1、第一部分第一部分 认知机器认知机器第三节 构件的受力与变形赵 X X（黑体，18pt）年 月 日（黑体，18pt）第三节第三节 构件的受力与变形构件的受力与变形一、物体的受力分析二、对机械零件的要求三、杆件变形1.力 力 的 概 念:力是使物体的运动状态发生变化或使物体 产生变形的物体之间的相互机械作用。力的三要素:力对物体的效应取决于力的大小、方向和 作用点，称为力的三要素。力的作用效果:力的基本性质:作用和反作用定律 作用力与反作用力大小相等、方向相 反、作用在同一条直线上、并且分别 作用在两个物体上。二力平衡定律 当物体上只作用有两个外力而处于平 衡时，这两个外力一定是大小相等方 向相反
2、，并且作用在同一直线上。力的平行四边形法则 作用在同一物体上的相交的两个力，可以合成为一个合力，合力的大小和 方向由以这两个力的大小为边长所构 成的平行四边形的对角线来表示。力的合成与分解 2.力矩 力矩的概念:在力学上用 F 与 d 的乘积及其转向来度量 力 F 使物体绕O点转动的效应，称为力 F 对O点之矩,简称力矩，以符号（F）表示，即:（F）=Fd 点称为力矩中心，简称矩心；点到力 F 作 用线的垂直距离 d 称为力臂。力矩的正负：使物体产生逆时针旋转的力矩为正值；反之为负值。力矩的单位是牛顿米 (Nm)或千牛顿米(kNm)。力矩的作用效果:3.力偶 力偶概念：力学中，把作用在同一物体
3、上大小相等、方 向相反、作用线平行的一对平行力称为力偶 力偶臂：力偶中两个力的作用线间的距离 d，力偶的作用面：两个力所在的平面称为力偶的作用面。力偶矩：M=Fd 力偶的作用效果：力偶中的两个力只能对物体产生转动 效应。力偶对物体的转动效应，随力 F 的大小或力偶臂 d 的增大而增强。力系平面任意力系的平衡方程 Fx=0 Fy=0 M（F）=0二、对机械零件的要求二、对机械零件的要求 失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时 称为失效。称为失效。1 1足够的强度足够的强度 强度：零件抵抗破坏的能力，称为强度。强度：零件抵抗破坏的能力，称为强度
4、。机械零部件一般都必须具有足够的强度。机械零部件一般都必须具有足够的强度。2 2足够的刚度足够的刚度 刚度：零件抵抗变形的能力，称为刚度。机床主轴，在工作过程中虽然没有破坏，但如果 主轴的变形过大，则将影响机床的加工精度而使 零件报废，破坏齿轮的正常啮合，引起轴承的不 均匀磨损，造成机器无法正常工作。3 3足够的稳定性足够的稳定性 受压的细长杆和薄壁构件，当载荷增加时，可能出现突然失去初始平衡形态的现象，称为丧失稳定。克夫达河桥失稳 莫兹尔桥失稳 三、杆件变形三、杆件变形1杆件变形的基本形式 基本的变形有：轴向拉伸(或压缩)、剪切、扭转和弯曲，以及由两种或两种以上基本变形形式叠加而成的组合变形
5、形式。（1）拉伸与压缩 受拉伸或压缩的构件都可简化为等截面直杆。受力的共同特点是外力（或外力合力）沿杆轴线作用。变形特点是杆件沿轴向伸长或缩短。图中实线表示受力前的外形，虚线表示受力后的外形。（2）扭转 机械装置中的轴类零件大都承受扭转的作用。扭转变形的特点：构件受到大小相等、方向相反、作用 面垂直于轴线的力偶；截面之间绕轴线相对转动。（3）弯曲 弯曲变形的受力特点：外力垂直于杆的轴线，轴线由 直线变成曲线。梁：通常将只发生弯曲变形（或以弯曲变形为主）的 杆件称为梁。2 2内力与应力内力与应力（1）内力 外力：作用在杆件上的载荷和约束反力均称为外力。内力：在外力作用下，构件产生变形，同时产生阻
6、止变形 的抗力，这种抗力称为内力。关系：外力越大，构件的变形越大，所产生的内力也越大 外力去除后，构件恢复原状，内力也随着消失。图1-22 受拉杆件的内力与应力（2）应力 构件在外力作用下，单位面积上的内力，称为应力。应力是矢量。正应力：垂直于截面的分量称为正应力 切应力：切于截面的分量称为切应力 轴向拉伸和压缩时横截面上应力是均匀分布的，其计算公式为：F/A 式中 横截面上的正应力 MPa N横截面上的轴力 N A横截面面积 mm 1Pa1N/m 1MPa106Pa1N/mm 拉应力为正，压应力为负。2拉伸变形的特点与强度计算2扭转变形的特点与强度计算3弯曲变形的特点与强度计算4 4循环应力循环应力 静载荷：载荷大小或方向不随时间变化或变化缓慢载荷 动载荷：载荷大小或方向随时间变化的载荷 静应力：大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力 变应力：大小或方向随时间变化的应力 循环应力：应力随时间做周期性变化的称为循环应力。对称循环应力 脉动循环应力 非对称循环应力高等教育出版社Higher Education Press致 谢（黑体48pt）
