§4 圆轴的扭转
在外力偶矩作用下使轴发生绕轴线的转动，即扭转变形。
在物体对称两侧作用大小相等、方向相反的一对力。
过程控制系统与仪表 第1章
扭矩图
扭矩正负：右手螺旋法则 拇指背离截面为正 拇指指向截面为负
过程控制系统与仪表 第1章 切应力分布如图，扭转强度条件为：
过程控制系统与仪表 第1章
§5 弯曲
机器运转时载荷不均匀， 分布也不均匀，故：
实际载荷>名义载荷
Fca=KF， Tca=KT， Pca=KP
K——载荷系数
过程控制系统与仪表 第1章
应力的分类
静应力 应力
变应力
过程控制系统与仪表 第1章
r=1 静应力
r=0 脉动循环应力
r = -1 对称循环应力
非对称循环应力
过程控制系统与仪表 第1章
CB段： M(x)=FRAx-F(x-a) (a≤x≤L) =FRB(L-x) (a≤x≤L)
过程控制系统与仪表 第1章 二、弯曲应力与强度条件
强度条件为：
弯曲应力分布
抗弯截面系数Wz：
过程控制系统与仪表 第1章
§6 疲劳强度概述
一、载荷与应力的分类
载荷的分类
静载荷 载荷
变载荷
名义载荷 载荷
计算载荷
弹性阶段：Oa段+ab段，弹性 变形，a点应力比例极限，b点 应力弹性极限。
屈服阶段：bc段，不增大载荷 时，应变明显增大，失去抵抗， 称为屈服现象，最低点c点应力
屈服极限s。 lim =s
强化阶段：cd段，增大变形， 需增大拉力，称为材料的强化，
最高点d点应力强度极限b。
颈缩阶段：de段，试件局部变 细，出现颈缩现象，继续变形 所需拉力减小，e点试样断裂。
1. 拉伸
2. 压缩
过程控制系统与仪表 第1章
3. 挤压和剪切
4. 扭转
5. 弯曲
过程控制系统与仪表 第1章
§2 轴的拉伸和压缩
一、横截面上的内力和应力
F F
F
F
受拉 拉伸变形
F
F
受压 压缩变形
过程控制系统与仪表 第1章
外力 内力
根据内力并不能判断轴的强度。 应力：截面上单位面积所受内力。
轴向拉压时的强度条件：
A——危险截面面积，mm2； F——轴向力，N；
——应力，MPa。
过程控制系统与仪表 第1章 四、应力集中
零件截面突变的地方，应力急剧增大，即应力集中。
应力集中往往是零件破坏的根源，零件截面突变越 明显，应力集中越大，因此设计零件时应减少截面突变。
过程控制系统与仪表 第1章
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，碳钢一般E=190~210 GPa
过程控制系统与仪表 第1章
三、轴向拉压的强度条件
零件轴向拉压时要满足强度条件： < lim 塑性材料：lim= s，脆性材料：lim= b。
实际强度计算中，需留出一定安全裕度，引入许用应力[]。
S——安全系数，其取值要恰当，可查手册。
例题：铁水包吊杆为矩形截面，尺寸如图。吊杆材料许用 应力[]=80MPa，铁水包自重8kN，最多可装30kN 重的铁水，试校核吊杆的强度。
过程控制系统与仪表 第1章
§3 剪切和挤压
FS——剪力，F——挤压力
过程控制系统与仪表 第1章
剪切强度
挤压强度
两个零件相互挤压时，被挤压面受挤压应力：
过程控பைடு நூலகம்系统与仪表 第1章
F
a
n
σ
0
t
a
静应力只能由静载荷产生，
σ 0
变应力可能由变载荷或静载荷
t
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 第1章
二、疲劳破坏 产生微小裂纹
表面光滑
微裂纹逐渐扩展
突然脆性断裂 疲劳断裂具有以下特征：
表面粗糙
最大应力远小于材料极限应力。 疲劳断口：无明显塑性变形的脆性突然断裂。 疲劳断裂是微观损伤累积到一定程度的结果。 断裂面累积损伤区：表面光滑；折断区：表面粗糙。
过程控制系统与仪表 第1章
过程控制系统与仪表 第1章
铸铁拉伸时的力学性能
• 弹性变形无直线部分 • 无屈服现象和颈缩现象 • 断裂时强度极限不高，应变小
lim =b
过程控制系统与仪表 第1章
金属材料压缩时的力学性能
低碳钢受压
铸铁受压 铸铁抗压能力大于抗拉能力。
过程控制系统与仪表 第1章
胡克定律和泊松比
平衡方程：ΣFx=0
FA=F
应力单位：MPa=N/mm2 根据应力也不能判断轴的强度。
过程控制系统与仪表 第1章 二、金属材料的力学性能
低碳钢拉伸时的力学性能
标准试样 尺寸d0，L0
拉伸试验力-伸长量线图 消除尺寸影响：
F 应力 =F/A0 l 应变 =l/L0
过程控制系统与仪表 第1章
应力-应变线图
过大的弹性变形、连接松动、打滑等。
过程控制系统与仪表 第1章
对受载零件而言，零件的工作能力为承载能力，主要包 括强度和刚度两个方面。
强度：指零件在外载下抵抗断裂和塑性变形的能力。 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
刚度不足影响加工精度
过程控制系统与仪表 第1章 二、机械零件变形的基本形式
外力垂直于杆件轴线，使轴 线由直线变为曲线，即弯曲变形。
梁，载荷作用于纵向对称面。
过程控制系统与仪表 第1章 一、弯曲内力
F
简支梁
F
F
外伸梁 悬臂梁
F 弯矩：M=FRAL1-F1(L1-a) 剪力：FS=FRA-F1
过程控制系统与仪表 第1章 弯矩正负：
AC段： M(x)=FRAx (0≤x≤a)
工业设过计程机械控基制础系统与仪表 第1章
第三章 机械设计力学基础
§1 机械零件工作能力及变形形式 §2 轴的拉伸和压缩 §3 剪切和挤压 §4 圆轴的扭转 §5 弯曲 §6 疲劳强度概述
过程控制系统与仪表 第1章
§1 机械零件工作能力及变形形式
一、机械零件的工作能力
工作能力：机械零件不发生失效的安全工作限度。 失效：零件丧失工作能力或达不到设计要求。≠ 破坏 常见失效形式：断裂、塑性变形、疲劳破坏、表面磨损、