平面构件静力分析和动力分析
第1章 构件的静力分析
1.2
平面汇力交系
（2）平面汇交力系合成的解析法 1）合力投影定理：力系的合力在某轴上的投影，等 于力系中各力在同一轴上投影的代数和。
光滑面约束
1.1 静力分析基础-约束
（3）约束特点：只限制物体在接触点沿接触面的公法 线方向指向约束物体的运动，而不限制物体沿接触面切线 方向的运动。 （4）约束反力的方向：通过接触点沿接触面公法线方 向并指向被约束物体。通常用FN表示。
1.1 静力分析基础-约束
案例1-1 重力为P的圆球放在木板AC与墙壁AB之间， 如图3-10所示。设板AC重力不计，试作出木板与球的受 力图。
活动铰链支座约束符号表示
约束反力的方向表示
1.1 静力分析基础-约束
4.固定端约束 （1）实例观察：外伸房屋的凉台、装卡加工用刀具的 刀架。 （2）概念：物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约 束称为固定端约束。
1.1 静力分析基础-约束
（3）约束的特点:固定端约束限制物体在约束处沿任 何方向的移动和转动。
二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？
☆ 想一想
1.1 静力分析基础-公理
案例分析
1.1 静力分析基础-约束
【案例导入】曲柄冲床是钣金生产行业中常用的生产 设备，如图,曲柄作为主动件带动冲头实现作业过程。
a ) 曲柄压力机外观结构图
b ) 曲柄压力机机构运动示意图 曲柄压力机
1.1 静力分析基础-约束
（3）构件的受力图：在分离体上画出它所受的全部主动 力和约束反力，这种表示构件受力情况的简明图形称为构 件的受力图。
1.1 静力分析基础-受力图
1.绘制受力图的一般步骤为： （1）确定研究对象，解除约束，画出研究对象的分离体 简图； （2）根据已知条件，在分离体简图上画出的全部主动力； （3）在分离体的每一约束处，根据约束的类型画出约束 反力。
平面构件的受力分析
的垂直距离d有关，用它们的乘积来度量，
称为力矩。
二、基本公理
公理1 二力平衡公理
作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | , 方向相反 F1 = –F2 , 作用在同一直线上。
公理2 加减平衡力系原理
在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原 力系对刚体的作用。
5、受力图上只画外力，不画内力。 一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有 可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分 内力，就成为新研究对象的外力。
6 、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相 互协调，不能相互矛盾。 对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局 部或单个物体的受力图上要与之保持一致。
FA
千牛顿(kN)
2. 力系：是指作用在物体上的一群力。 （1）平衡力系 （2）等效力系 （3）合力 （4）分力
F2 F3
A
F
3.刚体
就是在力的作用下，大小和形状都不 变的物体。
4.力矩
若某物体具有一固定支点O，受力F作用，
当力F的作用线不通过固定支点O时，则物
d
体将产生转动效应。
OLeabharlann F其转动效应与力F的大小和点O到力F作用线
P P
N
N
NB NA
3.光滑圆柱铰链约束
概念：物体经圆柱铰链联接所形成的约束，圆柱铰链是由两个 端部带圆孔的构件，用一个销轴连接而成的。
YA
A
A
XA
A
②固定铰支座
固定铰支座
滑槽与销钉 （双面约束）
二力杆
活动铰支座（辊轴支座）
建筑结构的力学分析方法
建筑结构的力学分析方法建筑结构的力学分析方法是建筑工程领域中的重要基础理论之一，它通过对结构物所受力学作用进行分析，确定结构的承载能力和稳定性，为工程设计、施工和使用提供依据。
本文将介绍一些常用的建筑结构力学分析方法，包括受力分析、应力分析和位移分析等。
一、受力分析受力分析是建筑结构力学分析的基础，它通过对结构物受力情况进行研究，确定负荷的作用点、大小和方向。
常用的受力分析方法有静力分析和动力分析。
静力分析是指建筑结构在静止状态下所受的力学作用。
通过对结构物的几何形状和受力情况进行分析，可以计算出各个构件所受的内力和外力。
静力分析常用的方法有受力平衡法和受力分解法。
受力平衡法是根据力的平衡条件，通过分析力的合成与分解，确定结构物各个部分的受力情况。
受力分解法是将外力分解为垂直和水平方向的力，通过分析结构物在不同方向上的受力情况，来求解结构的内力。
动力分析是指建筑结构在受到动力荷载作用下的力学响应。
它主要应用于地震工程和风力工程中。
动力分析的方法有模态分析和响应谱分析。
模态分析是通过对结构物的振动模态进行分析，计算出各个模态的振型、振动频率和振动模态下的内力。
响应谱分析是通过结构物在地震或风荷载作用下的响应谱进行分析，计算出结构物在频率和幅值上的响应。
二、应力分析应力分析是建筑结构力学分析的重要内容，它通过对结构物材料的强度和变形特性进行分析，确定结构的强度和稳定性。
常用的应力分析方法有材料力学和有限元分析。
材料力学是通过应力-应变关系进行分析，计算出结构物在受力下的应力和应变。
常用的应力分析方法有轴力分析、弯矩分析和剪力分析。
轴力分析是研究结构物在受到轴向力作用时的应力分布和承载能力。
弯矩分析是研究结构物在受到弯曲力作用时的应力分布和承载能力。
剪力分析是研究结构物在受到剪切力作用时的应力分布和承载能力。
有限元分析是一种数值计算方法，它将结构物分解为有限个单元，利用数值计算的方法求解结构的应力和应变。
构件的静力分析基础
任务实施
三 平面力偶系
四 平面任意力系
任务描述
如图2-46所示,水平梁受载荷 F=60 kN，均布载荷q=20 kN/m，梁的自重不计，试求A、B处的支座约束力。
二 平面汇交力系
任务描述
简易起重装置如图2-25所示， 重物用钢丝绳挂在支架的滑轮B 上，钢丝绳的另一端缠绕在铰 车C上。杆AB与杆BD铰接，并 以铰链A、D与墙连接。设重物 重力G=50 kN,两杆和滑轮的自 重不计，并忽略摩擦和滑轮的 大小，试求平衡时杆AB和杆BD 所受的力。
二 平面汇交力系
一 静力分析基础
1）力的三要素
（1） 高频感应加热
（2） 中频感应加热
（3） 工频感应加热
一 静力分析基础
3）力的单位 为了度量力的大小定计量单位即 (SI)为基础，力的单位采用牛顿，
符号为N。工程中常用千牛顿作为单位，符号 为kN，1 kN=1 000 N。
静力分析基础工 平面交汇力系 平面里偶系 平面任意力系
学习目标 1.掌握静力学的基本概念、静力学公理和推论的内 2. 3.了解力系和力偶系等相关定理，掌握力系的平衡 4.掌握零件平衡问题的求解方法。
一 静力分析基础
任务描述
如图2-1所示的三铰拱桥由左右两拱铰接而成。设各 拱自重不计，在拱AC上作用载荷P。试分别画出拱AC和 拱CB的受力图。
一、力和力系
一 静力分析基础
1.力
1）力的定义
汽车平面构件的静力分析和动力分析
公理四 作用于物体上同一点的两个力的合力也作用于该点，合 力的大小与方向是以这两个力为边所形成的平行四边形的对 角线来确定的。(如图1-10所示)
FR=F1+F2 （1-7）
即合力等于两分力的矢量和。 图1-10力的平行四边形公理
图1-11力的平行四边形公理应用实例
联接与支承零部件———主要介绍各种联接方式（键联结、螺纹联接、 坚固联接）及联接部件（联轴器、万向节、离合器、制动器）和支承零部 件（轴、滚动轴承、滑动轴承）等。
液压传动———介绍液压传动的基本原理与基本知识、主要元件、基 本回路，应用在汽车机械上典型液压系统与气压系统分析等。
第二节 本课程的学习目的和学习方法 本课程的学习目标
约束反力：约束反力通过接触点，沿接触面的公法线并 指向被约束物体显示为压力。
这种约束反力通常用N表示（如图1-12所示）。
图1-12光滑接触面约束
3. 1) 圆柱铰链简称铰接，门窗用的合页便是铰接的实例。圆 柱铰接是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中构成（如 图1-13(a)、(b)所示），且认为销钉与圆孔的表面都是完全 光滑的。圆柱铰链的简图如图1-13(c)所示。
（1-3）
规定在平面问题中，逆时针转向的力矩取正号，顺时针 转向的力矩取负号。
力矩的单位为N·m或kN·m。
图1-3扳手拧螺母
2） 从力矩的定义式（1-3）可知，力矩有以下几个性质： （1）力F对O点之矩不仅取决于F的大小，同时还与矩心 的位置即力臂d有关。 （2）力F对于任一点之矩，不因该力的作用点延其作用 线的移动而改变。 （3）力的大小等于零或力的作用线通过矩心时，力矩
图1-4力对点的矩的应用实例
解Ⅰ：按力对点的矩的定义，有
建筑力学中的各种名词解释
建筑力学中的各种名词解释引言：建筑力学是研究建筑物结构力学行为的学科，它涉及到大量的专业名词和术语。
本文将对建筑力学中的各种名词进行解释和阐述，希望能够为读者提供一些帮助和理解。
一、受力分析受力分析是建筑力学中最基础也最重要的内容之一。
在建筑结构中，力的作用可以分为静力和动力。
静力是指力的平衡状态，其大小和方向相等；动力则是力的不平衡状态，会导致结构的变形和破坏。
在受力分析中，我们常用到的名词有以下几个：1.应力（Stress）：在结构中发挥作用的力产生的内部反作用力。
它可以分为正应力、剪应力和轴心力。
2.应变（Strain）：由于外力作用而导致的结构变形程度。
应变可以分为线性应变和非线性应变。
3.弹性（Elasticity）：指结构材料的恢复能力，当外力作用消失时能够恢复到原来的形状。
4.屈服（Yield）：结构材料在受力情况下出现的可逆性变形。
超过一定应力值后，材料无法恢复原状，并被认为已经屈服。
5.失稳（Instability）：结构在受力过程中由于外力作用超过其承载能力而导致的倒塌。
二、承载力分析承载力分析是建筑力学中的关键内容之一，它主要研究结构的稳定性和承载能力。
1.静力学平衡（Static Equilibrium）：结构受力状态下各部分力的相互平衡。
2.荷载（Load）：指施加在结构上的外力，包括自重荷载、活载和地震荷载等。
3.承载能力（Bearing Capacity）：结构能够承受的最大荷载。
4.强度（Strength）：材料或者结构在承载外力作用下不发生破坏的能力。
5.变形（Deformation）：由于外力作用引起的结构形状、尺寸、位置的改变。
三、构件和构造构件和构造涉及到建筑结构中的各个部分，是结构力学中重要的概念。
1.梁（Beam）：用于承担和传递荷载的构件，其承载方式通常为弯曲。
2.柱（Column）：用于承担和传递上部结构荷载的垂直构件。
3.墙（Wall）：承担纵向、横向荷载传递作用的结构构件。
对建筑结构进行受力分析
对建筑结构进行受力分析建筑结构是建筑的骨架，承载整座建筑的重量及各种力的作用，具备很高的稳定性和可靠性。
建筑结构的设计和分析是建筑工程中的重要组成部分，它直接关系到建筑的安全、经济和实用性。
因此，对建筑结构进行受力分析是非常必要的。
建筑结构的受力分析可以分为两个阶段：静力分析和动力分析。
静力分析是指在建筑结构所受的力已知的情况下，通过静力平衡原理及力学公式计算出结构内部的应力及变形情况。
静力分析是建筑结构设计和检验中的基础，通过计算分析可以得出建筑结构的受力状况，指导设计及施工过程。
动力分析是指在建筑结构所受外力作用下，通过数学模型分析结构反应，研究结构的动力特性，如振动、应力、变形等。
动力分析主要应用于高层、大跨度、振动敏感的建筑物，如高层建筑、大桥、大型工艺场所等，动态荷载可能是地震、风、水等。
静力分析的设计思路主要是以力的平衡为基础，分析结构受力情况。
其中，受力的主要因素包括受力点、荷载、支座类型、构件截面、支撑条件等。
同时，对于不同类型的荷载有不同的计算方法，如静力荷载、动力荷载、暴雨、雪重等。
静力分析的主要流程包括：分析结构所受全部荷载以及荷载分布情况；分析结构受力状态，即利用内力图计算出构件的应力状态和变形状态；评估结构是否满足设计要求，如稳定性、安全性等。
这样，我们才能得出结论，确定施工方案和各种条件限制。
动力分析涉及到结构的振动及其引起的应力变形，其设计思路主要是通过建立合适的数学模型求解结构的振动响应。
动力分析的主要内容有：分析动力荷载的作用及其影响因素，如地震波、风荷载、汽车行驶的振动等；建立结构的数学模型，确定求解问题所需的动力荷载和结构特性；利用计算机技术，分析结构的动力响应，包括结构的振动响应、应力和变形情况。
总而言之，建筑结构的受力分析是建筑工程的关键环节。
静力分析和动力分析在不同情况下有不同的应用，都是非常重要的技术手段。
通过合理的受力分析，可以保证建筑物的安全和稳定性，同时也能够提高建筑物的经济性和可靠性。
第三章平面机构的动力分析
三角形螺纹 ∑△N△cosβ＝Q，β－牙形半角
比较可得：∑△N△cosβ＝Q＝∑△N ∑△N△＝∑△N /cosβ
引入当量摩擦系数: fv = f / cosβ 当量摩擦角: φv＝ arctg fv
可直接引用矩形螺纹的结论：
拧紧：
M
d2 2
Qtg(
v )
拧松：
M
'
d2 2
Qtg(
G
ω12 ρ
Md
ρ
O
FR21
Mf
FN21
Ff21
Ff21=fvG fv=(1～π/2)
具体轴颈其ρ为定值，故可作摩擦圆，ρ称为摩擦圆半径。
结论: 只要轴颈相对轴承运动，轴承对轴颈的总反力FR21将始终
切于摩擦圆，且与 G 大小相等，方向相反。
（2）总反力方向的确定
1）根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；
对于移动副有：∠R21V12＝(90°+φ)
例1 ：图示机构中，已知驱动力P和阻力Mr和摩擦圆
半径ρ ，画出各运动副总反力的作用线。
ω 12 A
R21 R41 Mr
B
2 ω 23 v34
1 Mr
ω 21
C3 4
R12
R32
P
R43 R23 P
90°+φ
例2 ：图示机构中，已知工作阻力Q 和摩擦圆半径ρ
a PI3=-m3 S3
3、作定轴转动的构件
对于作定轴转动的构件（如图机构中的
曲柄杆1 ），其惯性力系的简化有以下两种 情况：
n
方向：√ √ √
R φNα1 v
作图 得： F=Qtg(α+φ)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
常用机构与机械传动———主要介绍常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、 间歇机构、螺旋机构）、齿轮传动、齿轮系与减速器、带传动与链传动等。
联接与支承零部件———主要介绍各种联接方式（键联结、螺纹联接、 坚固联接）及联接部件（联轴器、万向节、离合器、制动器）和支承零部 件（轴、滚动轴承、滑动轴承）等。 液压传动———介绍液压传动的基本原理与基本知识、主要元件、基 本回路，应用在汽车机械上典型液压系统与气压系统分析等。
节 圆 切 线 间 的 夹 角 )α=20° 的 法 向 压 力 Fn=1kN 的 作 用 ， 齿 轮 节 圆 直 径 d=160mm。试求力Fn对齿轮轴心O的矩。
图1-4力对点的矩的应用实例
汽车机械基础
解Ⅰ：按力对点的矩的定义，有
一、静力学基本概念 1. 在外力作用下永不发生变形的物体称为刚体。 刚体是实际物体的理想模型。
汽车机械基础 2. 1）
力是物体之间的相互作用，这种作用对物体产生两种效
应：
⑴使物体的运动状态发生变化，称为力的外效应（运动效应）； ⑵使物体产生变形，称为力的内效应（变形效应）。 静力学以刚体为研究对象只讨论力的外效应。
和y轴上的投影分别为
Fx=Fcosα Fy=-Fsinα
（1-2）
汽车机械基础 3.力矩与力偶 1）力对点的矩（力矩）
力的外效应是使物体运动状态发生变化。这种外效应具
体有两种形式： ⑴移动效应： ⑵转动效应： 力对物体的移动效应由力本身来度量，而力对物体绕某 点转动的效应由力矩来度量。
汽车机械基础
汽车机械基础
第二节 本课程的学习目的和学习方法 本课程的学习目标
本课程的学习目标是：具备所必需的机械基 础知识和基本技能，为后续的汽车构造与修 理课程打下基础，初步形成解决实际问题的 能力。
知识教学目标
1）理解常用机构的工作原理、结构特点。 2）理解通用机械零件的结构、参数。 3）掌握基本的液压与气动基本知识。
汽车机械基础 3） 平面力系的合力对平面内任一点之矩，等于所有各分力 对同一点力矩的代数和，即 M0（R）=M0（F1）+M0（F2）+…+M0（Fn）=∑M0（F）
（1-4）
式中，R为平面力系F1、F2、…、Fn的合力。
汽车机械基础
例 1-1 如图1-4(a) 所示圆柱直齿轮的齿面受一压力角 ( 啮合力与齿轮
汽车机械基础 2） 力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点， 这三个因素称为力的三要素。 当这三个要素中有任何一个改变时，力的作用效应也将 改变。 3） 我国法定计量单位，力的单位用N或kN。 4）力的种类
汽车机械基础
4）
力系是指作用于被研究物体上的一组力。如果力系 可使物体处于平衡状态，则称该力系为平衡力系；若两 力系分别作用于同一物体而效应相同，则两者互称等效 力系；若力系与一力等效，则称此力为该力系的合力。
若力矢F在平面Oxy中，则其矢量表达式为
F Fx Fy
（1-1）
式中：Fx、Fy分别表示力F在平面直角坐标轴x，y方向上 的两个分量。
汽车机械基础 力F在坐标轴上的投影定义为：过力矢F两端向坐标轴引 垂线得垂足a、b和a′、b′，线段ab和a′b′分别为力F在x轴和y轴 上投影的大小。 投影的正负号则规定为：由起点a到终点b（或由a′到b′） 的指向与坐标轴正向相同时为正，反之为负。图中力F在x轴
汽车机械基础
本课程研究的对象
本课程研究的对象是汽车机械。
第一节 本课程研究的对象和内容
机械是机器与机构的总称。机器是用来变换或传递运动、 能量、物料和信息，能减轻或替代人类劳动的工具是人类在 长期生产实践中为满足自身生活需要而创造出来的。 汽车机械是人类重要的交通工具，汽车工业是机械工业 的重要组成部分。 图1-1所示是典型的轿车总体构造。一般汽车由发动机、 底盘、车身和电器四大部分组成。汽车是一个机械系统，通 过这四大部件实现汽车安全行驶功能，使人类以车代步。
汽车机械基础
汽车机械基础
图1-2所示为单缸内燃机构造，是由气缸体、活塞、进气阀、排 气阀、推杆、凸轮、连杆、曲柄和大小齿轮等组成。
汽车机械基础
本课程研究的内容
要对汽车有更深更全面的了解，《汽车机械基础》是汽车类各专业课 程的基础，因此本课程务求为同学们打下一个基础的平台。 平面构件的静力分析和动力——主要介绍静力学分析基础、平面力系、 旋转构件的运动分析和动力等 构件承载能力分析——主要介绍轴向拉伸与压缩、梁的弯曲、圆轴扭 转等。
汽车机械基础
第1章平面构件的静力分析和1.3 平面力系
1.4 旋转构件的运动分析和动力分析
1.5 习题课
汽车机械基础
1.1绪论
学习目的： 通过本章的学习对汽车机械基础有一 个初步的了解。 学习要求： 掌握机械、机器、机构、构件、零件 的基本概念，了解其之间的联系与区别； 了解本门课程的学习内容和学习目标。
如图1-3所示，用扳手转动螺母时，作用于扳手A点的力
F可使扳手与螺母一起绕螺母中心点O转动。 由经验可知，力的这种转动作用不仅与力的大小、方向 有关，还与转动中心到力的作用线的垂直距离 d 有关。因此， 定义Fd为力使物体对点O产生转动效应的度量，称为力F对点
O之矩，简称力矩，用M0（F）表示，即
M0（F）=±Fd
（1-3）
规定在平面问题中，逆时针转向的力矩取正号，顺时针 转向的力矩取负号。 力矩的单位为N· m或kN· m。
汽车机械基础
图1-3扳手拧螺母
汽车机械基础
2）
从力矩的定义式（1-3）可知，力矩有以下几个性质： （1）力F对O点之矩不仅取决于F的大小，同时还与矩心 的位置即力臂d有关。 （2）力F对于任一点之矩，不因该力的作用点延其作用 线的移动而改变。 （3）力的大小等于零或力的作用线通过矩心时，力矩
汽车机械基础
能力培养目标 1）具有查阅、检索相关技术资料的能力，掌握 相关的技术标准。
2）能正确识别机械零件及常用机构的能力。
3）能对常用机构进行工作原理和结构分析。
4）能识别常用的液压元件并对简单液压与气动 系统进行正确分析。
5）运用和维护机械、传动装置的能力。
汽车机械基础
1.2 静力学基础知识