《機(jī)械基礎(chǔ)電子PPT電子課件教案第9章 平面連桿機(jī)構(gòu)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械基礎(chǔ)電子PPT電子課件教案第9章 平面連桿機(jī)構(gòu)（98頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 9.2 滑塊四桿機(jī)構(gòu)滑塊四桿機(jī)構(gòu) 9.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 9.4 桿件的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算桿件的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算 9.5 軸向拉壓桿的應(yīng)力、變形和強(qiáng)度計(jì)算軸向拉壓桿的應(yīng)力、變形和強(qiáng)度計(jì)算 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：通過轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)而成的構(gòu)件稱為。 如圖9-1。機(jī)架：機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件。連架桿：連架桿：與機(jī)架相連的構(gòu)件。連桿：連桿：不與機(jī)架相連的構(gòu)件。搖桿：搖桿：不能繞機(jī)架做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。曲柄：曲柄：能繞機(jī)架做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。1.1.曲柄搖

2、桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果兩個(gè)連架桿一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，這種機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 如圖9-2、9-3所示。 運(yùn)動(dòng)特性：見第三節(jié)9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-2汽車前窗雨刷器 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-3腳踏砂輪機(jī)機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2.2.雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果兩連架桿均為曲柄，這種機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。 如圖9-4所示（兩曲柄長(zhǎng)度不一樣）的慣性篩即為雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。當(dāng)從動(dòng)曲柄CD作變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使篩子6具有所要求的加速度，篩中的物料靠慣性而達(dá)到篩分的目的。 如圖9-5所示（兩曲柄長(zhǎng)度一

3、樣）。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-4慣性篩機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-5平行雙曲柄機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 如果雙曲柄機(jī)構(gòu)的對(duì)邊構(gòu)件長(zhǎng)度相等而不平行，則稱為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。 如圖9-7所示，其特點(diǎn)為原動(dòng)曲柄AB等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄CD作反向變速轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖9-8所示的公共汽車的車門啟閉機(jī)構(gòu)就是這種機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-7反向雙曲柄機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-8車門開閉機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 3.3.雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果兩連架桿均為搖桿，這種機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。如圖9-10所示的汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)就是其應(yīng)用實(shí)例。9第9章平面連桿機(jī)構(gòu)

4、圖9-10汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.1.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型判別 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄存在的條件是：（1）最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于等于其余兩桿的長(zhǎng)度之和；（2）在機(jī)架和連架桿當(dāng)中必有一桿是最短桿。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型一般判定方法: 1、若最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于等于其余兩桿的長(zhǎng)度之和，則（1）當(dāng)取最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）當(dāng)取最短桿為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）當(dāng)取最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。2、若最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其余兩桿的長(zhǎng)度之和，則不論取哪一構(gòu)件為機(jī)架，均無曲柄存在，該機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)

5、構(gòu)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.2滑塊四桿機(jī)構(gòu)滑塊四桿機(jī)構(gòu) 1.1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可以看作是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演變而來的，如圖9-11（a）所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，搖桿上C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧mm。若搖桿CD的長(zhǎng)度趨于無窮大，即如圖9-11（b）所示時(shí)，回轉(zhuǎn)副中心D將位于無窮遠(yuǎn)處，C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡變成了直線，轉(zhuǎn)動(dòng)副D變成移動(dòng)副，從而演變成如圖9-11（c）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 根據(jù)滑塊導(dǎo)路中心線是否通過曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A分類： 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：如圖9-11（c）所示 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（偏距為e）：9-12所示9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-11曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的形成 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9

6、-12偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 曲柄存在的條件： 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：l1l2。 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：l1+e l2。應(yīng)用舉例： 蒸氣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)取圖9-11（c）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件AB為機(jī)架時(shí)，可得到如圖9-13所示的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件2為原動(dòng)件，構(gòu)件4稱為導(dǎo)桿，滑塊3相對(duì)導(dǎo)桿4滑動(dòng)并隨其一起繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)l1l2時(shí)，構(gòu)件2和4均可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)； 當(dāng)l1l2時(shí)，導(dǎo)桿4只能作往復(fù)擺動(dòng)，稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。應(yīng)用舉例： 牛頭刨床（擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）和插床（轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）等工作機(jī)構(gòu)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-13導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

7、9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 3.3.搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)在圖9-11（c）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取構(gòu)件2為機(jī)架，構(gòu)件1可作整周回轉(zhuǎn)，而滑塊3則成了只能繞機(jī)架上C點(diǎn)作往復(fù)擺動(dòng)的搖塊，故稱為搖塊機(jī)構(gòu)。 如圖9-14所示。 應(yīng)用舉例： 圖9-15所示的載貨汽車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)。9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-14搖塊機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-15載貨汽車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 4.4.定塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)在圖9-11(c)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，如果取滑塊3為機(jī)架，便得到如圖9-16所示的定塊機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用舉例： 如圖9-17所示的手搖唧筒。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-16定塊機(jī)構(gòu) 9第9章平

8、面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-17手搖唧筒 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.3平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 9.3.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1.急回特性急回特性如圖9-18所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)曲柄AB為原動(dòng)件，搖桿CD為從動(dòng)件。在曲柄回轉(zhuǎn)一周的過程中，曲柄AB與連桿BC有兩次共線，此時(shí)搖桿CD分別處于左、右兩個(gè)極限位置C1D和C2D，擺角為。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-18曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性分析9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)的急回特性常用行程速比系數(shù)K表示，即 180180212112ttvvK（9-1） 由式(9-1)可見，K值的大小取決于極位夾角。當(dāng)=0時(shí)，K=1，

9、機(jī)構(gòu)沒有急回特性；當(dāng)0時(shí)，K1，則機(jī)構(gòu)具有急回特性。K值的大小反映了機(jī)構(gòu)的急回劇烈程度，K值愈大，機(jī)構(gòu)的急回特性愈明顯。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 由上述分析可知，四桿機(jī)構(gòu)有無急回特性，一方面取決于從動(dòng)件是否存在工作和空回行程的極限位置，另一方面取決于極位夾角。當(dāng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件存在極限位置，且極位夾角0時(shí)，機(jī)構(gòu)才具有極回特性。在工程實(shí)際中，通常利用機(jī)構(gòu)的急回特性來縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。由式(9-1)可得： 11180KK(9-2) 設(shè)計(jì)具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，通常根據(jù)工作要求先選定行程速比系數(shù)K，然后由式（9-2）算出極位夾角，再通過作圖確定各構(gòu)件尺寸。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2.2.壓力

10、角與傳動(dòng)角壓力角與傳動(dòng)角實(shí)際生產(chǎn)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的要求: 是能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律; 是有較好的傳力性能，使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、輕便及高效。 注意:機(jī)構(gòu)的傳力性能與其壓力角有關(guān)。9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 在圖9-19所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，取曲柄AB為原動(dòng)件，搖桿CD為從動(dòng)件。若忽略各構(gòu)件的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦，則曲柄通過連桿作用于搖桿上C點(diǎn)的力F沿BC方向，它與受力點(diǎn)C的絕對(duì)速度vc之間所夾的銳角稱為壓力角。 力F沿vc方向的分力Ft=Fcos，是推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的有效分力；而沿?fù)u桿軸心線方向的分力Fn=Fsin會(huì)增大運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和磨損，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)不利，故稱為有害分力。 顯然，壓力角的大小是判別機(jī)構(gòu)傳力性能好壞

11、的一個(gè)重要參數(shù)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-19曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 3.死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置如圖9-18所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如以搖桿3為主動(dòng)件，曲柄1為從動(dòng)件，則機(jī)構(gòu)把搖桿3的往復(fù)擺動(dòng)變?yōu)榍?的整周轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)搖桿3擺到兩個(gè)極限位置C1D和C2D時(shí)，曲柄1與連桿2共線，若忽略各桿的質(zhì)量、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力，則連桿2成為二力桿。 搖桿3通過連桿2作用在曲柄1上的力正好通過曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A，該力對(duì)曲柄產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為零，故不能使曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的這種位置，稱為死點(diǎn)位置。 機(jī)構(gòu)有無死點(diǎn)位置，決定于從動(dòng)件與連桿能否共線。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)

12、構(gòu) 防止死點(diǎn)位置的機(jī)構(gòu)：如發(fā)動(dòng)機(jī)做一個(gè)大的飛輪就是為了防止死點(diǎn)位置。利用死點(diǎn)位置的機(jī)構(gòu)：如圖9-20所示，利用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置進(jìn)行工作。9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-20夾具處于死點(diǎn)位置 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.3.29.3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1.1.急回特性急回特性 圖9-21所示的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，由于極位夾角=0，即K=1，滑塊3的工作行程和返回行程平均速度相等，所以機(jī)構(gòu)沒有急回特性。 圖9-22所示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于0，即K1，所以機(jī)構(gòu)有急回特性。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-21對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖圖9-22偏置曲柄滑

13、塊機(jī)構(gòu)的急回特性偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2.2.死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置如圖9-21和圖9-22所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若以滑塊3為主動(dòng)件，當(dāng)滑塊3運(yùn)動(dòng)到兩個(gè)極限位置時(shí)，連桿2與曲柄1處于共線位置，則機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。 防止死點(diǎn)的辦法： 可采用如圖9-23所示的死點(diǎn)位置互相錯(cuò)開的幾個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使其共同控制一個(gè)從動(dòng)曲柄，這種方法在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中已得到應(yīng)用。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-23死點(diǎn)位置錯(cuò)開的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 3.傳動(dòng)角傳動(dòng)角在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件而滑塊為從動(dòng)件時(shí)，不論是對(duì)心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)還是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角min均出現(xiàn)在曲柄垂

14、直于滑塊導(dǎo)路的瞬時(shí)位置。 對(duì)心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)兩次出現(xiàn)最小傳動(dòng)角，而偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)只有在曲柄AB轉(zhuǎn)到如圖9-24所示的AB位置時(shí)，機(jī)構(gòu)才產(chǎn)生最小傳動(dòng)角min。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-24曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.4桿件的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算桿件的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算 內(nèi)力內(nèi)力? (199)9.4.1應(yīng)力的概念應(yīng)力的概念應(yīng)力是受力桿件某一截面上一點(diǎn)處的內(nèi)力分布密集程度。應(yīng)力是受力桿件某一截面上一點(diǎn)處的內(nèi)力分布密集程度。如圖9-25（a）所示的桿件，在截面m-m上任一點(diǎn)A的周圍取微小面積A，設(shè)在微面積A上分布的內(nèi)力的合力為F，一般情況下，F(xiàn)與截面不垂直，則F與A的比值稱為微面積

15、A上的平均應(yīng)力，用pm表示，即 AFpm9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 令微面積A趨近于零，由此所得平均應(yīng)力pm的極限值，用p表示： AFAFpAddlim0 p稱為O點(diǎn)處的應(yīng)力，它是一個(gè)矢量，通常將其分解為與截面垂直的分量和與截面相切的分量，稱為正應(yīng)力；稱為剪應(yīng)力(如圖9-25(b)所示)。 在我國法定計(jì)量單位中，應(yīng)力的單位為Pa，1Pa=1Nm2。9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-25點(diǎn)的應(yīng)力 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.4.29.4.2材料在軸向拉壓時(shí)的力學(xué)性能材料在軸向拉壓時(shí)的力學(xué)性能 材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下其強(qiáng)度和變形方材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下其強(qiáng)度和變形方面所表現(xiàn)的性能，面所表

16、現(xiàn)的性能，它是強(qiáng)度計(jì)算和選用材料的重要依據(jù)。 本節(jié)只討論在常溫和靜載條件下，材料在軸向拉壓時(shí)的力學(xué)性能. 所謂常溫就是指室溫，靜載是指平穩(wěn)緩慢加載至一定值后不再變化的載荷。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-26圓截面拉伸標(biāo)準(zhǔn)試樣 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 1.拉伸試驗(yàn)和應(yīng)力拉伸試驗(yàn)和應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線如圖9-26所示，試樣中間等直桿部分為試驗(yàn)段，其長(zhǎng)度l稱為標(biāo)距；試樣較粗的兩端是裝夾部分；標(biāo)距l(xiāng)與直徑d之比常取ld=10。其他形狀截面的標(biāo)準(zhǔn)試樣可參閱有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。拉伸試驗(yàn)在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試樣受到由零逐漸增加的拉力F的作用，同時(shí)發(fā)生伸長(zhǎng)變形，直至試樣斷裂為止。 此曲線稱為拉伸圖或F-l曲線(如圖9

17、-27（a）所示)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-27拉伸和應(yīng)力應(yīng)變圖 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2.低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能1）線彈性階段）線彈性階段圖9-27（b）中OA為一直線段，說明該段內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變成正比。直線部分的最高點(diǎn)A所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值p，稱為比例極限。 低碳鋼的比例極限p=190200MPa。彈性模量E即為直線OA的斜率，E=tan。當(dāng)應(yīng)力超過比例極限后，圖中的AA段已不是直線，但當(dāng)應(yīng)力值不超過A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力e時(shí)，如將外力卸去，試樣的變形也隨之全部消失，這種變形為彈性變形，e稱為彈性極限。9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2）屈服階段）屈服階段當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，圖上出現(xiàn)接

18、近水平的小鋸齒形波動(dòng)段BC，這說明此時(shí)應(yīng)力雖有小的波動(dòng)，但基本保持不變，而應(yīng)變卻迅速增加，材料暫時(shí)失去了抵抗變形的能力，這種應(yīng)力變化不大而變形顯著增加的現(xiàn)象稱為材料的屈服。BC段對(duì)應(yīng)的過程為屈服階段，屈服階段的最低應(yīng)力值較為穩(wěn)定，其值s稱為材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力。低碳鋼的屈服點(diǎn)應(yīng)力s=220240MPa。 屈服階段，在拋光試樣的表面，則可以看到試樣表面有與軸線大約成45的條紋，稱為滑移線，如圖9-28(a)所示。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 3）強(qiáng)化階段）強(qiáng)化階段屈服階段后，材料抵抗變形的能力有所恢復(fù)，在圖上表現(xiàn)為-曲線自曲線自C點(diǎn)開始又繼續(xù)上升，直到最高點(diǎn)點(diǎn)開始又繼續(xù)上升，直到最高點(diǎn)D為止。這為止。這種

19、材料又恢復(fù)抵抗變形能力的現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化種材料又恢復(fù)抵抗變形能力的現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化，CD段對(duì)應(yīng)的過程稱為材料的強(qiáng)化階段。曲線最高點(diǎn)D所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值用b表示，稱為材料的抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度，它是材料所能承受的最大應(yīng)力。低碳鋼的抗拉強(qiáng)度b=370490MPa。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 4 4）縮頸階段）縮頸階段應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后，在試樣較薄弱的橫截面處發(fā)生急劇的局部收縮，出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，如圖9-28(b)所示。從試驗(yàn)機(jī)上則看到試樣所受拉力逐漸降低，最終試樣被拉斷。這一階段為縮頸階段，在-曲線上為一段下降曲線DE。 圖9-28拉伸現(xiàn)象 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 試樣拉斷后，彈性變形消失，但塑性變形保留下來。

20、工程中常用試樣拉斷后殘留的塑性變形來表示材料的塑性性能，常用的塑性指標(biāo)有兩個(gè)常用的塑性指標(biāo)有兩個(gè)：伸長(zhǎng)率和斷面收縮率，分別為： %100%10011AAAlll式中，l是標(biāo)距原長(zhǎng)；l1是拉斷后標(biāo)距的長(zhǎng)度；A為試樣初始橫截積；A1為拉斷后縮頸處的最小橫截面積(如圖9-29所示)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-29低碳鋼拉伸試件斷裂后的形狀 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 工程上通常: 把伸長(zhǎng)率5%的材料稱為塑性材料，如鋼材、銅和鋁等； 把5的材料稱為脆性材料，如鑄鐵、磚石等。 綜上所述，綜上所述，s(屈服點(diǎn)應(yīng)力屈服點(diǎn)應(yīng)力)和和b(抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度)是衡量塑性材是衡量塑性材料強(qiáng)度的兩個(gè)重要指標(biāo)。料強(qiáng)度的兩個(gè)

21、重要指標(biāo)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)表明，如果將試樣拉伸到超過屈服點(diǎn)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)表明，如果將試樣拉伸到超過屈服點(diǎn)應(yīng)力s后的任一點(diǎn)，如圖后的任一點(diǎn)，如圖9-30中的中的F點(diǎn)，然后緩慢地卸載，這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，卸載過程中試樣的應(yīng)力點(diǎn)，然后緩慢地卸載，這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，卸載過程中試樣的應(yīng)力和應(yīng)變保持直線關(guān)系，沿著與和應(yīng)變保持直線關(guān)系，沿著與OA幾乎平行的直線幾乎平行的直線FG回到回到G點(diǎn)，而不是沿點(diǎn)，而不是沿原來的加載曲線回到原來的加載曲線回到O點(diǎn)。點(diǎn)。OG是試樣殘留下來的塑性應(yīng)變，GH表示消失的彈性應(yīng)變。 如果卸載后接著重新加載，則如果卸載后接著重新加載，則-曲線將基本上沿著卸載時(shí)的直線曲線將基本上沿著卸載

22、時(shí)的直線GF上升到上升到F點(diǎn)，點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)以后的曲線仍與原來的點(diǎn)以后的曲線仍與原來的-曲線相同。曲線相同。 由此可見，將試樣拉到超過屈服點(diǎn)應(yīng)力后卸載，然后重新加載，材料的比例極限有所提高，而塑性變形減小，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-30應(yīng)力應(yīng)變圖 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 3.其他材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能其他材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能圖9-31給出了錳鋼、硬鋁、退火球墨鑄鐵和45鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線，這些都是塑性材料。但前三種材料沒有明顯的屈服階段. 對(duì)于沒有明顯屈服點(diǎn)應(yīng)力的塑性材料，工程上規(guī)定，取對(duì)于沒有明顯屈服點(diǎn)應(yīng)力的塑性材料，工程上規(guī)定，取對(duì)應(yīng)于試樣產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于試樣產(chǎn)生0.2%的塑性

23、應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值為材料的規(guī)定名的塑性應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值為材料的規(guī)定名義屈服極限，義屈服極限，以0.2表示(如圖9-32所示)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-31其他材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變圖 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-32脆性材料屈服極限 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-33為灰鑄鐵拉伸時(shí)的-曲線。由圖可見，曲線沒有明顯的直線部分，既無屈服階段，也無縮頸現(xiàn)象；斷裂時(shí)應(yīng)變通常很小，斷口垂直于試樣軸線。 因鑄鐵構(gòu)件在實(shí)際使用的應(yīng)力范圍內(nèi)，其-曲線的曲率很小，實(shí)際計(jì)算時(shí)常近似地以圖實(shí)際計(jì)算時(shí)常近似地以圖9-33中的虛直線代替，即認(rèn)中的虛直線代替，即認(rèn)為應(yīng)力和應(yīng)變近似地滿足胡克定律。為應(yīng)力和應(yīng)變近似地滿足胡克定律。9

24、第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-33鑄鐵拉伸應(yīng)力應(yīng)變圖 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 4.材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能金屬材料的壓縮試樣，一般做成短圓柱體，為避免壓彎，其高度為直徑的1.53倍；非金屬材料，如水泥等，常用立方體形狀的試樣。圖9-34為低碳鋼拉伸、壓縮時(shí)的低碳鋼拉伸、壓縮時(shí)的-曲線曲線，可以看出，在彈性階段和屈服階段兩曲線是重合的。這表明低碳鋼在壓縮這表明低碳鋼在壓縮時(shí)的比例極限時(shí)的比例極限p、彈性極限、彈性極限e、彈性模量、彈性模量E和屈服點(diǎn)應(yīng)力和屈服點(diǎn)應(yīng)力s等等都與拉伸時(shí)基本相同。都與拉伸時(shí)基本相同。 進(jìn)入強(qiáng)化階段后，兩曲線逐漸分離，壓縮曲線上升。由于應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，試樣被愈

25、壓愈扁，橫截面面積不斷增大，因此，一般無法測(cè)出低碳鋼材料的抗壓強(qiáng)度極限，對(duì)塑性材料一般不做壓縮試驗(yàn)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-34低碳鋼拉伸、壓縮應(yīng)力應(yīng)變圖 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 5.材料的強(qiáng)度指標(biāo)材料的強(qiáng)度指標(biāo)1）極限應(yīng)力）極限應(yīng)力0極限應(yīng)力0是指構(gòu)件斷裂或產(chǎn)生過大的變形不能正常使用的應(yīng)力值。對(duì)于塑性材料，取屈服極限對(duì)于塑性材料，取屈服極限s或名義屈服極限或名義屈服極限0.2作為其極限應(yīng)力；對(duì)脆性材料，取斷裂時(shí)的強(qiáng)度極限作為其極限應(yīng)力；對(duì)脆性材料，取斷裂時(shí)的強(qiáng)度極限b作作為極限應(yīng)力。為極限應(yīng)力。即塑性材料：0 =s或0.2 脆性材料:0 =b。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2）許用應(yīng)力與安全系

26、數(shù)）許用應(yīng)力與安全系數(shù)許用應(yīng)力是構(gòu)件在工作時(shí)容許承擔(dān)的最大應(yīng)力。為了安全，許用應(yīng)力是將極限應(yīng)力0除以大于1的系數(shù)而得到的，用表示，即 n0式中：n為大于1的系數(shù)，稱為安全系數(shù)。在常溫、靜載下，在常溫、靜載下，塑性材料的安全系數(shù)一般為塑性材料的安全系數(shù)一般為1.41.7，脆性材料的安全系數(shù)，脆性材料的安全系數(shù)為為2.53.0。各種材料的許用應(yīng)力值，一般由國家有關(guān)部門制定，以規(guī)范的形式給出。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.5軸向拉壓桿的應(yīng)力、變形和強(qiáng)度計(jì)算軸向拉壓桿的應(yīng)力、變形和強(qiáng)度計(jì)算 在工程實(shí)際中，許多構(gòu)件承受拉力和壓力的作用，如圖9-36所示的起重機(jī)吊架中. 這類桿件的受力特點(diǎn)這類桿件的受力特點(diǎn)

27、：桿件承受外力的作用線與桿件軸線重合； 變形特點(diǎn)是變形特點(diǎn)是：桿件沿軸線方向伸長(zhǎng)或縮短，這種變形形式稱為軸向拉伸或壓縮，簡(jiǎn)稱拉伸或壓縮。 它們都可以簡(jiǎn)化成如圖9-37所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-36起重機(jī)吊架 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-37拉、壓桿件受力計(jì)算簡(jiǎn)圖 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.5.19.5.1橫截面上的正應(yīng)力橫截面上的正應(yīng)力要確定拉壓桿橫截面上的應(yīng)力，必須了解其內(nèi)力系在橫要確定拉壓桿橫截面上的應(yīng)力，必須了解其內(nèi)力系在橫截面上的分布規(guī)律。截面上的分布規(guī)律。 由于力與變形有關(guān)，因此，首先分析桿的變形。取一等截面直桿，事先在其表面畫兩條橫截面的邊界線（ab和cd）和許

28、多與軸線平行的縱向線（如圖9-38（a）所示），然后在兩端沿軸線施加拉力P（如圖9-38（b）所示），可發(fā)現(xiàn)：（1）所有縱向線發(fā)生伸長(zhǎng)，且伸長(zhǎng)量相等；（2）橫截面邊界線沿軸線發(fā)生相對(duì)平移，ab、cd分別移至ab和cd，但仍為直線，并仍與縱向線垂直。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)這一現(xiàn)象可作如下假設(shè)： 變形前為平面的橫截面，變形后仍為平面，但沿軸向發(fā)生了平移，此假設(shè)稱為平面假設(shè)。根據(jù)平面假設(shè)，任意兩橫截面間的各縱向纖維的伸長(zhǎng)量（或縮短量）均相同， 由材料的均勻性、連續(xù)性假設(shè)可知：內(nèi)力在橫截面上的由材料的均勻性、連續(xù)性假設(shè)可知：內(nèi)力在橫截面上的分布是均勻的，即橫截面上各點(diǎn)處的應(yīng)力大小相等，其方向分布

29、是均勻的，即橫截面上各點(diǎn)處的應(yīng)力大小相等，其方向與橫截面上軸力與橫截面上軸力N N一致，垂直于橫截面，一致，垂直于橫截面，故為正應(yīng)力，如圖9-39所示。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-38拉伸變形 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-39拉應(yīng)力分布 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 設(shè)桿的橫截面面積為A，軸力為N，則該橫截面上的正應(yīng)力為： AN(9-5) 當(dāng)桿發(fā)生軸向壓縮時(shí)，上式同樣適用。的正負(fù)號(hào)規(guī)定與軸的正負(fù)號(hào)規(guī)定與軸力相同力相同, ,拉應(yīng)力為正，壓拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。應(yīng)力為負(fù)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 例例9-1一段正中開槽的直桿(如圖9-40（a）所示)，承受軸向載荷F=20kN的作用，如圖9-40所示。已

30、知h=25mm，h0=10mm，b=20mm。試求桿內(nèi)的最大正應(yīng)力。 解解：（1）計(jì)算軸力。用截面法求得桿中各橫截面上的軸力均為 N=-F=-20kN 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-40開槽直桿應(yīng)力分析 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) （2 2）計(jì)算最大正應(yīng)力）計(jì)算最大正應(yīng)力。由于整個(gè)桿件軸力相同，最大正應(yīng)力發(fā)生在面積較小的橫截面上，即開槽部分橫截面上。開槽部分的橫截面面積A為 A=(h-h0)b=(25-10)20=300mm2 則桿件內(nèi)的最大正應(yīng)力max為 MPa7 .66Pa107 .66m10300N10206263maxAFN負(fù)號(hào)表示最大應(yīng)力為壓應(yīng)力。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.5.2軸向拉壓桿

31、的變形、軸向拉壓桿的變形、胡克定律胡克定律1.軸向拉壓桿的變形軸向拉壓桿的變形實(shí)驗(yàn)表明，桿件在軸向拉力或壓力的作用下，將沿軸線方向伸長(zhǎng)或縮短，如圖9-41所示，圖中實(shí)線為變形前的形狀，虛線為變形后的形狀。設(shè)l為桿件變形前的長(zhǎng)度，l1為桿件變形后的長(zhǎng)度，則變形后的長(zhǎng)度改變量為 l=l1-l l稱為桿件的絕對(duì)伸長(zhǎng)或縮短，即總的伸長(zhǎng)量或縮短量，其單位為m或mm。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-41軸向拉壓桿件的變形分析 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 為了消除桿件原尺寸對(duì)變形大小的影響，用絕對(duì)伸長(zhǎng)量為了消除桿件原尺寸對(duì)變形大小的影響，用絕對(duì)伸長(zhǎng)量除以桿件的初始尺寸，即得單位伸長(zhǎng)，稱為縱向線應(yīng)變，簡(jiǎn)除以桿件的初始

32、尺寸，即得單位伸長(zhǎng)，稱為縱向線應(yīng)變，簡(jiǎn)稱線應(yīng)變，常用稱線應(yīng)變，常用表示。表示。線應(yīng)變的正負(fù)號(hào)與l一致，拉伸時(shí)為正，壓縮時(shí)為負(fù)。 ll(9-6) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 2.2.胡克定律胡克定律軸向拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)桿橫截面上的正應(yīng)力不超過某一限度時(shí)，正應(yīng)力正應(yīng)力與相與相應(yīng)的縱向線應(yīng)變應(yīng)的縱向線應(yīng)變成正比，成正比，即 =E (9-7) 式(9-7)稱為胡克定律。常數(shù)E稱為材料的彈性模量，對(duì)同一材料，E為常數(shù)，彈性模量具有和應(yīng)力相同的單位，常用GPa表示。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 若將式=FN/A和=l/l代入式（9-7），則得胡克定律的另一表達(dá)式： EANll (9-8) 式式(9-8)表明：表

33、明： 當(dāng)桿橫截面上的正應(yīng)力不超過某一限度時(shí)，桿的絕對(duì)當(dāng)桿橫截面上的正應(yīng)力不超過某一限度時(shí)，桿的絕對(duì)變形變形l與軸力與軸力N、桿長(zhǎng)、桿長(zhǎng)l成正比，而與橫截面面積成正比，而與橫截面面積A、材料的、材料的彈性模量彈性模量E成反比。成反比。 EA反映了桿件抵抗拉伸(壓縮)變形的能力，故稱其為桿的抗拉抗拉(壓壓)剛度剛度。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 例例9-2階梯狀直桿受力如圖9-43(a)所示，試求整個(gè)桿的總變形量。已知其橫截面面積分別為，ACD=300mm2，AAB=ABC=500mm2，彈性模量E=200GPa。 解解：（：（1）作軸力圖）作軸力圖。用截面法求得CD段和BC段的軸力NCD=NBC=-1

34、0kN，AB段的軸力NAB=20kN，畫出桿的軸力圖(如圖9-43（b）所示)。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-43階梯狀直桿變形量計(jì)算 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) （2）計(jì)算各段桿的變形量）計(jì)算各段桿的變形量（應(yīng)用胡克定律分別求出各段桿的變形量）。 )m(10210500102001 . 010205693ABABABABEAlNl)m(1067. 110300102001 . 01010)m(10110500102001 . 0101056935693CDCDCDCDBCBCBCABEAlNlEAlNl9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) （3）計(jì)算桿的總變形量）計(jì)算桿的總變形量。桿的總變形量等于各段變形量之和。

35、 l=lAB+lBC+lCD=(2-1-1.67)10-5=-0.6710-5(m) 計(jì)算結(jié)果為負(fù)，說明桿的總變形為壓縮變形。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.5.3強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算為了保證拉(壓)桿安全正常地工作，必須使桿內(nèi)的最大工作應(yīng)力max不超過材料的拉伸(或壓縮)許用應(yīng)力，即 max 上式稱為拉(壓)桿的強(qiáng)度條件。對(duì)于拉伸與壓縮許用應(yīng)力不等的材料，須分別校核最大拉應(yīng)力、最大壓應(yīng)力強(qiáng)度條件。對(duì)于等截面桿件，式(9-9)可寫成 maxmaxAN(9-10) 式中：Nmax和A分別為危險(xiǎn)截面上的軸力及其橫截面面積。 (9-9) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 利用強(qiáng)度條件，可以解決下列三種強(qiáng)度計(jì)算問題：利用

36、強(qiáng)度條件，可以解決下列三種強(qiáng)度計(jì)算問題：(1)校核強(qiáng)度。校核強(qiáng)度。已知桿件的尺寸、所受載荷和材料的許用應(yīng)力，根據(jù)式(9-9)校核桿件是否滿足強(qiáng)度條件。(2)設(shè)計(jì)截面設(shè)計(jì)截面。已知桿件所承受的載荷及材料的許用應(yīng)力，確定桿件所需的最小橫截面面積A，由式(9-10)得 maxNA(9-11) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) (3)(3)確定承載能力確定承載能力。已知桿件的橫截面尺寸及材料的許用應(yīng)力，確定許用荷載。由式(9-10)確定桿件最大許用軸力 ANmax(9-12) 然后即可求出結(jié)構(gòu)的許用載荷。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 例例9-39-3某機(jī)構(gòu)的連桿直徑d=240mm，承受最大軸向外力F=3780kN，連桿

37、材料的許用應(yīng)力=90MPa。試校核連桿的強(qiáng)度。解：解： (1)求活塞桿的軸力。由題意可用截面法求得連桿的軸力為N=F=3780kN(2)校核圓截面連桿的強(qiáng)度。連桿橫截面上的正應(yīng)力為 MPa6 .834/(240mm)N10378023AN故圓截面連桿的強(qiáng)度足夠。 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.5.49.5.4應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中的概念桿橫截面尺寸突然變化，造成橫截面突變處的局部區(qū)域桿橫截面尺寸突然變化，造成橫截面突變處的局部區(qū)域內(nèi)應(yīng)力急劇增大內(nèi)應(yīng)力急劇增大。 將這種橫截面尺寸突然變化處應(yīng)力急劇增將這種橫截面尺寸突然變化處應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象稱為大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中應(yīng)力集中. . 如圖9-44所示。

38、 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-44應(yīng)力集中 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 9.5.5壓桿穩(wěn)定的概念壓桿穩(wěn)定的概念在研究壓桿的強(qiáng)度問題時(shí)，認(rèn)為只要壓桿滿足強(qiáng)度條件，研究壓桿的強(qiáng)度問題時(shí)，認(rèn)為只要壓桿滿足強(qiáng)度條件，就能保證安全工作。這個(gè)結(jié)論對(duì)于短粗壓桿是正確的，但對(duì)于就能保證安全工作。這個(gè)結(jié)論對(duì)于短粗壓桿是正確的，但對(duì)于細(xì)長(zhǎng)壓桿就不適用了細(xì)長(zhǎng)壓桿就不適用了. 例如，一根寬30mm，厚2mm，長(zhǎng)400mm的鋼板條，其材料的許用應(yīng)力=160MPa。按壓縮強(qiáng)度條件計(jì)算，它的承載能力為 FA=0.030.002160106=9600(N) 9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力還沒有達(dá)到但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力還沒有達(dá)到70N70N時(shí)，它就開始彎曲，時(shí)，它就開始彎曲，如圖如圖9-459-45所示；若壓力繼續(xù)增大，則彎曲變形急劇增加，最所示；若壓力繼續(xù)增大，則彎曲變形急劇增加，最后折斷，此時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于后折斷，此時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于9600N9600N。 壓桿之所以喪失工作能力，是由于它不能保持原來的直線狀態(tài)造成的。由此可見，細(xì)長(zhǎng)壓桿的承載能力不是取決于由此可見，細(xì)長(zhǎng)壓桿的承載能力不是取決于它的壓縮強(qiáng)度條件，而是取決于它保持直線平衡狀態(tài)的能力。它的壓縮強(qiáng)度條件，而是取決于它保持直線平衡狀態(tài)的能力。壓桿喪失保持原有直線平衡狀態(tài)的能力而破壞的現(xiàn)象稱為喪失穩(wěn)定，簡(jiǎn)稱失穩(wěn)。9第9章平面連桿機(jī)構(gòu) 圖9-45 壓桿穩(wěn)定