汽車發動機曲柄連桿機構失效分析第三組知識及能力要求掌握汽車構件受力分析及平衡條件掌握機構的運動分析和動力學分析理解連桿拉伸與壓縮變形了解曲軸的結構、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對曲柄連桿機構進行受力分析、運動分析和動力學分析能判斷汽車發動機曲柄連桿機構的失效和應用任務實施步驟查閱資料，了解機構的運動分析了解機構的動力學分析了解連桿拉伸與壓縮變形了解曲軸的結構、失效、材料及工藝軸向拉伸與壓縮拉伸和壓縮時的受力特點是：沿著桿件的軸線方向作用一對大小相等、方向相反的外力。當外力背離桿件時稱為軸向拉伸，外力指向桿件的稱為軸向壓縮拉伸和壓縮時的變形特點是：拉伸時桿件沿軸向伸長，橫向尺寸縮小；壓縮時桿件沿軸向縮短，橫向尺寸增大工程實例變形固體

固體材料在外力作用下都會或多或少的產生變形，將這些固體材料稱為變形固體。

變形固體在外力作用上會產生兩種不同性質的變形：一種是當外力消除時，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，是指長度遠大于其他兩個方向尺寸的構件。橫截面是與桿長方向垂直的截面，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(4)彎曲內力

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

用一假想平面將桿件在所求內力截面外截開，分為兩部分；(2)代替

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

列出研究對象上的靜力平衡方程，求解內力。應力將內力在一點處的分布集度，稱為應力。

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

應力p的方向與截面既不垂直也不相切。通常將應力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。垂直于截面的應力分量σ稱為正應力或法向應力；相切于截面的應力分量τ稱為切應力或切向應力(剪應力)應力的單位為Pa，常用單位是MPa或GPa軸力圖

將表明沿桿長各個橫截面上軸力變化規律的圖形，稱為軸力圖。畫軸力圖時，將正的軸力畫在軸線上方，負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，設為XA，由整個桿平衡條件，－XA+5－3+2＝0，XA＝5+2－3＝4kN

（2）求桿各段軸力

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

由平衡條件得

N1－XA＝0，N1＝4kN。結果為正，說明原假設拉力是正確的。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關，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仍設為拉力如圖（c）。由平衡條件，N2+5－4＝0，N2＝－1kN。

結果為負，說明實際方向與原假設的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，因為該桿段的外力較少，計算簡例，假設軸力N3為拉力如圖（d），由，得N3＝2kN。

結果為負，說明實際方向與原假設的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，因為該桿段的外力較少，計算簡例，假設軸力N3為拉力如圖（d），由，得N3＝2kN。

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