机械基础（完整版）.ppt

1、1上页上页下页下页返回返回目录目录 1 第1章 绪论 第2章 杆件的静力分析 第3章 直杆的基本变形 第4章 工程材料 第5章 连接 第6章 机构 第7章 机械传动 第8章 支承零部件 第9章 机械的节能环 保与安全防护 第10章 机械零件的精度 第11章 液压与气压传动机械基础机械基础目目 录录2上页上页下页下页返回返回目录目录 2 第1章 绪论1.2 一般机械的组成及基本要求 1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求 3上页上页下页下页返回返回目录目录 3 1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求 1.1.1 课程的内容课程的内容 机械基础课程的内容包括基础模块基础模块、选学模块和综合实践

2、模块三大部分。绪论 杆件受力分析 直杆的基本变形 机械工程材料 连接 常用机构 机械传动 支承零部件 机械的节能环保与安全防护 章节中配有阶段性实习训练，是各专业学生必修的基础性内容和应该达到的基本要求。基础模块4上页上页下页下页返回返回目录目录 4 1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求 基础模块基础模块主要学习内容：一般机械的组成及机械零件的材料、结构、摩擦、一般机械的组成及机械零件的材料、结构、摩擦、磨损和润滑等磨损和润滑等 杆件在力作用下处于平衡的问题杆件在力作用下处于平衡的问题 直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析及强度计算，直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析及强度计算，连接件的剪切与挤压，

3、圆轴扭转，直梁弯曲等连接件的剪切与挤压，圆轴扭转，直梁弯曲等 选择工程材料选择工程材料 键连接、销、螺纹等连接键连接、销、螺纹等连接 常用的机构、传动常用的机构、传动 轴、滑动轴承、滚动轴承等轴、滑动轴承、滚动轴承等 机械润滑、密封、环保与安全防护等机械润滑、密封、环保与安全防护等5上页上页下页下页返回返回目录目录 5 1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求 1.1.1 课程的内容课程的内容 选学模块选学模块是根据专业培养的实际需要自主确定的选择性内容，包括：机械零件的精度 液压与气压传动 主要学习极限与配合、形位公差、液压传动、气压传动等基本知识。选学模块 综合实践模块综合实践模块是以典型

4、机械拆装、调试和分析为主的综合性实践教学内容，侧重实践技能培养。综合实践模块内容另见机械基础实训指导机械基础实训指导一书。6上页上页下页下页返回返回目录目录 6 1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求 1.1.2 课程的性质和任务课程的性质和任务 课程性质课程性质：是中等职业学校机械类及工程技术类相关专业的一门基础课程。课程任务课程任务：1）掌握必备的机械基本知识和基本技能，懂得机械工作原理，了解机械工程材料性能，准确表达机械技术要求，正确操作和维护机械设备；2）培养分析问题和解决问题的能力，使其形成良好的学习习惯，具备继续学习专业技术的能力；3）进行职业意识培养和职业道德教育，使其形成严谨

5、、敬业的工作作风，为今后解决生产实际问题和职业生涯的发展奠定基础。7上页上页下页下页返回返回目录目录 7 1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求 1.1.3 课程的基本要求课程的基本要求 通过机械基础课程的学习，具备对构件进行受力具备对构件进行受力分析的基本知识，分析的基本知识，会判断直杆的基本变形；会判断直杆的基本变形；具备机具备机械工程常用材料的种类、牌号、性能的基本知识，械工程常用材料的种类、牌号、性能的基本知识，会正确选用材料；会正确选用材料；熟悉常用机构的结构和特性，掌熟悉常用机构的结构和特性，掌握主要机械零部件的工作原理、结构和特点，初步握主要机械零部件的工作原理、结构和特点，初

6、步掌握其选用的方法；掌握其选用的方法；能够分析和处理一般机械运行能够分析和处理一般机械运行中发生的问题，具备维护一般机械的能力。中发生的问题，具备维护一般机械的能力。具备获具备获取、处理和表达技术信息，执行国家标准，使用技取、处理和表达技术信息，执行国家标准，使用技术资料的能力；能够运用所学知识和技能参加机械术资料的能力；能够运用所学知识和技能参加机械小发明、小制作等实践活动，尝试对简单机械进行小发明、小制作等实践活动，尝试对简单机械进行维修和改进；维修和改进；了解机械的节能环保与安全防护知识，了解机械的节能环保与安全防护知识，具备改善润滑、降低能耗、减小噪声等方面的基本具备改善润滑、降低能耗

7、、减小噪声等方面的基本能力；能力；养成自主学习的习惯，具备良好的职业道德养成自主学习的习惯，具备良好的职业道德和职业情感，提高适应职业变化的能力。和职业情感，提高适应职业变化的能力。8上页上页下页下页返回返回目录目录 8 1.2 一般机械的组成及基本要求1.2.1 一般机械的组成一般机械的组成例：例：小轿车小轿车9上页上页下页下页返回返回目录目录 9 1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求 小轿车主要由发动机、传动装置、行驶和控制装置、车身、电气设备等五部分组成，各部分的主要功用为：1）发动机：动力装置，使供入其中的燃料汽油燃烧而发出动力；2）传动装置：将发动机输出的动力传给驱动车轮的装置；

8、3)行驶和控制装置：支承全车并保证汽车正常行驶的装置；*传动装置、行驶和控制装置合并称为底盘。传动装置、行驶和控制装置合并称为底盘。4）车身：是驾驶员工作和装载乘客、货物的场所；5）电气设备：汽车照明、信号装置等。10上页上页下页下页返回返回目录目录 10 1.2 一般机械的组成及基本要求1.机器的组成由小轿车可以得出一般机器组成：（1）动力部分：将非机械能转换为机械能并为机器提供动力。最常见的动力源是发动机、电动机。（2）传动部分：将原动机提供的机械能以动力或运动的形式传递给工作部分。传动部分的形式多种多样，例如齿轮传动、带传动等。（3）工作部分：完成机器预定功能，如小轿车的行驶和控制装置、

9、车床的刀架、飞机的客仓等。（4）控制部分：保证机器的启动、停止和正常协调动作，如汽车照明、信号装置、各种按钮、操纵手柄、仪表等。11上页上页下页下页返回返回目录目录 11 1.2 一般机械的组成及基本要求2.几个名词（1）机构：各组成部分之间具有确定相对运动的实物组合。（2）机器：能代替或减轻人类劳动，完成有用的机械功或转换机械能的机构。（3）机械：机构与机器的总称。（4）零件：机器组成中不可再拆的最小单元，是机器的制造单元。（5）构件：由一个零件或若干个零件刚性组合成的最小的运动单元。（6）部件：部件是机器的装配单元，机器是由若干部件组成的。12上页上页下页下页返回返回目录目录 12 1.2

10、 一般机械的组成及基本要求 2.摩擦和磨损 摩擦是指两物体的接触表面阻碍它们相对运动的机械阻力。按照两物体相对运动的状态，可以分成滑动摩擦、滚动摩擦、滚滑动摩擦和旋转摩擦等。磨损是由于摩擦导致机械零件表面材料的逐渐丧失或转移的现象。通常按照磨损的机理可以分成粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损及腐蚀磨损等。磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。13上页上页下页下页返回返回目录目录 13 1.2 一般机械的组成及基本要求磨损曲线磨损曲线14上页上页下页下页返回返回目录目录 14 1.2 一般机械的组成及基本要求 3.润滑润滑 润滑实际上就是为了减少机械的两个相对运动的接

11、触表面之间的摩擦及磨损而采取的措施。根据摩擦零件的工作条件和润滑油在摩擦表面间所起的作用，将机械零件的润滑分为两个类型：流体润滑及边界润滑。（1）流体润滑 是指在两摩擦表面之间存在具有一定压力的流体薄层，流体将摩擦表面完全隔开，而流体中的压力平衡了摩擦零件所受的外载荷。（2）边界润滑 是指不光滑表面之间发生部分表面接触的润滑状况。15上页上页下页下页返回返回目录目录 15 1.2 一般机械的组成及基本要求510-2510-310-610-310-210-310-310-210-310-410-310-210-310-60.050.1516上页上页下页下页返回返回目录目录 16 第2章 杆件的静

12、力分析2.4 平面力系的平衡方程及应用*2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 2.2 力矩、力偶、力的平移 2.1 力的概念与基本性质 17上页上页下页下页返回返回目录目录 17 2.1 力的概念与基本性质 2.1.1 力的概念力的概念 1力的定义 力是物体间的相互机械作用。也就是说，物体的机械运动状态发生的变化，都是由于其他物体对该物体所施加力的作用结果。2力的三要素及表示方法力对物体的作用效果取决于三个要素：力的大小、力的方向和力的作用点。三要素中任何一个要素改变，都会使力的作用效果改变。18上页上页下页下页返回返回目录目录 18 2.1 力的概念与基本性质 2.1.2 静力学基本公理

13、静力学基本公理 公理公理1（二力平衡公理）（二力平衡公理）作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。只受两个力的作用而保持平衡的刚体称为二力体。右下图所示结构中的CD杆，不计其自重时，可视为二力杆。二力平衡 二力杆 19上页上页下页下页返回返回目录目录 19 2.1 力的概念与基本性质 公理公理2（加减平衡力系公理）（加减平衡力系公理）在已知上力系上加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论推论1（力的可传性）（力的可传性）作用在刚体的力，作用点可沿作用线任意移动而不改变其作用效果，如下图所示。20上页上页下页下页返回返

14、回目录目录 20 2.1 力的概念与基本性质 公理公理3（力的平行四边形公理）（力的平行四边形公理）作用在物体上同一点的两个力，可以按平行四边形法则合成一个合力。此合力也作用在该点，其大小和方向由这两力为边构成的平行四边形的主对角线确定。如下图所示。21FFFR21上页上页下页下页返回返回目录目录 21 2.1 力的概念与基本性质 推论推论2（三力平衡汇交定理）（三力平衡汇交定理）若刚体受到同平面内三个互不平行的力的作用而平衡时，则该三个力的作用线必汇交于一点。如下图所示，刚体受不平行三力F1、F2和F3作用而平衡时，这三个力的作用线必汇交于一点。公理公理4（作用力与反作用公理）（作用力与反作

15、用公理）作用力和反作用力同时存在于相互作用的物体之间，这两个力大小相等方向相反，沿作用线分别作用在这两个物体上。22上页上页下页下页返回返回目录目录 22 2.2 力矩、力偶、力的平移dFFMO)(力矩的正负号通常规定：力使物体绕矩心逆时针转动时为正，反之为负。2.2.1 力矩力矩 1力矩的定义 如图所示，用Fd来度量力使物体绕点O的转动效应，称为力F对点O之矩，简称力矩，以符号MO(F)表示。23上页上页下页下页返回返回目录目录 23 2.2 力矩、力偶、力的平移 2力矩的性质 1）力矩不仅与力的大小有关，而且与矩心的位置有关，同一个力，因矩心的位置不同，其力矩的大小和正负都可能不同。2）力

16、矩不因力的作用点沿其作用线的移动而改变。3）力等于零或者力臂等于零时力矩为零，即力的作用线通过矩心。2.2.2 合力矩定理合力矩定理 平面汇交力系的合力对平面任一点的矩，等于力系中所有各分力对于该点力矩的代数和。数学表达式为：)()()()(21nOOOOFMFMFMRM24上页上页下页下页返回返回目录目录 24 2.2 力矩、力偶、力的平移 例例2-1 已知力的作用点，如图所示，求力F对坐标原点O的矩。解解 由于没有给定明确的力臂，直接应用力矩定义计算就比较麻烦，而利用合力矩定理计算很方便，将力F沿坐标轴分解为两个分力Fx、Fy，则cossin)()()(yFxFyxFxyFyFOMxFOM

17、FOM 图 2.9 例 2-1 图 25上页上页下页下页返回返回目录目录 25 2.2 力矩、力偶、力的平移 2.2.3 力偶和力偶矩力偶和力偶矩 1力偶及其力偶矩 由两个大小相等方向相反且不共线的平行力所组成的力系称为力偶。力偶对物体作用效果用力偶矩来度量，力偶矩的大小等于力的大小与力偶臂的乘积，即 简单记为：力偶矩的方向规定：逆时针转向为正，顺时针转向为负。dFFMFMFFMOOO)()(),(dFM26上页上页下页下页返回返回目录目录 26 2.2 力矩、力偶、力的平移 2力偶的性质 1）力偶既无合力，也不能和一个力平衡，力偶只能用力偶来平衡。2）力偶对刚体的作用效果与力偶在其作用面内的

18、位置无关。3）只要保持力偶矩的大小和转向不变，可以同时改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变其对刚体的作用效果。同平面内力偶的等效定理：在同平面内的两个力偶,如果力偶矩的大小相等,转向相同,则两个力偶等效。=27上页上页下页下页返回返回目录目录 27 2.2 力矩、力偶、力的平移 2.2.4 力向一点平移的结果及应用力向一点平移的结果及应用 力的平移定理：作用于刚体上的力，可平移到刚体上的任意一点，但必须附加一力偶，其附加力偶矩等于原力对平移点的力矩。28上页上页下页下页返回返回目录目录 28 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 2.3.1 约束与约束力的基本概念约束与约束力的基本概

19、念 对物体的某些位移起限制作用的周围其他物体称为约束，如轴承就是转轴的约束。约束限制了物体的某些运动，约束对物体的作用力称为约束力。一般将物体所受的力分为两类：一类是能使物体产生运动或运动趋势的力，称为主动力，如重力、拉力、推力。主动力有时也叫载荷。另一类是约束反力，如图所示的力T，它是由主动力引起的阻碍物体运动或运动趋势的力，称为被动力。29上页上页下页下页返回返回目录目录 29 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 2.3.2 常见的约束类型常见的约束类型 2刚性约束 1柔性约束（柔索）30上页上页下页下页返回返回目录目录 30 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 3光滑圆柱形铰

20、链约束光滑圆柱形铰链约束（2）固定铰链支座（3）活动铰链支座（1）连接铰链 31上页上页下页下页返回返回目录目录 31 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 4固定端约束 5球铰链支座 32上页上页下页下页返回返回目录目录 32 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 2.3.3 力系力系 例例2-2 已知：系统如图，不计杆、轮自重，忽略滑轮大,P=20kN，求系统平衡时，杆AB、BC受力情况。解解 AB、BC杆为二力杆，取滑轮B（或点B），画受力图，建立图示坐标系。kN32.27kN321.7030cos130sin20030cos230sin10BCFBAFBCFFFyFBAFFFx

21、F 33上页上页下页下页返回返回目录目录 33 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 2.3.4 受力图受力图 例例2-3 2-3 如右图（a）所示，三铰拱桥由左、右两半拱铰接而成。设半拱自重不计，在半拱AB上作用有载荷F，试分别画出拱AC和BC的受力图。a）解解 拱BC受铰链C和固定铰链支座B的约束,BC杆为二力杆。力的指向一般由平衡条件来确定，如图（b）所示。b）34上页上页下页下页返回返回目录目录 34 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 拱AC在铰链C处的约束反力根据作用和反作用定律得到,拱在A处受有固定铰链支座给它的约束反力，如图（c）所示。系统整体受力图如图（d）所示。c

22、）d）35上页上页下页下页返回返回目录目录 35 2.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 左拱AC 在三个力作用下平衡，也可按三力平衡汇交定理画出左拱AC的受力图，如图（e）所示。此时整体受力图如图（f）所示。f）e）36上页上页下页下页返回返回目录目录 36 2.4 平面力系的平衡方程及应用*2.4.1 2.4.1 平面平行力系的平衡方程及应用平面平行力系的平衡方程及应用0)(0FMFOy平面受平行力的平衡方程为:各力作用线在同一平面内且相互平行的力系即为平面平行力系。37上页上页下页下页返回返回目录目录 37 2.4 平面力系的平衡方程及应用*例例2-4 塔式起重机机架重P=700kN,

23、作用线通过塔架的中心。最大起重量W=200kN,最大悬臂长为12m，轨道AB的间距为4m。平衡块重Q到机身中心线距离为6m。求解：1）平衡块的重量Q。2）当平衡块重Q=180kN时,满载时A、B给起重机轮子的反力。38上页上页下页下页返回返回目录目录 38 2.4 平面力系的平衡方程及应用*解解 取起重机为研究对象，画出受力图。0)(FBMkNPWQWPQ758210min0)212(2)26(min1）满载时,在临界情况下,FNA=0，39上页上页下页下页返回返回目录目录 39 2.4 平面力系的平衡方程及应用*当空载时，W=0，为使起重机不绕点A翻倒，在临界情况下，FNB=0，这时求出的Q

24、值是所允许的最大值。kNPQPQFAM35042max02)26(max,0)(kNQkN35075平衡块的重量应为：2）Q=180kN时：0,004)212(2)26(,0)(BNFNAFWPQyFNBFWPQFAMkNNAFkNQPWNBF21087044214得 40上页上页下页下页返回返回目录目录 40 2.4 平面力系的平衡方程及应用*2.4.2 平面力偶系的平衡方程及应用平面力偶系的平衡方程及应用 平面力偶系合成的结果为一个合力偶，因而要使力偶系平衡，就必须使合力偶矩等于零。平面力偶系平衡的必要和充分条件是：所有各个力偶矩的代数和等于零。即 0iM 2.4.3 平面一般力系的平衡方

25、程及应用平面一般力系的平衡方程及应用 平面一般力系的平衡方程为:0)(00FMFFOyx41上页上页下页下页返回返回目录目录 41 第3章 直杆的基本变形3.5 连接件的剪切与挤压3.4 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算*3.3 材料的力学性能3.2 直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析3.6 圆轴扭转3.7 直梁弯曲3.8 组合变形*3.9 交变应力与疲劳强度*3.10 压杆稳定*3.1 直杆轴向拉伸与压缩42上页上页下页下页返回返回目录目录 42 3.1 直杆轴向拉伸与压缩 1受力特点 如图所示，作用于直杆上的外力合力的作用线与直杆轴线重合，大小相等，方向相反。即：直杆的轴向拉伸与压缩是由作用线与

26、杆轴重合的外力所引起的。43上页上页下页下页返回返回目录目录 43 3.1 直杆轴向拉伸与压缩 2变形特点 主要变形是长度的伸长或缩短，如图3.2所示，直杆会沿轴线方向产生纵向伸长或缩短。凡以轴向伸长为主要变形特征的直杆称为拉杆，以轴向压缩为主要变形特征的直杆称为压杆。44上页上页下页下页返回返回目录目录 44 3.2 直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析 3.2.1 内力、应力、变形、应变的概念内力、应力、变形、应变的概念 内力：由外力引起的杆件内部相互作用力。拉压杆上的内力又称为轴力。应力：内力在截面上的集度，其中垂直于杆横截面的应力称为正应力，平行于横截面的应力称为切应力。AFN应变：杆件单位

27、长度的伸长或缩短量称为线应变，简称应变。LLFN-直杆的轴力（N）A-直杆的横截面面积(m2)L-直杆的伸缩量L-直杆的杆长45上页上页下页下页返回返回目录目录 45 3.2 直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析*3.2.2 直杆轴向拉伸与压缩时的内力分析（截面法）直杆轴向拉伸与压缩时的内力分析（截面法）将受外力作用的杆件假想地切开来，用以显示内力并由平衡条件来确定其合力，这种方法称为截面法。步骤简记为：假想截开、保留代换、平衡求解。例例3-1 一直杆受外力作用如图所示，求此杆各段的轴力。46上页上页下页下页返回返回目录目录 46 3.2 直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析解解 沿截面1-1将直杆分为两

28、段，取出左段。用N1表示右段对左段的作用，为了保持左段的平衡，由左段的平衡方程X=0，得N1=6kN。由于截面1-1左边的一段受拉，N1为正。同理解得N2=-4kN，N3=+4kN。47上页上页下页下页返回返回目录目录 47 3.3 材料的力学性能 3.3.1 材料的力学性能及其应用材料的力学性能及其应用 标准试件 变形：材料在外力作用下会产生应力和应变，即变形。有塑性变形和脆性变形之分。比例极限：材料拉伸试验的应力与应变满足线性关系的最大应力值。48上页上页下页下页返回返回目录目录 48 3.3 材料的力学性能 弹性极限：材料保持弹性形变而不产生永久形变时所能承受的最大的应力。屈服极限：使试

29、样产生给定的永久变形时所需要的应力。金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形，产生屈服时的应力称为屈服极限。强度极限：材料在外力作用下发生破坏时出现的最大应力。也可称为破坏强度或破坏应力。根据应力种类的不同，可分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。49上页上页下页下页返回返回目录目录 49 3.3 材料的力学性能*3.3.2 静载荷下材料拉伸和压缩静载荷下材料拉伸和压缩低碳钢的拉伸 50上页上页下页下页返回返回目录目录 50 3.3 材料的力学性能p：比例极

30、限 e：弹性极限 s：屈服极限 b：强度极限 弹性阶段：Oa，ab段 屈服阶段：cd 强化阶段：de段局部变形阶段：ef段51上页上页下页下页返回返回目录目录 51 3.3 材料的力学性能铸铁的拉伸52上页上页下页下页返回返回目录目录 52 3.3 材料的力学性能低碳钢的压缩53上页上页下页下页返回返回目录目录 53 3.3 材料的力学性能铸铁的压缩54上页上页下页下页返回返回目录目录 54 3.4 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算*3.4.1 极限应力极限应力 根据失效的准则，将屈服极限 （塑性材料）与强度极限 （脆性材料）通称为极限应力 。sbu3.4.2 许用应力和安全系数许用应力和安全系

31、数 nun-安全系数 3.4.3 强度条件强度条件)(maxNmaxAF对于等截面拉压杆，表示为：AFmax,Nmax55上页上页下页下页返回返回目录目录 55 3.4 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算*例例3-2 如图所示，起重吊钩的上端借螺母固定，若吊钩螺栓内径，材料许用应力。试校核螺栓部分的强度。解：解：计算螺栓内径处的面积MPaMPammANFmmdA1606.7122375N3101702237542m2)31055(42吊钩螺栓部分安全。56上页上页下页下页返回返回目录目录 56 3.5 连接件的剪切与挤压 3.5.1 剪切与挤压的概念剪切与挤压的概念 剪切：构件受大小相等、方向相反

32、、作用线相距很近的两个力F作用时，把沿受力截面的两侧发生相对错动的变形形式称为剪切变形，简称剪切。剪床剪裁钢筋 剪切产生时被剪构件截面的内力称为剪力 FS。单位面积上所受的剪力称为切应力。AFS57上页上页下页下页返回返回目录目录 57 3.5 连接件的剪切与挤压 挤压：在连接件与被连接件间传递压力的接触面上，发生相互压紧的现象称为挤压。在构件发生挤压变形时，彼此相互挤压的作用力称为挤压力FB。BBBAF挤压面上单位面积所受到的挤压力就称为挤压应力。58上页上页下页下页返回返回目录目录 58 3.5 连接件的剪切与挤压例例3-3 用直径d=20mm的冲头在钢板上冲孔，已知钢板的厚度t10mm，

33、钢板的剪切强度极限b=320MPa。求冲床所需的冲压力F。解解tdA冲床所需的冲压力F 201kNtdAbbQF59上页上页下页下页返回返回目录目录 59 3.5 连接件的剪切与挤压3.5.2 连接件的受剪面与受挤面判断连接件的受剪面与受挤面判断60上页上页下页下页返回返回目录目录 60 3.6 圆轴扭转 3.6.1 圆轴扭转的概念圆轴扭转的概念 在杆件的两端作用两个大小相等、转向相反、作用平面垂直于杆件轴线的力偶，使杆件的任意两个横截面都发生绕轴线的相对转动，这就是扭转变形。受力特点：杆件两端垂直于杆轴线的平面内作用两个大小相等、转向相反的外力偶。变形特点：杆件的任意两个横截面都将发生绕杆件

34、轴的相对转动。61上页上页下页下页返回返回目录目录 61 3.6 圆轴扭转 扭矩 nNnNMPP95502100060Np-传递的功率（kW）N-转速（r/min）右手的四指沿着扭矩的旋转方向卷曲，当大拇指的指向与该扭矩所作用的横截面的外法线方向一致时，则扭矩为正，反之为负。62上页上页下页下页返回返回目录目录 62 3.6 圆轴扭转*3.6.2 圆轴扭转时横截面上切应力的分布规律圆轴扭转时横截面上切应力的分布规律扭转现象：1）各圆周线绕轴线转动了不同的角度，但其形状、大小及圆周线之间的距离均无变化。2）所有纵向线仍近似地为直线，只是同时倾斜了同一角度，矩形变成了平行四边形。63上页上页下页下

35、页返回返回目录目录 63 3.6 圆轴扭转 切应力：1）扭转变形时，由于圆轴相邻横截面间的距离不变，即圆轴没有纵向变形发生，所以横截面上没有正应力。2）扭转变形时，各纵向线同时倾斜了相同的角度；各横截面绕轴线转动了不同的角度，相邻截面产生了相对转动并相互错动，发生了剪切变形，所以横截面上有切应力。圆轴横截面上任意一点的切应力与该点到圆心的距离成正比，方向与过该点的半径垂直。64上页上页下页下页返回返回目录目录 64 3.7.1 直梁弯曲的概念直梁弯曲的概念 通常把作用于杆件上且都垂直于杆的轴线的外力称作横向力。在横向力作用下，杆的轴线由直线变成曲线的变形形式称为弯曲变形，以弯曲变形为主的杆件称

36、为梁。3.7 直梁弯曲 生活实例65上页上页下页下页返回返回目录目录 65 3.7 直梁弯曲 纯弯曲梁：只有弯曲作用而没有剪力作用的梁。直梁：轴线是直线的梁。对称梁：有对称平面的梁。非对称梁：没有对称平面的梁。曲梁：轴线是曲线的梁。66上页上页下页下页返回返回目录目录 66 3.7 直梁弯曲 梁的载荷：在工程实际中归纳为集中载荷、分布梁的载荷：在工程实际中归纳为集中载荷、分布载荷及集中力偶三类。载荷及集中力偶三类。（1）集中力（或集中载荷）集中力（或集中载荷）（2）分布载荷）分布载荷（3）集中力偶）集中力偶67上页上页下页下页返回返回目录目录 67 3.7 直梁弯曲 梁的基本形式 1）简支梁：

37、梁的一端为固定铰支座，另一端为活动铰支座。2）外伸梁：梁有一个固定铰支座和一个活动铰支座，而梁的一端或两端伸出支座之外。3）悬臂梁：梁的一端固定，另一端自由。68上页上页下页下页返回返回目录目录 68 3.7 直梁弯曲 梁内力的符号规定梁内力的符号规定 弯曲时，梁的横截面上产生两种内力：一个是剪力，弯曲时，梁的横截面上产生两种内力：一个是剪力，一个是弯矩。一个是弯矩。剪力Q的符号规定：若被保留的梁段的截面上的剪力Q对该截面作“顺时针转”的Q为正，反之为负。69上页上页下页下页返回返回目录目录 69 3.7 直梁弯曲 弯矩的符号规定：在横截面处弯曲变形凸向下时，这一横截面上的弯矩规定为正，反之为

38、负。70上页上页下页下页返回返回目录目录 70 3.7 直梁弯曲*3.7.2 纯弯曲时横截面上正应力的分布规律纯弯曲时横截面上正应力的分布规律变形特点：1）两条纵线都弯成弧线,靠近底面的纵线伸长了，靠近顶面的纵线缩短了。2）两条横线仍保持为直线,只是相互倾斜了一个角度，但仍垂直于弯成曲线的纵线。3）在纵线伸长区，梁的宽度减小；在纵线缩短区，梁的宽度增大。情况与轴向拉伸、压缩时的变形相似。71上页上页下页下页返回返回目录目录 71 3.7 直梁弯曲 纯弯曲时梁横截面上正应力的分布规律：1）只有正应力而无切应力。2）正应力沿截面高度按直线规律分布。3）截面上的弯矩可以看成是整个截面上各点的内力对中

39、性轴的力矩所组成。72上页上页下页下页返回返回目录目录 72 3.8 组合变形*杆件AB的变形为弯、压组合变形 73上页上页下页下页返回返回目录目录 73 3.8 组合变形*旋翼机的螺旋桨轴的变形为压扭组合74上页上页下页下页返回返回目录目录 74 3.8 组合变形*绞盘轴承受扭转和弯曲的组合变形75上页上页下页下页返回返回目录目录 75 3.8 组合变形*压缩、扭转和弯曲变形的组合76上页上页下页下页返回返回目录目录 76 3.9 交变应力与疲劳强度*交变应力：随时间作周期性变化的应力。轮齿受交变应力作用 77上页上页下页下页返回返回目录目录 77 3.9 交变应力与疲劳强度*火车轮轴受交变

40、应力作用 78上页上页下页下页返回返回目录目录 78 3.9 交变应力与疲劳强度*疲劳失效：材料若长期处于交变应力下，即是所受的应力远小于材料的屈服极限，也可能导致构件的突然破坏，且断裂前无明显的塑性变形。这种现象称为疲劳失效。特征：1）破坏时的名义应力值往往低于材料在静载作用下的屈服应力；2）构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环；3）构件在破坏前没有明显的塑性变形预兆，即使韧性材料，也将呈现“突然”的脆性断裂金属材料的疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。79上页上页下页下页返回返回目录目录 79 3.10 压杆稳定*细长的受压杆当压力达到一定值时，受压杆可能突然弯曲

41、而破坏，即产生失稳现象。80上页上页下页下页返回返回目录目录 80 3.10 压杆稳定*压杆稳定：受压杆件处于平衡状态时的稳定性。81上页上页下页下页返回返回目录目录 81 3.10 压杆稳定*临界压力：由稳定平衡过渡到不稳定平衡的压力的临界值，又称为临界力，用FCR表示。受压杆在某一平衡位置受任意微小挠动，转变到其它平衡位置的过程叫屈曲或失稳。82上页上页下页下页返回返回目录目录 82 3.10 压杆稳定*影响杆件变形的其他因素有：1）交变载荷 交变载荷的作用将使杆件发生疲劳损伤。它是影响杆件疲劳强度的主要因素。2）冲击载荷 冲击过程中，速度在很短时间内发生急剧变化，有时降为零，使得加在被冲

42、击物上的惯性力是很大的，从而在被冲击构件中引起很大的冲击应力与变形。3）失稳现象 4）应力集中83上页上页下页下页返回返回目录目录 83 第4章 工程材料4.4 其他新型工程材料*4.3 工程塑料和复合材料*4.1 黑色金属材料4.5 材料的选择及运用4.2 有色金属材料4.6 材料的热处理*84上页上页下页下页返回返回目录目录 84 4.1 黑色金属材料 铁及铁合金称为黑色金属，也就是钢和铸铁。铁及铁合金称为黑色金属，也就是钢和铸铁。钢和铸铁都是以铁和碳两种元素为主所组成的铁碳钢和铸铁都是以铁和碳两种元素为主所组成的铁碳合金。其中碳的质量分数合金。其中碳的质量分数(含碳量含碳量c)小于小于2

43、.11的铁的铁碳合金称为钢，其余为铸铁。碳合金称为钢，其余为铸铁。4.1.1 铸铁铸铁 铸铁是含碳质量分数(含碳量c)大于2.11%的铁碳合金。根据碳在铸铁中的存在形式和形态不同，铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。85上页上页下页下页返回返回目录目录 85 4.1 黑色金属材料种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例灰铸铁HT100低负荷和不重要的零件。如盖、外罩、手轮、支架、重锤等。HT150承受中等负荷的零件，如汽轮机、泵体、轴承座、齿轮箱等。HT200承受较大负荷的零件，如气缸、齿轮、液压缸、阀壳、飞轮、床身、活塞、制动鼓、联轴器、轴承座等。HT250HT30

44、0承受高负荷的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘、剪床和压力机的机身、床身高压液压缸、滑阀壳体等。铸铁的牌号及用途铸铁的牌号及用途 86上页上页下页下页返回返回目录目录 86 4.1 黑色金属材料种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例可锻铸铁KTH330-08汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等。KTH350-10KTH370-12KTZ550-04曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴、摇臂等。KTZ650-02KTZ700-02铸铁的牌号及用途铸铁的牌号及用途 87上页上页下页下页返回返回目录目录 87 4.1 黑色金属材料种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例

45、球墨铸铁QT400-18阀体、汽车内燃机零件、机床零件。QT400-15QT500-7机油泵齿轮、机车车辆轴瓦。QT600-3QT700-2曲轴、凸轮轴、气缸体、气缸套；括塞环。QT800-2QT900-2拖拉机减速齿轮，柴油机凸轮轴。铸铁的牌号及用途铸铁的牌号及用途 88上页上页下页下页返回返回目录目录 88 4.1 黑色金属材料种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例碳素铸钢ZG230-450一般用于制造难于用锻造工艺方法获得，在性能上又不能用铸铁制造的形状复杂、力学性能要求较高的零件。合金铸钢ZG35SiMnZG40CrZG35CrMnMo铸铁的牌号及用途铸铁的牌号及用途

46、89上页上页下页下页返回返回目录目录 89 4.1 黑色金属材料4.1.2 常用碳钢常用碳钢碳素钢碳素结构钢碳素工具钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢90上页上页下页下页返回返回目录目录 90 4.1 黑色金属材料 常用碳素钢的牌号及用途常用碳素钢的牌号及用途 种类种类牌号牌号适用范围及应用举例适用范围及应用举例优质碳素结构钢08强度低，塑性好，适用于制造冷轧钢板、深冲压件。1020强度低，塑性、焊接性好，适用于制造焊接件，冲压件。2535调质处理后具有良好的力学性能，适用于制造受力较大的重要件。4560经淬火加中、低温回火，弹性和耐磨性高，适用于制造弹性件或耐磨件。6591上页上页下页下页返回返

47、回目录目录 91 4.1 黑色金属材料 常用碳素钢的牌号及用途常用碳素钢的牌号及用途 种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例碳素工具钢T8凿子、锤子、木工和钳工装配工具等高硬度工具。T8AT10刨刀、冲模、丝锥、卡尺、手工锯条等。T10AT12钻头、锉刀、刮刀等。T12A92上页上页下页下页返回返回目录目录 92 4.1 黑色金属材料4.1.3 合金钢合金钢 合金钢是在碳钢的基础上加入其他合金元素的钢。常用的合金元素有硅(Si)、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、钛（Ti）、铝（Al）、硼（B）及稀土元素（Re）等。合金元素在钢中的作用，是通过

48、与钢中的铁和碳发生作用、合金元素相互之间的作用、以及影响碳钢的组织和组织转变过程，从而提高了钢的力学性能，改善钢的热处理工艺性能和获得某些特殊性能。93上页上页下页下页返回返回目录目录 93 4.1 黑色金属材料合金钢 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 低合金结构钢 机械制造用钢 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢 刃具钢 模具钢 量具钢 不锈钢 抗氧化钢 热强钢 耐磨钢 94上页上页下页下页返回返回目录目录 94 4.1 黑色金属材料常用合金钢的牌号及用途常用合金钢的牌号及用途种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例低合金结构钢16Mn制造桥梁，汽车大梁、船舶等1

49、5MnV制造锅炉、大型厂房等09Mn2制造油罐、油槽等合金渗碳钢20Cr制造高速、重载、较强烈的冲击和受磨损条件下工作的零件，例如汽车、拖拉机的变速齿轮、十字轴以及内燃机凸轮轴等。20CrMnTi20MnVB40MnVB95上页上页下页下页返回返回目录目录 95 4.1 黑色金属材料常用合金钢的牌号及用途常用合金钢的牌号及用途种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例合金调质钢40Cr制造重载、受冲击零件，如机床主轴、汽车后桥半轴、连杆等。40Mn2B合金弹簧钢制造各种机构和仪表、弹性元件。滚动轴承钢GCr15制造刃具、冷冲模具、量具及性能要求与滚动轴承相似的零件。GCr15SiM

50、n96上页上页下页下页返回返回目录目录 96 4.1 黑色金属材料常用合金钢的牌号及用途常用合金钢的牌号及用途种类种类牌牌 号号适用范围及应用举例适用范围及应用举例低合金刃具钢9SiCr高硬度,高耐磨性,高淬透性，变形小。适合制造要求较高的量具及一适合制造要求较高的量具及一般模具刃具。般模具刃具。CrMn高速钢W18Cr4V高热硬性,高硬度,高耐磨性、高强度。适合制造中速切削刃具及复杂适合制造中速切削刃具及复杂刃具，如车刀、铣刀等。刃具，如车刀、铣刀等。W6Mo5Cr4V297上页上页下页下页返回返回目录目录 97 4.1 黑色金属材料常用合金钢的牌号及用途常用合金钢的牌号及用途种类种类牌牌