项目三第三组

汽车发动机曲柄连杆机构失效分析第三组知识及能力要求掌握汽车构件受力分析及平衡条件掌握机构的运动分析和动力学分析理解连杆拉伸与压缩变形了解曲轴的结构、失效、材料及工艺掌握影响钢性材料性能的因素及性能控制能够对曲柄连杆机构进行受力分析、运动分析和动力学分析能判断汽车发动机曲柄连杆机构的失效和应用任务实施步骤查阅资料，了解机构的运动分析了解机构的动力学分析了解连杆拉伸与压缩变形了解曲轴的结构、失效、材料及工艺轴向拉伸与压缩拉伸和压缩时的受力特点是：沿着杆件的轴线方向作用一对大小相等、方向相反的外力。当外力背离杆件时称为轴向拉伸，外力指向杆件的称为轴向压缩拉伸和压缩时的变形特点是：拉伸时杆件沿轴向伸长，横向尺寸缩小；压缩时杆件沿轴向缩短，横向尺寸增大工程实例变形固体

固体材料在外力作用下都会或多或少的产生变形，将这些固体材料称为变形固体。

变形固体在外力作用上会产生两种不同性质的变形：一种是当外力消除时，变形也随着消失，这种变形称为弹性变形；另一种是外力消除后，变形不能全部消失而留有残余，这种不能消失的残余变形称为塑性变形。一般情况下，物体受力后，既有弹性变形，又有塑性变形。只有弹性变形的物体称为理想弹性体。杆件

所谓杆件，是指长度远大于其他两个方向尺寸的构件。横截面是与杆长方向垂直的截面，而轴线是各截面形心的连线。杆各截面相同、且轴线为直线的杆，称为等截面直杆杆件变形的基本形式(1)轴向拉伸和压缩

(2)剪切(3)扭转(4)弯曲内力

杆件在外力作用下产生变形，从而杆件内部各部分之间就产生相互作用力，这种由外力引起的杆件内部之间的相互作用力，称为内力。截面法(1)截开

用一假想平面将杆件在所求内力截面外截开，分为两部分；(2)代替

取出其中任一部分为研究对象，以内力代替弃掉部分对所取部分的作用，画出受力图(3)平衡

列出研究对象上的静力平衡方程，求解内力。应力将内力在一点处的分布集度，称为应力。

为了分析图4-5a所示截面上任意一点E处的应力，围绕E点取一微小面积△A，作用在微小面积△A上的合内力记为△P，则比值称为△A上的平均应力。平均应力不能精确地表示E点处的内力分布集度。当△A无限趋近于零时，平均应力Pm的极限值p才能表示E点处的内力集度，即上式中p称为E点处的应力。

应力p的方向与截面既不垂直也不相切。通常将应力p分解为与截面垂直的法向分量σ和与截面相切的切向分量τ。垂直于截面的应力分量σ称为正应力或法向应力；相切于截面的应力分量τ称为切应力或切向应力(剪应力)应力的单位为Pa，常用单位是MPa或GPa轴力图

将表明沿杆长各个横截面上轴力变化规律的图形，称为轴力图。画轴力图时，将正的轴力画在轴线上方，负的轴力画在轴线例题

解：（1）先求支反力固定端只有水平反力，设为XA，由整个杆平衡条件，－XA+5－3+2＝0，XA＝5+2－3＝4kN

（2）求杆各段轴力

力作用点为分段的交界点，该题应分成AB、BD和DE三段。在AB段内用任一横截面1-1将杆截开后，研究左段杆的平衡。在截面上假设轴力N1为拉力如图4-8(b)。

由平衡条件得

N1－XA＝0，N1＝4kN。结果为正，说明原假设拉力是正确的。在BC及CD段，横截面积虽有改变，但平衡方程式与截面大小无关，故只取一段。如在BD段用任一截面2-2将杆截开，研究左段杆的平衡。在截面上轴力N2仍设为拉力如图（c）。由平衡条件，N2+5－4＝0，N2＝－1kN。

结果为负，说明实际方向与原假设的N2方向相反，即为压力。同理在DE段，用任一截面3-3将杆截开，研究右段杆的平衡，因为该杆段的外力较少，计算简例，假设轴力N3为拉力如图（d），由，得N3＝2kN。

结果为负，说明实际方向与原假设的N2方向相反，即为压力。

同理在DE段，用任一截面3-3将杆截开，研究右段杆的平衡，因为该杆段的外力较少，计算简例，假设轴力N3为拉力如图（d），由，得N3＝2kN。

（3）作轴力图取一直角坐标系，以与杆轴平行的坐标轴x表示截面位置，对齐原题图下方画出坐标轴。然后，选定比例尺，纵坐标N表示各段轴力大小。根据各截面轴力的大小和正负号画出杆轴力图。如图（e）由轴力图可看出，最大轴力Nmax＝4kN，发生在AB段内。金属（钢材）材料的拉伸为便于比较不同精细试件的工作段在拉断后的变形程度，通常将圆截