机械设计基础力学基础课件.ppt

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1、过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章 工业设计机械基础工业设计机械基础1 1 机械零件工作能力及变形形式机械零件工作能力及变形形式2 2 轴的拉伸和压缩轴的拉伸和压缩3 3 剪切和挤压剪切和挤压4 4 圆轴的扭转圆轴的扭转5 5 弯曲弯曲6 6 疲劳强度概述疲劳强度概述第第三三章章 机械设计力学基础机械设计力学基础过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章1 1 1 1 机械零件机械零件机械零件机械零件工作能力及变形形式工作能力及变形形式工作能力及变形形式工作能力及变形形式一、机械零件的工作能力一、机械零件的工作能力工作能力：机械零件不发生工作能力：机械零件不发生失效失效的安全工

2、作限度。的安全工作限度。失效失效：零件丧失工作能力或达不到设计要求。：零件丧失工作能力或达不到设计要求。破坏破坏常见失效形式：断裂、塑性变形、疲劳破坏、表面磨损、常见失效形式：断裂、塑性变形、疲劳破坏、表面磨损、过大的弹性变形、连接松动、打滑等。过大的弹性变形、连接松动、打滑等。过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章 对受载零件而言，零件的工作能力为承载能力，主要包对受载零件而言，零件的工作能力为承载能力，主要包括括强度强度和和刚度刚度两个方面。两个方面。强度：指零件在外载下抵抗断裂和塑性变形的能力。强度：指零件在外载下抵抗断裂和塑性变形的能力。刚度：指零件在外载下抵抗过大弹性变形的能

3、力。刚度：指零件在外载下抵抗过大弹性变形的能力。刚度不足影响强度刚度不足影响强度刚度不足影响加工精度刚度不足影响加工精度过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章二、机械零件变形的基本形式二、机械零件变形的基本形式1.拉伸拉伸2.压缩压缩过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章3.挤压和剪切挤压和剪切4.扭转扭转5.弯曲弯曲过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章2 2 2 2 轴的拉伸和压缩轴的拉伸和压缩轴的拉伸和压缩轴的拉伸和压缩一一、横截面上的内力和应力、横截面上的内力和应力FF受拉受拉拉伸变形拉伸变形FF受压受压压缩变形压缩变形FF过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第

4、第1章章外力外力内力内力平衡方程：平衡方程：Fx=0FA=F根据内力并不能判断轴的强度。根据内力并不能判断轴的强度。应力应力：截面上单位面积所受内力。：截面上单位面积所受内力。应力单位：应力单位：MPa=N/mm2根据应力也不能判断轴的强度。根据应力也不能判断轴的强度。过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章二、金属材料的力学性能二、金属材料的力学性能低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢拉伸时的力学性能标准试样标准试样尺寸尺寸d0，L0拉伸试验拉伸试验力力-伸长量伸长量线图线图消除尺寸影响：消除尺寸影响：F 应力应力 =F/A0 l应变应变 =l/L0过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章

5、章应力应力-应变线图应变线图弹性阶段弹性阶段弹性阶段弹性阶段：Oa段段+ab段，弹性段，弹性变形，变形，a点应力点应力比例极限比例极限比例极限比例极限，b点点应力应力弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限。屈服阶段屈服阶段屈服阶段屈服阶段：bc段，不增大载荷段，不增大载荷时，应变明显增大，失去抵抗，时，应变明显增大，失去抵抗，称为屈服现象，最低点称为屈服现象，最低点c点应力点应力屈服极限屈服极限屈服极限屈服极限 s s。lim=s强化阶段强化阶段强化阶段强化阶段：cd段，增大变形，段，增大变形，需增大拉力，称为材料的强化，需增大拉力，称为材料的强化，最高点最高点d点应力点应力强强强强度度度度极限极限

6、极限极限 b b。颈缩阶段颈缩阶段颈缩阶段颈缩阶段：de段，试件局部变段，试件局部变细，出现颈缩现象，继续变形细，出现颈缩现象，继续变形所需拉力减小，所需拉力减小，e点试样断裂。点试样断裂。过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章铸铁拉伸时的力学性能铸铁拉伸时的力学性能弹性弹性变形无直线部分变形无直线部分无屈服现象和颈缩现象无屈服现象和颈缩现象断裂时强度极限不高，应变小断裂时强度极限不高，应变小 lim=b过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章金属材料压缩时的力学性能金属材料压缩时的力学性能低碳钢受压低碳钢受压铸铁受压铸铁受压铸铁抗压

7、能力大于抗拉能力。铸铁抗压能力大于抗拉能力。过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章胡克定律和泊松比胡克定律和泊松比低碳钢拉伸试验时，在比例极限内，应力与应变成正比。低碳钢拉伸试验时，在比例极限内，应力与应变成正比。E弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量，碳钢一般，碳钢一般E=190210GPa过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章三三、轴向拉压的强度条件、轴向拉压的强度条件零件轴向拉压时要满足强度条件：零件轴向拉压时要满足强度条件：名义载荷名义载荷Fca=K F，Tca=K T，Pca=K PK载荷系数载荷系数过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章应力的分类应力的分类应力应

8、力静应力静应力变变应力应力过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章r=1静应力静应力r=-1对称循环应力对称循环应力r=0脉动循环应力脉动循环应力非对称循环非对称循环应力应力过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章Fnaa0tt0 静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏 过程控制系统与仪表过程控制系统与仪表第第1章章u最大应力远小于材料最大应力远小于材料极限应力极限应力。u 疲劳断口：无明显塑性变形的脆性突然断裂。疲劳断口：无明显塑性变形的脆性突然断裂。u 疲劳断裂是疲劳断裂是微观损伤累积到一定程度微观损伤累积到一定程度的结果。的结果。产生微小裂纹产生微小裂纹 疲劳断裂具有以下特征：疲劳断裂具有以下特征：u 断裂面累积损伤区：表面光滑；折断区：表面粗糙。断裂面累积损伤区：表面光滑；折断区：表面粗糙。表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙微裂纹逐渐扩展微裂纹逐渐扩展突然脆性断裂突然脆性断裂二、疲劳破坏二、疲劳破坏