第2章 桿件受力變形與應(yīng)力分析

.,1,汽車機(jī)械基礎(chǔ),全國高等職業(yè)教育汽車類規(guī)劃教材,成縣職業(yè)中專汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車1班,.,2,第2章桿件受力變形與應(yīng)力分析,.,3,2.1基本概念,1變形固體及其基本假設(shè)在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱為變形固體。材料力學(xué)中通常省略一些次要因素，對變形固體作下列假設(shè)：（1）連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為整個(gè)物體所占空間內(nèi)到處無空隙地充滿物質(zhì)。（2）均勻性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同。（3）各向同性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)在各個(gè)不同方向上的力學(xué)性能相同。,.,4,2.1基本概念,2.構(gòu)件的承載能力是指構(gòu)件能夠承受具體載荷作用的能力，它包括三個(gè)方面的指標(biāo)，即構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。構(gòu)件正常工作必須滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，即對其進(jìn)行承載能力的計(jì)算。,.,5,2.1基本概念,3.強(qiáng)度是指構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞或斷裂的能力。構(gòu)件必須具有足夠的強(qiáng)度。,.,6,2.1基本概念,4.剛度指構(gòu)件在外力作用下抵抗過大彈性變形的能力，即要求構(gòu)件在規(guī)定的使用條件下不發(fā)生過大的彈性變形。,.,7,2.1基本概念,5.桿件變形的基本形式是指長度遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向尺寸的變形體。桿件受力有各種情況，相應(yīng)的變形就有各種形式。在工程結(jié)構(gòu)中，桿件的基本變形有以下四種：（1）拉伸和壓縮（2）剪切（3）扭轉(zhuǎn)（4）彎曲,.,8,2.2拉伸與壓縮,1.內(nèi)力,當(dāng)桿件所受外力的作用線與桿件重合時(shí)，桿件將沿軸線伸長或縮短變形，稱為軸向拉伸或壓縮。內(nèi)力是可以改變的，在一定限度內(nèi)，外力增大，內(nèi)力增大，變形也隨之增大，內(nèi)力與外力服從正比關(guān)系。當(dāng)外力超過彈性限度，內(nèi)力不再隨外力而增加，材料就會喪失正常的工作能力。因此，內(nèi)力的變化直接影響到構(gòu)件的失效。它是分析解決強(qiáng)度、剛度的基礎(chǔ)。,.,9,2.2拉伸與壓縮,2.截面法,通常采用截面法求桿件的內(nèi)力，即假象的截面將桿件截為兩部分，任取桿件的一部分為研究對象，利用靜力平衡方程求內(nèi)力。如圖所示，任取其中一部分作為研究對象。設(shè)其內(nèi)力的合力為，由于構(gòu)件原來處于平衡狀態(tài)，切開后仍處于平衡狀態(tài)，則由平衡方程：,得,由于內(nèi)力的作用線垂直構(gòu)件（桿）的橫截面，并通過截面的形心，這種內(nèi)力也稱為軸力。當(dāng)軸力的指向背離截面時(shí)，桿受拉，規(guī)定軸力為正，反之桿受壓，軸力為負(fù)。,.,10,2.2拉伸與壓縮,3.截面上的應(yīng)力,單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。應(yīng)力單位為N/m2，稱為Pa。由于Pa單位太小，工程上常用MPa（N/mm2）或GPa作為應(yīng)力單位：,得,的方向規(guī)定：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。,由于橫截面上的內(nèi)力分布是均勻的，所以橫截面上各點(diǎn)的應(yīng)力大小均相等，方向垂直于橫截面，故稱作正應(yīng)力。,橫截面上正應(yīng)力計(jì)算公式為,.,11,3.截面上的應(yīng)力,2.2拉伸與壓縮,.,12,2.3剪切與擠壓,剪切變形是桿件的基本變形之一。它是指桿件受到一對垂直于桿軸方向的大小相等、方向相反、作用線相距很近的外力作用所引起的變形，如圖所示。此時(shí)截面cd相對于ab將發(fā)生相對錯動，即剪切變形。若變形過大，桿件將在兩個(gè)外力作用面之間的某一截面m-m處被剪斷，被剪斷的截面稱為剪切面。,.,13,1.剪切力：現(xiàn)以鉚釘為例，應(yīng)用截面法，假想沿剪切面m-m，將銷釘分為兩段，取其中一段作為研究對象，如圖所示。由平衡條件可知，剪切面上內(nèi)力的合力應(yīng)與外力F平衡，沿截面作用。此內(nèi)力稱為剪切力，通常用Q表示。,2.3剪切與擠壓,2.3.1剪切,.,14,2.切應(yīng)力：切應(yīng)力是單位面積的剪切力，通常用表示。設(shè)剪切面積為A，剪切力為，則剪切面上的切應(yīng)力為,2.3剪切與擠壓,2.3.1剪切,.,15,3.抗剪切強(qiáng)度條件：為了保證構(gòu)件在工作時(shí)不發(fā)生剪切破壞，必須使桿件的工作切應(yīng)力小于或等于材料的許用切應(yīng)力，即剪切的強(qiáng)度條件為,2.3剪切與擠壓,2.3.1剪切,.,16,構(gòu)件在受剪切作用的同時(shí)，在兩構(gòu)件的接觸面上，因相互壓緊會產(chǎn)生局部受壓，這稱為擠壓。如圖所示的鉚釘連接中，作用在鋼板上的拉力F，通過鋼板與鉚釘?shù)慕佑|面?zhèn)鬟f給鉚釘，接觸面上就產(chǎn)生了擠壓。,2.3剪切與擠壓,2.3.2擠壓,.,17,1.擠壓應(yīng)力：構(gòu)件受到擠壓變形時(shí)，相互擠壓的接觸面稱為擠壓面。作用于接觸面的壓力稱為擠壓力，擠壓面上的壓應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力，擠壓力與擠壓面相互垂直。,2.3剪切與擠壓,2.3.2擠壓,.,18,2.擠壓面積的計(jì)算：,2.3剪切與擠壓,2.3.2擠壓,（a）,（b）,.,19,3.擠壓強(qiáng)度計(jì)算：當(dāng)構(gòu)件承受的擠壓力過大而發(fā)生擠壓破壞時(shí)，構(gòu)件不能正常工作。因此，對發(fā)生剪切變形的構(gòu)件，除了進(jìn)行抗剪切強(qiáng)度計(jì)算外，還要進(jìn)行抗壓強(qiáng)度計(jì)算。其強(qiáng)度條件為,2.3剪切與擠壓,2.3.2擠壓,.,20,1.基本概念：在汽車機(jī)械的工程實(shí)際中，有很多承受扭轉(zhuǎn)的桿件，如圖所示，例如轉(zhuǎn)向軸，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤把力偶作用在轉(zhuǎn)向軸的上端，在轉(zhuǎn)向軸的下端則受到來自轉(zhuǎn)向器的阻力偶作用。,2.4扭轉(zhuǎn)與彎曲,2.4.1扭轉(zhuǎn),.,21,2.外力偶矩：研究圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度和剛度問題時(shí)，首先要知道作用在軸上的外力偶矩的大小。在工程實(shí)際中，作用在軸上的外力偶矩通常并不直接給出，而是已知軸所傳遞的功率和軸的轉(zhuǎn)速。功率、轉(zhuǎn)速和力偶矩之間的關(guān)系為,2.4扭轉(zhuǎn)與彎曲,2.4.1扭轉(zhuǎn),.,22,3.扭矩：桿件受扭時(shí)，截面上的內(nèi)力偶矩稱為扭矩，用符號T表示。圓軸在外力偶矩作用下，橫截面上將產(chǎn)生內(nèi)力，可用截面法來計(jì)算。,2.4扭轉(zhuǎn)與彎曲,2.4.1扭轉(zhuǎn),.,23,1.彎曲變形：當(dāng)直桿受到與其軸線垂直的外力或通過軸線的平面中內(nèi)力偶作用時(shí)，桿的軸線由原來的直線變成曲線，這種變形稱為彎曲變形。以承受彎曲變形為主的桿件稱為梁。梁是機(jī)械設(shè)備和工程結(jié)構(gòu)中最常見的構(gòu)件。為了研究方便，通常將梁進(jìn)行簡化，用梁的軸線表示