机械基础杠杆的基本变形.docx
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机械基础杠杆的基本变形
第三章
§3-1拉伸和压缩
【教学目标与要求】
一、知识目标
1、了解内力、拉压概念,理解截面法求内力;
2、理解拉压材料的力学性质.掌握拉压强度、变形计算.
二、水平目标
通过做低碳钢拉压时的力学性质实验,培养动手水平.
三、素质目标
1、理解截面法求内力;它是求内力的根本方法,贯穿于材料力学始终.
2、理解拉压材料的力学性质,培养实践水平.
四、教学要求
1、了解拉压、内力概念,理解截面法求内力.理解拉压材料的力学性质.
2、掌握拉压强度、变形计算,并能解决工程实际问题.
【教学重点】
1、拉压、内力概念,截面法求内力;
2、拉压强度、变形计算.
【难点分析】
材料拉压时的力学性能.
【教学方法】讲练法、演示法、讨论法、归纳法.
【教学安排】2学时〔90分钟〕
【教学过程】
复习旧课〔5分钟〕
平面任意力系的平衡
Fx0
Fy0
Mo0
★导入新课
作用于构件上的外力形式不同,构件产生的变形也不同.把构件的变形简化为四种根本变形.拉压、剪切、扭转、弯曲.
★新课教学〔80分钟〕
§3-1拉伸和压缩
一、内力与截面法
1、内力概念
内力是由外力引起的构件内部一局部对另一局部的作用称为内力.
拉压杆的内力沿轴向称轴力.
2、截面法求内力
过程:
切、取、代、平.
Fx0
NP0
NP
精品
?
讨论:
关于轴力〔〕
A、是杆件轴线上的荷载
B、是杆件截面上的内力
C、与杆件的截面面积有关
D、与杆件的材料有关
、轴向拉压的概念
〔演示工程实例引出概念〕
1、受力特点:
沿轴向作用一对等值、反向的拉力或压力.
2、变形特点:
杆件沿轴向伸长或缩短.这种变形称为拉伸或压缩.要点:
〔1〕外力的作用线必须与轴线重合.
〔2〕压缩指杆件未压弯的情况,不涉及稳定性问题.
讨论:
判断以下三个构件在1-2段内是否单纯属于拉伸与压缩
三、拉、压时的应力
1、应力概念
单位截面面积上的内力称为应力.拉压杆横截面任一点均产生正应力.
2、应力计算
拉压杆横截面上正应力是均匀分布的.
规定:
拉应力为正;压应以负.
单位:
帕〔Pa〕或兆帕〔MPa〕四、轴向拉压时的变形
绝对变形l为
纵向线应变—E
这两个关系式称为虎克定律.
式中E---材料的弹性模量,MPa.
?
讨论:
图示阶梯杆总变形为〔〕
FlFl3Fl
〔A〕0〔B〕元a〔C〕EA胸
五、拉伸〔压缩〕时材料的力学性质
材料在外力作用下表现出的变形、
1、低碳钢拉伸时的力学性能
比例极限pp
弹性极限e
屈服极限s
强度极限b
弹性模量E
破坏等方面的特性称材料的力学性能,也称机械性质.
泊松比
2、铸铁的拉伸性能
特点:
无屈服过程
无塑性变形
无塑性指标
分类:
塑性材料5%
脆性材料5%
3、材料在压缩时的力学性能
塑性材料的压缩强度与拉伸强度相当
?
篦空的技皑明篦应为一它蛇的税
讨论:
用这三种材料制成同尺寸拉杆,请答复如下问题:
脆性材料的压缩强度远大于拉伸强度
u避黄*〔R国埔时岬对才•应量住脸
三种材料的应
力
应变曲线如图,
哪种强度最好
哪种刚度最好
哪种塑性最好
六、拉伸与压缩时的强度校核
1、许用应力
塑性材料
脆性材料2、强度校核
max
Nmax
A
(1)、
校核强度
max
Nmax
A
(2)、
设计截面
Nmax
(3)、确定许可载荷NmaxA
例题分析:
教材例3-3
课内练习:
练习册(先练习后总结)
★小结
拉压概念;
拉压内力、应力、强度计算;
拉压变形、虎克定律.
★作业
练习册P
3.2剪切与挤压
【教学目标与要求】
一、知识目标
1、了解剪切与挤压的概念;
2、掌握剪切与挤压强度计算.
二、水平目标
利用剪切与挤压强度条件解决工程实际问题.培养分析问题和解决问题的水平.三、素质目标
1、了解剪切与挤压变形;
2、了解剪切与挤压强度条件在工程实践中的应用.
四、教学要求
1、初步了解剪切与挤压概念;
2、较深入地熟悉剪切与挤压强度条件的应用,有一定的分析和运用水平.
【教学重点】
1、剪切与挤压的受力特点、变形特点;
2、剪切与挤压强度计算.
【难点分析】挤压面积计算.
【教学方法】讲练法、演示法、讨论法、归纳法.
【教学安排】2学时〔90分钟〕
【教学过程】
复习旧课〔5分钟〕
1、拉压强度
maxmax4
、,A
2、拉压变形A
iNL
EA
E
★导入新课〔演示工程实例:
剪钢板、、键连接等一一引出剪切概念〕剪床剪钢板,销钉连接均属剪切变形.
★新课教学〔80分钟〕
§3-2剪切与挤压
、剪切
1、剪切概念
受力特点:
作用于构件两侧面上外力的合力等值反向、作用线相距很近.变形特点:
截面沿着力的作用方向相对错动.
这种变形称为剪切.
2、剪力和剪应力
平行于截面的内力称为剪力或切力.
截面法:
切、取、代、平.
单位面积上所受到的剪力称为剪应力.
Q
单位:
兆帕(MPa)
?
说明:
工程实例近似认为:
剪应力均布.
钢伊50mm
例题分析:
剪断钢板时刀口的作用力为P80kN
厚h5mm.求剪断钢板时的剪应力.
解:
、挤压
1、挤压的概念
式中Ab---挤压面积,曲面取直径投影面积.
?
说明:
工程实际近似认为:
挤压应力均布.
?
讨论:
不属于剪切破坏的是()
A、钏钉连接
B、键连接
C、钢板用对接焊缝连接
D、钢板用填角焊缝连接三、剪切与挤压强度
剪切强度
max
挤压强度
Fb
BmaxB
AB
校核强度设计截面确定许可载荷
?
讨论:
材料抗挤的水平要比抗压的水平大得多
例题分析:
教材例3-5
?
应用:
演示工程实例:
剪钢板、销钉连接、键连接等.
★小结〔5分钟〕
剪切概念、内力、应力;挤压概念、内力、应力.
剪切与挤压强度
★作业
练习册
3.3圆轴的扭转
【教学目标与要求】
一、知识目标
1、了解扭转概念;熟悉外力偶矩、扭矩计算;
2、理解扭转时的应力分析,掌握扭转强度计算.二、水平目标
通过扭转时的应力分析,了解应力分析方法,培养分析问题的水平.
三、素质目标
1、了解扭转变形的受力特点、变形特点;
2、通过作扭转应力图,了解应力图的一般做法.
四、教学要求
1、初步了解扭转变形的受力特点、变形特点;
2、较深入地熟悉扭转强度计算,并能应用强度条件解决工程实际问题.【教学重点】
1、扭转应力图.
2、扭转强度计算.
【难点分析】
扭转应力分析方法.
【教学方法】
教学方法:
讲练法、演示法、讨论法.
【教学安排】
2学时〔90分钟〕
教学步骤:
讲授与演示交叉进行、讲授中穿插讨论、讲授中穿插练习与设问.【教学过程】
一、复习旧课
剪切强度-
Q
max挤压强度A
Fb
Bmax〜B
AB
二、导入新课
日常生活中常用的螺丝刀,汽车的传动轴,反响釜中的搅拌轴等均产生扭转变形.
三、新课教学
1-扭转的概念〔演示工程实例一一引出扭转概念〕
受力特点:
在垂直于轴线的横截面内作用一对等值、反向的力偶;变形特点:
轴外表的纵线变成螺旋线.这种变形称为圆轴扭转.
讨论:
以下实例中属于扭转变形的是〔〕
A、起重吊钩B、钻头钻孔C、火车车轴D、零件钻孔
2、圆轴扭转外力偶矩
M9550NP
n
式中M一轴外力偶矩,N-m;
Np一轴功率,kW;
n—轴转速,r/min.
讨论:
(1)汽车爬坡时,使用高速挡还是低速挡
(2)在同一台机器的几根逐级传动轴中,是高速轴粗,还是低速轴粗为什么
3.圆轴扭转变形
圆轴扭转变形的圆周线只是绕轴线转了不同的角度,纵向线倾斜一个小角度,矩形变
成平形四边形.
4.切应力分布规律如图3-28所示.
5、圆轴扭转剪应力计算
讨论:
如何排列传动轴上的轮子能使最大扭矩值最小
(1)圆轴扭转时,横截面上只有垂直于直径的剪应力.
d12d2时,那么两轴的最大
式中d/D
讨论:
.两根圆轴,材料相同,受力相同,而直径不同,当
剪应力之比1/2为()
A.1/4B.1/8C.4D.8
2.指出以下应力分布图中哪些是正确的()
A、图(a)(d)正确B、图(b)(c)正确
C、图(c)(d)正确D、图(b)(d)正确
(2)圆轴抗扭强度条件
max
max
Wt
6、提升抗扭水平的方法
由强度条件可知:
Mmax
max-TT-;
Wt
(1)、提升抗扭截面系数Wt
3一…..-.…....
WtD,因此米用空心轴,在相同截面的前提下,可以有效提升轴的扭转强度.
(从应力分布图中直观看出)
(2)、降低Mmax
合理安排轴上零件位置,使输出、输入两端的扭矩值相等或接近,可降低轴的
Mmax°
四、小结
扭转概念;外力偶矩计算、扭转强度计算
五、作业
六、练习
3.4直梁的弯曲及组合变形与压杆稳定
【教学目标与要求】
、知识目标
1、熟悉弯曲的概念;了解梁的根本形式;
2、理解弯曲内力、应力计算;掌握弯曲强度条件的应用.
二、水平目标
通过提升粱抗弯曲强度举措,培养分析问题和解决问题的水平.三、素质目标
1、了解弯曲的概念;明确梁的根本形式.
2、熟悉弯曲应力的分析方法;掌握弯曲强度条件的应用.四、教学要求
1、初步了解弯曲变形的受力特点和变形特点;
2、熟悉弯曲强度条件的应用及提升粱弯曲强度举措.
【教学重点】
1、弯曲概念、梁的根本形式;
2、弯曲强度计算.
【难点分析】弯矩横截面上正应力的分布规律.
【教学方法】讲练法、讨论法.
【教学资源】
1.机械根底网络课程.北京:
高等教育出版社,2021
2.吴联兴主编.机械根底练习册.北京:
高等教育出版社,2021
【教学安排】2学时〔90分钟〕
【教学过程】
一、复习旧课
扭转剪应力:
Mn
max
Wn
3
实心圆轴Wn20.2D3
d/D
16
空心圆轴wn0.2D3〔14〕
二、导入新课
弯曲变形是工程实际中应用最广泛的一种变形.如起重机的横梁、火车车轮轴等在载
荷作用下都会产生弯曲变形.
1、弯曲的概念〔演示工程实例〕
受力特点:
垂直于轴线的外力或在轴线平面内受到力偶;
变形特点:
梁的轴线由直变弯.这种变形称为弯曲变形.凡以弯曲变形为主要变形的构件习惯称为梁.
2、梁的根本形式
悬臂梁
外伸梁
梁的两支点间距离称梁跨度.
3、梁的弯曲应力分析
凹入一侧纤维缩短,存在压应力;凸出一侧纤维伸长,存在拉应力.
中间一层纤维长度不变称中性层.
中性层与横截面的交线称中性轴
z轴.
判断:
弯曲变形的实质是剪切?
(2)圆环形截面:
强度条件:
max
应用:
校核强度
max
max
Wz
设计截面:
wz
max
确定许可载荷:
M
maxWz
讨论:
矩形截面梁受弯曲变形,如果梁横截面的高度增加一倍时,那么梁内的最大正
应力为原来的多少倍〔
5、提升梁弯曲强度举措
Mmax
max
Wz
(1)、降低Mmax
W梁强度
A
工字钢或槽钢优于环形,环形优于矩形,矩形优于圆形.
0他%(0,27*0,31)A(627-0.31)A
(3)、等强度梁
汽车板弹簧
阶梯轴
6.压杆稳定
如图3—48的压杆,由于细长轴受轴向压力作用,虽然压力很小,但可能不能保持原有的平衡状态而忽然变弯,称为压杆失稳.
三、小结
弯曲变形概念,弯曲内力计算,弯曲应力计算和提升粱弯曲强度举措
四、作业练习册
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- 关 键 词:
- 机械 基础 杠杆 基本 变形