汽车机械基础 教学课件 作者 安军 汽车机械基础第十章.ppt

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1、第十章构件基本变形和强度分析学习目标第一节　轴向拉伸与压缩第二节　剪切与挤压第三节　圆轴扭转第四节　直梁弯曲学习目标学习目标①能判断构件的变形形式；②能确定构件的内力并绘制内力图；③能进行简单构件的强度计算。任何构件在外力的作用下，其形状和尺寸都会发生不同程度的变化，并在外力达到一定程度时可能破坏，从而失去有效的工作能力。为了保证机械设备安全有效的工作，要求每一构件均应具有足够的承载能力。返回下一页学习目标1.衡量构件承载能力的指标(1)强度：构件在载荷作用下会产生变形，严重时会断裂。把构件在外力作用下抵抗破坏的能力称为构件的强度。(

2、2)刚度：构件不仅要有足够的强度，而且也不能产生过大的变形，否则也会影响构件的正常工作。例如，传动轴发生较大变形时，会影响齿轮的正常啮合，使机器不能正常运转。所以，把构件在外力作用下抵抗变形的能力称为构件的刚度。(3)稳定性：对于细长压杆，当压力超过一定数值时，压杆就不能维持原有的直线平衡状态，从而失去工作能力。因此，构件在外力作用下保持其原有直线平衡状态的能力称为压杆的稳定性。研究构件承载能力的目的就是在保证构件安全经济的前提下，为构件选择合适的材料，确定合理的截面形状和尺寸，提供必要的理论基础和实用的计算方法。返回下一页上一页学习

3、目标2.杆件变形的基本形式工程实际中构件的种类繁多，根据形状不同，可简化为杆、板、壳、块等。以杆为例，主要变形形式有以下四种。(1)拉伸与压缩，如图10-1所示。(2)剪切，如图10-2所示。(3)扭转，如图10-3所示。(4)弯曲，如图10-4所示。返回上一页第一节轴向拉伸与压缩一、轴向拉伸与压缩的概念工程实际中，发生轴向拉伸或压缩变形的构件很多，例如，图10-5中三角支架ABC中的杆、起重机构架的各杆及起吊重物的钢索。此外，千斤顶的螺杆、连接汽缸的螺栓及活塞连杆等都是轴间拉压杆。它们的受力特点是作用于杆上的外力（或外力合力）的作用

4、线与杆的轴线重合，且大小相等、方向相反。在这种轴向载荷作用下，其变形特点是杆件沿轴向伸长或缩短。以轴向拉压为主要变形的杆件，称为拉（压）杆。下一页返回第一节轴向拉伸与压缩二、轴向拉压杆的内力在研究杆件的强度、刚度等问题时，都需要首先求出杆件的内力，轴向拉压杆的内力称为轴力。内力是杆件的内部由于外力的作用而产生的相互作用。求内力的方法通常为截面法，其步骤如下所示。(1)截：如图10-6(a)所示，先假想用一截面将杆沿ｍ－ｍ截面截开。(2)取：留下任一部分作为研究对象进行分析。(3)代：并将去掉部分对留下部分的作用以分布在截面ｍ－ｍ上各点

5、的内力来代替，如图10-6(b)所示。下一页返回上一页第一节轴向拉伸与压缩(4)平：由于整个杆件处于平衡状态，杆件的任一部分均应保持平衡。于是，杆件横截面ｍ－ｍ上的内力系的合力（轴力）ＦＮ与其左端外力Ｆ形成共线力系，由平衡条件得：FN=FFN为杆件任一横截面上的内力，其作用线与杆的轴线重合，即垂直于横截面并通过其形心。这种内力称为轴力，用Ｆ表示。若在分析时取右段为研究对象（如图10-6(c)所示），则由作用与反作用原理可知，右段在截面上的轴力与前述左段上的轴力数值相等而指向相反。当然，同样也可以从右段的平衡条件来确定轴力。下一页返回上

6、一页第一节轴向拉伸与压缩对于压杆，同样可以通过上述过程求得其任一横截面上的轴力FN。为了研究方便，给轴力规定一个正负号：当轴力的方向与截面的外法线方向一致时，杆件受拉，规定轴力为正，称为拉力；反之，杆件受压，轴力为负，称为压力。当杆受到多个轴向外力作用时，在杆不同位置的横截面上，轴力往往不同。为了形象而清晰地表示横截面上的轴力沿轴线变化的情况，可用平行于轴线的坐标表示横截面的位置，称为基线，用垂直于轴线的坐标表示横截面上轴力的数值，正的轴力（拉力）画在基线的上侧，负的轴力（压力）画在基线的下侧。这样绘出的轴力沿杆件轴线变化的图线，称为

7、轴力图。下一页返回上一页第一节轴向拉伸与压缩［例10-1］　一等直杆所受外力如图10-7(a)所示，试求各段截面上的轴力，并作杆的轴力图。解　在AB段范围内任一横截面处将杆截开，取左段为研究对象（如图10-7(b)所示）假定轴力FN1为拉力（以后轴力都按拉力假设），由平衡方程：得：结果为正值，故Ｆ为拉力。同理，可求得BC段内任一横截面上的轴力（如图10-7(c)所示）为：下一页返回上一页第一节轴向拉伸与压缩在求CD段内的轴力时，将杆截开后取右段为研究对象（如图10-7(d)所示），因为右段杆上包含的外力较少。由平衡方程：得：结果为负值

8、，说明ＦN3为压力。同理，可得ＤＥ段内任一横截面上的轴力ＦN4为：按上述作轴力图的规则，作出杆件的轴力图（如图10-7(f)所示）。ＦNmax发生在BC段内的任一横截面上，其值为70ｋＮ。由上述计算可见，在求轴力时，先假