03 第3章 汽车机械常用零件的受力分析.pptx

第1页：课前复习与学习任务

课前复习与学习任务

• 复习零件的热处理新课任务一一、力1．力的定义2．力的效应3．力在座标轴上的投影4．力的重要定理二、力矩1．力矩的定义2．合力矩定理3．力矩的计算举例三、力偶１．力偶的概念２．力偶的效应3．力偶的基本性质任务二常用约束类型一、几个重要概念1．自由体2．非自由体3．主动载荷4．约束5．约束反力

第2页：第3章内容目录

第3章内容目录

• 第3章汽车机械常用零件的受力分析
• 1载荷类型
• 2常用约束类型
• 3受力图
• 4平面力系分析计算
• 5平面任意力系平衡方程及应用
• 6摩擦与机械效率

第3页：载荷与力的效应

载荷与力的效应

• 第3章汽车机械常用零件的受力分析3.1载荷类型
• 力
• 力的定义
• 力的效应
• 1）力的外效应（运动效应）
• 2）力的内效应（变形效应）

第4页：力在坐标轴上的投影

力在坐标轴上的投影

• 力在座标轴上的投影
• 1）单个力的投影力的投影动画

第5页：二力平衡定理

二力平衡定理

• 力的重要定理
• 1）二力平衡定理
• 物体受两力作用平衡的充要条件是：这两个力必须等值、反向、共线。

第6页：力的可传性原理

力的可传性原理

• 2）力的可传性原理
• 力可以沿其作用线滑移至刚体上的任意点，不改变原力对该刚体的作用效应。力的可传性原理应用

第7页：合力投影定理

合力投影定理

• 3）合力投影定理
• 合力在某轴上的投影，等于各个分力在同一轴上投影的代数和。合力的大小合力的方向α表示合力FR与x轴所夹的锐角

第8页：力矩的定义

力矩的定义

• 力矩
• 力矩的定义
• 力矩是力使物体绕某一点转动效应的度量。正负号规定，力使物体绕转动中心点逆时针转动为正；顺时针转动为负。

第9页：合力矩定理

合力矩定理

• 合力矩定理
• 合力对某一点之矩等于各分力对同一点之矩的代数和。Mo(FR)=Mo(F1)+Mo(F2)+...Mo(Fn)=∑Mo(F)

第10页：扳手力矩计算例题

扳手力矩计算例题

• 例1如图所示，数值相同的三个力按照不同的方式施加在同一扳手的A端。若F＝200N,试求图示三种情况下力F对O点的力矩。图(a)N·m图(b)N·m图(c)N·m

第11页：力偶的概念

力偶的概念

• 力偶
• 力偶的概念
• 力偶是大小相等、方向相反、作用线相互平行的一对力。常用(F、Fˊ)表示。

第12页：力偶的效应与力偶矩

力偶的效应与力偶矩

• 力偶的效应
• 力偶对物体只起转动效果。
• 转动效果用力偶矩M表示。力偶矩的正负号规定：力偶使物体产生逆时针转向的力偶矩取正号（＋）；力偶使物体产生顺时针转向的力偶矩取负号（－）。

第13页：力偶的基本性质

力偶的基本性质

• 力偶的基本性质
• １）力偶无合力，力偶在任一个座标轴上的投影恒等于零。
• ２）力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，与矩心的位置无关。
• 3）力偶的等效性，只要保证力偶的大小、转向、作用面三要素相同，两力偶的作用效果就相同，这样的力偶称为等效力偶。

第14页：载荷类型小结

载荷类型小结

• 小结
• 1力
• 2力矩
• 3力偶

第15页：常用约束类型

常用约束类型

• 2常用约束类型
• 几个重要概念
• 自由体
• 非自由体
• 主动载荷
• 约束
• 约束反力
• 工程中常见的约束类型
• 柔性体
• 光滑接触面
• 圆柱型铰链
• 1）中间铰链
• 2）固定铰支座
• 3）活动铰支座
• 二力杆约束
• 固定端约束

第16页：柔性体约束

柔性体约束

• 柔性体
• 如绳索、链条、胶带等。
• 约束反力用F表示。
• 特点是约束反力沿柔索的中心线作用，箭头方向背离物体，只能承受拉力，不能承受压力,限制物体沿柔索伸长方向的运动。

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第18页：光滑接触面约束

光滑接触面约束

• 光滑接触面
• 物体放置在光滑的地面或搁置在光滑的槽体内。约束反力用FN表示。
• 特点是光滑接触面的约束反力沿接触面的公法线，通过接触点，指向被约束物体，是压力。
• 如果是与圆弧接触则约束反力指向圆心；如果是点与平面接触，则约束反力垂直于平面。

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第20页：圆柱型铰链约束

圆柱型铰链约束

• 圆柱型铰链
• 铰链约束的构造是两个带有圆孔的物体，用光滑的圆柱型销钉相连接。1）中间铰链

第21页：固定铰支座

固定铰支座

• 2）固定铰支座

第22页：活动铰支座

活动铰支座

• 3）活动铰支座

第23页：二力杆约束

二力杆约束

• 二力杆约束
• 若杆件的自重不计，杆件中间不受其它任何力作用，杆件的两端均用铰链与周围的其它物体相连接，这样的杆称为二力杆。
• 二力杆杆件可以是直杆，也可以是曲杆。认识以上四种约束状态动画

第24页：固定端约束

固定端约束

• 固定端约束
• 固定端约束限制了物体沿约束接触处任何方向的移动和转动。约束反力有3个，用一对正交的力Fx、Fy和一个力偶M来表达。
• 约束的构造是把杆件的端部与周围物体进行刚性连接。两连接物体不能绕连接点有任何的相对转动。

第25页：受力图与绘制步骤

受力图与绘制步骤

• 3受力图
• 受力图是把机构中所研究的非自由体解除全部约束，将它所受的全部主动力和约束反力画在其上的图。
• 画受力图的步骤
• 确定研究对象，并单独画出
• 在研究对象上带上主动力
• 根据约束类型画出全部的约束反力

第26页：

第27页：

第28页：平面力系分类

平面力系分类

• 4平面力系分析计算
• 平面力系分类
• 如果作用在物体上的所有力(包括力偶)均作用于同一平面内，这样的力系称为平面力系。

第29页：平面汇交力系

平面汇交力系

若所有力的作用线都汇交于一点，这类力系

平面汇交力系。

• 平面汇交力系

第30页：平面平行力系

平面平行力系

若所有的力的作用线均相互平行，这类力系

平面平行力系。

• 平面平行力系

第31页：平面力偶系

平面力偶系

• 平面力偶系
• 平面力系仅由力偶组成。

第32页：平面任意力系

平面任意力系

• 平面任意力系
• 若力系中的力既不一定平行，又不汇交于一点，这类力系称为平面任意力系。

第33页：力的平移定理

力的平移定理

• 平面任意力系的简化
• 力的平移定理
• 作用在刚体平面上的力F可以等效的平移到刚体上的任一点，但必须附加一个力偶矩M，其力偶矩的大小等于原力对该点之矩。

第34页：力系的简化与主矢主矩

力系的简化与主矢主矩

• 力系的简化3．简化结果平面汇交力系与平面力偶系分别合成，平面汇交力系合成为一个合力叫主矢。平面力偶系合成为一个合力偶叫主矩。

第35页：主矢与主矩的简化中心关系

主矢与主矩的简化中心关系

• 主矢与简化中心的位置有关主矩与简化中心的位置无关大小方向

第36页：平面任意力系的平衡方程

平面任意力系的平衡方程

• 5平面任意力系平衡方程及应用一、平面任意力系的平衡方程1．平衡条件平面任意力系平衡的必要和充分条件是：力系的主矢和对任一点的主矩分别等于零。FRˊ＝∑F =０MO＝∑M0(F)=０2．平衡方程式ΣFx＝0ΣFy＝0ΣＭO（Ｆ）＝0力系中各力在两个任意选取的直角坐标轴上的投影的代数和分别为零；并且各力对任意点的力矩的代数和也为零。平面任意力系可以求解三个未知力。

第37页：平衡方程解题步骤

平衡方程解题步骤

• 解题步骤和方法
• 确定研究对象，画受力图。
• 选择受力图上方向相同的各力的作用方向作为坐标轴的方向，设两个以上未知力的交点作为矩心，运用平衡方程列平衡方程。
• 解平衡方程，求出未知约束反力的大小，若解出结果为正，表明该力的受力方向与假定的受力方向相同；若解出结果为负，表明该力的受力方向与假定的受力方向相反。

第38页：悬臂梁约束反力例题

悬臂梁约束反力例题

• 例1如图所示悬臂梁，已知梁长L＝2m，所受载荷F=100N,求固定端A处的约束反力。解：受力分析1）取梁AB为研究对象2）画出AB梁的受力图3）在受力图上建立直角坐标系Axy4）运用平衡方程列出平衡方程∑Fx=0 FAX－Fcos30˚＝0∑Fy=0 FAy－Fsin30˚＝0∑MA(F)=0 MA－FLsin30˚＝05)解平衡方程FAx=86.6 NFAy=50 NMA=100 Nm

第39页：定滑轮起重装置例题

定滑轮起重装置例题

• 例2如图所示汽车维修用的定滑轮起重装置，已知定滑轮一端悬挂一物重G＝500N，另一端施加一倾斜角为30°的拉力FT，使物体A匀速上升，求定滑轮支座O处的约束力。解：1）取定滑轮为研究对象2）画出滑轮的受力图3）建立直角坐标系Oxy4）列出平衡方程∑Fx=0FOx－FTcos30˚＝0∑Fy=0FOy－FTsin30˚－G＝0其中，因不考虑摩擦有：FT=G=500NFoy=250N Fox=433N

第40页：联轴器螺栓受力例题

联轴器螺栓受力例题

• 例3联轴器由两个法兰盘和连接两者的四个螺栓组成。四根螺栓均匀分布在直径为400mm的同一圆周上。已知力偶矩M=2.5kNm，设每根螺栓的材料和直径均相同，所承受的力的大小也相等，试求每个螺栓所承受的力。解: 1）研究对象法兰盘2）画受力图4根螺栓的约束力F1=F2=F3=F43）运用平衡方程列方程F1=F2=F3=F4=3.125kN

第41页：回转式悬臂吊车例题

回转式悬臂吊车例题

• 例4拆装汽车发动机的回转式悬臂吊车如图所示，横梁AB长L=2.5m，拉杆CD倾斜角度α=30˚，自重G1=0.5kN，电动葫芦连同重物共重G2=1.5kN，当电动葫芦在图示位置平衡时，a=2m，不计接触处摩擦和自重，试求拉杆的拉力和铰链A的约束反力。解：1）选取横梁AB为研究对象2）画出横梁AB梁的受力图3）建立直角坐标系Axy4）列出平衡方程∑Fx=0 FAX－FBCcosα＝0∑Fy=0 FAy－G1－G2＋FBCsinα＝0∑MA(F)=0 FBCLsinα－G1L/2－G2a＝0∑Fx=0 FAX－FBCcos30°＝0∑Fy=0 FAy－0.5－1.5＋FBCsin30°＝0∑MA(F)=0FBC×2.5×sin30°－0.5×1.25－1.5×2＝0FBC=2.9kN（拉力）FAX=2.51kN FAy=0.55kN

第42页：夹紧机构受力例题

夹紧机构受力例题

• 例5如图所示夹紧加工汽车零件的夹紧机构，已知：作用的水平力F=300Ｎ，杆OA＝0.2ｍ，杆AB＝0.4ｍ。求当杆OA与铅垂线OB的夹角α=30°，作用的水平力F=300Ｎ，时，夹头作用于物体Ｍ的压力。解：分别取销子A和夹头B为研究对象1）销子Ａ，单独画出，受力分析，画出受力图运用平衡方程列方程：

第43页：夹紧机构夹头受力分析

夹紧机构夹头受力分析

• 2）夹头，单独画出，受力分析，画出受力图运用平衡方程列方程：解得

第44页：曲柄滑块机构练习题

曲柄滑块机构练习题

• 练习题汽车发动机曲柄滑块机构。设曲柄OB在水平位置时机构平衡，已知，活塞所受爆发力为F，不计摩擦和自重。试求作用于曲柄上的力偶矩M和支座O处的约束力。解1）按照力的传递顺序画滑块、连杆、曲柄的受力图

第45页：曲柄滑块机构求解

曲柄滑块机构求解

• 2）取滑块A为研究对象，列平衡方程解得3）以曲柄OB为研究对象，列平衡方程其中解得

第46页：静滑动摩擦

静滑动摩擦

• Ffmax=fFN式中：FN——接触面间的正压力(N)；f——静滑动摩擦系数，简称摩擦系数。它与接触的两物体的材料、表面状况、温度、湿度有关，和两物体的接触面积无关。3.6摩擦与机械效率
• 滑动摩擦
• 静滑动摩擦

第47页：动滑动摩擦

动滑动摩擦

• 动滑动摩擦fˊ——为动摩擦系数，略小于静摩擦系数。一般取fˊ≈f

第48页：机械效率

机械效率

机械效率输出功率P与输入功率Pd的比值

机械效率。机械效率永远小于1。

第49页：考虑摩擦时构件的平衡

考虑摩擦时构件的平衡

• 考虑摩擦时构件的平衡问题
• 求解考虑摩擦时构件的平衡问题，其方法和步骤与求解平面问题的解题方法相同，只是在画受力图时必须考虑摩擦力，摩擦力的方向与所研究的物体相对滑动趋势(或相对运动)的方向相反。有几处摩擦，就要在原有平衡方程的基础上，增加几个补充方程，补充方程按所研究的对象处于将动未动这种临界状态考虑。ΣFx＝0ΣFy＝0ΣＭO（Ｆ）＝0Ffmax=f FN

第50页：汽车制动器例题

汽车制动器例题

• 例1图示为汽车的制动器。已知作用于鼓轮上的转矩为M，鼓轮与制动片间的静摩擦系数为f，试求维持制动器静止所需的最小力Fmin。解：1）分别取制动臂和鼓轮为研究对象2）对于鼓轮，列平衡方程

第51页：制动臂平衡方程

制动臂平衡方程

• 3）对于制动臂，列平衡方程

第52页：滑轮支架受力讨论题

滑轮支架受力讨论题

• 讨论题1如图所示，物重G=20kN，用钢丝绳经过滑轮B再缠绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A、C与墙连接。设两杆和滑轮的自重不计，并略去摩擦和滑轮的尺寸。求平衡时杆AB和BC所受的力。2）选坐标轴x、y列平衡方程3）求解未知量kNkN解1）取滑轮B为研究对象，画其受力图，请看动画

第53页：本章小结

本章小结

• 本章小结1.平面任意力系平衡方程应用求解方法平面任意力系平衡方程式平衡方程共有三个，因此运用平面任意力系平衡方程可以求解三个未知数。2.考虑构件摩擦时的平衡问题力学计算式为