机械设计基础 教学课件 作者 李立机械设计基础(0-4)第2章内力分析.ppt

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1、教学目标重点难点教学内容小结作业第2章杆件的内力分析教学目标教学目标：1.明确杆件变形的概念，正确判断杆件的变形形式；2.掌握杆件内力的分析方法；3.具有计算内力、绘制内力图的能力。首页2.1基本变形、组合变形的概念2.2内力与截面法2.3轴向拉压内力2.4剪切内力2.5扭转内力2.6弯曲内力2.7组合变形内力首页教学内容重点：杆件基本变形内力的计算。难点：弯曲内力、组合变形内力计算。首页重点难点2.1基本变形、组合变形的概念返回轴向拉伸与压缩2.1.1轴向拉伸与压缩1.工程实例2.受力特点：沿杆件轴向作用一对等值、反向的拉力或压力3.变形特点：杆件沿轴向伸长或缩短剪切概念

2、2.1.2剪切1.工程实例2.受力特点：截面两侧受一对等值、反向、作用线相距很近的横向力。3.变形特点：截面沿着力的作用方向相对错动。2.1.3扭转1.工程实例2.受力特点：在横截面内作用一对等值、反向的力偶。3.变形特点：轴表面的纵线变成螺旋线。扭转概念弯曲概念2.1.4弯曲1.工程实例2.受力特点：垂直于梁轴线的外力或在轴线平面内作用的力偶。3.变形特点：使梁的轴线由直变弯。组合变形概念2.1.5组合变形1.工程实例2.变形特点：同时存在两种或两种以上基本变形。2.2内力与截面法返回内力与截面法2.2.1内力的概念杆件受外力作用而引起的内部相互作用力称为内力。内力是随着

3、外力的增加而增加的，但当内力增大到某一限度时，杆件就会破坏，因而内力是与杆件的强度密切相关的。2.2.2截面法截面法求内力的过程：切、取、代、平四步骤。2.3轴向拉压内力返回轴力与轴力图2.3.1轴力截面法是求内力的基本方法。如图2-12所示，AB杆在一对拉力F作用下产生拉伸变形。下面用截面法求拉杆内力。切—用m—m截面将杆件一分为二；取—左段为研究对象；代—右段对左段的作用用拉力FN代替；平—列平衡方程：一般规定使杆件受拉伸的轴力为正，反之为负。为了简化计算过程也可以使用通式直接写出任一横截面的轴力值。即（2-1）该式说明：任一截面的轴力值等于该截面左段（或右段）所有外力

4、的代数和。使杆件拉伸的外力为正，使杆件压缩的外力为负。2.3.2轴力图当杆件受多个外力作用时，各横截面的内力也不同。为了表达内力的变化规律，以横坐标x轴表示横截面的位置，以纵坐标表示各截面的轴力值，该图称为轴力图（图2-12d）。做轴力图的目的是为了确定危险截面和最大轴力值，为强度计算奠定基础。轴力与轴力图轴力与轴力图轴力与轴力图2.4剪切内力返回在剪床剪钢板中，钢板受力如图2-15，用截面法假想将钢板切开，取左段为研究对象，右段对左段的作用用一内力来代替，因为外力是与截面平行的，它所引起的内力也必然与截面平行，这个平行于截面的内力称为剪力（或切力），列平衡方程：2.4剪力

5、内力图2-15截面法求剪力剪切内力2.5扭转内力返回2.5.1外力偶矩计算作用于轴上的外力偶矩通常不是直接给出的，给出的是轴所传递的功率和轴的转速。则外力偶矩计算式为：（2-2）式中M——外力偶矩,N·m；P——轴功率，n——轴转速，。由上式可知，在一定转速时，力矩与功率成正比。在一定功率下，力矩与转速成反比。在同一台机器的几根逐级传动轴中，它们所传递的功率变化很小，高速轴上力矩小，轴可以细些；低速轴上力矩大，轴可以粗些。扭转内力2.5.2扭矩计算圆轴扭转时的内力仍用截面法分析。如图2-16所示，用截面假想将轴切开，取其中任一段为研究对象，由平衡条件可知，外力是作用于横截面

6、内的力偶矩，它所引起的内力也一定是作用于横截面内的力偶矩，这个作用于横截面内的内力偶矩称为扭矩。列平衡方程：取右段扭转内力扭矩的计算过程简化为：（2-3）任一截面的扭矩值等于该截面以左（或以右）段轴上所有外力偶矩的代数和，为了便于结果的比较，从圆轴表面看，左段轴向上，右段轴向下的外力偶矩取为正，即左上右下的外力偶矩为正,反之为负。2.5.3扭矩图当圆轴上作用多个外力偶矩时，各横截面的扭矩值不同，为了形象地表达各截面的扭矩值变化规律，画出扭矩沿轴线变化的图线，称为扭矩图。扭转内力与扭矩图扭转内力与扭矩图解：先计算外力偶矩：（1）计算各截面扭矩=57N·m扭转内力与扭矩图（2）

7、计算各截面扭矩，画扭矩图2-18（b）显然后者比前者合理，降低了最大扭矩值，相应地减小了轴径，即省材又减重。所以输出端设在输入轮两端的，尽可能的使扭矩值接近或相等。扭转内力与扭矩图2.6弯曲内力返回2.6.1梁的分类根据梁的支承简化情况，在工程实际中常见的梁分为三类简支梁:一端为固定铰支座，另一端为活动铰支座（图2-19a）。外伸梁:一端或两端有外伸部分的简支梁（图2-19b）。悬臂梁:一端为固定端，另一端为自由端（图2-19c）。在简支梁和外伸梁中，两支座之间的距离称为梁的跨度。图2-19梁的类型弯曲内力与弯矩图