机械基础教案.pdf
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1、编号: 教案 第 1 次课 授课形式 课目、课题 教学目的 和要求 重点 难点 教学进程 (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段、 师生互动、 时间分配、 板书设计) 学时2 课堂讲授授课时间 第 1 章 构件的静力分析 掌握刚体静力学,平面机构的静力分析; 熟悉空间力系的平面解法。 受力图的绘制,平面机构的静力分析、力系的合成与平衡计算。 受力图的绘制,空间力系的平面解法。 第 1 章 构件的静力分析 1.基本概念(力、刚体) 2.静力学公理 3.约束和约束反力 约束:能限制某些物体运动的其它物体。 约束反力 (反力 ):约束对非自由体的作用。 反力的作用点是约束与非自由体的接触点 反力
2、的方向总是与该约束所能限制的运动方向相反 反力的大小总是未知的。在静力学中可以利用相关平衡条件求出约束反力。 约束的基本类型 柔性约束 光滑面约束 光滑铰链约束 固定端约束 4.受力图 恰当地选取研究对象,正确地画出构件的受力图是解决力学问题的关键。画受力图 的具体步骤如下: 1.明确研究对象,画出分离体; 页码: 1 2.在分离体上画出全部主动力; 3.在分离体上画出全部约束反力。 作业布置复习书中典型例题 主要机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 参考资料 理论力学西工大编 由于在大一期间,同学们已经上过建筑力学上册有关于理论力学的内容, 因此静力分析和平面汇交力系同学们比较了解,本节课主要
3、是起到复习和加 深知识点的作用,同学们对这节课的知识掌握的较好。 课后自我 总结分析 页码: 2 编号: 教案 第 2 次课学时2 授课形式课堂讲授授课时间 课目、课题第 1 章 构件的静力分析 教学目的 和要求 重点 难点 教学进程 (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段、 师生互动、 时间分配、 板书设计) 掌握力矩的定义,力矩的性质以及平面力偶系的合成和平衡。 运用平面任意力系的平衡条件和平衡方程。 平面力偶系的合成 平面任意力系的平衡方程 第 1 章 构件的静力分析 力对点之矩 概念:力使物体产生转动效应的物理量称为力矩。产生转动的中心点称为 力矩中心(简称矩心),力的作用线到力矩
4、中心的距离d 称为力臂,力使物体 绕矩心转动的效应取决于力 F 的大小与力臂 d 的乘积及力矩的转动方向。力对点之 矩用 MO(F)来表示 合力矩定理:平面汇交力系的合力对平面内任意一点之矩,等于其所有分力对 同一点的力矩的代数和 力对点之矩的求法 方法 1:用力矩的定义式,即力和力臂的乘积求力矩。这种方法的关键在 于确定力臂 d。需要注意的是,力臂 d 是矩心到力作用线的距离,即力臂必须垂 直于力的作用线。 方法 2:运用合力矩定理求力矩。在工程实际中,有时力臂的几何关系较复杂, 不易确定时,可将作用力正交分解为两个分力,然后应用合力矩定理求原力对矩 心的力矩。 力偶及其性质 定义:作用在物
5、体上的一对大小相等、方向相反、作用线相互平行的两个力称 为力偶。 平面力偶系的平衡 平面力偶系平衡的必要与充分条件是: 力偶系中各力偶矩的代数和等于零。 页码: 3 平面一般力系向平面内任意一点的简化: 平面一般力系向平面内一点简化,得到一个主矢和一个主矩,主矢的大小和 方向与简化中心的选择无关。主矩的值一般与简化中心的选择有关。 作业: P31 13,14 作业布置 主要机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 参考资料 机械原理孙桓主编 学生们理解了力矩的性质以及平面力偶系的合成和平衡。并且可以通过 实际题目进行平面任意力系的平衡条件和平衡方程的运用,但是还需要通过 课后练习进行巩固。 课后自我
6、 总结分析 页码: 4 编号: 教案 第 3 次课学时2 授课形式课堂讲授授课时间 课目、课题第 1 章 构件的静力分析 通过对本节内容的详细讲解,旨在让学生了解空间力系的平衡方程及其应用, 教学目的 和要求 重点 难点 教学进程 (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段、 师生互动、 时间分配、 板书设计) 要求学生理解滑动摩擦的规律,摩擦角和自锁现象以及摩擦时物体的平衡问 题。 空间任意力系的平衡方程及其运用 摩擦角和自锁现象 第 1 章构件的静力分析 1空间力系 力在空间直角坐标轴上的投影 一次投影法:力 F 与三个坐标轴所夹的锐角分别为、, 则力F 在三个 轴上的投影等于力的大小乘以
7、该夹角的余弦 二次投影法 :若已知力F 与 z 轴的夹角为,力 F和 z 轴所确定的平面与x 轴 的夹角为,可先将力 F 在 oxy 平面上投影,然后再向 x、 y 轴进行投影。空间力系 的简化:与平面任意力系的简化方法一样,空间力系也可以简化为一个主矢和一个 主矩。 空间力系平衡问题的平面解法:在工程中,常将空间力系投影到三个坐标平面 上,画出构件受力图的主视、俯视、侧视等三视图,分别列出它们的平衡方程, 同样可解出所求的未知量。这种将空间问题转化为平面问题的研究方法,称为 空间问题的平面解法。 2滑动摩擦 两物体接触表面间产生相对滑动或具有相对滑动趋势时所具有的摩擦。 两物体表面间只具有滑
8、动趋势而无相对滑动时的摩擦,称为静滑动摩擦(静摩 擦);接触表面间产生相对滑动时的摩擦,称为动滑动摩擦(动摩擦)。 摩擦角:全反力与法线间的最大夹角。 页码: 5 作业布置 主要 参考资料 课后自我 总结分析 自锁:若主动力的合力FQ 作用在锥体范围内,则约束面必产生一个与之等 值、反向且共线的全反力FR 与之平衡。但无论如何增加力FQ,物体总能保 持平衡。全反力作用线不会超出摩擦锥的这种现象称为自锁。 无 机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 机械原理孙桓主编 学生们理解了力在空间直角坐标轴上的投影,以及如何运用空间力系平 衡问题的平面解法。滑动摩擦是机械基础中最重要的内容之一,在以后的教 学
9、中应突出该内容,讲透使得学生有更加深入的了解。 页码: 6 编号: 教案 第 4 次课学时2 授课形式课堂讲授授课时间 课目、课题第 2 章 零件的变形及强度计算 教学目的 学习:轴向拉伸与压缩的概念;拉 ( 压 ) 杆横截面的应力和变形计算;拉( 压) 和要求 杆的强度计算;剪切的概念,挤压的概念;剪切和挤压的实用计算 拉 (压 )杆的轴力和轴力图 重点 拉 (压 )杆横截面的应力和变形计算 难点 第 2 章 零件的变形及强度计算 一、拉伸和压缩 材料拉伸和压缩时的力学性能 材料的力学性能:材料在外力作用下,其强度和变形方面所表 现出来的 教学进程 (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段
10、、 师生互动、 时间分配、 板书设计) 性能。它是通过试验的方法测定的,是进行强度、刚度计算和选择材料的重要依据。 工程材料的种类:根据其性能可分为塑性材料和脆性材料两大类。低碳钢和铸铁 是这两类材料的典型代表,它们在拉伸和压缩时表现出来的力学性能具有广泛的代表 性。 拉 (压 )杆的强度计算 许用应力:构件安全工作时材料允许承受的最大应力。构件的工作应力必须 小于材料的极限应力。 强度计算:应用强度条件式进行的运算。 为了使构件不发生拉(压 )破坏,保证构件安全工作的条件是:最大工作 应力不超过材料的许用应力。这一条件称为强度条件。 页码: 7 作业布置 主要 参考资料 应用该条件式可以解决
11、以下三类问题:校核强度、设计截面、确定许 可载荷。 二、剪切 剪切的概念:在力不很大时,两力作用线之间的一微段,由于错动而发 生歪斜,原来的矩形各个直角都改变了一个角度。这种变形形式称为剪切变 形。 挤压的概念:构件发生剪切变形时,往往会受到挤压作用,这种接触面 之间相互压紧作用称为挤压。 详解书中例题。 无 机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 机械原理孙桓主编 学生们理解了轴向拉伸与压缩的概念,以及拉 ( 压 ) 杆横截面的应力和变形计 算。在做书中例题时发现对剪切和挤压的掌握不够好,需要多做练习进行巩固。 课后自我 总结分析 页码: 8 编号: 教案 第5次课学时2 授课形式课堂讲授授课时
12、间 课目、课题 教学目的 和要求 重点 难点 教学进程 (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段、 师生互动、 时间分配、 板书设计) 第 2 章 零件的变形及强度计算 1 圆轴扭转的概念 2扭转内力:扭矩和扭矩图 3扭转切应力分析与计算 4圆轴扭转时的强度和刚度计算 扭矩图的绘制 圆轴扭转时的强度和刚度计算 第 2 章 零件的变形及强度计算 扭转变形的特点: 受力特点:在垂直于杆件轴线的平面内,作用了一对大小相等,转向相反,作 用平 面平行的外力偶矩; 变形特点:杆件任意两横截面都发生了绕杆件轴线的相对转动。 这种形式的变形称为扭转变形。 扭矩图:用平行于轴线的x 坐标表示横截面的位置,用
13、垂直于x 轴的坐标 MT 表示横截面扭矩的大小,描画出截面扭矩随截面位置变化的曲线,称为扭 矩图。 圆轴扭转时的变形特征: 1)各圆周线的形状大小及圆周线之间的距离均无变化;各圆周线绕轴线转动 了不同的角度。 2)所有纵向线仍近似地为直线,只是同时倾斜了同一角度。 页码: 9 作业布置 主要 参考资料 圆轴扭转时的强度计算: 强度条件 :圆轴扭转时的强度要求仍是最大工作切应力 max 不超过材料的 许用切应力 。 应用扭转强度条件,可以解决圆轴强度计算的三类问题:校核强度、设计截 面和确定许可载荷。 圆轴扭转时的变形和刚度计算: 刚度条件:最大单位长度扭角 max 小于或等于许用单位长度扭角
14、。 根据扭转刚度条件,可以解决刚度计算的三类问题:即校核刚度、设计截面和确 定许可载荷。 作业: P60 8,9,11 机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 机械原理孙桓主编 学生们理解了扭转变形的特点和变形特征,并会应用强度计算公式和刚 度计算公式进行校核,以后还需要增加一些习题的练习。由于扭转变形时几 种变形里面比较重要的内容,以后教学过程中本章内容可以适当强化。 课后自我 总结分析 页码: 10 编号: 教案 第6次课学时2 授课形式课堂讲授授课时间 课目、课题第 2 章 零件的变形及强度计算 1.直梁平面弯曲的概念 2.梁的类型及计算简图 教学目的 3.梁弯曲时的内力(剪力和弯矩) 和要
15、求 4.梁纯弯曲时的强度条件 5.梁弯曲时的变形和刚度条件 梁弯曲时的内力计算(剪力和弯矩) 重点 梁纯弯曲时的强度条件和刚度条件 难点 第 2 章 零件的变形及强度计算 直梁平面弯曲的概念: 弯曲变形:作用于杆件上的外力垂直于杆件的轴线,使杆的轴线由直线变为曲 线。 平面弯曲:梁的外载荷都作用在纵向对称面内时,则梁的轴线在纵向对称面内 教学进程弯曲成一条平面曲线。 (含课堂以弯曲变形为主的直杆称为直梁,简称梁。 教学内容、梁的类型: 教学方法、简支梁:一端为活动铰链支座,另一端为固定铰链支座。 辅助手段、外伸梁:一端或两端伸出支座之外的简支梁。 师生互动、悬臂梁:一端为固定端,另一端为自由端
16、的梁。 时间分配、求梁的内力的方法仍然是截面法。 板书设计)剪力方程和弯矩方程 弯矩图画法:以与梁轴线平行的 x 坐标表示横截面位置,纵坐标 y 按一定比例 表示各截面上相应弯矩的大小,正弯矩画在轴的上方,负弯矩画在轴的下方。 页码: 11 作业布置 主要 参考资料 弯矩图的规律: 1.梁受集中力或集中力偶作用时,弯矩图为直线,并且在集中力作用处,弯 矩发生转折;在集中力偶作用处,弯矩发生突变,突变量为集中力偶的大小。 2.梁受到均布载荷作用时,弯矩图为抛物线,且抛物线的开口方向与均布载 荷的方向一致。 3.梁的两端点若无集中力偶作用,则端点处的弯矩为0;若有集中力偶作用 时,则弯矩为集中力偶
17、的大小。 作业: P60 8,9,11 机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 机械原理孙桓主编 学生们理解了梁弯曲时的内力计算(剪力和弯矩)方法,以及弯矩图的画法, 由于本节内容难度比较大,同学们接受的程度各不相同,在以后的教学中要放 慢教学速度,争取让更多的同学理解的更好,并加强习题和作业,使学生在做 作业的时候得到进一步的巩固。 课后自我 总结分析 页码: 12 编号: 教案 第7 次课 授课形式 课目、课题 教学目的 和要求 重点 难点 教学进程 (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段、 师生互动、 时间分配、 板书设计) 学时2 课堂讲授授课时间 第 2 章 零件的变形及强度计算 了
18、解组合变形的概念 掌握斜弯曲变形的应力、强度计算 重点:斜弯曲变形的应力、强度计算 组合变形的概念 构件同时发生两种或两种以上的基本变形称为组合变形。 举例:略 对发生组合变形的杆件计算应力和变形时,采用叠加法。 即:先将荷载分解成符合基本变形外力条件的外力系,分别计算构件在每 一种基本变形时的内力、应力、然后进行叠加,就得原来的荷载引起的组 合变形的应力和变形。 当然必须满足小变形假设及线弹性条件。 斜弯曲变形的应力和强度 1. 斜弯曲变形的应力和强度计算 1) .外力分解 Py=P cos Pz=P sin 2) .分别计算各基本变形的内力、应力 M zP cos x M cos M yP
19、 sin x M sin 3)叠加 M z y M y z I zI y 页码: 13 4) .强度计算 ( 1) 中性轴的位置 中性轴方程: M z y M y z 0 I zI y 中性轴是一条通过截面形心的直线。 tg y0 M y I z I z tg z0M z I yI y 当 I z I y时,即中性轴不再垂直于荷载作用面。 ( 2)最大正应力 M zM y max WzWy ( 3) .强度计算 M zmax M y max max 复习 作业布置 WzWy 主要机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 参考资料 机械原理孙桓主编 本次课介绍了组合变形的概念,并详细推导了斜弯曲变形的
20、应力、强度计算 公式。组合变形的应力、强度计算是在基本变形应力、强度计算基础上的, 课后自我 较后者有一定的难度。讲课时突出难点、重点。 总结分析 页码: 14 编号: 教案 第8次课学时2 授课形式课堂讲授授课时间 课目、课题第 2 章 零件的变形及强度计算 教学目的 和要求 重点 难点 掌握斜弯曲变形的应力、强度、变形计算 掌握拉伸(压缩)和弯曲组合变形的计算 斜弯曲变形的应力、强度、变形计算 拉伸(压缩)和弯曲组合变形的计算 斜弯曲变形的应力和强度 斜弯曲梁的饶度和刚度计算 Py引起的自由端的挠度: 教学进程 f y Py l 3 3EI z (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段、
21、 师生互动、 时间分配、 板书设计) Pz引起的自由端的挠度: Pz l 3 f z 3EI y | f | f y |2| f z | 2 页码: 15 Pzl 3 tgf z 3EI y Pz I z I z tg 3 f yPy lPy I yI y 3EI z 当 I z Iy时, 即位移不再发生在荷载作用作用面。因而不属于平 面弯曲。 拉伸(压缩)和弯曲的组合变形 1、 内力分析 2、 应力分析 3、 强度计算 作业布置查找相关在建筑中的实例 主要机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 参考资料 机械原理孙桓主编 本次课内容比较难,讲授时速度较慢,使学生容易接受。以后要多讲一 些比较经典
22、的习题。 课后自我 总结分析 页码: 16 编号: 教案 第9 次课 授课形式 课目、课题 教学目的 和要求 重点 难点 教学进程 (含课堂 教学内容、 教学方法、 辅助手段、 师生互动、 时间分配、 板书设计) 学时2 课堂讲授授课时间 第 2 章 零件的变形及强度计算 掌握偏心压缩的计算 偏心压缩的计算 偏心压缩(拉伸) 1、偏心压缩时的应力和强度计算(40 分钟) 1) 荷载的简化 2) 内力分析 3) 应力分析 4) 中性轴的位置 中性轴的特点:中性轴为不能过截面形心的直线。中性轴与偏心压力的作 用点分别处于截面形心的相对两边。偏心压力的作用点越向截面形心靠近,中 性轴就越离开截面形心
23、。当中性轴与截面周边相切或在截面以外时,整个截面 上只产生压应力而不出现拉应力。 5) 最大正应力 6) 强度计算 例题讲解( 20 分钟) 2、 截面核心( 20 分钟) 概念:偏心压力F 作用在形心附近的某个区域内,整个截面只产生压应力, 而不产生拉应力,这个区域称为截面核心。 矩形截面核心是截面对称轴的三分点连接而成的菱形区域。 圆形截面的截面核心是一直径为d/4 的圆形区域。 3、小结( 10 分钟) 页码: 17 作业布置 主要机械力学与机械设计郑增铭郭攀成主编 参考资料 机械原理孙桓主编 本节课主要内容是偏心压缩应力和强度计算,是以后专业课的基础课内容。 要求学生要很好的掌握。结合
24、工程实例讲解,效果较好。 课后自我 总结分析 页码: 18 编号: 教案 第 10 次课学时2 授课形式课堂讲授授课时间 课目、课题第 3 章 机械工程材料及其选用 1.金属材料的力学性能 教学目的 2铁碳合金 和要求 3. 有色金属与粉末冶金材料 4.机械工程材料的选用 了解金属材料的力学性能 重点 有色金属与粉末冶金材料 难点 机械工程材料的选用 第 3 章 机械工程材料及其选用 一、金属材料的力学性能 强度和塑性、硬度、塑性 二、影响金属材料性能的因素 金属的晶体结构:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格 合金的概念、合金的结构:固溶体、金属化合物 合金的组织:结晶晶粒、机械混合物
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