机械基础教案

页码:1第1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。重点难点受力图的绘制，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。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；编号：教案页码:22.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参考资料《机械力学与机械设计》郑增铭郭攀成主编《理论力学》西工大编课后自我总结分析由于在大一期间，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。页码:3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。重点难点平面力偶系的合成平面任意力系的平衡方程教学进程（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。编号：教案页码:4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。作业布置作业：P3113,14主要参考资料《机械力学与机械设计》郑增铭郭攀成主编《机械原理》孙桓主编课后自我总结分析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。页码:5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章构件的静力分析教学目的和要求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，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。重点难点空间任意力系的平衡方程及其运用摩擦角和自锁现象教学进程（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、β、,则力F在三个轴上的投影等于力的大小乘以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。编号：教案页码:6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。作业布置无主要参考资料《机械力学与机械设计》郑增铭郭攀成主编《机械原理》孙桓主编课后自我总结分析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，在以后的教学中应突出该内容，讲透使得学生有更加深入的了解。页码:7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和要求学习：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)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重点难点拉(压)杆的轴力和轴力图拉(压)杆横截面的应力和变形计算教学进程（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。编号：教案页码:8应用该条件式可以解决以下三类问题：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。作业布置无主要参考资料《机械力学与机械设计》郑增铭郭攀成主编《机械原理》孙桓主编课后自我总结分析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。页码:9第5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重点难点扭矩图的绘制圆轴扭转时的强度和刚度计算教学进程（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。编号：教案页码:10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τmax不超过材料的许用切应力[τ]。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[]。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。作业布置作业：P608,9,11主要参考资料《机械力学与机械设计》郑增铭郭攀成主编《机械原理》孙桓主编课后自我总结分析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。页码:11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教学目的和要求1.直梁平面弯曲的概念2.梁的类型及计算简图3.梁弯曲时的内力（剪力和弯矩）4.梁纯弯曲时的强度条件5.梁弯曲时的变形和刚度条件重点难点梁弯曲时的内力计算（剪力和弯矩）梁纯弯曲时的强度条件和刚度条件教学进程（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弯曲成一条平面曲线。以弯曲变形为主的直杆称为直梁，简称梁。梁的类型：简支梁：一端为活动铰链支座，另一端为固定铰链支座。外伸梁：一端或两端伸出支座之外的简支梁。悬臂梁：一端为固定端，另一端为自由端的梁。求梁的内力的方法仍然是截面法。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。编号：教案页码:12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，则弯矩为集中力偶的大小。作业布置作业：P608,9,11主要参考资料《机械力学与机械设计》郑增铭郭攀成主编《机械原理》孙桓主编课后自我总结分析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。页码:13第7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了解组合变形的概念掌握斜弯曲变形的应力、强度计算重点难点重点：斜弯曲变形的应力、强度计算教学进程（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）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=PcosPz=Psin2）.分别计算各基本变形的内力、应力coscoszMPxMsinsinyMPxM3）叠加编号：教案yzzyMMyzII页码:144）.强度计算（1）中性轴的位