机构设计及制作 单元2-5四杆机构构件的受力分析和强度问题 单元2-5四杆机构构件的受力分析和强度问题1.pptVIP

第一节概 述 工程结构在工作时，其组成部分构件的承载能力与其受力有关，也与构件材料、截面形状、尺寸等有关。前面已探讨过构件的受力情况分析，本部分内容（材料力学）既研究构件在受力时的规律，为（机械）零件的设计（材料、形状、尺寸等）提供计算方法。 第一节 概述 一、材料力学研究对象—变形固体的基本假设 二、构件承载能力分析的内容 三、杆件变形的基本形式 第二节 轴向拉伸与压缩的内力、应力与变形 一、杆件轴向拉伸与压缩的概念及特点 二、 拉(压)杆的轴力和轴力图 轴力: 拉压杆的内力 轴力图： 三、杆件横截面的应力和变形计算 1.应力的概念： 内力在截面上的集度称为应力(垂直于杆横截面的应力称为正应力，平行于横截面的称为切应力)。应力是判断杆件是否破坏的依据。 应力单位是帕斯卡，简称帕，记作Pa，即l平方米的面积上作用1牛顿的力为1帕，1N／m2＝1Pa。 1kPa＝103Pa，1MPa＝106Pa 1GPa＝109Pa 2.拉(压)杆横截面上的应力 3.拉(压)杆的变形 4.虎克定律：实验表明，对拉(压)杆，当应力不超过某一限度时，杆的轴向变形与轴力FN 成正比，与杆长L成正比，与横截面面积A 成反比。这一比例关系称为虎克定律。引入比例常数E，其公式为: 第三节 材料拉伸和压缩时的力学性能 材料的力学性能：材料在外力作用下，其强度和变形方面所表现出来的性能。它是通过试验的方法测定的，是进行强度、刚度计算和选择材料的重要依据。 一、低碳钢拉伸时的力学性能 2.低碳钢 曲线分析： (1)弹性阶段 比例极限σp oa段是直线，应力与应变在此段成正比关系，材料符合虎克定律，直线oa的斜率 就是材料的弹性模量，直线部分最高点所对应的应力值记作σp，称为材料的比例极限。曲线超过a点，图上ab段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定律。但在ab段内卸载，变形也随之消失，说明ab段也发生弹性变形，所以ab段称为弹性阶段。b点所对应的应力值记作σe ，称为材料的弹性极限。 弹性极限与比例极限非常接近，工程实际中通常对二者不作严格区分，而近似地用比例极限代替弹性极限。 二、低碳钢压缩时的力学性能 三、铸铁拉伸时的力学性能 四、铸铁压缩时的力学性能 第四节 拉(压)杆的强度计算 一、许用应力和安全系数 第四节 拉(压)杆的强度计算 二、轴向拉压杆的强度计算： 三、提高拉压杆强度的措施 １、加载方式 ２、截面尺寸 ３、材料 提高拉压杆强度的措施 飞机上的操纵钢索 四、压杆的稳定性简介 许用应力160MPa， 截面2*30 提高压杆的稳定性的措施 四、压杆的稳定性简介 提高压杆的稳定性的措施 材料 尺寸 支撑 截面形状 构件失效形式 3. 疲劳断裂 ①原因 静载: 变载：脉动循环变化（齿轮）、对称循环变化（轴） 变载-----裂纹（初或缺陷处） ②断面 ③控制方法：避免应力集中、表面强化、减少缺陷 应力分类 螺栓联接滑移被联接件断裂 轧钢机压下螺旋丝杠断牙宏观 曲轴整体断裂实况 键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂 应力集中 点蚀 轮齿磨损 四、胶合 五、塑性变形 六、 腐蚀 七、 丧失正常工作条件 轮齿塑性变形 整体塑变 为了使构件不发生拉(压)破坏，保证构件安全工作的条件是：最大工作应力不超过材料的许用应力。这一条件称为强度条件。 ≤ [ ] 应用该条件式可以解决以下三类问题： 校核强度 、设计截面 、确定许可载荷 应用强度条件式进行的运算。 D p d F 例1: 某铣床工作台进给油缸如图所示，缸内工作油压p＝2MPa，油缸内径D＝75mm，活塞杆直径d＝18mm，已知活塞杆材料的许用应力[ ]＝50MPa，试校核活塞杆的强度。 解： 求活塞杆的轴力。 设缸内受力面积 为A1，则： 校核强度。活塞杆的工作应力为： 50MPa 所以，活塞杆的强度足够。 F F b h 例2：图示钢拉杆受轴向载荷F=40kN，材料的许用应力[ ]=100MPa，横截面为矩形，其中h=2b，试设计拉杆的截面尺寸h、b。 解： 求拉杆的轴力。 FN = F = 40kN 则：拉杆的工作应力为： = FN / A = 40 / b h = 40000/2b = 20000/b = [ ] = 100 2 2 所以： b= 14mm h= 28mm 例3：图示M12的吊环螺钉小径d1=10.1mm，材料的许用应力[ ]=80MPa。试计算此螺钉能吊起的最大重量Q。 11章第五节 构件的其他失效形式简介 已经学习过的构件的失