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(qiáng)度、變形計算，并能解決工程實際問題?！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、變形計算?！倦y點(diǎn)分析】材料拉壓時的力學(xué)性能。【教學(xué)方法】講練法、演示法、討

2、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）平面任意力系的平衡Fx 0Fy 0Mo 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。Fx 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（演示工程實

3、例引出概念）1、受力特點(diǎn)：沿軸向作用一對等值、反向的拉力或壓力。2、變形特點(diǎn)：桿件沿軸向伸長或縮短。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？精品三、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(diǎn)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)以負(fù)。單位：帕（Pa）或兆帕（MPa） 四、軸向拉壓時的變形NLEA絕對變形l為縱向線應(yīng)變E這兩個關(guān)系式稱為虎克定律。式中E材料的彈性模量， MPa。? 討論：圖

4、示階梯桿總變形為（）FlFl3Fl（A） 0（B）2EA（C）EA痢五、拉伸（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、1、低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能比例極限 pp彈性極限e屈服極限 s強(qiáng)度極限 b彈性模量E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2、鑄鐵的拉伸性能特點(diǎn)：無屈服過程無塑性變形無塑性指標(biāo)分類：塑性材料 5%脆性材料 5%3、材料在壓縮時的力學(xué)性能塑性材料的壓縮強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度相當(dāng)?篦空的技皚明篦應(yīng)力一底蛇的稅討論：用這三種材料制成同尺寸拉桿，請回答如下問題:脆性材料的壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)大于拉伸強(qiáng)度u避 黃*（R國埔時岬對才應(yīng)量住臉三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖,哪種強(qiáng)度最好

5、？哪種剛度最好？哪種塑性最好？六、拉伸與壓縮時的強(qiáng)度校核1、許用應(yīng)力塑性材料脆性材料 2、強(qiáng)度校核maxN maxA(1)、校核強(qiáng)度maxN maxA(2)、設(shè)計截面N max(3)、確定許可載荷 Nmax A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)拉壓概念；拉壓內(nèi)力、應(yīng)力、強(qiáng)度計算；拉壓變形、虎克定律。 作業(yè)練習(xí)冊P3.2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(qiáng)度計算。二、能力目標(biāo)利用剪切與擠壓強(qiáng)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(qiáng)度條件在工程實踐中的

6、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(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)度計算。【難點(diǎn)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(qiáng)度max max4、，A2、拉壓變形Ai NLEAE導(dǎo)入新課（演示工程實例：剪鋼板、-鍵連接等一一引出剪切概念） 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、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

7、近。 變形特點(diǎn)：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。Q單位:兆帕(MPa)? 說明：工程實例近似認(rèn)為：剪應(yīng)力均布。，鋼伊50mm例題分析：剪斷鋼板時刀口的作用力為P 80kN厚h 5mm 。求剪斷鋼板時的剪應(yīng)力。解:Q _PA bh一一一 380 10350 5320MPa、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2、擠壓應(yīng)力FbB Ab式中Ab-擠壓面積，曲面取直徑投影面積。? 說明:工程實際近似認(rèn)為：擠壓應(yīng)力均布。?

8、討論：不屬于剪切破壞的是()A、釧釘連接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(qiáng)度剪切強(qiáng)度max擠壓強(qiáng)度FbB maxBAB校核強(qiáng)度設(shè)計截面確定許可載荷? 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(qiáng)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

9、。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)識扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算，并能應(yīng)用強(qiáng)度條件解決工程實際問題。 【教學(xué)重點(diǎn)】1、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力圖。2、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算?！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（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(qiáng)度-Qmax 擠壓強(qiáng)度AFbB max.BAB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。

10、三、新課教學(xué)1-扭轉(zhuǎn)的概念（演示工程實例一一引出扭轉(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)。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M 9550 NPn式中 M 一軸外力偶矩，N-m；Np一軸功率，kW;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(jī)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

11、。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。max式中MtWtMt 橫截面上扭矩，Wt 抗扭矩，mm3WtD316空心圓軸_ 33Wt0.2D (1)d1 2d2時，則兩軸的最大式中 d/D討論：。兩根圓軸，材料相同，受力相同，而直徑不同，當(dāng)剪應(yīng)力之比1 / 2為()A. 1/4B. 1/8C. 4D. 82.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maxmaxWt應(yīng)用

12、：(1)校核強(qiáng)度maxmaxWt(2)設(shè)計截面M maxWtmax(3)確定許可載荷MmaxWt6、提高抗扭能力的方法由強(qiáng)度條件可知：M maxmax-TT-；Wt(1)、提高抗扭截面系數(shù) Wt3一.-.Wt D ,因此米用空心軸，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M m ax。四、小結(jié)扭轉(zhuǎn)概念；外力偶矩計算、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算五、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】、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；

13、掌握彎曲強(qiáng)度條件的應(yīng)用。二、能力目標(biāo)通過提高粱抗彎曲強(qiáng)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(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)識彎曲強(qiáng)度條件的應(yīng)用及提高粱彎曲強(qiáng)度措施?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、彎曲概念、梁的基本形式；2、彎曲強(qiáng)度計算?！倦y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.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】

14、一、 復(fù)習(xí)舊課 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：M n max. A ,Wn3實心圓軸 Wn20.2 D 3d/D16空心圓軸 Wn0.2D3（14）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(jī)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(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、梁的基本形式簡支梁懸臂梁外伸梁梁的兩支點(diǎn)間距離稱梁跨度。3、梁的彎曲應(yīng)力分析精品凹入一側(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

15、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：M maxmaxWz式中 Wz 抗彎矩，mm(1)圓形截面:WZ -d3 0.1d332(2)圓環(huán)形截面:式中WZ 0.1D3(1d/D4)(3)矩形截面:WZbh 24、彎曲強(qiáng)度b強(qiáng)度條件:MmaxmaxWZ應(yīng)用：校核強(qiáng)度maxm axWz設(shè)計截面：wzm ax確定許可載荷：MmaxWz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(qiáng)度措施MmaxmaxWz(1)、