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1、全国高等职业教育汽车类规划教材全国高等职业教育汽车类规划教材成县职业中专汽车机械基础汽车1班2021/8/61第第2章章 杆杆件受力变形与件受力变形与 应力分析应力分析2021/8/622.1 基本概念基本概念1 变形固体及其基本假设 在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。 材料力学中通常省略一些次要因素，对变形固体作下列假设： l（1）连续性假设：认为整个物体所占空间内到处无空隙地充满物质。l（2）均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同。l（3）各向同性假设：认为物体内在各个不同方向上的力学性能相同。2021/8/632.1 基本概念基本概念2.构件的承载能力 是指构
2、件能够承受具体载荷作用的能力，它包括三个方面的指标，即构件的强度、刚度和稳定性。构件正常工作必须满足强度、刚度和稳定性的要求，即对其进行承载能力的计算。2021/8/642.1 基本概念基本概念3.强度 是指构件在外力作用下抵抗破坏或断裂的能力。 构件必须具有足够的强度。2021/8/652.1 基本概念基本概念4.刚度 指构件在外力作用下抵抗过大弹性变形的能力，即要求构件在规定的使用条件下不发生过大的弹性变形。 2021/8/662.1 基本概念基本概念5.杆件变形的基本形式 是指长度远大于其他两个方向尺寸的变形体。杆件受力有各种情况，相应的变形就有各种形式。在工程结构中，杆件的基本变形有以
3、下四种：l（1）拉伸和压缩l（2）剪切l（3）扭转l（4）弯曲 2021/8/672.2拉伸与压缩拉伸与压缩1. 内力 当杆件所受外力的作用线与杆件重合时，杆件当杆件所受外力的作用线与杆件重合时，杆件将沿轴线伸长或缩短变形，称为轴向拉伸或压缩。将沿轴线伸长或缩短变形，称为轴向拉伸或压缩。 内力是可以改变的，在一定限度内，外力增大，内力是可以改变的，在一定限度内，外力增大，内力增大，变形也随之增大，内力与外力服从正内力增大，变形也随之增大，内力与外力服从正比关系。当外力超过弹性限度，内力不再随外力比关系。当外力超过弹性限度，内力不再随外力而增加，材料就会丧失正常的工作能力。因此，而增加，材料就会
4、丧失正常的工作能力。因此，内力的变化直接影响到构件的失效。它是分析解内力的变化直接影响到构件的失效。它是分析解决强度、刚度的基础。决强度、刚度的基础。2021/8/682.2拉伸与压缩拉伸与压缩2. 截面法 通通常常采采用用截截面面法法求求杆杆件件的的内内力力，即即假假象象的的截截面面将将杆杆件件截截为为两两部部分分，任任取取杆杆件件的的一一部部分分为为研研究究对对象象，利利用用静静力力平平衡衡方方程程求求内内力力。如如图图所所示示，任任取取其其中中一一部部分分作作为为研研究究对对象象。设设其其内内力力的的合合力力为为，由由于于构构件件原原来来处处于于平平衡衡状状态态，切切开开后后仍仍处处于于
5、平平衡衡状态，则由平衡方程：状态，则由平衡方程：得得由于内力的作用线垂直构件（杆）的横截面，由于内力的作用线垂直构件（杆）的横截面，并通过截面的形心，这种内力也称为轴力。当并通过截面的形心，这种内力也称为轴力。当轴力的指向背离截面时，杆受拉，规定轴力为轴力的指向背离截面时，杆受拉，规定轴力为正，反之杆受压，轴力为负。正，反之杆受压，轴力为负。2021/8/692.2拉伸与压缩拉伸与压缩3. 截面上的应力单单位位面面积积上上的的内内力力称称为为应应力力。应应力力单单位位为为N/m2，称称为为Pa。由由于于Pa单单位位太太小小，工工程程上上常常用用MPa（N/mm2）或）或GPa作为应力单位：作为
6、应力单位：得得的方向规定：拉应力为正，压应力为负。的方向规定：拉应力为正，压应力为负。由于横截面上的内力分布是均匀的，所以横截由于横截面上的内力分布是均匀的，所以横截面上各点的面上各点的应力大小均相等，方向垂直于横截力大小均相等，方向垂直于横截面，故称作正面，故称作正应力。力。横截面上正横截面上正应力力计算公式算公式为2021/8/6103. 截面上的应力截面上的应力2.2拉伸与压缩拉伸与压缩2021/8/6112.3 剪切与挤压剪切与挤压 剪切变形是杆件的基本变形之一。它是指杆件受到一剪切变形是杆件的基本变形之一。它是指杆件受到一对垂直于杆轴方向的大小相等、方向相反、作用线相对垂直于杆轴方向
7、的大小相等、方向相反、作用线相距很近的外力作用所引起的变形，如图所示。此时截距很近的外力作用所引起的变形，如图所示。此时截面面cd相对于相对于ab将发生相对错动，即剪切变形。若变形将发生相对错动，即剪切变形。若变形过大，杆件将在两个外力作用面之间的某一截面过大，杆件将在两个外力作用面之间的某一截面m-m处被剪断，被剪断的截面称为剪切面。处被剪断，被剪断的截面称为剪切面。2021/8/612l l1. 1. 剪切力：剪切力：现以铆钉为例，应用截面法，假想沿剪切现以铆钉为例，应用截面法，假想沿剪切面面m-mm-m，将销钉分为两段，取其中一段作为研究对象，将销钉分为两段，取其中一段作为研究对象，如图
8、所示。由平衡条件可知，剪切面上内力的合力应如图所示。由平衡条件可知，剪切面上内力的合力应与外力与外力F F平衡，沿截面作用。此内力称为剪切力，通平衡，沿截面作用。此内力称为剪切力，通常用常用QQ表示。表示。2.3 剪切与挤压剪切与挤压2.3.1 剪切剪切2021/8/613l l2. 切应力：切应力是单位面积的剪切力，通常用切应力是单位面积的剪切力，通常用表示。设剪切面积为表示。设剪切面积为A A，剪切力为，则剪切面上的切，剪切力为，则剪切面上的切应力为应力为2.3 剪切与挤压剪切与挤压2.3.1 剪切剪切2021/8/614l l3.3.抗剪切强度条件抗剪切强度条件 ：为了保证构件在工作时不
9、发生剪为了保证构件在工作时不发生剪切破坏，必须使杆件的工作切应力小于或等于材料的切破坏，必须使杆件的工作切应力小于或等于材料的许用切应力，即剪切的强度条件为许用切应力，即剪切的强度条件为2.3 剪切与挤压剪切与挤压2.3.1 剪切剪切2021/8/615l l 构件在受剪切作用的同时，在两构件的接触面上，构件在受剪切作用的同时，在两构件的接触面上，因相互压紧会产生局部受压，这称为挤压。如图所示因相互压紧会产生局部受压，这称为挤压。如图所示的铆钉连接中，作用在钢板上的拉力的铆钉连接中，作用在钢板上的拉力F F，通过钢板与，通过钢板与铆钉的接触面传递给铆钉，接触面上就产生了挤压。铆钉的接触面传递给
10、铆钉，接触面上就产生了挤压。2.3 剪切与挤压剪切与挤压2.3.2 挤压挤压2021/8/6161.1.挤压应力：挤压应力：构件受到挤压变形时，相互挤压的接触面称构件受到挤压变形时，相互挤压的接触面称为挤压面。作用于接触面的压力称为挤压力，挤压面为挤压面。作用于接触面的压力称为挤压力，挤压面上的压应力称为挤压应力，挤压力与挤压面相互垂直。上的压应力称为挤压应力，挤压力与挤压面相互垂直。 2.3 剪切与挤压剪切与挤压2.3.2 挤压挤压2021/8/6172.2.挤压面积的计算：挤压面积的计算：2.3 剪切与挤压剪切与挤压2.3.2 挤压挤压（a）（b）2021/8/6183.3.挤压强度计算：
11、挤压强度计算： 当构件承受的挤压力过大而发生挤压破坏时，构件不能正当构件承受的挤压力过大而发生挤压破坏时，构件不能正常工作。因此，对发生剪切变形的构件，除了进行抗剪切常工作。因此，对发生剪切变形的构件，除了进行抗剪切强度计算外，还要进行抗压强度计算。其强度条件为强度计算外，还要进行抗压强度计算。其强度条件为 2.3 剪切与挤压剪切与挤压2.3.2 挤压挤压2021/8/619l l1.1.基本概念：基本概念：在汽车机械的工程实际中，有在汽车机械的工程实际中，有很多承受扭转的杆件，如图所示，例如转向很多承受扭转的杆件，如图所示，例如转向轴，当汽车转向时，驾驶员通过转向盘把力轴，当汽车转向时，驾驶
12、员通过转向盘把力偶作用在转向轴的上端，在转向轴的下端则偶作用在转向轴的上端，在转向轴的下端则受到来自转向器的阻力偶作用。受到来自转向器的阻力偶作用。 2.4 扭转与弯曲扭转与弯曲2.4.1 扭转扭转2021/8/620l l2.2.外力偶矩：外力偶矩：研究圆轴扭转的强度和刚度问研究圆轴扭转的强度和刚度问题时，首先要知道作用在轴上的外力偶矩的题时，首先要知道作用在轴上的外力偶矩的大小。在工程实际中，作用在轴上的外力偶大小。在工程实际中，作用在轴上的外力偶矩通常并不直接给出，而是已知轴所传递的矩通常并不直接给出，而是已知轴所传递的功率和轴的转速。功率、转速和力偶矩之间功率和轴的转速。功率、转速和力
13、偶矩之间的关系为的关系为2.4 扭转与弯曲扭转与弯曲2.4.1 扭转扭转2021/8/621l l3.扭矩：杆件受扭时，截面上的内力偶矩称为扭矩，用符号T表示。圆轴在外力偶矩作用下，横截面上将产生内力，可用截面法来计算。2.4 扭转与弯曲扭转与弯曲2.4.1 扭转扭转2021/8/622l l1.1.弯曲变形：弯曲变形：当直杆受到与其轴线垂直的外当直杆受到与其轴线垂直的外力或通过轴线的平面中内力偶作用时，杆的力或通过轴线的平面中内力偶作用时，杆的轴线由原来的直线变成曲线，这种变形称为轴线由原来的直线变成曲线，这种变形称为弯曲变形。以承受弯曲变形为主的杆件称为弯曲变形。以承受弯曲变形为主的杆件称
14、为梁。梁是机械设备和工程结构中最常见的构梁。梁是机械设备和工程结构中最常见的构件。为了研究方便，通常将梁进行简化，用件。为了研究方便，通常将梁进行简化，用梁的轴线表示原来的梁。梁的轴线表示原来的梁。2.4 扭转与弯曲扭转与弯曲2.4.2 弯曲弯曲2021/8/623l l2.2.平面弯曲：平面弯曲：当作用当作用在梁上的所有外力在梁上的所有外力（包括支座反力）（包括支座反力）都位于梁的纵向对都位于梁的纵向对称平面内时，梁的称平面内时，梁的轴线在纵向对称平轴线在纵向对称平面内被弯成一条光面内被弯成一条光滑的平面曲线，这滑的平面曲线，这种弯曲变形称为平种弯曲变形称为平面弯曲。面弯曲。2.4 扭转与弯曲扭转与弯曲2.4.2 弯曲弯曲2021/8/624
