1.2 力矩、力偶与力的平移（课件）《机械基础》（多学时）同步精品课堂（高教版·第3版）

《机械基础》高等教育出版社·第3版 同步精品课程——中职专业课 第一章力系与平衡 第二节力矩、力偶与力的平移 （第2课时） 学习目标 第一章力系与平衡 掌握力矩、力偶与力的平移的概念。 知识目标 能够学会物体受力偶作用而转动的例子。 能力目标 能够结合本节课所学知识，增强动手能 力和解决问题的能力。 情感目标 机场候机大厅的屋架 问题引入 01 思考：根据本节课所学知识，判断力的方向。 机场候机大厅的屋架 案例引入 01 回忆：力的作用效果有哪些？ https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、力矩 力对物体的作用效应，除移动效应外，还有转动效应。 如图1-10所示，用扳手拧螺母时，作用于扳手一端的力F能使螺母绕0点转动。 M。(F)=±Fd 新知学习 02 一、力矩 力对物体的作用效应，除移动效应外，还有转动效应。 在力学上，用F与d的乘积及其转向来度量力F使物体绕0点的转动效应，称为力F对0点之矩，简称力矩，以符号M₀(F)表示，即 M0(F)=±Fd 在式中，0点称为力矩中心，简称矩心； 0点到力F作用线的垂直距离d称为力臂；正负号表示两种不同的转向，规定使物体产生逆时针旋转的力矩为正值，反之为负值。力矩的单位是N·m或kN·m。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、力矩 为提高转动效应，一方面可以增加力的大小，更有效的办法是增加力臂的长度。如图所示，工程实际中使用的撬杠、汽车制动踏板、切割机等都应用了力矩原理。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 二、力偶 力学中，把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平行但不共线的两个力称为力偶，记作(F₁,F₂),力偶中两个力作用线间的距离d称为力偶臂，两个力所在的平面称为力偶的作用面。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 二、力偶 物体受力偶作用而转动的例子十分常见，如司机双手转动方向盘 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 二、力偶 用丝锥攻螺纹 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 二、力偶 锁紧钻头 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 二、力偶 麻花钻两主切削刃切削工件、用两个手指拧动水龙头及开门锁等，所施加的都是力偶。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 二、力偶 由实践经验可知，力偶中的两个力不满足二力平衡条件，不能平衡，也不能对物体产生移动效应，只能对物体产生转动效应。 力偶对物体的转动效应随力F的大小或力偶臂d的增大而增强。因此，可用二者的乘积Fd并加以适当的正负号所得的物理量来度量力偶对物体的转动效应，称之为力偶矩，记作M(F₁,F₂)或M,即 M(F₁,F₂)=±Fd https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 二、力偶 使物体逆时针转动的力偶矩为正，反之为负，如图所示。力偶矩的单位与力矩相同，为N·m或kN·m。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、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。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 例1-2图所示为用钉锤拔钉，力F与锤柄AC垂直，F=200N,AB=410mm,BC=90mm,AC⊥BC。试求力F对钉B作用的力矩。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 例1-2图所示为用钉锤拔钉，力F与锤柄AC垂直，F=200N,AB=410mm,BC=90mm,AC⊥BC。试求力F对钉B作用的力矩。 解：以钉锤与平面的接触点B为矩心，由点B向力F的作用线引垂线BD,力臂 BD==mm=400mm。 拔钉的力矩： Mg=F·BD=200N×400mm=80000N·mm=80N·m。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 例1-3锥齿轮宽度中点分度圆半径r=50mm,受轴向力Fx=300N,径向力F,=200N,如图所示。试分析力对轴的作用。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 例1-3锥齿轮宽度中点分度圆半径r=50mm,受轴向力Fx=300N,径向力F,=200N,如图所示。试分析力对轴的作用。 解：由力的平移定理，可将径向力Fr沿其作用线移到轴线上点C,将轴向力Fx平移到轴线上，同时附加一个力偶，其力偶矩为 M=Fxr=300 N×0.05m=15N·m 显然，力Fx使轴发生压缩，力偶矩M和力Fr将使轴发生弯曲。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 观察与思考：1. 为了将车床的三爪自定心卡盘拧紧，常采取什么措施? 2. 力偶是大小 、方向 、作用线 的一对相互作用力。 3. 在直齿圆柱齿轮传动中，轮齿啮合面间的作用力为Fn，如图所示。已知 Fn=500N,α=20°, 节圆半径r=d/2=150mm,试计算齿轮的传动力矩。 课堂小结 04 一 、力矩 二、力偶 力对物体的作用效应，除移动效应外，还有转动效应 力学中，把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平行但不共线的两个 力称为力偶 三、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 小试牛刀 力矩的物理意义是什么？ A. 力使物体移动的能力 B. 力使物体绕某点转动的能力 C. 力使物体变形的能力 D. 力偶对物体的平移效应 答案：B 解析：力矩定义为力与力臂的乘积（M0(F)=F⋅d），其本质是描述力使物体绕某点（如O点）转动的能力，而非移动或变形。 小试牛刀 用扳手拧螺母时，最有效的提高转动效应的方法是？ A. 仅增加力的大小 B. 仅增加力臂的长度 C. 同时增加力的大小和力臂长度 D. 减小力臂长度 答案：B 解析：力矩 M=F⋅d，增加力臂长度 d 能更显著地增大力矩（因力臂变化对乘积的影响是线性的），且无需额外施力，比单纯增加力 F 更高效。 小试牛刀 关于力偶的描述，正确的是？ A. 两个力大小不等、方向相反 B. 两个力作用线重合 C. 两个力作用线平行但不共线 D. 力偶的效应是使物体平移 答案：C 解析：力偶由大小相等、方向相反、作用线平行但不共线的两个力组成（如 (F1 ,F2)），其效应是产生纯转动（力偶矩），而非平移。 小试牛刀 力偶矩的大小等于？ A. 其中一个力的大小 B. 两个力的合力 C. 其中一个力与力偶臂的乘积 D. 两个力与力偶臂的乘积 答案：C 解析：力偶矩 M=F⋅d，其中 F 为其中一个力的大小，d 为力偶臂（两力作用线间的垂直距离）。 小试牛刀 将力平移到刚体上另一点时，需附加什么才能与原力等效？ A. 一个额外的力 B. 一个力偶 C. 一个约束力 D. 一个平衡力系 答案：B 解析：根据力的平移定理，力平移后必须附加一个力偶，其力偶矩等于原力对新作用点的力矩（M=F⋅d），以保持等效。 小试牛刀 若力 F 对O点的力臂为零，则力矩为？ A. 最大 B. 零 C. 无法确定 D. 与力的大小无关 答案：B 解析：力矩公式 M0(F)=F⋅d，当力臂 d=0（即力作用线通过O点）时，力矩为零，无法产生转动效应。 小试牛刀 力偶对刚体的效应与什么无关？ A. 力偶矩的大小 B. 力偶的作用面 C. 力偶在刚体上的作用位置 D. 力偶中两个力的方向 答案：C 解析：力偶的效应仅取决于力偶矩（F⋅d）和作用面方向，与作用在刚体上的具体位置无关（力偶可在作用面内任意平移而不改变效应）。 小试牛刀 下列哪种情况会产生力矩？ A. 力作用线通过转动中心 B. 力与转动中心在同一平面内，但作用线不通过中心 C. 力垂直于转动平面 D. 力与转动中心重合 答案：B 解析：力矩的产生需满足力作用线与转动中心不共线（即存在力臂 d≠0）。若力作用线通过转动中心（A、D）或力垂直于转动平面（C），力矩均为零。 作业布置 04 1.简述力矩、力偶的概念。 2.简述力对物体的作用效应。 3.简述提高转动效应的方法。 感谢观看 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$