汽車構(gòu)造 課件 1-2汽車構(gòu)件承載能力分析

模塊一汽車構(gòu)件力學(xué)分析

汽車構(gòu)件的靜力分析

汽車構(gòu)件承載能力分析汽車構(gòu)件承載能力分析1.能敘述桿件的受力特點(diǎn)與變形特點(diǎn)。2.能正確分析、計(jì)算桿件的內(nèi)力與應(yīng)力。3.能正確分析、計(jì)算構(gòu)件所受的剪切應(yīng)力與擠壓應(yīng)力。4.能正確分析、計(jì)算圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力與變形。學(xué)習(xí)目標(biāo)汽車構(gòu)件承載能力分析一、拉伸與壓縮引導(dǎo)問題：連接氣缸蓋與氣缸體的螺栓所受的載荷形式是什么？其變形特點(diǎn)是什么？如果變形過大，會造成哪些不良影響？如圖1-2-1所示的支架由兩條桿AB、AC組成，在A處受到向下的作用力F，則AB桿承受拉力，AC桿承受壓力。1.拉伸與壓縮的概念汽車構(gòu)件承載能力分析

二者具有相同的受力特點(diǎn)：作用在桿件兩端外力的合力大小相等、方向相反，且作用線與桿的軸線重合。桿件在這種外力作用下所產(chǎn)生的變形，使桿件產(chǎn)生沿軸線方向的伸長或縮短。桿件的這種變形形式稱為桿件的軸向拉伸與壓縮。對這類桿件的形狀和受力情況進(jìn)行簡化后，可用圖1-2-2所示的簡圖來表示。桿件受拉的時(shí)候伸長，受壓的時(shí)候縮短。汽車構(gòu)件承載能力分析2.內(nèi)力與截面法

構(gòu)件的材料是由許多質(zhì)點(diǎn)組成的。構(gòu)件不受外力作用時(shí)，材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間保持一定的相互作用力，使構(gòu)件具有固定形狀。當(dāng)構(gòu)件受外力作用產(chǎn)生變形時(shí)，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的相互位置發(fā)生改變，從而內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的力也發(fā)生變化。這種由外力作用而引起的受力構(gòu)件內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間相互作用力的改變量稱為附加內(nèi)力，簡稱內(nèi)力。內(nèi)力是由外力引起的，內(nèi)力隨外力的變化而變化，外力增大，內(nèi)力也增大，外力撤銷后，內(nèi)力也隨之消失。汽車構(gòu)件承載能力分析由于上述內(nèi)力的作用線與桿件的軸線重合，故把拉（壓）桿的這種內(nèi)力稱為軸力，其符號規(guī)定為：桿件受拉伸時(shí)，軸力背離截面，取正號，稱為拉力；反之取負(fù)號，稱為壓力。這樣，對于圖1-2-3中的桿件，無論取I或II段，所得的結(jié)果不僅數(shù)值相等，而且正負(fù)號相同，同時(shí)還可以根據(jù)軸力的正負(fù)號判別拉、壓兩種變形。這種取桿件的一部分為研究對象，利用靜力平衡方程求內(nèi)力的方法稱為截面法。汽車構(gòu)件承載能力分析3.應(yīng)力用同一材料制成的而橫截面面積不同的兩桿，在相同拉力作用下，隨著拉力的增加，橫截面積小的桿必然先被拉斷。這說明桿的強(qiáng)度不僅與軸力的大小有關(guān)，還與橫截面積的大小有關(guān)，即桿的強(qiáng)度取決于內(nèi)力在橫截面上分布的密集程度。內(nèi)力在某點(diǎn)上分布的密集度即為該點(diǎn)處的應(yīng)力p。汽車構(gòu)件承載能力分析應(yīng)力p是一個(gè)矢量，使用中常常將其分解成垂直于截面的分量σ和相切于截面的分量τ。σ稱為正應(yīng)力，τ稱為切應(yīng)力，如圖1-2-4所示。如果桿件受拉伸或壓縮，所受軸力為FN，桿的橫截面面積為A，則正應(yīng)力可按照式（1-2-2）計(jì)算。汽車構(gòu)件承載能力分析4.拉壓桿的強(qiáng)度條件在理想情況下，為了保證構(gòu)件能夠安全可靠地工作，而又能充分利用材料的強(qiáng)度潛能，最好使所設(shè)計(jì)構(gòu)件的工作應(yīng)力σ小于且接近于極限應(yīng)力σo，但實(shí)際上，由于很多不可控因素的存在，導(dǎo)致很難做到這一點(diǎn)。所以，必須使構(gòu)件留有一定的安全儲備，即對材料的極限應(yīng)力打個(gè)折扣，使構(gòu)件工作應(yīng)力的最大允許值不超過這個(gè)折扣值。這個(gè)允許值稱為許用應(yīng)力，用符號[σ]表示，即：式中n——為大于1的系數(shù)，稱為安全系數(shù)，用以表示構(gòu)件安全儲備的程度或強(qiáng)度的富余程度。汽車構(gòu)件承載能力分析為了使拉壓桿件在工作中安全可靠（即強(qiáng)度足夠），必須使其所受的最大工作正應(yīng)力σmax小于或等于許用正應(yīng)力[σ]，即利用式（1-2-4）可解決三種類型的強(qiáng)度計(jì)算問題：（1）校核強(qiáng)度若已知桿件尺寸、所受載荷和材料的許用應(yīng)力，則由式（1-2-5）校核桿件是否滿足強(qiáng)度要求，即汽車構(gòu)件承載能力分析（2）確定許用載荷已知桿件尺寸和材料的許用應(yīng)力，則由式（1-2-4）可得（3）設(shè)計(jì)截面尺寸已知桿件所受載荷和材料的許用應(yīng)力，則由式（1-2-4）可得已知F1=10kN；F2=20kN；F3=35kN；F4=25kN;試畫出圖示桿件的軸力圖。11例題1FN1F1解：1、計(jì)算各段的軸力。F1F3F2F4ABCD2233FN3F4FN2F1F2AB段BC段CD段2、繪制軸力圖。汽車構(gòu)件承載能力分析汽車構(gòu)件承載能力分析二、剪切與擠壓引導(dǎo)問題：汽車機(jī)械上常采用鍵、銷將兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件連接起來，鍵和銷受到的載荷特點(diǎn)是什么？將產(chǎn)生怎樣的變形？1.剪切的概念工程結(jié)構(gòu)中的許多連接件，如鉚釘、螺栓、鍵、銷等，受力后產(chǎn)生的主要變形為剪切。剪切原理見表1-2-1。汽車構(gòu)件承載能力分析

剪切受力特點(diǎn)為：作用在構(gòu)件兩側(cè)面上的外力合力大小相等、方向相反且作用線很近，剪切面上的內(nèi)力與剪切面平行，稱為剪力。

變形特點(diǎn)是：位于兩力之間的截面發(fā)生相對錯(cuò)動(dòng)。汽車構(gòu)件承載能力分析在剪切面上有切應(yīng)力τ存在。切應(yīng)力在剪切面上的分布情況十分復(fù)雜，工程上通常采用一種以實(shí)驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)用計(jì)算方法來計(jì)算，即假定剪切面上的切應(yīng)力τ是均勻分布的。2.剪切的實(shí)用計(jì)算式中A——剪切面面積；FS——剪切面上的剪力。為了使構(gòu)件不發(fā)生剪切破壞，要求剪切面上的平均切應(yīng)力不超過材料的許用切應(yīng)力，即剪切時(shí)的強(qiáng)度條件為式中[τ]——許用切應(yīng)力。剪切強(qiáng)度條件同樣可以解決三類問題：強(qiáng)度校核、設(shè)計(jì)截面尺寸和確定許用載荷。汽車構(gòu)件承載能力分析3.擠壓的概念鉚釘?shù)冗B接件在外力作用下發(fā)生剪切變形的同時(shí)，在連接件和被連接件的接觸面上相互壓緊，產(chǎn)生局部壓陷變形，嚴(yán)重時(shí)可致壓潰，這種現(xiàn)象稱為擠壓，如圖1-2-5所示。對鉚釘進(jìn)行受力分析，如圖1-2-6所示，鉚釘上半部分左側(cè)受到板的向右的壓力FC，鉚釘下半部分右側(cè)，受到板的向左的壓力FC，F(xiàn)C等于外力F。汽車構(gòu)件承載能力分析4.擠壓的實(shí)用計(jì)算擠壓應(yīng)力在擠壓面上的分布也很復(fù)雜。因此也采用實(shí)用計(jì)算法，假定擠壓應(yīng)力均勻地分布在計(jì)算擠壓面上，平均擠壓應(yīng)力即為式中AC——計(jì)算擠壓面面積。汽車構(gòu)件承載能力分析當(dāng)擠壓接觸面為平面時(shí)，接觸面的面積就是計(jì)算擠壓面面積；當(dāng)接觸面是半圓柱面時(shí)，取實(shí)際接觸面的正投影面的面積作為計(jì)算擠壓面面積，即取直徑平面的面積作為計(jì)算擠壓面面積，如圖1-2-7所示。由此可建立擠壓的強(qiáng)度條件為式中[σC]——材料的許用擠壓應(yīng)力。在圖1-2-7中擠壓接觸面為圓柱面，所以計(jì)算擠壓面面積為汽車構(gòu)件承載能力分析三、扭轉(zhuǎn)引導(dǎo)問題：汽車上的傳動(dòng)軸受到的載荷有什么特點(diǎn)？其變形特征是什么？1.扭轉(zhuǎn)的概念在汽車機(jī)械中，有很多構(gòu)件承受扭轉(zhuǎn)載荷。如圖1-2-8所示，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤把力偶作用在轉(zhuǎn)向軸的上端，在轉(zhuǎn)向軸的下端則受到來自轉(zhuǎn)向器的阻力偶作用。汽車構(gòu)件承載能力分析扭轉(zhuǎn)時(shí)，軸的受力特點(diǎn)為：圓截面直桿受到一對大小相等、方向相反、作用面垂直于桿的軸線的外力偶作用。扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形特征為，桿件的各個(gè)橫截面繞軸向發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1-2-9所示。汽車構(gòu)件承載能力分析2.扭轉(zhuǎn)的實(shí)用計(jì)算圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的切應(yīng)力τ的分布規(guī)律為：橫截面上任一點(diǎn)的切應(yīng)力大小與該點(diǎn)到圓心的距離成正比，并垂直于半徑方向呈線性分布，如圖1-2-10所示。此規(guī)律可用式（1-2-13）表示式中ρ——截面上任一點(diǎn)到中心的距離；T——所求截面上的轉(zhuǎn)矩值；IP——橫截面上對圓心的極慣性矩；τρ——半徑為ρ處的切應(yīng)力。汽車構(gòu)件承載能力分析

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