項(xiàng)目三第三組

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)失效分析第三組知識(shí)及能力要求掌握汽車構(gòu)件受力分析及平衡條件掌握機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力學(xué)分析理解連桿拉伸與壓縮變形了解曲軸的結(jié)構(gòu)、失效、材料及工藝掌握影響鋼性材料性能的因素及性能控制能夠?qū)ηB桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力學(xué)分析能判斷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的失效和應(yīng)用任務(wù)實(shí)施步驟查閱資料，了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析了解機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析了解連桿拉伸與壓縮變形了解曲軸的結(jié)構(gòu)、失效、材料及工藝軸向拉伸與壓縮拉伸和壓縮時(shí)的受力特點(diǎn)是：沿著桿件的軸線方向作用一對(duì)大小相等、方向相反的外力。當(dāng)外力背離桿件時(shí)稱為軸向拉伸，外力指向桿件的稱為軸向壓縮拉伸和壓縮時(shí)的變形特點(diǎn)是：拉伸時(shí)桿件沿軸向伸長(zhǎng)，橫向尺寸縮??；壓縮時(shí)桿件沿軸向縮短，橫向尺寸增大工程實(shí)例變形固體

固體材料在外力作用下都會(huì)或多或少的產(chǎn)生變形，將這些固體材料稱為變形固體。

變形固體在外力作用上會(huì)產(chǎn)生兩種不同性質(zhì)的變形：一種是當(dāng)外力消除時(shí)，變形也隨著消失，這種變形稱為彈性變形；另一種是外力消除后，變形不能全部消失而留有殘余，這種不能消失的殘余變形稱為塑性變形。一般情況下，物體受力后，既有彈性變形，又有塑性變形。只有彈性變形的物體稱為理想彈性體。桿件

所謂桿件，是指長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向尺寸的構(gòu)件。橫截面是與桿長(zhǎng)方向垂直的截面，而軸線是各截面形心的連線。桿各截面相同、且軸線為直線的桿，稱為等截面直桿桿件變形的基本形式(1)軸向拉伸和壓縮

(2)剪切(3)扭轉(zhuǎn)(4)彎曲內(nèi)力

桿件在外力作用下產(chǎn)生變形，從而桿件內(nèi)部各部分之間就產(chǎn)生相互作用力，這種由外力引起的桿件內(nèi)部之間的相互作用力，稱為內(nèi)力。截面法(1)截開

用一假想平面將桿件在所求內(nèi)力截面外截開，分為兩部分；(2)代替

取出其中任一部分為研究對(duì)象，以內(nèi)力代替棄掉部分對(duì)所取部分的作用，畫出受力圖(3)平衡

列出研究對(duì)象上的靜力平衡方程，求解內(nèi)力。應(yīng)力將內(nèi)力在一點(diǎn)處的分布集度，稱為應(yīng)力。

為了分析圖4-5a所示截面上任意一點(diǎn)E處的應(yīng)力，圍繞E點(diǎn)取一微小面積△A，作用在微小面積△A上的合內(nèi)力記為△P，則比值稱為△A上的平均應(yīng)力。平均應(yīng)力不能精確地表示E點(diǎn)處的內(nèi)力分布集度。當(dāng)△A無(wú)限趨近于零時(shí)，平均應(yīng)力Pm的極限值p才能表示E點(diǎn)處的內(nèi)力集度，即上式中p稱為E點(diǎn)處的應(yīng)力。

應(yīng)力p的方向與截面既不垂直也不相切。通常將應(yīng)力p分解為與截面垂直的法向分量σ和與截面相切的切向分量τ。垂直于截面的應(yīng)力分量σ稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力；相切于截面的應(yīng)力分量τ稱為切應(yīng)力或切向應(yīng)力(剪應(yīng)力)應(yīng)力的單位為Pa，常用單位是MPa或GPa軸力圖

將表明沿桿長(zhǎng)各個(gè)橫截面上軸力變化規(guī)律的圖形，稱為軸力圖。畫軸力圖時(shí)，將正的軸力畫在軸線上方，負(fù)的軸力畫在軸線例題

解：（1）先求支反力固定端只有水平反力，設(shè)為XA，由整個(gè)桿平衡條件，－XA+5－3+2＝0，XA＝5+2－3＝4kN

（2）求桿各段軸力

力作用點(diǎn)為分段的交界點(diǎn)，該題應(yīng)分成AB、BD和DE三段。在AB段內(nèi)用任一橫截面1-1將桿截開后，研究左段桿的平衡。在截面上假設(shè)軸力N1為拉力如圖4-8(b)。

由平衡條件得

N1－XA＝0，N1＝4kN。結(jié)果為正，說(shuō)明原假設(shè)拉力是正確的。在BC及CD段，橫截面積雖有改變，但平衡方程式與截面大小無(wú)關(guān)，故只取一段。如在BD段用任一截面2-2將桿截開，研究左段桿的平衡。在截面上軸力N2仍設(shè)為拉力如圖（c）。由平衡條件，N2+5－4＝0，N2＝－1kN。

結(jié)果為負(fù)，說(shuō)明實(shí)際方向與原假設(shè)的N2方向相反，即為壓力。同理在DE段，用任一截面3-3將桿截開，研究右段桿的平衡，因?yàn)樵摋U段的外力較少，計(jì)算簡(jiǎn)例，假設(shè)軸力N3為拉力如圖（d），由，得N3＝2kN。

結(jié)果為負(fù)，說(shuō)明實(shí)際方向與原假設(shè)的N2方向相反，即為壓力。

同理在DE段，用任一截面3-3將桿截開，研究右段桿的平衡，因?yàn)樵摋U段的外力較少，計(jì)算簡(jiǎn)例，假設(shè)軸力N3為拉力如圖（d），由，得N3＝2kN。

（3）作軸力圖取一直角坐標(biāo)系，以與桿軸平行的坐標(biāo)軸x表示截面位置，對(duì)齊原題圖下方畫出坐標(biāo)軸。然后，選定比例尺，縱坐標(biāo)N表示各段軸力大小。根據(jù)各截面軸力的大小和正負(fù)號(hào)畫出桿軸力圖。如圖（e）由軸力圖可看出，最大軸力Nmax＝4kN，發(fā)生在AB段內(nèi)。金屬（鋼材）材料的拉伸為便于比較不同精細(xì)試件的工作段在拉斷后的變形程度，通常將圓截