磚夾結(jié)構(gòu)受力分析考慮摩擦力的物體平衡問題課件講解

機械設計基礎(chǔ)教研室磚夾結(jié)構(gòu)受力分析——考慮摩擦力的物體平衡問題教學目標知識目標能力目標思想目標掌握滑動摩擦的相關(guān)概念；掌握考慮摩擦時的平衡問題的分析方法；能夠?qū)紤]摩擦時的平衡問題進行分析；增強學生分析問題、解決問題的能力；培養(yǎng)學生嚴謹?shù)乃季S習慣教學目標

前面章節(jié)研究物體的平衡問題時，都沒考慮摩擦力，將接觸面都假定為絕對光滑，這是一種理想狀態(tài)。實際上，兩物體接觸面都有摩擦，只是在一些問題中，摩擦力的影響很小，屬于次要因素，可以忽略不計。但是在很多工程實際中，摩擦力卻是起主導作用的力，不能忽略。比如，夾具利用摩擦力將工件夾緊；螺釘靠摩擦力來聯(lián)接零件；車輛的制動必須通過摩擦力才能實現(xiàn)，等等。根據(jù)物體接觸面是否產(chǎn)生相對運動，可將摩擦分為滑動摩擦和滾動摩擦。本節(jié)主要介紹滑動摩擦的相關(guān)概念、性質(zhì)以及考慮摩擦時的平衡問題分析。

1、滑動摩擦力兩個相互接觸的物體，沿著接觸面有相對滑動趨勢時，在接觸面間產(chǎn)生阻礙這種趨勢的力，稱為靜滑動摩檫力。簡稱靜摩擦力。

一、摩擦力的相關(guān)概念一、摩擦力的相關(guān)概念

兩個相互接觸的物體，沿著接觸面產(chǎn)生相對滑動時，在接觸面間產(chǎn)生阻礙彼此相對滑動的力，這種力稱為動滑動摩檫力，簡稱動摩擦力。

由于摩擦對物體的運動起阻礙作用，因此摩擦力總是作用在接觸面(點)，沿接觸處的公切線，與物體相對滑動或相對滑動趨勢的方向相反。

GFNGFNFFf摩擦力的計算方法可以通過上圖所示，物體的運動情況，通過實驗來討論得到。在粗糙水平面上有一重物，其重量為G，受到地面的支持力FN處于平衡。一、摩擦力的相關(guān)概念

（1）.當主動力F從零逐漸增大時，摩擦力Ff隨之逐漸增大，當F增大到某一數(shù)值時，重物處于將動未動的臨界狀態(tài)，此時的摩擦力即為最大靜摩擦力，用Ffmax表示。由此得到物體處于靜止狀態(tài)時的摩擦力大小，即（2）.實驗證明，最大靜摩擦力與物體接觸面所有正壓力成正比（庫侖摩擦定律），即式中，fs為靜摩擦因素，由接觸面材料、粗糙度、濕度等決定，與接觸面積大小無關(guān)。其數(shù)值可以通過相關(guān)手冊查出。一、摩擦力的相關(guān)概念

（3）.當主動力F繼續(xù)增大，即超過Ffmax，此時物體開始滑動，產(chǎn)生滑動摩擦力Ff’,其大小與接觸面正壓力FN成正比，即式中，f為動摩擦因素，其大小與接觸面的材料、粗糙度、濕度等相關(guān)，與接觸面積大小無關(guān)。數(shù)值可從設計手冊查取，通常有fs>f。2、摩擦角與自鎖

（1）.摩擦角

當考慮摩擦時，物體受到支撐面的反力有法向反力FN和切向摩擦力Ff，它們的合力稱為全反力，用FR表示。一、摩擦力的相關(guān)概念

如圖所示，全反力與接觸面法線之間的夾角為φ，其大小隨著主動力的變化而變化，當物體達到平衡的臨界狀態(tài)時，φ達到最大值φf，稱為摩擦角。即有由此可知，摩擦角與摩擦因素都是用來表示材料摩擦性能的物理量。GFNFFfFRφGFNFFfmaxFRφf一、摩擦力的相關(guān)概念

（2）.自鎖

物體處于靜止狀態(tài)時，靜摩擦力總是不大于最大靜摩擦力Ffmax，所以全反力與接觸面法線之間的夾角為φ總是不大于摩擦角φf，即有

當主動力的合力FQ的作用線在摩擦角φf以內(nèi)時，全反力FR與之平衡。因此只要主動力合力的作用線與接觸面法線間的夾角α小于等于φf，此時不論合力多大，物體都處于靜止狀態(tài)，這種現(xiàn)象就是自鎖。

工程實際中利用自鎖原理設計出的機構(gòu)很多，比如，千斤頂、夾具、飛機起落架等。GFFRφfFQφα二、考慮摩擦時的平衡問題

當主動力合力的作用線與接觸面法線間的夾角α大于φf，全反力始終小于主動力合力，此時不論合力多小，物體都會滑動。利用此原理就可以避免自鎖?？紤]摩擦時的平衡問題

考慮摩擦時的平衡問題，其解題方法、步驟與忽略摩擦時基本相同，區(qū)別在于，受力分析時，要畫出摩擦力，注意摩