Contents項(xiàng)目一汽車常用材料認(rèn)知項(xiàng)目二工程力學(xué)一般應(yīng)用項(xiàng)目三常用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的認(rèn)知與拆裝項(xiàng)目四簡(jiǎn)單液壓傳動(dòng)回路的連接項(xiàng)目概述要使汽車行駛，必須對(duì)其施加一個(gè)足以克服各種阻力的驅(qū)動(dòng)力；汽車的駕駛與維修操作，都與受力相關(guān)。本項(xiàng)目以汽車構(gòu)造為主線，使學(xué)生掌握汽車常用機(jī)械結(jié)構(gòu)件在平衡狀態(tài)下的受力分析以及實(shí)用的計(jì)算，了解汽車常用機(jī)械結(jié)構(gòu)件應(yīng)滿足的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。知識(shí)目標(biāo)１.知道力的三要素及靜力學(xué)的基本公理。２.掌握平面力系平衡條件。３.掌握構(gòu)件四種基本變形的特點(diǎn)及強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等基本概念。４.掌握汽車零部件轉(zhuǎn)速、線速度、角速度和轉(zhuǎn)矩等基本概念。技能目標(biāo)１.能進(jìn)行汽車構(gòu)件的受力分析和簡(jiǎn)單力學(xué)計(jì)算。２.能進(jìn)行汽車構(gòu)件變形時(shí)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等計(jì)算。３.能進(jìn)行汽車車輪、飛輪、帶輪等零部件的轉(zhuǎn)速、線速度、角速度和轉(zhuǎn)矩等計(jì)算。４.能分析汽車爬坡能力。素養(yǎng)目標(biāo)１.培養(yǎng)政治意識(shí)，樹立正確的政治價(jià)值觀。２.遵守職業(yè)道德，樹立正確的職業(yè)理念。項(xiàng)目二工程力學(xué)一般應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力在城市道路上，隨處可見奔馳的汽車(圖2-1)。我們都知道，駕駛?cè)似饎?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將變速器操縱桿移至前進(jìn)擋，車就行駛起來(lái)了。但你知道車輛為什么會(huì)行駛嗎?其中包含了哪些力學(xué)知識(shí)?車輛在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)受到哪些力的作用?車輛在平地上直線行駛，又受到哪些力的作用呢?1.任務(wù)描述圖2-1行駛中的汽車１.能描述靜力學(xué)的基本定理。２.能夠熟練運(yùn)用靜力學(xué)原理對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析。３.能夠應(yīng)用平衡條件求解工程力學(xué)問題。４.能自覺弘揚(yáng)勞動(dòng)精神、奮斗精神、奉獻(xiàn)精神。2.任務(wù)目標(biāo)??學(xué)時(shí):12學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)１.靜力學(xué)基本概念的認(rèn)識(shí)（1）力力是物體間相互的機(jī)械作用，這種機(jī)械作用可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或物體的形狀。如圖2-2所示，使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化為力的外效應(yīng)；使物體的形狀發(fā)生改變?yōu)榱Φ膬?nèi)效應(yīng)。前者是靜力學(xué)所研究的內(nèi)容，而后者是材料力學(xué)所研究的內(nèi)容。實(shí)踐表明，力對(duì)物體的作用效應(yīng)取決于力的三要素，即力的大小、力的方向和力的作用點(diǎn)。這三個(gè)要素中，任何一個(gè)發(fā)生改變，則力對(duì)物體的作用效果也就隨之改變。力是具有大小和方向的量，因此力是矢量。力的大小表示物體之間相互作用的強(qiáng)弱程度。國(guó)際單位制中，以牛(Ｎ)或千牛(kN)為力的單位。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-2力作用的結(jié)果3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)（2）剛體剛體是指受力作用后不變形的物體。實(shí)際上，任何物體在外力的作用下都要發(fā)生幾何形狀的改變，但是，在一般情況下所發(fā)生的變形與物體的幾何尺寸相比較都比較微小，靜力學(xué)中所研究的物體都均為剛體。（3）平衡與平衡力系物體受到一力系作用而相對(duì)于地球靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，則認(rèn)為該物體處于平衡狀態(tài)。作用于該物體上的力系，稱為平衡力系。物體的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，而靜止是相對(duì)的，以地球?yàn)閰⒄障?，機(jī)件的平衡狀態(tài)是指機(jī)件處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，反之，如果機(jī)件是靜止的或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則機(jī)件是處于平衡狀態(tài)。（4）力系作用于同一物體上兩個(gè)力或多于兩個(gè)以上的力稱為力系。各力的作用線在同一平面內(nèi)的力系稱為平面力系，不在同一平面內(nèi)的力系稱為空間力系，各力的作用線能相交于一點(diǎn)的力系稱為匯交力系，各力作用線相互平行的力系稱為平行力系，各力作用線既不相交于一點(diǎn)又不相互平行的力系稱為任意力系。如果作用于物體的力系可以用另一力系來(lái)代替而且效果相同，那么這兩個(gè)力系互稱等效力系。如果物體在某一力系作用下，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，則稱此力系為平衡力系。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)２.靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理是人類在長(zhǎng)期生活和生產(chǎn)實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，經(jīng)過實(shí)踐的反復(fù)檢驗(yàn)證明是符合客觀實(shí)際的，是建立靜力學(xué)理論的基礎(chǔ)。公理一

二力平衡公理作用在同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡狀態(tài)的充分和必要條件是：這兩個(gè)力大小相等、方向相反且作用在同一條直線上(等值、反向、共線)。二力平衡公理揭示了作用于物體上最簡(jiǎn)單的力系平衡時(shí)所必須滿足的條件，如圖2-3所示。用矢量式表示為：學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力F1=F2

或

F1

-F2=0圖2-3二力平衡3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)２.靜力學(xué)公理公理二加減平衡力系公理在剛體上已知作用有任意力系時(shí)，若再加上或減去任意平衡力系后，并不改變?cè)辛ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)，即與原有力系等效，如圖2-4所示。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-4加減平衡力系3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)２.靜力學(xué)公理公理三力的平行四邊形法則作用在一個(gè)物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為作用于該點(diǎn)的一個(gè)合力，合力的大小與方向，由這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定，稱為力的平行四邊形法則，如圖2-5所示。如圖2-5所示，F(xiàn)1與F2為作用于O點(diǎn)的兩個(gè)力，以這兩個(gè)力為鄰邊構(gòu)成平行四邊形OACB，對(duì)角線OC為F1與F2的合力FR，用矢量式表示：公理四作用與反作用公理兩個(gè)物體間的作用力與反作用力，總是大小相等、方向相反，沿著同一直線，但分別作用約束的概念在兩個(gè)物體上。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-5力的合成3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)３.約束與約束反力如果物體在任何方向的運(yùn)動(dòng)都不受限制，這種物體稱為自由體，運(yùn)動(dòng)受限制的物體稱為非自由體，限制物體運(yùn)動(dòng)的其他物體稱為約束，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞只能在汽缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，活塞為非自由體，汽缸則為活塞的約束。因?yàn)榧s束限制物體的運(yùn)動(dòng)，使其沿某些方向的運(yùn)動(dòng)被阻擋，從而使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)得到改變，所以，約束的作用實(shí)際上就是一種力的作用。因此，物體受的力一般可分為兩類：凡能主動(dòng)引起物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變或使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有改變趨勢(shì)的力，稱為主動(dòng)力，如物體受的重力、拉力、推力等。凡來(lái)自約束而對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起限制作用的力稱為約束反力，如地腳螺栓、軸承、繩索和撐架等對(duì)物體約束的力。一般情況下，主動(dòng)力的大小和方向是已知的，而約束反力的大小和方向則是未知的，而往往又是所要求的。約束反力取決于主動(dòng)力作用情況和約束的形式。約束反力的方向總是和該約束所能阻礙的運(yùn)動(dòng)方向相反。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)３.約束與約束反力下面介紹工程上常見的幾種約束類型

。（1）柔性體約束及受力分析由繩索、鋼絲、鏈條、傳動(dòng)帶等所形成的約束稱為柔性約束。柔性約束阻礙物體沿柔性體伸長(zhǎng)方向運(yùn)動(dòng)，但不能阻止物體其他任何方向的運(yùn)動(dòng)。所以，柔性體本身僅只能承受拉力，其約束反力作用于連接點(diǎn)，方向沿柔性體而背離物體，如圖2-6、圖2-7所示。圖2-6所示的帶傳動(dòng)中，柔性體傳動(dòng)帶的約束反力沿輪緣切線方向。設(shè)圖中小帶輪為主動(dòng)輪，進(jìn)入小帶輪的傳動(dòng)帶為緊邊。脫離小帶輪的傳動(dòng)帶為松邊，緊邊的拉力Tr1和Ｔ′r1等值、反向、共線，松邊的拉力Ｔr2和Ｔ′r2也等值、反向、共線。圖2-6中Tr1

、Ｔ′r1１、Ｔr2、Ｔ′r2均為約束反力。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-6帶傳動(dòng)及帶傳動(dòng)受力分析3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)３.約束與約束反力（1）柔性體約束及受力分析圖2-7所示的重物起吊時(shí),鏈索AB、AC、AD在重物重力作用下均受到拉力,鏈索AB、AC作用于重物B、C

點(diǎn)的拉力為FB、FC，作用于節(jié)點(diǎn)的拉力為Ｆ′Ｂ、Ｆ′Ｃ、FD，圖2-7中ＦＢ、ＦＣ、Ｆ′Ｂ、Ｆ′Ｃ、FD均為約束反力。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-7起吊重物及起吊重物時(shí)的受力分析3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)３.約束與約束反力（2）光滑面接觸的約束及受力分析兩個(gè)互相接觸的物體，若略去摩擦不計(jì)，接觸面為理想的光滑面，則這類約束限制了物體沿接觸面法線方向的運(yùn)動(dòng)，稱為光滑面約束。在光滑面接觸的約束中，約束反力的方向?yàn)檠亟佑|面的公法線并且指向被約束的物體。圖2-8所示為光滑面接觸的約束及受力分析,。圖2-8中

FN為約束反力。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-8光滑面接觸的約束及受力分析3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)３.約束與約束反力（3）光滑鉸鏈約束及受力分析兩個(gè)帶有圓孔的物體，用光滑圓柱形銷釘相連接。受約束的兩個(gè)物體都只能繞銷釘軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為圓柱形鉸鏈約束。銷釘對(duì)被連接的物體沿垂直于銷釘軸線方向的移動(dòng)形成約束，不能限制物體繞圓柱銷軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)和平行于圓柱銷軸線的移動(dòng)，如圖2-9所示。由于圓柱銷與圓柱孔是光滑曲面接觸，則約束反力應(yīng)是沿接觸線上的一點(diǎn)到圓柱銷中心的連線上，垂直于軸線，但因?yàn)榻佑|線的位置不能預(yù)先確定，因而約束反力的方向也不能預(yù)先確定。通常把它分解為ｘ方向和ｙ方向的兩個(gè)互相垂直的約束反力，用Fx和Fy表示，如圖2-9所示。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-9光滑鉸鏈約束及受力分析3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)３.約束與約束反力（3）光滑鉸鏈約束及受力分析圓柱鉸鏈約束在工程上的應(yīng)用很廣?常見的有以下幾種①固定鉸鏈支座約束，如圖2-9所示，由一個(gè)固定底座和一個(gè)構(gòu)件用銷釘連接而成，稱固定鉸鏈支座。支座的約束反力用相互垂直的兩個(gè)分力Ｆx和Ｆy表示。②鉸鏈連接(中間鉸約束)。如圖2-10所示，兩個(gè)相同圓孔的物體，用銷釘連接起來(lái)，構(gòu)成鉸鏈連接，約束反力也用相互垂直的兩個(gè)分力Ｆx和Ｆy表示。③活動(dòng)鉸鏈支座約束，如圖2-11所示，在固定鉸鏈支座的底部安裝滾輪，形成活動(dòng)鉸鏈支座約束。工程中考慮溫度變化引起約束力，常用于橋梁、行車等結(jié)構(gòu)?；顒?dòng)鉸鏈支座的約束反力垂直于支承面并通過鉸鏈中心。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-10中間鉸約束圖2-11活動(dòng)鉸鏈支座約束3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)４.物體的受力分析與受力圖解決靜力學(xué)問題時(shí)，首先要明確研究對(duì)象，分析它的受力情況，確定哪些是已知的，哪些是未知的，作出受力分析圖，然后建立相應(yīng)的平衡方程進(jìn)行計(jì)算。畫受力分析圖，一般按以下步驟進(jìn)行。（1）確定研究對(duì)象，解除約束，畫分離體按問題的條件和要求，確定所研究對(duì)象(它可以是一個(gè)物體，也可以是幾個(gè)物體的組合或整系統(tǒng)，也可以是某個(gè)節(jié)點(diǎn))，解除與研究對(duì)象相連接的其他物體的約束，用簡(jiǎn)單幾何圖形表示出其形狀特征。在解除約束的地方用相應(yīng)的約束反力來(lái)代替約束的作用，被解除約束后的物體稱為分離體。（2）畫主動(dòng)力在分離體上畫出該物體所受到的全部主動(dòng)力。（3）畫約束反力在解除約束的位置，根據(jù)約束的不同類型，畫出約束反力。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)４.物體的受力分析與受力圖【例2-1】

對(duì)圖2-12ａ)所示的活塞連桿機(jī)構(gòu)(在發(fā)動(dòng)機(jī)做功行程時(shí))作受力分析(平衡狀態(tài))，繪制受力圖。解：以活塞連桿機(jī)構(gòu)整體為對(duì)象作受力分析如下；①燃料燃燒對(duì)活塞頂部產(chǎn)生壓力Ｆ。②將活塞的約束汽缸套去除，加上約束反力FC。③將曲軸軸承處約束去除，加上約束反力FAx、FAy；④車輛行駛與傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的阻力矩Ｍ。⑤繪制機(jī)構(gòu)的受力圖，如圖2-12b)所示。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-12活動(dòng)鉸鏈支座約束3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)４.物體的受力分析與受力圖【例２-２】

如圖2-13a)所示，梁AB兩端用固定鉸鏈支座和活動(dòng)鉸鏈支座支承，在C、D處作用力FC、FD梁的自重不計(jì)，試畫出梁ＡＢ的受力圖。解:以梁AB為對(duì)象，畫梁AB的分離體圖。在梁AB標(biāo)上主動(dòng)力C、FD。解除Ａ處固定鉸鏈支座的約束，在Ａ點(diǎn)處標(biāo)上約束反力FAx、FAy

。解除Ｂ處活動(dòng)鉸鏈支座的約束，在Ｂ點(diǎn)處標(biāo)上約束反力FB

，方向垂直于光滑接觸面，并指向梁AB。梁AB受力分析圖如圖2-13b)所示，梁AB受到主動(dòng)力FC、FD和約束反力FAx、FAy、FB作用而平衡。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-13梁AB

的受力分析3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系１.平面匯交力系與平衡分析（1）幾何法求平面匯交力系的合力如圖2-14a)所示，在物體

O點(diǎn)作用有力F1、F2、F3、F4，組成平面匯交力系，求合力

FR的大小和方向。根據(jù)公理三，兩個(gè)匯交力合成時(shí)的合力，可以由兩個(gè)力所組成的平行四邊形對(duì)角線來(lái)確定，將F1、F2組成合力R1

，將F3、R1組成合力R2

，依次得到合力FR用幾何法作圖求合力FR的大小和方向如圖2-14b)、ｃ)所示。

結(jié)論：平面匯交力系可以合成為一個(gè)合力，合力的大小等于力系中各力的矢量和，寫成：

FR＝F1＋F2＋F3＋F4推廣：由n個(gè)力組成的平面匯交力系，合力可寫成

FR＝F1＋F2＋...＋Fn＝∑Ｆ。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-14

平面匯交力系與平衡分析3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系１.平面匯交力系與平衡分析（2）平面匯交力系平衡的幾何條件平面匯交力系可以合成為一個(gè)合力FR，說明

FR

與原力系等效。如果在該力系加上一個(gè)力F

'R，滿足F

'R與FR

等值、反向、共線，根據(jù)兩力平衡公理可知，物體處于平衡狀態(tài)，即F1、F2、F3、F4、F

'R為平衡力系，從圖形上可知F2、F3、F4、F

'R形成封閉的多邊形。結(jié)論：平面匯交力系若平衡，則力形成封閉的多邊形，平面匯交力系的合力等于零.學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系１.平面匯交力系與平衡分析（3）解析法求合力如圖2-15所示，設(shè)力

F

作用于物體的

A

點(diǎn)，在力

F

作用線所在的平面內(nèi)取直角坐標(biāo)系Oxy，將力

F

分別向先x軸與y軸投影得Fx、Fy，顯然：力在x軸上的投影

Fx=Fcosα

力在y軸上的投影

Fy=Fsinα式中:α為力

F

與x軸的夾角。學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力圖2-15

解析法求合力3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力１.平面匯交力系與平衡分析（3）解析法求合力一般規(guī)定：力的投影方向與x軸（或y軸）正向相同時(shí)為正值，反之為負(fù)值。反之：當(dāng)已知力

F

在x軸、y軸上的投影時(shí)，由幾何關(guān)系可求出力

F

的大小和方向。推廣：有

n

個(gè)力組成的平面匯交力系，將各力向

x

軸投影，在

x

軸的合力為將各力向

y

軸投影，在

y

軸的合力為所以合力的大小和方向?yàn)椋?.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力１.平面匯交力系與平衡分析（4）平面匯交力系平衡方程及應(yīng)用平面匯交力系平衡的充分必要條件是力系的合力等于零：要使∑FR＝０，必須使:∑F

x＝０，∑F

y＝０。【例2-3】如圖2-16所示，支架在銷Ａ上懸吊重物Ｗ，求桿AB和桿AC所受的力，桿AB和桿AC

的自重不計(jì)。解:以銷Ａ為對(duì)象作受力分析，如圖２-16b)所示，列平衡方程求力ＦAB、ＦAC。得：得：注意：要求能正確作受力分析圖，正確列出平衡方程式，正確計(jì)算結(jié)果。圖2-16

平面匯交力系平衡方程及應(yīng)用3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力2.力矩，力偶，平面力偶系與平衡分析（1）力矩的概念與計(jì)算在實(shí)際生活中，力對(duì)物體的作用還會(huì)使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2-17a）所示，用扳手?jǐn)Q螺母，力

F

能使扳手和螺母繞螺母中心O

轉(zhuǎn)動(dòng)。這種轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)與力

F

的大小有關(guān)，還與轉(zhuǎn)動(dòng)中心O

點(diǎn)到力F

作用線的垂直距離d

有關(guān)，將它們的乘積用來(lái)度量平面力

F

對(duì)點(diǎn)O之矩，簡(jiǎn)稱力矩，記作：式中d——稱為力臂。轉(zhuǎn)動(dòng)中心O點(diǎn)稱為矩心。力矩正負(fù)值規(guī)定：產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的力矩取正值，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的力矩取負(fù)值，如圖2-17b）所示，力矩的單位為

N

·

m

或kN

·

m。如圖2-17a）所示的力矩為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其值為：圖2-17

力矩的計(jì)算3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力2.力矩，力偶，平面力偶系與平衡分析（2）力偶的概念與計(jì)算在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常遇到某物體受到大小相等、方向相反但不共線的兩個(gè)平行力作用，如圖2-18所示，駕駛員用雙手操縱轉(zhuǎn)向盤，由這兩個(gè)力所組成的力系稱為力偶。力偶對(duì)剛體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，用力偶矩M來(lái)度量，記作：M＝±F

d式中：d為兩個(gè)力作用線之間的垂直距離，稱為力偶臂。力偶正負(fù)值規(guī)定：產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的力偶取正值，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的力偶取負(fù)值，力偶的單位為

N

·

m

或

kN

·

m，同力矩。圖2-18

力偶的概念3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力2.力矩，力偶，平面力偶系與平衡分析（3）力偶的性質(zhì)①力偶對(duì)任何軸的投影都等于零。力偶沒有合力，它不能用一個(gè)力來(lái)代替，也不能用一個(gè)力來(lái)平衡，只能用反向的力偶來(lái)平衡。②力偶對(duì)其所在平面內(nèi)任一點(diǎn)的力矩都等于一個(gè)常量，與矩心的位置無(wú)關(guān)。③作用在剛體內(nèi)同一平面上的兩個(gè)力偶相互等效的條件是：兩個(gè)力偶矩的大小相等，轉(zhuǎn)向相同，可以同時(shí)改變力偶中力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不改變它對(duì)剛體的效應(yīng)。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力2.力矩，力偶，平面力偶系與平衡分析（4）平面力偶系的合成與平衡①平面力偶系的合成。作用在物體同平面內(nèi)有多個(gè)力偶，稱為平面力偶系，平面力偶系合成的結(jié)果是一個(gè)合力偶，其合力偶矩等于力偶系中各力偶矩的代數(shù)和，合力偶矩用MR表示。②平面力偶系的平衡方程及應(yīng)用。物體上作用有平面力偶系，如果力偶系中各力偶對(duì)剛體作用的外效應(yīng)互相抵消，即合力偶矩等于零，則物體處于平衡狀態(tài)。因此，平面力偶系平衡的必要與充分條件是力偶系中各力偶的代數(shù)和等于零。即：3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.平面任意力系的簡(jiǎn)化在工程實(shí)際中，經(jīng)常遇到平面任意力系的問題，即作用在物體上的力都分布或近似地分布在同一平面內(nèi)，但它們的作用線是任意分布的。這些力組成的力系即為平面任意力系。下面將討論平面任意力系的簡(jiǎn)化問題。（1）力向一點(diǎn)平移前面曾經(jīng)提過，作用在剛體上的力，可以沿其作用線任意移動(dòng)，而不改變力對(duì)剛體作用的外效應(yīng)。但是，當(dāng)力平行于原來(lái)的作用線移動(dòng)時(shí)，便會(huì)改變對(duì)剛體的外效應(yīng)。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.平面任意力系的簡(jiǎn)化如圖2-19a）所示，觀察作用在剛體上

A

點(diǎn)的力

F

。當(dāng)它平行移動(dòng)到

B

點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么樣結(jié)果？應(yīng)該產(chǎn)生逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)，為使剛體保持原有狀態(tài)，則應(yīng)該作用一順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶矩。如圖2-19b）所示，在點(diǎn)

B

加一對(duì)大小相等、方向相反與力

F

平行的力

F

′和

F

″，并使F=F

′=F

″，根據(jù)加減平衡力系公理，力系F、F

′

和

F

″對(duì)剛體的作用與原來(lái)力

F

對(duì)剛體的作用等效。在力系F、F

′

和

F

″中，F(xiàn)

和

F

″組成一個(gè)力偶，用

M

表示，因此，作用于

A

點(diǎn)的力

F

平行移至

B

點(diǎn)后，變成一個(gè)力F

′和一個(gè)力偶

M，其力偶矩等于

F

對(duì)

B

點(diǎn)之矩。式中：L——F

對(duì)于

B

點(diǎn)的力臂。圖2-19

力向一點(diǎn)平移3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.平面任意力系的簡(jiǎn)化上述結(jié)果可以推廣為一般結(jié)論：作用在剛體上的力，可以平行移動(dòng)到剛體上的任意一點(diǎn)，但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶，其力偶矩的大小，等于原來(lái)的力對(duì)新作用點(diǎn)之矩。反之，在平面內(nèi)的一個(gè)力和一個(gè)力偶，可以用一個(gè)力來(lái)等效替換。（2）平面任意力系的簡(jiǎn)化如圖2-20a）所示，設(shè)剛體上作用一個(gè)平面任意力系F

1、F

2、F

3、…、F

n，在力系的作用面內(nèi)任意取一點(diǎn)O，O

點(diǎn)稱為簡(jiǎn)化中心。圖2-20

平面任意力系的簡(jiǎn)化3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.平面任意力系的簡(jiǎn)化如圖2-20b）所示，應(yīng)用力向—點(diǎn)平移的方法，將力系中的每一個(gè)力F

1、F

2、F

3、…、F

n向

O

點(diǎn)平移，得到一個(gè)平面匯交力系和一個(gè)平面力偶系，如圖2-20c）所示。其中，平面匯交力系中各個(gè)力的大小和方向，分別與原力系中對(duì)應(yīng)的各個(gè)力相同，但作用線互相平行；而平面力偶系中各個(gè)力偶的力偶矩，分別等于原力系中各個(gè)力對(duì)簡(jiǎn)化中心的力矩。簡(jiǎn)化后的平面匯交力系和平面力偶系可以分別合成一合力F

R和一合力偶M0，如圖2-20d）所示。F

R又稱為原力系的主矢，為簡(jiǎn)化后平面匯交力系各力的矢量和，即：M0又稱為原力系對(duì)簡(jiǎn)化中心的主矩，是各附加力偶的力偶矩的代數(shù)和，也等于原力系中所有的力對(duì)簡(jiǎn)化中心之矩，即：3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.平面任意力系的簡(jiǎn)化將F

Rx和F

Ry分別表示為主矢F

R在

x

軸和

y

軸上的投影，則：上式表示，平面任意力系的主矢F

R在

x

軸和

y

軸上的投影，等于力系中各個(gè)力在

x

軸和

y

軸上投影的代數(shù)和。也就是說，若已知力系中各個(gè)力在

x

軸和

y

軸上投影的代數(shù)和，能很容易求得主矢F

R的大小和方向。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.平面任意力系的簡(jiǎn)化綜上所述，可得如下結(jié)論：平面任意力系向作用面內(nèi)任一點(diǎn)

O

簡(jiǎn)化，可以得到一個(gè)力和一個(gè)力偶。該力作用于簡(jiǎn)化中心

O，其大小及方向等于原力系的主矢；該力偶之矩等于原力系對(duì)簡(jiǎn)化中心的主矩。由于主矢只是原力系的矢量和，它完全取決于原力系中各力的大小和方向，因此，主矢與簡(jiǎn)化中心的位置無(wú)關(guān)，而主矩等于原力系中各力對(duì)簡(jiǎn)化中心之矩的代數(shù)和，選擇不同位置的簡(jiǎn)化中心，各力對(duì)它的力矩也將改變，因此，主矩與簡(jiǎn)化中心的位置有關(guān)，故主矩M0右下方標(biāo)注簡(jiǎn)化中心的符號(hào)。力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化的方法是一種適用于任何復(fù)雜力系的普遍方法。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力3.平面任意力系的簡(jiǎn)化（3）固定端約束如圖2-21a）所示，固定端約束是一種常見約束。例如，深埋電線桿的根部、建筑物的根部等都屬于固定端約束。固定端約束特點(diǎn)是，它既限制物體的移動(dòng)又限制物體的轉(zhuǎn)動(dòng)。固定端處受力分布比較復(fù)雜，接觸面上產(chǎn)生分布的約束力系，但如果主動(dòng)力為平面力系，這一分布約束力系也是平面力系，如圖2-21b）所示。在平面問題中，利用力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化的方法，將這一分布力系向作用平面內(nèi)

A

點(diǎn)簡(jiǎn)化，可得到一約束反力和一約束力偶。因約束反力的方向預(yù)先無(wú)法判斷，通常用互相垂直的兩個(gè)分力F

Ax和F

Ay表示。所以固定端約束用F

Ax、F

Ay、MA表示，如圖2-21c）所示。圖2-21

固定端約束力及簡(jiǎn)化3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力4.平面任意力系平衡方程及應(yīng)用綜上所述，平面任意力系簡(jiǎn)化后的結(jié)果是：分解為一個(gè)平面匯交力系和一個(gè)平面力偶系。如果平面任意力系使物體處于平衡，則平面匯交力系使物體處于平衡，平面力偶系使物體處于平衡。所以平面任意力系平衡的充分和必要條件是：力系的主矢為零，力系的主矩為零。所以平面任意力系平衡的解析條件為：上式也稱為平面任意力系的平衡方程。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力4.平面任意力系平衡方程及應(yīng)用【例2-4】如圖2-22a）所示的起重臂，橫梁

BC

重

W

1=2kN，拉桿AB自重不計(jì)，兩桿之間的角度∠ABC=30°，電動(dòng)葫蘆D

連同重物共重W

2=6kN。起重臂各尺寸如圖2-22所示，試求拉桿AB

所受的拉力和鉸鏈C

處的約束力。解：（1）選取橫梁BC

為研究對(duì)象，作受力分析，畫受力圖,如圖2-22b）所示。作用于橫梁

BC

上的力有：橫梁

BC

的中點(diǎn)有重力W1，電動(dòng)葫蘆

D

連同重物的載荷W2，拉桿AB

的拉力F

AB，鉸鏈C處的約束反力F

cx、F

cy。圖2-22

吊車衡量力的計(jì)算3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力4.平面任意力系平衡方程及應(yīng)用解：（2）建立圖示的直角坐標(biāo)系C

xy，列平衡方程。（3）代入數(shù)值，求解末知量。所以，桿

AB

受拉力11kN，鉸鏈

C

處的約束反力Fcx=9.53kN（向右），F(xiàn)cy=2.5kN（向上）。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力5.摩擦?xí)r的平衡問題簡(jiǎn)介為了使問題簡(jiǎn)化，前面各節(jié)都把物體間的接觸面看成是絕對(duì)光滑的，將摩擦忽略不計(jì)。實(shí)際上，絕對(duì)光滑的接觸面是不存在的，物體表面都具有不同的粗糙度，當(dāng)兩物體間有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面會(huì)產(chǎn)生阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，這種阻力稱為摩擦力。在有些情況下，摩擦是不容忽視的，如汽車的螺旋千斤頂，要靠摩擦鎖緊。按照接觸物體之間可能會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滾動(dòng)，摩擦分為滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦。當(dāng)相互接觸的兩個(gè)物體產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)或有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，接觸面間有阻礙滑動(dòng)的力存在，這種力稱為滑動(dòng)摩擦力，簡(jiǎn)稱摩擦力。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力5.摩擦?xí)r的平衡問題簡(jiǎn)介（1）靜滑動(dòng)摩擦力如圖2-23a）所示，設(shè)重為

W

的物體放在一固定的水平面上，并給物體作用一水平方向的推力

F。當(dāng)推力F較小時(shí)，物體不動(dòng)但有向右滑動(dòng)的趨勢(shì)，為使物體平衡，接觸面上除了有一個(gè)法向反力

F

N

外，還存在一個(gè)阻止物體滑動(dòng)的力F

f，如圖2-23b）所示，力F

f稱為靜滑動(dòng)摩擦力，簡(jiǎn)稱靜摩擦力，它的方向與兩物體間相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，大小可根據(jù)平衡方程求得：Ｆ＝F

f圖2-23

靜摩擦力3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力5.摩擦?xí)r的平衡問題簡(jiǎn)介（1）靜滑動(dòng)摩擦力靜摩擦力F

f隨著主動(dòng)力

F

的增大而增大，但靜摩擦力與一般約束反力不同的是，它并不隨主動(dòng)力F

的增大而無(wú)限增大。當(dāng)主動(dòng)力F

增大到某一極限值時(shí)，物體處于將要滑動(dòng)而未滑動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，此時(shí)靜摩擦力達(dá)到最大值，稱為最大靜摩擦力，以Ffmax表示。因此靜摩擦力F

f的值，在零與最大靜摩擦力之間，即：實(shí)驗(yàn)證明，最大靜摩擦力的大小與法向反力FN成正比，即：這就是靜滑動(dòng)摩擦定律。式中，比例常數(shù)

f

稱為靜滑動(dòng)摩擦因數(shù)，簡(jiǎn)稱靜摩擦因數(shù)。f

的大小與接觸物體的材料及表面狀況（粗糙度、溫度、濕度等）有關(guān)，與接觸面積的大小無(wú)關(guān)。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力5.摩擦?xí)r的平衡問題簡(jiǎn)介（2）動(dòng)滑動(dòng)摩擦力在圖2-23中，當(dāng)主動(dòng)力

F

增大到略大于Ffmax時(shí)，最大靜摩擦力不能阻止物體滑動(dòng)。物體間就有了相對(duì)滑動(dòng)，亦有了相對(duì)速度，這時(shí)接觸面之間的滑動(dòng)摩擦力，稱為動(dòng)滑動(dòng)摩擦力，簡(jiǎn)稱動(dòng)摩擦力，用F

′

表示。動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)速度方向相反。實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)摩擦力F

′的大小也與法向反力成正比，即：這就是動(dòng)滑動(dòng)摩擦定律。式中f

′

稱為動(dòng)滑動(dòng)摩擦因數(shù)（簡(jiǎn)稱動(dòng)摩擦因數(shù)），它除與接觸面的材料、表面粗糙度、溫度、濕度有關(guān)外，還與物體相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。一般可近似認(rèn)為動(dòng)摩擦因數(shù)與靜摩擦系數(shù)相等，動(dòng)摩擦力F

′略小于最大靜摩擦力Ffmax。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力5.摩擦?xí)r的平衡問題簡(jiǎn)介（3）摩擦角如圖2-24a）所示，物體只受到重力W

與法向約束力F

N（稱法向反力或稱正壓力）作用而平衡，無(wú)滑動(dòng)趨勢(shì)，摩擦力為零。當(dāng)在物體上施加一水平推力F

時(shí)，如圖2-24b）所示，物體與水平面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，便產(chǎn)生摩擦，摩擦力的大小隨物體狀態(tài)而變化。如圖2-24c）所示，此時(shí)物體受到接觸面的總約束力F

R為法向約束力F

N與切向約束力F

f（靜摩擦力）合力，又稱全反力。總約束力F

R的大?。浩浞较蚺c接觸面法線的夾角為φ。3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力5.摩擦?xí)r的平衡問題簡(jiǎn)介（3）摩擦角如圖2-24d）所示，當(dāng)物體處于臨界平衡狀態(tài)時(shí)，總約束力F

R為：夾角φ也達(dá)到最大值φm，φm稱為摩擦角。上式說明，摩擦角的正切就等于靜摩擦因數(shù)

f

，表示總約束力F

R偏離接觸面公法線的最大角度。圖2-24

摩擦角3.知識(shí)準(zhǔn)備二、平面力系學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力5.摩擦?xí)r的平衡問題簡(jiǎn)介（4）自鎖現(xiàn)象當(dāng)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，主動(dòng)力系的合力F

Q與總約束力F

R共線、大小相等、方向相反。F

Q與法線夾角α等于F

R與法線的夾角φm，如圖2-25所示。摩擦角表示靜止時(shí)總約束力F

R作用的范圍。如果主動(dòng)力系的合力F

Q的作用線位于如圖2-25所示的區(qū)域，即α<φm，則主動(dòng)力系的合力F

Q無(wú)論怎樣增大，總約束力FR總能與之平衡。這表明在此范圍內(nèi)，主動(dòng)力系的合力

FQ增大，法向反力FN也增大，最大靜摩擦力Ffmax也對(duì)應(yīng)地增大，因此F

Q沿切向方向的分量總也不能超過最大靜摩擦力Ffmax，所以物體總能保持靜止。只要主動(dòng)力系合力的作用線位于摩擦角內(nèi)，則無(wú)論這個(gè)合力的數(shù)值有多大，物體總能保持靜止，這種現(xiàn)象稱為自鎖。自鎖的條件：α<φm。圖2-25

自鎖條件4.任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力1.組織方式（1）場(chǎng)地設(shè)施：智慧教室。（2）工具：紙、筆、工作頁(yè)。（3）實(shí)施方式：將學(xué)生6-8人分為一組進(jìn)行分組討論。每組派出代表進(jìn)行匯報(bào)，教師指導(dǎo)點(diǎn)評(píng)。2.操作要求（1）指導(dǎo)老師嚴(yán)格限制討論時(shí)間，小組分工要明確。（2）分析和表述問題邏輯清晰。（3）遵守秩序，注意安全。4.任務(wù)實(shí)施二、操作步驟學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力（1）用自制工件及扭力扳手，擰緊螺栓到規(guī)定扭矩（圖2-26）。圖2-26

自鎖條件4.任務(wù)實(shí)施二、操作步驟學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力（2）完成下列計(jì)算。①如圖2-27所示，桿AB

和桿AC

鉸接于A

點(diǎn)，在銷A

上掛一重為G

的物體，求桿AB、桿AC

所受的力。②如圖2-28所示，重

G

的球體

A

，用繩子系在墻壁上，α=30°，求球體

A

的約束力。③試求圖2-29中各梁的支座約束力。已知F=6kN，q=2kN/m，M=2kN·m，l=2m，a=1m。（3）想一想：鉗工在攻螺紋時(shí)，為什么忌用單手操作，而必須同時(shí)用兩手握扳手，還要用力相等均勻。圖2-27

計(jì)算物體的力圖2-28

計(jì)算球體的約束力圖2-29

梁支座約束力4.任務(wù)實(shí)施二、操作步驟學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力（2）完成下列計(jì)算。①如圖2-27所示，桿AB

和桿AC

鉸接于A

點(diǎn)，在銷A

上掛一重為G

的物體，求桿AB、桿AC

所受的力。②如圖2-28所示，重

G

的球體

A

，用繩子系在墻壁上，α=30°，求球體

A

的約束力。③試求圖2-29中各梁的支座約束力。已知F=6kN，q=2kN/m，M=2kN·m，a=1m。（3）想一想：鉗工在攻螺紋時(shí)，為什么忌用單手操作，而必須同時(shí)用兩手握扳手，還要用力相等均勻。圖2-27

計(jì)算物體的力圖2-28

計(jì)算球體的約束力圖2-29

梁支座約束力4.任務(wù)實(shí)施三、任務(wù)測(cè)評(píng)學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力任務(wù)測(cè)評(píng)表見表２-１5.任務(wù)小結(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力（1）靜力學(xué)主要研究力系的簡(jiǎn)化及物體在力系作用下的平衡問題，靜力學(xué)公理是靜力學(xué)理論的基礎(chǔ)。（2）限制物體運(yùn)動(dòng)的物體稱為約束。約束阻礙物體運(yùn)動(dòng)趨向的力稱為約束反力，約束反力的方向與約束限制物體運(yùn)動(dòng)趨向方向相反，掌握工程上常見的約束，正確標(biāo)注約束反力。（3）解決力學(xué)問題，能正確地進(jìn)行受力分析的關(guān)鍵步驟，是正確地畫出受力圖，受力圖應(yīng)畫在單獨(dú)的隔離體上。受力圖上應(yīng)畫出物體所受的外力，不畫內(nèi)力、既不要漏畫力也不要多畫力。（4）力矩是力對(duì)于物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的度量。力對(duì)任意點(diǎn)O

的矩，等于F

與矩心到力作用線的垂直距離的乘積。力對(duì)點(diǎn)的矩是代數(shù)量。平面匯交力系的合力對(duì)其點(diǎn)的矩，等于各分力對(duì)該點(diǎn)的矩的代數(shù)和，又稱為合力矩定理。（5）力偶由等值、反向、不共線的兩平行力組成的力系。力偶作用的效應(yīng)取決于力偶矩的大小，轉(zhuǎn)向和力偶作用面的方位。力偶矩的值為力偶中任一力與力偶臂的乘積。力偶只能與力偶等效，不能與力等效。力偶只能與力偶平衡，不能與力平衡。5.任務(wù)小結(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力（6）平面力偶系的合成：得一合力偶、平面力偶系的平衡方程為合力偶為零。（7）平面任意力系的簡(jiǎn)化方法：力向力系作用面內(nèi)任一點(diǎn)(簡(jiǎn)化中心)平移。簡(jiǎn)化結(jié)果：得一平面匯交力系和一平面力偶系。（8）平面任意力系平衡的充分必要條件是：平面任意力系有三個(gè)獨(dú)立的平衡方程，可解三個(gè)未知量。（9）滑動(dòng)摩擦力有三種情況①靜摩擦力，其大小由平衡條件確定，方向與相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)相反。②最大靜摩擦力F

fmax，是臨界摩擦力，其大小F

fmax＝f

·

F

N，方向與相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)相反。③動(dòng)摩擦力F

′，其大小F

′＝f

′

·

F

N，方向與相對(duì)滑動(dòng)方向相反。摩擦力在0≤

F

≤F

fmax范圍。（10）只要主動(dòng)力系合力的作用線位于摩擦角內(nèi)，則無(wú)論這個(gè)合力的數(shù)值有多大，物體總能保持靜止，這種現(xiàn)象稱為自鎖。6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力一、判斷題１.構(gòu)件作用在一個(gè)平面匯交力系中，并處于平衡狀態(tài)，該匯交力系的合力一定為零。()２.用平衡方程解出未知力為負(fù)值，則表明：Ａ.該力的真實(shí)方向與受力圖上力的方向相反；()Ｂ.該力在坐標(biāo)軸上的投影一定為負(fù)值；()３.考慮摩擦?xí)r畫物體的受力圖，摩擦力的指向是可以任意假定的。()４.物體間相互的機(jī)械作用，總是大小相等、方向相反、作用線相同且作用在同一物體上。()５.構(gòu)件在等值反向共線的二力作用下一定處于平衡狀態(tài)。()６.作用兩個(gè)力的構(gòu)件是二力構(gòu)件。()７.力的作用點(diǎn)沿作用線移動(dòng)后，其作用效果改變了。()８.力對(duì)一點(diǎn)之矩，會(huì)因力沿其作用線移動(dòng)而改變。()6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力二、選擇題１.靜力學(xué)把物體看作剛體，是因?yàn)?)。Ａ.物體受力不變形

Ｂ.物體的硬度很高

Ｃ.抽象的力學(xué)模型

Ｄ.物體的變形很?。?力偶對(duì)物體產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)為()。Ａ.只能使物體轉(zhuǎn)動(dòng)

Ｂ.只能使物體移動(dòng)

Ｃ.既能使物體轉(zhuǎn)動(dòng)，又能使物體移動(dòng)Ｄ.它與力對(duì)物體產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)有時(shí)相同，有時(shí)不同３.匯交二力，其大小相等并與合力一樣大，此二力之間的夾角必為()。Ａ.０°

Ｂ.90°

Ｃ.120°

Ｄ.180°４.一物體受到兩個(gè)共點(diǎn)力的作用，無(wú)論是在什么情況下，其合力()。Ａ.一定大于任意一個(gè)分力

Ｂ.至少比一個(gè)分力大Ｃ.不大于兩個(gè)分力大小的和，不小于兩個(gè)分力大小的差

Ｄ.隨兩個(gè)分力夾角大小的增大而增大6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力二、選擇題５.平面內(nèi)三個(gè)共點(diǎn)力的大小分別為3N、9N和6N，它們的合力的最大值和最小值分別為（）Ａ.24Ｎ和3NＢ.18Ｎ和0Ｃ.6Ｎ和6Ｎ

Ｄ.12Ｎ和9Ｎ６.力偶在()的坐標(biāo)軸上的投影之和為零。Ａ.任意

Ｂ.正交

Ｃ.與力垂直

Ｄ.與力平行７.駕駛?cè)瞬倏仄囍饕泄?jié)氣門和離合器踏板、駐車制動(dòng)和變速器操縱桿、轉(zhuǎn)向盤等三種形式，這里力學(xué)概念依次是()的作用。Ａ.力矩、力偶和力矩

Ｂ.力矩、力矩和力偶Ｃ.力偶矩、力矩和力偶

Ｄ.力矩、力偶和力偶矩８.()并非力的三要素之一。Ａ.力的大小

Ｂ.力的方向

Ｃ.力的作用點(diǎn)

Ｄ.力的作用線6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力三、計(jì)算題1.如下圖所示，固定在墻壁上的圓環(huán)受3條繩索的拉力作用，力Ｆ1沿水平方向，力Ｆ3沿鉛直方向，力Ｆ2與水平線呈40°角。３個(gè)力的大小分別為Ｆ1=2000Ｎ，Ｆ2＝2500Ｎ，Ｆ3＝,1500Ｎ，求３個(gè)力的合力。２.在圖示剛架的點(diǎn)Ｂ作用一水平力Ｆ，剛架重量略去不計(jì)，求支座Ａ、Ｄ的約束力ＦＡ和ＦＤ。6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力三、計(jì)算題３.如下圖所示，剛架上作用力Ｆ，試分別計(jì)算力Ｆ對(duì)點(diǎn)Ａ和Ｂ的力矩。４.如下圖所示結(jié)構(gòu)中，各構(gòu)件的自重不計(jì)。在構(gòu)件ＡＢ上作用一力偶矩為Ｍ的力偶，求支座Ａ和Ｃ的約束力。6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)1分析與簡(jiǎn)單計(jì)算構(gòu)件平面受力三、計(jì)算題５.無(wú)重水平梁的支撐和載荷如圖ａ)、圖ｂ)所示。已知力Ｆ、力偶矩為Ｍ的力偶和強(qiáng)度為ｑ的均勻載荷。求支座Ａ和Ｂ的約束力。６.如下圖所示，梯子AB靠在墻上，其重力為Ｐ＝200Ｎ。梯長(zhǎng)為ｌ，并與水平面交角θ＝60°。已知接觸面間的靜摩擦因數(shù)均為0.25，今有一重力為650Ｎ的人沿梯向上爬，問人所能達(dá)到的最高點(diǎn)Ｃ到點(diǎn)Ａ的距離ｓ應(yīng)為多少?學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率汽車行駛過程中，駕駛?cè)烁鶕?jù)道路情況，不斷地改變車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以適應(yīng)道路狀況的變化。汽車上的車輪、飛輪、皮帶輪、齒輪等零部件的運(yùn)動(dòng)都是圍繞一條固定不動(dòng)的直線轉(zhuǎn)動(dòng)，分別計(jì)算轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率等。1.任務(wù)描述學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率2.任務(wù)目標(biāo)１.能簡(jiǎn)述剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的概念。２.能描述剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、線速度、角速度、轉(zhuǎn)矩的基本概念。３.能計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、線速度、角速度、轉(zhuǎn)矩。４.能自覺弘揚(yáng)勞動(dòng)精神、奮斗精神、奉獻(xiàn)精神。??學(xué)時(shí):2學(xué)時(shí)3.知識(shí)準(zhǔn)備一、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的概念汽車上的飛輪、皮帶輪、齒輪及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等零部件的運(yùn)動(dòng)都具有一個(gè)特點(diǎn)，就是在運(yùn)動(dòng)過程中，零部件都繞其體內(nèi)的一條固定不動(dòng)的直線做圓周運(yùn)動(dòng)。具有這種特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，稱為剛體繞固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)動(dòng)。學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率3.知識(shí)準(zhǔn)備二、角速度和線速度1.角速度物體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢常用角速度來(lái)衡量。一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，其上的點(diǎn)α在

t

內(nèi)繞軸

O

轉(zhuǎn)動(dòng)到點(diǎn)α

’，如圖2-30所示，設(shè)轉(zhuǎn)過的角度為φ。轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與所用時(shí)間的比值，成為角速度，即單位時(shí)間內(nèi)物體所轉(zhuǎn)過的角度，常用ω表示：角速度的單位為弧度/秒（rad/s），1rad等于弧長(zhǎng)與半徑相等的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角，每一圈為360°，亦即2π

rad。由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，物體旋轉(zhuǎn)一圈為轉(zhuǎn)過2π

rad。工程上習(xí)慣用每分鐘的轉(zhuǎn)速來(lái)表示物體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢程度，即轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速用字母

n

表示，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。轉(zhuǎn)速與角速度的關(guān)系為學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率圖2-30

角速度計(jì)算3.知識(shí)準(zhǔn)備二、角速度和線速度2.線速度設(shè)傳輸帶帶輪的轉(zhuǎn)速為ω，傳輸?shù)乃俣?/p>

v

就是指線速度，用來(lái)表示單位時(shí)間內(nèi)物體的位移。式中：s——位移，m；

t——時(shí)間，s；

v——線速度，m/s。如果轉(zhuǎn)動(dòng)物體上某點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為

r，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為φ，則通過的路程

s

=

φr。由式上式可知，繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體上任一點(diǎn)的線速度，等于角速度

ω

與該點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸距離

r

的乘積，其方向沿圓周的切線并與剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的方向一致。學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率3.知識(shí)準(zhǔn)備三、功率、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的計(jì)算力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功，稱為功率，用

P

來(lái)表示。功率等于力在運(yùn)動(dòng)方向（即速度方向）上的大小與速度的乘積，即：式中：F

——力在運(yùn)動(dòng)方向上的大小，N；

v

——物體的運(yùn)動(dòng)速度，m/s。

工程上，功率的常用單位是kW，轉(zhuǎn)矩與功率和轉(zhuǎn)速可表示為：式中：M

0——轉(zhuǎn)矩，N·m；

P

——功率，kW；

n

——轉(zhuǎn)速，r/min。由上式可知，轉(zhuǎn)矩與功率成正比，與轉(zhuǎn)速成反比。如駕駛汽車爬坡時(shí)，通常降低轉(zhuǎn)速來(lái)增大轉(zhuǎn)矩的方式，能夠提高爬坡能力。學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率4.任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率1.組織方式（1）場(chǎng)地設(shè)施：智慧教室。（2）工具：紙、筆、工作頁(yè)。（3）實(shí)施方式：將學(xué)生6~8人分為一組進(jìn)行分組討論。每組派出代表進(jìn)行匯報(bào)，教師指導(dǎo)點(diǎn)評(píng)。2.操作要求（1）指導(dǎo)老師嚴(yán)格限制討論時(shí)間，小組分工要明確。（2）分析和表述問題邏輯清晰。（3）遵守秩序，注意安全。4.任務(wù)實(shí)施二、操作步驟學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P

=100kW，當(dāng)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n

=1200r/min時(shí)，其輸出的轉(zhuǎn)矩為多少？當(dāng)轉(zhuǎn)速n

=600r/min，傳動(dòng)軸輸出的轉(zhuǎn)矩又是多少？（2）在相同轉(zhuǎn)速下，不同轉(zhuǎn)動(dòng)半徑對(duì)線速度有什么影響。（3）用轉(zhuǎn)矩與功率、轉(zhuǎn)速的關(guān)系，分析駕駛汽車提高爬坡能力。4.任務(wù)實(shí)施三、任務(wù)測(cè)評(píng)學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率任務(wù)測(cè)評(píng)表見表２-２5.任務(wù)小結(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率（1）在運(yùn)動(dòng)過程中，零部件都繞其體內(nèi)的一條固定不動(dòng)的直線作圓周運(yùn)動(dòng)。具有這種特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，稱為剛體繞固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）物體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢常用角速度來(lái)衡量。（3）速度

v

是指線速度，用來(lái)表示單位時(shí)間內(nèi)物體的位移。（4）力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功，稱為功率。（5）工程上習(xí)慣用每分鐘的轉(zhuǎn)速來(lái)表示物體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢程度，即轉(zhuǎn)速n。6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率一、判斷題１.汽車變速器齒輪、發(fā)電機(jī)帶輪和轉(zhuǎn)子等，工作時(shí)都是定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。()２.因?yàn)檐囕嗈D(zhuǎn)得越快、車速就越快，所以車輛速度和車輪轉(zhuǎn)速就是一個(gè)概念。()３.靜平衡對(duì)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體是必須做到的，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、飛輪等。()４.重力、摩擦力或它們的合力，都可作為物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，沒有單獨(dú)向心力(

)５.勻速圓周運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗俣仁冀K不變，故可簡(jiǎn)稱做勻速運(yùn)動(dòng)。()６.物體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢常用速度來(lái)衡量。()７.力在單位時(shí)間內(nèi)做的功，稱為功率。()８.轉(zhuǎn)速ｎ與角速度ω的關(guān)系為ω＝πｎ/30；ω的單位rad/s；ｎ的單位是ｒ/min。()6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率二、選擇題１.汽車轉(zhuǎn)彎通常要減速緩行，主要是因?yàn)?)。Ａ.在彎道，視線必被限制

Ｂ.在彎道，路面附著因數(shù)太大Ｃ.車速快，車輛的離心力也大

Ｄ.車速快，路面提供的向心力不夠大２.柴油機(jī)離心調(diào)速器的工作原理是利用飛球的()。Ａ.離心力

Ｂ.自身旋轉(zhuǎn)

Ｃ.線速度

Ｄ.重力３.漂移是一項(xiàng)汽車運(yùn)動(dòng)，發(fā)生漂移時(shí)，車輪角速度與車輛線速度的關(guān)系是()。Ａ.車輪角速度與車輛線速度成正比

Ｂ.車輪角速度與車輛線速度成反比Ｃ.車輪角速度與車輛線速度無(wú)規(guī)律

Ｄ.車輪角速度與車輛線速度正相等４.為了減少汽車通過時(shí)對(duì)橋的壓力，通常橋梁采用()。Ａ.水平路面

Ｂ.橫坡路面

Ｃ.凸形路面

Ｄ.凹形路面6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率二、選擇題５.汽車輪胎更換后對(duì)車輪總成應(yīng)進(jìn)行()。Ａ.靜平衡

Ｂ.動(dòng)平衡

Ｃ.穩(wěn)定平衡

Ｄ.隨遇平衡６.在力的作用下絕對(duì)不發(fā)生變形的物體稱為()。Ａ.液體

Ｂ.剛體

Ｃ.固體

Ｄ.硬物７.一般來(lái)說，物體受到的力可分為兩類，即()。Ａ.主動(dòng)力和被動(dòng)力

Ｂ.重力和慣性力Ｃ.主動(dòng)力和約束反力

Ｄ.約束力和約束反力８.合力()分力。Ａ.大于

Ｂ.等于

Ｃ.小于

Ｄ.不一定大于6.習(xí)題學(xué)習(xí)任務(wù)2計(jì)算剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率三、簡(jiǎn)答與計(jì)算題１.簡(jiǎn)述剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的概念。２.簡(jiǎn)述角速度和線速度的概念。３.簡(jiǎn)述某汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為84kW，行駛在水平路面上受到的阻力是2.1kN，求汽車在發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率下勻速行駛的速度。在同樣阻力下，如果行駛速度只有54km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的實(shí)際功率是多少?４.簡(jiǎn)述利用皮帶傳動(dòng)，用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一個(gè)真空泵。電動(dòng)機(jī)上裝一半徑為0.1ｍ的輪子，真空泵上裝一半徑為,0.28ｍ的輪子。如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400r/min，則真空泵上的輪子的邊緣上一點(diǎn)的線速度是多少?真空泵的轉(zhuǎn)速是多少?５.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率Ｐ＝120ｋＷ，當(dāng)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速

n

＝1400r/min時(shí)，其輸出的轉(zhuǎn)矩為多果輸出轉(zhuǎn)矩要達(dá)到955Ｎ?ｍ，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是多少?學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型汽車構(gòu)件之間的連接，很多采用了如銷釘、鍵、螺栓、鉚釘?shù)冗B接；仔細(xì)觀察汽車底盤的大梁，其截面的是如何放置的。在外力作用下，構(gòu)件是能否正常工作，變形過大是否會(huì)影響構(gòu)件的工作精度。1.任務(wù)描述2.任務(wù)目標(biāo)（1）能分析構(gòu)件變形的基本類型。（2）能描述構(gòu)件變形的主要原因。（3）能完成各種變形條件下，構(gòu)件內(nèi)力、應(yīng)力等計(jì)算。（4）能自覺弘揚(yáng)勞動(dòng)精神、奮斗精神、奉獻(xiàn)精神。??學(xué)時(shí):12學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形1.強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性的概念機(jī)械零件受力后會(huì)發(fā)生一定程度的變形。零件變形過大時(shí)，會(huì)喪失工作精度，引起噪聲，降低使用壽命，甚至發(fā)生破壞。為了保證機(jī)器安全可靠地工作，要求每一構(gòu)件在外力作用下，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，足夠的剛度，足夠的穩(wěn)定性。（1）強(qiáng)度：抵抗破壞的能力。（2）剛度：抵抗變形的能力。（3）穩(wěn)定性：保持平衡的能力。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形2.變形工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的每一構(gòu)件均承受一定的外力。在外力的作用下，其尺寸及形狀總會(huì)有不同程度的改變，這種改變一般稱為變形。變形分為兩類，彈性變形和塑性變形。外力作用下構(gòu)件產(chǎn)生變形，隨外力去除而能消失的變形稱為彈性變形，外力去除后構(gòu)件無(wú)法恢復(fù)原樣的變形稱為塑性變形。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)外力不超過某一限度時(shí)，出現(xiàn)彈性變形。若外力超過某一限度，即使外力去除后，構(gòu)件的形狀和尺寸也不能完全恢復(fù)原狀，即產(chǎn)生塑性變形。構(gòu)件在外力的作用下，不僅使構(gòu)件產(chǎn)生變形，而且隨著外力的增大，達(dá)到一定值時(shí)，構(gòu)件將被破壞。為保證機(jī)械或工程構(gòu)件的正常工作，應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求。構(gòu)件的幾何形狀大致歸為四類，即桿、板、殼、塊，材料力學(xué)的主要研究對(duì)象是桿件。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形2.變形桿件在不同形式外力作用下會(huì)產(chǎn)生不同形式變形。外力形式有拉（壓）載荷、剪切載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、彎曲載荷或上述幾種組合，相應(yīng)也產(chǎn)生拉伸（壓縮）變形、剪切和擠壓變形、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形或上述幾種組合變形，如圖2-31所示。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型圖2-31

桿件的基本變形形式3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形3.軸力、軸力圖對(duì)于所研究的構(gòu)件，其它構(gòu)件或物體作用于其上的力均為外力。構(gòu)件在外力作用下產(chǎn)生變形，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力發(fā)生變化，因外力作用而引起的構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力的變化量，稱為內(nèi)力（又稱為軸力）。在一定限度內(nèi)，軸力隨外力的增大而增加，若軸力超過了限度，則構(gòu)件將被破壞。在材料力學(xué)中一般應(yīng)用截面法來(lái)分析內(nèi)力，如圖2-32所示。（1）截面法求桿件的內(nèi)力如圖2-32a）所示的拉桿，為了分析和計(jì)算其軸力，確定任一截面m–m上的軸力，假設(shè)沿該截面將桿一截為兩段，任意取一段分析其軸力（圖2-32為棄右段分析左段，左段仍是平衡），所以在截面m–m上有一個(gè)連續(xù)分布軸力的合力FN作用，如圖2-31b）所示，該合力（軸力）FN是右段桿件對(duì)左段的作用力，由靜力平衡條件可得“FN=F”。反之取右段來(lái)研究可得相同結(jié)果，如圖2-31c）所示。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型圖2-32

截面法求拉桿的內(nèi)力3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形3.軸力、軸力圖（1）截面法求桿件的內(nèi)力由上述可得出結(jié)論，拉壓桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)，橫截面上的軸力F

N是一個(gè)沿桿件軸線的力。因軸力可以是受拉也可以是受壓，規(guī)定受拉的軸力為“+”，受壓的軸力為“–”。在確定了拉壓桿的內(nèi)力后，還不能判斷桿件的強(qiáng)度是否足夠。如有兩根材料相同但直徑不同的拉桿，在同樣拉力的作用下，它們的內(nèi)力相同，但當(dāng)拉力逐漸增大時(shí)，應(yīng)該是細(xì)桿先被拉斷。說明桿件的強(qiáng)度不僅與內(nèi)力大小有關(guān)，還與截面的面積有關(guān)。橫截面積?。?xì)的桿件）的桿件，單位面積上的內(nèi)力就大，反之橫截面積大（粗的桿件）的桿件，單位面積上的內(nèi)力就小，這就引進(jìn)應(yīng)力的概念，單位面積上內(nèi)力大小。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形3.軸力、軸力圖（2）直桿軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力材料在單位橫面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用“σ”表示。式中：F

N——拉壓桿橫截面上的軸力，N；

A——拉壓桿的橫截面面積，mm2；

σ——應(yīng)力，MPa。（或F

N的單位N，A的單位m2，則應(yīng)力

σ

單位為Pa，1MPa=106Pa）應(yīng)力也有正負(fù)，拉應(yīng)力為“+”，壓應(yīng)力為“–”?！纠?-5】如圖2-32a）所示，在直桿中段正中銑一槽，直桿受軸向載荷F

=15kN的作用，已知h=25mm，h

0=10mm，b

=15mm，試求直桿內(nèi)的最大正應(yīng)力。解：①用截面法求直桿內(nèi)力（軸力）。由截面法可知，截面1–1、截面2–2處的軸力相同：F

N1=F

N2=–

F

=–15kN學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形3.軸力、軸力圖（2）直桿軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力②求直桿內(nèi)的最大正應(yīng)力。分析：整個(gè)桿件上軸力相同，最大正應(yīng)力發(fā)生在面積較小的橫截面上，即圖中銑槽部分的橫截面上，如圖2-32b）所示2–2剖面，所以：負(fù)號(hào)表示最大應(yīng)力為壓應(yīng)力。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型圖2-33

計(jì)算直桿內(nèi)力3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形4.軸向拉壓桿的變形、胡克定律由實(shí)驗(yàn)得出：在比例極限內(nèi)（在彈性變形范圍內(nèi)）正應(yīng)力

σ

與正應(yīng)變

ε

成正比，即：σ

∝

ε，引進(jìn)比例系數(shù)E（各種材料的E查機(jī)械手冊(cè)），即上式稱為胡克定律，式中E

稱為材料的彈性模量，量綱與

σ

相同。實(shí)驗(yàn)還指出：在彈性變形范圍內(nèi)，桿的絕對(duì)變形量Δl

與軸力F

、桿長(zhǎng)l

成正比，與桿的橫截面面積A、材料的彈性模量

E

成反比。所以胡克定律另一表達(dá)方式為：

學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形5.拉壓桿的強(qiáng)度計(jì)算（1）許用應(yīng)力和安全系數(shù)由拉伸試驗(yàn)知道，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服極限σs

時(shí)，會(huì)引起明顯的塑性變形，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限σb

時(shí)，會(huì)引起斷裂。顯然，構(gòu)件在工作時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形或斷裂都是不允許的，所以σs

和σb

都稱為材料的極限應(yīng)力；對(duì)塑性材料而言，因σs

<σb

，通常以屈服極限σs

為極限應(yīng)力，對(duì)脆性材料，因沒有屈服階段，故以強(qiáng)度極限σb作為極限應(yīng)力。為了保證構(gòu)件能安全可靠地工作，應(yīng)該使其工作應(yīng)力（即構(gòu)件工作時(shí)由載荷引起的應(yīng)力）低于材料的極限應(yīng)力。又因?yàn)闃?gòu)件工作時(shí)的載荷難以準(zhǔn)確估計(jì)，材料也不像假設(shè)的那樣絕對(duì)均勻，并且構(gòu)件在工作時(shí)可能遇到超載或其它未能估計(jì)到的不利工作條件，所以要求構(gòu)件有一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備，留有充分余地，以保證其正常工作。一般是將極限應(yīng)力除以大于1的系數(shù)n

，作為構(gòu)件工作時(shí)允許的最大應(yīng)力，這個(gè)允許的最大應(yīng)力稱為許用應(yīng)力，用[σ]表示，而

n

稱為安全系數(shù)。對(duì)塑性材料[

σ

]=σs

/ns對(duì)脆性材料[

σ

]=σb/nb學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備一、軸向拉伸或壓縮變形5.拉壓桿的強(qiáng)度計(jì)算（1）許用應(yīng)力和安全系數(shù)還應(yīng)注意，脆性材料在拉伸與壓縮時(shí)許用應(yīng)力是不同的。在上述的許用應(yīng)力[

σ

]中，所有材料的屈服極限σs

或強(qiáng)度極限σb

的數(shù)據(jù)都是由國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)通過實(shí)驗(yàn)獲得，我們可以通過查閱有關(guān)手冊(cè)得到。但安全系數(shù)取得過小，則構(gòu)件強(qiáng)度儲(chǔ)備不足，構(gòu)件工作時(shí)安全可靠度低；若安全系數(shù)取得過大，構(gòu)件工作時(shí)安全可靠了，但設(shè)計(jì)的機(jī)器或構(gòu)件尺寸過大，結(jié)構(gòu)粗笨，浪費(fèi)材料。所以安全系數(shù)取值，要考慮較多因素，如構(gòu)件工作條件、載荷和應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確程度、材料的均勻性、制造工藝等。一般從有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)查閱，取ns=1.5~2.0，nb=2.5~3.0.學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備二、剪切與擠壓的分析1.剪切如圖2-34的實(shí)例。當(dāng)拉力

F

增加時(shí)，可能被切斷。其受力特點(diǎn)是：螺栓受到一對(duì)大小相等、方向相反、作用線平行且相距很近的外力作用。其變形特點(diǎn)是：螺栓沿兩個(gè)力作用線之間的截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，這種變形稱為剪切變形。發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的面稱為剪切面。剪切面上與截面相切的內(nèi)力稱為剪力，用FS

表示。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型圖2-34

剪切實(shí)例3.知識(shí)準(zhǔn)備二、剪切與擠壓的分析2.剪切的實(shí)用計(jì)算由于連接件發(fā)生剪切而使剪切面上產(chǎn)生了切應(yīng)力τ

，切應(yīng)力在剪切面上的分布情況一般比較復(fù)雜，工程中為便于計(jì)算，通常認(rèn)為切應(yīng)力在剪切面上是均勻分布的。由此得切應(yīng)力

τ

的計(jì)算公式為：式中：F——剪切面上的剪力，N；

A——剪切面面積，mm2；

τ——切應(yīng)力，MPa。為保證連接件工作時(shí)安全可靠，要求切應(yīng)力不超過材料的許用切應(yīng)力。由此得剪切的強(qiáng)度條件為：式中：[

τ

]——材料的許用切應(yīng)力。常用材料的許用切應(yīng)力可從有關(guān)手冊(cè)中查得。同拉壓應(yīng)力計(jì)算一樣，也有三種應(yīng)用。（1）強(qiáng)度校核：（2）計(jì)算許可載荷：（3）設(shè)計(jì)截面尺寸：學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型3.知識(shí)準(zhǔn)備二、剪切與擠壓的分析3.擠壓的實(shí)用計(jì)算如圖2-35所示，連接件在發(fā)生剪切變形的同時(shí)，它在傳遞力的接觸面上也會(huì)受到較大的壓力作用，接觸面處會(huì)產(chǎn)生局部顯著的塑性變形，鉚釘孔被壓成長(zhǎng)圓孔。這種現(xiàn)象稱為擠壓。由擠壓力引起的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力，用σjy表示。在擠壓面上擠壓應(yīng)力分布相當(dāng)復(fù)雜，工程中也通常認(rèn)為擠壓應(yīng)力在計(jì)算擠壓面上近似均勻分布。由此得擠壓應(yīng)力σjy的計(jì)算公式為：式中，F(xiàn)

jy——擠壓面上的擠壓力，N；

Ajy——計(jì)算擠壓面積，mm2；

σjy——擠壓應(yīng)，MPa。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型圖2-35

擠壓實(shí)例3.知識(shí)準(zhǔn)備二、剪切與擠壓的分析3.擠壓的實(shí)用計(jì)算當(dāng)擠壓面為平面時(shí)，計(jì)算擠壓面積即為實(shí)際擠壓面面積；當(dāng)擠壓面為圓柱面時(shí)，計(jì)算擠壓面積等于圓柱面的正投影面積，如圖2-36所示。為保證連接件具有足夠的擠壓強(qiáng)度而正常工作，其強(qiáng)度條件為：同拉壓應(yīng)力計(jì)算一樣,也有三種應(yīng)用：(１)強(qiáng)度校核；(２)計(jì)算許可載荷；(３)設(shè)計(jì)截面尺寸。

學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基本類型圖2-35

圓柱面擠壓面3.知識(shí)準(zhǔn)備三、圓軸扭轉(zhuǎn)的分析1.扭轉(zhuǎn)的概念橡觀察與了解汽車傳動(dòng)軸的受力特點(diǎn)，在軸的兩端受一對(duì)大小相等、方向相反、作用面垂直于軸線的兩力偶作用。如圖2-37所示。其變形特點(diǎn)是，桿件的軸線保持不變，各橫截面繞軸線產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種變形稱為扭轉(zhuǎn)變形。在實(shí)際工作中，受扭轉(zhuǎn)作用的構(gòu)件很多，工程上將承受扭轉(zhuǎn)的桿件通常稱為軸。2.圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的外力偶矩計(jì)算在工程上，作用于軸上的外力偶矩，除了用力×力臂表示，在給出軸所傳遞的功率

P

和軸的轉(zhuǎn)速n，也可求得軸上的外力偶矩。功率P

、轉(zhuǎn)速n

和外力偶矩M之間的關(guān)系用下式表示：式中：P

——功率，kW；

n

——轉(zhuǎn)速，r/min；

M

——外力偶矩，N·m。學(xué)習(xí)任務(wù)3分析構(gòu)件變形的基