第1章　靜力學(xué)基礎(chǔ)

第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)1.1靜力學(xué)基本概念及受力分析1.2平面力系和力矩力偶1.3摩擦1.4剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)1.5課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：汽車運(yùn)動(dòng)構(gòu)件摩擦分析靜力學(xué)主要是研究物體受力分析的方法和在力系作用下平衡的規(guī)律。靜力學(xué)知識(shí)在車輛工程中應(yīng)用十分廣泛，同時(shí)也是學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基礎(chǔ)。1.1靜力學(xué)基本概念及受力分析1.1.1靜力學(xué)基本概念1.1.2靜力學(xué)的基本公理1.1.3約束和約束反力1.1.4物體受力分析和受力圖1.1.1靜力學(xué)基本概念力就是物體間相互的機(jī)械作用。力對(duì)物體的作用效果取決于3個(gè)要素：力的大小、方向和作用點(diǎn)。力是矢量，既有大小又有方向。1.1.2靜力學(xué)的基本公理公理1二力平衡公理要使作用在一個(gè)剛體上的兩個(gè)力平衡，其必要和充分條件是：這兩個(gè)力大小相等，方向相反且作用在同一直線上（簡(jiǎn)稱等值、反向、共線），如圖1.2所示。圖1.2二力平衡公理2加減平衡力系公理在已知力系上加上或減去任一平衡力系，不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。公理3力的平行四邊形公理作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力，合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，合力的大小和方向可用這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示，如圖1.5所示。圖1.5兩力合成公理4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成對(duì)出現(xiàn)，且它們的大小相等，方向相反，沿著同一直線，分別作用在兩個(gè)物體上。1.1.3約束和約束反力1．約束和約束反力確定約束反力的原則如下。（1）約束反力的方向與該約束所阻止的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。（2）約束反力的作用點(diǎn)在約束與物體的相互接觸點(diǎn)處。（3）約束反力是未知力（被動(dòng)力），其大小需根據(jù)平衡條件計(jì)算確定，方向可根據(jù)約束類型來(lái)確定。（1）光滑面的約束。（2）柔性約束。（3）光滑鉸鏈約束。2．常見約束的類型1.1.4物體受力分析和受力圖畫受力圖的具體步驟如下。（1）根據(jù)題意確定研究對(duì)象，并畫出分離體簡(jiǎn)圖。（2）在分離體上畫出全部已知的主動(dòng)力。（3）在分離體上解除約束的地方畫出相應(yīng)的約束反力。1.2平面力系和力矩力偶1.2.1平面匯交力系1.2.2力矩、力偶及平面力偶系1.2.3平面任意力系1.2.4平面平行力系平衡方程1.2.5物系的平衡問題1.2.1平面匯交力系各力作用線都匯交于一點(diǎn)的力系，稱為平面匯交力系，它是平面力系中較簡(jiǎn)單的一種。1.2.2力矩、力偶及平面力偶系1．力對(duì)點(diǎn)的矩及合力矩定理（1）力矩。當(dāng)用扳手?jǐn)Q緊螺母時(shí)，對(duì)螺母的擰緊程度不僅與力F的大小有關(guān)，而且還與力F至轉(zhuǎn)動(dòng)中心O的垂直距離d有關(guān)。

F與d的值愈大，螺母就越容易轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）合力矩定理。平面力系的合力對(duì)平面上任一點(diǎn)的矩，等于力系中各個(gè)分力對(duì)該點(diǎn)力矩的代數(shù)和。圖1.22力矩（1）力偶。由作用在一物體上的大小相等、方向相反、作用線平行而不重合的兩個(gè)力組成的力系稱為力偶。（2）力偶矩。3．平面力偶系的合成與平衡在同一平面內(nèi)由若干個(gè)力偶所組成的力系稱為平面力偶系。平面力偶系可以合成為一合力偶，其合力偶矩等于各分力偶矩的代數(shù)和。2．力偶及力偶矩1.2.3平面任意力系作用于物體上的各力，其作用線任意分布在同一平面內(nèi)，它們既不匯交于一點(diǎn)，又不全部互相平行，這樣的力系稱為平面任意力系。1.2.4平面平行力系平衡方程平面平行力系的平衡方程

或1.2.5物系的平衡問題由若干物體組成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)稱為物體系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱物系。1.3摩擦1.3.1滑動(dòng)摩擦1.3.2滾動(dòng)摩擦1.3.1滑動(dòng)摩擦1．滑動(dòng)摩擦概念兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)有相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，其接觸面間就產(chǎn)生彼此阻礙滑動(dòng)的力，這個(gè)阻力稱為滑動(dòng)摩擦力，簡(jiǎn)稱摩擦力。2．摩擦角及自鎖3．考慮摩擦?xí)r的平衡問題求解考慮摩擦?xí)r的平衡問題時(shí)，其方法和步驟與前面所述的相同，所不同的是在分析物體的受力時(shí)，必須考慮摩擦力。1.3.2滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦是汽車工程中常常遇到的另一類摩擦問題。滾動(dòng)摩擦是一物體沿另一物體表面滾動(dòng)（或有滾動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)產(chǎn)生的對(duì)物體滾動(dòng)的阻礙。1.4剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)1.4.1轉(zhuǎn)速和線速度1.4.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.4.3剛體變速轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程1.4.4功率及機(jī)械效率剛體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，體內(nèi)有一直線始終固定不動(dòng)，而其余各點(diǎn)均繞此直線作圓周運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。1.4.1轉(zhuǎn)速和線速度1．轉(zhuǎn)速2．線速度1.4.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用來(lái)度量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的物理量稱為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。1.4.3剛體變速轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的角速度變化快慢程度，用角加速度來(lái)表示。角加速度就是轉(zhuǎn)動(dòng)剛體單位時(shí)間內(nèi)角速度的變化量，其表達(dá)式為式中：

——

角加速度，單位為rad/s2；

ω0

——

轉(zhuǎn)動(dòng)剛體開始時(shí)的角速度，單位為rad/s；

ω

——

轉(zhuǎn)動(dòng)剛體經(jīng)過t秒后的角速度，單位為rad/s；

t

——

轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的角速度從ω0變化到ω所用的時(shí)間，單位