机械设计基础_第3章机械零件工作能力计算基础

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1、3.1机械零件工作能力及其基本变形形式3.2机械零件的内力分析3.3机械零件的应力应变分析3.4机械零件的承载能力计算3.5强度理论基础第三章机械零件工作能力计算基础3．1机械零件工作能力及其基本变形形式1、机械零件工作能力机械零件在工作时都要承受力的作用，为确保零件在规定的工作条件和使用寿命期间能正常工作，须满足以下要求：（1）足够的强度；（2）足够的刚度；（3）足够的稳定性。零件的强度、刚度和稳定性与所用材料的力学性能有关，而材料的力学性能必须由实验来测定。此外，还有些实际工程问题至今无法由理论分析来解决，必

2、须依赖于实验手段。2、基本变形形式机械零件在不同的外力作用下，将产生不同形式的变形。主要的受力和变形有如下几种：（1）拉伸与压缩（2）剪切（3）扭转（4）弯曲3．1机械零件工作能力及其基本变形形式拉伸压缩剪切扭转弯曲★还有一些杆件同时发生几种基本变形，例如车床主轴工作时发生弯曲、扭转和压缩三种基本变形；钻床立柱同时发生拉伸和弯曲两种基本变形。这种情况称为组合变形。PPmm（2）弃、代PN´mm（3）平或假设截面轴力轴力的符号规定：离开截面为正，指向截面为负；拉为正，压为负。注意：内力符号规定与静力学不同，是以变形

3、的不同确定正负，截面上的未知内力皆用正向画出。PmmS轴力PPPPP3．2机械零件的内力分析内力的概念零件在外力作用下将产生变形，其各部分之间的相对位置将发生变化，从而产生零件内部各部分之间的相互作用力。这种由外力引起的零件内部的相互作用力，称内力。截面法求内力（1）截两种截面法（1）利用平衡关系的截面法截、弃、代、平。如前述，应选择最简单的部分为研究对象。（2）利用向截面简化的截面法PPmm假设截面PPmmPmmPPPPPN轴力PPmm假设截面PPmmPP结果：N=PPP结果：N=-P3.2.1轴向拉伸或压缩时

4、的内力例3-1设一杆轴线同时受力P1,P2,P3的作用，其作用点分别为A、C、B,求杆的轴力。P1=2kNP1=2kNN1´=2kNP2=3kNP2=3kNP3=1kNAABCCN1N21211P1=2kNP2=3kNAC12P3=1kNB2BN2´P3=1kNABC2kN1kN轴力图3.2.1轴向拉伸或压缩时的内力解：T扭转构件的受力特点构件两端受到两个在垂直于轴线平面内的力偶作用，两力偶大小相等，转向相反。扭转构件的变形特点在这样一对力偶作用下，其各横截面绕轴线发生相对转动.这时任意两截面间有相对的角位移，这

5、种角位移称为扭转角。TPP3.2.2扭转时的内力Me--作用在轴上的外力偶矩，单位为牛顿米（Nm)；N--轴传递的功率，单位为千瓦(kW)；n--轴的转速，单位为转/分(r/min)。扭矩杆扭转时，其横截面上的内力，是一个在截面平面内的力偶，其力偶矩称为扭矩。扭矩的符号规定：用截面法求扭矩：外力偶矩的计算3.2.2扭转时的内力扭矩图在工程实际中常用一个图形来表示沿轴长各横截面上的扭矩随横截面位置的变化规律，这种图形称为扭矩图。如图所示的轴，用截面法求得AB、BC两段的扭矩值分别为：T1=TA=3000N•mT

6、2=TA-TB=3000-1800=1200N•m扭矩图如图（d）所示。3.2.2扭转时的内力例3-2图所示为一装岩机的后车轴，NK=105kW，n=680r/min,画出车轴的扭矩图。解：（1）计算外力偶矩取车轴为研究对象，其受力情况如图所示。主动齿轮B所受的外力偶矩为两车轮所受的外力偶矩为齿轮B所输入的功率分别传递到A、C两车轮上，每个车轮所消耗的功率皆为3.2.2扭转时的内力（2）计算扭矩求AB段的扭矩时，可在AB段内用截面1-1将轴截开，以T1表示截面的扭矩，设其转向为正，取左段为研究对象如图，由平衡条

7、件同理，在BC段内用截面2-2将轴截开，以T2表示截面上的扭矩，由平衡条件T2为负值，说明它的转向与原设方向相反，按扭矩的符号规定，此段轴横截面上的扭矩应为负。（3）画扭矩图作平行于轴线的横坐标轴，表示横截面的位置，并用纵坐标表示扭矩，根据求得的数值和扭矩的符号，即可画出车轴的扭矩图，如图e所示。实际工程中的弯曲问题PPPPPPPP3.2.3弯曲内力对称弯曲工程中的梁，其横截面通常都有一纵向对称轴。该对称轴与梁的轴线组成梁的纵向对称面。外力或外力偶作用在梁的纵向对称平面内，则梁变形后的轴线在此平面内弯曲成一平面曲

8、线，这种弯曲称为对称弯曲。3.2.3弯曲内力对称轴(a)(b)对称平面平面弯曲通过梁的轴线和截面对称轴的平面叫做纵向对称面。在多数情况下，梁上的外力均垂直于梁的轴线，并作用在纵向对称面内，在这样的外力作用下，梁的轴线在纵向对称面内弯曲成为一条平面曲线，这种弯曲变形称为平面弯曲。3.2.3弯曲内力梁的基本形式根据梁的支撑情况，一般可简化为以下三种形式：（1）简支梁（2）外伸