机械结构设计与维护 教学课件 ppt 作者 高朝祥 主编 王充 副主编第三章 平面连杆机构.ppt

【知识目标】明确平面四杆机构的主要形式及其用途；了解铰链四杆机构的组成，掌握铰链四杆机构曲柄存在的条件，掌握铰链四杆机构类型的判别；了解平面四杆机构的工作特性及其运动设计；了解构件内力、应力、许用应力及应变等概念,了解低碳钢、铸铁拉压时的力学性质，掌握轴向拉伸和压缩的内力、应力、变形及强度计算。 【能力目标】能判断平面四杆机构的基本类型；能根据所学知识，分析实际生产、生活中平面连杆机构的工作原理；能利用拉压强度条件解决简单工程结构的强度问题。 请观察刮雨器是怎样工作的？ 第三节平面四杆机构运动设计简介 平面四杆机构的运动设计：根据给定的设计条件（运动条件、几何条件等），确定机构有关的尺寸参数和各构件的相对位置，而不涉及构件的具体结构。 设计方法：图解法、实验法和解析法 一、按连杆的给定位置设计四杆机构 1.按给定连杆两个位置及连杆长度设计平面四杆机构 要求：炉门BC能位于图示关闭（B1C1）和开启（B2C2）两位置 2.按给定连杆三个位置及连杆长度设计平面四杆机构 解题思路和方法与前一种问题基本相同，但由于有三个确定位置，所以一般情况下，、位置就是两中垂线交点，因而有确定解 二、按给定行程速度变化系数K设计四杆机构 问题的实质：确定曲柄回转中心A的位置 分析：摇杆的两极限位置为C1D和C2D，设所求曲柄回转中心位置为A点，AC1、AC2则为曲柄和连杆两次共线的位置，显然 为其极位夹角。若过C1、C2以及曲柄回转中心A作一辅助圆L，则该圆周L（角及其对顶角所对的两段圆弧除外）上任意一点，均能满足给定的行程速度变化系数的要求，此时亦有无穷多个解。 设计步骤： （1）计算极位夹角 设计步骤： 第一节轴向拉伸与压缩的概念 一、轴向拉伸与压缩时的内力 例：求图示杆1-1、2-2、3-3截面上的轴力 5 ．轴力图 三、 轴向拉伸和压缩时横截面上的应力 1 ．应力的概念： 应力：内力在截面上的集度（单位截面积上的内力） 正应力：垂直于杆横截面的应力 切应力：平行于横截面。 应力是判断杆件是否破坏的依据。 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（兆帕）＝106Pa 1GPa（吉）＝109Pa 2.横截面上的应力 【例】一正方形截面的阶梯形砖柱，其受力情况、各段长度及横截面尺寸如图3.42（a）所示。已知。试求荷载引起的最大工作应力 解：（1）作柱的轴力图，如图所示 四、 轴向拉(压)杆的变形 3.虎克定律 五、 拉、压时材料的力学性能 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。 2 .其它材料在拉伸时的力学性能 (2)脆性材料拉伸时的力学性能（如铸铁） 塑性材料与脆性材料力学性能的区别 六、拉、压杆的强度条件及其应用 【例】如图所示，活塞受气体压力FP=100 kN，曲柄OA长度为 120 mm，连杆长度AB为L=300 mm，截面尺寸b=50 mm，h=65 mm，材料许用应力为 =50 MPa，当OA与AB垂直时，试校核连杆的强度。 连杆、活塞受力如图所示 例： 七、应力集中 例：一钢制阶梯杆如图所示，已知轴向力F1=60kN，F2=20kN，各段杆长lAB=200mm，lBC= lCD=100mm,横截面面积AAB=ABC= 500mm2，ACD =250 mm2，钢的弹性模量E=200GPa，试求杆的总伸长。 解 (1) 求约束反力 杆的受力图如图所示 得 RA=F1 - F2 =60 –20 = 40(kN) （若以截面右侧外力计算轴力， 则可省略此步） (2) 作轴力图 AB段的轴力为 FN1 =-RA = - 40 kN BC与CD的轴力为 FN2 = -RA + F1= - 40 + 60 = 20(kN) 工程材料的种类：根据其性能可分为 塑性材料 如低碳钢 脆性材料 如铸铁 L d F F 低碳钢标准拉伸试件安装在拉伸试验机上，然后对试件缓慢施加拉伸载荷，直至把试件拉断。根据拉伸过程中试件承受的应力和产生的应变之间的关系，可以绘制出该低碳钢的 曲线。 （一）材料拉伸试验 1.低碳钢的拉伸试验 标准试件：（圆试件） 长试件：L=10d 短试件：L=5d (1)四个阶段 1）弹性阶段—oa/ 在该段内卸载，变形也随之消失，说