《机械设计基础》课件1第2章.ppt

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(3)校核主轴的刚度。主轴的许用挠度为

[yC]=0.0001l=0.0001×0.4=4.0×10-5m

主轴的许用转角为[θB]=0.001rad=1.0×10-3rad

yC=5.91×10-6m[yC]

θB=4.23×10-5rad[θB]

所以主轴的刚度满足。2.5.8提高梁弯曲时的强度及刚度的措施

在梁的强度、刚度设计中,常遇到如何根据工程实际提高梁弯曲强度、刚度的问题。从梁的弯曲正应力强度准则和刚度准则可以看出:降低梁的最大弯矩、提高梁的抗弯截面系数和减小跨长,都可提高梁的弯曲承载能力。所以,从这几方面可找出提高梁弯曲强度、刚度的几个主要措施。

1.降低梁的最大弯矩

通过减小梁的载荷来降低梁的最大弯矩意义不大。只有在载荷不变的前提下,通过合理布置载荷和合理安排支座才具有实际的应用意义。1)集中力远离简支梁中点

图2-62(a)所示的简支梁作用集中力F,由弯矩图可见,最大弯矩为Mmax=Fab/l,若集中力F作用在梁的中点,即a=b=l/2,则最大弯矩Mmax=Fl/4;若集中力F作用点

偏离梁的中点,a=l/4,则最大弯矩Mmax=3Fl/16;a=l/6时,最大弯矩Mmax=5Fl/36;若集中力F作用点偏离梁的中点最远,无限靠近支座A,即a→0时,则最大弯矩Mmax→0。

由此可见,集中力偏离简支梁的中点或靠近于支座作用可降低最大弯矩,提高梁的弯曲强度。工程实际中的传动轮靠近于支座安装,是这一措施的应用实例。图2-62提高梁弯曲强度和刚度的措施2)将载荷分散作用

图2-62(b)所示简支梁,若必须在中点作用载荷,则可通过增加辅助梁CD,使集中力在AB梁上分散作用。集中力作用于梁中点的最大弯矩为Mmax=Fl/4,增加辅助梁CD后,Mmax=Fx/2,若x=l/4,则Mmax=Fl/8。值得注意的是,附加辅助梁CD的跨长要选择的适当,太长会降低辅助梁的强度;太短不能有效提高AB梁的强度。

若将作用于简支梁中点的集中力均匀分散作用于梁的跨长上,均布载荷集度q=F/l,由图2-62(c)可知,梁的最大弯矩为Mmax=ql2/8=Fl/8。由此可见,在梁的跨长上分散作用载荷,尽可能地避免集中作用载荷,可降低最大弯矩,提高梁的弯曲强度。3)简支梁支座向梁内移动

图2-62(c)所示的简支梁作用均布载荷,在梁的中点有最大弯矩Mmax=ql2/8,若将其支座A、B同时向梁内移动x(图2-63(a)所示),梁中点弯矩值为MC=ql(l-4x)/8,支座A、B截面的弯矩值为MA=-qx2/2。若x=l/5,则MC=ql2/40,

MA=ql2/50,梁的最大弯矩Mmax=ql2/40,仅是简支梁作用均布载荷时最大弯矩值的1/5。由以上分析可见,将简支梁支座向梁内移动可使梁中点C截面弯矩降低,但支座A、B截面的弯矩值会增加。支座移动的合理位置应使C截面和A、B截面的弯矩值相等,即

MC=ql(l-4x)/8=MA=qx2/2,得方程x2+4lx-l2=0,解得

,是支座安放的合理位置。例如,工程中所采用支座内移的方法支架起的容器罐(图2-63(a)所示);再如图2-63(b)所示的双杠力学模型,由于其上作用可移动的集中力F,所以支座的合理安放位置距杠端为x=l/6处,读者可自己证明。图2-63简支梁的支座安放2.提高截面惯性矩和抗弯截面系数

通过增加梁的截面面积来提高梁的抗弯截面系数意义不大。只有在截面面积不变的前提下,选择合理的截面形状或根据材料性能选择截面才具有实际的应用意义。

1)选择合理的截面形状

梁的合理截面形状通常用抗弯截面系数与截面面积的比值Wz/A来衡量。当弯矩已定时,梁的强度随抗弯截面系数的增大而提高。因此,为了减轻自重,节省材料,所采用的

截面形状应是截面积最小而抗弯截面系数最大的截面形状。几种典型截面的Wz/A值见表2-3。表2-3几种常用截面的Wz/A值从表2-3可以看出,圆截面Wz/A值最小,矩形次之,因此它们的经济性不够好。从梁的弯曲正应力分布规律来看,在梁截面的上、下边缘处,正应力最大,而靠近中性轴附近正应力很小。因此尽可能使截面面积分布距中性轴较远才能发挥材料的作用,而圆截面恰恰相反,使很大一部分材料没有得到充分地利用。

为充分地利用材料,使截面各点处的材料尽可能地发挥其作用,将实心圆截面改成面积相同的空心圆截面,其抗弯强度可以大大提高。同样对于矩形截面,将其中性轴附近的面积挖掉,放在离中性轴较远处(图2-64(a)所示),就变成了工字型截面。这样材料的使用就趋于

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