1、第四章桿件的基本變形桿件的變形圖1-39 套筒扭力扳手操作示意圖桿件四種基本變形桿件長度遠大于橫截面尺寸的構件。軸向拉壓變形剪切變形扭轉變形彎曲變形第一節 拉伸與壓縮玩一玩這是一個人鏈游戲，請5位同學A、B、C、D和E上講臺，其中三位A、B和C站在黑板前，手挽手、肩并肩，形成一個整體；另兩位同學D和E用老師事先準備好有一定寬度的帶子分別挽上站在兩側A和C同學的左、右手臂。然后，DE兩同學則用帶子牽引試圖將ABC三人拉開，中間ABC三位同學應用力挽緊所扣手臂，不使整體破壞。如圖4-1所示，不管是否被拉開，只要形成對抗，游戲結束。圖4-1 人鏈游戲示意圖內力與截面法內力是直接與桿件的強弱程度相聯系

2、的。為了解決強弱程度，即強度問題，必須求出在外力作用下桿件內力的大小。圖4-2 截面法示意圖截面法是分析桿件內力的唯一方法圖4-2 截面法示意圖截面法截：確定需求內力的截面，并沿截面假想地把構件切開。取：選取其中一部分為研究對象。代：將截去部分對研究對象的作用，以截面上的未知內力來代替。 平：根據研究對象的平衡條件，建立平衡方程，以確定未知內力的大小和方向。 例4-1 如圖4-3a所示，設一桿沿軸線同時受力 F1、F2 、F3 的作用，其作用點分別為A、C、 B，求桿各橫截面上的軸力。圖4-3 例4-1題圖例4-1的解解，1.橫截面1-1圖4-3 例4-1題圖例4-1的解2.橫截面2-2圖4-

3、3 例4-1題圖拉伸與壓縮概念受力特點是：作用于桿件上的外力合力的作用線沿桿件軸線。變形特點是：沿軸線方向產生縱向伸長或縮短。以軸向伸長為主要變形特征的桿件稱為拉桿。以軸向壓縮為主要變形特征的桿件稱為壓桿。拉伸與壓縮實例圖4-5 發動機連桿圖4-6 汽車轉向拉桿應力 （a）清障通用硬杠 （b）拖小型車專用硬杠圖4-7 道路清障用大小兩種硬杠 應力桿件在外力作用下，單位面積上的內力稱為應力。公式描述了內力在橫截面上的密集程度。垂直于截面的應力，稱為正應力。當軸向為拉力時，截面上的應力為拉應力，以正號表示拉應力。軸力為壓力時，截面上的壓力為壓應力，以負號表示壓應力。例4-2 如圖4-7a、b分別為

4、道路清障通用硬杠和拖小型車專用硬杠，截面均為圓形。通用型硬杠D=70mm，小型車硬杠d=30mm，若拖動大型車所需力，即作用在通用硬杠上拉力 ，拉動小型車所需力，即作用在拖小型車專用硬杠上拉力 ，試求兩硬杠截面上的正應力。 例4-2的解 Fx1= 0， FN1 F1 = 0 FN1 = F1 = 2 kNFx2= 0， FN2 F2 = 0 FN2 = F2= 0.5 kN圖4-4拉伸和壓縮受力簡圖例4-2的解 應力集中因截面尺寸改變而引起應力局部增大的現象稱為應力集中。這些應力集中點通常就是桿件的強度薄弱處。圖4-8 汽車車軸根部斷裂的情形胡克定律圖4-9 彈簧測力計胡克定律應用圖4-10

5、指針式扭力扳手彈性模量低碳鋼（Q235）的E為200-210 GPa，鑄鐵的E為113-157GPa，鋁合金的E約為70GPa，橡膠的E約為0.00785GPa。 胡克定律 例4-3 若例4-2中硬杠采用低碳鋼（Q235，取E205 GPa）材料制成，通用硬杠長度 為3m，小型車硬杠的長度 為1.8m，分別求出兩硬杠的伸長量。解 根據公式4-3，有通用硬杠伸長量小型車硬杠伸長量拉伸（壓縮）時材料的力學性質做一做將一根直徑4或5毫米鋁焊條（L109）用兩手反復折彎，直到焊條被斷裂，觀察焊條彎曲變形及斷裂情況，感受折彎焊條所需力的變化。圖4-11標準試件示意圖低碳鋼拉伸時的力學性質圖4-12低碳鋼

6、試件拉伸圖圖4-13低碳鋼應力應變圖低碳鋼應力應變圖分析彈性階段屈服階段強化階段局部變形階段圖4-14 滑移線和縮頸現象示意圖拉伸時力學性質應用圖4-16氣缸蓋固定螺栓檢驗作業標準（a）（b）鑄鐵拉伸時的力學性質應力和應變都很小，沒有屈服階段和縮頸現象，沒有明顯的直線段。拉斷時的最大應力 為材料的強度極限 。鑄鐵等脆性材料的抗拉強度很低，不及低碳鋼的強度極限的一半，不宜用作受拉桿件的材料。 圖4-15 灰鑄鐵應力應變圖材料壓縮時的力學性質圖4-17 低碳鋼壓縮曲線 圖4-18鑄鐵壓縮曲線安全系數和許用應力為了保證桿件的安全，必須使桿件在載荷作用下工作的最大應力低于材料的極限應力。強度貯備桿件是

7、安全程度的體現，人們將強度貯備的多少稱為安全系數。允許材料承受的最大應力，稱為材料的許用應力。許用應力值可由極限應力除以一個大于1的安全系數得到。第二節 剪切和擠壓做一做用普通手用老虎鉗來剪一般家用電線,如圖4-19。第一次可用力剪斷一載，第二次根據第一次剪斷電線所需的力，適當減力，將電線慢慢再剪下一截。圖4-19 用老虎鉗剪電線剪切的概念圖4-20 受剪切桿件受力變形特點及切應力示意圖（a）剪切特點受力特點是：作用于桿件兩側面上外力的合力大小相等、方向相反，且作用線相距很近；變形特點是：桿件沿兩力作用的截面發生相對的錯動。剪力和切應力在外力作用下發生剪切變形，在零件內部產生一個抵抗變形的力，稱為剪力 。切應力表示沿剪切面上應力分布的程度，即單位面積上所受到的剪力。剪切變形實例圖4-21 具有剪切變形的聯接件（a）（b）（a）圖4-22活塞銷示意圖圖4-23發動機吊裝架鉸鏈連接示意圖剪切變形實例活塞銷受力分析圖4-24活塞銷受力分析示意圖鍵聯接受力分析圖4-25 發動機曲軸與正時帶輪鍵聯接及受力分析示意圖擠壓和擠