中职高二工信版机械设计基础电子教案模块一构件的外力分析

教学目标 知识目标：理解静力学的基本概念，掌握静力学公理、约束和约束反力；掌握受力图画法，理解力在直角坐标轴上的投影和合力投影定理；掌握平面汇交力系平衡方程、合力矩定理、力偶系的合成与平衡； 理解力的平移定理及平面一般力系的简化与平衡条件，掌握物系受力图画法，掌握平面一般力系的平衡计算；认识空间力系的平衡条件，理解空间力系平衡问题的平面解法。 能力目标：能够根据构件的工作条件进行构件的外力分析，并画出受力图；能够对构件所受的平面力与力系进行平衡分析与计算；能够对轴类构件进行简单空间力系的分析与计算。 素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风 教学重点 平面汇交力系平衡方程、合力矩定理、力偶系的合成与平衡 教学难点 力的平衡分析与计算 教学手段 理实一体 实物讲解 小组讨论、协作 教学学时 4 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 模块一 构件的外力分析 〖相关知识〗 学习情境一 静力学的基本概念与基本公理 一、静力学的基本概念 1.力与力的投影 力是物体间相互的机械作用。力是一个既有大小又有方向的量，称为矢量。矢量可用一具有方向的线段来表示，力的国际单位为牛顿，记为N。 如图1-3所示，力F在x轴和y轴的投影计算公式分别为 Fx=Fcos α Fy=－Fsin α 式中，F为已知力的大小(N)；α为F与x轴的夹角(°)。 图1-3 力的投影 2.力系与等效力系 若两个力系对构件的作用效果完全相同，则这两个力系称为等效力系。若一个力与一个力系等效，则此力称为该力系的合力，而该力系中的各力称为合力的分力。 3.平衡与平衡力系 若一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。 4.力矩与力偶 力矩是表示力使构件绕某点转动作用大小的代数量，等于力乘以力到该点的垂直距离，符号为MO（F），单位为N·m，并规定力绕该点逆时针转为正，顺时针转为负。 力偶是指在同一物体上两个数值相等、作用线互相平行而指向相反的力，符号为M或M(F，F′)。 力偶矩的大小、转向和作用平面称为力偶矩的三要素，规定力偶逆时针转向时，力偶矩为正；反之为负。 5.质点、刚体 质点是具有一定质量而其几何形状和尺寸大小可以忽略不计的物体。 刚体是指受力时形状、大小保持不变的力学模型。 二、静力学的基本公理 1.二力平衡公理 作用于刚体上的两个力使刚体处于平衡状态的充要条件为两个力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上。符合此条件的构件称为二力构件或二力杆。 2.作用与反作用定律 3.加减平衡力系公理 在已知力系上加上或者减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。由此可得力的可传性原理，即作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用效果。 4.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，合力的作用点仍在该点，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来确定，如图19(a)所示。其矢量表达式为FR=F1+F2。 图1-9 力的平行四边形公理 学习情境二 受 力 分 析 一、约束及约束反作用力 1.柔索约束 由绳索、链条、胶带等柔性物体所构成的约束称为柔索约束。柔索约束只能限制物体沿柔索伸长的方向运动，而不能限制其他方向的运动，所以柔索约束反力的方向总是沿柔索中心线且背离被约束物体，即为拉力，通常用符号FT表示。 2.光滑面约束 图1-12 光滑面约束 3.铰链约束 两个带孔的构件由销钉联接，可以有相对转动，联接处可以看成光滑面接触。由于接触处不确定，约束反力可以假设成两个正交的力，它们的作用点在销钉中心，两力的方向分别为x轴和y轴的正向，此类约束称为固定铰链约束。 4.固定端约束 固定端约束又称为插入端约束，是工程实际中常见的一种约束类型，如插入墙体的外伸凉台、固定在车床卡盘上的车刀、立于路边的电线杆等。 二、物体的受力分析及受力图 画受力图时应注意的事项有以下几点。 （1）画出研究对象的轮廓。 （2）研究对象在工程结构中所受约束的类型，以确定各接触处约束反力的个数和方向。 （3）约束反力的方向不能确定时可假设方向（通过后面所讲的平衡计算可以确定约束反力的实际方向）。 （4）主动力和约束反力不能多画也不能漏画。 学习情境三 平面力系及合成 一、平面汇交力系 1.力的分解 按照平行四边形法则，两个共作用点的力，可以合成为一个合力，并且解是唯一的；但反过来，要将一个已知力分解为两个力，如无足够的条件限制，其解是不确定的。 2.合力投影定理 关于单个作用力的投影参见学习情境一中的内容，合力的投影如图120所示。合力R在某一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的