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第五节 产品中主要构件的受力分析
;一、材料的性能;强度和刚度的性能和材料自身性能有关系,比如几何尺寸相同的钢材和木材,钢材的强度和刚度大于木材;又比如玻璃材料,其抗压强度表现较好,而弯曲强度则表现很差。
;根据大量的实验, 把材料按照力学性能分成了两大类别,即塑性材料和脆性材料。
塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限基本相同,对受压和受拉构件都适用。脆性材料的压缩强度极限远比拉伸时大,因此,脆性材料适用于受压构件。此外,塑性材料在破坏前能发生很大的塑性变形,便于加工,而且抗冲击的能力比较好,受应力集中的影响较小。脆性材料难以加工,矫正构件安装位置时容易产生裂纹,抗冲击的能力差,受应力集中的影响较大。;铸造性
可锻性
可焊性
切削加工性
热处理性 ;机械性能(力学性能):在外力作用时表现出的性能。
包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性;材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化,称为变形。
外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。
外力切除后不能恢复的变形称为塑性变形。 ;(1)弹性和刚度;(2)强度;(3)塑性断裂前材料产生塑性变形的能力。;布氏硬度计;1)冲击韧性;TITANIC;2)疲劳;二、材料的受力;16;17;18;19;20;21;3)轴力图:;例 图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为FA = 5 F、 FB = 8 F、 FC = 4 F、 FD= F 的力,方向如图,试求各段内力并画出杆的轴力图。;;轴力图如下图示;26;27;28;29;4)基本概念
应力:单位面积上的内力。
方向垂直与横截面的应力——正应力
单位:帕斯卡(1N/m2)
5)应力的分布规律——内力沿横截面均匀分布
;31;32;33;34;35;36;37;38;(二)剪切应力与实例;1.剪切的概念和实例;平键连接;剪切受力特点:作用在构件两侧面上的外力合力大小相
等、方向相反且作用线相距很近。;双剪切;F;名义切应力计算公式:;;挤压强度条件:;例 已知:d =2 mm,b =15 mm,d =4 mm,[t ] =100 MPa,
[s] bs =300 MPa,[s ]=160 MPa。 试求:[F];2.挤压强度;例 已知:F = 80 kN, d = 10 mm, b = 80 mm, d = 16 mm, [t ] = 100 MPa, [s] bs = 300 MPa, [s ] = 160 MPa;解:1. 接头受力分析;2. 强度校核;(三)扭转概念和工程实例;卷扬机轴受到扭转;(1)螺丝刀杆工作时受扭。;(2)汽车方向盘的转动轴工作时受扭。;(3)机器中的传动轴工作时受扭。;;59;2.扭转的概念;(1)外力偶矩计算;圆轴受扭时其横截面上的内力偶矩称为扭矩,用符号T 表示。;;2)扭矩的符号规定:按右手螺旋法则判断。;例 1 一传动轴如图,转速n = 300r/min; 主动轮输入的功率P1= 500kW,三个从动轮输出的功率分别为: P2= 150kW, P3= 150kW, P4= 200kW。试作轴的扭矩图。 ;1.计算作用在各轮上的外力偶矩;2.分别计算各段的扭矩;扭矩图;1)圆轴扭转时横截面上的应力;观察变形规律:;(2)静力关系:由横截面上的扭矩与应力的关系→应力的计算公式;横截面上 —;3)圆截面的极惯性矩 Ip 和抗扭截面系数Wp;空心圆截面:;注意:对于空心圆截面;(1)强度条件:;例 已知 T=1.5 kN . m,[t ] = 50 MPa,试根据强度条件设计实心圆轴与 = 0.9 的空心圆轴。;2. 确定空心圆轴内、外径;例 图示阶梯状圆轴,AB段直径 d1=120mm,BC段直径 d2=100mm 。扭转力偶矩 MA=22 kN?m, MB=36 kN?m, MC=14 kN?m。 材料的许用切应力[t ] = 80MPa ,试校核该轴的强度。;BC段;(四)受弯构件及应力分布;;2)梁弯曲的概念;平面弯曲的概念;梁的基本形式
梁的支座形式和结构,实际上是多种多样的。为便于分析研究,根据实际约束的主要力学特性,将它们归纳为以下三种基本类型。
(1)简支梁: 梁的两端均有约束,一端可简化为固定铰支座,另一端可简化为活动铰支座的梁称为简支梁。
(2)外伸梁:若简支梁有一端或两端伸出支座之外,则为外伸梁。体操运动中双杠的每一条杠都可看作外伸梁。
(3)悬臂梁:一端为固定端、另一端自由的梁称为悬臂梁。;3) 梁的载荷与支座反力;4)梁
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