机械设计基础 教学课件 作者 汪金营 第二章　构件的承载能力分析.ppt

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1、机械设计基础主编第二章　构件的承载能力分析第一节　承载能力分析的基本知识第二节　轴向拉伸和压缩第二章　构件的承载能力分析图2-1　气动夹具活塞杆的受力情况a)气动夹具简图　b)活塞杆的受力图1—汽缸　2—活塞　3—工件第二章　构件的承载能力分析图2-2　活塞销的受力情况a)活塞及活塞销　b)活塞销的受力图　c)活塞销的局部受力图1—活塞销　2—活塞　3—连杆第二章　构件的承载能力分析图2-3　车床丝杠的受力情况a)车床　b)车床丝杠的受力图及内力图第二章　构件的承载能力分析图2-4　工件的受力及变形情况a

2、)一端卡盘、一端顶尖固定工件b)两端顶尖固定工件第一节　承载能力分析的基本知识一、主要任务各种机器设备和工程结构，都是由若干构件组成的。二、变形固体的基本假设材料的物质结构和性质是比较复杂的，为了研究上的方便，必须忽略某些次要的性质，只保留它们的主要属性，将其简化为一个理想的模型。(1)连续均匀假设　认为在整个构件体积内都毫无空隙地充满着物质，而且物体内任何部分的性质都是完全一样的。(2)各向同性假设　认为材料沿各个不同方向的力学性质均相同。三、构件基本变形形式当不同的外力作用于杆件上，杆件将发生不同形式

3、的变形。四、内力、应力的计算第一节　承载能力分析的基本知识图2-5　杆件变形的基本形式a)轴向拉伸　b)轴向压缩　c)剪切　d)扭转　e)弯曲1.内力2.截面法第一节　承载能力分析的基本知识图2-6　受拉的二力杆件(1)截　在欲求内力的截面处，用一截面假想地把杆件截开。第一节　承载能力分析的基本知识(2)取　摒弃一部分，保留一部分，即任意选取其中一部分为研究对象。(3)代　将弃去部分对研究对象的作用，以截面上的未知内力来代替。(4)平　考虑保留部分的平衡，并根据研究对象的平衡条件，建立平衡方程，以确定未知

4、内力的大小和方向。3.应力第二节　轴向拉伸和压缩图2-7　承受轴向拉伸和压缩的杆件a)起重机吊物简图　b)轴向拉伸杆件　c)轴向压缩杆件第二节　轴向拉伸和压缩图2-8　截面法求内力一、杆件内力分析第二节　轴向拉伸和压缩由于合外力的作用线和杆件的轴线重合，由内、外力平衡条件可知，杆件任意截面上内力的作用线也必与杆的轴线重合，即垂直于杆的横截面，并通过截面形心。(1)内力的大小(2)内力的符号　轴力的指向背离截面时，杆受拉，轴力为正；反之杆受压，轴力为负；截面法求内力如图2-8所示。图2-9　轴向承受载荷的杆

5、件a)杆件受力情况　b)1—1截面内力分析图c)2—2截面内力分析图　d)杆件的轴力图第二节　轴向拉伸和压缩例2-1　轴向承受载荷的杆件如图2-9a所示，沿杆件轴线作用的轴向外力大小为F1=2.5kN，F2=4kN，F3=1.5kN。试画出杆件的轴力图。解　采用截面法，在杆件AC段内以横截面1—1将杆件切为两段，画出左段的受力图，如图2-9b所示，并设截面1—1上的轴力为FN1，列平衡方程为二、杆件横截面上正应力的分析与计算根据材料的均匀连续假设，当变形相同时，受力也相同，横截面的内力均匀分布，方向垂直于

6、横截面。三、杆件变形的分析与计算四、材料的力学性能1.低碳钢在轴向拉伸时的力学性能2.脆性材料拉伸时的力学性能3.低碳钢压缩时的力学性能4.铸铁压缩时的力学性能5.许用应力四、材料的力学性能图2-10　拉伸试件的几何尺寸1.低碳钢在轴向拉伸时的力学性能图2-11　低碳钢的拉伸曲线1.低碳钢在轴向拉伸时的力学性能图2-12　Q235钢的应力应变曲线(1)弹性阶段　在弹性阶段(OA段)时应力和应变成正比，1.低碳钢在轴向拉伸时的力学性能应力应变曲线为一段直线，最高点对应的应力称为弹性极限，用σp来表示。(2)

7、屈服阶段　当应力超过弹性极限时，应力在小范围内波动，但应变增加很快，应力应变曲线是一段接近水平的锯齿形，这个阶段称为屈服阶段。图2-13　缩颈现象1.低碳钢在轴向拉伸时的力学性能图2-14　铸铁和玻璃钢拉伸时的应力应变(σ-ε)曲线1.低碳钢在轴向拉伸时的力学性能(3)强化阶段　屈服阶段以后，材料重新产生了抵抗变形的能力(CD段)，图中曲线表明若要试件继续变形，就必须增加应力，这个阶段称为强化阶段。(4)缩颈阶段　当应力到达强度极限之后，在试件薄弱处将发生急剧的局部收缩，出现“缩颈”现象，如图2-13所示

8、。4.铸铁压缩时的力学性能2Z15.TIF4.铸铁压缩时的力学性能2Z16.TIF5.许用应力五、强度条件及应用1.强度校核2.确定截面尺寸3.确定许可载荷1.强度校核2.确定截面尺寸3.确定许可载荷例2-2图2-17所示为某铣床工作台的进给液压缸，缸内的工作压力q=2MPa，液压缸内径D=75mm，活塞杆直径d=18mm，已知活塞杆材料的许用应力［σ］=50MPa，图2-17　某铣床工作台的进给液压缸解　活塞杆发生轴向拉伸变