2.1静力学分析基础(课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（北京理工大学出版社）

1 2 4 3 3 返回 项目二　静力学 2.1　静力学分析基础 2.2　力矩与平面力偶系 2.3　平面力系 2.4　摩擦与自锁 ２.１　静力学分析基础 ２.１.１　静力学基本概念 静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 力系是指作用于同一物体上的一组力。 物体的平衡一般是指物体相对于地面静止或做匀速直线运动。力在物体平衡时所表现出来的基本性质。 也同样表现于物体做一般运动的情形中。 在静力学里关于力的合成、分解与力系简化的研究结果。 可以直接应用于动力学。 静力学在工程技术中具有重要的实用意义。 １.力的概念 人们在生产和生活实践中逐渐形成了力的概念。 例如人在扛东西时感到肩膀受力。 用手推车。 车就由静止开始运动。 用冲床冲压零件。 零件就发生变形。 这种作用可使物体的运动状态或形状发生变化。 下一页 返回 ２.１　静力学分析基础 １) 力的定义。 力是物体间的相互作用。 其作用结果使物体运动状态或形状发生变化。物体运动状态的改变是力的外效应(又称运动效应)。 物体形状的改变是力的内效应(又称变形效应)。 ２) 力的三要素。 力对物体的效应由三个要素决定: 力的大小、力的方向和力的作用点。 三个要素中任何一个改变时。 都会改变作用效应。 ３) 力的单位。 度量力大小的单位将随着采用的单位制不同而不同。 本书采用国际单位制。 力的单位为Ｎ。 ４) 力的表示方法。 力是矢量。 力矢量的始端或末端表示力的作用点。 沿力矢顺着箭头的指向表示力的方向。 按一定比例所画的力矢长度表示力的大小。 如图２-１ 所示。 力矢表示小车受到５００ Ｎ 的推力。 下一页 返回 上一页 ２.１　静力学分析基础 ２.力系 力系是同时作用在物体上的一群力。 如果一个力系对物体的作用能用另一个力系来代替而不改变作用的外效应。 这两个力系为互为等效力系。 ３.平衡的概念 平衡是指物体相对地面处于静止或匀速直线运动状态。 绝对平衡是不存在的。 工程上所指的物体平衡。 一般是相对于地球而言。 物体在力系作用下处于平衡状态时。 称该力系为平衡力系。 ４.刚体和变形固体的概念 刚体是指在外力作用下。 大小和形状始终保持不变的物体。 变形固体是指在力的作用下。 形状和大小发生变化的固体。 下一页 返回 上一页 ２.１　静力学分析基础 ２.１.２　静力学公理 在长期的生活和生产实践中。 人们较系统地认识了力的基本性质及所遵循的基本定律。总结出静力学公理。 这些公理是静力学全部理论及解题的基础。 公理一(二力平衡公理) 作用于刚体的两个力。 使刚体保持平衡的充分和必要条件是: 这两个力大小相等。 方向相反且作用在同一直线上。 如图２-２ 所示。 物体处于平衡状态。 必须满足Ｆ１ ＝ Ｆ２。 Ｆ１ 和Ｆ２ 称为作用在同一物体上的一对平衡力。 下一页 返回 上一页 ２.１　静力学分析基础 需要强调的是。 二力平衡公理只适用于刚体。 对于变形固体来说。 公理所给出的条件仅是必要的但不充分。 如图２-３ 所示。 软绳受两个等值、反向的拉力作用是平衡的。 但受两个等值、反向的压力作用就不能平衡。 仅受两个力而处于平衡状态的构件称为二力构件。也称二力杆。 公理二(加减平衡力系公理) 对于作用在刚体上的任何一个力系。 增加或减去任一平衡力系。 不会改变原力系对刚体的作用效果。 推论１ (力的可传性原理) 作用在刚体上的力。 其作用点可沿着作用线在刚体上任意移动。 而不改变它对刚体的作用效果。 公理三(力的平行四边形公理) 下一页 返回 上一页 ２.１　静力学分析基础 作用于物体同一点的两个力的合力。 其作用线必过该点。 其大小和方向可由此二力的力矢为邻边所做的平行四边形的对角线表示。 如图２-４ (ａ) 所示。 用矢量表示为ＦＲ ＝ Ｆ１ ＋Ｆ２。 如图２-４ (ｂ)、图２-４ (ｃ) 所示为力矢三角形法则。 下一页 返回 上一页 ２.１　静力学分析基础 推论(三力平衡汇交定理) 当刚体受到同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时。 此三力的作用线必汇交于一点。 如图２-５ 所示。 ２.１.３　约束与约束反力 在工程上。 每个零部件都是相互联系并相互制约的。它们之间存在着相互的作用力。 例如转轴受到轴承的限制。 使其只能绕轴线转动。 汽车受到地面的限制。 使其只能沿路面运动等。 这种限制物体运动的周围物体。 称为约束。 由此可知。 轴承是转轴的约束。 地面是汽车的约束。 物体的受力可分为两类: 主动力和约束反力。 主动力是指使物体产生运动或运动趋势的力。 如物体的重力、零件的载荷等。 约束对物体运动起限制作用的力称为约束反力。 由于约束的作用是限制物体的运动。 所以约束反力的方向与限制的运动方向相反。 其作用点在约束与被约束物体相互连接或接触之处。 下一页 返回 上一页