計算圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度. 剛度

1、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程單元教學(xué)設(shè)計單元標(biāo)題：計算圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度、剛度單元教學(xué)學(xué)時2在整體設(shè)計中的位置第14次授課班級上課地點教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)能完成扭轉(zhuǎn)變形的圓軸的設(shè)計、校核，確定最大承載能力。1掌握、運用.圓周扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件；2.掌握、運用圓周扭轉(zhuǎn)的剛度條件1.培養(yǎng)學(xué)生熱愛本專業(yè)、愛學(xué)、會學(xué)的思想意識。2.培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識分析和解決實際問題的能力；3.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識；4.培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)、認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。能力訓(xùn)練任務(wù)及案例 任務(wù)：根據(jù)強(qiáng)度、剛度條件公式進(jìn)行計算，設(shè)計扭轉(zhuǎn)變形軸的直徑；教學(xué)材料1.教材2.使用多媒體輔助教學(xué)單元教學(xué)進(jìn)度步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法學(xué)生活動工具手段時

2、間分配1復(fù)習(xí)、導(dǎo)入 復(fù)習(xí)：扭轉(zhuǎn)變形的應(yīng)力公式、變形公式。實心圓軸、空心圓軸的極慣性矩、抗扭截面剛度。導(dǎo)入：僅僅確定應(yīng)力與變形，還不能分析確定構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度，這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)扭轉(zhuǎn)變形的強(qiáng)度、剛度計算。提問講授討論回答黑板課件視頻5分鐘2設(shè)置情景提出問題 紅星機(jī)械廠數(shù)控銑床變速箱傳動軸如圖所示，沒有達(dá)到預(yù)期的壽命發(fā)生失效，需重新設(shè)計。已知該軸轉(zhuǎn)速n=300r/min，主動輪輸入功率PC=30kW，從動輪輸出功率PA=5kW，PB=10kW，PD=15kW，材料的切變模量G=80GPa，許用切應(yīng)力t=40MPa，單位長度許用扭轉(zhuǎn)角q=0.75°/m。按強(qiáng)度條件和剛度條件設(shè)計此軸直徑。

3、問題探究問題引領(lǐng)聽講思考黑板、ppt5分鐘3講授新知提供咨詢一.圓軸抗扭強(qiáng)度計算圓軸抗扭強(qiáng)度計算的依據(jù)是限制軸的最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力tmax不超過材料的許用切應(yīng)力t，便可得到抗扭強(qiáng)度條件為式中最大扭矩Tmax可由扭矩圖確定，許用切應(yīng)力t由機(jī)械手冊或設(shè)計規(guī)范給出。注意：對于階梯軸，由于抗扭截面系數(shù)Wp各段不同，tmax不一定發(fā)生在Tmax所在的截面上，因此需綜合考慮T和Wp兩個因素，取其最大比值作強(qiáng)度計算。案例應(yīng)用：由無縫鋼管制成的汽車傳動軸AB圖7-14（a），外徑D=90mm，壁厚t=2.5mm，材料為45鋼，許用切應(yīng)力t=60MPa，工作時傳遞的最大力矩圖7-14（b）為M=1.5kN×

4、;m。試校核AB軸的強(qiáng)度。如將AB軸改為實心軸，試在相同強(qiáng)度下確定軸的直徑，并比較實心軸和空心軸的重量。講授法啟發(fā)式問題探究聽講討論回答黑板、ppt10分鐘3講授新知提供咨詢解 （1）校核AB軸的強(qiáng)度 由已知條件可得 故AB軸滿足強(qiáng)度要求。（2）確定實心軸的直徑 若實心軸與空心軸的抗扭強(qiáng)度相同，則兩軸的抗扭截面系數(shù)Wp相等。設(shè)實心軸的直徑為D1，則有（3）比較空心軸和實心軸的重量 因為兩軸的材料和長度相同，它們的重量比就等于面積比。設(shè)A1為實心軸的截面面積，A2為空心軸的截面面積，即，則有結(jié)論：  在強(qiáng)度相同的情況下，該軸采用空心軸時的重量僅為采用實心軸重量的31，減輕重量

5、、節(jié)省材料的效果明顯。這是因為切應(yīng)力沿半徑呈線性分布，圓心附近處應(yīng)力較小，材料的性能未能充分利用。改為空心軸后，材料的性能被充分利用，總重量必然會降低。但是，采用空心軸也有不利的一面，如經(jīng)濟(jì)成本較高，體積較大等。二.圓軸抗扭剛度計算有些軸類零件不僅要滿足強(qiáng)度要求，還要滿足剛度要求。如車床操作進(jìn)刀的絲杠，抗扭剛度過小會影響進(jìn)刀量的控講授法啟發(fā)式問題探究討論法分?jǐn)?shù)激勵聽講討論回答黑板、ppt10分鐘3講授新知提供咨詢制，使車削精度降低，所以要對某些軸的剛度進(jìn)行設(shè)計。工程上通常是限制軸單位長度的扭轉(zhuǎn)角q不得超過單位長度許用扭轉(zhuǎn)角q，即 單位長度的扭轉(zhuǎn)角為圓軸的抗扭剛度條件為上式中，的單位為。工程中，有時單位長度許用扭轉(zhuǎn)角的單位用，于是，剛度條件可寫成 值可查閱有關(guān)工程手冊，結(jié)合設(shè)備的具體情況決定。一般規(guī)定：精密機(jī)器的軸 ；一般傳動軸 ；精度較低的軸 。案例應(yīng)用：一空心軸外徑D=100mm，內(nèi)徑d=50mm，q=0.75°/m，G=80GPa。試求該軸所能承受的最大扭矩T。解： 由剛度條件得 又所以講授法啟發(fā)式問題探究討論法分?jǐn)?shù)激勵聽講討論回答黑板、ppt20分鐘4任務(wù)分析 小組討論軸設(shè)計的步驟，需要用到的公式、參數(shù)。啟發(fā)誘導(dǎo)討論5分鐘5任務(wù)實施小組討論、確定方案 ，獨自完成。請同學(xué)到黑板演示。啟發(fā)、誘導(dǎo)、個別指導(dǎo)操作黑板紙本20分鐘6.點評1.知識的掌握情況；2.知識的