汽车机械基础知识PPT课件(78页)
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各类机械设备及工程结构均是有若干构件组成的系 统，所谓构件，即组成机械或结构的基本运动单元。由于 构件在工作时往往承受载荷作用，其必然产生形状和大小 的变化，即变形，轻微的变形是不可避免的，但严重的变 形甚至断裂则应竭力避免。
汽车机械基础
1．强度
构件抵抗断裂（或称破坏）的能力，称为强度。如 果构件的尺寸、材料的性能与载荷不相适应，比如电梯的 钢丝绳过细，汽车的传动轴直径太小，当承载大载荷时， 就可能因强度不够而发生断裂，使机器无法正常工作，甚 至造成灾难性事故。因而材料力学首先要解决构件的强度 问题，即如何使构件具有足够的强度，以保证在载荷作用 下不致破坏。
对于所研究的构件来说，其他构件或物体作用于其上 的力均为外力。构件因外力作用而产生变形，与此同时内 部各质点间相互作用力也发生变化，这种因质点间相对位 置改变而引起的相互作用力的改变量，称内力。在一定限 度内，内力随外力的增大而增加。若内力超过了限度，则 构件将被破坏。
汽车机械基础
（2）截面法
为研究内力问题，人们假想将杆件沿轴向截断，形成 截面，如图所示，通过研究截面上的内力来研究轴向拉伸 和压缩变形。
l FN l EA
Fx 0 FN F0
FN F
截面法研究内力
汽车机械基础
若取部分Ⅱ为脱离体，则由作用与反作用原理可知， 部分Ⅱ截面上的轴力与前述部分上的轴力数值相等而方向 相反，如上图所示。同样，此轴力也可以从脱离体的平衡 条件来确定。
轴力正负号规定：拉力为正，压力为负。在杆件受拉 或受压状态未知时，取脱离体截面外法线方向为轴力参考 正方向，若通过静力学公式计算出轴力为正，则脱离体受 拉；为负，则受压。
汽车机械基础
主要内容
第一节 材料力学的基本概念 第二节 轴向拉伸和压缩 第三节 圆轴的扭转 第四节 直梁的弯曲 第五节 应力集中
汽车机械基础
第一节 材料力学的基本概念
汽车机械基础
本节任务目标
主要了解材料力学研究的问题及其任务，强 度、刚度、稳定性，以及构件的主要变形。
汽车机械基础
一、材料力学研究的问题及其任务
任务目标 重点难点 主要内容 本章小结
汽车机械基础
任务目标
了解材料的力学性能指标及其意义 熟悉材料的力学性能分析方法 掌握材料的强度、刚度、稳定性的计算 学会在汽车结构件设计、维修中对构件的 力 学性能进行分析，确保构件长期安全可 靠使用。理解货运方式选择的影响因素
汽车机械基础
重点难点
由材料力学的核心概念 强度、刚度、稳定性出发，从 三类基本变形入手，建立起三类变形的强度条件、刚度条 件, 由此进行强度、刚度校核、截面尺寸设计、确定最大 载荷的计算。并熟悉掌握由此主线所引入的概念体系，诸 如截面法、正应力、切应力等，最终建立起材料力学的基 本知识体系结构。
汽车机械基础
（2）平面假设
为简化问题的处理，假定横截面在轴向拉压时仍然保 持为平面不变。由平面假设可知，横截面上只存在垂直于
横截面的应力，即正应力，用 表示。因为材料均匀连
续，并且纵向纤维的伸长相同，所以横截面上的正应力均 匀分布。由此正应力表述为：
FN
A
汽车机械基础
二、拉压杆的变形、胡克定律
实验表明，杆受到轴向外力拉伸或压缩时，主要在轴 线方向产生伸长或缩短，同时横向尺寸也缩小或增大，分 别如图所示，虚线表示变形后的杆件形状。
拉压杆的变形
汽车机械基础
纵向线应变
l l0
横向线应变
'
'
d
d0
泊松比
'
l l1 l0
是材料的弹性常数
汽车机械基础
胡克定律
由于 得
l Fl A
l Fl EA
汽车机械基础
2．刚度
构件抵抗变形的能力，称为刚度。外力作用下，材料的变形是不可避免的， 因此轻微的变形是机械设计中允许的，但严重的变形会导致机械性能下降，振动 加强、噪音加大，磨损加重，因此在机械设计中要考虑构件的刚度问题。比如， 车床主轴若变形较大如图所示，则会破坏齿轮的正常啮合，引起轴承的不均匀磨 损，影响被加工零件精度。对这类构件，要考虑刚度问题。
细长杆的失稳
汽车机械基础
二、构件的主要变形
构件在载荷作用下，其变形的基本形式有四种：轴向拉伸和压 缩、剪切和挤压、扭转和弯曲，如表所示，其他复杂的变形形式， 都是上述两种或两种以上基本变形的组合，称为组合变形。
构件的不同变形形 式，对其进行材料力学 分析的视角是不同的， 故对构件的材料力学分 析，要先分析构件的受 力情况，确定其变形形 式，然后再进行材料力 学分析。
汽车机械基础
本节思考与练习
1、材料力学研究的问题有哪些？ 2、构件的主要变形有哪些？
汽车机械基础
第二节 轴向拉伸和压缩
本节任务目标
主要了解轴向拉伸和压缩时的内力与应力、轴向拉伸 和压缩时的应力、材料在拉伸和压缩时的力学性能以及轴 向拉伸和压缩时的强度条件。
汽车机械基础
一、轴向拉伸和压缩时的内力与应力 1．内力与截面法 （1）内力的概念
汽车机械基础
（3）轴力图
在多个力作用时，由于各段杆上 轴力的大小及正负号各异，所以为了 形象地表明各截面轴力的变化情况， 通常将其绘成“轴力图”如图所示。 作法是：以杆的端点为坐标原点，取
平行杆轴线的坐标轴 为称x为基线，其
值代表截面位置，纵轴表示对应截面 上 值，正F值N 绘在其基线上方，负值绘 在基线下方 。
主轴刚度不够而弯曲
汽车机械基础
3．稳定性
受压的细长杆和薄壁构件，载荷增加时，在满足强度要求的情 况下，还可能出现突然失去初始平衡的情形，称为丧失稳定，简称 失稳。例如顶起车辆的千斤顶的螺杆，挖掘机液压顶杆如图所示， 有时会突然变弯，甚至弯曲断裂，由此导致严重事故。在细长杆和 薄壁构件在受压状态下，需要重点考虑如何使构件具有足够的保持 初始平衡形态的能力，也就是构件的稳定性。
轴力图绘制
汽车机械基础
Fra Baidu bibliotek
2．轴向拉伸和压缩时的应力 （1） 应力概念
横截面单位面积上的内力即为应力。考虑材料相同、 一粗一细两个杆件，在受同样外力作用时，横截面上内力 相同，但细杆被拉长或拉断时，粗杆的拉长量较细杆小， 且未被拉断。这说明构件变形情况与截面面积大小有关， 所以应力概念被提出来。杆件变形情况，严谨来说，取决 于应力大小，而不是内力大小。
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1．强度
构件抵抗断裂（或称破坏）的能力，称为强度。如 果构件的尺寸、材料的性能与载荷不相适应，比如电梯的 钢丝绳过细，汽车的传动轴直径太小，当承载大载荷时， 就可能因强度不够而发生断裂，使机器无法正常工作，甚 至造成灾难性事故。因而材料力学首先要解决构件的强度 问题，即如何使构件具有足够的强度，以保证在载荷作用 下不致破坏。
对于所研究的构件来说，其他构件或物体作用于其上 的力均为外力。构件因外力作用而产生变形，与此同时内 部各质点间相互作用力也发生变化，这种因质点间相对位 置改变而引起的相互作用力的改变量，称内力。在一定限 度内，内力随外力的增大而增加。若内力超过了限度，则 构件将被破坏。
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（2）截面法
为研究内力问题，人们假想将杆件沿轴向截断，形成 截面，如图所示，通过研究截面上的内力来研究轴向拉伸 和压缩变形。
l FN l EA
Fx 0 FN F0
FN F
截面法研究内力
汽车机械基础
若取部分Ⅱ为脱离体，则由作用与反作用原理可知， 部分Ⅱ截面上的轴力与前述部分上的轴力数值相等而方向 相反，如上图所示。同样，此轴力也可以从脱离体的平衡 条件来确定。
轴力正负号规定：拉力为正，压力为负。在杆件受拉 或受压状态未知时，取脱离体截面外法线方向为轴力参考 正方向，若通过静力学公式计算出轴力为正，则脱离体受 拉；为负，则受压。
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主要内容
第一节 材料力学的基本概念 第二节 轴向拉伸和压缩 第三节 圆轴的扭转 第四节 直梁的弯曲 第五节 应力集中
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第一节 材料力学的基本概念
汽车机械基础
本节任务目标
主要了解材料力学研究的问题及其任务，强 度、刚度、稳定性，以及构件的主要变形。
汽车机械基础
一、材料力学研究的问题及其任务
任务目标 重点难点 主要内容 本章小结
汽车机械基础
任务目标
了解材料的力学性能指标及其意义 熟悉材料的力学性能分析方法 掌握材料的强度、刚度、稳定性的计算 学会在汽车结构件设计、维修中对构件的 力 学性能进行分析，确保构件长期安全可 靠使用。理解货运方式选择的影响因素
汽车机械基础
重点难点
由材料力学的核心概念 强度、刚度、稳定性出发，从 三类基本变形入手，建立起三类变形的强度条件、刚度条 件, 由此进行强度、刚度校核、截面尺寸设计、确定最大 载荷的计算。并熟悉掌握由此主线所引入的概念体系，诸 如截面法、正应力、切应力等，最终建立起材料力学的基 本知识体系结构。
汽车机械基础
（2）平面假设
为简化问题的处理，假定横截面在轴向拉压时仍然保 持为平面不变。由平面假设可知，横截面上只存在垂直于
横截面的应力，即正应力，用 表示。因为材料均匀连
续，并且纵向纤维的伸长相同，所以横截面上的正应力均 匀分布。由此正应力表述为：
FN
A
汽车机械基础
二、拉压杆的变形、胡克定律
实验表明，杆受到轴向外力拉伸或压缩时，主要在轴 线方向产生伸长或缩短，同时横向尺寸也缩小或增大，分 别如图所示，虚线表示变形后的杆件形状。
拉压杆的变形
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纵向线应变
l l0
横向线应变
'
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d
d0
泊松比
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l l1 l0
是材料的弹性常数
汽车机械基础
胡克定律
由于 得
l Fl A
l Fl EA
汽车机械基础
2．刚度
构件抵抗变形的能力，称为刚度。外力作用下，材料的变形是不可避免的， 因此轻微的变形是机械设计中允许的，但严重的变形会导致机械性能下降，振动 加强、噪音加大，磨损加重，因此在机械设计中要考虑构件的刚度问题。比如， 车床主轴若变形较大如图所示，则会破坏齿轮的正常啮合，引起轴承的不均匀磨 损，影响被加工零件精度。对这类构件，要考虑刚度问题。
细长杆的失稳
汽车机械基础
二、构件的主要变形
构件在载荷作用下，其变形的基本形式有四种：轴向拉伸和压 缩、剪切和挤压、扭转和弯曲，如表所示，其他复杂的变形形式， 都是上述两种或两种以上基本变形的组合，称为组合变形。
构件的不同变形形 式，对其进行材料力学 分析的视角是不同的， 故对构件的材料力学分 析，要先分析构件的受 力情况，确定其变形形 式，然后再进行材料力 学分析。
汽车机械基础
本节思考与练习
1、材料力学研究的问题有哪些？ 2、构件的主要变形有哪些？
汽车机械基础
第二节 轴向拉伸和压缩
本节任务目标
主要了解轴向拉伸和压缩时的内力与应力、轴向拉伸 和压缩时的应力、材料在拉伸和压缩时的力学性能以及轴 向拉伸和压缩时的强度条件。
汽车机械基础
一、轴向拉伸和压缩时的内力与应力 1．内力与截面法 （1）内力的概念
汽车机械基础
（3）轴力图
在多个力作用时，由于各段杆上 轴力的大小及正负号各异，所以为了 形象地表明各截面轴力的变化情况， 通常将其绘成“轴力图”如图所示。 作法是：以杆的端点为坐标原点，取
平行杆轴线的坐标轴 为称x为基线，其
值代表截面位置，纵轴表示对应截面 上 值，正F值N 绘在其基线上方，负值绘 在基线下方 。
主轴刚度不够而弯曲
汽车机械基础
3．稳定性
受压的细长杆和薄壁构件，载荷增加时，在满足强度要求的情 况下，还可能出现突然失去初始平衡的情形，称为丧失稳定，简称 失稳。例如顶起车辆的千斤顶的螺杆，挖掘机液压顶杆如图所示， 有时会突然变弯，甚至弯曲断裂，由此导致严重事故。在细长杆和 薄壁构件在受压状态下，需要重点考虑如何使构件具有足够的保持 初始平衡形态的能力，也就是构件的稳定性。
轴力图绘制
汽车机械基础
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2．轴向拉伸和压缩时的应力 （1） 应力概念
横截面单位面积上的内力即为应力。考虑材料相同、 一粗一细两个杆件，在受同样外力作用时，横截面上内力 相同，但细杆被拉长或拉断时，粗杆的拉长量较细杆小， 且未被拉断。这说明构件变形情况与截面面积大小有关， 所以应力概念被提出来。杆件变形情况，严谨来说，取决 于应力大小，而不是内力大小。