项目三 任务一 认识力学与材料（课件）《汽修机械基础》同步精品课堂（机械工业出版社）

项目三 认识力学与材料 汽修机械基础 同步精品课堂——中职专业课 任务一 学会进行力学分析 1 知识目标 1. 掌握力的概念、性质,理解力矩与力偶的概念,了解构件受力的特点和基本形式; 2. 了解材料的分类、性能及应用场合; 能力目标 能够构件受力的情况进行力学分析。 情感目标 加强职业道德素养进行培育。 三维目标 任务描述 01 汽车的运行过程中,要受到各种作用力与反作用力。以汽车简单构件为例,学会分析物体的受力情况,掌握物体在静力作用下的受力分析方法是本任务学习的内容。 知识准备 02 一、力及与力有关的概念 1、力的概念 （1）力的定义 力是物体间的相互作用,这种作用使物体的运动状态发生改变或使物体产生变形。 (2) 运动效应 使物体的运动状态发生改变的效应称为力的运动效应或外效应。例如人推小车,小车由静止变为运动;运动的车轮受到制动力作用而使车轮运动变慢,直到车辆停驶,如图3-1所示。 (3)变形效应 使物体产生变形的效应称为力的变形效应或内效应。例如弹簧受拉力作用会伸长;薄钢板受到冲压和剪切而成为轿车侧翼,如图3-2所示。 (4)力的三要素 力对物体的作用效应,由力的大小、方向和作用点的位置所决定,这三个因素称为力的三要素。这三个要素中任何一个改变时,力的作用效果就会改变。用扳手拆装螺母时,作用于扳手的力F因大小不同、方向不同或作用点位置不同,产生的效果就不一样,如图3-3所示。力的单位为“牛顿”(N)或“牛”(kN)。 2、力系的概念 (1)力系 同时作用于一物体上的一群力。 (2)平面力系 作用于某一物体上的力系,若各个力的作用线都位于同一平面内,则这样的力系称为平面力系,如图3-4所示。其中图3-4a中力F1、F2、F3作用在以0点为圆心的平面内;图3-4b中汽车受到的重力G、地面给车轮的支承力N1和N2、行驶时的阻力R作用在汽车中心平面内。 (3)平面汇交力系 各力作用线都汇交于一点的平面力系,称为平面汇交力系。图3-5a所示为力F1、F2、F3作用在以0点为圆心的平面内。 (4)合力 当一个力系与一个力的作用效应完全相同时,把这一个力称为该力系的合力,而该力系中的每一个力称为合力的分力。图3-5b所示为三个力的作用延长线交于一点,形成合力FR。 (5)等效力系 如果两个力系对同一物体的作用效应完全相同,那么则称这两个力系互为等效力系。 3、力的基本性质 公理一 二力平衡公理 刚体若仅受二力作用而平衡,其必要与充分条件为:这两个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上。如图3-6所示,重物G作用在支架C点处于平衡状态,则AC会受到拉力Fc、支承力FA两个反向力的作用,而BC则会受到压力F'c、支承力FB两个方向力的作用,所以杆AC和BC处于二力平衡。 公理二 加减平衡力系公理 在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系,不会改变原力系对刚体的作用效应。 推论1 力的可传性原理:作用在刚体上A点的力F,可沿其作用线移到刚体上任一点(如B点的作用力为F1),不会改变对刚体的作用效应,如图3-7所示。 公理三 力的平行四边形公理 作用于物体同一点A上的两个力F1、F2可以合成为一个合力FR,合力也作用于该点,其大小和方向由以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线所确定,即合力矢等于这两个分力矢的矢量和,如图3-8所示。 推论2 三力平衡汇交定理:物体受三个力F1、F2、F3作用而平衡时,此三个力作用线的延长线必交汇于一点0,如图3-9所示。 公理四 作用力与反作用力公理 两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用线相同,并分别作用于这两个物体。如图3-10所示,桌子对物体的支承力F与物体对桌子的压力F'是一对作用力与反作用力。 4、力矩 力对物体除了移动效应外,有时还会产生转动效应。当用扳手拧紧螺母时,力F对螺母拧紧的转动效应,不仅取决于力F的大小和方向,而且还与该力到作用点的垂直距离d有关。同样大小的力,d越长,转动效应越强,螺母就拧得越紧。反过来,d很短,要拧紧螺母就要花费很大的力气。扳手拧螺母的力矩如图3-11所示。 F对某点0的力矩M。(F)等于力的大小与点0到力的作用线的垂直距离d的乘积 M。(F)=±Fd 通常规定:使物体逆时针方向转动的力矩为正,反之为负。 5、力偶和力偶矩 (1)力偶 由大小相等、方向相反的一对平行力组成的力系称为力偶,记作F、F'。 钳工用手动丝锥攻螺纹的力(图3-15a)、汽车驾驶人用双手转动转向盘的力(图3-15b)等都是一对等值、反向的平行力,它们能使物体发生单纯的转动。力偶对物体的外效应是改变物体的转动状态。 (2)力偶矩 力F与力偶臂d的乘积,作为度量力偶在其作用面内对物体转动的效应,称为力偶矩,并记作M(F，F'),如图3-15c所示 M-(F,F')= M=±Fd 逆时针转动的力偶矩取正值,顺时针取负值。 (3)力偶的性质 1）性质1。力偶没有合力,因此力偶不能与一个力平衡,它必须用力偶平衡。 2）性质2。力偶对物体的转动效应可用力偶矩来度量。 3) 性质3。在同一平面内的两个力偶,只要它们的力偶矩大小相等、转动方向相同,则两力偶等效、可互相替代,如图3-16所示。 二、汽车构件受力的基本形式 1、轴向拉伸与压缩 杆件受到沿轴线方向的两个大小相等、方向相反的拉力或压力时,杆件会沿轴向伸长或缩短,这种变形就叫拉伸或压缩变形。 如图3-17所示,图3-17a中AB杆受到轴向压缩,图3-17b中AB杆受到轴向拉伸。 这类杆件的受力特点是:外力或合外力的作用线与杆件的轴线重合。 变形特点是:杆件沿轴线伸长或缩短。杆件的这种变形形式称为轴向拉伸或压缩。 在汽车发动机燃烧做功的行程中,发动机上的连杆螺栓受到轴向拉伸力Fs、F's(图3-18),而活塞连杆受到轴向压缩力F(图3-19)。 2、剪切与挤压 杆件受到大小相等、方向相反、作用线不重合且相距较近的两个力的作用时,杆件的两个力中间部分产生各截面的相互错动,即剪切变形。 机械中连接件的局部承受较大的压力,而出现塑性变形,这种变形称为挤压变形。 剪床剪钢板是剪切变形的典型实例。剪切时,上、下刀刃以大小相等、方向相反、作用线相距很近的两个力F作用于钢板上,如图3-20a所示,从而使钢板在两力间的截面m-m发生相对错动,如图3-20b所示。 在工程实际中的许多连接件,如铆钉(图3-21)、键(图3-22)等都受到剪切变形。 其中F为作用力,m-m为错动后的钢板截面,其受力特点是:杆件受到一对大小相等、方向相反、作用线平行且相距很近的外力。变形特点是:杆件在两力间的截面发生相对错动。 3、扭转 杆件受到垂直杆轴线的两平面内大小相等、方向相反的两个力偶作用时,杆件所产生的变形称为扭转变形。 工程实际中,有很多杆件是承受扭转作用而传递转矩的。如图3-23所示,汽车中传递发动机转矩的传动轴AB,其所受载荷是一对力偶Mn,力偶的作用面均垂直杆的轴线,但方向相反,因而产生相同的变形形式,各横截面绕杆的轴线发生相对转动。 杆件扭转变形的受力特点是:在与杆件的轴线垂直的平面内受到若干个力偶的作用。其变形特点是:杆件的各横截面绕杆的轴线发生相对转动,杆的轴线始终保持直线。在生产中,像转向盘(图3-24)、螺钉旋具(图3-25)、钻头等工作时,都主要产生扭转变形。 4、弯曲 杆件受到与杆的轴线相垂直的力的作用或杆件纵向平面内受到力偶的作用时,产生的变形称为弯曲变形。 弯曲变形是工程上常见的一种基本变形。例如机车的轮轴,在一垂直外力F作用下发生微小的弯曲变形(图3-26)、桥式起重机的横梁AB在载荷和自重G的作用下变弯(图3-27)等。 实施任务 03 1 对图中汽车进行受力分析。 2 分析下图中汽车所受的平面力系。 3 举例汽车的构件受力情况，并画出受力情况。 布置任务 小组讨论 任务要求： 1 能够分析物体的受力情况。 2 清晰表达汽车构件在使用时的受力情况。 3 能够正确、准确地画出受力图。 课堂小结 04 作业布置 05 分析汽车受力情况，并能够进行分析解决实际问题。 拓展 任务 感谢观看 $$