機械基礎(chǔ)第三章杠桿的基本變形

1、.第三章3-1拉伸和壓縮【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識目標(biāo)1、了解內(nèi)力、拉壓概念，理解截面法求內(nèi)力；2、理解拉壓材料的力學(xué)性質(zhì)。掌握拉壓強度、變形計算。二、能力目標(biāo)通過做低碳鋼拉壓時的力學(xué)性質(zhì)實驗，培養(yǎng)動手能力。三、素質(zhì)目標(biāo)1、理解截面法求內(nèi)力；它是求內(nèi)力的基本方法，貫穿于材料力學(xué)始終。2、理解拉壓材料的力學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)實踐能力。四、教學(xué)要求1、了解拉壓、內(nèi)力概念，理解截面法求內(nèi)力。理解拉壓材料的力學(xué)性質(zhì)。2、掌握拉壓強度、變形計算，并能解決工程實際問題?！窘虒W(xué)重點】1、 拉壓、內(nèi)力概念，截面法求內(nèi)力；2、 拉壓強度、變形計算。【難點分析】材料拉壓時的力學(xué)性能?！窘虒W(xué)方法】講練法、演示法、討論法、歸

2、納法。【教學(xué)安排】2學(xué)時（90分鐘）【教學(xué)過程】復(fù)習(xí)舊課（5 分鐘）平面任意力系的平衡 導(dǎo)入新課 作用于構(gòu)件上的外力形式不同，構(gòu)件產(chǎn)生的變形也不同。把構(gòu)件的變形簡化為四種基本變形。拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。 新課教學(xué)（80分鐘） 3-1 拉伸和壓縮一、內(nèi)力與截面法1、內(nèi)力概念內(nèi)力是由外力引起的構(gòu)件內(nèi)部一部分對另一部分的作用稱為內(nèi)力。拉壓桿的內(nèi)力沿軸向稱軸力。2、截面法求內(nèi)力過程：切、取、代、平。 精品.v 討論：關(guān)于軸力( )a、是桿件軸線上的荷載 b、是桿件截面上的內(nèi)力c、與桿件的截面面積有關(guān) d、與桿件的材料有關(guān)二、軸向拉壓的概念（演示工程實例引出概念）1、受力特點：沿軸向作用一對等值、反向

3、的拉力或壓力。2、變形特點：桿件沿軸向伸長或縮短。這種變形稱為拉伸或壓縮。要點：（1）外力的作用線必須與軸線重合。（2）壓縮指桿件未壓彎的情況，不涉及穩(wěn)定性問題。討論：判斷下列三個構(gòu)件在1-2段內(nèi)是否單純屬于拉伸與壓縮？ 三、拉、壓時的應(yīng)力1、應(yīng)力概念單位截面面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。拉壓桿橫截面任一點均產(chǎn)生正應(yīng)力。2、應(yīng)力計算拉壓桿橫截面上正應(yīng)力是均勻分布的。 規(guī)定：拉應(yīng)力為正；壓應(yīng)力為負(fù)。單位：帕（pa）或兆帕（mpa）四、軸向拉壓時的變形絕對變形為縱向線應(yīng)變這兩個關(guān)系式稱為虎克定律。式中 e-材料的彈性模量，。v 討論：圖示階梯桿總變形為（）（a）0 （b） (c) (d)精品. 五、拉伸（

4、壓縮）時材料的力學(xué)性質(zhì)材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形、 破壞等方面的特性稱材料的力學(xué)性能，也稱機械性質(zhì)。 1、低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能 比例極限 彈性極限屈服極限 強度極限彈性模量 泊松比 2、鑄鐵的拉伸性能特點： 無屈服過程無塑性變形無塑性指標(biāo)分類：塑性材料脆性材料 3、材料在壓縮時的力學(xué)性能 塑性材料的壓縮強度與拉伸強度相當(dāng) 脆性材料的壓縮強度遠(yuǎn)大于拉伸強度v vvvvvvvvv 討論：用這三種材料制成同尺寸拉桿，請回答如下問題：精品.123三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖，se哪種強度最好？哪種剛度最好？哪種塑性最好？六、拉伸與壓縮時的強度校核1、許用應(yīng)力 塑性材料 脆性材料 2、強度校核（1）、

5、校核強度 （2）、設(shè)計截面 （3）、確定許可載荷例題分析：教材例3-3課內(nèi)練習(xí)：練習(xí)冊（先練習(xí)后總結(jié)） 小結(jié)n 拉壓概念；n 拉壓內(nèi)力、應(yīng)力、強度計算；n 拉壓變形、虎克定律。 作業(yè)練習(xí)冊p精品.3.2 剪切與擠壓【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識目標(biāo)1、了解剪切與擠壓的概念；2、掌握剪切與擠壓強度計算。二、能力目標(biāo)利用剪切與擠壓強度條件解決工程實際問題。培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。三、素質(zhì)目標(biāo)1、了解剪切與擠壓變形；2、了解剪切與擠壓強度條件在工程實踐中的應(yīng)用。四、教學(xué)要求1、初步了解剪切與擠壓概念；2、較深入地認(rèn)識剪切與擠壓強度條件的應(yīng)用，有一定的分析和運用能力。【教學(xué)重點】1、剪切與擠壓的受力

6、特點、變形特點；2、剪切與擠壓強度計算?！倦y點分析】擠壓面積計算?！窘虒W(xué)方法】講練法、演示法、討論法、歸納法?！窘虒W(xué)安排】2學(xué)時（90分鐘）【教學(xué)過程】 復(fù)習(xí)舊課（5分鐘）1、拉壓強度2、拉壓變形 導(dǎo)入新課（演示工程實例：剪鋼板、鍵連接等引出剪切概念）剪床剪鋼板，銷釘連接均屬剪切變形。 新課教學(xué)(80分鐘)3-2 剪切與擠壓一、剪切 1、剪切概念受力特點：作用于構(gòu)件兩側(cè)面上外力的合力等值反向、作用線相距很近。變形特點：截面沿著力的作用方向相對錯動。這種變形稱為剪切。2、剪力和剪應(yīng)力平行于截面的內(nèi)力稱為剪力或切力。 截面法：切、取、代、平。單位面積上所受到的剪力稱為剪應(yīng)力。精品.單位: 兆帕（m

7、pa）v 說明：工程實例近似認(rèn)為：剪應(yīng)力均布。例題分析： 剪斷鋼板時刀口的作用力為 ，鋼板寬 ，厚 。求剪斷鋼板時的剪應(yīng)力。 解： 二、擠壓1、 擠壓的概念受剪切的構(gòu)件常常還承受擠壓的作用。在接觸表面互相壓緊而產(chǎn)生局部變形的現(xiàn)象稱為擠壓。2、 擠壓應(yīng)力 式中 ab-擠壓面積，曲面取直徑投影面積。v 說明：工程實際近似認(rèn)為：擠壓應(yīng)力均布。v 討論： 不屬于剪切破壞的是（ ）a、鉚釘連接b、鍵連接c、鋼板用對接焊縫連接d、鋼板用填角焊縫連接三、剪切與擠壓強度剪切強度 擠壓強度 校核強度 設(shè)計截面 確定許可載荷精品.v 討論：材料抗擠的能力要比抗壓的能力大得多？例題分析：教材例3-5v 應(yīng)用：演示工

8、程實例：剪鋼板、銷釘連接、鍵連接等。 小結(jié)（5分鐘）n 剪切概念、內(nèi)力、應(yīng)力；擠壓概念、內(nèi)力、應(yīng)力。n 剪切與擠壓強度 作業(yè)練習(xí)冊精品.3.3 圓軸的扭轉(zhuǎn)【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識目標(biāo)1、了解扭轉(zhuǎn)概念；熟悉外力偶矩、扭矩計算；2、理解扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力分析，掌握扭轉(zhuǎn)強度計算。二、能力目標(biāo)通過扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力分析，了解應(yīng)力分析方法，培養(yǎng)分析問題的能力。三、素質(zhì)目標(biāo)1、了解扭轉(zhuǎn)變形的受力特點、變形特點；2、通過作扭轉(zhuǎn)應(yīng)力圖，了解應(yīng)力圖的一般做法。四、教學(xué)要求1、初步了解扭轉(zhuǎn)變形的受力特點、變形特點；2、較深入地認(rèn)識扭轉(zhuǎn)強度計算，并能應(yīng)用強度條件解決工程實際問題?！窘虒W(xué)重點】1、 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力圖。2、 扭轉(zhuǎn)強度計

9、算。【難點分析】扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析方法?！窘虒W(xué)方法】教學(xué)方法：講練法、演示法、討論法。【教學(xué)安排】2學(xué)時（90分鐘）教學(xué)步驟：講授與演示交叉進(jìn)行、講授中穿插討論、講授中穿插練習(xí)與設(shè)問。【教學(xué)過程】一、 復(fù)習(xí)舊課剪切強度 擠壓強度 二、導(dǎo)入新課日常生活中常用的螺絲刀，汽車的傳動軸，反應(yīng)釜中的攪拌軸等均產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。三、新課教學(xué)1、扭轉(zhuǎn)的概念（演示工程實例引出扭轉(zhuǎn)概念）受力特點：在垂直于軸線的橫截面內(nèi)作用一對等值、反向的力偶；變形特點：軸表面的縱線變成螺旋線。這種變形稱為圓軸扭轉(zhuǎn)。討論：下列實例中屬于扭轉(zhuǎn)變形的是（ ）a、起重吊鉤 b、鉆頭鉆孔 c、火車車軸 d、零件鉆孔2、圓軸扭轉(zhuǎn)外力偶矩式中 m 軸

10、外力偶矩，nm；np 軸功率，kw;精品.n 軸轉(zhuǎn)速，r/min。討論：（1）汽車爬坡時，使用高速擋還是低速擋？（2）在同一臺機器的幾根逐級傳動軸中，是高速軸粗，還是低速軸粗？為什么？3圓軸扭轉(zhuǎn)變形 圓軸扭轉(zhuǎn)變形的圓周線只是繞軸線轉(zhuǎn)了不同的角度，縱向線傾斜一個小角度，矩形變成平形四邊形。4切應(yīng)力分布規(guī)律 如圖328所示。5、圓軸扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力計算討論：如何排列傳動軸上的輪子能使最大扭矩值最??？（1）圓軸扭轉(zhuǎn)時，橫截面上只有垂直于直徑的剪應(yīng)力。 式中 mt 橫截面上扭矩，nmm；wt 抗扭矩，mm3 空心圓軸式中 討論：。兩根圓軸，材料相同，受力相同，而直徑不同，當(dāng)時，則兩軸的最大剪應(yīng)力之比為（ ）

11、a1/4 b1/8 c4 d82指出以下應(yīng)力分布圖中哪些是正確的（ ）a、圖(a)(d) 正確 b、圖(b)(c) 正確c、圖(c)(d) 正確 d、圖(b) (d) 正確（2）圓軸抗扭強度條件應(yīng)用 ：（1）校核強度 精品. （2）設(shè)計截面 （3）確定許可載荷 6、提高抗扭能力的方法由強度條件可知： （1）、提高抗扭截面系數(shù)，因此采用空心軸，在相同截面的前提下，可以有效提高軸的扭轉(zhuǎn)強度。（從應(yīng)力分布圖中直觀看出）。（2）、降低合理安排軸上零件位置，使輸出、輸入兩端的扭矩值相等或接近，可降低軸的。四、小結(jié)扭轉(zhuǎn)概念；外力偶矩計算、扭轉(zhuǎn)強度計算五、作業(yè)六、練習(xí)精品.3.4 直梁的彎曲及組合變形與壓桿

12、穩(wěn)定【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識目標(biāo)1、熟悉彎曲的概念；了解梁的基本形式；2、理解彎曲內(nèi)力、應(yīng)力計算；掌握彎曲強度條件的應(yīng)用。二、能力目標(biāo)通過提高粱抗彎曲強度措施，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。三、素質(zhì)目標(biāo)1、了解彎曲的概念；明確梁的基本形式。2、熟悉彎曲應(yīng)力的分析方法；掌握彎曲強度條件的應(yīng)用。四、教學(xué)要求1、初步了解彎曲變形的受力特點和變形特點；2、認(rèn)識彎曲強度條件的應(yīng)用及提高粱彎曲強度措施?！窘虒W(xué)重點】1、彎曲概念、梁的基本形式；2、彎曲強度計算。【難點分析】彎矩橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律?！窘虒W(xué)方法】講練法、討論法?！窘虒W(xué)資源】1機械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程北京：高等教育出版社，20102吳聯(lián)興主編機械

13、基礎(chǔ)練習(xí)冊北京：高等教育出版社，2010【教學(xué)安排】2學(xué)時（90分鐘）【教學(xué)過程】一、 復(fù)習(xí)舊課扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： 實心圓軸 空心圓軸 二、 導(dǎo)入新課 彎曲變形是工程實際中應(yīng)用最廣泛的一種變形。如起重機的橫梁、火車車輪軸等在載荷作用下都會產(chǎn)生彎曲變形。1、彎曲的概念（演示工程實例）受力特點： 垂直于軸線的外力或在軸線平面內(nèi)受到力偶；變形特點：梁的軸線由直變彎。這種變形稱為彎曲變形。凡以彎曲變形為主要變形的構(gòu)件習(xí)慣稱為梁。2、梁的基本形式簡支梁懸臂梁外伸梁 精品.梁的兩支點間距離稱梁跨度。3、梁的彎曲應(yīng)力分析凹入一側(cè)纖維縮短，存在壓應(yīng)力；凸出一側(cè)纖維伸長，存在拉應(yīng)力。中間一層纖維長度不變稱中性層。中性層與橫截面的交線稱中性軸z軸。判斷：彎曲變形的實質(zhì)是剪切？討論：中性軸是梁的（ ）的交線a、縱向?qū)ΨQ面與橫截面 b、縱向?qū)ΨQ面與中性層c、橫截面與中性層 d、橫截面與頂面或底面彎曲正應(yīng)力計算：式中 抗彎矩，mm2（1）圓形截面：（2）圓環(huán)形截面： 式中 （3） 矩形截面： 4、彎曲強度 強度條件： 應(yīng)用：校核強度 設(shè)計截面： 確定許可載荷： 精品.討論： 矩形截面梁受彎曲變形，如果梁橫截面的高度增加一倍時，則梁內(nèi)的最大正應(yīng)力為原來的多少倍？（ ）a、正應(yīng)力為1/2倍 b、正應(yīng)力為1/4倍c、正應(yīng)力為1/8倍 d、無法確定5、提高梁彎曲強度措施 （1）、 降低 合力安排支