机械零件的工作能力分析

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1、机械设计基础第3章　机械零件的工作能力分析第3章　机械零件的工作能力分析3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析3.2　零件剪切与挤压变形时的工作能力分析3.3　零件扭转变形时的工作能力分析3.4　零件弯曲变形时的工作能力分析3.5　零件组合变形时的工作能力分析3.6　基本技能训练——材料轴向拉伸(压缩)时的力学性能实验3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-1　轴向拉伸与压缩3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析3.1.1　轴向拉伸或压缩的概念杆件受到外部沿轴线方向的拉力或压力（称轴向

2、力）作用而使杆件沿轴向伸长或缩短，这种变形称为轴向拉伸或压缩，如图3⁃1所示。产生拉伸或压缩变形的杆件称为拉压杆。图3-2　旋臂式起重机3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-3　紧固螺栓3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-4　液压缸活塞杆3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-5　建筑物中的支柱3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析3.1.2　内力分析与应力分析1.轴力和轴力图(1)轴力　作用在杆件上的载荷和约束反力统称为外力。图3-6　拉(压)杆横截面上的内力

3、3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析3.1.3　轴向拉伸或压缩时的变形计算图3-9　拉杆的变形3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析表3-1　几种常用材料的E和μ值3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析3.1.4　材料在拉伸或压缩时的力学性能材料在外力作用下其强度和变形方面所表现出的力学性能，是强度计算和选用材料的重要依据。在不同的温度和加载速度下，材料的力学性能将发生变化。本节主要介绍常用材料在常温（指室温）、静载（加载速度缓慢平稳）情况下，拉伸和压缩时的力学性能。图3-11　拉压试件

4、标准3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析1.(1)低碳钢在拉伸时的力学性能　低碳钢是工程上应用最广泛的材料，同时，低碳钢试件在拉伸试验中所表现出来的力学性能最为典型。图3-12　低碳钢拉伸图3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-13　Q235钢拉伸的σ-ε曲线图3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析(2)材料的力学性能指标　试件拉断后，材料的弹性变形消失，塑性变形则保留下来，试件长度由原长L0变为Lu。图3-14　铸铁在拉伸时的σ-ε曲线图3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能

5、力分析(3)铸铁在拉伸时的力学性能　对于脆性材料，例如灰铸铁，从图3-14所示的σ-ε曲线可以看出，从开始受拉到断裂，没有明显的直线部分(图中实线)。2.图3-15　低碳钢压缩时的σ-ε曲线图3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-16　铸铁压缩时的σ-ε曲线图3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析1)刚度指标：弹性模量E。2)强度指标：屈服极限σs和强度极限σb(σbc)。3)塑性指标：断后伸长率A和断面收缩率Z。3.1.5　轴向拉伸或压缩时的强度计算1.许用应力和安全因数2.轴向拉伸或压缩时

6、的强度计算(1)强度校核　若已知杆件尺寸A、载荷F和材料的许用应力［σ］，则可验算杆件是否满足强度要求(2)设计截面尺寸　若已知杆件的工作载荷及材料的许用应力［σ］(3)确定许可载荷　若已知杆件尺寸和材料的许用应力［σ］，可确定许可载荷3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析3.1.6　压杆稳定性的概念由前所述，对于一般的受压直杆，认为只要满足压缩强度条件，就能保证压杆的正常工作。事实上这一结论仅适合于短粗压杆，而细长压杆并非如此。3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-18　压杆的稳定性3.1　

7、零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析图3-19　细长压杆的应用实例3.1　零件轴向拉伸(压缩)变形时的工作能力分析解决压杆稳定问题的关键是提高临界压力Fcr。工程上提高压杆的稳定性的主要措施有：加固端部约束；减小压杆长度；采用合理的截面形状如图3-20所示。图3-20　合理的截面形状理3.2　零件剪切与挤压变形时的工作能力分析3.2.1　剪切与挤压的概念1.图3-21　剪板机剪切钢板3.2　零件剪切与挤压变形时的工作能力分析图3-22　铆钉连接3.2　零件剪切与挤压变形时的工作能力分析图3-23　螺栓联接2.3.2

8、　零件剪切与挤压变形时的工作能力分析图3-24　挤压的概念3.2.2　剪切与挤压的内力分析与应力分析3.2　零件剪切与挤压变形时的工作能力分析用截面法来研究铆钉在剪切面上的内力。用一截面假想地将铆钉沿剪切面m-m截开，分为上下两部分。任取一部分为研究对象，为了保持平衡，在剪切面内必然有与外力F大小相等，方向相反的内力存在，这个内力