機(jī)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(shí)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(qiáng)度、變形計(jì)算。二、能力目標(biāo)通過(guò)做低碳鋼拉壓時(shí)的力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)動(dòng)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(shí)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(qiáng)度、變形計(jì)算，并能解決工程實(shí)際問(wèn)題。【教學(xué)重點(diǎn)】1、拉壓、內(nèi)力概念，截面法求內(nèi)力；2、拉壓強(qiáng)度、變形計(jì)算。【難點(diǎn)分析】材料拉壓時(shí)的力學(xué)性能?！窘虒W(xué)方法】講練法、演示法、討論法、歸納法。

2、【教學(xué)安排】2學(xué)時(shí)（90分鐘）【教學(xué)過(guò)程】復(fù)習(xí)舊課（5分鐘）平面任意力系的平衡E F = 0E F = 0E M = 0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(jiǎn)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(duì)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(guò)程：切、取、代、平。E F = 0N - P = 0N = P精品討論：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)、軸向拉壓的概念（演示

3、工程實(shí)例引出概念）1、受力特點(diǎn)：沿軸向作用一對(duì)等值、反向的拉力或壓力。2、變形特點(diǎn)：桿件沿軸向伸長(zhǎng)或縮短。這種變形稱為拉伸或壓縮。要點(diǎn)：（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(wèn)題。討論：判斷下列三個(gè)構(gòu)件在1 -2段內(nèi)是否單純屬于拉伸與壓縮？三、拉、壓時(shí)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(diǎn)均產(chǎn)生正應(yīng)力。2、應(yīng)力計(jì)算拉壓桿橫截面上正應(yīng)力是均勻分布的。N 。= . 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(shí)的變形也=NEA縱向線應(yīng)變e =b= El這兩個(gè)關(guān)系式稱為虎克定律。式中E-一-材料的彈性模量

4、，MPa。討論：圖示階梯桿總變形為（）一、,、FlFl3Fl（A）0 沮（C）EA鼓五、拉伸（壓縮）時(shí)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(jī)械性質(zhì)。泊松比H2、鑄鐵的拉伸性能特點(diǎn)：無(wú)屈服過(guò)程無(wú)塑性變形無(wú)塑性指標(biāo)分類：塑性材料8 5%脆性材料8 5%3、材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能塑性材料的壓縮強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度相當(dāng)脆性材料的壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)大于拉伸強(qiáng)度據(jù)）灰怖軼氏疏時(shí)的應(yīng)力，性變茴供討論:用這三種材料制成同尺寸拉桿，請(qǐng)回答如下問(wèn)題:三種材料的應(yīng) 力應(yīng)變曲線如圖，哪種強(qiáng)度最好？哪種剛度最好？哪種塑性最好？六、拉伸與壓縮時(shí)的強(qiáng)度校核1、許用應(yīng)力塑性材料 b=Ln2、

5、強(qiáng)度校核N 匚1 b= max （3）、確定許可載荷Nmaxv A1 例題分析：教材例3-3課內(nèi)練習(xí)：練習(xí)冊(cè)（先練習(xí)后總結(jié)）小結(jié)拉壓概念；拉壓內(nèi)力、應(yīng)力、強(qiáng)度計(jì)算；拉壓變形、虎克定律。作業(yè)練習(xí)冊(cè)P3.2剪切與擠壓【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識(shí)目標(biāo)1、了解剪切與擠壓的概念；2、掌握剪切與擠壓強(qiáng)度計(jì)算。二、能力目標(biāo)利用剪切與擠壓強(qiáng)度條件解決工程實(shí)際問(wèn)題。培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。、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(qiáng)度條件在工程實(shí)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(shí)剪切與擠壓強(qiáng)度條件的應(yīng)用，有一定的分析和運(yùn)用能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、剪切與擠壓的受力特點(diǎn)

6、、變形特點(diǎn)；2、剪切與擠壓強(qiáng)度計(jì)算?！倦y點(diǎn)分析】擠壓面積計(jì)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(shí)（90分鐘）【教學(xué)過(guò)程】復(fù)習(xí)舊課（5分鐘）J vbA1、拉壓強(qiáng)度bmax2、拉壓變形曲NLAZ =EAb = E 導(dǎo)入新課（演示工程實(shí)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(diǎn)：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(diǎn)：截面沿著力的作用方向相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。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

7、稱為剪應(yīng)力。Q單位：兆帕（MPa）說(shuō)明：工程實(shí)例近似認(rèn)為：剪應(yīng)力均布。例題分析： 剪斷鋼板時(shí)刀口的作用力為p = 80kN，鋼板寬50mm厚h = 5mm 。求剪斷鋼板時(shí)的剪應(yīng)力。解：bh80 乂 10350 x 5=320MPa、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-擠壓面積，曲面取直徑投影面積。說(shuō)明:工程實(shí)際近似認(rèn)為：擠壓應(yīng)力均布。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(duì)接焊縫連接D、鋼板用填角焊縫連接三、剪切與擠壓強(qiáng)度剪切強(qiáng)度T = t max A擠壓強(qiáng)度b cy B max ABB校核

8、強(qiáng)度 設(shè)計(jì)截面 確定許可載荷討論：材料抗擠的能力要比抗壓的能力大得多？例題分析：教材例3-5應(yīng)用：演示工程實(shí)例：剪鋼板、銷釘連接、鍵連接等。小結(jié)（5分鐘）剪切概念、內(nèi)力、應(yīng)力；擠壓概念、內(nèi)力、應(yīng)力。剪切與擠壓強(qiáng)度作業(yè)練習(xí)冊(cè)3.3圓軸的扭轉(zhuǎn)【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識(shí)目標(biāo)1、了解扭轉(zhuǎn)概念；熟悉外力偶矩、扭矩計(jì)算；2、理解扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力分析，掌握扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。二、能力目標(biāo)通過(guò)扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力分析，了解應(yīng)力分析方法，培養(yǎng)分析問(wèn)題的能力。、素質(zhì)目標(biāo)1、了解扭轉(zhuǎn)變形的受力特點(diǎn)、變形特點(diǎn)；2、通過(guò)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(diǎn)、變形特點(diǎn)；2、較深入地認(rèn)識(shí)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算

9、，并能應(yīng)用強(qiáng)度條件解決工程實(shí)際問(wèn)題?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力圖。2、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。【難點(diǎn)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?！窘虒W(xué)安排】2學(xué)時(shí)（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(wèn)。 【教學(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)舊課剪切強(qiáng)度T擠壓強(qiáng)度maxbB max二、導(dǎo)入新課日常生活中常用的螺絲刀，汽車的傳動(dòng)軸，反應(yīng)釜中的攪拌軸等均產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。、新課教學(xué)1、扭轉(zhuǎn)的概念（演示工程實(shí)例引出扭轉(zhuǎn)概念）受力特點(diǎn)：在垂直于軸線的橫截面內(nèi)作用一對(duì)等值、反向的力偶；變形特點(diǎn)：軸表面的縱線變成螺旋線。這種變形稱為圓軸扭轉(zhuǎn)。）C、火車車軸討論：下列實(shí)例中屬

10、于扭轉(zhuǎn)變形的是（D、零件鉆孔A、起重吊鉤B、鉆頭鉆孔2、圓軸扭轉(zhuǎn)外力偶矩M =9550N n式中M一軸外力偶矩，Nm；Np一軸功率，kW；n 軸轉(zhuǎn)速，r/mino討論：(1)汽車爬坡時(shí)，使用高速擋還是低速擋？(2)在同一臺(tái)機(jī)器的幾根逐級(jí)傳動(dòng)軸中，是高速軸粗，還是低速軸粗？為什么？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(gè)小角度，矩形變 成平形四邊形。切應(yīng)力分布規(guī)律如圖3 28所示。圓軸扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力計(jì)算討論：如何排列傳動(dòng)軸上的輪子能使最大扭矩值最??？(1)圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，橫截面上只有垂直于直徑的剪應(yīng)力。式中 Mt一橫截面上扭矩，NWt抗扭矩，mm3w = 1D1 幻 0.

11、2D3 t 16空心圓軸W = 0.2D3(1 -a 3)t式中 a =d / D討論：。兩根圓軸，材料相同，受力相同， 而直徑不同，當(dāng)di= 2d 2時(shí)，則兩軸的最大剪應(yīng)力之比T 1/ T 2為()A. 1/4B. 1/8C.2.指出以下應(yīng)力分布圖中哪些是正確的(A、圖(a)(d)正確C、圖(c)(d)正確D.B、D、圖(b)(c)正確圖(b) (d)正確(2)圓軸抗扭強(qiáng)度條件TmaxmaxWt應(yīng)用：(1)校核強(qiáng)度TmaxM（2）設(shè)計(jì)截面W 2 mx（3）確定許可載荷Mmax W 口6、提高抗扭能力的方法 由強(qiáng)度條件可知：T = M max t maxWt（1）、提高抗扭截面系數(shù)WtW S

12、D 3，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(qiáng)度。 （從應(yīng)力分布圖中直觀看出）。（2）、降低Mmax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Mmax。四、小結(jié)扭轉(zhuǎn)概念；外力偶矩計(jì)算、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算五、作業(yè)六、練習(xí)3.4直梁的彎曲及組合變形與壓桿穩(wěn)定【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識(shí)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(jì)算；掌握彎曲強(qiáng)度條件的應(yīng)用。二、能力目標(biāo)通過(guò)提高粱抗彎曲強(qiáng)度措施，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)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(qiáng)度條件的應(yīng)用。四、教學(xué)要求1、

13、初步了解彎曲變形的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)；2、認(rèn)識(shí)彎曲強(qiáng)度條件的應(yīng)用及提高粱彎曲強(qiáng)度措施。【教學(xué)重點(diǎn)】1、彎曲概念、梁的基本形式；2、彎曲強(qiáng)度計(jì)算?！倦y點(diǎn)分析】彎矩橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律。【教學(xué)方法】講練法、討論法。【教學(xué)資源】機(jī)械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程.北京：高等教育出版社，2010吳聯(lián)興主編.機(jī)械基礎(chǔ)練習(xí)冊(cè).北京：高等教育出版社，2010【教學(xué)安排】2學(xué)時(shí)（90分鐘） 【教學(xué)過(guò)程】一、 復(fù)習(xí)舊課t兀D 316扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：Tmax實(shí)心圓軸”，Wn空心圓軸 W = 0.2D3（1 -a 4）a= d/D二、導(dǎo)入新課n彎曲變形是工程實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的一種變形。如起重機(jī)的橫梁、火車車輪軸等在載 荷作用下都會(huì)產(chǎn)

14、生彎曲變形。1、彎曲的概念（演示工程實(shí)例）受力特點(diǎn)：垂直于軸線的外力或在軸線平面內(nèi)受到力偶；變形特點(diǎn)：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、梁的基本形式懸臂梁 冗外伸梁梁的兩支點(diǎn)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(zhǎng)，存在拉應(yīng)力。中間一層纖維長(zhǎng)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(shí)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bmax彎曲正應(yīng)力計(jì)maxWz式中 WZ 抗彎矩，mm2（1）圓形截面：W

15、 =M3 就 0.1d332（2）圓環(huán)形截面:W = 0.1D3(1 a 4)ZT ，式中 a = d / D（3）矩形截面:Wzbh 24、彎曲強(qiáng)度強(qiáng)度條件:b =mamax|WZ應(yīng)用：校核強(qiáng)度bm axMmaxwz -mjx確定許可載荷：Mma 七如果梁橫截面的高度增加一倍時(shí)，則梁內(nèi)的最大正討論：矩形截面梁受彎曲變形 應(yīng)力為原來(lái)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(wú)法確定5、提高梁彎曲強(qiáng)度措施bmaxMmax VWZ（1）、降低M合力安排支座:改變載荷位置:max 111115 1二ydTlTl?rTTtk合力布置載:故齒輪安裝時(shí)?？拷欢溯S承，可提