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1、桿件的強度分析與計算第一節(jié)概述一、構件的承載能力機械或機器的每一組成部分稱為構件，它是機器的運動單元，為保證構件正常工作，構件應具有足夠的能力負擔所承受的載荷。因此，構件應當滿足以下要求：（一）、強度要求：構件在外力作用下應具有足夠的抵抗破壞的能力。在規(guī)定的載荷作用下構件不應被破壞，具有足夠的強度。例如，沖床曲軸不可折斷；建筑物的梁和板不應發(fā)牛較大塑性變形。強度要求就是指構件在規(guī)定的使用條件下不發(fā)生意外斷裂或塑性變形。（二）、剛度要求：構件在外力作用下應具冇足夠的抵抗變形的能力。在載荷作用下，構件即使有足夠的強度，但若變形過大，
2、仍不能正常工作。例如，機床主軸的變形過大，將影響加工精度；齒輪軸變形過大將造成齒輪和軸承的不均勻磨損，引起噪音。剛度要求就是指構件在規(guī)定的使用條件下不發(fā)生較大的變形。（三）、穩(wěn)定性要求：構件在外力作用下能保持原有直線平衡狀態(tài)的能力。承受壓力作用的細長桿，如千斤頂?shù)穆輻U、內(nèi)燃機的挺桿等應始終維持原有的直線平衡狀態(tài)，保證不被壓彎。穩(wěn)定性要求就是指構件在規(guī)定的使用條件下有足夠的穩(wěn)定性。為滿足以上三方面的耍求，構件可選用較好的材料和較大的截面尺寸,但這與節(jié)約和減輕構件自相矛盾。構件設計的任務就是在保證滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求的前提下，
3、以最經(jīng)濟的方式，為構件選擇適宜的材料、確定合理的形狀和尺寸。二、變形固體的基本假設由各種固體材料制成的制成的構件在載荷作用下將產(chǎn)生變形，稱為變形固體或變形體。為了便于理論分析和實際計算，對變形固體常采用的幾個基本假設：（一）?連續(xù)性假設：假設在固體所占有的空間內(nèi)毫無空隙地充滿了物質(zhì)。實際上，組成固體的粒子之間存在空隙，但這種空隙極其微小，可以忽略不計。于是可認為固體在其整個體積內(nèi)是連續(xù)的?；谶B續(xù)性假設，固體內(nèi)的一些物理量可用連續(xù)函數(shù)表示。（二）?均勻性假設：均勻性假設是指材料的力學性能在各處都是相同的，與其在固體內(nèi)的位置無關。
4、（三）?各向同性假設：即認為材料沿各個方向的力學性質(zhì)是相同的。具有這種屬性的材料稱為各向同性材料。例如鋼、銅、鑄鐵、玻璃等。而木材、竹和軋制過的鋼材等，則為各向異性材料。但是，有些各向異性材料也可近似地看作是各向同性的。我們只討論各向同性材料。（四）?完全彈性假設：構件在外力作用下將發(fā)生變形，當外力不超過一定限度，大多數(shù)構件在外力去掉后均能恢復原狀。當外力超過某一限度，則在外力去掉后只能部分地復原而另一部分變形不能消失。外力去掉后能消失的變形稱為彈性變形；不能消失而留下來的變形稱為塑性變形。工程實際屮多數(shù)構件在正常工作條件下只產(chǎn)
5、生彈性變形，而且這些變形與構件原有尺寸相比通常很小，所以，本教材只研究完全彈性的構件。三、桿件變形的基本形式在機器中，構件的形狀是多種多樣的。如果構件的縱向（長度方向）尺寸較橫向（垂直于長度方向）尺寸大得多，這樣的構件稱為桿件。桿件是工程中最基木的構件。如機器中的傳動軸、螺桿、房屋中的梁和柱等均屬于桿件。某些構件，如齒輪的輪齒、曲軸的軸頸等，并不是典型的桿件，但在近似計算或定性分析中也簡化為桿。垂直于桿長的截面稱為橫截面，各橫截面形心的連線稱為軸線。軸線為直線，且各橫截面相等的桿件稱為等截面直桿，簡稱為等直桿。我們這里主要研究等
6、直桿。外力在桿件上的作用方式是多種多樣的，當作用方式不同時，桿件產(chǎn)生的變形形式也不同。歸納起來，桿件變形的基本形式冇如下四種：（-）拉伸或壓縮：圖9.1.1所示簡易吊車。在載荷F作用下，AC桿受到拉伸，而BC桿受到壓縮。這類變形形式是由大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的一對力引起的，表現(xiàn)為桿件的長度發(fā)生伸長或縮短。起吊重物的鋼索、桁架的桿件、液壓油缸的活塞桿等的變形，都屬于拉伸或壓縮變形。（二）剪切：圖9.1.2a）所示為釧釘聯(lián)接，在F力作用下，釧釘受到剪切。這類變形形式是由大小相等、方向相反、相互平行的力引起的，表現(xiàn)為
7、受剪桿件的兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對錯動，如圖9.1.2b所示。機械中常用的聯(lián)接件，如鍵、銷釘、螺栓等都產(chǎn)生剪切變形。圖9.1.1軸向拉伸與壓縮圖圖9.1.2剪切（3）扭轉(zhuǎn)：如圖9.1.3所示方向盤轉(zhuǎn)軸AB,在工作時發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。這類變形形式是由大小相等、方向相反、作用面垂直于桿件軸線的兩個力偶引起的，表現(xiàn)為桿件的任意兩個橫截面發(fā)牛繞軸線的相對轉(zhuǎn)動。汽車的傳動軸、電機的主軸等，都是受扭桿件。（4）彎曲：如圖9.1.4所示梁的變形即為彎曲變形。這類變形是由垂直于桿件軸線的橫向力，或由作用于包含桿軸的縱向平面內(nèi)的一對大小相等、方向
8、相反的力偶引起的。變形表現(xiàn)為桿件軸線由直線變?yōu)榍€。在工程中，受彎桿件是最常遇到的情況之一。橋式起重機的大梁、各種心軸以及車刀等的變形都屬于彎曲變形。還有一些桿件的變形比較復雜，可能同時發(fā)生幾種基本變形。例如鉆床立柱同時發(fā)生拉伸和彎曲兩種基本變形；車床主軸工作吋
