《工程力学》课程是我校车辆工程专业一门非常重要的学科专业基础课。该课程主要包括理论力学、材料力学两部分内容,其中理论力学主要包括静力学,运动学和动力学。理论力学主要是进行受力分析,通过已知力求解未知力,物体出现变形与运动状态变化,都是力的作用,都需要进行受力分析。材料力学的任务是在保证强度、刚度、稳定性要求的前提下,以最经济的方式,为构件选择适宜的材料,确定合理的截面形状和尺寸,为设计构件提供必要的理论基础和计算方法。材料力学在生活中的应用十分广泛,大到机械中的各种机器,建筑中的各个结构,小到生活中的塑料食品包装很小的日用品,各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作,所以材料力学就显得尤为重要。
汽车要能实现安全行驶,其各部分零件材料必须符合安全性指标,而同时又必须考虑产品的经济性。因此,设计汽车零件时,在保证安全性的前提下,要合理选材,设计合适的形状尺寸,以满足经济性要求。汽车零件在设计时依据工作时所受外力及其引起的内力变化和应力分布规律,结合材料的许用应力,做成不同形状尺寸的。外力计算往往依据理论力学理论,内力计算及选材、设计截面则是材料力学研究范畴。
例如,汽车中的拉杆、连杆、千斤顶顶杆,这些零件主要承受沿轴向的拉力或压力,产生轴向变形。这类杆件大多都做成实心的,而且压杆还要做得粗些,如图1所示,以保证工作稳定性。
图1 汽车压杆
汽车传动轴主要的变形形式是扭转变形,通过分析等截面圆轴,如图2所示,其最大切应力出现在承受扭矩最大的横截面上的最外圈,显而易见,横截面中心部分承受的切应力很小,可知这部分材料没有得到充分利用,所以工程上常采用空心截面构件提高强度,节约材料,结构轻便。如果发现车的传动轴是空心的,不要紧张也不要吃惊,这些都是经过精确设计的。
图2 传动轴截面
汽车中的梁、钢板弹簧等,它们的形状大多呈工字型、方形、槽型,高度尺寸大于宽度尺寸,这是由于它们主要承受弯曲变形,把靠近中性层材料减少,增加中性层较远部分材料,保证材料充分利用。
生活中常用的连接件,如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形在设计时应主要考虑其剪切应力。
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