机械基础教案.docx

机械基础教案.docx

《机械基础教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械基础教案.docx（45页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

机械基础教案

编号：

教案

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；

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

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。

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

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

编号：

教案

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。

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

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。

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

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。

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。

编号：

教案

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

3）叠加

4）.强度计算

（1）中性轴的位置

中性轴方程：

中性轴是一条通过截面形心的直线。

当

时，即中性轴不再垂直于荷载作用面。

（2）最大正应力

（3）.强度计算

作业布置

复习

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

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，较后者有一定的难度。

讲课时突出难点、重点。

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

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

重点

难点

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

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）

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：

Pz引起的自由端的挠度：

当Iz

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

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

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的习题。

编号：

教案

第9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

掌握偏心压缩的计算

重点

难点

偏心压缩的计算

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）

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。

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）

作业布置

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

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。

结合工程实例讲解，效果较好。

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

教学目的和要求

1.金属材料的力学性能

2．铁碳合金

3.有色金属与粉末冶金材料

4.机械工程材料的选用

重点

难点

了解金属材料的力学性能

有色金属与粉末冶金材料

机械工程材料的选用

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

三、铁碳合金

铁碳合金的基本知识及其性能

铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体

铁碳合金分类：

工业纯铁、钢、白口铸铁

钢的热处理方法：

退火、钢的淬火、钢的回火、钢的表面热处理

工业用钢：

碳素钢、合金钢

四、有色金属与粉末冶金材料

铝和铝合金、铜和铜合金、滑动轴承合金、粉末冶金材料

五、非金属材料

高分子材料：

塑料、橡胶和粘结剂

六、机械工程材料的选用

零件的实效形式：

撕裂、表面损伤、过量变形

材料选择的基本原则：

1）满足零件的工作要求

2）满足加工要求

3）具有较好的经济性

零件选材的方法：

以综合力学性能为主时的选材

以疲劳强度为主时的选材

以磨损为主时的选材

作业布置

P105：

1,2,3,4

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

学生们对一系列的机械工程材料有了一个初步的了解，以后的讲解需要更加的详细，甚至适当的增加课时。

编号：

教案

第11次课学时2

授课形式

课堂讲授

授课时间

课目、课题

第四章公差与配合

教学目的和要求

1.光滑圆柱的极限与配合

2．形位公差

3.表面粗糙度

重点

难点

极限与配合的选择

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）

第四章公差与配合

一、光滑圆柱的极限配合

最基本的配合关系：

孔与轴的配合

有关线性尺寸的定义：

线性尺寸、基本尺寸、极限尺寸、实际尺寸

有关偏差、公差的定义：

尺寸偏差、尺寸公差、公差带

有关配合的定义：

配合、配合公差

间隙或过盈：

间隙配合、过盈配合、过渡配合

详解例题4-1，4-2

公差带及基本配合代号的查询

二、形位公差简介

形位公差的研究对象：

构成零件几何特征的点、线、面

形位公差的项目与符号

形位公差的标注

形位公差带的特点

形位公差的选用

作业布置

P136：

习题4-2

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

学生们理解了有关线性尺寸和配合的定义，掌握了公差带及基本配合代号的查询，以及掌握了形位公差的标注。

形位公差相关知识以后讲的时候要更加注意方式方法，讲的易懂易理解即可。

编号：

教案

第12次课学时2

授课形式

课堂讲授

授课时间

课目、课题

第四章公差与配合

教学目的和要求

1.表面粗糙度简介

2.练习题讲解

重点

难点

理解表面粗糙度的概念和评定

了解表面粗糙度的标注

表面粗糙度代号

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）

第四章公差与配合

一、表面粗糙度的概念

表面粗糙度的研究对象是零件表面微观不平度。

二、表面粗糙度的评定

取样长度和评定长度

基准线

表面粗糙度的评定参数：

轮廓算术平均偏差

微观不平度十点高度

轮廓最大高度

三、表面粗糙度数值的选择

四、表面粗糙度的标注

表面粗糙度的符号及说明

表面粗糙度的高度特性参数标注示例

练习题讲解

作业布置

P136：

习题4-3

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

学生们理解了理解表面粗糙度的概念和评定，掌握了表面粗糙度的标注，以及掌握了表面粗糙度的符号及说明，还需补充图纸及图例等相关知识。

可以多制作一些幻灯片，加强感性认识。

编号：

教案

第13次课学时2

授课形式

课堂讲授

授课时间

课目、课题

第五章常用机构

教学目的和要求

1.构件和运动副

2．平面连杆机构

重点

难点

平面四杆机构的工作特性；

平面连杆机构的运动设计

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）

一、构件和运动副

低副和高副的区别

构件的分类：

机架、原动件、从动件

二、平面连杆机构

铰链四杆机构：

4为机架，2为连杆，构件1、3称为连架杆，其中能绕其轴线作整轴回转的连架杆1称为曲柄，只能绕轴线往复摆动的连架杆3称为摇杆。

铰链四杆机构的三种基本形式：

1、曲柄摇杆机构

　　两个连杆架之一是曲柄，另一个是摇杆的铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。

曲柄摇杆机构可将曲柄的整周连续转动变成摇杆的往复摆动；也可将摇杆的往复摆动转变成曲柄的整周转动。

2、双曲柄机构

　　两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。

双曲柄机构中，两曲柄可分别作主动件。

一般当主动曲柄等速转动时，从动曲柄作变速转动。

3、双摇杆机构

　　两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。

铰链四杆机构曲柄存在的条件：

　　1、曲柄存在的条件

　　①最短构件与最长构件长度之和小于或等于其它两构件之和；

　　②以最短构件为机架或连架杆。

　　2、铰链四杆机构类型判断

　　①最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其它两构件的长度之和。

　　②最短构件与最长构件的长度之和大于其它两构件的长度之和。

压力角和传动角：

压力角α：

从动件摇杆所受作用力F的方向与该点速度方向之间所夹锐角。

压力角愈小对机构传动愈有利。

为保证机构具有良好的传力性能，应使αmax≤[α]。

传动角γ：

压力角α的余角，即γ=90°-α。

α愈小