角），節(jié)圓直徑為d。求：嚙合力對(duì)輪心O點(diǎn)之矩。將嚙合力P沿齒輪節(jié)圓的切線和法線分解為Pt,Pn。利用合力矩定理dOPnP

P解：已知：兩齒輪齒面之間的嚙合力為P，其作用線與齒輪節(jié)圓切線43一.力偶和力偶矩力偶的定義：由大小相等，方向相反且不共線的兩個(gè)平行力所組成的力系，稱為力偶。記之為：力偶理論1、何為力偶？hh——力偶臂一.力偶和力偶矩力偶的定義：由大小相等，方向相反且不共線的兩44力偶系是一種基本力系，同時(shí)也是一種特殊力系，是研究一般力系的基礎(chǔ)。F1F2力偶實(shí)例:力偶系是一種基本力系，同時(shí)也是一種特殊力系，是研究一般力系的45FF'd力偶中兩力所在平面稱為力偶作用面。力偶兩力之間的垂直距離稱為力偶臂。2.力偶作用面和力偶臂力偶的作用面力偶臂FF'd力偶中兩力所在平面稱為力偶作用面。力偶兩力之間的垂直46力與力偶的作用效果比較：力既可以使剛體移動(dòng)，還可以使之轉(zhuǎn)動(dòng)；而力偶對(duì)剛體只有唯一的作用效果——使之發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

力偶的作用效果是使剛體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，不能與一個(gè)力等效——沒有合力，也不能用一個(gè)力與之平衡——只有一個(gè)反轉(zhuǎn)向的力偶才能與之平衡。力偶與力同屬機(jī)械作用的范疇——兩個(gè)基本的機(jī)械作用量。力與力偶的作用效果比較：力既可以使剛體移動(dòng)，還可以使之轉(zhuǎn)動(dòng)；47問題：力偶能否與一個(gè)力平衡力偶是否存在合力MWMWO問題：力偶能否與一個(gè)力平衡MWMWO48二、力偶矩問：如何度量力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)？hOa平面內(nèi)力偶的力偶矩： （代數(shù)量）＋－力偶矩單位：牛米[N.m]或千牛米[kN.m]二、力偶矩問：如何度量力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)？hOa平面內(nèi)力偶的力偶49力偶的基本性質(zhì)

1)力偶是無法再簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)單力系力偶是力的特殊組合，力偶不能簡(jiǎn)化為合力力偶不能與力平衡，力偶只能與力偶相平衡2)力偶中兩個(gè)力對(duì)其作用面P內(nèi)任意一點(diǎn)之矩的代數(shù)和，等于該力偶的力偶矩：

Mo（F）+Mo（F′）=M=±Ｆd3)力偶對(duì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)只與力偶矩的大小和力偶的轉(zhuǎn)向有關(guān).

力偶的基本性質(zhì)1)力偶是無法再簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)單力系50力偶的等效變換

同平面內(nèi)的力偶等效變換1、只要保持力偶矩大小和力偶的轉(zhuǎn)向不變，作用于剛體上的力偶可在其作用面內(nèi)任意移動(dòng)而它對(duì)剛體的效應(yīng)不變。FF′FF′=力矩力偶概念定理力偶的等效變換

同平面內(nèi)的力偶等效變換FF′FF′=力矩51力偶的等效變換

同平面內(nèi)力偶的等效條件2、只要保持力偶矩大小和力偶的轉(zhuǎn)向不變，作用于剛體上的力偶可在其作用面內(nèi)任意轉(zhuǎn)動(dòng)，而它對(duì)剛體的效應(yīng)不變。FF′FF′=力偶的等效變換

同平面內(nèi)力偶的等效條件FF′FF′=52力偶的等效變換

3、只要保持力偶矩大小和力偶的轉(zhuǎn)向不變，作用于剛體上的力偶可同時(shí)改變力和力偶臂的大小而它對(duì)剛體的效應(yīng)不變。FF′F/2F′/2=力偶的等效變換

3、只要保持力偶矩大小和力偶的轉(zhuǎn)向不變，作用53平行的平面內(nèi)力偶的等效變換力偶在同一剛體上可以搬移到與其作用面相平行的平面內(nèi)，而不改變其對(duì)剛體的效應(yīng)。=MM平行的平面內(nèi)力偶的等效變換力偶在同一剛體上可以搬移到與其作用541力偶可在其作用面內(nèi)任意移動(dòng)（或移到另一平行平面)和轉(zhuǎn)動(dòng),而不改變對(duì)剛體的作用效應(yīng)2只要保持力偶的轉(zhuǎn)向和力偶矩的大小不變（F、h 可變），則力偶對(duì)剛體的作用效應(yīng)就不變50N0.2m50N25N0.4m25NM=10Nm1力偶可在其作用面內(nèi)任意移動(dòng)（或移到另一平行平面)和轉(zhuǎn)動(dòng),55力偶的等效變換

剛體上力偶等效的條件：

①力偶矩大小相等；

②力偶作用面平行；

③力偶轉(zhuǎn)向相同。即力偶的三要素相同

力偶的等效變換

剛體上力偶等效的條件：56F2FnF1A1A2AnoAoF剛體上的力，可沿作用線移動(dòng)力的平移定理觀察試驗(yàn)：手推粉筆盒ABF2FnF1A1A2AnoAoF剛體上的力，可沿作用線移動(dòng)力57FAB

FABABFF’F”

AB力的平移定理F’MB力的平移定理FABFABABFF’F”AB力的平F’MB58可以把作用在剛體上點(diǎn)A的力F平行移動(dòng)到任意一點(diǎn)B,但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶。這個(gè)附加力偶的矩等于原來的力F對(duì)于新作用點(diǎn)B的矩。力的平移定理可以把作用在剛體上點(diǎn)A的力F平行移動(dòng)到任意一點(diǎn)B59實(shí)例：踢足球

力的平移及效應(yīng)O實(shí)例：踢足球

力的平移及效應(yīng)O60靜力學(xué)打乒乓球、攻絲旋球AFoFM靜力學(xué)打乒乓球、攻絲旋球AFoFM61為什么有時(shí)滑輪不給尺寸為什么有時(shí)滑輪不給尺寸62作業(yè)思考題1-2什么是二力桿？其有何特點(diǎn)？靜力學(xué)中有那些公理？?jī)?nèi)容如何？1-7力偶、二力平衡和作用力與反作用力中兩個(gè)力均等值、反向，它們有何不同？作業(yè)思考題63第二節(jié)約束與約束反力第二節(jié)約束與約束反力64一、約束與約束反力的概念自由體FreeBody

：位移不受限制的物體叫自由體。非自由體NonfreeBody

：位移受限制的物體叫非自由體。約束：限制物體運(yùn)動(dòng)的其他物體稱之為約束

我們研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能遇到兩種情況：

物體在空間的運(yùn)動(dòng)是不受限制的物體在空間的運(yùn)動(dòng)受到某些限制一、約束與約束反力的概念自由體FreeBody：非自由體65約束反力——當(dāng)非自由體沿約束所限制方向有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，約束與非自由體之間便產(chǎn)生相互的作用力，稱為約束反力。一、約束與約束反力的概念約束反力：約束給被約束物體的力叫約束反力，簡(jiǎn)稱約束力。

例如:汽車地面是車輪的約束等,軸對(duì)輪施加約束反力,軸承對(duì)軸施加約束反力,地面對(duì)車輪的支承力也為約束反力。約束反力——當(dāng)非自由體沿約束所限制方向有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，約束與非66約束反力的特點(diǎn):約束力大小——待定，利用平衡方程求解方向——總是與約束所能限制的物體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反作用點(diǎn)——作用在約束與被約束物體的接觸點(diǎn)約束反力的特點(diǎn):約束力大小——待定，利用平衡方程求解方向——67物體受力可分:主動(dòng)力與約束反力主動(dòng)力——凡是能主動(dòng)引起物體運(yùn)動(dòng)或使物體有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力稱為主動(dòng)力。一、約束與約束反力的概念主動(dòng)力是物體的外力，通常大小、方向是已知的。如重力、風(fēng)力，彈簧力，水壓力，電磁力等。工程中常稱主動(dòng)力為載荷。物體受力可分:主動(dòng)力與約束反力主動(dòng)力——凡是能主動(dòng)引起物體運(yùn)68關(guān)于約束反力約束反力是由主動(dòng)力引起的，是一種被動(dòng)力，也是未知力。靜力分析的重要任務(wù)之一就是要確定未知的約束反力大小、方向。約束反力的分析和計(jì)算是力學(xué)中一個(gè)非常重要的基本問題。要求掌握工程中常見的各種約束類型,重點(diǎn)掌握如何正確判斷約束反力的方向(約束力的大小由后面介紹的平衡方程求解).

非自由體的平衡可看作是作用于其上的主動(dòng)力與約束反力的平衡。約束反力實(shí)際上反映了物體間的相互作用關(guān)于約束反力約束反力是由主動(dòng)力引起的，是一種被動(dòng)力，也是未知69二、工程中常見的約束由柔軟的繩索、鋼絲繩、傳動(dòng)帶或鏈條等構(gòu)成的約束1、柔性約束柔索只能受拉力，又稱張力。用表示。二、工程中常見的約束由柔軟的繩索、鋼絲繩、傳動(dòng)帶或鏈條等構(gòu)成70柔索對(duì)物體的約束力沿著柔索背向被約束物體。膠帶對(duì)輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力。1、柔性約束柔索對(duì)物體的約束力沿著柔索背向被約束物體。膠帶對(duì)輪的約束力沿71AA72柔性約束的特點(diǎn)：只能限制物體沿柔體伸長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng),只能受拉，不能受壓。柔性約束反力確定:作用于接觸點(diǎn)上,方向沿柔體中心線,且背離被約束物體約束反力符號(hào)：用FT表示柔性約束的特點(diǎn)：只能限制物體沿柔體伸長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng),只能受拉，732、光滑接觸面約束具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）的約束NP2、光滑接觸面約束具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）的約束NP74約束特點(diǎn):

只能限制沿接觸面的公法線而指向支承面的運(yùn)動(dòng)約束反力的確定：作用在接觸處；通過接觸點(diǎn)，沿著接觸面的公法線方向，指向被約束的物體，故稱為法向約束力。光滑接觸的約束反力通常用ＦN表示。2、光滑接觸面約束具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）的約束2、光滑接觸面約束具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）的約束75汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析課件76光滑接觸約束實(shí)例光滑接觸約束實(shí)例77光滑接觸約束實(shí)例光滑接觸約束實(shí)例78凸輪頂桿機(jī)構(gòu)凸輪頂桿機(jī)構(gòu)79FR'FR光滑面約束SmoothSurfaceConstraint

FR'FR光滑面約束SmoothSurfaceCon803.光滑鉸鏈約束（簡(jiǎn)稱鉸鏈約束）組成及特點(diǎn)：

兩物體分別鉆有直徑相同的圓柱形孔，用一圓柱形銷釘連接起來，在不計(jì)摩擦?xí)r，即構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束，簡(jiǎn)稱鉸鏈約束。3.光滑鉸鏈約束（簡(jiǎn)稱鉸鏈約束）組成及特點(diǎn)：813、光滑鉸鏈約束（中間鉸鏈、固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座）約束特點(diǎn)：軸在軸承孔內(nèi)，軸為非自由體、軸承孔為約束。（1）徑向軸承3、光滑鉸鏈約束（中間鉸鏈、固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座）約82約束力：當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔在接觸為光滑接觸約束——法向約束力。約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心。當(dāng)外界載荷不同時(shí)，接觸點(diǎn)會(huì)變，則約束力的大小與方向均有改變。可用二個(gè)通過軸心的正交分力表示。3.光滑鉸鏈約束（簡(jiǎn)稱鉸鏈約束）約束力：當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔在接觸為光滑接觸約束——法向約83汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析課件84汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析課件85光滑鉸鏈約束實(shí)例3剛性約束光滑鉸鏈約束實(shí)例3剛性約束86光滑鉸鏈約束鉸鏈約束反力用兩個(gè)

X、Y方向的正交分力FX、FY來表示光滑鉸鏈約束鉸鏈約束反力用兩個(gè)X、Y方向的正交分力FX、F87光滑鉸鏈約束（簡(jiǎn)稱鉸鏈約束）鉸鏈約束分類連接鉸鏈（中間鉸）固定鉸鏈支座活動(dòng)鉸鏈支座光滑鉸鏈約束（簡(jiǎn)稱鉸鏈約束）鉸鏈約束分類連接鉸鏈（中間鉸）881）連接鉸鏈（中間鉸）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：如圖示，用銷釘聯(lián)接兩有孔零件，兩被聯(lián)接件均可繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，例如圖1-18發(fā)動(dòng)機(jī)中連桿與活塞、連桿與曲軸的聯(lián)接約束特點(diǎn)：兩零件均可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)又互相制約約束反力在確定：其約束反力用過銷軸中心的兩個(gè)正交的分力FX、和FY表示，如圖下所示。yx1）連接鉸鏈（中間鉸）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：如圖示，用銷釘聯(lián)接兩有孔零件89中間鉸鏈中間鉸鏈90圖1-28曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1—活塞銷2—?dú)飧?—活塞4—軸承5—曲軸6—連桿圖1-28曲柄滑塊機(jī)構(gòu)912）固定鉸鏈支座

約束特點(diǎn)：如果中間鉸鏈中的構(gòu)件之一與地基或機(jī)架相連，便構(gòu)成固定鉸鏈支座如圖1-19所示。約束反力的確定：約束反力通過銷軸中心，方向隨主動(dòng)力方向而不同，用過銷軸中心的兩個(gè)正交的分力FX、FY表示。

x2）固定鉸鏈支座

約束特點(diǎn)：如果中間鉸鏈中的構(gòu)件之一與地基或92AA固定鉸鏈固定鉸鏈支座約束反力RA，過鉸鏈中心。大小和方向待定，用XA、YA表示。約束力方向與所能限制的物體運(yùn)動(dòng)方向相反。約束力可與固定鉸同樣表示。中間鉸：中間鉸CFCyFCxxyFAFAxFAyFAxFAyAA固定鉸鏈固定鉸鏈支座約束反力RA，過鉸鏈中心。約束力方向93汽車常用構(gòu)件力學(xué)分析課件94

3）活動(dòng)鉸鏈支座約束特點(diǎn)：在鉸鏈支座的底部安裝一排滾輪，可使支座沿固定支承面移動(dòng)，只能限制構(gòu)件離開和趨向支承面的運(yùn)動(dòng)。在工程結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用這種約束。目的是適應(yīng)構(gòu)件變形。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：

3）活動(dòng)鉸鏈支座約束特點(diǎn)：在鉸鏈支座的底部安裝一排滾輪，可95活動(dòng)鉸鏈支座約束反力作用線過鉸鏈中心且垂直于支承面約束力方向與所能限制的物體運(yùn)動(dòng)方向相反。

滾動(dòng)(鉸)支承AAFA可動(dòng)鉸BFBCFC滾動(dòng)支座活動(dòng)鉸鏈支座約束反力作用線過鉸鏈中心且垂直于支承面約束力方向964、固定端約束約束特點(diǎn)：

限制了平面內(nèi)所有可能的運(yùn)動(dòng)（被約束構(gòu)件既不能移動(dòng)和也不能轉(zhuǎn)動(dòng)）。4、固定端約束約束特點(diǎn)：97xy固定端約束約束反力的確定：

固定端約束能限制物體沿任何方向的移動(dòng)，也能限制物體在約束處的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，固定端A處的約束反力可用兩個(gè)正交的分力FAX、FAY和力矩為MＡ的力偶表示。FPFFAxy固定端約束約束反力的確定：FPFFA98物體的受力分析及受力圖物體的受力分析及受力圖99三、物體的受力分析和受力圖靜力分析要解決的兩個(gè)問題：

1）確定研究對(duì)象

2）確定研究對(duì)象上所受的力（受力分析）分離體：解除約束后的自由物體。

研究對(duì)象往往為非自由體，為了清楚地表示物體的受力情況，需要把所研究的物體從與它周圍相聯(lián)系的物體中分離出來，單獨(dú)畫出該物體的輪廓簡(jiǎn)圖，使之成為分離體。三、物體的受力分析和受力圖靜力分析要解決的兩個(gè)問題：100

將研究對(duì)象（物體或物體系統(tǒng)）從周圍物體的約束中分離出來，稱為取分離體。畫受力圖是對(duì)物體進(jìn)行受力分析的第一步，也是最重要的一步。受力圖受力分析的任務(wù)：構(gòu)件受了幾個(gè)力（包括所有的主動(dòng)力和約束反力）？每個(gè)力的作用位置和作用方向如何？將研究對(duì)象（物體或物體系統(tǒng)）從周圍物體的約束中分離出101GADBFTFN例:

一重為G的球體A，用繩子BC系在光滑的鉛垂墻壁上，試畫出球體A的受力圖。GADBCGADBFTFN例:一重為G的球體A，用繩子BC系在光滑102受力圖：在分離體上畫上它所受的全部主動(dòng)力和約束反力，就稱為該物體的受力圖。畫受力圖時(shí)必須清楚：研究對(duì)象是什么？將研究對(duì)象分離出來需要解除哪些約束？約束限制研究對(duì)象的什么運(yùn)動(dòng)？如何正確畫出所解除約束處的反力？受力圖：在分離體上畫上它所受的全部主動(dòng)力和約束反力，就稱為該103受力圖：在分離體上畫上它所受的全部主動(dòng)力和約束反力，就稱為該物體的受力圖。畫受力圖步驟：3、在分離體上解除約束的地方，按約束性質(zhì)畫出所有約束（被動(dòng)）力（受力分析的關(guān)鍵）1、根據(jù)題意確定研究對(duì)象，并畫出研究對(duì)象的分離體簡(jiǎn)圖。（有明確的受力分析對(duì)象）2、在分離體上畫出所有主動(dòng)力（先從已知入手）受力圖：在分離體上畫上它所受的全部主動(dòng)力和約束反力，就稱為該104畫分離體的受力圖研究對(duì)象的選取既可以是單個(gè)物體也可以是幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)（物系）內(nèi)力與外力

如果所取的分離體是由某幾個(gè)物體組成的物體系統(tǒng)時(shí)，要注意分清“內(nèi)力”和“外力”:外力——系統(tǒng)以外物體對(duì)物體系統(tǒng)的作用力內(nèi)力——系統(tǒng)內(nèi)物體間相互作用的力注意：取物體系統(tǒng)為研究對(duì)象畫受力圖時(shí)，只畫外力，而不畫內(nèi)力。畫分離體的受力圖研究對(duì)象的選取既可以是單個(gè)物體也可以是幾個(gè)物105例1題略FGGFFTFT′FYFX例1題略FGGFFTFT′FYFX106例2ABDABGODGOPFTFD′FAFEFD例2ABDABGODGOPFTFD′FAFEFD107例3重量為G的均質(zhì)桿AB，其B端靠在光滑鉛垂墻的頂角處，A端放在光滑的水平面上，在點(diǎn)D處用一水平繩索拉住，試畫出桿AB的受力圖。FBFAFDG例3重量為G的均質(zhì)桿AB，其B端靠在光滑鉛垂墻的頂角處，A端108例4（略）畫AB梁的受力圖。FAyFAxFBG例4（略）畫AB梁的受力圖。FAyFAxFBG109畫分離體的受力圖的注意事項(xiàng)力是物體間相互的機(jī)械作用，物體所受每一個(gè)力均應(yīng)清楚哪個(gè)是施力物體，以免多畫或漏畫力應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分約束反力類型注意運(yùn)用“作用力與反作用力”公理來判斷和檢查柔性約束的約束反力只能是拉力不會(huì)是壓力特別注意運(yùn)用“二力構(gòu)件”來進(jìn)行受力分析畫分離體的受力圖的注意事項(xiàng)力是物體間相互的機(jī)械作用，物體所受110物系受力圖物體系統(tǒng)中每個(gè)物體的受力分析方法和單個(gè)物體分析方法相同，但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：物系受力分析時(shí)往往需要畫整體受力圖畫單個(gè)物體受力圖時(shí)，注意作用與反作用力的關(guān)系。注意判斷二力構(gòu)件（二力桿）。二力構(gòu)件一般不作為單個(gè)物體畫獨(dú)立受力圖。物系受力圖物體系統(tǒng)中每個(gè)物體的受力分析方法和單個(gè)物體分析方法111例