EXW 貿(mào)易術(shù)語課堂講解復(fù)習(xí)課程

EXW貿(mào)易術(shù)語課堂講解簡支梁的相關(guān)計算簡支梁的相關(guān)計算

/簡支梁的相關(guān)計算

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第十章???彎曲梁的設(shè)計

第一節(jié)?????????????梁平面彎曲的概念和彎曲內(nèi)力一、彎曲的概念

工程實(shí)際中，存在大量的受彎曲桿件，如火車輪軸，橋式起重機(jī)大梁。如圖10.1.1，圖10.1.2所示，這類桿件受力的共同特點(diǎn)是外力（橫向力）與桿軸線相垂直，變形時桿軸線由直線變成曲線，這種變形稱為彎曲變形。以彎曲變形為主的桿件稱為梁。

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??????????????????????圖10.1.1火車輪軸?????????????圖10.1.2起重機(jī)大梁工程中常見的梁，其橫截面通常都有一個縱向?qū)ΨQ軸，該對稱軸與梁的軸線組成梁縱向?qū)ΨQ面。如圖10.1.3所示。

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????????????????????????????圖10.1.3梁的縱向?qū)ΨQ如果梁上所有的外力都作用于梁的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，則變形后的軸線將在縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)變成一條平面曲線。這種彎曲稱為平面彎曲。平面彎曲是彎曲問題中最基本、最常見的，所以，這里只討論平面彎曲問題。二、梁的計算簡圖及基本形式梁上的荷載和支承情況比較復(fù)雜，為便與分析和計算，在保證足夠精度的前提下，需要對梁進(jìn)行力學(xué)簡化。?(一)、梁的簡化為了繪圖的方便，首先對梁本身進(jìn)行簡化，通常用梁的軸線來代替實(shí)際的梁。（二）、荷載分類作用在梁上的載荷通常可以簡化為以下三種類型：1、集中荷載??當(dāng)載荷的作用范圍和梁的長度相比較是很小時，可以簡化為作用于一點(diǎn)的力，稱為集中荷載或集中力。如車刀所受的切削力便可視為集中力P，如圖10.1.4（a）所示，其單位為牛（N）或千牛（kN）。2、集中力偶??當(dāng)梁的某一小段內(nèi)（其長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于梁的長度）受到力偶的作用，可簡化為作用在某一截面上的力偶，稱為集中力偶。如圖10.1.4（b）所示。它的單位為牛·米（N·m）或千?！っ祝╧N·m）。3、均布載荷??沿梁的長度均勻分布的載荷，稱為均布載荷。分布載荷的大小用載荷集度q表示，均布集度q為常數(shù)。如圖10.1.4（c）所示。其單位為牛／米（N／m）或千牛／米（k／m）。（三）、梁的基本形式按照支座對梁的約束情況，通常將支座簡化為以下三種形式：固定鉸鏈支座、活動鉸鏈支座和固定端支座。這三種支座的約束情況和支反力已在靜力學(xué)中討論過，這里不再重復(fù)。根據(jù)梁的支承情況，一般可把梁簡化為以下三種基本形式。1、簡支梁?梁的一端為固定鉸鏈支座，另一端為活動餃鏈支座的梁稱為簡支梁。如圖10.1.5（a）。2、外伸梁?外伸梁的支座與簡支梁一樣，不同點(diǎn)是梁的一端或兩端伸出支座以外，所以稱為外伸梁。如圖10.1.5（b）

3、懸臂梁?一端固定，另一端自由的梁稱為懸臂梁。如圖10.1.5（c）?????????????

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?????????????????圖10.1.4載荷類??????????????????圖10.1.5梁的類

以上三種梁的未知約束反力最多只有三個，應(yīng)用靜力平衡條件就可以確定這三種形式梁的內(nèi)力。三、梁彎曲時的內(nèi)力——剪力和彎矩計算

作用于梁上的外力以及支承對梁的約束力都是梁的外載荷。支承對梁所產(chǎn)生的約束反力一般都由靜力平衡條件求得。在外載荷的作用下，梁要產(chǎn)生彎曲變形，梁的各橫截面內(nèi)就必定存在相應(yīng)的內(nèi)力。求解梁橫截面上內(nèi)力的方法是截面法。

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圖10.1.6截面法求梁的內(nèi)如圖10.1.6所示的簡支梁，受集中力和作用。為了求出距A端支座為x處橫截面m-m上的內(nèi)力，首先按靜力學(xué)中的平衡方程求出支座反力RA、RB。然后用截面法沿m-m截面假想地把梁截開，并以左邊部分為研究對象（圖10.1.6(b)）。因?yàn)樵瓉砹禾幱谄胶鉅顟B(tài)，故左段梁在外力及截面處內(nèi)力的共同作用下也應(yīng)保持平衡。截面m-m上必有一個與截面相切的內(nèi)力Q來代替右邊部分對左邊部分沿截面切線方向移動趨勢所起的約束作用；又因?yàn)镽A與P1對截面形心的力矩一般不能相互抵消，為保持這部分不發(fā)生轉(zhuǎn)動，在橫截面m-m上必有一個位于載荷平面的內(nèi)力偶，其力矩為M，來代替右邊部分對左邊部分轉(zhuǎn)動趨勢所起的約束作用。由此可見，梁彎曲時，橫截面上一般存在兩個內(nèi)力因素，其中Q稱為剪力，M稱為彎矩。剪力和彎矩的大小可由左段梁的平衡方程確定。?由ΣFy=0??得????????????????由ΣMC=0??得?????????????????式中，C為橫截面的形心。??若取右段梁研究，根據(jù)作用力與反作用力定律，在m-m截面上也必然有剪力?和彎矩，并且它們分別與Q和M數(shù)值相等、方向相反。

剪力和彎矩的正負(fù)按梁的變形來確定。凡使所取梁段具有作順時針轉(zhuǎn)動趨勢的剪力為正，反之為負(fù)。如圖10.1.7所示。凡使梁段產(chǎn)生上凹下凸彎曲變形的彎矩為正，反之為負(fù)。如圖10.1.8所示。

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??????????圖10.1.7剪力的符????????????????????圖10.1.8彎矩的綜上所述，可得求剪力、彎矩大小和方向的規(guī)則：對于剪力：梁內(nèi)任一橫截面上的剪力等于該截面一側(cè)梁上所有橫向外力的代數(shù)和；正負(fù)號由“外力左上右下，產(chǎn)生的剪力為正”確定。對于彎矩：梁內(nèi)任一橫截面上的彎矩等于該截面一側(cè)梁上所有外力對截面形心力矩的代數(shù)和。正負(fù)號由“外力矩左順右逆，產(chǎn)生的彎矩為正”確定。利用上述規(guī)則，可以直接根據(jù)截面左側(cè)或右側(cè)梁上的外力求出指定截面的剪力和彎矩。

例10.1.1?簡支梁受集中力，力偶，均布載荷，如圖10.1.9所示，試求Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面上的剪力和彎矩。

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?圖10.1.9簡支梁解：（1）求支座反力。?????即可得??????即可得??????（2）計算剪力和彎矩（應(yīng)取簡單的一側(cè)為研究對象）。Ⅰ-Ⅰ??????????????Ⅱ-Ⅱ?????

例10.1.2??圖10.1.10（a）是薄板軋機(jī)的示意圖。下軋輥尺寸表示在圖10.1.10（b）中軋制力約為,并假定均勻分布在軋輥的CD的范圍內(nèi)。試求軋輥中央截面上的彎矩及截面C的剪力。?????????????????????????????????????????????????圖10.1.10剪板機(jī)電

解：軋輥可簡化為如圖10.1.10（c）所示形式。軋制力均勻分布于長度為0.8m的范圍內(nèi)，故軋制力的載荷集度為由于梁上的載荷與約束反力對跨度中點(diǎn)是對稱的，所以容易求出兩段的約束反力為??????以截面C左側(cè)為研究對象，求得該截面上的剪力為???????在跨度中點(diǎn)截面左側(cè)的外力為和一部分均布載荷。以中點(diǎn)截面左側(cè)為研究對象，求得彎矩為???????????????????四、剪力圖和彎矩圖在一般情況下，剪力和彎矩是隨著截面的位置不同而變化的。如果取梁的軸線為x軸，以坐標(biāo)x表示橫截面的位置，則剪力和彎矩可表示為x的函數(shù)，即????????????上述兩函數(shù)表達(dá)了剪力和彎矩沿梁軸線的變化規(guī)律，故分別稱為梁的剪力方程和彎矩方程。為了能一目了然地看出梁各截面上的剪力和彎矩沿梁軸線的變化情況，在設(shè)計計算中常把各截面上的剪力和彎矩用圖形表示。即取一平行于梁軸線的橫坐標(biāo)x來表示橫截面的位置，以縱坐標(biāo)表示各對應(yīng)橫截面上的剪力和彎矩，畫出剪力和彎矩與x的函數(shù)曲線。這樣得出的圖形叫做梁的剪力圖和彎矩圖。利用剪力圖和彎矩圖，很容易確定梁的最大剪力和最大彎矩，以及梁的危險截面的位置。所以畫剪力圖和彎矩圖往往是梁的強(qiáng)度和剛度計算中的重要步驟。剪力圖和彎矩圖的畫法是首先求出梁的支座反力，然后以力和力偶的作用點(diǎn)為分界點(diǎn)，將梁分為幾段，分段列出剪力和彎矩方程。取橫坐標(biāo)x表示截面的位置；縱坐標(biāo)表示各截面的剪力和彎矩，按方程繪圖。下面通過分析例題說明剪力圖和彎矩圖的繪制方法及步驟例10.1.3??如圖10.1.11（a）所示起重機(jī)橫梁長，起吊重量為P。不計梁的自重，試?yán)L制圖示位置橫梁的剪力圖和彎矩圖，并指出最大剪力和最大彎矩所在的截面位置。

圖10.1.11簡支梁受集中力解?（1）繪制橫梁的計算簡圖??根據(jù)橫梁兩端A、B輪的實(shí)際支承情況，將其簡化為簡支梁（圖10.1.11（a）。起吊重量為P可簡化為作用于沿橫梁行走的小車兩輪中點(diǎn)所對應(yīng)的梁的梁截面C處的集中力。（2）計算A、B兩端的支座的約束反力??根據(jù)靜力平衡方程得???????????，?（3）建立剪力方程和彎矩方程??由于截面C有集中力p作用，梁AC端和BC段上任意截面左段研究對象的平衡方程不同，故應(yīng)分別建立兩段的剪力方程和彎矩方程。設(shè)AC段和BC段的任一截面位置分別用x表示（圖10.1.11（a）），并以左段為研究對象計算剪力和彎矩，則方程為AC段，????????????，???????BC段????????????????，???????????????????????，??????（4）繪制剪力圖和彎矩圖??由AC段和BC段剪力方程可知，兩段的剪力分別為一正一負(fù)的常數(shù)，故剪力圖是分別位于x軸上方和下方的兩條平行線（圖10.1.11(b)）。由兩段的彎矩方程可知，彎矩圖為兩條斜直線，由邊界條件可得出斜直線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)值：AC段????，；，BC段????，；，于是便得到如圖10.1.11(c)所示的橫梁的彎矩圖。（5）確定剪力和彎矩的最大值?由圖10.1.11c，結(jié)合剪力方程，可以看出，當(dāng)時，BC段各截面的剪力值最大；當(dāng)時，AC段各截面的剪力值最大。小車行駛時，力P作用點(diǎn)的坐標(biāo)發(fā)生變化，最大剪力值也隨之發(fā)生變化。小車接近支座B點(diǎn)或A點(diǎn)時，剪力達(dá)到最大值。由圖10.1.11c，結(jié)合彎矩方程，可以分析得出，集中力F作用的C點(diǎn)所在截面處有最大彎矩。當(dāng)小車位于梁的中點(diǎn)時，即處，因乘積ab最大，所以最大彎矩值也最大，為??????????????????????例10.1.4??如圖10.1.12（a）所示簡支梁，在全梁上受集度q的均布載荷。試作此梁的剪力圖和彎矩圖。解：1）求支座反力。?????由及得?????????????2）列剪力方程和彎矩方程。??取A為坐標(biāo)軸原點(diǎn)，并在截面x處切開取左段為研究對象，如圖10.1.12（b）所示，則

??(10.1.1)

??

???????????????????????????????????????????????

圖10.1.12簡支梁受均布????????(10.1.2)?3）畫剪力圖。?式（10.1.1）表明，剪力FS是x的一次函數(shù)，所以剪力圖是一條斜直線?????????????????4）畫彎矩圖。?式（10.1.2）表明，彎矩M是x的二次函數(shù)，彎矩圖是一條拋物線。由方程?既曲線頂點(diǎn)為（），開口向下，可按下列對應(yīng)值確定幾點(diǎn)。x

0

M

0

0

??剪力圖與彎矩圖分別如圖10.1.12（c）、(d)所示。由圖可知，剪力最大值在兩支座A、B內(nèi)側(cè)的橫截面上，。彎矩的最大值在梁的中點(diǎn)，。

例10.1.5???如圖10.1.13（a）所示簡支梁，在C點(diǎn)處受大小為Me的集中力偶作用。試作其剪力圖和彎矩圖。

解：1）求支反力。得：????????圖10.1.13簡支梁受集中力偶2）列出剪力方程和彎矩方程。因C點(diǎn)處有集中力偶，故彎矩需分段考慮。AC段??BC段??3）畫剪力圖。由剪力方程知，剪力為常數(shù)，故是一水平直線，如圖10.1.13（b）所示。4）畫彎矩圖。由彎矩方程知，C截面左右段均為斜直線。AC段BC段?彎矩圖如圖10.1.13（c）所示。如,則最大彎矩發(fā)生在集中力偶作用處右側(cè)橫截面上，。分析以上幾例即可得出剪力圖和彎矩圖規(guī)律：1．梁上沒有分布載荷時，剪力圖為一水平線，彎矩圖為一斜直線。斜率為對應(yīng)的剪力圖的值，剪力為正時，彎矩圖向上傾斜（/）；剪力為負(fù)時，彎矩圖向下傾斜（\）。2．集中力F作用的截平面上，剪力圖發(fā)生突變，突變的方向與集中力的作用方向一致；突變幅度等于外力大小，彎矩圖在此面上出現(xiàn)一個尖角。3．梁上有均布載荷作用時，其對應(yīng)區(qū)間的剪力圖為斜直線，均布載荷向下時，直線由左上向右下傾斜(\)，斜線的斜率等于均布載荷的載荷集度q。對應(yīng)的彎矩圖為拋物線，剪力圖下斜（\）,彎矩圖上凸（⌒），反之則相反。剪力圖的點(diǎn)其彎矩值最大，拋物線部分的最大值等于拋物線起點(diǎn)至最大值點(diǎn)對應(yīng)的剪力圖形的面積，如圖10.1.12（d）所示，。4．集中力偶Me作用的截面上，剪力圖不變，彎矩圖出現(xiàn)突變。Me逆時針時，彎矩圖由上向下突變，Me順時針時，彎矩圖由下向上突變。?前面總結(jié)了集中力、集中力偶和均布力作用時，剪力圖和彎矩圖的做圖規(guī)律,下面我們根據(jù)這些規(guī)律快速而準(zhǔn)確地做出梁的剪力圖和彎矩圖。例10.1.6?簡支梁受的集中力作用（圖10.1.14（a））。已知約束反力，其他尺寸如圖所示。試?yán)L出該梁的剪力圖和彎矩圖.。圖10.1.14?解：（1）繪剪力圖。剪力圖從零開始,一般自左向右,逐段畫出。根據(jù)規(guī)律可知，因A點(diǎn)有集中力故在A點(diǎn)剪力圖突變，由零向上突變2.5kN，從A點(diǎn)右側(cè)到C點(diǎn)左側(cè)，兩點(diǎn)之間無力作用，故剪力圖平行與軸的直線。因C點(diǎn)有集中力,故在C點(diǎn)剪力圖由2.5kN向下突變3kN，C點(diǎn)左側(cè)的剪力值為2.5kN，C點(diǎn)右側(cè)的剪力值為。同樣的道理，依次，可完成其剪力圖（圖10.1.14（b））。需要說明，剪力圖最后應(yīng)回到零。圖中虛線箭頭只表示畫圖走向和突變方向。???（2）繪彎矩圖。彎矩圖也是從零開始，自左向右邊，逐段畫出。A點(diǎn)因無力偶作用，故無突變。因AC段剪力圖為軸的上平行線，故其彎矩圖為一條從零開始的上斜線，其斜率為2.5（圖10.1.14（c）中斜率僅為繪圖方便而標(biāo)注），C點(diǎn)的彎矩值為。?CD段的彎矩圖為一條從開始的下斜線，斜率為0.5，故D點(diǎn)的彎矩值為，同樣的道理可畫出DB段彎矩圖，最后回到零（圖10.1.14（c））。例10.1.7?外伸梁受力如圖10.1.15（a）所示，，，，。其它尺寸如圖所示。試?yán)L出梁的剪力圖和彎矩圖。

圖10.1.15解：（1）繪剪力圖。根據(jù)規(guī)律畫剪力圖時可不考慮力偶的影響。因此，繪其剪力圖時，從A點(diǎn)零開始，向下突變6，從6開始畫X軸平行線至B點(diǎn)，向上突變16，在畫X軸平行線，最后連D點(diǎn)向下突變10而回到零（圖10.1.15（b））.????（2）繪彎矩圖從A點(diǎn)零開始，畫斜率為6的下斜線至C點(diǎn)，因C點(diǎn)有力偶作用，故彎矩圖有突變，根據(jù)“順上逆下”，故向上突變4，在畫斜率為6的下斜線至B點(diǎn)，在B點(diǎn)轉(zhuǎn)折，作斜率為10的上斜線至D點(diǎn)而回到零（圖10.1.15（c））。例10.1.8???外伸梁受力如圖10.1.16（a）所示，已知，，，約束反力，，試?yán)L出梁的剪力圖和彎矩圖，并求距A點(diǎn)4m處截面的剪力和彎矩。解：（1）繪制剪力圖。從A點(diǎn)零開始，向上突變7.2，AC段為x軸的平行線。CB段，剪力圖從7.2下斜至B點(diǎn)，斜率為2，故B點(diǎn)左側(cè)的剪力值為8.8，從8.8向上突變14.8，即到B點(diǎn)右側(cè)。BD段剪力圖仍為斜率2的下斜線至D點(diǎn)左側(cè)，因D點(diǎn)有集中力P，故向下突變回到零（圖10.1.16（b））。剪力圖中Q=0的點(diǎn)可由幾何關(guān)系求得，如：(m)。（2）繪彎矩圖。AC段彎矩圖為一條從零開始的斜率為7.2的上斜線。因C點(diǎn)有力偶，故彎矩圖在C點(diǎn)

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???????????????????????????????圖10.1.16向下突變1.6。CB段剪力圖為一條下斜線，故對應(yīng)的彎矩圖為一條從1.6開始的上彎拋物線，最大值點(diǎn)應(yīng)對應(yīng)于Q=0的點(diǎn)，其值可由對應(yīng)的三角形面積求得????????????????????B點(diǎn)的值也可由對應(yīng)的三角形面積求得????????????????也可暫不求此值，繼續(xù)繪圖，因B，D點(diǎn)無力偶，故彎矩圖直接轉(zhuǎn)折上彎至零，最后利用對應(yīng)的剪力圖梯形面積計算該值??需要注意，圖10.1.16（b）中CB段剪力圖能否下斜而過x軸？圖10.1.16（c）中的CB段彎矩圖能否上彎而過x軸？都可根據(jù)圖形幾何關(guān)系預(yù)先測算而定。（3）求距A點(diǎn)4m處截面的剪力和彎矩。該截面剪力和彎矩可由圖中幾何關(guān)系直接求得。由圖10.1.16（b）可知，該截面的剪力由圖10.1.16（c）可知，該截面的彎矩????由上述各例可以看出，繪制剪力圖和彎矩圖的基本過程為：熟記規(guī)律，從左至右，從零開始，到點(diǎn)即停，標(biāo)值判定（是否突變），最終回零。?第二節(jié)?梁的彎曲強(qiáng)度計算一純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力前面對梁彎曲時橫截面上的內(nèi)力進(jìn)行了分析討論。為了進(jìn)行梁的強(qiáng)度計算，還需要進(jìn)一步研究橫截面上的應(yīng)力情況。通常梁的橫截面上既有彎矩又有剪力，這種彎曲稱為剪切彎曲。若梁的橫截面上只有彎矩而無剪力，則梁的橫截面上僅有正應(yīng)力而無切應(yīng)力。這種彎曲稱為純彎曲。梁純彎曲的強(qiáng)度主要決定于截面上的正應(yīng)力，切應(yīng)力居于次要地位。所以這里只討論梁在純彎曲時橫截面上的正應(yīng)力。要想分析正應(yīng)力的分布規(guī)律并計算正應(yīng)力，先是通過實(shí)驗(yàn)，觀察其變形，提出假設(shè)。在這個基礎(chǔ)上綜合應(yīng)用幾何變形，物理和靜力學(xué)關(guān)系，找出變形及其應(yīng)力的變化規(guī)律而推導(dǎo)出應(yīng)力計算公式。（一）、實(shí)驗(yàn)觀察取一矩形截面直桿，實(shí)驗(yàn)前，在梁的側(cè)面上，畫上垂直于梁軸的橫向線=1\*ROMANI－=1\*ROMANI和=2\*ROMANII－=2\*ROMANII及平行于梁軸的縱向線ab和cd，然后在梁的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)兩端施加集中力偶M，使梁產(chǎn)生純彎曲。如圖10.2.1所示。梁發(fā)生彎曲變形后，我們可以觀察到以下現(xiàn)象：1、橫向線ac和bd仍是直線且仍與梁的軸線正交，只是相互傾斜了一個角度2、縱向線ab和cd（包括軸線）都變成了弧線。且ab變成后縮短了，cd變成后伸長了

3、梁橫截面的寬度發(fā)生了微小變形，在壓縮區(qū)變寬了些，在拉伸區(qū)則變窄了些。

?????????????????????圖10.2.1梁的彎曲試驗(yàn)圖????????10.2.2梁的中性層根據(jù)上述現(xiàn)象，可對梁的變形提出如下假設(shè)：①平面假設(shè)：梁彎曲變形時，其橫截面仍保持平面，且繞某軸轉(zhuǎn)過了一個微小的角度。②單向受力假設(shè)：設(shè)梁由無數(shù)縱向纖維組成，則這些纖維處于單向受拉或單向受壓狀態(tài)。可以看出，梁下部的縱向纖維受拉伸長，上部的縱向纖維受壓縮短，其間必有一層纖維既不伸長也不縮短，這層纖維稱為中性層。中性層和橫截面的交線稱為中性軸。如圖10.2.2所示。（二）、變形的幾何關(guān)系由于純彎曲時，各層縱向纖維受到軸向拉伸和壓縮的作用，因此材料的應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系應(yīng)符合拉壓胡克定律由上式可知，若搞清應(yīng)力分布規(guī)律，必須搞清應(yīng)變的變化規(guī)律，為此，將變形后的梁中取一微段來進(jìn)行研究，如圖10.2.3所示。兩截面=1\*ROMANI－=1\*ROMANI和=2\*ROMANII－=2\*ROMANII原來是平行的，現(xiàn)在相互傾斜了一個微小角度。圖中為中性層，設(shè)其曲率半徑為，到中性層的距離為形后中性層纖維長度仍為且。距中性層為y，則縱向線的線應(yīng)變?yōu)椋???即梁內(nèi)任一縱向纖維的線應(yīng)變ε與它到中性層的距離y成正比。

（三）、變形的物理關(guān)系由單向受力假設(shè)，當(dāng)正應(yīng)力不超過材料的比例極限時，將虎克定律代入上式，得：?????（10.2.1）上式表明了橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，即：橫截面上任一點(diǎn)處的正應(yīng)力與它到中性軸的距離成正比，與中性層距離相同的點(diǎn)，正應(yīng)力相等；距離中性層越遠(yuǎn)，正應(yīng)力越大；中性軸上各點(diǎn)的正應(yīng)力為零，由此可得橫截面上各點(diǎn)的正應(yīng)力分布情況，如圖10.2.4所示。為了準(zhǔn)確計算正應(yīng)力值，必須確定中性軸的位置與曲率半徑的大小，而這又需要通過應(yīng)力與內(nèi)力間的靜力學(xué)關(guān)系來解決。（四）、靜力學(xué)關(guān)系

???????????????????????????????????????圖10.2.3彎曲變形????????????????????????圖10.2.4彎曲正應(yīng)力的分布規(guī)律梁發(fā)生純彎曲時，橫截面上只有彎矩而無剪力，且彎曲變形時橫截面繞中性軸Z轉(zhuǎn)動。所以，橫截面上所有內(nèi)力合成的結(jié)果只有一個對中性軸Z的彎矩M，而沿梁軸線的分量和對橫截面對稱軸的彎矩均為零。通過對靜力學(xué)和截面形心進(jìn)行分析可得如下結(jié)論：純彎曲時，橫截面的中性軸必須通過截面的形心。純彎曲時，中性軸的曲率半徑的計算公式為????（10.2.2）式中，值越大，則梁彎曲的曲率半徑越大，中性軸的曲率就越小，也就是梁的彎曲變形越??；反之，值越小，則梁的彎曲變形越大。因此，值的大小反映了梁抵抗彎曲變形的能力，故稱為梁的彎曲剛度。將式（10.2.2）帶入（10.2.1）中，得到純彎曲梁橫截面上任意一點(diǎn)正應(yīng)力的計算公式為：??????????????????（10.2.3）――為截面上的彎矩；——為截面上所求應(yīng)力點(diǎn)到中性軸的距離；——為橫截面對中性軸Z的慣性矩。是一個僅與橫截面形狀和尺寸有關(guān)的幾何量，可以通過理論計算來求得。一般地，各種平面幾何圖形的都求出并列表備用，使用時直接查表即可。上式是梁純彎曲時橫截面上任一點(diǎn)的正應(yīng)力計算公式。應(yīng)用時及均可用絕對值代入，至于所求點(diǎn)的正應(yīng)力是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力，可根據(jù)梁的變形情況，由纖維的伸縮來確定，即以中性軸為界，梁變形后靠凸的一側(cè)受拉應(yīng)力，靠凹的一側(cè)受壓應(yīng)力。也可根據(jù)彎矩的正負(fù)來判斷，當(dāng)彎矩為正時，中性軸以下部分受拉應(yīng)力，以上部分受壓應(yīng)力，彎矩為負(fù)時，則相反。由公式10.2.2可知，橫截面上最大正應(yīng)力發(fā)生在距中性軸最遠(yuǎn)的各點(diǎn)處。即?????????（10.2.4）令???則???????????（10.2.5）稱為抗彎截面模量，也是衡量截面抗彎強(qiáng)度的一個幾何量，其值與橫截面的形狀和尺寸有關(guān)

??式（10.2.2）和（10.2.3）是純彎曲梁的兩個重要公式，前者用于計算梁的變形，后者用于計算梁橫截面上的應(yīng)力。?彎曲正應(yīng)力計算公式是梁在純彎曲的情況下導(dǎo)出來的。對于一般的梁來說，橫截面上除彎矩外還有剪力存在，這樣的彎曲稱為剪切彎曲。在剪切彎曲時，橫截面將發(fā)生翹曲，平截面假設(shè)不再成立。但較精確的分析證明，對于跨度與截面高度之比的梁，計算其正應(yīng)力所得結(jié)果誤差很小。在工程上常用的梁，其跨高比遠(yuǎn)大于5，因此，計算式可足夠精確地推廣應(yīng)用于剪切彎曲的情況。

例10.2.1?如圖10.2.5（a）所示矩形截面簡支梁。已知：Ｆ＝5ｋＮ，ａ＝180ｍｍ，ｂ＝30ｍｍ，ｈ＝60ｍｍ。試分別求將截面豎放和橫放時梁截面上的最大正應(yīng)力。

??????????????????????圖10.2.5簡支梁受力解：1）求支座反力。根據(jù)外力平衡條件列平衡方程，可解得支座反力為2)畫出剪力圖和彎矩圖，如圖10.2.5（b）、（c）所示?？梢?，在CD段橫截面上剪力為零，故CD段為純彎曲段，截面上彎矩值為?3)豎放時最大正應(yīng)力。先由表10.2.1中查得矩形截面的截面彎曲系Wz的計算公式，代入式即可求出豎放時橫截面上的最大正應(yīng)力為同理可求得橫放時橫截面上的最大正應(yīng)力為???????由此例可知：矩形截面梁的橫截面放置方位不同，其最大正應(yīng)力值也不同，即梁的彎曲強(qiáng)度不同，矩形截面梁的橫截面豎放比橫放時強(qiáng)度高。?二梁的彎曲強(qiáng)度計算在進(jìn)行梁的強(qiáng)度計算時，由于梁上的應(yīng)力一般是隨截面位置的不同而變化的，因此應(yīng)首先找出最大應(yīng)力所在截面，即危險截面以及求出最大應(yīng)力。一般情況下，對于等截面直梁，其危險點(diǎn)在彎矩最大的截面上的上下邊緣處，即最大正應(yīng)力所在處。

(一)、強(qiáng)度條件為了使梁安全可靠的工作，危險點(diǎn)的最大工作應(yīng)力不能超過梁所用材料的許用應(yīng)力，強(qiáng)度條件為：(10.2.6)??式中，為危險點(diǎn)的應(yīng)力；、分別為危險截面的彎矩和拉彎截面系數(shù)；為梁材料的許用應(yīng)力?？紤]到材料的力學(xué)性質(zhì)和截面的幾何性質(zhì)，判定危險點(diǎn)的位置是建立強(qiáng)度條件的主要問題。(二)、關(guān)于危險點(diǎn)的討論1、對稱截面若截面對稱于中性軸，則稱為對稱截面，否則稱為非對稱截面。對于塑性材料，其許用拉應(yīng)力和許用壓應(yīng)力相同。對稱截面塑性材料的危險點(diǎn)可以選擇距中性軸最遠(yuǎn)端的任一點(diǎn)計算。對于許用拉應(yīng)力和許用壓應(yīng)力不同的脆性材料，由于脆性材料的許用壓應(yīng)力大于許用拉應(yīng)力，所以只需計算受拉邊的最大應(yīng)力值。2、非對稱截面對于塑性材料，危險點(diǎn)一定出現(xiàn)在距中性軸最遠(yuǎn)處，所以這種情況下只需計算一個危險點(diǎn)。對于脆性材料，需要結(jié)合彎矩的正負(fù)及截面形狀分別計算。如果距中性軸最遠(yuǎn)處的是受拉邊則只需計算一個危險點(diǎn)；如果距中性軸最遠(yuǎn)處的是受壓邊則需要計算兩個危險點(diǎn)。其強(qiáng)度條件為：式中，和分別為最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力；?????和分別為許用拉應(yīng)力和許用壓應(yīng)力；?????和分別是拉應(yīng)力和壓應(yīng)力一側(cè)最遠(yuǎn)點(diǎn)到中性軸的距離。(三)、強(qiáng)度條件三類問題與拉壓強(qiáng)度條件應(yīng)用相似，彎曲強(qiáng)度條件同樣可以用來解決以下三類問題。①強(qiáng)度校核驗(yàn)算梁的強(qiáng)度是否滿足強(qiáng)度條件，判斷梁在工作時是否安全。②截面設(shè)計根據(jù)梁的最大載荷和材料的許用應(yīng)力，確定梁截面的尺寸和形狀，或選用合適的標(biāo)準(zhǔn)型鋼。③確定許用載荷根據(jù)梁截面的形狀和尺寸及許用應(yīng)力，確定梁可承受的最大彎矩，再由彎矩和載荷的關(guān)系確定梁的許用載荷。對于非對稱截面，需按公式???例10.2.2?圖10.2.6（a）所示，托架為一T形截面的鑄鐵梁。已知截面對中性軸z的慣性矩?,，鑄鐵的彎曲許用應(yīng)力[]=40MPa，[]=80MPa，若略去梁的自重影響，使校核梁的強(qiáng)度。解：（1）畫其受力圖（見圖10.2.6（b））。（2）繪制剪力圖（見圖10.2.6（c））.

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??????????????圖10.2.6T形鑄鐵梁(3)繪制彎矩圖（見圖10.2.6（d）），并求最大彎矩值?????????????=4.5×1=4.5(kN.m)???(4)校核強(qiáng)度?????????????????所以此鑄鐵梁的強(qiáng)度足夠。?例10.2.3一矩形截面簡支梁（見圖10.2.7（a）），，，，[σ]=10MPa。試求梁能承受的許可均布載荷q。

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??????????????????????????圖10.2.7簡支梁解：（1）求支座反力。??????（2）繪剪力圖（10.2.7（b））。（3）繪彎矩圖（10.2.7（c））,并求最大彎矩。?????????（4）確定許可載荷????因????????故?????????????????????????????????????

?例10.2.4?簡易吊車梁如圖10.2.8（a）所示，已知起吊最大載荷，跨度,若梁材料的許用應(yīng)力[σ]=180MPa，不計梁的自重，試求：（1）選擇工字鋼的型號；（2）若選用矩形截面，其高度比為時，確定截面尺寸；（3）比較兩種梁的重量。

解：（1）繪制梁的受力圖（10.2.8（b））,求約束反力。?????????????（2）繪制梁的剪力圖（10.2.8（c））。??(3)繪制梁的彎矩圖（10.2.8（d））,并求最大彎矩。???????????????????????????圖10.2.7簡支梁（4）選擇工字鋼型號???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖10.2.7簡支梁???????????????????查表得32a號工字鋼WZ=692﹥687cm3,故可選用32a號工字鋼，查得其截面面積為67.156cm2。????（5）若采用矩形截面。?????????????????????????????????????????????????????????????(6)比較兩梁的重量。在材料和長度相同的條件下，梁的重量之比等于截面面積之比，??????????????????????即矩形截面的梁的重量是工字鋼截面梁的2.98倍。?第三節(jié)?拉伸（壓縮）與彎曲組合的強(qiáng)度計算?前面討論了桿件在拉伸（壓縮）、和彎曲變形時的強(qiáng)度和剛度計算。但在工程實(shí)際中，許多構(gòu)件受到外力作用時，將同時產(chǎn)生兩種或兩種以上的基本變形。例如建筑物的邊柱，機(jī)械工程中的夾緊裝置，皮帶輪傳動軸等。我們把桿件在外力作用下同時產(chǎn)生兩種或兩種以上的基本變形稱為組合變形。工程中許多受拉（壓）構(gòu)件同時發(fā)生彎曲變形，稱為拉（壓）彎組合變形。處理組合變形問題的基本方法是疊加法，先將組合變形分解為基本變形，再分別考慮在每一種基本變形情況下產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，最后再疊加起來。組合變形強(qiáng)度計算的步驟一般如下：(1)外力分析?將外力分解或簡化為幾種基本變形的受力情況；(2)內(nèi)力分析?分別計算每種基本變形的內(nèi)力，畫出內(nèi)力圖，并確定危險截面的位置；(3)應(yīng)力分析在危險截面上根據(jù)各種基本變形的應(yīng)力分布規(guī)律，確定出危險點(diǎn)的位置及其應(yīng)力狀態(tài)。(4)建立強(qiáng)度條件將各基本變形情況下的應(yīng)力疊加，然后建立強(qiáng)度條件進(jìn)行計算。下面舉例說明拉（壓）彎組合變形的強(qiáng)度計算。

例10.3.1?懸臂吊車的計算簡圖如圖10.3.1a所示，橫梁AC用工字鋼制成。已知最大吊重P=15kN，α=30o，梁的許用應(yīng)力=100MPa，試選擇工字鋼型號。圖10.3.1橫梁AC的內(nèi)力及應(yīng)用

解:（1）外力分析：取橫梁AB為研究對象，受力分析如圖10.3.1（b）所示。當(dāng)小車移到點(diǎn)C時，梁處于最不利的受力狀態(tài)，此時由平衡條件知：由???????????得????????????由和，可解出：??將外力分解兩組,分別產(chǎn)生兩種基本功變形,一組由HA、HB產(chǎn)生的壓縮變形（圖10.3.1c），一組由RA、RB、P產(chǎn)生的彎曲變形（圖10.3.1e）。（2）內(nèi)力分析：分別繪制軸力圖（圖10.3.1d）和彎矩圖（圖10.3.1g）。由內(nèi)力圖可知，B截面為危險截面，其上的內(nèi)力值絕對值分別為：（3）應(yīng)力分析：B截面由軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力和由彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力分布如圖10.3.1f所示，其中為疊加后的應(yīng)力分布?？梢?，危險點(diǎn)在B截面的下邊緣處，為壓應(yīng)力。最大壓應(yīng)力值為：?????????????（4）選擇工字鋼型號：因?yàn)樯鲜街械臋M截面面積A和抗彎截面模量Wz均為未知數(shù)，一般情況下需先按彎曲正應(yīng)力條件選擇截面，再按組合變形進(jìn)行校核。由彎曲條件得?????????????查型鋼表選取20a工字鋼，其A=35.5cm2,Wz=237cm3。按組合變形校核強(qiáng)度：在工程中，如果不超過的5%，一般是允許的。這里，偏于不安全。重新選取20b號工字鋼，其A=39.5cm2,?Wz=250cm3，則只超過的0.25%，故選用20b號工字鋼能滿足梁的要求。例10.3.2????小型壓力機(jī)的鑄鐵框架如圖10.3.2所示。已知材料的許用拉應(yīng)力，許用壓應(yīng)力。試按立柱的強(qiáng)度確定壓力機(jī)的最大許可壓力P。立柱的截面尺寸如圖，其中O為形心，z0=7.5cm，Iy=5310cm3，面積A=15×10-3cm2。

????????????????????????圖10.3.2立柱的受力分析及應(yīng)力圖解：（1）外力分析：由于外力P與床身立柱的軸線平行但不重合，故立柱受偏心拉伸作用。?（2）內(nèi)力分析：如圖10.3.2所示，由截面法可得：可見,立柱實(shí)質(zhì)上承受軸向拉伸和彎曲組合變形。??（3）應(yīng)力分析：如圖10.3.2所示，由軸力N引起的正應(yīng)力沿橫截面均勻分布，其值為：由彎矩My引起的正應(yīng)力沿y方向分布如圖所示。其值分別為：??（拉）??（壓）?與疊加后得到總應(yīng)力,仍在截面內(nèi)側(cè)有最大拉應(yīng)力，外側(cè)有最大壓應(yīng)力，其值分別為：??（拉）??（壓）（4）由強(qiáng)度條件確定許可載荷：由抗拉強(qiáng)度條件???得：由抗壓強(qiáng)度條件???得：P≤為使立柱同時滿足抗拉和抗壓強(qiáng)度條件,壓力P不應(yīng)超過45kN。第四節(jié)?梁的彎曲變形及剛度計算?梁與其它受力桿件一樣，除了要滿足強(qiáng)度條件外，還要滿足剛度條件。使其工作時變形不致過大，否則會引起振動，影響機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，甚至導(dǎo)致失效。例如圖10.4.1所示，齒輪軸的彎曲變形過大，就會影響齒輪的正常嚙合，加速齒輪的磨損，并使軸與軸承配合不好，造成傳動不穩(wěn)定，減少壽命。另一方面，彎曲變形也有可利用的一面。如車輛上的鋼板彈簧，需要足夠大變形以緩和車輛受到的沖擊和震動，為了限制和利用梁的變形，就必須掌握梁的變形計算。

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????????圖10.4.1齒輪軸?????????????????????????????????????????圖10.4.2梁的撓曲線一、彎曲變形的撓度與轉(zhuǎn)角直梁在平面彎曲時，其軸線將在加載平面內(nèi)彎成一條光滑的平面曲線，該曲線稱為梁的撓曲線。如圖10.4.2所示。梁任意橫截面形心沿y軸方向的線位移，稱為撓度，用y表示，通常規(guī)定：向上為正，向下為負(fù)。由于彎曲變形屬于小變形，梁橫截面形心沿x軸方向的位移很小，可忽略不計。在彎曲過程中，梁任一橫截面相對于原來位置所轉(zhuǎn)過的角度，稱為轉(zhuǎn)角，用θ表示，通常規(guī)定：逆時針為正，順時針為負(fù)。二、梁的撓曲線方程為了表達(dá)梁的撓度與轉(zhuǎn)角隨著截面位置不同而變化的規(guī)律，取梁變形前的軸線為x軸，與x軸垂直向上的軸為y軸，如圖10.4.2所示。則撓曲線方程可表示為：??????????????????????（10.4.1）在忽略剪力對變形影響的情況下，橫截面在變形后仍垂直于撓曲線。這樣，任一截面的轉(zhuǎn)角θ也等于撓曲線在該截面處的切線與X軸的夾角。由于θ很小，所以有?????????????????(10.4.2)式(10.4.2)稱為梁的轉(zhuǎn)角方程，它反映了撓度和轉(zhuǎn)角的關(guān)系。由上可知，如果知道了梁的撓曲線方程和轉(zhuǎn)角方程，梁各截面的撓度和轉(zhuǎn)角也就知道了。三、用疊加法求梁的變形在梁服從胡克定律的條件下，梁的撓曲線方程和轉(zhuǎn)角方程均與載荷成線性關(guān)系。因此，梁在復(fù)雜載荷作用下的變形，可將其看成是幾種簡單載荷分別作用下的疊加。用疊加法可計算復(fù)雜載荷作用下梁的變形。即先分別計算每一種載荷單獨(dú)作用時引起的梁的撓度和轉(zhuǎn)角，然后，再把同一截面的轉(zhuǎn)角和撓度代數(shù)相加，就得到這些載荷共同作用下的該截面的撓度和轉(zhuǎn)角。為簡化計算，工程技術(shù)人員已經(jīng)把梁在各種典型的簡單載荷作用下的撓度和轉(zhuǎn)角計算公式求出并列在相應(yīng)的計算表中，如表10.4.1，實(shí)際應(yīng)用時只需查表選用即可。

???

??????????????????????????圖10.4.3

例10.4.1?等直梁AB，已知分布載荷q，集中力P，長度及抗彎剛度。試求C點(diǎn)的撓度。解：用疊加法求C點(diǎn)的撓度，分別畫出均布力q和集中力P單獨(dú)作用時的計算簡圖。查表10.4.1，當(dāng)均布載荷q單獨(dú)作用時，C點(diǎn)的撓度為：???????（負(fù)號說明撓度向下）當(dāng)F單獨(dú)作用時，C點(diǎn)的撓度為：根據(jù)疊加原理得q和P共同作用時的撓度：?四、梁的彎曲剛度條件?為了保證受彎梁能安全工作，必須限制梁上最大撓度和最大轉(zhuǎn)角不超過許用值，即梁的剛度條件為：?????????????????????????????????????????（10.4.3）式中，［y］為許可撓度；［θ］為許可轉(zhuǎn)角。有關(guān)數(shù)據(jù)可參考有關(guān)規(guī)范及手冊來確定［y］值和［θ］值。設(shè)計時，通常根據(jù)強(qiáng)度條件，結(jié)構(gòu)要求，確定梁的截面尺寸，然后，校核其剛度，對于剛度要求高的軸，其截面尺寸往往由剛度條件決定。例10.4.2???如圖10.4.4（a）所示為一電動機(jī)軸，已知,,跨度,,材料彈性模量，許用應(yīng)力,C截面的許用撓度［y］=0.4mm，試設(shè)計軸的直徑d。解：1）按強(qiáng)度條件設(shè)計軸徑。先畫出彎矩圖，如圖10.4.4（b）所示，求得最大彎矩為???根據(jù)強(qiáng)度條件求得?????????計算得????取d=40mm,則有????????????????????????????????????????圖10.4.4???????????2）軸的剛度進(jìn)行較核。如圖10.4.4（c）、(d)所示，由疊加法求C截面的撓度得????????????因此，軸徑取d=40mm可同時滿足強(qiáng)度、剛度要求。?五、提高梁的承載能力由前面分析可知，梁的變形與跨度的高次方成正比，與截面慣性矩成反比；又由強(qiáng)度條件（式10.2.6）可知，梁的彎曲強(qiáng)度與梁的最大彎矩和彎曲截面系數(shù)有關(guān)，所以，降低最大彎矩或增大抗彎截面模量，均能提高強(qiáng)度。由此可見，為提高梁的承載能力，除合理地施加載荷和安排支承位置，以減小彎矩和變形外，主要應(yīng)從增大和，以及減小跨度等方面采取措施，以使梁的設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理。工程上可采用以下幾項措施。?（1）采用合理的截面形狀在截面面積即材料重量相同時，應(yīng)采用和較大的截面形狀，即截面積分布應(yīng)盡量遠(yuǎn)離中性軸。因離中性軸較遠(yuǎn)處正應(yīng)力較大，而靠近中性軸處正應(yīng)力很小，這部分材料沒有被充分利用。若將靠近中性軸處的材料移到離中性軸較遠(yuǎn)處，如將矩形改為工字形截面，則可提高慣性矩和抗彎截面模量，即提高抗彎能力。同理，實(shí)心圓截面若改為面積相等的圓環(huán)形截面也可提高承載能力。此外，合理的截面形狀應(yīng)使截面上的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力同時達(dá)到相應(yīng)的許用應(yīng)力值。對于抗拉和抗壓強(qiáng)度相等的塑性材料，宜采用中性軸是對稱軸的截面(工字形)。對于抗拉和抗壓強(qiáng)度不相等的脆性材料，宜采用中性軸不對稱的截面(如T字形或槽形)。(2)采用變截面梁除上述材料在梁的某一截面合理安排外，還有一個材料沿梁的軸線如何合理安排問題。等截面的截面尺寸是由最大彎矩決定的。故除最大彎矩所在截面外，其余部分材料未被充分利用。為了節(jié)省材料和減輕重量，可采用變截面梁，即在彎矩較大的部位采用較大的截面，在彎矩較小的部位采用較小的截面。（3）、減小跨度或增加支承因梁的變形與梁的跨度l高次方成正比，故減小跨度是提高梁抗彎強(qiáng)度和抗彎剛度的有效措施。如在車床車工件時在工件的自由端加裝尾架頂針即為此目的。?第五節(jié)?疲勞破壞??一、動載荷和交變應(yīng)力（一）動載荷的概念在研究直桿的拉（壓）、梁的彎曲和圓軸的扭轉(zhuǎn)等的變形和強(qiáng)度時，都是把外載荷的大小和方向看成是不隨時間變化來對待的。這種大小和方向不隨時間而變化的載荷稱為靜載荷。然而在工程實(shí)際中，大多數(shù)零件工作時所受到的載荷并不是靜載荷。如互相嚙合的齒輪、內(nèi)燃機(jī)的連桿、高速旋轉(zhuǎn)的砂輪等等，在工作中所受的載荷明顯要隨時間而變化，或者是短時間內(nèi)有突變，這種載荷稱為動載荷。（二）交變應(yīng)力工程中許多構(gòu)件處于隨時間作周期性變化的應(yīng)力下工作，成周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。例如齒輪的輪齒每嚙合一次，齒根A點(diǎn)的彎曲應(yīng)力就由零變化到某一最大值，然后再回到零（如圖10.5.1）。齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動時，A點(diǎn)的應(yīng)力即作周期變化。又如圖10.5.2(a)中的轉(zhuǎn)軸，雖然所受載荷F的大小和方向并不隨時間變化，但由于軸的轉(zhuǎn)動，截面A的彎曲應(yīng)力σ也隨時間作周期變化（圖b），其變化規(guī)律如圖c所示。這種隨時間作周期性變化的應(yīng)力，稱為交變應(yīng)力。交變應(yīng)力每重復(fù)變化一次稱為一個應(yīng)力循環(huán)，如圖10.5.3所示，重復(fù)變化的次數(shù)稱為循環(huán)次數(shù)。圖中表示應(yīng)力變化的曲線稱為應(yīng)力循環(huán)曲線。為了能直觀地反映交變應(yīng)力的變化規(guī)律，便于分析受動載荷作用地軸及桿件的強(qiáng)度，就要分析交變應(yīng)力循環(huán)的規(guī)律和類型。圖10.5.1齒輪嚙合圖10.5.2轉(zhuǎn)動圓軸的交變應(yīng)力

1、交變應(yīng)力的參數(shù)應(yīng)力變化過程中，最小應(yīng)力和最大應(yīng)力之比稱為循環(huán)特性，用r表示?????最大應(yīng)力和最小應(yīng)力的平均值稱為平均應(yīng)力，用表示??????????????最大應(yīng)力和最小應(yīng)力的代數(shù)差的一半稱為應(yīng)力幅，用表示??????圖10.5.3???????????2、交變應(yīng)力的類型工程中常見的交變應(yīng)力的類型有以下幾種：對稱循環(huán)的交變應(yīng)力。?應(yīng)力循環(huán)中最大應(yīng)力和最小應(yīng)力大小相等，而符號相反的交變應(yīng)力，其應(yīng)力循環(huán)特征為???非對稱循環(huán)的交變應(yīng)力。?應(yīng)力循環(huán)中最大應(yīng)力與最小應(yīng)力數(shù)值不等的交變應(yīng)力，其應(yīng)力循環(huán)特征為：??????????脈動循環(huán)的交變應(yīng)力。??在非對稱循環(huán)中，最小應(yīng)力等于零的交變應(yīng)力。此時，循環(huán)特性為：??????????????????實(shí)踐證明，在交變應(yīng)力作用下的構(gòu)件，雖然其內(nèi)部的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力，但即使是塑性好的材料，也會發(fā)生斷裂，只是破壞時沒有明顯的塑性變形。在交變應(yīng)力作用下，構(gòu)件發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞失效。二、疲勞破壞構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象，稱為“疲勞破壞”或“疲勞失效”，簡稱疲勞。疲勞失效與靜載荷作用下的強(qiáng)度失效，有著本質(zhì)的區(qū)別。在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力反復(fù)變化后，在構(gòu)件內(nèi)最大應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服點(diǎn)時，構(gòu)件也會發(fā)生突然的斷裂。即使塑性好的材料，在斷裂前也沒有明顯的塑性變形。如圖所示，是構(gòu)件疲勞破壞時的斷口示意圖。從圖中可看出，疲勞破壞的斷口有兩個截然不同的區(qū)域，即光滑區(qū)和粗糙區(qū)。這種斷口特征，可根據(jù)疲勞破壞的成因來解釋。?（一）疲勞破壞的特點(diǎn)與原因簡述疲勞失效與靜載作用下的強(qiáng)度破壞有很大的差別。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)際構(gòu)件的疲勞失效現(xiàn)象表明，構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞失效時，具有以下明顯的特征：1.即使交變應(yīng)力的最大值小于材料的強(qiáng)度極限，甚至屈服點(diǎn)時，構(gòu)件在經(jīng)過一定次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)后，也能發(fā)生破壞；2.即使是塑性材料，破壞時也無顯著變形，而是發(fā)生突然脆性斷裂；3.疲勞破壞斷口具有明顯的光滑區(qū)和粗糙區(qū)。光滑區(qū)是裂紋擴(kuò)展所致，粗糙區(qū)是裂縫前沿應(yīng)力集中導(dǎo)致突然脆斷所致。如圖10.6.3所示。形成這種破壞特點(diǎn)的原因通常是：當(dāng)交變應(yīng)力經(jīng)過了一定次數(shù)的循環(huán)后，在構(gòu)件上最大應(yīng)力處或材質(zhì)薄弱處就產(chǎn)生了細(xì)微的裂紋源。有時材料表面的加工痕跡、缺陷等本身就是裂紋源。隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)大；在應(yīng)力交替過程中，裂紋兩表面的材料時而壓緊，時而分開，不斷反復(fù)，從而形成了斷口處的光滑區(qū)域。隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，構(gòu)件的有效承載面積將隨之減小，并在裂紋交口處形成高度的應(yīng)力集中。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到一定程度后，就會在某次偶然的振動或沖擊下，發(fā)生突然的脆性斷裂，從而形成斷口處的粗糙顆粒狀區(qū)域。工程中大部分零件的損壞都屬于疲勞破壞。疲勞破壞是在沒有明顯塑性變形的情況下突然發(fā)生的，具有較大的危險性，造成的事故是嚴(yán)重的。因此，對交變應(yīng)力引起的疲勞破壞應(yīng)引起足夠的重視，疲勞計算也就顯得尤為重要。（二）、疲勞極限由上述分析可知，構(gòu)件發(fā)生疲勞失效時，所受到的最大應(yīng)力低于靜載下材料的屈服極限或強(qiáng)度極限。所以不能用靜載強(qiáng)度指標(biāo)作為衡量疲勞強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，要用實(shí)驗(yàn)的方法測得材料在交變應(yīng)力下的極限應(yīng)力值（稱為材料的疲勞極限）作為疲勞強(qiáng)度指標(biāo)。材料的疲勞極限是指材料試樣經(jīng)過無窮多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞時，應(yīng)力循環(huán)中最大應(yīng)力的最高限，又稱為持久極限。試樣材料的最大工作應(yīng)力和使用壽命（即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）之間的關(guān)系可用如圖10.5.4所示的疲勞曲線來表示。?????????????????????圖10.5.4疲勞斷口?????????????????????????圖10.5.5疲勞曲線從疲勞曲線圖中可以看出，交變應(yīng)力的最大值越大，則構(gòu)件的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就越少，即構(gòu)件的壽命越短；反之，則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越多，壽命越長。當(dāng)最大應(yīng)力降低到某一值時，疲勞曲線趨于水平，這表示構(gòu)件在此交變應(yīng)力下可經(jīng)歷無數(shù)次的應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，這一應(yīng)力值稱為該材料的疲勞極限，在圖中以疲勞曲線的水平漸近線的縱坐標(biāo)表示。若交變應(yīng)力為對稱循環(huán)，則疲勞極限用表示；若為脈動循環(huán)則用表示。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，材料的疲勞極限與其靜強(qiáng)度極限之間存在一定的數(shù)量關(guān)系，而且對不同的變形和不同的應(yīng)力循環(huán)特性，即使是同一種材料，這一數(shù)量關(guān)系也不同，即疲勞極限不同。由試驗(yàn)可得幾種常見變形和交變應(yīng)力類型作用下的材料疲勞極限與靜強(qiáng)度極限之間的數(shù)量關(guān)系如下：彎曲對稱循環(huán)???????拉（壓）對稱循環(huán)???扭轉(zhuǎn)對稱循環(huán)????????從這一近似關(guān)系中可知，材料的持久極限遠(yuǎn)小與其強(qiáng)度極限。也就是說，在交變應(yīng)力作用下，材料抵抗破壞的能力顯著降低。?試驗(yàn)結(jié)果還表明，同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的持久極限數(shù)值不同。同一種材料在相同的基本變形下，以對稱應(yīng)力循環(huán)時的持久極限為最低。因此，實(shí)際工程中以材料在對稱應(yīng)力循環(huán)下的持久極限作為材料疲勞強(qiáng)度的基本指標(biāo)。?思考與練習(xí)10.1?梁彎曲時橫截面上的內(nèi)力有哪些？它們的符號是如何規(guī)定的？10.2作用在梁上的載荷通常有哪幾種？10.3梁彎曲時，怎樣判斷梁上的危險截面和危險點(diǎn)？10.4空心截面梁的強(qiáng)度比實(shí)心截面梁的強(qiáng)度大，這種說法正確嗎？10.5怎樣解釋“在梁上集中力作用處剪力圖發(fā)生突變，彎矩圖發(fā)生轉(zhuǎn)折”和“在集中力偶作用處彎矩圖發(fā)生突變而剪力圖無變化”？10.6試求圖示各梁1-1、2-2截面上的剪力和彎矩。?題10.6圖10.7試列出圖示梁的剪力、彎矩方程，畫出剪力圖和彎矩圖，并求出和。?題10.7圖10.8試按已繪制的剪力圖和彎矩圖確定作用于梁上的全部外載荷的大小、方向及作用位置。???????????????????????????題10.8圖10.9電動機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，已知輪的重量G=600N，直徑D=200mm，皮帶張力為FT1=2FT2。若電動機(jī)功率P=14kW，轉(zhuǎn)速n=950r/min，試?yán)L出AB軸的內(nèi)力圖。?題10.9圖10.10外伸梁承受載荷如圖所示，已知橫截面為22a工字鋼，試求梁橫截面上的最大正應(yīng)力和最大切應(yīng)力，并指出其作用位置。????題10．10圖?10.11．圓截面梁的承載情況如圖所示，其外伸部分為空心圓截面，試作彎矩圖，并求該梁的最大正應(yīng)力。?????題10．11圖10.12圖示一端外伸的軸在C處受飛輪自重G=20kN的作用，軸材料的許用應(yīng)力，E=200GPa，軸承B處的許用轉(zhuǎn)角。試設(shè)計軸的直徑。10.13軸受力如圖所示，已知FP=3.6kN，d=32mm，材料的許用應(yīng)力，E=200GPa，要求加力點(diǎn)處C截面的撓度不大于許用撓度，試校核該軸的強(qiáng)度與剛度。??????題10.12圖?????????????????????????????????????????????????題10.13圖10.14?No25a槽形截面簡支梁如圖所示。已知材料的許用應(yīng)力［σ］＝１６０ＭＰａ，在截面豎放和橫放兩種情況下，試比較其許用彎曲力偶矩M0的大小。?10.15圖示承受均布載荷的簡支梁，由兩根豎向放置的普通槽鋼組成，已知q=100kN/m，l=4m；材料的許用應(yīng)力［σ］＝１００ＭＰａ，E=200Gpa；梁的許撓度［ν］＝０.００１ｌ，試確定槽鋼的型號。?????????????題10.14圖???????????????????????????????題10.15圖10.16如圖示梁AC的截面為No10工字鋼，B點(diǎn)用圓截面鋼桿BD懸掛，已知d=20mm，梁和桿的材料許用應(yīng)力［σ］＝１６０ＭＰａ，試求許用均布載荷ｑ。10.17簡支梁承受載荷如圖所示，已知橫截面為28a號工字鋼，其材料許用應(yīng)力［σ］＝１７０ＭＰａ，試校核此梁的強(qiáng)度。?題10.16圖題10.17圖?10.18如圖所示起重構(gòu)架，梁ACD由兩根槽鋼組成。已知a=3m，b=1m，F(xiàn)=30kN，梁材料的許用應(yīng)力［σ］＝１４０ＭＰａ，試選擇槽鋼的型號。?10.19?圖示簡支梁AB上受載荷FP=20kN的作用，梁的跨度l=2.5m，橫截面為矩形，其高度h=100mm，寬度b=60mm。若已知а＝３００，材料的許用應(yīng)力［σ］＝８０ＭＰａ，試校核此梁的強(qiáng)度。??????題10.18圖?

《計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用》授課教案1《計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用》授課教案1

/第頁《計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用》授課教案1湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師授課教案課程名稱：計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用2009年至2010年第2學(xué)期第1次課班級：08電氣1－6編制日期：2010年2月27日教學(xué)單元（章節(jié)）：第一章計算機(jī)控制系統(tǒng)概述1．1計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念1．2計算機(jī)控制系統(tǒng)組成1。3微型計算機(jī)控制系統(tǒng)分類1。4微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

目的要求：1了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念2了解閉環(huán)、開環(huán)控制系統(tǒng)的一般形式3了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件、軟件組成及特點(diǎn)4了解微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類5了解微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

知識要點(diǎn)：1閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖、開環(huán)控制系統(tǒng)框圖2計算機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖、微機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖3計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件組成4微機(jī)控制系統(tǒng)分類

技能要點(diǎn)：根據(jù)實(shí)例掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)通過實(shí)例搞清微機(jī)控制系統(tǒng)的硬件、軟件組成及特點(diǎn)

教學(xué)步驟：1對整本教材的內(nèi)容進(jìn)行一下總體的介紹，有一個總體把握2通過實(shí)例講解計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念，理解計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖3具體從硬件、軟件兩方面分析計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

教具及教學(xué)手段：多媒體結(jié)合黑板板書課堂教學(xué)

作業(yè)布置情況：習(xí)題1－1、1－2

課后分析與小結(jié)：

授課教師：陳劍授課日期：20年月日

第頁教學(xué)內(nèi)容

板書或旁注

1．1計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念控制系統(tǒng)隨著控制對象、控制規(guī)律、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同而不同。控制系統(tǒng)的一般形式（基本結(jié)構(gòu)）如圖1－1所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)：按誤差進(jìn)行控制（被控參數(shù)與給定值進(jìn)行比較）開環(huán)：不需要被控對象的反饋信號，控制器直接根據(jù)給定值去控制被控對象，不能自動消除被控參數(shù)與給定值之間的誤差（控制性能相對要差）實(shí)例分析：1、飛機(jī)的姿態(tài)控制（圖1－2）將自動控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計算機(jī)或數(shù)字控制裝置來實(shí)現(xiàn)，就構(gòu)成了計算機(jī)控制系統(tǒng)。（圖1－3）在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，計算機(jī)的輸入和輸出信號都是數(shù)字量，因此系統(tǒng)需要A/D及D/A轉(zhuǎn)換器。計算機(jī)控制系統(tǒng)的過程一般可歸納為兩步：（1）實(shí)時數(shù)據(jù)采集。（2）實(shí)時決策控制。2、啤酒罐計算機(jī)溫度控制系統(tǒng)（圖1－4）通過啤酒罐計算機(jī)溫度控制的多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)，我們可知，一般，計算機(jī)在控制系統(tǒng)中至少起到三個作用：（1）實(shí)時數(shù)據(jù)處理。（2）實(shí)時監(jiān)督?jīng)Q策。（3）實(shí)時控制及輸出。1．2計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1．2．1計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計算機(jī)控制系統(tǒng)由計算機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)對象兩大部分組成，計算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件。硬件是指主機(jī)及其外圍設(shè)備，軟件是指管理計算機(jī)的程序以及過程控制應(yīng)用程序。硬件由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備等組成，系統(tǒng)可根據(jù)需要擴(kuò)展其硬件。（1）主機(jī)。主機(jī)由CPU、存儲器和I/O接口組成，是控制系統(tǒng)的核心。（2）常用外圍設(shè)備。常用外圍設(shè)備有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲器，用來顯示、打印和數(shù)據(jù)傳送。（3）I/O接口與輸入/輸出通道。

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接口的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)的連接，外設(shè)不同，接口的形式也不一樣，高速外設(shè)數(shù)據(jù)接口使用直接數(shù)據(jù)傳送通道DMA，絕大多數(shù)I/O接口都是有可編程的，它們的工作方式可以通過編程設(shè)置。通道還包括A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等。（4）檢測元件和執(zhí)行器。（5）操作臺。主要由四部分組成：1）作用開關(guān)。2）功能鍵。3）顯示器。4）鍵盤。1．2．2計算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成軟件是指完成各種功能的計算機(jī)程序的總和，如操作、管理、控制、計算和自診斷等，它是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。整個系統(tǒng)的動作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。以功能來區(qū)分，可分：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫等。（圖1－6）1．2．3微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1．可靠性高2．實(shí)時性強(qiáng)微機(jī)的實(shí)時性主要包括四方面內(nèi)容：（1）實(shí)時數(shù)據(jù)采集。（2）實(shí)時決策運(yùn)算。（3）實(shí)時控制。（4）實(shí)時報警。3．環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。4．良好的可維護(hù)性。5．人機(jī)聯(lián)系方便。6．較完善的輸入/輸出通道。1．3微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)與其所控制的生產(chǎn)過程有密切關(guān)系，根據(jù)生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度可采用不同的控制系統(tǒng)。從應(yīng)用的特點(diǎn)和控制的目標(biāo)出發(fā)，將微型計算機(jī)控制系統(tǒng)分為以下幾類。1．操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（圖1－7）2．直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC系統(tǒng)）（圖1－8）3．監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC系統(tǒng)）（圖1－9）4．集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）（圖1－10）5．現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）(圖1－11)1．4微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，對生產(chǎn)過程的自動化程度要求越來越高，系統(tǒng)控制在向著更加復(fù)雜、可靠性及精確性要求更高的方向發(fā)展。這就要求我們有更加先進(jìn)的控制系統(tǒng)與之相適應(yīng)。當(dāng)前微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，也促進(jìn)了控制理論的發(fā)展。當(dāng)然自動控制理論又反過來推動計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，為促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，為計算機(jī)控制提供更新的理論基礎(chǔ)。

湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師授課教案課程名稱：計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用2009年至2010年第2學(xué)期第2次課班級：08電氣1－6編制日期：2010年2月27日教學(xué)單元（章節(jié)）：第二章計算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)2．1模擬量輸入/輸出通道2。2開關(guān)量輸入/輸出通道

目的要求：1了解模擬量輸入、輸出通道的一般結(jié)構(gòu)2了解比較典型的A/D及D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及其與CPU的接口3了解開關(guān)量I/O通道的一般結(jié)構(gòu)4了解開關(guān)量信號的輸入、輸出電路

知識要點(diǎn)：1ADC0809芯片、DAC0832芯片2開關(guān)量輸入信號的調(diào)理3開關(guān)量輸出驅(qū)動電路

技能要點(diǎn)：搞清楚模擬量信號輸入微機(jī)及從微機(jī)輸出的基本結(jié)構(gòu)并能理解接口電路中各芯片的作用掌握開關(guān)量信號怎樣實(shí)現(xiàn)與CPU的輸入、輸出連接

教學(xué)步驟：1介紹模擬量信號與微機(jī)之間輸入、輸出的基本結(jié)構(gòu)。2分析A/D及D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及與CPU的接口電路。3介紹開關(guān)量信號I/O通道的一般結(jié)構(gòu)

教具及教學(xué)手段：多媒體結(jié)合黑板板書課堂教學(xué)

作業(yè)布置情況：

課后分析與小結(jié)：

授課教師：陳劍授課日期：20年月日

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2．1模擬量輸入通道2．3．1模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)1．單路模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)傳感器——信號調(diào)理電路——S/H——A/D——微型計算機(jī)（1）傳感器部分。檢測非電量物理量，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。（2）調(diào)理電路部分。對信號做適當(dāng)處理，使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號。包括變換、濾波、放大、隔離以及線性化等。（3）采樣/保持器（S/H）。保證模擬量信號的轉(zhuǎn)換精度。（4）A/D轉(zhuǎn)換器。2．多路模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)（如圖2－9所示）多路開關(guān)的作用是把多路輸入的模擬量分時地送入A/D，即完成多到一的轉(zhuǎn)換。2．3．2A/D轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口A/D轉(zhuǎn)換器按位分：8位ADC0809、10位AD75702、12位AD574。按變換原理分有：逐次比較式ADC0809、雙積分式5G14433、量化反饋式和并行式等。1．ADC0809芯片簡介2．ADC0809與8031的接口2．1模擬量輸出通道2．4．1模擬量輸出通道的一般結(jié)構(gòu)1．單路模擬量輸出通道的一般結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)——寄存器——D/A轉(zhuǎn)換器——放大變換器——執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）寄存器。用于保存計算機(jī)輸出的數(shù)字量。（2）D/A轉(zhuǎn)換器。核心部件，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。轉(zhuǎn)換后的模擬量有電壓和電流兩種類型。（3）放大/變換電路。當(dāng)輸出信號無法直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠡蜃儞Q。2．多路模擬量輸出通道的一般結(jié)構(gòu)保持方式兩種：數(shù)字量保持和模擬量保持。對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)有兩種形式：（1）各通道自備D/A轉(zhuǎn)換器形式。（2）各通道共用D/A轉(zhuǎn)換器形式。

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2．4．2D/A轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口D/A轉(zhuǎn)換器常用的有：8位的DAC0800系列、DAC0830系列；10位的DAC1020系列、ADC7520系列；12位的DAC1208系列、AD1230系列、AD7521系列等。2．2開關(guān)量輸入/輸出通道開關(guān)量信號的電氣接口形式多種多樣，如TTL電平、CMOS電平、非標(biāo)準(zhǔn)電平、開關(guān)或繼電器的觸電等，這些電平一般都不能直接用來驅(qū)動外部設(shè)備，況且工業(yè)現(xiàn)場還存在著電磁、振動、溫度和濕度等各種干擾與影響。因此，在開關(guān)量輸入/輸出通道中需采取各種緩沖、放大、隔離與驅(qū)動等措施。

2．2．1開關(guān)量I/O通道的一般結(jié)構(gòu)開關(guān)量輸入/輸出通道通常由CPU接口邏輯、輸入緩沖器和輸出鎖存器、輸入/輸出電氣接口三部分組成。1．CPU接口邏輯這部分電路一般由數(shù)據(jù)總線緩沖器/驅(qū)動器、輸入/輸出地址譯碼器、讀寫控制等組成，主要完成開關(guān)量輸入/輸出通道的選通和關(guān)閉等控制信號的傳輸。2．輸入緩沖器和輸出鎖存器輸入緩沖器：緩沖或選通外部輸入信號。輸出鎖存器：鎖存CPU的輸出數(shù)據(jù)，在未刷新前保持穩(wěn)定以供外部設(shè)備的使用。輸入緩沖器和輸出鎖存器可以使用各種可編程的外圍接口電路，如8255、8155等，也可使用簡單的中小規(guī)模集成電路，如74LS240、74LS244、74LS245、74LS273、74LS377等。3．I/O電氣接口開關(guān)量輸入/輸出電氣接口的功能主要有濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率驅(qū)動等。

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2．2．2開關(guān)量輸入信號的調(diào)理1．信號轉(zhuǎn)換電路（1）電壓或電流轉(zhuǎn)換電路。（圖2－18a）（2）開關(guān)觸點(diǎn)型信號輸入電路。（圖2－18b）2．RC濾波電路3．保護(hù)電路為了防止因過電壓、瞬時尖峰或反極性信號損壞接口電路，在開關(guān)量輸入電路中，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。（圖2－19、圖2－20）4．觸點(diǎn)抖動的消除采用RS觸發(fā)器消除抖動。5．光電隔離技術(shù)及常用器件為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，需將控制對象和微機(jī)部分在電氣上隔離開來。2．2．3開關(guān)量輸出驅(qū)動電路在微機(jī)控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常需要大電壓（電流）來控制，而微機(jī)系統(tǒng)輸出的開關(guān)量大部分為TTL（或MOS）電平，這種電平一般不能直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要另外設(shè)計驅(qū)動電路。1．功率驅(qū)動電路常用于驅(qū)動功率繼電器、電磁開關(guān)等功率裝置，一般要求具有50～500mA的驅(qū)動能力。（1）功率三極管驅(qū)動。（圖2－23a）（2）達(dá)林頓管驅(qū)動。（圖2－23b）2．固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器（SSR）是一種無觸點(diǎn)功率型電子開關(guān)。它利用光電隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制端（輸入端）與負(fù)載回路（輸出端）之間的電氣隔離，同時又能控制電子開關(guān)的動作。

湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師授課教案課程名稱：計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用2009年至2010年第1學(xué)期第3次課班級：08電氣1－6編制日期：2010年2月27日教學(xué)單元（章節(jié)）：第三章計算機(jī)串行通信接口技術(shù)3．1串行通信基礎(chǔ)3．2常見的串行通信接口

目的要求：1了解串行通信的一些基本概念2了解RS-232C這種廣泛使用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)以及RS-232C的使用3了解其他常見的幾種串行通信接口及通信方式

知識要點(diǎn)：1串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式2波特率3信號的調(diào)制和解調(diào)4RS-232C5RS-423A接口6RS-422A接口7RS-485接口

技能要點(diǎn)：1理解串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式，學(xué)會RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)的使用2了解不同串行通信接口在通信接線方式上的區(qū)別

教學(xué)步驟：1首先了解串行通信的基礎(chǔ)知識；2介紹RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)及其使用方法3介紹常見的串行通信接口4分析接口的通信原理和方式

教具及教學(xué)手段：多媒體結(jié)合黑板板書課堂教學(xué)

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授課教師：陳劍授課日期：20年月日

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3．1串行通信基礎(chǔ)3．1．1串行通信常用術(shù)語1．通信方式并行通信通過并口來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的各位同時傳送。串行通信是通過串口來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)逐位順序傳送。