机械基础 拉压杆件的承载能力

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第三章 杆件的承载能力分析

第三章 杆件的承载能力分析

F1 F2 FN2 0
二、轴扭转时的内力
第二节 截面法求内力
沿杆件长度作用的平衡力偶系(非共面力偶系)称为外加 转矩。
杆件产生转变形时其横截面的内力称为扭矩。
1.外力偶矩计算
作用于轴的外力偶矩通常是根据轴传递的功率和轴的转速算出。 功率、转速和外力偶矩之间的换算关系为:
Me
9550
P n
式中n为轴的转速,单位是r/min,P轴所传递的功率,单位是kW; Me为外力偶矩的大小,单位是N•m。
解 (1)求约束反力
取整个杆件为研究对象,画出如图 (b)所示受力图。设约束反力 为FA,列平衡方程
例题
Fx 0
F1 F2 F3 FA 0
得 FA F1 F2 F3 20 30 50 40 KN
(2)分段计算轴力,由于外力分别作用于B、 C、D三处,以三个作用点为分界线,将杆分 为AB、BC、CD段,分别计算轴力 ①AB段:在AB间任选一横截面1-1截开,取 其左段为研究对象,如图 (c)。由平衡方程得:
汽车机械基础
第三章 杆件的承载能力分析
化学工业出版社
第二章 构件受力分析
第一节 杆件的基本变形和内力 第二节 截面法求内力 第三节 杆件的应力及强度计算
汽车机械基础
第二章 构件受力分析
汽车机械基础
第一节 杆件的基本变形和内力
一、杆件的基本变形
第一节 杆件的基本变形
和内力
构件的基本形状:
杆件、板件、块件。
FN F 0 即 FN F
同理,如果以部分Ⅱ为示力 对象,求同一截面上的内力 时,可以得到相同的结果,
FN F
三、截面法
第一节 杆件的基本变形
和内力
截面法:

汽车机械基础课件2.材料力学

汽车机械基础课件2.材料力学

塑性材料的许用应力 脆性材料的许用应力
s
n
b
n
式中,σs —塑性材料的屈服点应力; σb —脆性材料的强度极限应力; n —安全系数,它反映了构件必要的强度储备。
2.2 轴向拉伸与压缩
六、拉伸、压缩时的强度条件
为保证构件安全可靠的正常工作,必须使构件最大工作应力不超过材料的许 用应力[ ],即
2.3 剪切与挤压
一、剪切 2.剪切变形的内力与应力
单剪切
双剪切
2.3 剪切与挤压
一、剪切
2.剪切变形的内力与应力 剪切时单位面积上的内力,称为剪应力,或称切应力。
= FQ /A —切应力,Pa或MPa; FQ —剪切时的内力,N; A —剪切面积,m2或mm2。
2.3 剪切与挤压
一、剪切 3.剪切时的强度条件 = FQ /A≤[]
一、构件的承载能力 承载能力: 为了保证机器安全可靠地工作,要求每个构件在外力作用下均具有足够的 承受载荷的能力 。
承载能力的大小主要由三方面来衡量:即强度、刚度和稳定性。
2.1 材料力学基础
一、构件的承载能力 1、强度 构件在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。
AB和BC两杆在起吊重物的过程中 不允许折断
2.2 轴向拉伸与压缩
一、拉伸与压缩的概念 作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件的轴线重合,杆件的变形是沿轴线 方向的伸长和缩短。这类变形称为轴向拉伸或轴向压缩,这类杆件称为拉压 杆。
轴向拉伸或压缩的杆件的受力特点是:作用在直杆两端的合外力,大小相 等,方向相反,力的作用线与杆件的轴线重合。 其变形特点是:杆件沿轴线方向伸长(或缩短)。
二、杆件变形的四种基本形式
3、扭转
当作用面互相平行的两个力偶作用在杆件的两个横截面内时,杆件的横截面 将产生绕杆件轴线的相互转动,这种变形称为扭转变形。

汽车机械基础:2.1承载能力分析

汽车机械基础:2.1承载能力分析

解:由截面法,沿各所求截面将杆件切开,取左段为研
究对象,在相应截面分别画上轴力FN1、FN2、FN3。
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,
MO Fn Fnh Fnr cos 56.4N m
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。
构件受到沿轴线的拉力或压力作用,使其产生 轴向的伸长或缩短,这种变形称为轴向拉伸或 压缩变形。
工程中有很多杆件是承受轴向拉伸或压缩的。 例如,汽车发动机中的连杆(图2-2)、紧固螺 栓(图2-3)等都是受拉伸的杆件,而油缸活塞 杆(图2-4)、建筑物中的支柱(图2-5)等则 是受压缩的杆件。
MO Fn Fnh Fnr cos 56.4N m
F
F
(a)
F (b)
(c)
FN
FN
(d))
m
FN
x
m
m
F
m
(+) x
图2-6 轴力与轴力图
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。

《机械基础》学习任务

《机械基础》学习任务
2
3 圆轴的扭转
2
4 直梁的弯曲
2
1、完成《工程材料》习题集
2、作课堂笔记
1 黑色金属材料
4
2 有色金属材料
2
3 材料的选择及运用
2
1、完成《连接》习题集
2、作课堂笔记
3、设计轴上键、销连接(中职)
4、绘制螺纹连接图(中职)
1 键连接与销连接
4
2 螺纹连接
4
3 联轴器和离合器
2
1、完成《机构》习题集
6
4 蜗杆传动
4
5 齿轮系与减速器
4
1、完成《支承》习题集
2、作课堂笔记
3、选用滚动轴承
1 轴
4
2 滑动轴承
2
3 滚动轴承
4
刘霞任务:
机械基础
班级
教师
项目(任务)
教学大纲
学时
1、完成《绪论》习题集
2、作课堂笔记
1 机械及其组成
2
2 机械零件的材料、结构及承载能力
2
3 机械零件的摩擦、磨损与润滑
2
4 课程的内容、性质、任务和基本要求
3 机械环保与安全防护
2
表2:项目(任务)列表
机械基础
班级
教师
项目(任务)
教学大纲
学时
1、完成《绪论》习题集
2、作课堂笔记
1 机械及其组成
2
2 机械零件的材料、结构及承载能力
2
3 机械零件的摩擦、磨损与润滑
2
4 课程的内容、性质、任务和基本要求
2
1、完成《直杆的基本变形》习题集
2、作课堂笔记
1 直杆的轴向拉伸与压缩
2
2 连接件的剪切与挤压

《机械基础》课程复习精彩试题--项目一:机械结构

《机械基础》课程复习精彩试题--项目一:机械结构

2016年省中等职业学校学业水平考试《机械基础》课程复习试题项目一机械结构知识点:绪论(一般机械的组成)一、判断题(本大题共10小题,总计10分)1. 气垫导轨和磁垫导轨都属于无摩擦。

()2. 摩擦和磨损给机器带来能量的消耗,使零件产生磨损,机械工作者应当设计出没有摩擦的机器,以达到不磨损。

()3. 火车的车轮与铁轨之间的摩擦属于滚动摩擦,所以铁轨不磨损,可长期使用。

()4. 波轮洗衣机的动力部分是波轮。

5. 零件是机器的运动单元体。

()6. 构件是机械运动的最基本单元。

()7. 机构就是具有相对运动的构件的组合。

()8. 滚动摩擦比滑动摩擦的磨损小。

()9. 在相对运动的零件间添加各种润滑剂的目的是减少零件间的相互磨损。

()10. 宇宙飞船返回大气层时,要克服空气与外壳之间的干摩擦而产生的高温。

()二、单选题(本大题共27小题,总计27分)1. 本课程包括的容有等多方面的容。

A、工程力学、气压传动与液压传动B、工程力学、机械工程材料、零件的精度C、工程力学、机械零件与传动,气压传动与液压传动D、工程力学、机械工程材料、机械零件与传动、零件的精度、气压传动与液压传动2. 下列实物:(1)螺钉、(2)起重机吊钩、(3)螺母、(4)键、(5)缝纫机脚踏板,其中属于通用零件。

A、(1)和(2)B、(2)和(3)C、(4)和(5)D、(1)、(3)和(4)3. 为了提高刀具的锋利程度,在用砂轮机磨削之后,还要用磨刀石进行磨削,这种磨削是应用________磨损的原理来实现的.A、粘着B、磨料C、疲劳D、冲蚀E、腐蚀4. 自行车车胎与地面的接触磨损属于磨损。

A、滑动B、滚动C、滚滑动D、动态5. 构件概念的正确表述是。

A、构件是机器零件的组合体B、构件是机器的装配单元C、构件是机器的运动单元D、构件是机器的制造单元6. 机器应满足的基本要求中最主要的是。

A、经济性好B、操纵方便,工作安全可靠C、实现预定功能D、造型美观,减少污染7. 一些零件要碎硬磨光(如齿轮齿面),目的是防止出现失效形式。

第三章拉压杆的强度计算及静不定问题

第三章拉压杆的强度计算及静不定问题

第三章 拉压杆的强度计算及静不定问题本章重点内容及对学生的要求:(1)杆件承受拉压时的强度条件以及许用应力的确定;(2)能熟练应用杆件承受拉压时的强度条件去完成强度校核、截面设计、确定最大许可载荷等与其强度相关的计算。

第一节 承受拉压杆件的强度计算1、强度条件和许用应力的确定(1)工作应力AN=σ,前面讨论杆件轴向拉压时截面的应力是构件的实际应力——工作应力。

工作应力仅取决于外力和构件的几何尺寸。

只要外力和构件几何尺寸相同,不同材料做成的构件的工作应力是相同的。

随着N 的增加,杆件的应力也相应增加,为保证杆的安全工作,杆的工作应力应该规定一个最高的允许值。

这个允许值是建立在材料力学性能的基础上的,称作材料的许用应力。

(2)许用应力[]σ的确定◆材料的极限应力材料的极限应力是指保证正常工作条件下,该材料所能承受的最大应力值。

对于塑性材料,当应力达到屈服极限时,整个杆件都会发生比较大的变形且不能恢复,因此构件材料的极限应力为屈服极限。

脆性材料时,当应力达到强度极限时发生断裂,故对脆性材料以b σ作为极限应力。

⎪⎩⎪⎨⎧=脆性材料为强度极限塑性材料为屈服极限 )(2.00b s t t σσσσ◆安全系数和许用应力的确定 工程实际中是否允许⎩⎨⎧==bs σσσσ0 不允许!对于同样的工作应力,为什么有的构件破坏、有的不破坏?显然这与材料的性质有关。

原因为:# 实际与理想不相符生产过程、工艺不可能完全符合要求; 对外部条件估计不足; 数学模型经过简化;某些不可预测的因素;# 构件必须适应工作条件的变化,要有强度储备。

(例如南方与北方的温差问题) # 考虑安全因素综上所述得出许用应力[]nσσ=[][]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==b bs s n n σσσσ脆性材料:塑性材料: 一般来讲,s b n n 〉,因为断裂破坏比屈服破坏更危险。

安全系数的选取还要考虑对安全要求的高低和经济等因素的影响。

(3)强度条件以上为受拉压杆件的强度条件。

2021年国家开放大学电大《机械设计基础》章节测试题参考答案

2021年国家开放大学电大《机械设计基础》章节测试题参考答案

2021年国家开放大学电大《机械设计基础》章节测试题参考答案绪论1.机器是由机构组合而成的,机构的组合一定就是机器。

(×)2.机构都是可动的。

(√)3.所有构件一定都是由两个以上零件组成的。

(×)4.如图所示,已知一重量的物体放在水平面上,水平面和物体间的摩擦系数。

请分析下列情况:(1)(4 分)当作用在物体上的水平力时,(B)。

A.摩擦力为 0,物体处于平衡状态B.摩擦力为 10N,物体处于平衡状态C.摩擦力为 20N,物体处于平衡状态D.摩擦力为 40N,物体滑动(2)(4 分)当作用在物体上的水平力时,(B)。

A.摩擦力为 0,物体处于平衡状态B.摩擦力为 10N,物体处于平衡状态C.摩擦力为 20N,物体处于平衡状态D.摩擦力为 40N,物体滑动(3)(4 分)当作用在物体上的水平力时,(B)。

A.摩擦力为 0,物体处于平衡状态B.摩擦力为 10N,物体处于平衡状态C.摩擦力为 20N,物体处于平衡状态D.摩擦力为 40N,物体滑动一.机构静力分析基础1.只受两个力作用但不保持平衡的物体是二力构件。

(×)2.悬挂的小球静止不动是因为小球对绳向下的重力和绳对小球向上的拉力相互抵消的缘故。

(×)3.作用于刚体上某点的力,作用点沿其作用线移动后,不改变原力对刚体的作用效果。

(√)4.刚体上作用力偶的力偶矩大小与矩心的具体位置无关。

(√)5.作用在刚体上的二力平衡条件是。

A.大小相等、方向相反、作用线相同、作用在同一刚体上B.大小相等、方向相同、作用线相同、作用在同一刚体上C.大小相等、方向相反、作用点相同D.大小相等、方向相反、作用线相同、作用在两个相互作用物体上6.下图所示的受力系统中,杆AB 的正确受力图为 D 。

A. B.C. D.7.如图所示,已知一重量 G=100N 的物体放在水平面上,水平面和物体间的摩擦系数 fs=0.3。

请分析下列情况:(1)当作用在物体上的水平力 F=10N 时,(B)。

《机械设计基础》试题四答案

《机械设计基础》试题四答案

《机械设计基础》试题四答案一、判断题(每题1分、20题共15分)1、物体的平衡就是指物体静止不动。

( x )2、柔性约束只能承受拉力,而不能承受压力。

( v )3、可以通过加大正压力的方法来实现增大两个相互接触物体之间的摩擦力。

( v )4、在两个力作用下处于平衡的杆件称为二力杆,二力杆一定是直杆。

( x )5、拉伸试件拉断后伸长率δ值越大,表示材料的塑性越好。

( x )6、点在某瞬时的速度为零,那么该瞬时点的加速度也为零。

( x)7、剪切面上的剪切力是一个集中力。

( x )8、等截面梁弯曲时的最大拉应力和最大压应力在数值上一定是相等的。

( x )9、等截面梁的ζmax一定发生在最大弯矩所在横截面上距中性轴最远的各点处。

(v )10、平键联接只能用于静联接。

( x )11、作用于一个杆件上的两个外力等值、反向、共线,则杆件受轴向拉伸或压缩。

( v )12、空心圆轴在受到扭转时,横截面外缘处具有最大切应力,内缘处的切应力为零( x )13、凸轮机构的压力角越大,机构的传力性能越好。

( x )14、齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆称为分度圆。

( v )15、花键联接的工作面是齿的侧面。

( v )二、选择填空题:请将最恰当的答案号填在空格里(单选、每题1分,共35分)1、心轴主要承受 c 载荷作用。

a)拉伸b)扭转c)弯曲d)弯曲和扭转2、标准中规定螺纹的公称直径是 a 。

a)大径b)中径c)小径3、与作用点无关的矢量是 c 。

a)作用力b)力矩c)力偶d)力偶矩4、最常用的传动螺纹类型是 c 。

a)普通螺纹b)矩形螺纹c)梯形螺纹d)锯齿形螺纹5、等值圆轴扭转,横截面上的切应力的合成结果是 b 。

a)一集中力b)一内力偶c)一外力偶d)以上都不正确6、为使移动后的作用力与原作用力等效,应附加一 c 。

a)作用力b)力矩c)力偶d)平衡力系7、材料相同、横截面面积相等的两拉杆,一为圆形截面,另一为方形截面,在相同拉力作用下,两拉杆横截面上的应力 a 。

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K点的应力: p lim P dP
A0 A dA
正应力 σ p 的法向分量
切应力 p 的切向分量
σ n
p K
τn
应力的单位:帕斯卡(Pa) b)
1Pa=1N/m2 1MPa= 106Pa
1GPa= 109Pa
二、横截面上的应力
研究方法:
实验观察
作出假设
理论分析
实验验证
F
F
平面假设:原为平面的横截面在变形后仍为平面。 即所有纵向纤维变形情况相同。
三、许用应力和强度条件
1.许用应力
(1)极限应力 材料的极限应力是指保证正常工作条件(不变形,
不破坏)下,该材料所能承受的最大应力值。 (2)工作应力 杆件轴向拉压时截面的应力是构件的实际应力。
(3)许用应力
为保证构件在外力作用下能安全地工作,并留有 必要的储备,一般材料的极限应力除以一个大于1的 安全系数n,称为许用应力。
N
N 0
N N0
三、轴力图
轴力图——内力N(x)的图象表示。
P
A
P
N
P
杆的轴力图:
+
x
意 ❖① 较直观的反映出轴力随截面位置变化情况; 义 ❖② 确定出最大轴力的数值及其所在横截面的位
置,即确定危险截面位置,为强度计算提供依据。
例1、图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为5P、
8P、4P、P的力,方向如图,试画出杆的轴力图。
A
BF
C
F
F
图 a)
解: (1)画轴力图。
D F
AB 10kN
10kN +
CD
图 b)
A
BF
C
a) F
F
10kN
b)
AB
-
+ C
10kN
(2)计算AB段横截面上的应力
由公式 N 求得:
A
D F
D
AB
N AB AAB
10103 200106
Pa
50106 Pa
50MPa
同理可求得:σBC = 100MPa σCD = 50MPa
OA
BC
D
PA PB
PC
PD N1 A
BC
D
PA PB
PC
PD
x
解:求OA段内力N1:OA段所取截面如图
∑ Fx =0
N1 PA PB PC PD 0
N1 5P 8P 4P P 0 N1 2P
同理,
求得AB、BC、CD段
内力分别为: N2 = -3P N3 = 5P N4 = P
5kN +
8kN
幅度等于力大小;
-
无载轴段水平线;
外力之处有突变。
3kN 3kN
例2 图示一等截面直杆,其受力情况如图所示。试作其轴力图。
解:(1)作杆的受力图, 求约束反力FA;
根据 Fx 0
-FA-F1 F2-F3 F4 0 FA 10KN
(2)求各横截面上的轴力
AB段: FN1=FA=10 kN (考虑左侧) BC段: FN2=10 kN+40 kN=50 kN (考虑左侧) CD段 FN3=20 kN-25 kN = -5k N (考虑右侧) DE段: FN4=20 kN(考虑右侧)
轴向拉伸与压缩的外力特点: 外力的合力作用线与杆的轴线重合。
P
P
P
P
轴向拉伸与压缩的变形特点: 轴向拉伸:轴向伸长,横向缩短。 轴向压缩:轴向缩短,横向伸长。
二、轴向拉伸与压缩的力学模型
P
P
轴向拉伸,对应的外力称为拉力。
P
P
轴向压缩,对应的外力称为压力。
三、轴向拉伸与压缩的工程实例
C C
A
B B
一、材料力学的任务 构件承载能力: 1.强度:是指构件抵抗破坏的能力。 2.刚度:是指构件抵抗变形的能力。
3.稳定性:是指构件保持原有平衡 状态的能力。
二、杆件变形的基本形式 四种:拉伸(或压缩)、剪切、扭转、弯曲
a) F
F
b) F
F
c)
F
F
d) e)
第二节 轴向拉伸与压缩的概念
一、轴向拉伸与压缩的特点
(3) 作轴力图。
第四节 轴向拉伸(或压缩)的强度计算
一、应力的概念
A杆 10KN 问:哪个杆先破坏?
10KN
NA=10KN
10KN
B杆
10KN
NB=10KN
应力 内力不能衡量构件强度的大小。
内力在横截面上的分布密集程度 是衡量构件强度的 依据。
一、应力的概念
应力为矢量,通常可以分解为垂直于截面的分 量和切于截面的分量
第三章 拉压杆件的承载能力
第一节 构件承载能力概述 第二节 轴向拉伸与压缩的概念 第三节 轴向拉伸与压缩时横截面上的内力 第四节 轴向拉伸(或压缩)的强度计算 第五节 轴向拉伸(或压缩)的变形 第六节 材料拉伸和压缩时的力学性能 第七节 压杆稳定
第一节 构件承载能力概述
一、材料力学的任务
解决构件在外力(其它物体对构件的作用力) 作用下产生变形和破坏的问题(安全问题)。在实 验的基础上,提供一种理论依据和计算方法,保证 构件满足安全承载要求(强度、刚度和稳定性)的 前提下,选择合理的材料、确定合理的截面形状和 几何尺寸,费用低廉。
轴力图如右图
OA
BC
D
PA PB
PC
N1 PDA
BC
PA PB
PC
N2
B
C
D
PD D
PB
PC
N3 C
PD D
PC
PD
N4
D
N
5P
PD
2P
+
+
P
-
x
3P
轴力图的特点:突变值 = 集中力大小
轴力图的简便画法:
轴力图,从左画;
无力段,水平线; 5kN
8kN
遇外力,要跳跃;
力向左,往上跳;
力向右,往下跳;
三、许用应力和强度条件
2.强度条件
轴力
工作应力
max
N A
材料的许用应力
横截面积
三、许用应力和强度条件 3.强度条件的工程应用
二、横截面上的应力
由平面假设可知,内力在横截面上是均匀分布的。
设杆轴力为N,横截面积为A,则应力为:
N
F
A
N
应力σ的符号与轴力N相一致,
即:拉应力(背离截面)为正; 压应力(指向截面)为负。
例 求图示杆件各段横截面上的应力。
已知AAB = ACD = 200mm2, ABC =100mm2,F = 10kN
G
第三节 轴向拉伸与压缩时横截面上的内力
一、内力的概念 1.外力
以杆件为研究对象时,作用于杆件 上的载荷和约束反力均称为外力。
2.内力
由于外力的作用,而在杆件内部 产生的相互作用力,称为内力。
注意:内力是分析构件强度、刚度、稳定性等问题 的基础,但不能衡量构件强度的大小。
二、截面法求轴力 1 .用截面法求杆上内力
例如:截面法求A所在截面内力N
P
A
P
(1)截开: P (2)代替: P
A
N
P x
(3)平衡: ∑Fx=0 N P 0 N P
二、截面法求轴力
2.轴力符号规定
பைடு நூலகம்
F
NN
+
F
同一位置处左、右侧截面上内 力分量必须具有相同的正负号
N与外法线同向,为正轴力(拉力) N N与外法线反向,为负轴力(压力) N
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