機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 教案

1、一、課程說明機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，包括工程材料、靜力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、液壓傳動(dòng)、公差配合、毛坯成型、金屬切削基礎(chǔ)知識等不同學(xué)科的綜合性課程教材。是高職類機(jī)械專業(yè)的專業(yè)必修課，也是后續(xù)專業(yè)課程的必備基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)該課程的目的在于培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械技術(shù)的基本知識和基本技能，初步具有常用機(jī)械零件選材和簡單熱處理工藝的制定、分析機(jī)械功能和動(dòng)作、使用一般機(jī)械、看懂公差配合標(biāo)注并理解其含義等能力。通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生掌握機(jī)械學(xué)的基本原理和常用零件，理解材料、熱處理、公差配合的選擇等對機(jī)械零件的力學(xué)性能和工藝性能的影響，了解機(jī)械零件的設(shè)計(jì)原理和常用零件、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和步驟，并為后續(xù)專

2、業(yè)課程打下基礎(chǔ)。二、教學(xué)計(jì)劃（共72學(xué)時(shí)）第一章 緒論（10學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1.1 機(jī)器及機(jī)構(gòu)的組成1學(xué)時(shí)1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程 1學(xué)時(shí)教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程及注意事項(xiàng)第二章 物體的受力分析與平衡（18學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：2.1 物體的受力分析 4學(xué)時(shí)2.2 平面匯交力系 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)2.3 力矩和平面力偶系 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)2.4 平面一般力系 2學(xué)時(shí)2.5 摩擦 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)教學(xué)重點(diǎn)：物體的受力及各力系平衡條件第三章 桿件的變形及強(qiáng)度和剛度（20學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：3.1 概述 1學(xué)時(shí)3.2 軸向拉伸和壓縮 3學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)3.3 剪切 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)3.4 扭轉(zhuǎn) 2

3、學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí) 3.5 彎曲 4學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)教學(xué)重點(diǎn)：軸向拉伸和壓縮時(shí)各材料的力學(xué)性能及各種變形分析第四章 常用機(jī)構(gòu)（10學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：4.1 機(jī)器和機(jī)構(gòu) 2學(xué)時(shí)4.2 平面連桿機(jī)構(gòu) 2學(xué)時(shí)4.3 凸輪機(jī)構(gòu) 2學(xué)時(shí)4.4 其他常用機(jī)構(gòu) 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)教學(xué)重點(diǎn)：各機(jī)構(gòu)傳動(dòng)分析第五章 機(jī)械傳動(dòng)（26學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：5.1 帶傳動(dòng) 2學(xué)時(shí)5.2 鏈傳動(dòng) 2學(xué)時(shí)5.3 齒輪傳動(dòng)的工作原理 2學(xué)時(shí)5.4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)5.5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2學(xué)時(shí)5.6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng) 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)5.7 齒輪傳動(dòng)的失效形式常用材料及潤滑 2學(xué)時(shí)5.8 圓柱齒輪的精度簡介 2

4、學(xué)時(shí)5.9 蝸桿傳動(dòng) 2學(xué)時(shí)5.10 輪系 2學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí)教學(xué)重點(diǎn)：各種齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)及分析設(shè)計(jì)第六章 軸系零部件和聯(lián)接零件（12學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：6.1 軸和軸轂聯(lián)接 2學(xué)時(shí)6.2 滑動(dòng)軸承 1學(xué)時(shí)6.3 滾動(dòng)軸承 1學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn) 2學(xué)時(shí) 6.4 聯(lián)軸器和離合器 2學(xué)時(shí)6.5 螺紋聯(lián)接 1學(xué)時(shí)6.6 彈簧 1學(xué)時(shí)教學(xué)重點(diǎn)：軸及各類軸承分析設(shè)計(jì)緒 論教學(xué)目標(biāo)：1、了解機(jī)械基礎(chǔ)這門課的性質(zhì)與特點(diǎn)2、對于機(jī)械的概念有個(gè)初步的了解3、初步了解有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造概述和課程內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)：1、機(jī)械的組成2、機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則教學(xué)方法：講授法教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：&#

5、167;01 機(jī)械的組成機(jī)械是人類在長期生產(chǎn)和生活實(shí)踐中創(chuàng)造出來的重要?jiǎng)趧?dòng)工具。它用以減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機(jī)械必將會達(dá)到更高的水平。各種專業(yè)的工程技術(shù)人員，都要具備一定的機(jī)械方面的基本知識。在生產(chǎn)和生活中使用著各式各樣的機(jī)械，如汽車、拖拉機(jī)、摩托車、縫紉機(jī)、電風(fēng)扇等。機(jī)械的種類繁多，其結(jié)構(gòu)、性能和用途各異，但從機(jī)械的組成來分析，它們又有著共同之處，如圖01所示的卷揚(yáng)機(jī)。由上述實(shí)例可知，任何一臺完整的機(jī)器，通常都是由原動(dòng)機(jī)、工作部分和傳動(dòng)部分所組成。 (1)原動(dòng)機(jī) 整個(gè)機(jī)器的動(dòng)力部分。（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)等）。原動(dòng)

6、機(jī)的作用是把其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)和作功。 (2)工作部分(或工作機(jī)構(gòu)) 直接完成工藝動(dòng)作的部分。通常工作部分隨機(jī)器的不同而不同，主要決定于工藝要求和工藝動(dòng)作。(3)傳動(dòng)部分(傳動(dòng)機(jī)構(gòu)) 它是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給工作部分的中間環(huán)節(jié)。在傳遞運(yùn)動(dòng)方面，主要作用有二： 1)改變運(yùn)動(dòng)速度 在實(shí)際工作中，常常存在著工作部分和原動(dòng)機(jī)之間的速度不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，這時(shí)可用傳動(dòng)裝置來減速、增速或變速。2)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式 原動(dòng)機(jī)的輸出運(yùn)動(dòng)一般是轉(zhuǎn)動(dòng)，而工作部分的運(yùn)動(dòng)形式，根據(jù)工藝要求則是多種多樣的。如曲柄連桿機(jī)構(gòu)。通常把改變運(yùn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)物組合，稱為常用機(jī)構(gòu)或機(jī)械傳動(dòng)。機(jī)械系統(tǒng)總是由一

7、些機(jī)構(gòu)組成，而每個(gè)機(jī)構(gòu)又是由許多構(gòu)件(運(yùn)動(dòng)的單元體)組成。構(gòu)件可能是一個(gè)零件(機(jī)器的制造單元體)，所以，機(jī)器的基本組成要素就是機(jī)械零件。§02 機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造概述和課程內(nèi)容由前述可知，機(jī)器通常都是由三大部分所組成，其中原動(dòng)機(jī)和工作部分將在有關(guān)課程中研究。傳動(dòng)部分所用的常用機(jī)構(gòu)、液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等零部件的設(shè)計(jì)和制造的基本知識、基本方法等，則是本課程研究的主要內(nèi)容。一、機(jī)械設(shè)計(jì)概述機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器和機(jī)械零件滿足各項(xiàng)要求。機(jī)器應(yīng)首先滿足預(yù)定功能的要求，即在預(yù)期壽命內(nèi)能高效率地完成其全部職能。在此前提下，機(jī)器還應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性要求，即設(shè)計(jì)和制造的成本低、重量輕、體積小、

8、易加工等。此外，機(jī)器必須安全可靠，操作維修方便，造型美觀，噪聲低，以改善勞動(dòng)條件。機(jī)械零件是組成機(jī)器的單元，所以設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，應(yīng)首先滿足機(jī)器對零件的具體要求，同時(shí)應(yīng)使零件工作可靠和成本低廉。要使工作可靠，零件就應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命和振動(dòng)穩(wěn)定性等。要使成本低廉，應(yīng)正確選擇材料，合理設(shè)計(jì)零件的尺寸及良好的工藝結(jié)構(gòu)，合理地確定精度等級和技術(shù)條件，等等。1機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則機(jī)械零件由于某些原因而不能正常工作，稱為失效。其主要失效形式有：斷裂、過量變形、磨損、表面疲勞等。為防止零件產(chǎn)生各種可能的失效，制定的計(jì)算該零件工作能力所應(yīng)依據(jù)的基本原則，稱為工作能力準(zhǔn)則或設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。機(jī)械零件常用的設(shè)計(jì)

9、準(zhǔn)則如下： (1)強(qiáng)度準(zhǔn)則 強(qiáng)度是指零件在載荷(力)作用下，抵抗斷裂、塑性變形及表面破壞的能力。它是機(jī)械零件首先應(yīng)滿足的基本要求。強(qiáng)度準(zhǔn)則為零件中單位面積上的力(即應(yīng)力)小于所允許的限度(即許用應(yīng)力)，其表達(dá)式為：。(2)剛度準(zhǔn)則 剛度是機(jī)械零件受載后抵抗彈性變形的能力。剛度準(zhǔn)則為零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量y，小于或等于機(jī)器工作所允許的極限值，即許用變形量y，其表達(dá)式為：yy。(3)壽命和可靠性準(zhǔn)則 影響零件壽命的主要因素是磨損、腐蝕和疲勞。按磨損和腐蝕計(jì)算壽命，疲勞壽命，通常是求出使用壽命時(shí)的疲勞極限作為計(jì)算依據(jù)?？煽啃允潜ＷC機(jī)器或零件正常工作的關(guān)鍵?？煽啃缘亩砍叨仁强煽慷?，它是指機(jī)

10、器或零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，無故障地完成規(guī)定功能的概率。(4)振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 零件發(fā)生周期性變形的現(xiàn)象稱為振動(dòng)。此外零件應(yīng)具有良好結(jié)構(gòu)工藝性，是指在既定的生產(chǎn)條件下能方便而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出來，并便于裝配成機(jī)器的特性。關(guān)于工藝性的基本要求是：(1)合理選擇零件的毛坯種類 零件的毛坯種類主要有軋制型材、鑄件、鍛件、沖壓件和焊接件等。毛坯的選擇與對零件的要求及生產(chǎn)條件有關(guān)，可根據(jù)生產(chǎn)批量、零件的尺寸和形狀、材料性能和加工可能性等進(jìn)行選擇。(2)零件的結(jié)構(gòu)要簡單合理 零件的毛坯種類確定后，就必須按毛坯特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (3)規(guī)定合理的精度及表面粗糙度 隨著零件加工精度的提高，加工費(fèi)用將相應(yīng)地增

11、加，高精度時(shí)尤甚。3機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化所謂標(biāo)準(zhǔn)，就是由一定的權(quán)威組織，對經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和科學(xué)中重復(fù)出現(xiàn)的技術(shù)語言和技術(shù)事項(xiàng)，以及產(chǎn)品的品種、質(zhì)量、度量、方法等方面，規(guī)定出來的統(tǒng)一技術(shù)準(zhǔn)則。它是各方面必須共同遵守的技術(shù)依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化就是制定標(biāo)準(zhǔn)和使用標(biāo)準(zhǔn)。按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的零件，稱為標(biāo)準(zhǔn)零件，如螺紋聯(lián)接件、鍵、滾動(dòng)軸承等，否則稱為非標(biāo)準(zhǔn)零件。標(biāo)準(zhǔn)化的重要意義為：1)便于采用先進(jìn)工藝進(jìn)行專業(yè)化大量生產(chǎn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量并降低成本。2)采用標(biāo)準(zhǔn)件將大大減少設(shè)計(jì)和制造工作量，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。3)標(biāo)準(zhǔn)零件具有互換性，可減少儲備和便于更換損壞的零件。4)技術(shù)條件與檢驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)化，可提高零件的質(zhì)量和可靠性。4機(jī)械

12、零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件的設(shè)計(jì)常按下列步驟進(jìn)行：1)根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。2)擬定零件的計(jì)算簡圖，計(jì)算作用在零件上的載荷。3)根據(jù)零件的工作條件，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚矸椒ā?)根據(jù)零件可能的失效形式確定計(jì)算準(zhǔn)則，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，確定出零件的基本尺寸。5)根據(jù)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化等原則，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。6)繪制零件工作圖，寫出計(jì)算說明書。 因此，圍繞機(jī)械的設(shè)計(jì)，本課程安排了工程材料及熱處理、力和應(yīng)力分析、常用機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)、軸系零部件和聯(lián)接零件、公差與配合、液壓傳動(dòng)等內(nèi)容。二、機(jī)械制造概述將設(shè)計(jì)好的機(jī)器和機(jī)械零件，經(jīng)過試制和全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析鑒定后，投人生產(chǎn)進(jìn)行制造。

13、任何一種機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，大都可分為毛坯制造、零件的機(jī)械加工和裝配試驗(yàn)三個(gè)階段。由于零件制造工藝過程的復(fù)雜性，所以必須在了解材料性能、熱處理方法、公差與配合、毛坯制造工藝和金屬加工方法等知識的基礎(chǔ)上，對金屬切削加工原理及切削加工過程的工藝方法，所用刀具、夾具和機(jī)床(即制造機(jī)器的機(jī)器)等方面的基本知識，進(jìn)行必要的介紹，以便對機(jī)械制造有比較全面的認(rèn)識和理解。§03 本課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法一、本課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)機(jī)械基礎(chǔ)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。它在培養(yǎng)非機(jī)械類專業(yè)，如化工、土建、電子等各種工程技術(shù)人才掌握機(jī)械的基本知識方面，起著一定的作用，是必不可少的課程。各種專業(yè)的工程技術(shù)人

14、員，都必須掌握有關(guān)機(jī)械方面的基本知識。本課程的任務(wù)和要求是： (1)了解機(jī)械常用工程材料和熱處理的基本知識。(2)掌握物體的受力分析與平衡條件、了解桿件基本變形和應(yīng)力分析的基本概念和方法。(3)掌握機(jī)械傳動(dòng)中常用機(jī)構(gòu)和主要通用零部件的類型、工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用及簡單計(jì)算，并具有運(yùn)用和分析簡單傳動(dòng)裝置的能力。(4)了解液壓傳動(dòng)中常用液壓元件及典型基本回路的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用，并具有閱讀簡單液壓系統(tǒng)圖的初步能力。 (5)了解公差配合與互換性的有關(guān)基本概念。了解常用金屬切削加工方法及所用設(shè)備、工藝裝備的工作原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；了解簡單零件的毛坯和機(jī)械加工工藝過程的概況。二、本課程的學(xué)習(xí)方法介紹“機(jī)械

15、基礎(chǔ)”是關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造的一門綜合性課程。它涉及知識面很廣，應(yīng)用和實(shí)踐性極強(qiáng)，重要的是如何將諸多知識綜合運(yùn)用，提高分析問題、解決問題的能力。所以學(xué)習(xí)時(shí)要勤于觀察各種機(jī)械和零件，結(jié)合課程內(nèi)容多思考，主動(dòng)地理論聯(lián)系實(shí)際，增加感性知識，以有助于本課程的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中，要多做練習(xí)和簡單設(shè)計(jì)，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解。此外，本課程理論性強(qiáng)，且計(jì)算較多。學(xué)習(xí)時(shí)要注意逐步培養(yǎng)抽象思維能力和計(jì)算思維方法。例如，一般機(jī)械的組成和結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜，在分析運(yùn)動(dòng)時(shí)常撇開復(fù)雜的外形和結(jié)構(gòu)，將其抽象化為運(yùn)動(dòng)簡圖或液壓系統(tǒng)圖，在進(jìn)行力分析時(shí)則抽象化為簡單的力學(xué)模型等。課堂小結(jié)： 1機(jī)械的組成 1）原動(dòng)機(jī) 2）工作部分 3

16、）傳動(dòng)部分2機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則 1）強(qiáng)度準(zhǔn)則 2）剛度準(zhǔn)則 3）壽命和可靠性準(zhǔn)則 4）振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則作業(yè)布置：課后習(xí)題：第6頁：0-1、0-2、0-3參觀車間一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏箤W(xué)生在學(xué)習(xí)之前對機(jī)械概念先有感性認(rèn)識。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備相應(yīng)車間、實(shí)驗(yàn)室、陳列室。三、課時(shí)安排 隨堂實(shí)訓(xùn)四、實(shí)訓(xùn)步驟及要求1參觀常用機(jī)床，簡單了解機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)；2參觀熱處理車間，初步了解熱處理的各種工序；3參觀力學(xué)實(shí)驗(yàn)室；4參觀機(jī)械原理、機(jī)械零件實(shí)驗(yàn)室；5參觀公差實(shí)驗(yàn)室。五、實(shí)踐要求及注意事項(xiàng)：1參觀過程中認(rèn)真聽老師的講解；2學(xué)生以看為主，不經(jīng)老師同意不準(zhǔn)碰觸設(shè)備、儀器和各種試驗(yàn)陳列品；3參觀過程中按指定路線行走，

17、不許大聲喧嘩；4整個(gè)參觀過程要以安全為主。六、評分標(biāo)準(zhǔn)1是否認(rèn)真聽講（60分）2是否注意安全（40分）第二章 物體的受力分析與平衡教學(xué)目標(biāo)：1、靜力學(xué)中的基本概念2、力的性質(zhì)（力學(xué)公理）3、約束與約束反力教學(xué)重點(diǎn)：約束與約束反力教學(xué)難點(diǎn)：約束與約束反力的分析教學(xué)方法：講授法、多媒體、舉例教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：§2- 物體的受力分析 一、基本概念1.力、力系力的定義：力是物體間的相互機(jī)械作用，使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變或變形。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變：力的外效應(yīng)；（移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)）變形：力的內(nèi)效應(yīng)。注：由力的定義，力不能離開物體而單獨(dú)存在。力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。力是矢量。力的矢量表示：圖示

18、法：力的矢量用一帶箭頭的有向線段表示。作用線：通過力的作用點(diǎn)沿力方向的直線。大?。壕€段的長度；方向：方位（作用線），指向（箭頭）。作用點(diǎn)：線段始端或末端。記法：F（黑體字母）表示力的矢量，而以同一普通字母F表示力的模。力的單位：國際單位制牛頓（N）或千牛（KN）（5）力系：作用于物體上的力群。計(jì)為：（F1,F2,Fn） 平衡力系：作用于物體并使其平衡的力系。等效力系：作用效果相同的力系。合力：與力系等效的一個(gè)力。（6）集中力、分布力集中力：力集中作用于一微面積。用F表示。單位：牛頓（N）分布力面積2.剛體 在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變的物體。既受力而不變形的物體。這是一個(gè)

19、實(shí)際物體被抽象了的理想化的力學(xué)模型。本章中把物體都視為剛體，因而只研究力的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，即研究力使剛體的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)。二、力的性質(zhì)1.二力平衡條件： 作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，且在同一直線上。如圖所示，即此公理揭示了最簡單的力系平衡條件。力作用下平衡的剛體稱為二力體或二力構(gòu)件。當(dāng)構(gòu)件為直桿時(shí)稱為二力桿。說明：1)必充條件a).必要b).充分 2）一個(gè)剛體a). 一個(gè)b). 剛體2.加減平衡力系公理：在作用于剛體的已知力系中，可以加上或減去任意平衡力系，并 不改變原力系對剛體的作用。即：相差任意平衡力系的兩個(gè)力系作用效果相同

20、，可以互換。推論：力的可傳性原理：作用于剛體的力，可沿其作用線移至任一點(diǎn)，而不改變此力對剛體的效應(yīng)。證明：圖示剛體，A點(diǎn)作用一力F，在其作用線上任取一點(diǎn)B，并在B點(diǎn)加一對平衡力(F,F")，使F=F=- F"由公理2，F(xiàn)(F ，F(xiàn),F")F、 F"為一對平衡力 ，由公理2可以去掉。(F ，F(xiàn),F")FF=F（即力F由A點(diǎn)移至B點(diǎn)）如推車、拉車。力的可傳性原理對非剛體不使用。（如物體受拉伸、壓縮變形）。對剛體力的三要素：大小、方向、作用線，力對剛體是滑移矢量。3.力的平行四邊形公理（法則）：作用于剛體同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可合成為一個(gè)力，其合力用以二分

21、力為鄰邊的平行四邊形的對角線表示。如圖所示：R=F1+F2（矢量和）此平行四邊形稱力平行四邊形。R大小：R= F12+F22+ F1 F2cosR方向：sin= F2/ Rsin力三角形法則：R=F1+F2（矢量和）F1、F2、 R構(gòu)成的三角形稱力三角形。注：1）二分力首尾相接 2）合力箭頭與最后分力相碰。若F1、F2共線，則：R=F1+F2（代數(shù)和）力的分解：因由力的平行四邊形法則，同樣可以把一個(gè)力分成兩個(gè)力，但是，以已知力為對角線可以作無數(shù)個(gè)平行四邊形，可得無數(shù)對分力。要想得到唯一的結(jié)果，必須附加限制條件。規(guī)定二分力的方向規(guī)定二分力的大小規(guī)定一分力的大小和方向規(guī)定一分力的大小和另一分力的方

22、向通常是將力分解為二相互垂直的分力。例如圓柱齒輪的受力Ft=Fn cos（圓周力）Fr= Fnsin（徑向力）力的可傳性原理：作用于剛體上的力可揚(yáng)起作用線移至任意點(diǎn)，而不改變力對剛體的作用。力的平行四邊形規(guī)則： 作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力，合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，其大小和方向，由以此兩力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定，如圖所示，矢量表達(dá)式表為 即合力等于分力的矢量和。合力 的大小和方向也可通過圖所示的力三角形法得到。即自任一點(diǎn)A 以 和 為兩邊作力三角形，第三邊F 即所求。此公理給出了力系簡化的基本方法。平行四邊形法則是力的合成法則，也是力的分解法則。4.作用與反

23、作用公理兩個(gè)物體之間的作用與反作用力，總是大小相等，方向相反，沿同一作用線分別作用在兩個(gè)物體上。注意：應(yīng)區(qū)別于二力平衡。以上四公理是相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充的。公理一表達(dá)了最簡單力系平衡的必充條件，是研究力系平衡的基礎(chǔ)。公理二、由此公理，可在任意加減 平衡力系，以達(dá)到將原力系簡化的目的，是力系簡化和等效代換的基礎(chǔ)。公理三表達(dá)了最簡單情況下合力與分力之間的關(guān)系，是力系合成與分解的基礎(chǔ)。公理四、揭示了兩物體間相互作用力的關(guān)系研究物系平衡的基礎(chǔ)。三、約束與約束反力（1）自由體物體能在空間做任意運(yùn)動(dòng)，他們的位移不受任何限制。如天空中飛行的飛機(jī)、鳥等。(2)非自由體物體總是以一定的形式與周圍其他物體相互聯(lián)系，

24、即物體的位移要受到周圍其他物體的限制。如用繩懸掛的燈可向上、前、后、左、右運(yùn)動(dòng)，但不能向下運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸要受到軸承的限制。約束這種對非自由體的某些位移起限制作用的周圍其他物體稱為約束。如繩是燈的約束，軸承就是轉(zhuǎn)軸的約束。如：軸、軸承。 圖示物體：既然約束限制了物體的某些運(yùn)動(dòng)，所以一定有約束力作用于物體上。由于約束限制了物體的運(yùn)動(dòng)，在約束與被約束之間就有力的這樣作用，此力稱約束反力。3.約束反力：約束作用于被約束物體的力（簡稱反力）。大?。河善胶鈼l件定方向：與被限制的運(yùn)動(dòng)方向相反。（如上圖）再物體上，除了作用約束反力外，還有主動(dòng)力。主動(dòng)力：使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力。（如重力）主動(dòng)力一般為已知。4、工程實(shí)際

25、中將物體所受的力分為兩類：（1）一類是主動(dòng)力這種能使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢的力，稱為主動(dòng)力，主動(dòng)力有時(shí)也叫載荷；如重力，一般大小、方向往往已知。（2）另一類是約束反力，它是由主動(dòng)力引起的，是一種被動(dòng)力，是未知力。靜力分析的重要任務(wù)之一就是要確定未知的約束反力大小、方向。（一）四種常見約束類型的約束反力工程中約束的種類很多，對于一些常見的約束，根據(jù)其特性可歸納為下列四種基本類型。 1.柔性約束（柔索）組成：由柔性繩索、膠帶或鏈條等柔性物體構(gòu)成。約束特點(diǎn)：只能受拉，不能受壓。約束反力方向：作用在接觸點(diǎn)，方向沿著柔體的中心線背離物體。例：圖示結(jié)構(gòu)；皮帶傳動(dòng)。光滑面約束若物體接觸面之間的摩擦不計(jì)，可認(rèn)

26、為物體沿接觸面自由移動(dòng)，但不能沿法向移動(dòng)。特點(diǎn)：只能限制物體沿接觸面公法線方向（壓陷方向）的移動(dòng)。反力方向：沿接觸面公法線，指向被約束的物體。簡稱法向反力。接觸形式：曲面與平面曲面與曲面平面與平面點(diǎn)（線）與平面或曲面鉸鏈約束圓柱形鉸鏈約束（中間鉸）特點(diǎn)：只能相對轉(zhuǎn)動(dòng)，不能相對移動(dòng)。不計(jì)摩擦，接觸面是光滑的，反力同光滑面約束。反力方向：過軸心，（在垂直鉸鏈平面內(nèi)）沿接觸點(diǎn)公法線，隨接觸點(diǎn)而定，可用二相互垂直分力表示，（可理解為限制物體上下、左右移動(dòng)），指向可任意假定。符號：鉸鏈支座中間鉸一個(gè)固定（或與機(jī)架聯(lián)結(jié)）即形成鉸鏈支座。a)固定鉸鏈支座特點(diǎn)同中間鉸，符號：b)活動(dòng)鉸支座支座與支座面之間有輥

27、軸。特點(diǎn)：支座可沿支座面滾動(dòng)。反力方向：垂直于支座面，過軸心。符號：c)向心軸承：向心滾動(dòng)軸承，向心滑動(dòng)軸承 （3）二力桿：反力方向：二力等值、反向作用線沿兩端鉸鏈中心的連線。對多力桿，鉸鏈的反力不能這樣確定。鉸鏈反力下列情況下可以確定：二力桿三力桿構(gòu)件受平行力系對三力桿鉸鏈反力可以用一個(gè)力表示，也可以用兩個(gè)力表示（但受力圖上只能用一種表示），二力桿只能用一個(gè)力表示。4固定端約束特點(diǎn)：限制構(gòu)件所有運(yùn)動(dòng)。反力較復(fù)雜，將在平面任意力系中討論。課堂小結(jié)： 1、物體的受力分析 1）力和力系 2）剛體 2、力的性質(zhì)3、約束和約束反力 1）柔性體約束 2）光滑面約束 3）光滑圓柱鉸鏈約束 4）錕軸約束作業(yè)

28、布置：課后習(xí)題：第51頁：2-1、2-2四、受力圖教學(xué)目標(biāo)：1、物體的受力分析2、用“隔離法”繪制構(gòu)件的受力簡圖教學(xué)重點(diǎn)：用“隔離法”繪制構(gòu)件的受力簡圖教學(xué)難點(diǎn)：受力分析及繪制受力簡圖教學(xué)方法：講授法、多媒體、舉例教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：簡圖：靜力學(xué)中畫研究對象是，只要能顯示力的作用線位置及約束類型，就可以用簡單的線條表示物體，不必考慮與真實(shí)物體是否相似，這樣的圖形稱為簡圖。分析構(gòu)件受力情況時(shí)，必須把所研究的物體從周圍物體中分離出來。研究對象：被分離出來進(jìn)行研究的物體（或稱分離體）。受力圖：表示物體（研究對象）所受全部外力的簡圖。步驟：取研究對象（分離物體、解除約束、畫研究對象簡圖）受力分析

29、畫受力圖：a)主動(dòng)力;b)反力（由約束性質(zhì)畫）注意：力的作用點(diǎn)位置；施力不畫。例：圖示兩球，分別用繩掛于光滑墻上，球重G，畫受力圖。解：1）球a受力圖研究對象: 球a受力分析：主動(dòng)力G、反力（繩T、A點(diǎn)NA）受力圖：（力的作用點(diǎn)不能任意移動(dòng)）。2）球a受力圖研究對象: 球b受力分析：主動(dòng)力G、反力（繩T）（A點(diǎn)雖有約束，但無運(yùn)動(dòng)趨勢，無約束反力） 例：作圖示AB桿的受力圖。解：1）取AB桿為研究對象。 2）作受力圖。兩桿均不是二力桿，所以A點(diǎn)的反力用二相互垂直的分力表示。例：作圖示球O1、球O2的受力圖。解：1）分別取球O1、球O2為研究對象。2）作受力圖。例：對圖示物體進(jìn)行受力分析。課堂小結(jié)

30、：受力分析的步驟： 1）取研究對象 2）受力分析 3）畫受力圖 a、主動(dòng)力 b、反力作業(yè)布置：課后習(xí)題：第52頁：2-3（構(gòu)件受力簡圖）§2-2 平面匯交力系合成的解析法教學(xué)目標(biāo)：1、平面匯交力系合成的幾何法2、平面匯交力系合成的解析法3、平面匯交力系平衡方程及應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)：平面匯交力系平衡方程及應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：平衡方程的建立及應(yīng)用教學(xué)方法：講授法、多媒體、舉例教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：一、平面匯交力系解析法力在坐標(biāo)軸上的投影從力F的始端或末端分別向坐標(biāo)軸作垂線，垂足與坐標(biāo)軸交點(diǎn)之間的距離即為力F在坐標(biāo)軸上的投影。Fx=±FcosFy=±Fsin應(yīng)注意投影與分力的區(qū)

31、別；投影為代數(shù)量，而分力為矢量。2 平面匯交力系解析法設(shè)有一平面匯交力系F1,F2,Fn作用在物體上，其合力為F，F(xiàn)= F1+ F2+Fn=F將上式分別向x軸和y軸投影Fx=F1x+F2x+Fnx=FxFy=F1y+F2y+Fny=Fy上式表明，力系的合力在某軸上的投影等于力系中各分力在同一軸上投影的代數(shù)和，這一關(guān)系稱為合力投影定理。合力F大小為 F= Fx2+ Fy2=（Fx）2+（Fy）2合力F的方向用合力F和x軸所夾銳角表示tag=| Fy/ Fx|=|Fy/Fx|三、平面匯交力系的平衡方程及其應(yīng)用平面匯交力系平衡的必要和充分條件是，合力等于零，既F= Fx2+ Fy2=（Fx）2+（F

32、y）2要使上式滿足，必Fx=0Fy=0 上式稱為平面匯交力系的平衡方程。所以，平面匯交力系平衡的必要和充分條件是：力系中各力在兩直角坐標(biāo)軸上投影的代數(shù)和分別等于零。平面匯交力系有兩個(gè)獨(dú)立的平衡方程，可以解兩個(gè)未知數(shù)。課堂小結(jié)： 1、平面匯交力系 2、合力投影定理 3、幾何法解題步驟： 1）選研究對象 2）作出受力圖 3）做力多邊形 4）求出未知數(shù)作業(yè)布置：課后習(xí)題：第5頁：2-4、2-5、2-6、2-7§2-3力矩與力偶教學(xué)目標(biāo)：1、力矩的概念、合力矩定理2、力偶和力偶矩、力偶的性質(zhì)3、平面力偶系的合成與平衡教學(xué)重點(diǎn)：合力矩定理、力偶系的合成與平衡教學(xué)難點(diǎn)：合力矩定理教學(xué)方法：講授法

33、、多媒體、練習(xí)、舉例教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：力矩、力偶1 力對點(diǎn)的矩,力對點(diǎn)的矩,是力對該點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的度量。例扳手?jǐn)Q螺母O點(diǎn)矩心h力臂力使物體繞O點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)由下列兩個(gè)因素決定：力的大小與力臂的乘積Fh;力使物體繞O點(diǎn)的轉(zhuǎn)向力F對O點(diǎn)的矩用Mo(F)表示，其計(jì)算公式為 Mo(F)= ±Fh力矩的單位為N·m。力矩為代數(shù)量，力使物體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩為正，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩為負(fù)。力沿其作用線滑移，其矩不變；力線過矩心時(shí)，其矩為零。合力矩定理平面匯交力系的合力對某點(diǎn)之矩，等于力系各分力對同一點(diǎn)之矩的代數(shù)和。Mo(F)=Mo(F)證明從略。力偶：兩個(gè)大小相等、方向相反、作用線相互

34、平行的力組成的力系。因力偶不能合成為一個(gè)力，對物體無移動(dòng)作用，只有轉(zhuǎn)動(dòng)作用。力偶對物體的轉(zhuǎn)動(dòng)作用用力偶矩M(F,F)度量。M(F,F)=M=±Fd力偶矩的單位為N·m。力偶的性質(zhì)：1 力偶不能進(jìn)一步合成為一合力，也不能與一個(gè)力平衡。2 力偶在任意軸上投影等于零。3 力偶對平面內(nèi)任意點(diǎn)之矩恒等于力偶矩。等效力偶：在同一平面內(nèi)的兩個(gè)力偶，只要其力偶矩相等，則它們對剛體的作用效應(yīng)等效；只要保持力偶矩的大小和方向不變，力偶可以從一平面移動(dòng)到另一平行平面，它對剛體的作用效應(yīng)不變。三、平面力偶系的合成和平衡力偶系合成結(jié)果有兩種。即力偶系可合成為一合力偶或平衡。1.平面力偶系合成：平面力

35、偶系合成得一合力偶，其力偶矩等于個(gè)分力偶矩的代數(shù)和。既：M=m2.力偶系平衡的條件：力偶系的合力偶矩為零。M=m=0課堂小結(jié)： 1、力矩2、合力矩定理3、平面力偶系 1）力偶和力偶矩 2）力偶的性質(zhì) 3）平面力偶系的合成與平衡作業(yè)布置：課后習(xí)題：第53頁：2-8、2-9、2-10、2-11、2-12§2-4 平面一般（任意）力系教學(xué)目標(biāo)：1、平面力系的平衡方程及應(yīng)用2、平面平行力系的平衡方程3、物系的平衡4、靜定與靜不定概念教學(xué)重點(diǎn)：1、正確分析受力，列出平衡方程2、運(yùn)用解析法求結(jié)果教學(xué)難點(diǎn)：正確分析受力，列出平衡方程教學(xué)方法：講授法、多媒體、舉例練習(xí)教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：一、平

36、面力系向平面內(nèi)一點(diǎn)簡化1力的平移定理作用在剛體上的力，可平行移動(dòng)到剛體上任一點(diǎn)，平移時(shí)需附加一力偶，附加力偶的力偶矩等于原作用力對平移點(diǎn)之矩，稱為力的平移定理。該定理表明，一個(gè)力可以等效于一個(gè)力和一個(gè)力偶。其逆定理表明，可將平面內(nèi)的一個(gè)力和一個(gè)力偶等效于一個(gè)力。應(yīng)用力的平移定理，將力系向一點(diǎn)簡化的方法是力系簡化的普遍方法。各力的作用線分布在同一平面內(nèi)的任意力系稱為平面任意力系，簡稱平面力系。平面力系的研究不僅在理論上而且在工程實(shí)際應(yīng)用 上都具有重要意義。首先，平面力系是工程中常見的一種力系。另外許多工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力作用時(shí)，雖然力的作用線不都在同一平面內(nèi)，但其作用力系往往具有一對稱平面，可將其

37、簡化為作用在對稱平面內(nèi)的力系。2.平面力系向平面內(nèi)一點(diǎn)簡化設(shè)在剛體上作用一平面力系，各力的作用點(diǎn)如圖所示。稱簡化中心主矢 主矩結(jié)論：平面力系向作用面內(nèi)任一點(diǎn)簡化，一般可得到一個(gè)力和一個(gè)力偶，該力通過簡化中心，其大小和方向等于力系的主矢，主矢的大小和方向與簡化中心無關(guān)；該力偶的力偶矩等于力系對簡化中心的主矩，主矩的大小和轉(zhuǎn)向與簡化中心相關(guān)。3.固定端約束（插入端約束）概念；物體的一部分固嵌于另一物體中所構(gòu)成的約束。實(shí)例：電線桿。當(dāng)主動(dòng)力為一平面力系時(shí)，物體在固嵌部分所受的力系也是一個(gè)平面力系，一般比較復(fù)雜，但可向點(diǎn)簡化為一力和一力偶，力的大小和方向都是未知的4平面力系簡化的最后結(jié)果1）簡化結(jié)果（

38、1）平面力系平衡（2）平面力系簡化為一合力偶，力偶矩的大小和轉(zhuǎn)向由主矩決定，與簡化中心無關(guān)。（3）平面力系簡化為一合力，此合力過簡化中心，大小和方向由主矢確定。（4）平面力系簡化為一合力，合力的作用線在點(diǎn)的哪一側(cè)，應(yīng)使得對之矩與主矩的轉(zhuǎn)向相同。圖中2）合力矩定理 (4.7)即平面力系的合力對作用面內(nèi)任一點(diǎn)的矩等于力系中各力對同一點(diǎn)矩的代數(shù)和，稱為平面力系的合力矩定理。二、平面力系的平衡方程及其應(yīng)用1.基本形式： 平面力系是平面匯交力系和平面力偶系的組合，因而平面力系平衡的必要條件是 ， 解析式為：即平面力系平衡的必要與充分的解析條件是：力系中各力在作用面內(nèi)兩個(gè)直角坐標(biāo)軸上投影的代數(shù)和等于零，力

39、系中各力對于平面內(nèi)任意點(diǎn)之矩的代數(shù)和也等于零。2.二力矩式 且軸不垂直于、兩點(diǎn)連線。3.三力矩式 (4.12)且、不共線三、平面平行力系的平衡方程平面平行力系：各力作用線在同一平面內(nèi)且相互平行的力系。基本形式：(4.13)二力矩式：(4.14)四、物體系統(tǒng)的平衡、靜定和靜不定問題概念。物體系統(tǒng)：多個(gè)物體通過一定約束組成的系統(tǒng)。前面例子所討論的平衡問題，未知力的個(gè)數(shù)正好等于平衡方程的數(shù)目，因而能由平衡方程解出全部未知數(shù)。這類問題稱為靜定問題。相關(guān)的結(jié)構(gòu)稱為靜定結(jié)構(gòu)。工程上為了提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度常常在靜定結(jié)構(gòu)上再附加一個(gè)或幾個(gè)約束，從而使未知約束力的個(gè)數(shù)大于獨(dú)立平衡方程的樹目。因而，僅僅由平衡方程無法

40、求得全部未知約束力，這時(shí)的平衡問題稱為超靜定問題或靜不定問題，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)稱為超靜定結(jié)構(gòu)或靜不定結(jié)構(gòu)。§2-5 摩擦當(dāng)兩物體的接觸面是粗糙的，且有相對滑動(dòng)趨勢時(shí)，在兩物體的接觸面間存在著阻礙其相對滑動(dòng)的摩擦力，稱為靜滑動(dòng)摩擦力。如果兩物體之間已產(chǎn)生了相對滑動(dòng)，則此時(shí)的摩擦力稱為動(dòng)滑動(dòng)摩擦力。1.靜滑動(dòng)摩擦力 的作用線沿兩物體接觸面公切線，其方向與相對滑動(dòng)趨勢相反，其大小一般由平衡條件確定，其數(shù)值在零與最大值之間的。最大靜滑動(dòng)摩擦力的大小與物體在接觸面處所受到的法向反力N 成正比，即：其中稱為靜滑動(dòng)摩擦系數(shù)，其值與相互接觸表面的材料、粗糙度、溫度、濕度等有關(guān)，而與接觸面的大小無關(guān)，一般由

41、實(shí)驗(yàn)的方法測定。2.動(dòng)滑動(dòng)摩擦力 的方向與相對滑動(dòng)速度方向相反，其大小可近似看作定值，它也與物體在接觸面處所受到的法向反力N成正比，即其中稱為動(dòng)滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般也由實(shí)驗(yàn)測定，且略小于，一般認(rèn)為。摩擦角與自鎖（1）全反力 支承面的反力包含兩個(gè)分量，即法向反力和靜滑動(dòng)摩擦力，這兩個(gè)力的合力稱為全反力，即（2）摩擦角 當(dāng)物體處于將動(dòng)而未動(dòng)狀態(tài)，即臨界狀態(tài)時(shí)，摩擦力的大小達(dá)到最大值，此時(shí)全反力與接觸處公法線的夾角稱為摩擦角，并且有以接觸面公法線為軸，頂角為的正圓錐稱為摩擦錐。（3）自鎖 如果作用在物體上的主動(dòng)力的合力作用線在摩擦錐以內(nèi)，則不論這個(gè)合力有多大，支承面總能產(chǎn)生全反力來和它相平衡，物體的平

42、衡狀態(tài)永不被破壞，這種現(xiàn)象稱為自鎖。3）滾動(dòng)摩阻當(dāng)一物體相對于另一物體滾動(dòng)或具有滾動(dòng)趨勢時(shí)，接觸處除可能受到滑動(dòng)摩擦力作用外，還要受到一個(gè)滾動(dòng)摩擦力偶的阻礙作用，這個(gè)阻力偶的力偶矩稱為滾動(dòng)摩阻。其方向與相對滾動(dòng)方向或相對滾動(dòng)趨勢方向相反，其大小由平衡方程確定，其數(shù)值在零與最大值之間。最大滾動(dòng)摩阻的大小與物體在接觸處所受到的法向反力成正比，即其中稱為滾動(dòng)摩阻系數(shù)，它具有長度的量綱，其值一般由實(shí)驗(yàn)的方法測定。課堂小結(jié)：力的平移定理平衡方程： 作業(yè)布置：課后習(xí)題：第54頁：2-14、2-15、2-16、2-17、2-18摩擦與自鎖現(xiàn)象觀測一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庾枣i在機(jī)械中的應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備自鎖螺紋副、自鎖

43、與非自鎖蝸桿、千斤頂三、課時(shí)安排 1學(xué)時(shí)四、實(shí)訓(xùn)步驟及要求1、觀察自鎖現(xiàn)象2、對比自鎖與非自鎖的區(qū)別五、實(shí)訓(xùn)分析與總結(jié) 摩擦與自鎖條件在機(jī)械平衡問題中的應(yīng)用六評分標(biāo)準(zhǔn)1操作是否符合規(guī)范（40分）2實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確（30分）3過程分析是否準(zhǔn)確（30分）第三章 桿件的變形及強(qiáng)度和剛度計(jì)算31 概述教學(xué)目標(biāo)：、變形固體的基本假設(shè) 、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念3、軸向拉伸、壓縮時(shí)的內(nèi)力、軸力概念； 4、軸力的分析及軸力圖畫法；5、位移、變形及應(yīng)變的概念 6 、構(gòu)件的分類及桿件的基本變形7、軸向拉、壓時(shí)桿件橫截面上應(yīng)力概念及計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)：、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念2、截面法求軸力；3、拉壓桿橫截面上的應(yīng)力分

44、析及計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)：1、位移、變形及應(yīng)變 2、軸力及應(yīng)力的分析計(jì)算。教學(xué)方法：多媒體、講授、舉例教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：一、構(gòu)件正常工作的基本要求足夠的強(qiáng)度：即抵抗破壞的能力。足夠的剛度：即抵抗變形的能力。足夠的穩(wěn)定性：即保持原有平衡狀態(tài)的能力。二、變形固體的基本假設(shè)在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱為變形固體，而構(gòu)件一般均由固體材料制成，故構(gòu)件一般都是變形固體。連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為整個(gè)物體體積內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì)均勻性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同各向同性假設(shè)：認(rèn)為在物體內(nèi)各個(gè)不同方向的力學(xué)性能相同三、桿件變形的基本形式若構(gòu)件的長度遠(yuǎn)大于橫截面的尺寸，則該構(gòu)件稱為桿件或桿。直

45、桿：等截面直桿、變截面直桿。折桿：等截面折桿、變截面折桿。曲桿：等截面曲桿、變截面曲桿。桿件的基本變形：拉（壓）、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。32 軸向拉伸和壓縮一、軸向拉伸和壓縮的概念受力與變形特點(diǎn)：作用在桿件上的外力合力的作用線與桿件軸線重合，桿件變形是沿軸線方向的伸長或縮短。符合上述特點(diǎn)的桿件即為拉（壓）桿。二、拉伸和壓縮時(shí)的內(nèi)力、截面法和軸力1、內(nèi)力：因外力作用而引起構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力的改變量。2、截面法和軸力軸力：拉（壓）桿橫截面上的內(nèi)力。軸力正負(fù)號：拉為正、壓為負(fù)截面法求軸力的步驟：切: 假想沿選定橫截面將桿切開；留: 留下左半段或右半段；代: 將拋掉部分對留下部分的作用用內(nèi)力代替

46、；平: 對留下部分寫平衡方程求出內(nèi)力即軸力的值。課堂小結(jié)： 1、構(gòu)件正常工作的基本要求 1）足夠的強(qiáng)度 2）足夠的剛度 3）足夠的穩(wěn)定性2、變形固體及基本假設(shè) 1）均勻連續(xù)假設(shè) 2）各向同性假設(shè)3、構(gòu)件變形的基本形式4、應(yīng)力作業(yè)布置：課后習(xí)題：第89頁：3-1、3-2、3-3三、應(yīng)力概念、拉（壓）桿橫截面上的應(yīng)力教學(xué)目標(biāo)：1、拉伸、壓縮試驗(yàn)簡介； 2、試件的伸長率、斷面收縮率計(jì)算。 3、拉、壓桿的強(qiáng)度條件； 4、拉、壓桿的變形計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)：1、材料拉、壓時(shí)的力學(xué)性質(zhì)。 2、拉、壓桿的強(qiáng)度校核；3、桿件截面尺寸設(shè)計(jì)。教學(xué)難點(diǎn)：拉、壓桿的變形量計(jì)算。 教學(xué)方法：多媒體、講授、提問等教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)

47、時(shí)教學(xué)內(nèi)容：1、應(yīng)力概念：橫截面上分布內(nèi)力的集度，單位Pa。2、拉(壓)桿橫截面上的應(yīng)力 根據(jù)桿件變形的平面假設(shè)和材料均勻連續(xù)性假設(shè)可推斷：軸力在橫截面上的分布是均勻的，且方向垂直于橫截面。所以，橫截面的正應(yīng)力計(jì)算公式為： 正應(yīng)力和軸力N同號。即拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。四、材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)：在外力作用下材料在變形和破壞方面所表現(xiàn)出的力學(xué)性能1、材料拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線2、低碳鋼拉深時(shí)的的力學(xué)性質(zhì)明顯的四個(gè)階段1）彈性階段2）屈服階段：失去抵抗變形的能力3）強(qiáng)化階段：恢復(fù)抵抗變形的能力4）局部徑縮階段兩個(gè)塑性指標(biāo):斷后伸長率和斷面收縮率。卸載定律及冷作硬化材料在卸載過程中應(yīng)力

48、和應(yīng)變是線形關(guān)系，這就是卸載定律。材料的比例極限增高，延伸率降低，稱之為冷作硬化或加工硬化。3、其他材料拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)對于沒有明顯屈服階段的塑性材料，用名義屈服極限p0.2來表示。對于脆性材料（鑄鐵），拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線，沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。斷后伸長率約為0.5%。為典型的脆性材料。五、拉（壓）桿的強(qiáng)度計(jì)算1.許用應(yīng)力和安全系數(shù)極限應(yīng)力：材料喪失正常工作能力時(shí)的應(yīng)力。塑性變形是塑性材料破壞的標(biāo)志。屈服點(diǎn)為塑性材料的極限應(yīng)力。斷裂是脆性材料破壞的標(biāo)志。因此把抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，作為脆性材料的極限應(yīng)力。 許用應(yīng)力：構(gòu)件安全工作時(shí)材料允許承受的最大應(yīng)力。構(gòu)件的工作應(yīng)力必

49、須小于材料的極限應(yīng)力。一般將許用應(yīng)力除以一個(gè)大于一的系數(shù)，該系數(shù)即為安全系數(shù)。2、拉壓桿的強(qiáng)度條件根據(jù)強(qiáng)度條件，可以解決三類強(qiáng)度計(jì)算問題1）強(qiáng)度校核：2）設(shè)計(jì)截面3）確定許可載荷：六、拉壓桿的變形 虎克定律虎克定律 ：實(shí)驗(yàn)表明，對拉(壓)桿，當(dāng)應(yīng)力不超過某一限度時(shí)，桿的軸向變形與軸力FN 成正比，與桿長L成正比，與橫截面面積A 成反比。這一比例關(guān)系稱為虎克定律。E 為材料的拉(壓)彈性模量，單位是GPa，代表了材料抵抗拉(壓)變形的能力，是衡量材料剛度的指標(biāo)。 課堂小結(jié)： 1、材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能2、拉伸過程大致分為四個(gè)階段 1）彈性階段 2）屈服階段 3）強(qiáng)化階段 4）局部變形階段3

50、、拉、壓桿的強(qiáng)度條件作業(yè)布置：課后習(xí)題：3-4、3-5、3-6、3-7低碳鋼和鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 測定低碳鋼的彈性模量E、屈服極限s、強(qiáng)度極限b、延伸率和斷面收縮率。（2） 測定鑄鐵的強(qiáng)度極限b。（3） 觀察低碳鋼拉伸過程中的彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮、斷裂等物理現(xiàn)象。（4）熟悉材料實(shí)驗(yàn)機(jī)和其它儀器的使用。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1） WE-30型萬能材料試驗(yàn)機(jī)。（2） 游標(biāo)卡尺。（3） 球鉸式引伸儀。三、課時(shí)安排 1學(xué)時(shí)四、 試件介紹由于試件的形狀和尺寸對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的影響，為便于互相比較，應(yīng)按統(tǒng)一規(guī)定加工成標(biāo)準(zhǔn)試件。按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，拉伸試件分為比例試件和非比例試件兩種。在試件中

51、部，用來測量試件伸長的長度，稱為原始標(biāo)距（簡稱標(biāo)距）。比例試件的標(biāo)距l(xiāng)0與原始橫截面面積A0的關(guān)系規(guī)定為 （1.1）式中系數(shù)k的取值為5.65時(shí)為短試件，取11.3時(shí)為長試件。對直徑為d0的圓截面試件，短試件和長試件的標(biāo)距l(xiāng)0分別為5 d0和10 d0。非比例試件的l0和A0不受上述關(guān)系限制。本實(shí)驗(yàn)采用圓截面的長試件，即l0=5 d0.五、實(shí)驗(yàn)原理及方法 常溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)可以測定材料的彈性模量E、屈服極限、強(qiáng)度極限、延伸率和斷面收縮率等力學(xué)性能指標(biāo)，這些參數(shù)都是工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。（1）低碳鋼彈性模量E的測定由材料力學(xué)可知，彈性模量是材料在彈性變形范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，即 （1.2）因?yàn)?所

52、以彈性模量E又可以表示為 (1.3)式中：E材料的彈性模量，P實(shí)驗(yàn)時(shí)所施加的荷載，A以試件直徑的平均值計(jì)算的橫截面面積，L0引伸儀標(biāo)距，試件在載荷P作用下，標(biāo)距L0段的伸長量?？梢?，在彈性變形范圍內(nèi)，對試件作用拉力P，并量出拉力P引起的標(biāo)距內(nèi)伸長，即可求得彈性模量E，實(shí)驗(yàn)時(shí)，拉力P值由試驗(yàn)機(jī)讀數(shù)盤示出，標(biāo)距L050（不同的引伸儀標(biāo)距不同），試件橫截面面積A可算出，只要測出標(biāo)距段的伸長量，就可得到彈性模量E。在彈性變形階段內(nèi)試件的變形很小，標(biāo)距段的變形（伸長量）需用放大倍數(shù)為200倍的球鉸式引伸儀來測量。為檢驗(yàn)荷載與變形之間的關(guān)系是否符合胡克定律，并減少測量誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)一般用等增量法加載，即把載荷分成若干個(gè)等級，每次增加相同的載荷,逐級加載。為保證應(yīng)力不超過彈性范圍，以屈服載荷的7080%作為測定彈性模量的最高載荷Pn。此外，為使試驗(yàn)機(jī)夾緊試件，消除試驗(yàn)機(jī)機(jī)構(gòu)的間隙等因素的影響，對試件應(yīng)施加一個(gè)初始載荷P0（本實(shí)驗(yàn)中P02.0kN）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，從P0到Pn逐級加