2.5 组合变形(课件）-高一《机械基础》同步教学（电子工业版）

第2章 直杆的基本变形 *2.5 组合变形 　　在前文中，分别讨论了杆件在拉压、剪切、扭转、平面弯曲四种基本变形。但在工程实际中，受力构件所发生的变形往往是由两种或两种以上的基本变形所构成。删除 　　如图2-49 所示，长江三峡大坝在水压力和自身重力和载荷作用下，将产生压缩和弯曲的组合变形； 图2-49长江三峡大坝及其受力 如图图2-49所示，钻床立柱在受轴向拉伸的同时还有弯曲变形； 第2章 直杆的基本变形 如图2-50 所示，开口链环在受轴向拉伸的同时还有弯曲变形； 图2-50链环及其受力 　　如图2-51 所示，工厂厂房吊车梁的牛腿柱，受偏心压力作用将产生压缩与弯曲变形等。 第2章 直杆的基本变形 图2-51吊车梁的牛腿柱及其受力 如图2-52 所示，手摇绞车轴为扭转和弯曲变形的组合； 图2-52手摇绞车轴及其受力 第2章 直杆的基本变形 如图2-53 所示，简易起重机AB杆为压缩和弯曲变形的组合； 　图2-53简易起重机AB杆及其受力 　　将这种由两种或两种以上的基本变形所组成的变形称为组合变形。 　　常见组合变形的类型： 　（1）斜弯曲（图2-53）； 　（2）拉伸（压缩）与弯曲组合变形（图2-49、图2-50、图2-51、图2-52）； 　 （3）弯曲与扭转组合变形（图2-52）。　 第2章 直杆的基本变形 *2.6 交变应力与疲劳强度 　　前述研究的都是静裁荷作用下的强度问题。所谓静载荷，是指由零缓慢地增加到某一值后保持不变（或变动很小）的载荷。在工程中，尤其是在机械工程中，有许多构件承受随时间周期性变化的应力，这种应力称为交变应力，交变应力与疲劳破坏密切相关。 　　如图2-54（a）所示，作用于轮齿上的力P的大小、方向和作用点不断改变，使齿根A点处的弯曲应力由零迅速增到最大值，当一对啮合的齿脱开时，此处的应力迅速减为零。齿轮每旋转一周，对应的轮齿啮合一次。齿轮不停的旋转，应力也就不停的重复上述过程（图2-54b）。这种多次循环的变动载荷称为交变载荷。在交变载荷作用下，齿根A点处的弯曲应力由零增到最大值，再由最大减为零，不断变化着。 　　1．交变应力与疲劳破坏 　　交变应力实例一：齿轮传动 第2章 直杆的基本变形 （a）齿轮啮合 　　　 （b）交变应力图 图2-54齿轮传动 　　交变应力实例二：火车轮轴 　　火车轮轴在载荷远低于许用值的情况，使用一段时间后就会失效。火车的轮轴基本上是四点弯曲的圆截面梁，梁的顶面产生压应力而底面产生拉应力，参见图2-55所示。当轴转过半转后，底部变成顶部，而顶部则转到底部，因而轮轴表面特定部位材料所受到的应力，按正弦规律从拉变为压、再从压变为拉。这种载荷称为对称交变疲劳载荷。在交变载荷作用下，杆内横截面上的应力将由拉应力到压应力不断周期性交替变化着。 第2章 直杆的基本变形 图2-55火车轮轴 　　材料在交变应力作用下发生的破坏，称为疲劳破坏。它与静应力下的破坏有着本质的不同，其特点是： 　　①交变应力产生破坏时，最大应力低于静载下的材料的强度极限Rm，有时甚至低于屈服极限Rel； 　　②疲劳破坏时，材料发生突然断裂，即使塑性很好的材料，破坏时也无明显的塑性变形； 　　③构件疲劳破坏的断口上有裂纹的起源点和两个明显不同的区域：粗糙区和光滑区（图2-56）； 　　④在交变应力下，材料发生破坏的循环次数与应力大小有关；应力越大，循环次数越少。 第2章 直杆的基本变形 　　疲劳破坏的解释一般是：当交变应力的大小超过一定限度时，经过多次循环后，在构件的应力最大处或材料的缺陷处产生很细的裂纹，形成裂纹源。 图2-56疲劳破坏的断口 疲劳失效机理 裂纹源 光滑区 粗糙区 裂纹扩展 脆断 第2章 直杆的基本变形 　　随着应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩大，裂纹两边的材料时而压紧，时而分离，就形成了断口表面的光滑区。随着裂纹的不断扩大，构件横截面的有效面积逐渐缩小；当截面面积减小到一定程度时，由于一个突然的振动和冲击，使构件突然断裂，形成了断口的粗糙区。因此，疲劳破坏的过程，实际就是裂纹的产生、发展，直至构件最后断裂的全部过程。 　 　　2．疲劳破坏的危害 　　材料在交变应力作用下发生的破坏，称为疲劳破坏。疲劳是由于远低于屈服点的载荷反复作用而引起的损伤累积过程。这一过程十分危险，因为若载荷只作用一次，可能不会产生任何不良影响，而常规的应力分析会得出材料处于安全状态的假定，但实际上并非如此。 第2章 直杆的基本变形 疲劳破坏案例1 图2-57塔式起重机 　　2008年，某市的建筑工地中，一台塔机在混凝土起吊作业过程时，上半塔机部件倾覆，造成1人死亡，如图2-57所示。事故的原因是由于未对塔机进行基本的日常维护与