桿件的強(qiáng)度分析與計(jì)算

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1、桿件的強(qiáng)度分析與計(jì)算第一節(jié)概述一、構(gòu)件的承載能力機(jī)械或機(jī)器的每一組成部分稱為構(gòu)件，它是機(jī)器的運(yùn)動(dòng)單元，為保證構(gòu)件正常工作，構(gòu)件應(yīng)具有足夠的能力負(fù)擔(dān)所承受的載荷。因此，構(gòu)件應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：（一）、強(qiáng)度要求：構(gòu)件在外力作用下應(yīng)具有足夠的抵抗破壞的能力。在規(guī)定的載荷作用下構(gòu)件不應(yīng)被破壞，具有足夠的強(qiáng)度。例如，沖床曲軸不可折斷；建筑物的梁和板不應(yīng)發(fā)牛較大塑性變形。強(qiáng)度要求就是指構(gòu)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(gòu)件在外力作用下應(yīng)具冇足夠的抵抗變形的能力。在載荷作用下，構(gòu)件即使有足夠的強(qiáng)度，但若變形過(guò)大，

2、仍不能正常工作。例如，機(jī)床主軸的變形過(guò)大，將影響加工精度；齒輪軸變形過(guò)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(gòu)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(gòu)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(xì)長(zhǎng)桿，如千斤頂?shù)穆輻U、內(nèi)燃機(jī)的挺桿等應(yīng)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(gòu)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(gòu)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(gòu)件自相矛盾。構(gòu)件設(shè)計(jì)的任務(wù)就是在保證滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求的前提下，

3、以最經(jīng)濟(jì)的方式，為構(gòu)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(shè)由各種固體材料制成的制成的構(gòu)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(shí)際計(jì)算，對(duì)變形固體常采用的幾個(gè)基本假設(shè)：（一）?連續(xù)性假設(shè)：假設(shè)在固體所占有的空間內(nèi)毫無(wú)空隙地充滿了物質(zhì)。實(shí)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(jì)。于是可認(rèn)為固體在其整個(gè)體積內(nèi)是連續(xù)的。基于連續(xù)性假設(shè)，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(shè)：均勻性假設(shè)是指材料的力學(xué)性能在各處都是相同的，與其在固體內(nèi)的位置無(wú)關(guān)。

4、（三）?各向同性假設(shè)：即認(rèn)為材料沿各個(gè)方向的力學(xué)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(guò)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(shè)：構(gòu)件在外力作用下將發(fā)生變形，當(dāng)外力不超過(guò)一定限度，大多數(shù)構(gòu)件在外力去掉后均能恢復(fù)原狀。當(dāng)外力超過(guò)某一限度，則在外力去掉后只能部分地復(fù)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(lái)的變形稱為塑性變形。工程實(shí)際屮多數(shù)構(gòu)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(gòu)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(gòu)件。三、桿件變形的基本形式在機(jī)器中，構(gòu)件的形狀是多種多樣的。如果構(gòu)件的縱向（長(zhǎng)度方向）尺寸較橫向（垂直于長(zhǎng)度方向）尺寸大得多，這樣的構(gòu)件稱為桿件。桿件是工程中最基木的構(gòu)件。如機(jī)器中的傳動(dòng)軸、螺桿、房屋中的梁和柱等均屬于桿件。某些構(gòu)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(jì)算或定性分析中也簡(jiǎn)化為桿。垂直于桿長(zhǎng)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(jiǎn)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(dāng)作用方式不同時(shí)，桿件產(chǎn)生的變形形式也不同。歸納起來(lái)，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(jiǎn)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(duì)力引起的，表現(xiàn)為桿件的長(zhǎng)度發(fā)生伸長(zhǎng)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(duì)錯(cuò)動(dòng)，如圖9.1.2b所示。機(jī)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(shí)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(gè)力偶引起的，表現(xiàn)為桿件的任意兩個(gè)橫截面發(fā)牛繞軸線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。汽車的傳動(dòng)軸、電機(jī)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(duì)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(jī)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(fù)雜，可能同時(shí)發(fā)生幾種基本變形。例如鉆床立柱同時(shí)發(fā)生拉伸和彎曲兩種基本變形；車床主軸工作吋