机械基础：第02章材料力学1
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《机械设计基础》课件第2章
2.2.1
常用的润滑剂除了润滑油和润滑脂外，还有固体润滑 剂(如石墨、二硫化钼等)、气体润滑剂(如空气、氢气、水 蒸气等)
1. 润滑油是目前使用最多的润滑剂，主要有矿物油、合
黏度可用动力黏度、运动黏度、条件黏度(恩氏黏度)等
(1)动力黏度η:对于1m3的液体，如果其上下表面发生相 对速度为1m/s的相对运动时所需的切向力为1N，则称该液 体的黏度为1Pa·s (=1 N·s/m2)
(2)运动黏度ν:液体的动力黏度与液体在相同温度下密 度ρ的比值称为该液体的运动黏度，即
式中：η为动力黏度，单位为Pa·s；ρ为密度，单位为kg/m3 ；ν 为运动黏度，单位为m2/s。
(3)条件黏度:在规定的温度下从恩氏黏度计流出200 ml 样品所需的时间与同体积蒸馏水在20 ℃时所需时间的比值
粘着磨损按程度不同可分为五级:轻微磨损、涂抹、擦 伤、撕脱、咬死。如气缸套与活塞环、曲轴与轴瓦、轮齿 啮合表面等，皆可能出现不同粘着程度的磨损。涂抹、擦
合理地选择配对材料(如选择异种金属)，采用表面处理 (如表面热处理、喷镀、化学处理等)，限制摩擦表面的温度， 控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减 轻粘着磨损。
在一般常用的机械中，用得较多的密封装置是密封圈 和填料。密封圈有各种形式，有带骨架的和不带骨架的， 有普通型和双口型等，应根据使用条件查阅手册进行选择。 密封圈也可作防尘密封件使用，但粉尘严重时，应使用专 门的防尘密封圈。采用脂润滑时，可使用毡圈密封。
综上所述，在设计机械时，选择适当的润滑装置和密 封装置是必不可少的，而在使用机械时，更应注意机械的 润滑和维护。应按使用说明的规定加润滑油，经常保持润 滑油的清洁，注意油温不能过高，定期更换润滑油等。还 应注意密封情况，如有漏油现象，应查找原因，及时更换 密封件，以确保机器在良好的润滑状态下工作。
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。
机械基础教材第二章 强度与刚度知识ppt课件
17
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 二、铸铁拉伸与压缩时的力学性能
特点：没有“屈服”和“颈缩”现象，Rm很低； 铸铁的抗压强度远大于抗拉强度； 宜作承压材料，不宜作拉杆材料。
18
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
三、塑性与冷作硬化
1.塑性
塑性是材料抵抗永久变形而不断裂的能力。工程中常用的塑性指标是断
件的左端为对象，列平衡方程为FN－F=0，则内力FN=F，如图（b）所示。
F
F
F
FN
（a）
（b）
5
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 （3）应力 杆件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。
拉压杆横截面上各点处只产生正应力，且正应力在截面上均匀分布 。
F
FN
A
FN
——轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式。 式中：
max
FN A
150 103
1570
MPa
95.5 MPa﹤ 所以斜拉杆 C 的D 强度足够。
31
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 局部应力显著增大的现象：应力集中，使零件破坏危险性增加。
32
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 2.温差应力 由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或 构件内部便产生应力，称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免受温度变化影响。
二、内力与应力 （1）内力
杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括主动力和约束力。在外力 作用下，杆件发生变形，杆件材料内部产生阻止变形的抗力，这种抗力称为 内力（。2）截面法
将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示内力的大小。并以平衡条件 确定其合力的方法称为截面法。如下图（a）所示,假想将杆件切开，选取杆
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 二、铸铁拉伸与压缩时的力学性能
特点：没有“屈服”和“颈缩”现象，Rm很低； 铸铁的抗压强度远大于抗拉强度； 宜作承压材料，不宜作拉杆材料。
18
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
三、塑性与冷作硬化
1.塑性
塑性是材料抵抗永久变形而不断裂的能力。工程中常用的塑性指标是断
件的左端为对象，列平衡方程为FN－F=0，则内力FN=F，如图（b）所示。
F
F
F
FN
（a）
（b）
5
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 （3）应力 杆件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。
拉压杆横截面上各点处只产生正应力，且正应力在截面上均匀分布 。
F
FN
A
FN
——轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式。 式中：
max
FN A
150 103
1570
MPa
95.5 MPa﹤ 所以斜拉杆 C 的D 强度足够。
31
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 局部应力显著增大的现象：应力集中，使零件破坏危险性增加。
32
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 2.温差应力 由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或 构件内部便产生应力，称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免受温度变化影响。
二、内力与应力 （1）内力
杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括主动力和约束力。在外力 作用下，杆件发生变形，杆件材料内部产生阻止变形的抗力，这种抗力称为 内力（。2）截面法
将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示内力的大小。并以平衡条件 确定其合力的方法称为截面法。如下图（a）所示,假想将杆件切开，选取杆
机械基础第6版知识点总结
机械基础第6版知识点总结第1章机械基础1.1 机械基础概念机械基础是机械工程中最基本的一门学科，它研究的是有关机械工程中最基本的原理和方法。
1.2 机械工程的特点机械工程是一门综合性强的学科，它的特点是工程技术性强，应用性强，实用性高。
1.3 机械基础的作用机械基础对于机械工程来说是非常重要的，因为机械基础是机械工程的基础。
1.4 机械基础的发展趋势随着科学技术的发展，机械基础也在不断地发展，它的发展趋势是越来越多地向高科技方向发展。
第2章材料力学基础2.1 材料力学概念材料力学是研究材料内部的应力和应变分布规律以及材料力学性能的基本理论。
2.2 杨氏模量杨氏模量是材料力学中用来描述材料弹性性能的一个重要参数，它可以反映材料的硬度。
2.3 材料拉伸试验材料拉伸试验是用来测试材料抗拉强度和延伸性能的试验方法。
2.4 弹性和塑性弹性是材料在受力后可以恢复原状的能力，而塑性则是材料在受力后不可以恢复原状的能力。
第3章机械零件设计基础3.1 机械零件设计的定义机械零件设计是指在满足机械产品功能、质量和经济等方面要求的前提下，对机械结构和形状的设计过程。
3.2 机械零件的设计步骤机械零件的设计步骤包括：确定产品结构方案、选定合适的材料、确定产品工作条件、计算性能要求、确定机械零件的尺寸和形状、确定机械零件的加工工艺和装配。
3.3 机械零件的设计原则机械零件的设计原则包括：合理、安全、可靠、经济、美观等。
3.4 机械零件的设计要求机械零件的设计要求包括：满足机械产品的功能和使用要求、符合机械制造工艺的要求、符合产品使用和维护的要求。
第4章传动设计基础4.1 传动系统的定义传动系统是将能量从一个地方传递到另一个地方的系统，它在机械工程中有着非常重要的作用。
4.2 传动系统的分类传动系统根据传动方式的不同，可以分为机械传动、液压传动、气动传动等多种类型。
4.3 传动系统的基本元件传动系统的基本元件包括：传动轴、传动带、传动链、传动齿轮等。
第2章 材料力学
截面法的步骤：
P
注意：外力的正负号取决于坐 标，与坐标轴同向为正， 反之 为负。 II
P
I
P
I
N
x
SX=0：+N-P=0
N=P
SX=0：-N'+P=0
N'=P
x
N'
II
P
2、轴力与轴力图
拉压杆的内力称为轴力，用 N 表示
轴力的正负号规定： 轴力的方向与所在截面的外法线方向一致时，取正；反之取负。
2.3 应力和变形分析
一、应力的概念
为了描写内力的分布规律，我们将单位面积的内力称为应力。 在某个截面上， 与该截面垂直的应力称为正应力。 记为： 与该截面平行的应力称为剪应力。 记为： 应力的单位：Pa
1 Pa 1 N / m2
1 MPa 1 N / mm2 106 Pa
工程上经常采用兆帕（MPa）作单位
二、材料力学的任务
由上述三项构件安全工作的基本要求可 以看出：如何合理的选用材料（既安全又经 济）、如何恰当的确定构件的截面形状和尺 寸，便成为构件设计中十分重要的问题。 材料力学的主要任务是：研究构件在外 力作用下的变形、受力和破坏规律，为合理 设计构件提供有关强度、刚度和稳定性分析 的基本理论和方法。
例： 在图示简支梁AB的C点处作用一集中力偶
M，作该梁的剪力图和弯矩图。
A
x
a
C
M B b
解： 1、求支反力
FA M M ； FB l l
FA
l
FB
2、建立剪力方程和弯矩方程
M FQ ( x) FA 0 x a l AC : M ( x) F x Mx 0 x a A l
机械基础_第2章 材料力学1
=Q/A
式中： ——切应力，单位MPa；
A——剪切面积，单位mm2。
Q——剪切面上的剪力，单位N；
第2章 材料力学基础
2.3 剪切与挤压
2.3.2挤压
1.挤压:机械中受剪切作用的联接件，在传力的接触面上，由于局部承受较大的压力，而出现 塑性变形，这种现象称为挤压。如图下a所示
2.挤压面:构件上产生挤压变形的表面称为挤压面。如图下b所示
下部分的作用。
（3） 平衡 列出平衡方程，确定未知的内力。 FX=0，得N-F=0 故N=F
ffffffff
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.2 内力和截面法
4.轴力符号的规定：拉伸时N为正（N的指向背离截面）； 压缩时N为负（N的指向朝向图所示，求此杆各段的轴力。
第2章 材料力学基础
2.3 剪切与挤压
2.3.1剪切
1.剪切面：在承受剪切的构件中，发生相对错动的截面，称为剪切面。 2.剪切变形的受力特点是：作用于构件两侧面上外力的合力大小相等，方向相反，且作用线相
距很近。
3.剪切变形的特征是：构件的两个力作用线之间的部分相对错动。
4.剪力：在剪切面m-n上, 必存在一个大小相等而方向与F相反的内力Q, 称为剪力。
和尺寸。
第2章 材料力学基础
2.1 材料力学的基本概念
2.1.3 杆件变形的基本形式
一、几个基本概念： 1.杆：纵向尺寸（长度）远大于
横向尺寸的材料，在材料力学上
将这类构件称为。 2.曲杆：杆的轴线为曲线的杆。 3.直杆：杆的轴线为直线的杆。 4.等横截面直杆：直杆且各横 截面都相等的杆件。 二、杆件变形的基本形式
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.5拉伸（压缩）时材料的力学性质
机械基础—材料力学基础
确定两杆直径：由强度条件公式，经变形可得
d
4FN
代入已知条件可得：
d AB 22.5mm，取d AB 23mm
d BC 15.9mm，取d BC 16mm
机械基础—第二章第二节构件轴向拉伸时的强度计算
例2-4： 刚性板AB由杆AC和BD吊起，AC杆截面积A1=10cm2，
l
b1
y
by
S
式中： σs—塑性材料屈服点 MPa； S—安全系数； σbl 、σby --脆性材料 拉伸、压缩时的屈服 强度MPa。
机械基础—第二章第二节构件轴向拉伸时的强度计算
四、构件拉压时的强度计算
（二）、强度条件
式中： FN—危险截面的轴力； A—危险截面的面积； [σ] —许用应力MPa。
3、抗拉与抗压强度相同
机械基础—第二章第二节构件轴向拉伸时的强度计算
四、构件拉压时的强度计算
（一）、许用应力
失效：构件失去正常工作能力的现象。
许用应力：构件正常工作时，材料所允许承受的 最大应力，用[σ]表示。
塑性材料拉、压许用应力： 脆性材料许用拉应力： 脆性材料许用压应力：
S
s
S
变形固体的基本假设
连续性假设
假设在固体所占有的空间内毫无空隙的充满了物质
均匀性假设
假设材料的力学性能在各处都是相同的。
各向同性假设
假设变形固体各个方向的力学性能都相同
机械基础—第二章 第一节 概述
材料的力学性能
指变形固体在力的作用下所表现的力学性能。
构件的承载能力：
强度：构件抵抗破坏的能力。
刚度：构件抵抗变形的能力。 稳定性：构件保持原有平衡状态的能力。
d
4FN
代入已知条件可得：
d AB 22.5mm，取d AB 23mm
d BC 15.9mm，取d BC 16mm
机械基础—第二章第二节构件轴向拉伸时的强度计算
例2-4： 刚性板AB由杆AC和BD吊起，AC杆截面积A1=10cm2，
l
b1
y
by
S
式中： σs—塑性材料屈服点 MPa； S—安全系数； σbl 、σby --脆性材料 拉伸、压缩时的屈服 强度MPa。
机械基础—第二章第二节构件轴向拉伸时的强度计算
四、构件拉压时的强度计算
（二）、强度条件
式中： FN—危险截面的轴力； A—危险截面的面积； [σ] —许用应力MPa。
3、抗拉与抗压强度相同
机械基础—第二章第二节构件轴向拉伸时的强度计算
四、构件拉压时的强度计算
（一）、许用应力
失效：构件失去正常工作能力的现象。
许用应力：构件正常工作时，材料所允许承受的 最大应力，用[σ]表示。
塑性材料拉、压许用应力： 脆性材料许用拉应力： 脆性材料许用压应力：
S
s
S
变形固体的基本假设
连续性假设
假设在固体所占有的空间内毫无空隙的充满了物质
均匀性假设
假设材料的力学性能在各处都是相同的。
各向同性假设
假设变形固体各个方向的力学性能都相同
机械基础—第二章 第一节 概述
材料的力学性能
指变形固体在力的作用下所表现的力学性能。
构件的承载能力：
强度：构件抵抗破坏的能力。
刚度：构件抵抗变形的能力。 稳定性：构件保持原有平衡状态的能力。
材料力学(I)第二章
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
第二章 轴向拉伸和压缩
§2-1 轴向拉伸和压缩的概念 工程中有很多构件，例如屋架中的杆，是等直杆，作 用于杆上的外力的合力作用线与杆的轴线重合。在这种受 力情况下，杆的主要变形形式是轴向拉伸或压缩。 。 而受轴向外力作用的等截面直杆称为拉杆或压杆。
屋架结构简图
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
第二章 轴向拉伸和压缩
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
圣维南原理已被实验所证实，故拉压杆的正应力计 拉压杆的正应力计 为准。 算都可以以公式 σ = FN 为准。 A 3、最大正应力： 、最大正应力： 等直杆受几个轴向外力时， 等直杆受几个轴向外力时，由轴力图可求得其最大 受几个轴向外力时 轴力 F
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
正应力和切应力的正负规定： 1、对正应力σ ：离开截面的正应力σ 为正； 指向截面的正应力为负。 2、对切应力τ：对截面内部一点产生顺时针力矩为正； 对截面内部一点产生逆时针力矩为负。
σ α (+ ) τ α (+)
σ α (−) τ α (−)
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
第二章 轴向拉伸和压缩
某一截面上法向分 注意： 注意： 总应力 p 切向分量 应力量纲：ML-1T-2 应力单位：Pa(1 Pa = 1 N/m2，1 MPa = 106 Pa)。 切应力τ 法向分量 正应力σ 布内力在某一点处 的集度 某一截面上切向分 布内力在某一点处 的集度
材 料 力 学 Ⅰ 电 子 教 案
机械设计基础第三版课后习题答案
机械设计基础第三版课后习题答案
《机械设计基础第三版课后习题答案》
机械设计是机械工程的基础，是机械工程师必须掌握的重要知识之一。
而《机
械设计基础第三版》是一本经典的教材，其中的课后习题更是对学生们进行知
识巩固和实践能力培养的重要手段。
下面我们就来看一下这本教材的课后习题
答案。
第一章：机械设计基础
1.1 什么是机械设计？
答案：机械设计是指按照一定的要求和条件，通过对机械结构、零部件和工艺
过程的设计，使得机械产品能够满足使用要求，并具有良好的经济性和可靠性。
1.2 机械设计的基本原则有哪些？
答案：机械设计的基本原则包括：合理性、经济性、可靠性、安全性和先进性。
第二章：材料力学基础
2.1 什么是材料的弹性模量？
答案：材料的弹性模量是材料在弹性阶段的应力和应变之比，通常用E表示。
2.2 什么是材料的屈服强度？
答案：材料的屈服强度是材料在拉伸试验中，开始出现塑性变形的应力值。
第三章：零件的连接
3.1 什么是螺纹连接？
答案：螺纹连接是利用螺纹副的螺旋运动和摩擦力，将两个零件连接在一起的
一种连接方式。
3.2 螺纹连接的优点有哪些？
答案：螺纹连接的优点包括：拆卸方便、连接牢固、适用范围广等。
通过学习这些课后习题答案，我们不仅可以巩固所学的知识，还可以加深对机械设计的理解和掌握。
希望大家能够认真对待每一道习题，不断提高自己的机械设计能力。
机械基础第02章材料力学1
•
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机械基础第02章材料力学1•Fra bibliotek2章 材料力学基础
• 2.2轴向拉伸和压缩
• 2.2.3拉伸和压缩时横截面上的正应力
•
• 式中：σ——横截面上的正应力，单位MPa； N——横截面上的内力（轴力），单位N；
• A——横截面的面积，单位mm2。
• σ的符号规定与轴力相同。拉伸时，N为正，σ也为正，称为拉应力；
• 2.2.6 许用应力和安全系数
• 许用应力：在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n（称为安全系数），作为
• 构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力。用表示。
•
s= s /n
•
b= b /n
• 式中，n为安全系数。它反映了构件必要的强度储备。
• 在工程实际中，静载时塑性材料一般取n=1.2~2.5 ；对脆性材料一般取n=2~3.5 。
机械基础第02章材料力 学1
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2020/11/18
机械基础第02章材料力学1
•第2章 材料力学基础
• 2.1 材料力学的基本概念
• 2.1.3 杆件变形的基本形式
• 一、几个基本概念： • 1.杆：纵向尺寸（长度）远大于 • 横向尺寸的材料，在材料力学上 • 将这类构件称为。 • 2.曲杆：杆的轴线为曲线的杆。 • 3.直杆：杆的轴线为直线的杆。 • 4.等横截面直杆：直杆且各横 • 截面都相等的杆件。 • 二、杆件变形的基本形式 • （如右图所示）
• 和确定许用载荷。
• 2.3.4剪切和挤压在生产实践中的应用
• 【例2.4】如下图所示，已知钢板厚度t=10mm，其剪切极限应力为[τ]=300MPa，若用冲床
机械基础 第2章
轴力：拉压杆上的内力，用FN 表示，如图2-7b所示。
8
应力：构件在外力作用下，单位面积上的内力。拉伸与压缩 时应力垂直于截面，称为正应力，记作σ。单位为帕，Pa。
式中
正应力的正负号规定为：拉伸时为正，压缩时为负。
伸（压缩）时金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下，其强度和变 形方面所表现出来的性能。它是强度计算和选用材料的重要依据。 通常按照标准把拉伸试样装夹在试验机上由实验来测定 ，如图2-8 所示。
26
二、圆轴扭转外力偶矩
为了利用截面法求出圆轴扭转时截面上的内力，要先计算出 轴上的外力偶矩。作用在轴上的外力偶矩一般不是直接给出，而 是根据所给定轴的传动功率和转速求出来的。
圆轴扭转外力偶矩的计算公式为：
27
三、圆轴扭转的变形
28
29
四、圆轴扭转的应力
圆轴扭转时横截面m-n上产生一个内力，该内力为一个力偶矩， 称为扭矩，用MT表示，如图2-30所示。
如图2-38所示。
40
梁在纯弯曲时，上下边缘处（到中性轴距离最大）正应力最大， 表达式如下：
（1）对于矩形截面
（2）对于圆形截面
（3）对于空心圆形截面
41
4.梁的强度 对于一般梁，影响强度的主要因素是弯曲正应力。因此，要
使梁有足够的强度，就应使梁内最大工作正应力不超过材料的许 用应力。
梁的弯曲强度条件：
⑶强化阶段： σb为抗拉强度； 工程中常用屈服点和抗拉强度作为材料的强度指标。 ⑷缩颈阶段：缩颈现象如图2-11所示。
13
2.低碳钢压缩时的力学性能 低碳钢压缩时的应力--应变曲线如图2-11所示。
14
3.铸铁拉伸（压缩）时的力学性能 如图2-12所示为灰口铸铁的拉伸、压缩应力—应变曲线，图
8
应力：构件在外力作用下，单位面积上的内力。拉伸与压缩 时应力垂直于截面，称为正应力，记作σ。单位为帕，Pa。
式中
正应力的正负号规定为：拉伸时为正，压缩时为负。
伸（压缩）时金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下，其强度和变 形方面所表现出来的性能。它是强度计算和选用材料的重要依据。 通常按照标准把拉伸试样装夹在试验机上由实验来测定 ，如图2-8 所示。
26
二、圆轴扭转外力偶矩
为了利用截面法求出圆轴扭转时截面上的内力，要先计算出 轴上的外力偶矩。作用在轴上的外力偶矩一般不是直接给出，而 是根据所给定轴的传动功率和转速求出来的。
圆轴扭转外力偶矩的计算公式为：
27
三、圆轴扭转的变形
28
29
四、圆轴扭转的应力
圆轴扭转时横截面m-n上产生一个内力，该内力为一个力偶矩， 称为扭矩，用MT表示，如图2-30所示。
如图2-38所示。
40
梁在纯弯曲时，上下边缘处（到中性轴距离最大）正应力最大， 表达式如下：
（1）对于矩形截面
（2）对于圆形截面
（3）对于空心圆形截面
41
4.梁的强度 对于一般梁，影响强度的主要因素是弯曲正应力。因此，要
使梁有足够的强度，就应使梁内最大工作正应力不超过材料的许 用应力。
梁的弯曲强度条件：
⑶强化阶段： σb为抗拉强度； 工程中常用屈服点和抗拉强度作为材料的强度指标。 ⑷缩颈阶段：缩颈现象如图2-11所示。
13
2.低碳钢压缩时的力学性能 低碳钢压缩时的应力--应变曲线如图2-11所示。
14
3.铸铁拉伸（压缩）时的力学性能 如图2-12所示为灰口铸铁的拉伸、压缩应力—应变曲线，图
汽车机械基础(第二章)
N1 G G
N2
1. 柔性约束
用柔软的皮带、绳索、链条阻碍物体运动而构 成的约束叫柔体约束。
胶带构成的约束
链条构成的约束
柔性约束的特点：只能限制物体沿着柔索中心线伸 长方向的运动，而不能阻止相反方向的运动。
T1’ T T 2’ T2 T1
约束反力的特性是：作用点为柔索与物体的连接点， 作用线与柔索中心线一致，作用力的指向为背离物 体的方向，只能承受拉力，不能承受压力。
在工程实际中，常常遇到几个物体联系在一起的情况，因
此，在对物体进行受力分析时，首先要明确研究对象，并设法 从与它相联系的周围物体中分离出来，单独画出。这种从周围 物体中单独分离出来的研究对象，称为分离体。取出分离体后， 单独画出简图，然后将其他物体对它作用的所有主动力和约束
（a）用力和力偶臂表示力偶
M＝± Fd
式中：d为两个力作用线之间的垂直距离，称为力偶臂。
图2-4
一、基本概念
6．力偶
两个力的作用线所在的平面称为力偶作用面。
规定：力偶使刚体做逆时针方向转动，力偶矩取正值，反之取 负值。力偶矩的单位为N•m或KN•m。 力偶转动效应的三个要素是：力偶矩的 大小、力偶的转向和力偶的作用面。不 O 同的力偶只要它们的三要素相同，对物 x 体的转动效应就是一样的。
(2)力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，值等于力偶矩 本身的大小，且与矩心位置无关。
(3)在同一平面内的两个力偶，如果它们的力偶矩大小相等，转 向相同，则这两个力偶等效。称为力偶的等效条件。
二、基本公理 公理1 二力平衡公理
作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要 与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作 用在同一直线上。（简称：等值、反向、共线）。
N2
1. 柔性约束
用柔软的皮带、绳索、链条阻碍物体运动而构 成的约束叫柔体约束。
胶带构成的约束
链条构成的约束
柔性约束的特点：只能限制物体沿着柔索中心线伸 长方向的运动，而不能阻止相反方向的运动。
T1’ T T 2’ T2 T1
约束反力的特性是：作用点为柔索与物体的连接点， 作用线与柔索中心线一致，作用力的指向为背离物 体的方向，只能承受拉力，不能承受压力。
在工程实际中，常常遇到几个物体联系在一起的情况，因
此，在对物体进行受力分析时，首先要明确研究对象，并设法 从与它相联系的周围物体中分离出来，单独画出。这种从周围 物体中单独分离出来的研究对象，称为分离体。取出分离体后， 单独画出简图，然后将其他物体对它作用的所有主动力和约束
（a）用力和力偶臂表示力偶
M＝± Fd
式中：d为两个力作用线之间的垂直距离，称为力偶臂。
图2-4
一、基本概念
6．力偶
两个力的作用线所在的平面称为力偶作用面。
规定：力偶使刚体做逆时针方向转动，力偶矩取正值，反之取 负值。力偶矩的单位为N•m或KN•m。 力偶转动效应的三个要素是：力偶矩的 大小、力偶的转向和力偶的作用面。不 O 同的力偶只要它们的三要素相同，对物 x 体的转动效应就是一样的。
(2)力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，值等于力偶矩 本身的大小，且与矩心位置无关。
(3)在同一平面内的两个力偶，如果它们的力偶矩大小相等，转 向相同，则这两个力偶等效。称为力偶的等效条件。
二、基本公理 公理1 二力平衡公理
作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要 与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作 用在同一直线上。（简称：等值、反向、共线）。
汽车机械基础—材料力学PPT课件
变与切应力τ成正比，这
各向同性材料， 三个弹性常数之间的 关系：
个关系称为剪切胡克定律 。
G E
2(1 )
§3.4 圆轴扭转时的应力
1.变形几何关系
Me
Me
pq
观察变形：
x
圆周线长度形状不变，各圆周线间 距离不变，只是绕轴线转了一个微小角 度；纵向平行线仍然保持为直线且相互 平行，只是倾斜了一个微小角度。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
m
F m
F
FN
FN
Fx 0
FN F 0 FN F
2、轴力：截面上的内力
F
由于外力的作用线
与杆件的轴线重合，内
力的作用线也与杆件的
轴线重合。所以称为轴
力。 F 3、轴力正负号：
拉为正、压为负
4、轴力图：轴力沿杆 件轴线的变化
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
F4
25 CD段
FN 2 F1 F2 10 20 10kN
Fx 0
FN 3 F4 25kN
x 2、绘制轴力图。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截面面 积有关。必须用应力来比较和判断杆件的强度。
在拉（压）杆的横截面上，与轴
力FN对应的应力是正应力 。根据连
min
57.6kN
176.7kNmin 57.6kN
目录
§2.12 应力集中的概念
常见的油孔、沟槽 等均有构件尺寸突变， 突变处将产生应力集中 现象。即
K max
理论应力 集中因数
1、形状尺寸的影响：
尺寸变化越急剧、角 越尖、孔越小，应力集中 的程度越严重。
各向同性材料， 三个弹性常数之间的 关系：
个关系称为剪切胡克定律 。
G E
2(1 )
§3.4 圆轴扭转时的应力
1.变形几何关系
Me
Me
pq
观察变形：
x
圆周线长度形状不变，各圆周线间 距离不变，只是绕轴线转了一个微小角 度；纵向平行线仍然保持为直线且相互 平行，只是倾斜了一个微小角度。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
m
F m
F
FN
FN
Fx 0
FN F 0 FN F
2、轴力：截面上的内力
F
由于外力的作用线
与杆件的轴线重合，内
力的作用线也与杆件的
轴线重合。所以称为轴
力。 F 3、轴力正负号：
拉为正、压为负
4、轴力图：轴力沿杆 件轴线的变化
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
F4
25 CD段
FN 2 F1 F2 10 20 10kN
Fx 0
FN 3 F4 25kN
x 2、绘制轴力图。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截面面 积有关。必须用应力来比较和判断杆件的强度。
在拉（压）杆的横截面上，与轴
力FN对应的应力是正应力 。根据连
min
57.6kN
176.7kNmin 57.6kN
目录
§2.12 应力集中的概念
常见的油孔、沟槽 等均有构件尺寸突变， 突变处将产生应力集中 现象。即
K max
理论应力 集中因数
1、形状尺寸的影响：
尺寸变化越急剧、角 越尖、孔越小，应力集中 的程度越严重。
机械基础第二章课件
四、交变应力
图2-39 疲劳断裂断口示意图
5.图2-42所示零件受力Ｆ＝４０ｋＮ，其尺寸如图2-42所示。
图2-40 题3图
5.图2-42所示零件受力Ｆ＝４０ｋＮ，其尺寸如图2-42所示。
图2-41 题4图
5.图2-42所示零件受力Ｆ＝４０ｋＮ，其尺寸如图2-42所示。
图2-42 题5图
5.图2-42所示零件受力Ｆ＝４０ｋＮ，其尺寸如图2-42所示。
图2-50 题16图
18.链环如图2-52所示，已知直径ｄ＝５０ｍｍ，拉力Ｆ＝１０ ｋＮ。
图2-51 题17图
18.链环如图2-52所示，已知直径ｄ＝５０ｍｍ，拉力Ｆ＝１０ ｋＮ。
图2-52 题18图
3)校核挤压强度。
图2-18 圆轴扭转时的应力分析
3)校核挤压强度。
图2-19 圆轴扭转时横截面上应力分布图 a)实心圆轴 b)空心圆轴
3)校核挤压强度。
图2-20 实心圆轴和空心圆轴 a)实心圆轴 b)空心圆轴
1.圆轴扭转时的强度计算
例2-6 某传动轴，工作时的最大扭矩为Tmax＝１.５ｋＮ·ｍ，材料 的许用切应力［τ］＝５０MPa，问：(1)该轴采用实心轴时，轴的 直径应为多少?(2)该轴若采用空心轴，当，其内径d和外径D各为 多少? 解 1) 确定实心圆轴的直径D１。由强度条件得 2)确定空心轴的内径d和外径D。
ｋＮ，杆件横截面面积Ａ＝３００ｍｍ２。
4.螺旋压板夹具如图2-41所示。
四、交变应力
5.图2-42所示零件受力Ｆ＝４０ｋＮ，其尺寸如图2-42所示。 6.起重链条的受力如图2-43所示。 7.构件在什么情况下产生剪切变形及挤压变形?剪切变形和拉伸 (压缩)变形有何区别？挤压和压缩变形有何区别? 8.试分别分析图2-44中A、B零件的受拉面、受剪切面和受挤压 面，并列出其强度条件。 9.图2-45为剪切器的示意图。 10.图2-46为拖车挂钩用的销钉联接，已知最大牵引力Ｆ＝８５ ｋＮ；尺寸δ＝３０ｍｍ，销钉和板材料相同，许用应力［τ］ ＝８０MPa。
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第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.7构件在拉伸和压缩时的强度校核
N/A 利用强度条件可解决工程中的三类强度计算问题： 1.强度校核 N/A 2.选择截面尺寸 AN/ 3.确定许可载荷 N /A 【例2.3】如右图所示为铸造车间吊运铁水包的双套 吊钩。吊钩杆部横截面为矩形。b=25mm，h=50mm。 杆部材料的许用应力 =50MPa。铁水包自重8kN， 最多能容30kN重的铁水。试校核吊杆的强度。
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.4 拉压变形和胡克定律
（a）杆件受拉变形
（b）杆件受压变形
绝对变形：设等直杆的原长为L1，在轴向拉力（或压力）F的作用下，变形后的长度为L1， 以△L来表示杆沿轴向的伸长（或缩短）量，则有△L= L1－L，△L称为杆件的绝对变形。 相对变形：绝对变形与杆的原长有关，为了消除杆件原长度的影响，采用单位原长度的
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.3拉伸和压缩时横截面上的正应力
式中：σ——横截面上的正应力，单位MPa； N——横截面上的内力（轴力），单位N； A——横截面的面积，单位mm2。 σ的符号规定与轴力相同。拉伸时，N为正，σ也为正，称为拉应力； 压缩时N为负，σ也为负，称为压应力。 【例2.2】 截面为圆的阶梯形钢杆，如下图所示，已知其拉力P=40kN, d1=40mm, d2=20mm， 试计算各段钢杆横截面上的正应力。
极限时，应力与应变成正比。
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.5拉伸（压缩）时材料的力学性质
图1. 低碳钢拉伸形过程如图1所示低碳钢拉伸变形过程如图1.所示可分为四个阶段 ：
① 弹性阶段
② 屈服阶段
③ 强化阶段
④ 颈缩阶段
2.灰铸铁拉伸变形过程如图2所示
构件。
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.6 许用应力和安全系数
许用应力：在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n（称为安全系数），作为 构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力。用表示。
s= s /n b= b /n
式中，n为安全系数。它反映了构件必要的强度储备。 在工程实际中，静载时塑性材料一般取n=1.2~2.5 ；对脆性材料一般取n=2~3.5 。 安全系数也反映了经济与安全之间的矛盾关系。取值过大，许用应力过低，造成材料浪费。反之，取 值过小，安全得不到保证。 塑性材料一般取屈服点σs作为极限应力；脆性材料取强度极限σb作为极限应力。
第2章 材料力学基础
2.3 剪切与挤压
2.3.1剪切
1.剪切面：在承受剪切的构件中，发生相对错动的截面，称为剪切面。 2.剪切变形的受力特点是：作用于构件两侧面上外力的合力大小相等，方向相反，且作用线相 距很近。 3.剪切变形的特征是：构件的两个力作用线之间的部分相对错动。
变形量来度量杆件的变化程度，称为相对变形。用ε表示, 则= △L/L=（ L1－L）/L 胡克定律：当杆内的轴力N不超过某一限度时, 杆的绝对变形△L与轴力N及杆长L成正比,
与杆的横截面积A成反比.这一关系称为胡克定律, 即△LNL/A
引进弹性模量E, 则有△L=NL/AE
也可表达为：=E 此式中胡克定律的又一表达形式，可以表述为：当应力不超过某一
ffffffff
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.2 内力和截面法
4.轴力符号的规定：拉伸时N为正（N的指向背离截面）； 压缩时N为负（N的指向朝向截面）。
【例2.1】一直杆受外力作用如下图所示，求此杆各段的轴力。
2.2.3拉伸和压缩时横截面上的正应力
1.应力：构件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。 2.正应力：垂直于横截面上的应力，称为正应力。用σ表示。
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.5拉伸（压缩）时材料的力学性质
低碳钢压缩时的σ—ε曲线
铸铁压缩时的σ—ε曲线
从图中可以看出，低碳钢压缩时的弹性模量与拉伸时相同，但由于塑性材料，所以试件
愈压愈扁，可以产生很大的塑性变形而不破坏，因而没有抗压强度极限。
从图中可以看出，铸铁在压缩时其线性阶段不明显，强度极限σb比拉伸时高2~4倍，破坏 突然发生，断口与轴线大致成45°~55°的倾角。由于脆性材料抗压强度高，宜用于制作承压
第2章 材料力学基础
2.1 材料力学的基本概念
2.1.3 杆件变形的基本形式
一、几个基本概念： 1.杆：纵向尺寸（长度）远大于 横向尺寸的材料，在材料力学上 将这类构件称为。 2.曲杆：杆的轴线为曲线的杆。 3.直杆：杆的轴线为直线的杆。 4.等横截面直杆：直杆且各横 截面都相等的杆件。 二、杆件变形的基本形式 （如右图所示）
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.1拉伸和压缩的概念
拉伸
压缩
拉伸和压缩受力特点是：作用在杆端的两外力（或外力的合力）大小相等，方向相反，作用
线与杆的轴线重合。
变形特点：杆件沿轴线方向伸长或缩短。
第2章 材料力学基础
2.2轴向拉伸和压缩
2.2.2 内力和截面法
1.内力：杆件在外力作用下产生变形，其内部 的一部分对另一部分的作用称为内力。 2.轴力：拉压杆上的内力又称轴力。 3.截面法：将受外力作用的杆件假想地切开来 用以显示内力，并以平衡条件来确定其合力的 方法，称为截面法。具体方法如右图所示： （1） 截开 沿欲求内力的截面，假想把杆件分 成两部分。 （2） 代替 取其中一部分为研究对象，画出其受力图。在截面上用内力代替移去部分对留 下部分的作用。 （3） 平衡 列出平衡方程，确定未知的内力。 FX=0，得N-F=0 故N=F
第2章 材料力学基础
2.1 材料力学的基本概念
2.1.1 构件的承载能力
1.构件的承载能力：为了保证机械或结构在载荷作用下能正常工作，必须要求每个构件都 具有足够的承受载荷的能力，简称承载能力。 2.刚度：把构件抵抗变形的能力称为刚度。 3.稳定性：杆件维持其原有平衡形式的能力称为稳定性。 4.构件安全工作的三项基本要求： 具有足够的强度、刚度和稳定性。 2.1.2 材料力学的任务 材料力学的任务：为了解决安全性和经济性的矛盾，即研究构件在外力作用下的变形和 失效的规律。保证构件既安全又经济的前提下，选用合适的材料，确定合理的截面形状 和尺寸。