汽车机械基础 第3版 课件全套 韩庆国 第1-12章 汽车机械系统简介-汽车中的气压传动

《汽车机械基础》第1章汽车机械系统简介目录《汽车机械基础》课程介绍01021.1燃油车的总体构造0304第1章汽车机械系统简介本章小结051.2纯电动汽车的机械系统《汽车机械基础》课程介绍1.课程的主要内容、地位及作用01《汽车机械基础》作为汽车制造与试验技术专业的一门综合性的专业基础课，涵盖了工程力学、汽车常用结构材料及运行材料、常用机构及机械传动、液压及气压传动基础等知识，是学习《汽车发动机构造与维修》、《汽车底盘构造与维修》和《汽车维护与保养》等专业课程的基础。02通过本课程的学习，同学们能够熟悉汽车构件的受力特点及受力分析方法，掌握汽车零部件使用的材料，汽车运行都需要哪些材料以及对各类运行材料的要求；掌握汽车运动和动力的主要传动形式和传动原理，从而更好的理解汽车的工作过程。2.本课程各模块与其它专业课的联系0401020301模块1：汽车的机械系统简介——对燃油车及新能源车的总体构造有一个基本认识，熟悉一些本课程中涉及的汽车常见零部件，以更好的理解本课程其它模块的知识。模块2：汽车工程力学知识——分析汽车零部件的受力情况，理解其变形特点，是汽车变形修复的基础；也是专升本重点考查内容。模块3：汽车常用材料——掌握汽车零部件的常用材料及热加工工艺，掌握汽车运行材料的基础知识，会选用汽车运行材料，是汽车维护保养的基础；模块4：汽车常用机构及机械传动——掌握平面连杆机构、带传动、链传动、齿轮传动、螺旋传动的工作原理及在汽车中的应用；掌握汽车零部件的联接方式，汽车常用轴及轴承的特点；熟悉联轴器、离合器和制动器的工作原理及在汽车中的应用。——汽车发动机、底盘构造的基础。模块5：汽车液压及气压传动常识——掌握液压传动和气压传动的特点及原理，熟悉其在汽车中的应用。

第一章汽车机械系统简介知识目标熟悉燃油车的发动机和底盘的机械系统组成、作用；理解汽车动力的传动路线。了解纯电动汽车的传动装置、行驶装置、转向装置及制动装置的组成及作用；熟悉燃油车及纯电动汽车的总体构造；能力目标能识别汽车主要总成：发动机总成、转向器总成、变速器总成、前后桥、车架等；能正确描述燃油车各组成部分的作用；能正确描述纯电动车的组成及各机械装置的作用。1.1燃油车的总体构造1.1燃油车的总体构造汽车从诞生至今已经有130多年了，其基本构造经历了从简单到复杂、从传统到现代化的过程。早期的汽车结构沿用了马车的设计，车身由木材制成且没有车架，承载能力差且安全性低。随着工业技术的发展，汽车结构逐渐现代化一、典型轿车的组成燃油车一般由发动机、底盘、车身及电气设备组成。图1

典型轿车的四大组成二、典型轿车的总体结构图2所示为典型轿车的总体结构，图中2为发动机，其作用是通过燃烧燃油为汽车提供动力，是整车的动力来源，被称为汽车的“心脏”。底盘接受来自发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶，图1-2中5、6、7、8、9、1、0、12、17、18都属于底盘。车身是驾驶员工作的场所，也是装载乘客和货物的场所，图1-2中1、13、14、15、16都属于车身。汽车电气设备的作用是保证驾驶辅助系统工作的可靠性和汽车基本功能的使用，同时为汽车娱乐和通讯设施供电，图1-2中3、4、11都属于电气设备。图2

典型轿车的主要总成和部件1-发动机罩2-发动机3-发电机4-前大灯5-前轮6-变速箱7-座椅8-传动轴9-后轮10-制动器

11-后转向灯

12-驱动桥

13-行李厢

14-车顶纵梁

15-车窗

16-车门

17-转向系统

18-前悬架图3典型轿车的发动机在汽车中所处的位置图3所示为典型轿车的发动机在汽车中所处的位置。目前，大多数燃油车的发动机都采用往复活塞式内燃机，其主要由两大机构和五大系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、点火系统、润滑系统、冷却系统和启动系统。柴油发动机与汽油发动机的区别是没有点火系统。这里我们主要介绍汽油发动机的基本构造。发动机能够把化学能转变为机械能，也称为引擎。三、发动机1、汽油发动机的总体结构1-机油加注口2-气门摇臂3-凸轮轴4-排气门5-张紧轮6-正时带7-机油滤清器8-曲轴带轮图4汽油发动机的总体结构观察汽油发动机结构图，看看有你认识的部件吗？9-油底壳10-汽车发电机11-连杆12-活塞13-进气门14-飞轮15-进气歧管16-进气歧管2、曲柄连杆机构曲柄连杆机构一般由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，如图5所示。曲柄连杆机构是发动机完成能量转换的传动机构。1-活塞2-活塞环3-活塞销4-连杆5-连杆螺栓6-连杆盖7-连杆轴瓦8-连杆螺母9-飞轮10-曲轴图5曲柄连杆机构的组成曲柄连杆机构是发动机完成能量转换的传动机构。当可燃混合气在气缸中燃烧时，活塞承受燃气压力在汽缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并通过曲轴向外输出动力。观察下面动态图，试试说明曲柄连杆机构的工作过程。3、配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入汽缸，并使废气从汽缸内排出，实现换气过程。曲轴通过正时带轮和正时皮带驱动凸轮轴转动，由凸轮的旋转控制气门定时开启和关闭。1-凸轮轴正时皮带2-凸轮轴正时带轮3-张紧轮4-曲轴正时带轮5-凸轮轴6-气门7-气门弹簧8-气门弹簧座图6配气机构的组成曲轴通过正时带轮和正时皮带驱动凸轮轴转动，由凸轮的旋转控制气门定时开启和关闭。观看下面动态图，描述配气机构的工作过程。4、燃油供给系统

1-燃油箱2-燃油泵3-燃油滤清器4-燃油压力调节器5-喷油器

6-进气管7-节气门8-进气门9-排气门10-活塞11-排气管图7燃油供给系统的组成观察燃油供给系统的组成图片，认识各部分零部件。汽油机燃油供给系统的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入汽缸，并将燃烧后的废气从汽缸内排出到大气中；柴油机燃油供给系的功用是把柴油和空气分别供入汽缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。5、点火系统1-电源2-点火开关3-点火线圈4-点火控制器5-点火信号发生器6-分电器7-火花塞观察点火系统的组成图片，认识各部分零部件。图8点火系统的组成点火系统的功用是按照发动机的工作顺序定时产生足够强度的电火花把混合气点燃，从而产生动力驱动活塞运动。点火系统的功用6、润滑系统发动机工作时，有些运动零件之间存在高速的相对运动，这种相对运动会导致零件表面产生摩擦，加速磨损，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系统。讨论：汽车为什么需要润滑系统？图9

润滑系统结构1-机油泵2-油底壳3-机油滤清器4-安全阀5-润滑油道观察润滑系统的组成图片，认识各组成部分。润滑系统的功用就是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，同时还能对零件表面进行清洗和冷却。7、冷却系统冷却系统的功用是将发动机受热零部件吸收的多余热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。发动机采用两种冷却方式，即风冷与水冷。1-风扇2-散热器3-冷却水管4-膨胀水箱

5-发动机水套排气管6-节温器7-水泵8-气缸体水套讨论：汽车为什么需要冷却系统？图10

冷却系统结构图8、启动系统曲轴在外力作用下从开始转动到发动机开始自行运转的全过程，称为发动机的启动。思考：你觉得汽车启动指的是什么？1-蓄电池2-点火开关3-起动机4-飞轮5-启动继电器启动系统主要由蓄电池、点火开关、起动机等组成，在点火开关和启动继电器的控制下，蓄电池提供电能，起动机将电能转化为机械能，带动发动机的飞轮齿圈和曲轴转动，从而使发动机进入自行运转状态。观察启动系统的组成图片，认识各组成部分。图11

启动系统结构图

四、汽车底盘观察下面图片——坦克500的底盘，讨论汽车底盘的作用？底盘是用来支撑和安装汽车发动机及其零部件的总成，形成汽车的整体造型，接受发动机的动力，使汽车能够正常运动和行驶。底盘由四部分组成：传动系、行驶系、转向系和制动系。1-转向系2-制动系3-传动系4-行驶系观察汽车底盘的组成图片，认识各组成部分。下面分别来介绍转向系、制动系、传动系和行驶系的组成及功用。1、传动系1-发动机2-变速器3-传动轴4-万向节5-主减速器和差速器6-半轴观察底盘传动系的组成图片，认识各组成部分。对发动机前置后轮驱动的汽车，发动机的动力通过离合器传给变速器2，再通过传动轴3、万向节4、主减速器和差速器5传给驱动半轴6，驱动半轴将动力传给驱动车轮，进而使车轮转动。传动系统具有减速、变速、倒车、中断发动机的动力传递及左右车轮差速等功能。传动系与发动机配合工作时，能保证汽车在各种工况下正常行驶。传动系统主要由离合器、变速器、万向节、传动轴和驱动桥组成。2、行驶系（1）行驶系的组成行驶系主要由车架、车桥（也称车轴）、悬架和车轮组成，图示为载货汽车的行驶系组成，现在的普通轿车一般已没有车架，仅由悬架和车轮等部分组成。1-车架2-车桥3-悬架4-车轮观察底盘行驶系的组成图片，认识各组成部分。行驶系接受发动机经传动系统传来的转矩，通过驱动车轮与路面间的附着作用，产生汽车牵引力，保证汽车正常行驶，此外行驶系还能缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，保证汽车行驶的平顺性。（2）行驶系的功用2、行驶系3、转向系1-方向盘2-转向轴3-转向器4-转向横拉杆5-转向泵6-转向臂观察底盘转向系的组成图片，认识各组成部分。你能说出图中各部分的名称吗？转向操纵机构作用是将驾驶员作用在转向盘上的力传递到转向器。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向力一般通过转向器后会改变传递方向。转向传动机构将转向器输出的力和运动传递给车轮，使左右车轮按一定关系偏转。转向系的功用转向系的功用是改变或恢复汽车行驶方向。主要由转向操纵机构、转向器、转向传动机构组成。4、制动系汽车制动系的作用：使行驶中的汽车减速甚至停止。制动系统根据作用不同可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统。行车制动系统和驻车制动系统是每一辆汽车都必须具备的。使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统；使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统称为驻车制动系统。1-制动踏板2-真空助力器3-制动器4-手刹5-制动管路说说汽车制动系的作用？

五、汽车车身轿车车身结构图车身安装在底盘车架上，供驾乘人员乘坐或装载货物。轿车和客车的车身一般为整体结构，卡车的车身一般由驾驶室和货箱两部分组成。汽车车身结构主要包括：车身外壳、车门、车窗、前面板、内外饰件和车身附件、座椅、通风、加热、冷却和空调装置等。观察车身结构图，结合你对汽车的认知，说说车身都包括哪些部件？

六、电气设备根据你对汽车认知，说说你知道的汽车电气设备？电气系统是汽车的重要组成部分之一，主要包括电子系统和电气系统。电气设备由电源系、发动机启动系和点火系、汽车照明和信号装置等组成。此外，在现代汽车上愈来愈多地装用各种电子设备：微处理机、中央计算机系统及各种人工智能装置等，显著地提高了汽车的性能。汽车中的电气设备

六、电气设备1.燃油车的基本组成：发动机、底盘、车身、电气设备2.发动机的基本组成：二机构、五系统二机构曲柄连杆机构配气机构主要零部件？活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆螺栓、连杆轴瓦、连杆螺母、曲轴、飞轮等；凸轮轴正时皮带、凸轮轴正时带轮、张紧轮、曲轴正时带轮、凸轮轴、气门、气门弹簧、气门弹簧座等。主要零部件？燃油车总体构造总结五系统燃油供给系统点火系统润滑系统冷却系统启动系统主要零部件？主要零部件？燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器及喷油器等点火信号发生器、点火控制器、分电器、点火线圈和火花塞等主要零部件？主要零部件？主要零部件？油底壳、润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等蓄电池、点火开关、起动机燃油车总体构造总结3.底盘的基本组成：传动系、行驶系、转向系和制动系

传动系统：离合器、变速器、万向节、传动轴和驱动桥

行驶系：车架、车桥（也称车轴）、悬架和车轮

制动系统：传动装置、制动器、液压或气压供能装置等

转向系：方向盘、转向轴、转向器、转向横拉杆、转向臂燃油车总体构造总结4.车身的基本组成：5.汽车电气设备：蓄电池、发电机、电动机、照明、仪表和信号装置、发动机点火系统部件等。此外，现代汽车上装用各种电子设备如微处理机、中央计算机系统及各种人工智能装置等。车身外壳、车门、车窗、前面板、内外饰件和车身附件、座椅、通风、加热、冷却和空调装置等；燃油车总体构造总结观看下面几幅图片，说说你能想到什么？染！环境污汽车作为石油下游需求的重点行业之一，每年消耗的石油量较多，国家重视新能源汽车的发展，以求用新能源汽车逐步替代燃油车。近年来，我国新能源汽车的产销量整体呈上涨态势。据统计，2024年1-11月，新能源汽车产销分别完成1134.5万辆和1126.2万辆，同比分别增长34.6%和35.6%‌。因此，我们有必要了解新能源汽车的机械系统。1.2纯电动汽车的机械系统新能源汽车是指使用新型能源代替传统燃油的汽车，主要包括电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。1-电动机2-底盘3-电气设备4-车身纯电动车的基本组成纯电动汽车以电力作为动力源，用电机驱动车轮行驶。沿用传统的汽车构造结构划分，新能源电动汽车可分为电动机、底盘、车身和电气设备四部分，或者划分为电力驱动系统、电源系统和辅助系统三部分。一、纯电动汽车的组成纯电动汽车底盘观察纯电动车底盘图片，说说与燃油车底盘的区别？从外表没有太大差别，新能源汽车和燃油车的底盘基础结构保持一致，都是作为车辆的支撑骨架，确保行驶稳定性。它们都承载着驾驶者、乘客以及车辆的其他重要部件，提供必要的支撑作用。新能源电动汽车的机械系统主要包括传动装置、行驶装置、转向装置及制动装置，工业用的电动汽车还设有为完成作业要求而设置的工作装置。新能源汽车的底盘重心在于电池，这部分重量与传统燃油车的发动机不同。电机取代了发动机，提供了电动驱动，减少了复杂的机械结构。

二、传动装置纯电动汽车的传动装置相较于传统汽车更为简化：1.纯电动汽车省略了传统汽车中的机械变速器，因为其电机的启动扭矩足够强大，能够轻松使静止的车辆起步并提升速度；

2.电动汽车的传动装置仅需调控电机的旋转速度，无需借助齿轮机构来增大电机的输出扭矩，从而使得传动装置更为简洁。（a）固定速比减速器（b）两档减速器纯电动车的传动装置指的是驱动电机转轴和车轮之间的机械连接部分，由于电动机具有良好的牵引特性，因此纯电动汽车不需要离合器和变速箱。纯电动汽车的传动装置主要包括减速器、传动轴、差速器等。传动装置中的相关知识将在第四模块学习。

二、传动装置

三、行驶装置行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。其结构与燃油车类似，主要由车架、车桥、车轮和悬架等部件组成。

三、转向装置电动汽车转向装置的作用是保持或改变行驶方向，其组成与燃油车类似，主要包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构等部件。

四、制动装置新能源电动汽车的制动装置也是为汽车减速或停车而设置的，包括行车制动和驻车制动两套装置。制动装置组成与燃油车类似，通常由制动器和制动传动装置组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。本章小结本章小结1.传统燃油汽车的机械组成：略2.纯电动汽车机械系统组成传动装置、行驶装置、转向装置、制动装置减速器、传动轴、差速器车架、车桥、车轮和悬架转向操纵机构、转向器、转向传动机构制动器和制动传动装置本章学习的燃油车及电动汽车的机械零部件都将在后续的课程模块中涉及到，熟悉了这些零部件将会更好的理解相关知识。第2章运动构件受力分析主讲教师：目录本章学习目标01022.2平面汇交力系03042.1静力学基础2.4摩擦052.5刚体定轴转动06本章小结072.3力矩与力偶本章学习目标知识目标掌握受力分析的方法；掌握刚体定轴转动的特点。正确理解力矩、力偶和摩擦的概念与应用；掌握静力学基本概念和公理及应用；能力目标能对汽车零部件进行正确的受力分析；能说明摩擦在汽车中的应用；能正确描述刚体定轴转动的特点。2.1静力学基础2.1静力学基础学习目标1.理解平衡和刚体的概念；2.了解力的定义、力的三要素和力表示方法；3.熟悉静力学的公理及其应用。静力学是从公元前三世纪开始发展的，奠基者是古希腊的数学家阿基米德。阿基米德在静力学领域做出了许多重要的贡献，包括杠杆原理和浮力定律等。

思政切入点：阿基米德的创新精神——阅后请删除静力学主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律。

2.1静力学基础1.静力学基本概念（1）平衡：物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。（2）力的概念：①力的定义：力是物体之间的相互作用，这种作用能使物体的运动状态发生改变，或使物体变形。一、静力学的基本概念和基本公理运动是物质存在的形式，平衡是相对的、暂时的。强调：力是不能脱离实际物体而存在的；一个物体受到力的作用，必有其他物体对它施加了这种作用，一个孤立的物体不存在力的作用，即有受力物体必有施力物体。因此，在分析物体受力时，需分清受力物体和施力物体。力对物体的作用取决于力的大小、力的方向和力的作用点三个要素。任何一个要素改变时，力对物体的作用效果都会发生变化。②力的三要素：大小、方向、作用点。力的大小表示物体间相互作用程度的强弱，它的单位为牛顿（N）或千牛（KN）。力的方向表示力作用的方向，即力的指向。重力G的方向是竖直向下的，而力F的方向是竖直向上的。力的作用点表示力在物体上作用的位置，如图示中重力G作用在重心O点，力F作用在A点。一、静力学的基本概念和基本公理③力的表示方法：力既有大小又有方向，这种物理量在力学中被称为矢量。只考虑大小的物理量称为标量，如长度、时间、温度、质量等。力的三要素可用一个带箭头的线段来表示，通常称为有向线段。一、静力学的基本概念和基本公理（3）刚体的概念：刚体就是在任何力的作用下，其大小和形状都保持不变它只是一个理想化的力学模型。在静力学中，常把受力物体看作是刚体。是一个理想化的力学模型力的平行四边形公理：二力平衡公理：加减平衡力系公理：作用在物体上同一点的两个力，可以合成一个合力。合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来确定。作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。一、静力学的基本概念和基本公理2.静力学的基本公理推论1：力的可传性原理：作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。推论2：三力平衡汇交定理：刚体受三个力而保持平衡，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。2.静力学的基本公理两物体间相互作用的力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿同一直线，分别作用在两个物体上。相互作用力之一为作用力，另一力则为反作用力，对应于每个作用力，必有一个与其大小相等、方向相反且在同一直线上的反作用力。一般用F'表示力F的反作用力2.静力学的基本公理1、相关概念：自由体：位移不受限制的物体称为自由体，例如飞行的飞机。非自由体：位移受到限制的物体成为非自由体，例如汽车、发动机、车轮。约束：限制非自由体运动的周围物体称为约束。如汽车受地面的限制，地面对汽车来说就是约束。约束力：约束作用于非自由体上的限制其运动的力称为约束力。二、约束与约束力2、常见约束类型及其约束力（1）柔索约束：由柔软的绳索、皮带、链条等所形成的约束称为柔索约束。柔索约束的约束反力：因柔索只能承受拉力，所以柔索约束对物体的约束反力恒为拉力，作用在接触点，方向沿着绳索背离物体。通常用FT表示这类约束反力。二、约束与约束力（2）光滑接触面约束：两个互相接触的物体，当忽略接触面上的摩擦力时，这种光滑接触面构成的约束称为光滑接触面约束。约束反力：作用于接触点，方向沿接触表面的公法线指向被约束的物体，使物体受到一个法向压力作用。因此，这种约束反力又称为法向反力，通常用FN表示。2、常见约束类型及其约束力（3）铰链约束：由铰链构成的约束称为铰链约束。这种约束是由两个带有圆孔的物体通过圆柱销联接构成的，其接触面是光滑的。铰链约束实例铰链约束实例——汽车中的曲柄连杆机构2、常见约束类型及其约束力固定铰链支座——用圆柱销联接的两构件中，有一个是固定件，称为固定铰链支座。活动铰链支座——铰链支座下面装上几个圆柱形滚子时，支座可以在滚子上任意左右作相对运动。工程上常用铰链将桥梁、起重机的起重臂等结构与支撑面或机架联接起来，就构成铰链支座。常见的铰链支座有固定铰链支座和活动铰链支座两种。二力杆——双端铰链联接的刚性杆件，当其本身不受主动力作用时，其约束反力的方向沿杆件两端铰链中心的连线。特例2、常见约束类型及其约束力（4）固定端约束：是指一端固定，另一端自由的支座，也称为固定端支座。它使被约束的物体既不能转动，又不能移动。

固定端约束的约束反力：表示为两个相互垂直的分力Fx、Fy和一个阻止转动的反力矩M。2、常见约束类型及其约束力（5）径向轴承（向心轴承）：轴承约束是工程中常用的支撑形式，具体应用及特点将在以后章节中学习。在径向轴承约束中，轴可以在孔内任意转动，也可以沿孔的中心线移动，但轴承限制了轴沿孔的径向向外的位移。约束反力：如果忽略摩擦力，当轴和轴承在某点A光滑接触时，轴承对轴的约束力FA作用于接触点A上，且沿公法线指向轴心。由于接触点A不能预先确定，因此可用通过轴心的两个正交分力Fx和Fy表示。轴承实物径向轴承的约束反力2、常见约束类型及其约束力总结：各种类型的约束及约束力约束类型约束力类型作用点方向柔索约束光滑接触面约束铰链约束固定端约束径向轴承约束拉力接触点沿绳索背离物体法向压力（法向约束力）接触点沿接触面公法线指向被约束物体类似光滑接触面约束接触点固定铰链支座：作用线通过圆柱销中心，具体方向未知两个互相垂直的分力和一个阻止转动的反力矩接触点未知接触点未知活动铰链支座：垂直于支承面，且通过铰链中心类似光滑接触面约束三、受力分析与受力图在工程实际中，常常需要求出各构件所受的力，确定物体受到几个力的作用、每个力的作用点及作用方向的过程称为物体的受力分析。为清楚地表示物体的受力情况，必须把所研究的物体（研究对象）从周围的物体（约束）中分离出来（即取分离体），画出其简图，并表示出它所受到的全部力，称为物体的受力图。画物体的受力图一般步骤如下：（1）画出分析对象的简图；（2）在简图上画出已知力；（3）在简图上画出所受到的约束力。三、受力分析与受力图例1如图所示为发动机曲柄连杆机构的简图，曲柄AB的重力为G，活塞C受力为F，连杆为轻质杆，此处忽略其重力，系统保持平衡状态。试画出各零件及机构整体的受力图。ABC分析：该系统中零部件主要有：曲柄AB、连杆BC和滑块C，需要对这三个零部件进行受力分析并画出受力图。三、受力分析与受力图（1）连杆BC的受力图：因BC为二力杆，根据二力杆的特点可知：其约束力沿两铰链B、C中心连线，且FB=FC，并设定其方向，如图b。解：分析——曲柄AB受到3个力的作用，连杆BC受2个力的作用，活塞C受3个力作用，因BC两端均为铰链约束，且不计自重，为二力杆。三、受力分析与受力图（2）曲柄AB的受力：因其自重G所以AB不是二力杆。先画出其自重G，A处为固定铰链约束，其约束力为FAx、FAy，B处受连杆约束，根据作用与反作用公理FB‘=-FB，如图c。三、受力分析与受力图（3）活塞C的受力：已知力F，气缸对活塞的约束，属光滑接触面约束，且为双面约束，其约束力方向不确定，可假设其向上（或向下），活塞还受到连杆对活塞的约束力，根据作用与反作用公理可知FC＇=-FC，如图d。（4）机构整体的受力图如图a所示。三、受力分析与受力图例2：如图所示为三铰钢架，忽略钢架自重，试画出AC、BC的受力图。观察三铰钢架，思考两个钢架受到几个力的作用？三、受力分析与受力图解：钢架AC受三个力作用；BC只在B、C两点受力，因不计刚架自重，所以BC为二力杆。三、受力分析与受力图（1）钢架BC的受力图：因BC为二力杆，其约束力沿两铰链B、C中心连线，且FB=-FC，并设定其方向（如设为压力）。（2）钢架AC的受力图：AC受三个力作用，即：已知力F、A和C两处的铰链约束力。2.2平面汇交力系学习目标：1.了解平面汇交力系合成的几何法及平

衡的几何条件；

2.熟悉力的分解方法及力在坐标轴上投

影的计算方法；

3.掌握平面汇交力系合成的解析法。2.2平面汇交力系1、力系：作用在一个物体上的多个力。2、平面汇交力系：力系中各力的作用线均在物体的同一平面内且汇交于一点。平面汇交力系，它是平面力系中最简单的一种情况。在工程实际中，如起重机的吊钩，机构的铰接点（如图示）等都是平面汇交力系的实例。一、概念1.力的三角形法则如图所示，作用在物体上的同一点A的两个力F1和F2，从任选点A作AB表示力矢F1，在其末端B作BC表示力矢F2，则AC即表示合力矢F。三角形ABC称为力三角形，这种求合力矢的作图规则称为力的三角形法则。二、平面汇交力系合成的几何法2.力的多边形法则当汇交于一点的的力不只两个时，可连续应用三角形法则，在求合力F时，只要将各已知力首尾相接，连成折线，可获得合力F。图中四个已知力与合力恰好构成一个多边形，称这种求合力的作图法称为力多边形法则。二、平面汇交力系合成的几何法由于平面汇交力系可以合成为一个合力，即平面汇交力系可用其合力代替，因此，平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：该力系的合力为零。用矢量式表示为：∑F=0当合力为零时，力多边形的封闭边的长度为零，即由各分力画出的力多边形首尾相接，形成一个闭合多边形。因此，平面汇交力系平衡的几何条件为：力系中各力组成的力多边形自行闭合。二、平面汇交力系合成的几何法例1：已知钢轨重量G=10KN，吊索之间夹角为α（如图所示），分别计算α=60º和α=90º时吊索的拉力，并分析当α逐渐增加时，拉力如何变化？二、平面汇交力系合成的几何法（1）进行受力分析因为各力汇交于吊钩A，取吊钩A为研究对象，并画出吊钩的受力图（如图b）。其上作用有吊索拉力FT、FT1和FT2。显然FT的大小等于钢轨重量G。吊钩在力FT、FT1和FT2组成的平面汇交力系的作用下处于平衡状态。（2）定比例尺选取某长度代表5KN，作力多边形如图c所示。（3）计算力的大小量出所求力的长度，通过比例换算，可得出：α=60º时：FT1=FT2=5.78KNα=90º时：FT1=FT2=7.07KN（4）从题可以看出，α增大，吊索的拉力也增大。因此，在起吊重物时，

取较长的吊索使α减小，可使拉力减小。例题解题过程：平面汇交力系可以合成为一个合力，即平面汇交力系可用其合力代替，因此，平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：该力系的合力为零。用矢量式表示为：∑F=0当合力为零时，力多边形的封闭边的长度为零，即由各分力画出的力多边形首尾相接，形成一个闭合多边形。因此，平面汇交力系平衡的几何条件为：力系中各力组成的力多边形自行闭合。3.平面汇交力系平衡的几何条件1.力在坐标轴上的投影当力与坐标轴垂直时，力在该轴上的投影为零；力与坐标轴平行时，其投影的绝对值等于力本身的大小。如图所示，过力F两端分别向坐标轴引垂线，得垂足a、b和a′、b′，则线段ab和a′b′分别为力F在x轴和y轴上的投影，分别用Fx、Fy表示。力在坐标轴上的投影是代数量，没有方向，但有正负区别，投影的正负号规定为：从a到b（或a′到b′）的指向与坐标轴的正向相同为正，反之为负。设力F与

x轴所夹锐角为α则有：三、平面汇交力系的解析法平面汇交力系F1、F2、F3组成的力多边形，F为合力。将力多边形中的各力投影到x轴上，得：Fx=

Od，F1x=

Oa，F2x=ab，F3x=

bc由图可见：Od=Oa+ab-bc所以：同理可得：由此可得合力投影定理：合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。2.合力投影定理解析法求平面汇交力系的合力是根据合理投影定理，先求出力系中所有各力在坐标轴上的投影的代数和，得到合力F在这两坐标轴上的投影Fx、Fy，根据公式可求出合力的大小和方向。3.平面汇交力系的解析法平面汇交力系的平衡条件是力系的合力为零。合力的大小为:平面汇交力系平衡的解析条件是：力系中所有各力在两个相互垂直的坐标轴上的投影的代数和都等于零，即：平面汇交力系的平衡方程例2用解析法求吊索的拉力。3.列平衡方程求解。

∑Fx=0，FT2sinα/2-FT1sinα/2=0

（1）

∑Fy=0，FT-FT1cosα/2-FT2cosα/2=0（2）可得FT1=FT2=FT/2cosα/2由于FT=G，可得FT1=FT2=G/2cosα/2取吊钩A为研究对象，画受力图；取坐标轴x、y如图所示；观察拧螺母的过程，分析螺母的受力情况？作用在物体上的力，有时能使物体移动，如开关门窗；有时能使物体转动，比如上面图示中用扳手拧螺母，螺母是在力的作用下，绕一轴线转动。力学中用力矩来度量力使物体绕一定点转动的效果。2.3力矩与力偶学习目标：1.熟悉力矩、力偶及力偶矩的概念；

2.理解合力矩定理；

3.掌握力偶的等效条件、平面力偶系

的合成与平衡条件及力的平移定理。2.3力矩和力偶一、力矩与力偶的概念当拧紧螺母时，力F使扳手和螺母绕螺杆中心O点转动的这种转动效果不仅与力F的大小有关，还与转动中心O到力F的作用线的垂直距离d有关。因此，用F与d的乘积来表示力F使物体绕O点转动的效果，称之为力F对O点的矩，以符号Mo(F)表示，单位为N·m。1.力矩讨论：拧螺母时，力F对螺母的转动效果与哪些因素有关？力矩：力F与转动中心O到力F的作用线的垂直距离d的乘积。Mo(F)=±F•d矩心：O点称为力矩中心；力臂：矩心O到力F作用线的垂直距离。力F使扳手绕O点转动的方向不同，作用效果也不同，由于在平面问题中，力使物体绕矩心的转动只有顺时针和逆时针两种，因此规定：力使物体绕矩心逆时针转动力矩为正，反之为负。由力矩定义可知，力矩在下列两种情况下等于零：（1）力等于零；（2）力的作用线通过矩心，即力臂等于零。一、力矩与力偶的概念平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩，等于力系中各分力对于该点力矩的代数和，这种关系称为合力矩定理。Mo(F)=Mo(F1)+Mo(F2)+……+Mo(Fn)=∑Mo(Fi)例1如图3-2所示，求杆件上作用的力F对A点的矩。已知F=100N，AC=80mm，BC=15mm，α=30º。2、合力矩定理解一：根据力矩的定义求解。解二：根据合力矩定理求解。先求出矩心A到力F作用线的垂直距离即力臂：d=ACsinα-BCcosα可得：MA(F)=F·d=F(ACsinα-BCcosα)=2.7N·m则有：MA(F)=MA(F1)+MA(F2)=F1·AC-F2·BC=F·ACsinα-F·Bccosα=2.7N·m将力F分解为沿CB方向和AB方向的两个分力F1

和F2；2、合力矩定理3.力偶和力偶矩总结：方向盘、瓶盖、钥匙上通常受到大小相等、方向相反但作用线不在一条直线上的两个平行力的作用。观察司机用双手转动方向盘以及用手指拧瓶盖或旋转钥匙开锁时，方向盘、瓶盖、和钥匙的受力情况？这对力作用线不在一条直线上，因此不能平衡，而使物体转动。这种作用在一个物体上的大小相等、方向相反作用线平行但不在同一直线上的两个力称为力偶。作用在一个物体上的大小相等、方向相反、作用线平行但不在同一直线上的两个力称为力偶。力偶用符号（F，F′）表示。用正负号表示力偶的转向。正负号的规定与力矩相同，即顺时针方向转动时为正，逆时针转动时为负。

力偶中两个力之间的垂直距离d称为力偶臂，力偶中两个力作用线所确定的平面称为力偶作用面。物体在力偶作用下将绕垂直于力偶作用面的轴转动。物体受力偶作用时产生的转动效果，用力偶中力的大小与力偶臂的乘积来度量，称为力偶矩。力偶矩的单位与力矩的单位相同，为N·m。3.力偶和力偶矩力偶对物体的作用效果由三个要素决定：（1）力偶矩的大小；（2）力偶的转向；（3）力偶的作用面。

力偶与力矩都能使物体产生转动效应，但力矩对物体的转动效应与其矩心的位置有关，而力偶对其作用面内任一点的力矩为一常数即其力偶矩，因此，力偶可用力和力偶臂表示，也可用一端带箭头的弧线来表示。三要素完全相同的力偶称为等效力偶。4.力偶的性质1.平面力偶系的合成作用在物体上同一平面内的多个力偶，称为平面力偶系。平面力偶系合成的结果仍是一力偶。2.平面力偶系的平衡条件平面力偶系平衡的必要且充分条件是：力偶系中所有力偶矩的代数和等于零。二、平面力偶系的合成与平衡条件例：如图所示，根据梁AB的约束及载荷情况，求出A、B两支座的约束反力。解：（1）取梁为研究对象，画其受力图。

二、平面力偶系的合成与平衡条件（2）梁在已知力偶m和支座A、B的约束反力作用下处于平衡状态。根据支座的类型，确定出支座B处约束反力FB的方向，又根据力偶的性质，可知支座A处的约束反力FA应与FB组成一对力偶（方向如图所示），与已知力偶m平衡。因此，梁AB受一组平面力偶系作用，根据平面力偶系的平衡条件可得：∑mi=0，FB·a·cos60º-m=0FA=FB=2m/a二、平面力偶系的合成与平衡条件根据力的可传性，力沿其作用线移动时，不改变力的作用效果。但是，在力平行移动后，力对刚体的作用效果将发生改变。原来作用在O点的力F就与作用在A点的平移力F2和一个力偶（称为附加力偶）的作用等效。三、力的平移定理力的平移定理：作用在刚体上的力F，可以平移至刚体的任一点上，而不改变原力的作用效果，但必须附加一个力偶，其力偶矩等于原力对新作用点的矩。分析：在使用丝锥攻螺纹时，要求双手均匀用力，为什么？均匀用力时丝锥仅受到一个力偶作用。如用力不匀或单手用力，则丝锥要受到一个力和一个力偶的共同作用，这个力容易使丝锥折断。三、力的平移定理2.4摩擦学习目标：1.了解滑动摩擦、滑动摩擦力、静滑动

摩擦力及最大静滑动摩擦力的概念；

2.理解滑动摩擦定理；

3.理解摩擦角及自锁现象。2.4摩擦1.滑动摩擦两个相互接触的物体，当有相对滑动或相对滑动趋势时，其接触表面之间产生的彼此阻碍滑动的力称为滑动摩擦力，简称摩擦力。

一、滑动摩擦与滚动摩擦在水平桌面上放一重力为G的物块，用细绳系住通过滑轮，下面吊一托盘放置砝码，以调节作用于物块上的水平拉力FT。当拉力FT不够大时，物块仅有相对滑动趋势而不滑动，表明桌面对物块除法向反力FN外，还存在一个与FT方向相反的阻力Ff的作用。静摩擦力的大小不是固定的数值。静摩擦力也不能无限制地增大此时，所存在的摩擦力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。根据平衡条件：∑Fx=0，FN=G∑Fy=0，FT=Ff1.滑动摩擦适当增加砝码时，即增大水平拉力FT，物块仍可保持相对静止而不滑动，表明力Ff

可随FT的增大而增大，即静摩擦力的大小不是固定的数值。静摩擦力也不能无限制地增大，当力FT达到一定数值时，物块将开始滑动。物块将要滑动而尚未滑动的状态称为临界状态。临界状态时，静摩擦力达到最大值，称为最大静滑动摩擦力，简称最大静摩擦力，用Ffm表示。1.滑动摩擦实验证明：最大静摩擦力的大小与两物体间的正压力（即法向反力）成正比，称为静滑动摩擦定律，简称静摩擦定律。式中fs为比例常数，称为静摩擦因数，其大小与接触物体的材料及接触表面的状况（如粗糙度、润滑、湿度、温度等）有关，而与接触面积的大小无关。2.滑动摩擦定律当FT超过最大静摩擦力Ffm时，物体将开始滑动，这时在接触面之间仍然存在阻碍滑动的摩擦力，称为动滑动摩擦力，简称动摩擦力，用F′表示。动摩擦力沿接触面与物体滑动的方向相反。实验证明，动摩擦力F′的大小与接触面正压力FN成正比，称为动摩擦定律。即F′=

fF

N式中f为动摩擦因数，与接触的两物体的材料及接触表面的状况有关。通常动摩擦因数小于静摩擦因数。2.滑动摩擦定律（1）物体处于静止状态静摩擦力Ff的大小在0到Fmax之间变化；（2）物体处于临界状态最大静摩擦力Ffm=fsFN；（3）物体处于滑动状态动摩擦力F′=fd•FN综合以上分析可知：考虑摩擦问题时，应分清物体所处的状态，再根据平衡条件确定摩擦力。2.滑动摩擦定律3.滚动摩擦当一个物体在另一个物体表面上滑动（或由滑动趋势）时，受到的接触面的阻碍作用称为滚动摩擦。滚动摩擦的产生是由于物体和平面接触处的形变引起的。滚动摩擦的形成物体受重力作用而压入支承面，同时本身也受压缩而变形，因而在向前滚动时，接触前方的支承面隆起，这使得支承面对物体的法向反力FN的作用点从最低点向前移，所以法向反力FN与重力G不在一条直线上，而形成了一个阻碍滚动的力偶矩（称为滚动摩擦力矩），这就是滚动摩擦。滚动摩擦的大小用力偶矩来量度，且与正压力成正比。一般来说，在其他条件相同的情况下，克服滚动摩擦力矩使物体运动需要的力比克服滑动摩擦力所需要的力小得多。所以，汽车轮胎充气不足时，行驶起来比较费力。3.滚动摩擦汽车有前轮驱动、后轮驱动、四轮驱动等不同的驱动形式，查阅资料分析各种不同驱动形式对汽车轮胎摩擦力的影响？探究1、摩擦角图示中法向反力FN与摩擦力Ff的合力FR来代替它们的作用，称为全反力。可以看出，全反力与接触表面的法线间的夹角将随着摩擦力的增大而增大，当摩擦力达到最大值即最大静摩擦力时，这个夹角将达到最大值，此时的夹角称为摩擦角，用φm表示。二、摩擦角与自锁

tanφm=Ffm/FN=fs·FN/FN=fs摩擦角的正切值等于静摩擦因数。因此，摩擦角也是表示材料表面性质的一个物理量。二、摩擦角与自锁2.自锁

图示为螺旋千斤顶，在其举起重物后，要求丝杆及重物不会自行下降，而可以在任意位置都能保持平衡，即具有自锁功能。2.自锁分析：使丝杆及重物下滑的力为Gsinα，阻止其下滑的最大阻力为最大静摩擦力：Fmax＝fs•Gcosα，当Gsinα≤fs•Gcosα时，即α≤φf沿运动方向的分力小于或等于最大静摩擦力时，丝杆（及重物）将不发生下滑。工程上将这种依靠摩擦维持平衡的物体，在满足一定几何条件下，无论其主动力怎样大，总能保持平衡而不滑动的现象称为自锁。自锁条件为：主动力与法线之间的夹角不大于最大摩擦角，即α≤φf。汽车中的曲轴、齿轮、飞轮、传动轴等的运动具有共同的特征，即：在运动时，刚体内各点都绕一固定的直线作圆周运动，这种运动称为刚体绕定轴转动，简称定轴转动。刚体内固定不动的直线称为刚体的轴。探究：观察汽车中的曲轴、齿轮、飞轮、传动轴的运动2.5刚体定轴转动学习目标：1.了解刚体定轴转动的转速、角速度和角加速度的概念；

2.理解惯性力的概念、转动零件惯性力的平衡及转动惯量的概念；

3.熟悉功率、转速和转矩的关系。2.5刚体定轴转动问题探究：为什么汽车在上坡或者超车时要换低速挡？一、刚体绕定轴的转动1.刚体的定轴转动在运动时，刚体内各点都绕一固定的直线作圆周运动，这种运动称为刚体绕定轴转动。减速箱中齿轮的定轴转动刚体作定轴转动时，具有如下特征：(1)刚体内轴上所有各点都保持固定不动。(2)刚体内不在轴上的其他各点，都在通过各该点、并垂直于轴的平面内绕轴作圆周运动，圆心就是这些平面分别与轴的交点，半径就是各该点与轴的垂直距离。(3)刚体内各点在同一时间内转过的圆弧长度是不同的．但各点在同一时间内绕轴转过的角度是相等的。且各点的角速度和角加速度亦相同。因为刚体内各点之间的相对位置是不随刚体转动变化的。1.刚体的定轴转动工程上常用转速表示转动的快慢。刚体的转速是指单位时间内刚体转过的圈数，用n表示，单位为r/min（转/分）。角速度ω与转速n之间有如下关系：ω=2πn/60=πn/30线速度与角速度的关系：v=rω2.转速与角速度、线速度3.角加速度构件转动的快慢有时会发生变化。如汽车在起动时，发动机越转越快，角速度逐渐增大，汽车在停车时，发动机越转越慢，角速度逐渐减小。机器的负载发生变化时，角速度也会发生变化。刚体角速度变化的快慢和方向用角加速度表示，用符号ε表示，单位为rad/s2（弧度/秒2）。ε=⊿ω/⊿t角加速度也有正负，但其正负号不表示刚体的转动方向，只用来判别刚体作加速转动还是作减速转动。当ε与ω同号，即角加速度与角速度的方向一致时，转动是加速的；如果ε与ω异号，即角加速度与角速度的方向相反时，转动是减速的。4.匀速定轴转动刚体的惯性力及转动零件惯性力的平衡惯性力是由于外力的作用使物体的运动状态改变时，因其惯性引起的运动物体对外界抵抗的反作用力，其大小等于运动物体的质量与加速度的乘积，方向与加速度相反，作用在施力物体上。如图所示，当质量为m的小球绕O点作匀速圆周运动时，由于惯性，小球会沿切线方向飞出。为使小球保持圆周运动，用细绳系住小球，通过细绳对小球施加向心力F，则小球将产生惯性力Q，作用在绳上，方向与F相反，通常称为离心惯性力。匀速定轴转动刚体的惯性力如果刚体作定轴转动，而刚体重心不在转轴上，也会产生离心惯性力。一些转动零件如曲轴、凸轮轴等，其几何形状不对称于转动轴，或几何形状对称但质量不均匀，重心不在转轴上，这些零件转动时，就会产生惯性力。惯性力的存在一方面使轴和轴承受到附加载荷；另一方面因惯性力的方向时刻变化，机器会发生振动，从而降低机器效率、缩短机器寿命。因此，需设法使零件转动时惯性力得到平衡，即要设法使转动零件的重心与轴线重合。如发动机中的曲轴，其上加有配重来消除惯性力的作用。4.匀速定轴转动刚体的惯性力及转动零件惯性力的平衡转动物体具有保持原有运动状态不变的特性，称为转动惯性。物体的转动惯性大小是由转动惯量来度量的。

转动惯量的大小不仅与刚体质量m的大小有关，而且与刚体质量的分布有关。刚体的质量越大，质量的分布离转轴越远，其转动惯量也越大。刚体对转轴的转动惯量是刚体中每一质点的质量与该质点绕转轴旋转时转动半径平方的乘积之和，用符号J表示:由转动惯量的定义可知，转动惯量恒为正值。其常用单位为kg·m2。5.转动惯量机器上的飞轮常做成边缘厚中间薄，就是为了将大部分材料分布在远离转轴的地方，以便用较少的材料获得较大的转动惯量。而在一些仪表中的转动零件，为提高其灵敏度，要尽量减小零件的转动惯量，常使材料尽量靠近转轴。转动惯量的应用飞轮的结构1.功率当物体受到力的作用，并在力的作用下发生位移时，这个力就对物体作了功。功率是指力在单位时间内作的功，用P表示。功率是表示力做功快慢程度的物理量。不变的力的功率等于力在其运动方向上的投影与速度的乘积。P=FτvFτ——力在运动方向上的投影，N；v

——物体的运动速度，m/s；P

——功率，kw。二、功率、转速和转矩之间的关系2.功率、转速和转矩之间的关系由于ω=πn/30，根据上式可得出功率P、转速n和转矩T的关系：T=9550×P/nP

——功率，kw；n

——转轴的转速，r/min；T——转轴的转矩，N·m。二、功率、转速和转矩之间的关系例1汽车发动机的额定功率P=55kw，试求当传动轴转速n=1200（r/min）时输出的转矩。当换档以后，传动轴的转速降为600（r/min），求此时传动轴输出的转矩。解：根据公式得

T=9550×P/n=9550×55/1200=437.7N·m当转速降为600r/min时T=9550×P/n=9550×55/600=875.4N·m由例题可知，当功率一定时，转矩T与转速n成反比。因此，汽车上坡时，需要较大的驱动力矩T，驾驶员就换用低速挡，使汽车的速度减小，来获得较大的牵引力。本章小结1、力的概念及三要素力是物体对物体的作用力是物体对物体的作用。力的三要素是：大小、方向、作用点。2、静力学的基本公理力的平行四边形公理二力平衡公理加减平衡力系公理作用与反作用公理本章小结3、平面汇交力系的平衡条件：∑F=0

4、力矩和力偶力矩是力F与转动中心O到力F的作用线的垂直距离d的乘积力，即：M=F·d。力矩是描述物体转动效果的物理量，物体转动状态发生变化。转动力矩又称为转矩或扭矩。力偶是一对方向相反、大小相同、不重合的力。力偶是力系，能使物体产生纯转动效应。力偶形成的转矩叫力偶矩。本章小结5、摩擦滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在相对滑动的时候，受到另一个物体阻碍它们相对滑动的力。①摩擦力的方向总是与物体间相对运动的方向相反。不一定与物体的运动方向相反；②摩擦力总是阻碍物体间的相对运动的。而不一定是阻碍物体的运动的；③摩擦力不一定是阻力，也可以是动力。摩擦力不一定使物体减速，也可能使物体加速；④受静摩擦力的物体不一定静止，但一定保持相对静止；⑤滑动摩擦力的方向不一定与运动方向相反。静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有相对运动趋势时，所受到的另一个物体对它的力。6、功率、转速与转矩的关系：T=9550×P/n本章小结谢谢聆听！第3章构件的承载能力分析主讲教师：目录本章学习目标01023.2基本变形03043.1材料力学的基本概念本章小结053.3汽车常用零件的变形与疲劳破坏本章学习目标知识目标了解各种基本变形条件下内力和应力的计算方法；掌握弯矩图的绘制方法。掌握构件在外力作用下的受力特点；理解材料力学的基本概念；能力目标能正确描述四种基本变形形式的特点；会画简单构件的扭矩图和弯矩图；能运用所学知识分析汽车典型零部件的变形计破坏特点。3.1材料力学的基本概念1.了解材料力学的概念；2.熟悉材料力学的任务；3.理解内力、外力、应力和应变的定义及求解；4.掌握杆件变形的基本形式。学习目标理论力学主要研究的是物体的平衡和运动规律，因此将研究对象抽象为刚体。实际上，任何物体受载荷（外力）作用后都会产生形状和尺寸的变化，称为变形。物体的变形可分为两种：一种是当载荷去除后能恢复原状的弹性变形；另一种是当载荷去除后不能恢复原状的塑性变形。工程中绝大多数物体的变形是弹性变形，这样的物体称为弹性体。可变形的物体统称为变形固体。3.1材料力学的基本概念一、变形固体及基本假设1、变形：任何物体受载荷（外力）作用后都会产生形状和尺寸的变化，称为变形。2、变形固体：可变形的固体。3、变形的类型弹性变形：载荷去除后能恢复原状的变形。塑性变形：载荷去除后不能恢复原状的变形。材料力学研究的内容：变形材料力学研究的对象：变形固体研究中对变形固体的假设连续性假设。假设物质毫无空隙地充满了整个固体。均匀性假设。假设固体内各处的力学性能完全相同。各向同性假设。假设固体在各个方向的力学性能完全相同。小变形假设。若固体的变形较其尺寸小得多，这种变形称为小变形。在小变形情况下，研究物体的静力平衡等问题时，均可略去这种小变形，而按原始尺寸计算，从而使计算简化。分析物体的变形规律时，这种微小的变形不能忽略一、变形固体及基本假设工程上的各种机械都是由构件组成的。机械工作时，构件会受载荷作用，因此会产生变形，载荷达到一定程度时甚至发生破坏，使机械无法正常工作。1. 足够的强度构件抵抗破坏的能力，称为强度。这里的破坏是指构件发生断裂或因产生过度的塑性变形而不能够继续承载。例如传动轴、连杆等不能断裂。2. 足够的刚度构件抵抗变形的能力，称为刚度。在某些情况下，构件虽有足够的强度，但若受力后变形过大，即刚度不够，也会影响正常工作。二、机械构件正常工作应满足的要求3、足够的稳定性构件受载后保持原有平衡形态的能力称为稳定性。对于一些受压力作用的细长直杆，如发动机的连杆，当压力较小时，能保持直线形态的平衡，但当压力增大时，直杆会变弯，即丧失稳定。材料力学就是研究构件在外力作用下的变形和破坏的规律，提供有关强度、刚度和稳定性的分析计算的基本方法的学科，其任务是在满足强度、刚度和稳定性的前提下，为构件选择适宜的材料，确定合理的形状和尺寸。二、机械构件正常工作应满足的要求体积力：连续分布在构件内部并作用在构件的每一个质点上，如重力、磁力以及由于运动加速度在质点上产生的惯性力都是体积力。分布力：连续作用于构件表面或某一范围的表面力（接触力），如发动机活塞在运动过程中对汽缸壁的侧压力。集中力：当表面力（接触力）作用面积远小于构件表面积或沿构件轴线的分布范围远小于构件长度，则可将分布力简化为作用于一点的力，称为集中力。如汽车变速箱中齿轮轴受到齿轮的压力可简化为集中力。集中力偶：当力偶作用的范围远远小于梁的长度时，可简化为作用于某一截面，称为集中力偶。1、外力：作用于构件上的载荷和约束力称为外力。外力的分类：按外力的作用方式可分为体积力、分布力、集中力和集中力偶。三、外力、内力、应力及应变外力的分类：按随时间变化情况分类静载荷：缓慢地由零增加到某一定值后，不再随时间变化，保持不变或变化很不显著的载荷；动载荷：随时间显著变化或使构件各质点产生明显的加速度的载荷。交变载荷：随时间作周期性变化的载荷；冲击载荷：构件运动在瞬时内发生突然变化所引起的载荷。三、外力、内力、应力及应变2、内力及截面法（1）内力

构件因外力作用发生变形时，其内部各部分之间的相对位置发生变化，从而引起相邻部分的相互作用力称为内力。它是连续作用于截面上的分布力，并随外力的改变而变化。

（2）截面法为了求出内力的大小，假想将构件切开，由分离体的平衡条件，应用静力学平衡方程，根据外力确定内力，这种方法称为截面法。内力与构件的强度直接相关，因此要解决强度问题，必须求出外力作用下杆件内力的大小！应用截面法时需注意两点：①外载荷不能沿作用线移动。因为材料力学中研究的对象是变形体，不是刚体，力的可传性不成立；②截面不能切在外力作用点处，要离开或稍微离开作用点。截开：在求内力的截面处，假想用一平面将截面分成两部分，保留任意一部分，舍去另一部分。代替：用作用于截面上的内力代替舍去部分对留下部分的作用。平衡：对留下的部分建立静力学平衡方程，确定内力值。截面法的步骤

例1：如图所示，A、B、C点分别作用10kN、40kN、30kN的力，求：1-1截面和2-2截面受到的内力。解：(1)截开：在求内力的截面处，假想用一个平面将截面分成两部分，保留任意一部分，舍去另一部分。(3）平衡：对于一个处于平衡状态的物体，其各部分都应当保持平衡。由此，对留下的部分可建立静力学平衡方程，求解出截面处的内力值。(2)代替：用作用于截面上的内力代替舍去部分对留下部分的作用。FN1=10KN，FN2=30KN内力是有正负之分的，将在下一节中学习！截面上单位面积所受的内力，用来表示截面上某点受力强弱程度的物理量称为应力，应力的单位为，也称为帕（Pa）。其中：垂直于截面的分量和切于截面的分量，σ称为正应力，τ称为切应力。3、截面上的应力截面的变形既有长度方面的改变也有角度方面的改变。变形的程度用应变来表示。长度方面的变形程度用线应变表示，简称应变。角度方面的变形程度用切应变表示。线段AB原长为x，变形后AB的长度为

。则按下式得到的

称为A点沿AB方向的线应变简称应变。4、应变1、杆件：长度远大于横向尺寸的构件。2、杆件变形的基本形式有四种：

拉伸和压缩、剪切、扭转和弯曲。3、组合变形：两种或两种以上基本变形的组合，称为组合变形。四、杆件变形的基本形式汽车悬挂系统中的杆件3.2基本变形1.了解拉伸和压缩、剪切和挤压、扭转、弯曲的概念；2.熟悉拉伸和压缩、剪切和挤压变形、扭转变形、弯曲变形的特点；3.理解拉伸和压缩、剪切和挤压、扭转、弯曲变形其横截面上应力的分布规律；4.理解拉伸和压缩、剪切和挤压、扭转和弯曲变形强度计算的基本方法。学习目标一、拉伸和压缩变形观察汽车发动机的中的连杆，分析其的受力特点，预估其在工作中将产生什么样的变形？1、受力特点作用在杆两端的两个力大小相等、方向相反、作用线与杆的轴线重合。2、变形特点杆件沿轴向发生伸长或缩短。（a）拉伸变形（b）压缩变形

拉伸和压缩变形的受力及变形特点一、拉伸和压缩变形拉伸变形时的内力（1）内力：拉伸和压缩的内力为轴力，一般用表示。轴力的正负号规定为：杆件的变形为纵向伸长时，轴力为正，称为拉力；杆件的变形为纵向压缩时，轴力为负，称为压力。3、内力和应力一、拉伸和压缩变形（2）应力拉伸和压缩时的内力垂直于横截面，所以应力也垂直于横截面，根据应力的定义可知，横截面上的应力为正应力，用σ表示。拉应力σ为正；压应力σ为负3、内力和应力（3）胡克定律英国科学家胡克通过实验，发现了力与变形的关系：当杆内的应力不超过某一限度时，应力与应变成正比，称为胡克定律。由上式可以看出，当其它条件不变的情况下，E越大，则材料的变形越小。因此弹性模量E表示材料抵抗拉、压弹性变形的能力，是材料的刚度指标。长度与受力情况相同的杆，E值愈大，杆的变形就愈小，说明E表示杆件抵抗拉压变形能力的大小，称为杆的抗拉（压）刚度。式中常数E称为弹性模量，其值随材料不同而不同。材料的力学性能是指材料受外力时，在强度和变形方面表现出的性能，是解决强度、刚度和稳定性问题的依据。需要由试验来测定。在常温静载条件下，材料常分为以低碳钢为代表的塑性材料和以铸铁为代表的脆性材料。低碳钢铸铁井盖4、拉伸压缩时材料的力学性能（1）塑性材料的力学性能低碳钢拉伸时的应力-应变图——反映材料的力学性能弹性阶段（ob段）：只产生弹性变形。A点所对应的应力值称为比例极限，记为RP；b点所对应的应力RT是材料只出现弹性变形的极限值，称为弹性极限。屈服阶段（bc段）：当应力超过弹性极限后继续加载，应变增加很快，而应力先下降，然后作微小的波动，在曲线上出现接近水平线的小锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变显著增加的现象，称为屈服或流动，所对应的应力称为屈服极限或称屈服强度，用表示，是衡量材料强度的重要指标。（1）塑性材料的力学性能强化阶段（ce段）：过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力。这种现象称为材料的强化。强化阶段的最高点e点所对应的应力Rm是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强度。它表示材料所能承受的最大应力。

Rm是衡量材料强度的重要指标。颈缩阶段：过e点后，应力达到强度极限后，在试样的某一局部范围横向尺寸急剧缩小，形成颈缩现象。试样承载能力急剧下降，在颈缩处被拉断。塑性材料宜用作受拉杆件，通常不用作受压件。（1）塑性材料的力学性能脆性材料拉伸时的应力—应变关系曲线没有明显的直线部分。在较小的拉应力下就被拉断，没有屈服和颈缩现象，拉断前的应变很小。铸铁是典型的脆性材料拉断时的最大应力即为其强度极限。因为没有屈服现象，强度极限Rm是衡量强度的唯一指标。（2）脆性材料的力学性能铸铁与钢材的拉伸曲线对比铸铁的压缩曲线灰铸铁无屈服极限，强度极限大大超过拉伸时强度极限4~5倍，故抗压性能强，适用受压零件。1、剪切变形杆件受到大小相等、方向相反、作用线不重合且相距较近的两个垂直于杆轴线方向的力的作用时，杆件位于两个力中间部分各截面将产生相互错动，这种变形称为剪切变形。产生相对错动的截面称为剪切面。剪切面总是平行于外力作用线，且位于两个反向外力作用线之间。2、受力特点大小相等、方向相反、作用线相距很近。3、变形特点剪切面沿外力的方向发生相对错动。二、剪切变形剪切变形多数发生在工程结构和机械零件的联接件上。如图所示的联接两个零件的销、铆钉、键和螺栓等，都是常见的受剪零件。常见的受剪零件二、剪切变形构件受到剪切力的作用时，在它的剪切面上就要产生与截面平行的抵抗剪切变形的内力，称为剪力，用FQ表示。单位面积上剪力的大小称为剪应力，其方向与剪力相同，平行于横截面，FQ为切应力，用τ