1.1 画构件受力图（课件）-《机械基础》同步精品课堂（高教版·第2版）

《机械基础》高教版（第2版） 同步精品课程——中职专业课 构件的静力分析 画构件受力图 知识目标 理解力的概念与基本性质。 了解约束的概念，会分析约束力。 能力目标 会计算力矩、力偶。 会画杆件的受力图。 情感目标 结合机械基础课程内容特点，认识到加入工匠精神、职业道德、节能减排是当下亟需解决的问题，培养学生关注国家时事，让自己成为国家栋梁之材。 学习目标 项目一 构件的静力分析 导入情景 01 从原始工具到现代工程结构都利用了力学知识。如图1-1所示，杠杆、滑轮、辘护可以省 力；摩天轮、悬索桥的建造，车刀及其支承和夹持机构等只有经过正确的受力分析和合理设计 才能保证其安全工作。 (a)杠杆 新知学习 02 (b)滑轮 (c)辘护 新知学习 02 (d)摩天轮 (e)悬索桥 新知学习 02 (f)车刀车削工件 新知学习 02 悬臂吊车 悬臂吊车是施工现场常用的一种起重工具，它主要由立柱、悬臂架 (水平梁AB、拉杆 BC、立杆AC) 等组成。工作时，电动葫芦E 可沿水平梁 AB移动，悬臂梁绕立杆AC 轴线旋转，以将重物运送到目的地，如图1-2 所示。如重物及电动葫芦重力为G,水平梁AB 自重为G₁ 。要求：分析水 平梁AB、拉杆BC的受力，并画出受力图。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 1.力 力是物体之间的相互作用，这种作用使物体的运动状态发生改变或使物体产生变形，如 图所示。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 1.力 力对物体的效应取决于力的大小、方向和作用点，称为力的三要素。当这三个要 素中任何一个改变时，力对物体的作用效应就会改变，如图所示。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 1.力 力是一个既有大小又有方向的矢量，力的图示法如图所示，力矢量用带箭头的有向线段AB 表示，箭头的指向表示力的方向、线段的起点或终点表示力的作用点，力的大小用有向线段AB的长度表示。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 1.力 力矢量常用黑体字母F 表示，而用同 一字母非黑体字F 表示力的大小。在国际单位制中力的单位 为N(牛)或kN(千牛)。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 2.力的基本性质 (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必要和充分条件是 二力大小相等、方向相反且作用在同一直线上。如图中的Ft与G是二力平衡，Fn与G是二力平衡。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 2.力的基本性质 (2)作用与反作用公理作用力与反作用力总是同时存在，二力的大小相等、方向相反， 沿着同一直线分别作用在两个相互作用的物体上。如图中的Ft与Ft’是作用力与反作用力，Fn与Fn’是作用力与反作用力。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 2.力的基本性质 (3)力的平行四边形定则作用在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，合力的大小和方向用这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线来表示，如 图所示。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 2.力的基本性质 如图所示，物体在F1、F₂、F₃作用下平衡，且F1、F₂ 汇交于一点A, 则F₃必通过点A。 三力平衡汇交定理:当物体受三个力作用而处于平衡时，若其中两个力的作用线 汇交于一点，则第三个力的作用线必交于同一点，且三个力的作用线在同一平面内。 新知学习 02 一 、力的概念与基本性质 2.力的基本性质 如图所示，物体在F1、F₂、F₃作用下平衡，且F1、F₂ 汇交于一点A, 则F₃必通过点A。 已知合力求分力的过程，称为力的分解。工程中最常用的是正交分解法，即将力分解成 两个相互垂直的分力，如图所示，F(或G)分解为F和F2。 新知学习 02 二、力矩 1.力矩的基本概念 1 力对物体的转动效应不仅与力F 的大小有关，而且与力的方向、作用位置有关。 2 用同样大小的力去转动门，效果却不同。用扳手拧螺母时，力F 作用于扳手一端A 的转 动效应最强，这是因为转动中心O(称为矩心)到力F 的作用线的距离d(称为力臂)最大 新知学习 02 二、力矩 1.力矩的基本概念 力的转动效应 新知学习 02 二、力矩 1.力矩的基本概念 力对点之矩 新知学习 02 二、力矩 1.力矩的基本概念 力矩的正负规定：力使物体绕矩心逆时针方向转动为正，反之为负，如图所示。在国 际单位制中，力矩的单位是N ·m 或 kN ·m。 新知学习 02 二、力矩 2.合力矩定理 合力对某点的力矩等于各分力对同一点力矩的代数和，即 图所示的直齿圆柱齿轮传动中，轮齿啮合面所受作用力F 对0点的力矩，可以用两个分力F 、F 对0点的力矩的代数和来计算。 M₀(F)=M₀(F₁)+M₀(F₂)+…+M₀(F)=Σ M₀(F) 新知学习 02 三 、力偶 1.力偶的基本概念 力偶的基本概念 在日常生活和工程实践中，为了使物体发生转动，总是用双手完成一些操作，例如开关水 龙头、转动方向盘、用丝锥攻螺纹等 这时手对物体产生两个作用力F 、F', 像 这 样 大 小相等、方向相反且作用线平行的一对力称为力偶，两个力作用线间的距离d 称为力偶臂，两 个力作用线所在的平面称为力偶的作用平面。 新知学习 02 三 、力偶 1.力偶的基本概念 新知学习 02 三 、力偶 1.力偶的基本概念 力偶矩与力矩类似，使物体逆时针方向转动，力偶矩为正；反之为负。力偶矩的单位也与 力矩相同，为N·m 或 kN·m 。 常用图所示的方法表示力偶。 新知学习 02 三 、力偶 2.力向一点平移的结果(力的平移定理) 作用于刚体上的力可以平移到刚体上任意一点，但必须附加一个力偶才能与原来的力等 效，附加力偶的力偶矩等于原来的力对新作用点的力矩。如图所示，A点的力F 等效于 B 点的力F '与力偶M (大小等于原力F 对B 点的力矩)的共同作用。 新知学习 02 四、约束、约束力和受力图 1.约束和约束力 3 2 4 而有的物体的运动受到 一定限制，称为非自由体，如在轨道上行驶的火车、吊车吊起的重物等。 对非自由体的运动起限 制作用的物体称为约束。约束限制物体的运动，且这种限制是通过力的作用来实现的。 作用于 物体上而限制物体运动的力称为约束力。 约束力的方向与约束限制物体运动趋势的方向相反。 1 运动不受限制的物体称为自由体，如天空中的气球、飞机、炮弹等。 5 新知学习 02 (1)光滑接触面约束两物体相互接触，当接触表面非常光滑，摩擦可忽略不计时，即属 于光滑接触面约束，简称光滑面约束。其约束力F、作用于接触点，方向沿接触面的公法线并 指向受力物体，如图所示 四、约束、约束力和受力图 2.常见的约束及其约束力 新知学习 02 (2)柔性约束由柔软的绳索、链条或带等柔性体构成的约束称为柔性约束。其约束力 F 作用于接触点，方向沿柔性体轴线而背离受力物体。 如图a 所示的绳索受拉，它对物体的约束力只能是拉力。传动带(或链条)对物体的 约束力也是拉力，如图b所示，约束力的方向沿轮缘切线方向。 四、约束、约束力和受力图 2.常见的约束及其约束力 新知学习 02 (3)光滑铰链约束两个带有圆孔的构件用一圆柱形销轴连接起来，在不计摩擦时即构 成光滑铰链约束，简称铰链约束，如图所示。 四、约束、约束力和受力图 2.常见的约束及其约束力 新知学习 02 1)如果铰链约束两个构件中有一个固定在地面或机架上，则这种约束称为固定铰链支 座，简称固定铰支，如图所示，其约束特点是限制两物体的径向相对移动而不限制两物体 绕销轴的相对转动。 四、约束、约束力和受力图 2.常见的约束及其约束力 新知学习 02 2)铰链约束两构件中有一个与地面或机架的连接是可移动的，则这种约束称为活动铰链 支座，简称活动铰支 四、约束、约束力和受力图 2.常见的约束及其约束力 新知学习 02 (4)固定端约束一个杆件的一端完全固定，既不能移动也不能转动，这种约束称为固定 端约束。其约束力用限制转动的约束力偶矩 M。和限制移动的约束力F, 和F, 表示 四、约束、约束力和受力图 2.常见的约束及其约束力 新知学习 02 受力分析是指研究某个物体受到的力，需要先把研究的物体从周围物体取出来(称为分 离体),然后把其他物体对研究对象的全部作用力用简图形式画出来。这种表示物体受力的 简明图形，称为受力图。画受力图的步骤： 四、约束、约束力和受力图 3.受力图 (1)取分离体确定研究对象，解除约束，把研究对象单独画出来。 (2)画主动力分析并画出分离体上的所有主动力。 (3)画约束力按照约束类型画出分离体上的所有约束力。 课堂小结 03 小试牛刀 1.在画构件受力图中，'T'代表什么类型的力？ A. 拉力 B. 压力 C. 扭矩 D. 剪力 答案：A 解析：'T'通常用来表示拉力（Tension）。 小试牛刀 2.构件受力图中，'C'代表什么类型的力？ A. 拉力 B. 压力 C. 扭矩 D. 剪力 答案：B 解析：'C'通常用来表示压力（Compression）。 小试牛刀 3.在构件受力图中，箭头的指向通常表示什么？ A. 力的方向 B. 力的大小 C. 力的作用点 D. 力的性质 答案：A 解析：箭头的指向表示力的方向。 小试牛刀 4.构件受力图中，力的三要素包括哪些？ A. 方向、大小、作用点 B. 形状、大小、作用点 C. 方向、形状、性质 D. 性质、大小、作用点 答案：A 解析：力的三要素是方向、大小和作用点。 小试牛刀 5.在画构件受力图时，如果一个力垂直作用于构件表面，这个力最有可能是？ A. 拉力 B. 压力 C. 剪力 D. 扭矩 答案：B 解析：垂直作用于表面的力通常是压力。 小试牛刀 6.构件受力图中，如果一个力与构件表面平行，这个力最有可能是？ A. 拉力 B. 压力 C. 剪力 D. 扭矩 答案：C 解析：与构件表面平行的力通常是剪力。 小试牛刀 7.在构件受力图中，扭矩通常用什么符号表示？ A. T B. M C. F D. P 答案：B 解析：扭矩通常用'M'（Moment）表示。 小试牛刀 8.构件受力图中，力的单位通常是什么？ A. 牛顿（N） B. 帕斯卡（Pa） C. 焦耳（J） D. 瓦特（W） 答案：A 解析：力的单位是牛顿（N）。 作业布置 04 1.简述约束和约束力。 2.简述力的平移定理。 3.简述力偶的基本概念。 感谢观看 $$