機(jī)械基礎(chǔ)第三章杠桿的基本變形.doc

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?！窘虒W(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?！倦y點(diǎn)分析】材料拉壓時(shí)的力學(xué)性能。【教學(xué)方法】講練法、演示法、討論法、歸

2、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）平面任意力系的平衡Fx0Fy0M o0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(chēng)為內(nèi)力。拉壓桿的內(nèi)力沿軸向稱(chēng)軸力。2、截面法求內(nèi)力過(guò)程：切、取、代、平。Fx0討論：關(guān)于軸力 ()A、是桿件軸線(xiàn)上的荷載NP0NPB、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(shí)例引出概念）1、受力特點(diǎn)

3、：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(chēng)為拉伸或壓縮。要點(diǎn)：（ 1）外力的作用線(xiàn)必須與軸線(xiàn)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(chēng)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。NA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NLl絕對(duì)變形l 為EAl縱向線(xiàn)應(yīng)變El這兩個(gè)關(guān)系式稱(chēng)為虎克定律。式中 E- 材料的彈性模量，MPa 。討論：圖示階梯桿總

4、變形為（）FlFl3Fl（A） 0（ B）2EA(C)(D)2EAEA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(chēng)材料的力學(xué)性能，也稱(chēng)機(jī)械性質(zhì)。1 、低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能比例極限 p彈性極限屈服極限強(qiáng)度極限彈性模量 Eesb泊松比2 、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(lèi)：塑性材料5%脆性材料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123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s塑性材料

5、n脆性材料bn2、強(qiáng)度校核maxNmaxA（ 1）、校核強(qiáng)度maxN maxA（ 2）、設(shè)計(jì)截面 A N max（ 3）、確定許可載荷 N max A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) P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。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(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

6、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。【教學(xué)重點(diǎn)】1、剪切與擠壓的受力特點(diǎn)、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。【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）1、拉壓強(qiáng)度Nmaxmax2、拉壓變形AlNLEAE 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(xiāo)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(xiàn)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(chēng)為剪切。2、

7、剪力和剪應(yīng)力平行于截面的內(nèi)力稱(chēng)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(chēng)為剪應(yīng)力。QA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P80kN，鋼板b寬 50mm，h5mm厚。求剪斷鋼板時(shí)的剪應(yīng)力。解：QP80 103320MPaAbh505二、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(chēng)為擠壓。2、 擠壓應(yīng)力BFBAB式中 AB- 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

8、板用填角焊縫連接三、剪切與擠壓強(qiáng)度剪切強(qiáng)度max擠壓強(qiáng)度QAFBB maxBAB校核強(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(xiāo)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)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。三、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

9、。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，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?！倦y點(diǎn)分析】扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析方法。【教學(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(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)?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)舊課剪切強(qiáng)度maxQA擠壓強(qiáng)度FBB maxBAB二、 導(dǎo)入新課日常生活中常用的螺絲刀，汽車(chē)的傳動(dòng)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(shí)例引出扭轉(zhuǎn)概念）受力特點(diǎn)：在垂直于軸線(xiàn)的橫截面內(nèi)作用一

10、對(duì)等值、反向的力偶；變形特點(diǎn)：軸表面的縱線(xiàn)變成螺旋線(xiàn)。這種變形稱(chēng)為圓軸扭轉(zhuǎn)。討論： 下列實(shí)例中屬于扭轉(zhuǎn)變形的是（）A、起重吊鉤B、鉆頭鉆孔C、火車(chē)車(chē)軸D、零件鉆孔2、圓軸扭轉(zhuǎn)外力偶矩M 9550 NP n式中M 軸外力偶矩，N m；NP 軸功率， kW;n 軸轉(zhuǎn)速， r/min 。討論：（ 1）汽車(chē)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3圓軸扭轉(zhuǎn)變形圓軸扭轉(zhuǎn)變形的圓周線(xiàn)只是繞軸線(xiàn)轉(zhuǎn)了不同的角度，縱向線(xiàn)傾斜一個(gè)小角度，矩形變成平形四邊形。4切應(yīng)力分布規(guī)律如圖 3 28 所示。5、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

11、矩值最?。?）圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，橫截面上只有垂直于直徑的剪應(yīng)力。M TmaxWt式中MT 橫截面上扭矩，Nmm；3Wt 抗扭矩， mmWD30.2D3t16空心圓軸Wt0.2 D3(13)式中d / D討論：。兩根圓軸，材料相同，受力相同，而直徑不同，當(dāng)d12d 2 時(shí)，則兩軸的最大剪應(yīng)力之比1/2為（）A1/4B1/8C4D82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(qiáng)度條件maxM maxW t應(yīng)用 ：（ 1）校核強(qiáng)度M maxmaxWtM max（2）設(shè)計(jì)截面Wt（3）確定許可載荷M

12、maxWt6、提高抗扭能力的方法由強(qiáng)度條件可知：MmaxmaxW t（ 1）、提高抗扭截面系數(shù)WtWtD 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 M m ax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M m ax 。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)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

13、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、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。【難點(diǎn)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(jī)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(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)舊課扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：M nmaxW n實(shí)心圓軸W nD30.2D316空心圓軸Wn0.2D 3 (14

14、)d/ D二、導(dǎo)入新課彎曲變形是工程實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的一種變形。如起重機(jī)的橫梁、火車(chē)車(chē)輪軸等在載荷作用下都會(huì)產(chǎn)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(xiàn)的外力或在軸線(xiàn)平面內(nèi)受到力偶；變形特點(diǎn)：梁的軸線(xiàn)由直變彎。這種變形稱(chēng)為彎曲變形。凡以彎曲變形為主要變形的構(gòu)件習(xí)慣稱(chēng)為梁。2、梁的基本形式簡(jiǎn)支梁懸臂梁外伸梁梁的兩支點(diǎn)間距離稱(chēng)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(chēng)中性層。中性層與橫截面的交線(xiàn)稱(chēng)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(xiàn)A、縱向?qū)ΨQ(chēng)面與橫截面B、縱向?qū)ΨQ(chēng)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(jì)算：MmaxW Z式中WZ 抗彎矩，2mm（1）圓形截面：3d3WZ0.1d32（2）圓環(huán)形截面：WZ0.1D3(14 )式中d / D（3） 矩形截面：bh 2W Z64、彎曲強(qiáng)度強(qiáng)度條件：MmaxmaxWZ應(yīng)用：校核強(qiáng)度M m axm axWZ設(shè)計(jì)截面：W ZM m ax確定許可載荷：M maxWZ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(shí)，則梁內(nèi)的最大正應(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