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1、机械基础,主编隋明阳,1.足够的强度 2.足够的刚度 3.足够的稳定性 4.1 轴向拉伸与压缩 4.1.1 拉伸与压缩的概念 4.1.2 截面法 4.1.3 横截面上的正应力 4.1.4 拉压变形和虎克定律 4.1.5 强度校核 4.2 剪切,4.2.1 剪切的受力特点和变形特点 4.2.2 剪力和切应力 4.2.3 剪切强度计算 4.3 圆轴的扭转 4.3.1 扭转的概念和外力偶矩的计算 4.3.2 扭矩和扭矩图 4.3.3 圆轴扭转时横截面上的应力及分布规律 4.3.4 圆轴扭转的强度计算 4.4 直梁的弯曲 4.4.1 弯曲的概念,4.4.2 剪力和弯矩 4.4.3 弯矩图 4.4.4
2、弯曲正应力及分布规律 4.4.5 梁的弯曲强度计算 0.1d3Mwmax/,1.足够的强度,所谓强度是指零件抵抗破坏的能力。零件能够承受载荷而不破坏，就认为其满足了强度要求。,2.足够的刚度,在某些情况下，零件受到载荷后虽不会断裂，但如果变形超过一定限度，也会影响零件的正常工作。所谓刚度就是指零件抵抗变形的能力。如果零件的变形被限制在允许的范围之内，就认为其满足刚度要求。,3.足够的稳定性,1)分析受力特点、变形特点。 2)求出最大内力。 3)列出强度条件进行强度计算。 1)上表中的4个工程实例所受的力有何特点？ 2)零件必须满足什么条件才能正常工作？ 3)零件横截面的形状对承受载荷是否有影响
3、？ 1)掌握拉伸(压缩)、剪切、扭转和弯曲等4种基本变形的受力分析；明确各种变形形式的受力特点和变形特点；掌握用截面法求内力的基本方法。 2)掌握内力与变形，从而分析应力分布规律及计算公式；掌握4种基本变形的强度条件及在工程中的应用。,3.足够的稳定性,表4-1 主要变形形式,3.足够的稳定性,表4-1 主要变形形式,4.1.1 拉伸与压缩的概念,图 4-1,4.1.1 拉伸与压缩的概念,图 4-2,4.1.1 拉伸与压缩的概念,图 4-3,4.1.2 截面法,1)截开。 2)代替。 3)平衡。,1)截开。,沿欲求内力的截面，假想地把杆件分成两部分。,2)代替。,取其中一部分为研究对象，弃去另
4、一部分，将弃去部分对研究对象的作用以截面上的内力(力或力偶)来代替，画出其受力图。,3)平衡。,解：计算截面11的轴力。沿截面11假想地将杆分成两段，取左段作为研究对象，画出受力图(图4-4b)。用FN1表示右段对左段的作用，FN1与F1必等值、反向、共线。取向右为x轴的正方向，列出11面左段的力平衡方程。 解得 FN1=F1=9.2kN(指向朝向截面，故为压力) 解得 FN2=F2-F1=3.8-9.2kN=-5.4kN,图 4-4,4.1.3 横截面上的正应力,图 4-5,4.1.4 拉压变形和虎克定律,1)各段杆截面上的内力和正应力。 2)杆的总变形。 用截面法求各段杆截面上的内力。 计
5、算各段正应力。 计算杆的总变形。,4.1.4 拉压变形和虎克定律,图 4-6,4.1.5 强度校核,1.强度校核 2.选择截面尺寸 3.确定许可载荷,1.强度校核,强度校核就是验算杆件的强度是否足够。当已知杆件的截面面积WTBXA、材料的许用应力及所受的载荷，即可用强度条件判断杆件能否安全工作。,2.选择截面尺寸,图 4-7,3.确定许可载荷,解：因为总载荷由两根吊杆来承担，故每根吊杆的轴力FN=G/2=(30+8)/2kN=19kN吊杆横截面上的正应力=FN/A=19103/(2525)MPa=15.2MPa，由于，故吊杆的强度足够。,4.2 剪切,4.2.1 剪切的受力特点和变形特点,图
6、4-8,4.2.1 剪切的受力特点和变形特点,图 4-9,4.2.1 剪切的受力特点和变形特点,图 4-10,4.2.1 剪切的受力特点和变形特点,图 4-11,4.2.2 剪力和切应力,图 4-12,4.2.3 剪切强度计算,为了保证受剪切作用的连接件不被剪断，应使受剪面上的切应力不超过连接件材料的许用应力,由此得剪切强度条件,4.3 圆轴的扭转,4.3.1 扭转的概念和外力偶矩的计算,图 4-13,4.3.1 扭转的概念和外力偶矩的计算,图 4-14,4.3.2 扭矩和扭矩图,1.扭矩 2.扭矩图,1.扭矩,1)截开。 2)代替。 3)平衡。,图 4-15,1.扭矩,1)计算外力偶矩。 2
7、)计算各段轴的扭矩。,2.扭矩图,图 4-16,4.3.3 圆轴扭转时横截面上的应力及分布规律,图 4-17,4.3.4 圆轴扭转的强度计算,为保证圆轴正常工作，应使危险截面上最大工作max切应力不超过材料的许用切应力,4.3.4 圆轴扭转的强度计算,图 4-18,4.4 直梁的弯曲,4.4.1 弯曲的概念,图 4-19,4.4.1 弯曲的概念,图 4-20,4.4.2 剪力和弯矩,1)将梁作为隔离体从约束中分离出来，画出其受力图，求出约束反力。 2)求出各力对控制点的力矩之和，即为该点的弯矩。 2)计算截面11(距A端为x处)的弯矩。 3)计算手柄中点D(即x=L/2)处的弯矩。 4)当x=
8、L时，即固定端B处，手柄上的弯矩达到最大值，MWmin=FL。,2)求出各力对控制点的力矩之和，即为该点的弯矩。,解：1)画手柄AB的计算简图(图4-21b),手柄的B端简化为固定端。固定端有约束反力，一般应根据静力学平衡方程,图 4-21,4.4.3 弯矩图,4.4.4 弯曲正应力及分布规律,图 4-22,4.4.5 梁的弯曲强度计算,1)绘制轴的简图。将齿轮轴简化成受二集中力作用的简支梁AB(图4-23b)。 2)计算梁的支座反力。 3)绘弯矩图。 4)根据强度条件确定轴的直径。,4.4.5 梁的弯曲强度计算,图 4-23,1)轴向拉伸和压缩是零件常出现的一种基本变形形式。 2)计算内力和
9、应力是进行强度计算的基础，应重点掌握以下内容： 取杆件一部分为研究对象，利用静力学平衡方程求内力的方法称为截面法。 杆件轴向拉、压时的内力(它的合力作用线与杆件轴线重合)称为轴力。 杆件单位截面积上的内力称为应力。拉压杆的应力在截面上可以认为是均匀分布的，计算公式为FNA。 3)胡克定律表达式表明了在比例极限范围内应力与应变之间的关系。,0.1d3Mwmax/,4)强度计算是材料力学研究的主要问题。 5)当零件受到等值、反向、作用线不重合但相距很近的二力作用时，零件上二力之间会发生剪切变形。 6)零件受剪切时的内力称为剪力，剪力的大小可用截面法求出。 7)剪切的强度条件是：FQ/A。 8)圆轴
10、扭转时，轴上所受的载荷是作用面垂直于轴线的力偶。 9)圆轴扭转的强度条件是maxTmax/Wn，它可以用来解决扭转时的3类强度计算问题。 10)运用强度条件和刚度条件解决实际问题的步骤： 计算轴上的外力偶矩。,0.1d3Mwmax/,计算内力(扭矩)，并画出扭矩图。 分析危险截面，即根据各段的扭矩与抗扭截面系数找出最大应力所在的截面。 计算危险截面的强度，必要时还应进行刚度计算。 11)直梁的纵向对称面内受到外力(或力偶)作用时，梁的轴线由直线变为一条平面曲线，这种变形称为平面弯曲。 12)用截面法和平衡条件可以求出梁的内力。 13)剪力对一般细长梁的强度影响较小，在一般工程计算中可忽略不计，而弯矩的计算则要经常应用，必须熟练掌握。 14)弯矩引起的最大正应力是判断梁是否破坏的主要依据。 15)强度条件是梁的强度计算的依据。,
