汽车机械基础 高职汽车类项目2任务1.ppt

任务2.1 轴向拉伸与压缩的分析 【学习目标】 1．知道强度、刚度和稳定性等基本概念； 2．描述杆件变形的基本形式； 3．知道轴向拉伸和压缩的受力特点和变形特点； 4．知道内力的概念，学会用截面法求内力； 5．知道应力的概念，能够进行轴向拉伸和压缩时横截面上正应力的计算； 6. 描述拉压变形的表达与应力关系 7. 描述材料在拉伸和压缩时的力学性能及许用应力的概念； 8. 能够进行轴向拉伸和压缩的强度计算。 【知识准备】 2.1.1 基本概念 要使零件在外力作用下能够正常工作，必须满足一定的强度、刚度和稳定性。我们把零件抵抗破坏的能力称为零件的强度；把零件抵抗变形的能力称为零件的刚度。对于细长压杆不能保持原有直线平衡状态而突然变弯的现象，称为压杆丧失了稳定性。所以对于细长压杆，必须具有足够的稳定性。 实际的工程结构中，许多承力构件如桥梁、汽车传动轴、房屋的梁、柱等，其长度方向的尺寸远远大于横截面尺寸，这一类的构件在承载能力分析研究中，通常称作杆件，杆的所有横截面形心的连线，称为杆的轴线，若轴线为直线，则称为直杆；轴线为曲线，则称为曲杆。所有横截面的形状和尺寸都相同的杆称为等截面杆；不同者称为变截面杆。本单元主要研究等截面直杆。 在承载能力分析中将研究的零件均视为变形固体。 1. 变形固体的基本假设 1）连续性假设 认为在变形固体整个内部毫无空隙地充满了物质。 2）均匀性假设 认为在变形固体内各点处的力学性能完全相同。 3）各向同性假设 认为变形固体在各个方向具有相同的力学性能。 2.1.3 内力分析与应力分析 1. 轴力与轴力图 1) 轴力 作用在杆件上的载荷和约束反力统称为外力。当杆件受到外力作用时，杆件内部相邻质点间因相对位置发生变化而产生的试图使质点恢复原有位置的相互作用力，称为内力． 求内力的方法---截面法 由于拉（压）杆所受的外力都是沿杆轴线的，考虑左右部分的平衡可知，此分布内力系的合力也一定沿杆的轴线方向，因此我们把拉（压）杆的内力称为轴力，用FN 表示。 截面法求内力可分为四步： 切开：沿所求截面假想地将杆件切开； 取出：取出其中任意一部分作为研究对象； 替代：以内力代替弃去部分对选取部分的作用； 平衡：列平衡方程求出内力 轴力：用分布内力的合力 FN代替右段对左段的作用。因外力F沿轴线作用，故 FN也必在轴线上重合，因此称为轴力。 方向规定：习惯上我们把拉伸时的轴力记为正，压缩时的轴力记为负。（拉为正，压为负） 2) 轴力图 为了表明横截面上的轴力沿轴线变化的情况，可按选定的比例尺，以平行于杆轴线的坐标x表示横截面所在的位置，以垂直于杆轴线的坐标y表示横截面上轴力的大小，正值轴力绘在x轴的上方，负值轴力绘在x轴的下方。这种表示轴力随横截面位置变化规律的图形，称为轴力图。 在使用截面法求轴力时，我们规定将轴力加在截面的外法线方向，即正方向。这样，无论取左段还是右段，用平衡方程求得的轴力的符号总是一致的。当轴力大于零时，就表示该截面受拉伸；而轴力小于零，则表示该截面受压缩。 轴力只与外力有关，截面形状变化不会改变轴力大小。 轴力图中：横坐标代表横截面位置，纵轴代表轴力大小。绘图时选取适当的比例尺，标出轴力值及正负号（一般：正值画上方，负值画下方）。 案例2-1 杆件在A、B、C 、D各截面作用外力如图2-7，求1-1，2-2，3-3，截面处轴力。 列平衡方程： 1-1截面处轴力，如图2-7b ∑Fx=0， FN1–3F–F=0， FN1=3F+F=4F （a） 2-2截面处轴力,如图2-8c ∑Fx=0， FN2–3F =0， FN2=3F (b) 3-3截面处轴力，如图2-8d ∑Fx=0， FN3+2F–3F–F=0， FN3=3F+F–2F=2F (c) 【任务实施】 1）如图2-24所示，汽车单缸内燃机曲柄连杆机构由曲柄OA、连杆AB及活塞B组成，在力F和力偶矩为M的力偶作用下在图示位置处于平衡状态，机构中各物体的自重忽略不计，F=433N，连杆AB横截面面积A=10mm2,材料的许用应力=60MPa，试校核连杆的强度。 【任务实施】 2）某拉紧钢丝绳的张紧器所受的拉力为F=30kN；拉杆和套筒的材料均为Q235钢，屈服极限σs=235Mpa；拉杆螺纹M20其内径d1=17.29mm，其它尺寸如图所示（图2-25 ）。若不考虑螺纹旋合段轴力的变化，试校核张紧器的强度。 如图2-22(a)内燃机配气阀的顶杆、图2-22(b)千斤顶的丝杠、液压缸的活塞杆等等。 图2-22 细长压杆的应用实例 a) b) 解决压杆稳定问题的关键是提高临界压力Fcr