零件的变形讲述.docx

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零件的变形讲述

零件的变形及强度计算 ? 零件的拉伸和压缩 ? 零件的剪切和挤压 ? 圆轴的扭转 ? 直粱的弯曲 ? 零件的组合变形强度计算 ? 交变应力作用下零件的疲劳强度 学习任务 1. 明确材料力学的基本任务,理解构件的强度与刚度和稳定性的力学意义。 2. 理解内力的概念,能熟练利用截面法求解内力。 3. 理解应力、变形和应变的概念。 4. 能够熟练地计算轴力,作轴力图。 5. 理解零件强度条件,能够熟练解决强度校核、设计截面和确定许可载荷问题。 变形分析的基本知识 一、变形固体及其基本假设 任何物体受载荷(外力)作用后其内部质点都会产生相对运动,从而导致物体的形状和尺寸发生变化,称为变形。 例如,橡皮筋在两端受拉后就发生拉伸变形;工厂车间中吊车梁在吊车作业时,梁轴线由直变弯,发生弯曲变形。在外力的作用下会发生变形的物体可统称为变形固体。 变形固定在外力的作用下会产生两种不同的变形: ? 当外力消除后,变形也会随着消失,这种变形称为弹性变形; ? 外力消除后,变形不能完全消除并且具有残留的变形,称为塑性变形。 当物体的外力在一定的范围时,塑性变形很小,可以把构件当作只发生弹性变形的理想弹性变形体。 假设弹性体内连续不断地充满着物质,各点处的材料性质完全相同,且各方向上的性质都相同。这就是变形固体的基本假设。 二、杆件在各种不同方式的外力作用下产生不同形式的变形。 变形的基本形式有四种: ? 轴向拉伸(压缩)变形 ? 剪切(挤压)变形 ? 扭转变形 ? 弯曲变形 其他复杂的变形都可以看成是这几种基本变形的组合 零件变形过大时,会丧失工作精度、引起噪声、降低使用寿命、甚至发生破坏。 为了保证机械设备在载荷作用下能安全可靠的工作,必须要求每个构件具有足够的承受载荷的能力,简称承载能力。 构件的承载能力分为: 强度、刚度、稳定性 一、强度 构件抵抗破坏的能力(强度要求是对构件的最基本的要求)。 构件在外力作用下不破坏必须具有足够的强度,例如房屋大梁、机器中的传动轴不能断裂,压力容器不能爆破等。 二、刚度 构件抵抗变形的能力。 在某种情况下,构件虽有足够的强度,但受力后变形过大,即刚度不够,也会影响正常工作。例如机床主轴变形过大,将会影响加工精度;吊车梁变形过大,吊车行驶时会发生较大震动,使行驶不平稳,有时还会产生“爬坡”现象,需要更大的驱动力。因此对这类构件要保证有足够的刚度。 三、稳定性 构件受载后保持原有平衡状态的能力。 例如千斤顶的螺杆、内燃机的连杆等等。 本单元主要研究构件在载荷(外力)作用下的变形、受力与破坏的规律,在保证构件即安全适用又尽可能经济合理的前提下,为构件选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺寸提供必要的基础知识和实用计算方法。 第一节 零件的拉伸和压缩 一、拉伸和压缩的概念 工程上经常遇到承受拉伸或压缩的零件。如图a所示的起重吊架中的拉杆AB(拉伸),图b所示的建筑物的立柱(压缩)。 受力零件的共同特点是:外力作用线与零件的轴线重合,零件的变形是沿轴线方向伸长或缩短。 二、轴向拉伸和压缩时的内力 构件上的载荷和约束力统称为外力。 零件受到外力作用时,由于内部各质点之间的相对位置的变化,材料内部会发生一种附加内力,力图使各质点恢复原来位置。 附加内力的大小随外力的增加而增加,附加内力增加到一定限度时,零件就会发生破坏。因此,在研究零件承受载荷的能力时,需要讨论附加内力。后面的讨论中所述的内力,都是指这种附加内力。 1、截面法 截面法是用以确定零件内力的常用方法 通过取截面,使零件内力显示出来以便于确定其数值的方法。 如图a所示的杆在外力Fp的作用下处于平衡状态,力Fp的作用线与杆的轴线重合,求截面m-m上的内力。 用假象平面在m-m处将杆截开,分成左右两段,根据作用力与反作用力定理,FN和FN’大小相等、方向相反。 取左段为研究对象 综上所述,用截面法求内力的步骤为: 1.一截为二:即在欲求内力处,假想用一截面将零件一截为二; 2.弃一留一:即选其中一部分为研究对象并画受力图(包括外力和内力); 3.列式求解:即列研究对象的静力平衡方程,并求解内力。 2.轴力 与杆轴线重合的内力又称为轴力。 轴力的符号规定如下:轴力的方向与所在截面的外法向方向一致时,轴力为正;反之为负。由此可知,拉杆的轴力为正,压杆的轴力为负。 为了形象直观地表明各截面轴力的变化情况,通常将其绘制成轴力图。 做法是:以杆的左端为坐标原点,取平行于轴线的X轴为横坐标轴,其值表示个横截面位置,取垂直于X轴的FN为总坐标轴,其值表示对应截面的轴力值,正值画在Z轴上方,负值画在X轴下方。 例1 试计算如图a所示等直杆的轴力,并画出轴力图。 解: 求约束反力 取全杆为研究对象,做受力图,如图b所示。 根据平衡方程: 分段计算轴

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