第1章 机械设计力学基础知识.ppt

1.2.1 失效形式及对策 机械零部件由于某种原因丧失工作能力而不能正常工作时称为失效。 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 采用的对策 1. 控制零件尺寸2. 合理选择材料和热处理方式3. 确定合理的结构4. 合理使用和维护 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 1. 控制零件尺寸 按强度、刚度等工作能力准则计算零件尺寸，使在满足工作要求条件下尺寸尽量紧凑。 1）校验计算 2）设计计算 3）计算承载力 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 2. 合理选择材料和热处理 从考虑强度出发选择强度极限高的材料 同样尺寸的零件可以承受更大载荷而不被破坏 从考虑刚度出发选择弹性模量较大的材料 相同工况下可以减小变形量 从考虑零件的表面硬度和整体韧性出发 选择合理的热处理工艺方法 选择合理的耐磨材料，可以减少磨损 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 3. 采用合理的结构 4. 合理的使用和维护 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 1.2.2 设计准则 设计机械零件时保证零部件不产生失效所依据 的基本原则，称为设计准则。 (1) 强度设计准则 (2) 刚度设计准则 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 应力为正 应力为负 补充: 材料力学基础 三、直杆的轴向拉伸与压缩 单位面积上承受的内力称为应力。应力的单位为兆帕（MPa），即N/mm2 补充: 材料力学基础 三、直杆的轴向拉伸与压缩 材料在轴向拉伸或压缩时的机械性质 Ⅱ屈服阶段 Ⅰ弹性变形阶段 Ⅲ强化阶段 Ⅳ局部变形阶段 补充: 材料力学基础 三、直杆的轴向拉伸与压缩 比例极限 弹性极限 屈服极限 强度极限 补充: 材料力学基础 三、直杆的轴向拉伸与压缩 强度条件 塑性材料:屈服极限σs做为破坏的极限应力 脆性材料:强度极限σb 作为破坏的极限应力 强度公式： 许用应力： 补充: 材料力学基础 三、直杆的轴向拉伸与压缩 刚度公式： 杆的变形： 特点：一对大小相等、方向相反的力作用在物体的两侧，两力作用线间的距离相距很近，物体受上述两力作用后，受剪面发生相对错动，称为剪切。 补充: 材料力学基础 四、剪切 剪切强度公式： 假设τ均匀分布 补充: 材料力学基础 四、剪切 挤压强度公式： 补充: 材料力学基础 四、剪切 纵向线 圆周线 （1）各纵向线倾斜了同一微小角度γ，正方形格子歪斜成菱形；（2）各圆周线围绕轴线旋转一个微小的角度φ，圆周线长度、形状及距离没变； 补充: 材料力学基础 五、扭转 扭矩和扭矩图 用矩为T的力偶表示作用于截面上的内力 平衡条件： 得 T=M 扭矩：圆轴扭转时 横截面上的内力 补充: 材料力学基础 五、扭转 扭矩的方向规定：右手螺旋法则 拇指指向表示T的矩矢方向，当矩矢方向与 截面外法线方向一致时定为正号，反之为负 扭矩图 补充: 材料力学基础 五、扭转 圆轴扭转时的危险点 在横截面的周边表面上 此时，最大剪应力计算公式 抗扭截面模量 对实心圆截面 补充: 材料力学基础 五、扭转 强度条件： 圆轴扭转时 ，要保证其正常工作，最大 剪应力不能超过许用剪应力 刚度条件： 补充: 材料力学基础 五、扭转 纵对称面 特点：截面有对称轴线；外力或外力偶矩在杆件的纵对称面内； 杆件变形后在纵对称面内成一条平面曲线。 纵对称面 补充: 材料力学基础 六、弯曲 梁的基本类型 简支梁 悬臂梁 外伸梁 补充: 材料力学基础 六、弯曲 RB 梁弯曲时的内力： Q M RA RB 剪力与弯矩 RA Q M 补充: 材料力学基础 剪力与弯矩的方向 顺时针Q为正 逆时针Q为负 凹向上M为正 凹向下M为负 补充: 材料力学基础 六、弯曲 梁弯曲时的内力：剪力与弯矩的方向 顺时针Q为正 凹向上M为正 梁横截面上的剪力：等于该截面左侧或右侧梁上所有横向外力的代数和。当外力使梁绕该截面形心顺时针转动时引起正值剪力，反之引起负值剪力。 梁横截面上的弯矩：等于该截面左侧或右侧梁上所有外力对该截面形心力矩的代数和，外力使梁凹向上变形时引起正值弯矩，反之引起负值弯矩。 补充: 材料力学基础 六、弯曲 梁弯曲时的应力及强度计算 抗弯截面模量W 实心圆截面： 补充: 材料力学基础 六、弯曲 梁弯曲时的变形及刚度计算 v θ 梁在该点的挠度 转角 补充: 材料力学基础 六、弯曲 1.1.1 机械零部件的工作能力 工作能力 需求 强度、刚度 耐磨性 振动稳定性 …… 以传动为主的零件一般要求有一定的强度和刚度，即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形；具有相对运动并传力的零件需要有较好的耐磨性；而高速转动的零件则要具有较高的振动稳定性。 §1