机械基础第二章课件.ppt

1、一、材料力学的任务图2-1车床主轴变形过大对工件加工精度的影响一、材料力学的任务图2-2构件失稳a)细长直杆失稳b)薄壁容器失稳二、变形固体及基本假设图2-3构件的基本变形形式a)拉伸b)压缩c)剪切d)扭转e)弯曲一、拉(压)时的内力与应力1)沿着所求内力的截面，用假想截面把杆件分成两部分。2)选其中任一部分为研究对象，画出其受力图。3)列出研究对象的静力平衡方程，求出内力。2)计算内力。一、拉(压)时的内力与应力图2-4压缩机工作示意图一、拉(压)时的内力与应力图2-5截面法求内力3)列出研究对象的静力平衡方程，求出内力。例2-1试求图2-6a所示直杆截面1-1、2-2上的内力。已知，。解

2、1)求支承反力。取杆轴线为轴，则由整体平衡条件2)计算内力。图2-6例2-1图例2-2有一根钢丝绳，其横截面积为0.725cm2，受到3000的拉力，试求这根钢丝绳的应力是多少?2)计算内力。解因F二、拉伸或压缩的强度条件1.许用应力与安全系数2.抗拉(压)强度计算2.抗拉(压)强度计算例2-3铆钉联接如图2-7a所示。已知载荷，钢板的材料为，其许用应力约为118MPa，铆钉直径，其他尺寸如图示，试核算钢板的强度。解1)画出钢板的受力图。2)求最大正应力。图2-7例2-3图一、剪切变形图2-8剪切变形a)螺栓联接b)键联接一、剪切变形图2-9用截面法求剪力二、挤压变形例2-4图2-12a所示齿

3、轮通过平键与轴联接，已知轴的直径d为70，键的尺寸为，传递的转矩，键的材料为45钢，许用切应力MPa，许用挤压应力MPa，试校核键的强度。解1)计算键上的作用力F2)校核抗剪强度3)校核挤压强度。1.圆轴扭转时的强度计算2.提高抗扭能力的措施二、挤压变形图2-10挤压破坏二、挤压变形图2-11挤压面面积的确定a)接触面为平面b)接触面为曲面c)挤压方向的投影面积二、挤压变形图2-12例2-4图3)校核挤压强度。图2-13方向盘转向轴3)校核挤压强度。图2-14汽车传动轴3)校核挤压强度。图2-15右手螺旋法则3)校核挤压强度。图2-16扭矩计算及符号的判定例2-5如图2-17a所示，传动轴的转

4、速，3)校核挤压强度。轮的输入功率，轮的输入功率为，C轮输出功率为。轴承的摩擦力忽略不计，试计算出该轴所受到的最大扭矩。图2-17例2-5图解先求各轮的力偶矩3)校核挤压强度。图2-18圆轴扭转时的应力分析3)校核挤压强度。图2-19圆轴扭转时横截面上应力分布图a)实心圆轴b)空心圆轴3)校核挤压强度。图2-20实心圆轴和空心圆轴a)实心圆轴b)空心圆轴1.圆轴扭转时的强度计算例2-6某传动轴，工作时的最大扭矩为Tmax.，材料的许用切应力MPa，问：(1)该轴采用实心轴时，轴的直径应为多少?(2)该轴若采用空心轴，当，其内径d和外径D各为多少?解1)确定实心圆轴的直径D。由强度条件得2)确定

5、空心轴的内径d和外径D。一、弯曲变形及梁(1)简支梁梁的一端为固定铰链支座，另一端为活动铰链支座，如图2-21a、b所示。(2)悬臂梁梁的一端为固定端，另一端为自由端，如图2-21、所示。(3)外伸梁它的支座形式与简支梁相同，但梁的一端(或两端)向支座外伸出，并在外伸端有载荷作用，如图2-21c、d所示。一、弯曲变形及梁图2-21梁的形式a)起重机横梁b)起重机横梁简图c)车轮轴d)车轮轴简图e)管架f)管架简图二、弯曲的内力及强度计算例2-7图2-24为一端固定的手柄，长度为，点作用一力F。试分析手柄中A点截面的弯矩。解将手柄简化为一悬臂梁，如图2-24所示。为便于分析，我们从A点将手柄截开

6、，选取外力简单的右段为研究对象，这样可不计算A点的约束反力。例2-8如图2-27所示为一单梁桥式起重机，横梁AB采用型号为22工字钢，跨度为7.5，工字钢材料的许用应力为160MPa。已知最大起重量F的大小为23，工字钢的抗弯截面系数为3.25105，忽略梁自重对其强度的影响，试校核该梁的强度。二、弯曲的内力及强度计算解1)确定最大弯矩。将横梁AB简化成简支梁(见图2-27)。当载荷F作用在梁的中点时，产生的弯矩值最大，也即梁中点截面上的弯矩最大，其值为2)校核梁的强度。1.降低最大弯矩值2.选择合理的截面形状二、弯曲的内力及强度计算图2-22用截面法求梁的内力二、弯曲的内力及强度计算图2-2

7、3弯矩符号的判断a)梁凹面朝上b)梁凹面朝下二、弯曲的内力及强度计算图2-24例2-7图解将手柄简化为一悬臂梁，如图2-24所示。为便于分析，我们从A点将手柄截开，选取外力简单的右段为研究对象，这样可不计算A点的约束反力。图2-25弯曲变形应力分析解将手柄简化为一悬臂梁，如图2-24所示。为便于分析，我们从A点将手柄截开，选取外力简单的右段为研究对象，这样可不计算A点的约束反力。图2-26弯曲时横截面正应力分布规律解将手柄简化为一悬臂梁，如图2-24所示。为便于分析，我们从A点将手柄截开，选取外力简单的右段为研究对象，这样可不计算A点的约束反力。表2-1常用截面图形的W计算公式截面图形抗弯截面

8、系数（）（）解将手柄简化为一悬臂梁，如图2-24所示。为便于分析，我们从A点将手柄截开，选取外力简单的右段为研究对象，这样可不计算A点的约束反力。图2-27例2-8图2)校核梁的强度。图2-28例2-9图例2-9螺栓压板夹紧装置如图2-28a所示，已知尺寸a为50，2)校核梁的强度。压板材料的许用应力为140MPa。试根据压板的抗弯强度，计算该夹紧装置对工件的最大夹紧力。解将压板简化成图2-28所示的简支梁，由分析可知B处弯矩最大，且该截面最薄弱，其最大弯矩为1.降低最大弯矩值图2-29梁上最大弯矩值与载荷分布的关系a)载荷居中b)载荷分散c)载荷靠近支座1.降低最大弯矩值图2-30减小梁上最

9、大弯矩的实例a)小车靠近导轨b)用横担起吊重物2.选择合理的截面形状1)如图2-31所示，矩形截面梁的截面竖放抗弯能力大。图2-31矩形截面梁的竖放与横放2.选择合理的截面形状2)空心轴比实心轴的抗弯能力大。3)工字钢梁的截面合理。4)采用等强度梁。图2-32等强度梁a)汽车板簧b)摇臂钻床横梁c)阶梯轴2.选择合理的截面形状图2-33组合变形实例a)车刀b)压力机c)齿轮传动轴一、拉伸或压缩与弯曲的组合变形图2-34夹钳体强度计算二、弯扭组合变形图2-35弯扭组合变形实例a)带轮轴b)镗刀杆一、压杆稳定1)改善支承情况。2)减小压杆的长度。3)合理选择截面形状。一、压杆稳定图2-36压杆稳定

10、状态1)改善支承情况。表2-2约束条件对压杆稳定性的影响压杆的约束条件稳定性比较压杆的约束条件稳定性比较一端固定一端自由最差一端固定一端铰接较好两端铰接差两端固定好2)减小压杆的长度。图2-37起重臂角钢截面布置比较二、应力集中图2-38应力集中四、交变应力1)设计上避免在构件上开孔，尤其是方孔。2)工艺上尽可能提高零件的表面质量，如提高表面硬度，减小表面粗糙度，减少疲劳源的发生概率。3)改善材料的冶炼、铸造、锻造、焊接等过程，提高质量，以减少材料内部缺陷。1.材料力学研究的任务是什么?构件变形的基本形式有哪些?2.什么是截面法?怎样用截面法求杆件的受拉、压时的内力?内力与外力有什么关系?3.

11、杆件受力如图2-40a、b所示，已知，F，杆件横截面面积。4.螺旋压板夹具如图2-41所示。四、交变应力5.图2-42所示零件受力，其尺寸如图2-42所示。6.起重链条的受力如图2-43所示。7.构件在什么情况下产生剪切变形及挤压变形?剪切变形和拉伸(压缩)变形有何区别？挤压和压缩变形有何区别?8.试分别分析图2-44中A、B零件的受拉面、受剪切面和受挤压面，并列出其强度条件。9.图2-45为剪切器的示意图。10.图2-46为拖车挂钩用的销钉联接，已知最大牵引力；尺寸，销钉和板材料相同，许用应力MPa。四、交变应力11.为什么同一减速器中，高速轴的直径较小，而低速轴的直径较大?12.试说明圆轴

12、扭转时，横截面上只有切应力，而无正应力。13.传动轴如图2-48所示，已知轴的直径。14.某传动轴如图2-49所示，转速，主动轮1输入功率P，从动轮2输出功率P，从动轮3输出功率P，已知材料的许用切应力MPa。15.试说明梁弯曲时横截面上的应力是如何分布的并写出其强度条件。四、交变应力16.图2-50所示为一夹具，其压板AB尺寸如图所示，压板的许用应力MPa，夹紧时螺母对压板的压力，试确定压板的厚度h。17.割刀在切割时，受到切削力作用。18.链环如图2-52所示，已知直径，拉力。19.什么是压杆稳定性?如何提高压杆的稳定性?20.什么是应力集中?怎样减小应力集中?四、交变应力图2-39疲劳断

13、裂断口示意图5.图2-42所示零件受力，其尺寸如图2-42所示。图2-40题3图5.图2-42所示零件受力，其尺寸如图2-42所示。图2-41题4图5.图2-42所示零件受力，其尺寸如图2-42所示。图2-42题5图5.图2-42所示零件受力，其尺寸如图2-42所示。图2-43题6图9.图2-45为剪切器的示意图。图2-44题8图9.图2-45为剪切器的示意图。图2-45题9图9.图2-45为剪切器的示意图。图2-46题10图12.试说明圆轴扭转时，横截面上只有切应力，而无正应力。图2-47题12图13.传动轴如图2-48所示，已知轴的直径。(1)试计算轴的最大切应力。(2)从强度观点分析三个轮子如何布置比较合理?14.某传动轴如图2-49所示，转速，主动轮1输入功率P，从动轮2输出功率P，从动轮3输出功率P，已知材料的许用切应力MPa。图2-48题13图14.某传动轴如图2-49所示，转速，主动轮1输入功率P，从动轮2输出功率P，从动轮3输出功率P，已知材料的许用切应力MPa。图2-49题14图14.某传动轴如图2-49所示，转速，主动轮1输入功率P，从动轮2输出功率P，从动轮3输出功率P，已知材料的许用切应力MPa。图2-50题16图18.链环如图2-52所示，已知直径，拉力。图2-51题17图18.链环如图2-52所示，已知直径，拉力。图2-52题18图