精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-r3零件強(qiáng)度、剛度分析的基本知識(shí)2

1、第三章第三章 零件強(qiáng)度、剛度分析的基本知識(shí)零件強(qiáng)度、剛度分析的基本知識(shí)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 范欽珊，蔡新編著，范欽珊，蔡新編著，工程力學(xué)工程力學(xué)，機(jī)械，機(jī)械工業(yè)出版社，工業(yè)出版社，2006 劉慶潭主編，劉慶潭主編，材料力學(xué)教程材料力學(xué)教程，機(jī)械工，機(jī)械工業(yè)出版社，業(yè)出版社，2006 其他工程力學(xué)以及材料力學(xué)的相關(guān)書籍其他工程力學(xué)以及材料力學(xué)的相關(guān)書籍主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 直桿軸向拉伸與壓縮直桿軸向拉伸與壓縮 第三節(jié)第三節(jié) 剪切剪切 第四節(jié)第四節(jié) 圓軸扭轉(zhuǎn)圓軸扭轉(zhuǎn) 第五節(jié)第五節(jié) 梁的平面彎曲梁的平面彎曲 第六節(jié)第六節(jié) 復(fù)雜變形的強(qiáng)度計(jì)算復(fù)雜變形的強(qiáng)度計(jì)算第一節(jié)第一節(jié)

2、 概述概述 變形：彈性變形、塑性變形變形：彈性變形、塑性變形 強(qiáng)度：零件抵抗破壞的能力。強(qiáng)度：零件抵抗破壞的能力。 破壞形式：斷裂、過大的塑性變形。破壞形式：斷裂、過大的塑性變形。 剛度：零件抵抗變形的能力。剛度：零件抵抗變形的能力。 要求零件在受力時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形在要求零件在受力時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形在允許的限度內(nèi)。允許的限度內(nèi)。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 受力（載荷）種類受力（載荷）種類按載荷作用特征分類按載荷作用特征分類 1、集中載荷、集中載荷 2、分布載荷（均布載荷、非均布載荷）、分布載荷（均布載荷、非均布載荷）按載荷性質(zhì)分類按載荷性質(zhì)分類 1、靜載荷、靜載荷 2、動(dòng)載荷、動(dòng)載荷第一節(jié)第一

3、節(jié) 概述概述 變形的種類變形的種類拉伸及壓縮，如鏈條、皮帶、桁架的拉桿拉伸及壓縮，如鏈條、皮帶、桁架的拉桿（或壓桿）、立柱。（或壓桿）、立柱。剪切，如螺釘、鉚釘。剪切，如螺釘、鉚釘。扭轉(zhuǎn)，如傳動(dòng)軸。扭轉(zhuǎn)，如傳動(dòng)軸。彎曲，如各種梁。彎曲，如各種梁。n桿件：長度方向尺寸桿件：長度方向尺寸橫向尺寸的構(gòu)件。橫向尺寸的構(gòu)件。第二節(jié)第二節(jié) 直桿軸向拉伸與壓縮直桿軸向拉伸與壓縮 受力特點(diǎn)：沿直桿軸線受拉或壓力。受力特點(diǎn)：沿直桿軸線受拉或壓力。 內(nèi)力：桿件受外力作用發(fā)生變形時(shí)，其內(nèi)內(nèi)力：桿件受外力作用發(fā)生變形時(shí)，其內(nèi)部分子間同時(shí)產(chǎn)生抵抗變形的抗力。部分子間同時(shí)產(chǎn)生抵抗變形的抗力。內(nèi)力與外力互相對(duì)立，互相依存，

4、同時(shí)出內(nèi)力與外力互相對(duì)立，互相依存，同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)消失?，F(xiàn)，同時(shí)消失。內(nèi)力求取方法內(nèi)力求取方法截面法截面法n應(yīng)力應(yīng)力( )：橫截面單位面積上的內(nèi)力。：橫截面單位面積上的內(nèi)力。 0，拉應(yīng)力；，拉應(yīng)力； W2第五節(jié)第五節(jié) 梁的平面彎曲梁的平面彎曲 彎曲剛度條件彎曲剛度條件 梁的剛度條件梁的剛度條件: yF ABCCmaxmax/yly l撓度撓度轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角第五節(jié)第五節(jié) 梁的平面彎曲梁的平面彎曲 提高剛度的措施提高剛度的措施盡量減小梁的跨度（撓度盡量減小梁的跨度（撓度 ln ） 。對(duì)于比較細(xì)長的軸，可加中間支承，以限制對(duì)于比較細(xì)長的軸，可加中間支承，以限制梁的變形過大（注意安裝精度）。梁的變形過大（注

5、意安裝精度）。在結(jié)構(gòu)許可條件下，盡量用簡支梁代替懸臂在結(jié)構(gòu)許可條件下，盡量用簡支梁代替懸臂梁，或在懸臂梁下加支撐桿。梁，或在懸臂梁下加支撐桿。合理選擇截面形狀，提高慣性矩（工字鋼、合理選擇截面形狀，提高慣性矩（工字鋼、空心軸、階梯軸）?？招妮S、階梯軸）。第六節(jié)第六節(jié) 復(fù)雜變形的強(qiáng)度計(jì)算復(fù)雜變形的強(qiáng)度計(jì)算 復(fù)雜變形復(fù)雜變形 構(gòu)件在兩個(gè)或兩個(gè)以上應(yīng)力下的變形。構(gòu)件在兩個(gè)或兩個(gè)以上應(yīng)力下的變形。 力的疊加原理（簡單變形疊加）力的疊加原理（簡單變形疊加） 拉伸（或壓縮）與彎曲作用下的變形拉伸（或壓縮）與彎曲作用下的變形 扭轉(zhuǎn)與彎曲的聯(lián)合作用扭轉(zhuǎn)與彎曲的聯(lián)合作用 IntroductionMechanic

6、s of Materials拉拉- -壓壓剪切剪切彎曲彎曲瑞典馬爾摩的扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)大樓 截面法求取內(nèi)力截面法求取內(nèi)力在需要求內(nèi)力的截面處，假想用一平面把在需要求內(nèi)力的截面處，假想用一平面把桿件截開分成兩部分。桿件截開分成兩部分。取任一部分為分離體為受力分析對(duì)象，用取任一部分為分離體為受力分析對(duì)象，用內(nèi)力代替移去部分對(duì)分離體的作用。內(nèi)力代替移去部分對(duì)分離體的作用。按平衡條件求內(nèi)力的大小和方向。按平衡條件求內(nèi)力的大小和方向。F FF FI II IF FN NF FN NF FF FN N例例31 如圖示，如圖示，AB桿為鋼桿，其橫截面面積桿為鋼桿，其橫截面面積A1 = 6cm2，許用應(yīng)力，許用應(yīng)力

7、=140N/mm2；BC桿為桿為木桿，橫截面面積木桿，橫截面面積A2 = 300cm2，許用壓應(yīng)，許用壓應(yīng)力力 c =3.5N/mm2。求最大許可載荷。求最大許可載荷F。A AB BC C3m3m4m4mF F B BF F Y YX XF FN1N1F FN2N2ABCD鋼板剪切鋼板剪切FFFFABCD 螺栓受剪計(jì)算簡圖螺栓受剪計(jì)算簡圖例例32 圖示螺栓聯(lián)接構(gòu)件承受負(fù)荷圖示螺栓聯(lián)接構(gòu)件承受負(fù)荷830N，已知螺，已知螺栓材料的許用剪應(yīng)力栓材料的許用剪應(yīng)力60N/mm2，求螺栓所，求螺栓所需直徑需直徑d。剪切力剪切力F FQ = =F F/2=415 N/2=415 N 2 2 (/4)Fd剪切

8、強(qiáng)度條件：剪切強(qiáng)度條件： 螺栓直徑為：螺栓直徑為：2/( )dF 3mm圓軸扭轉(zhuǎn)變形特征圓軸扭轉(zhuǎn)變形特征1. 各圓周線的形狀和大小不變，間距不變。各圓周線的形狀和大小不變，間距不變。2. 各圓周線（橫截面）都繞軸心線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)各圓周線（橫截面）都繞軸心線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)了某一角度。了某一角度。3. 各縱線都轉(zhuǎn)動(dòng)了（傾斜）同一微小角度各縱線都轉(zhuǎn)動(dòng)了（傾斜）同一微小角度 （剪切角或切應(yīng)變），小方格發(fā)生歪斜。（剪切角或切應(yīng)變），小方格發(fā)生歪斜。lM 等距的母線等距的母線和圓周線和圓周線平面彎曲粱的條件平面彎曲粱的條件縱向?qū)ΨQ面縱向?qū)ΨQ面軸軸線線F1F2qFR1FR2彎曲后的軸線彎曲后的軸線對(duì)對(duì)稱稱軸軸xO彎曲

9、粱的內(nèi)力例彎曲粱的內(nèi)力例 分析圖示簡支分析圖示簡支梁彎曲時(shí)的內(nèi)梁彎曲時(shí)的內(nèi)力。梁跨度力。梁跨度l = 5m，外載，外載8000N，距左，距左端端A的距離的距離a = 3.2m。 ABCxyalFHAFRAFRBFRAFRA11x22xFQMFQMxFO2880-5120aFQ(x)x0 xM(x)a9.2 103符號(hào)符號(hào)判斷判斷 剪力符號(hào)剪力符號(hào) 剪力對(duì)分離體內(nèi)任意點(diǎn)取矩，順時(shí)針為剪力對(duì)分離體內(nèi)任意點(diǎn)取矩，順時(shí)針為正，反之為負(fù)。正，反之為負(fù)。 彎矩符號(hào)彎矩符號(hào) 彎矩使梁彎曲為凹形時(shí)為正，反之為負(fù)。彎矩使梁彎曲為凹形時(shí)為正，反之為負(fù)。剪力與彎矩的關(guān)系剪力與彎矩的關(guān)系0( )( )( )0cQMM

10、 xdM xM xF dxFRAFQFQFQM(x)M(x)M(x)+dM(x)xdxc( )QdM xFdx平面彎曲平面彎曲平面平面假設(shè)假設(shè)中性層中性層變形幾何方程變形幾何方程1212()dddCDOOyyOO 物理方程物理方程 在彈性范圍內(nèi)正應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系符在彈性范圍內(nèi)正應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系符合胡克定律，即合胡克定律，即 yEE靜力學(xué)關(guān)系靜力學(xué)關(guān)系橫截面上微內(nèi)力矩的總和等于該面上的彎矩。橫截面上微內(nèi)力矩的總和等于該面上的彎矩。 2dddAAAyEMA yEA yyAFn拉伸拉伸(壓縮壓縮)與彎曲的聯(lián)合作用與彎曲的聯(lián)合作用FtFr徑向力徑向力F Fr r均布?jí)簯?yīng)力均布?jí)簯?yīng)力 y y y圓周力圓周力F Ft t彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 F F F 拉應(yīng)力拉應(yīng)力壓