机械设计基础 教案

1、一、课程说明机械设计基础是一门技术基础课程，包括工程材料、静力学、材料力学、机械原理、机械零件、液压传动、公差配合、毛坯成型、金属切削基础知识等不同学科的综合性课程教材。是高职类机械专业的专业必修课，也是后续专业课程的必备基础。学习该课程的目的在于培养学生掌握机械技术的基本知识和基本技能，初步具有常用机械零件选材和简单热处理工艺的制定、分析机械功能和动作、使用一般机械、看懂公差配合标注并理解其含义等能力。通过学习本课程，使学生掌握机械学的基本原理和常用零件，理解材料、热处理、公差配合的选择等对机械零件的力学性能和工艺性能的影响，了解机械零件的设计原理和常用零件、机构的设计方法和步骤，并为后续专

2、业课程打下基础。二、教学计划（共72学时）第一章 绪论（10学时）教学内容：1.1 机器及机构的组成1学时1.2 机械设计的一般过程 1学时教学重点：机械设计的一般过程及注意事项第二章 物体的受力分析与平衡（18学时）教学内容：2.1 物体的受力分析 4学时2.2 平面汇交力系 2学时实训 2学时2.3 力矩和平面力偶系 2学时实训 2学时2.4 平面一般力系 2学时2.5 摩擦 2学时实训 2学时教学重点：物体的受力及各力系平衡条件第三章 杆件的变形及强度和刚度（20学时）教学内容：3.1 概述 1学时3.2 轴向拉伸和压缩 3学时实训 2学时3.3 剪切 2学时实训 2学时3.4 扭转 2

3、学时实训 2学时 3.5 弯曲 4学时实训 2学时教学重点：轴向拉伸和压缩时各材料的力学性能及各种变形分析第四章 常用机构（10学时）教学内容：4.1 机器和机构 2学时4.2 平面连杆机构 2学时4.3 凸轮机构 2学时4.4 其他常用机构 2学时实训 2学时教学重点：各机构传动分析第五章 机械传动（26学时）教学内容：5.1 带传动 2学时5.2 链传动 2学时5.3 齿轮传动的工作原理 2学时5.4 直齿圆柱齿轮传动 2学时实训 2学时5.5 斜齿圆柱齿轮传动 2学时5.6 直齿圆锥齿轮传动 2学时实训 2学时5.7 齿轮传动的失效形式常用材料及润滑 2学时5.8 圆柱齿轮的精度简介 2

4、学时5.9 蜗杆传动 2学时5.10 轮系 2学时实训 2学时教学重点：各种齿轮传动特点及分析设计第六章 轴系零部件和联接零件（12学时）教学内容：6.1 轴和轴毂联接 2学时6.2 滑动轴承 1学时6.3 滚动轴承 1学时实训 2学时 6.4 联轴器和离合器 2学时6.5 螺纹联接 1学时6.6 弹簧 1学时教学重点：轴及各类轴承分析设计绪 论教学目标：1、了解机械基础这门课的性质与特点2、对于机械的概念有个初步的了解3、初步了解有关机械设计、机械制造概述和课程内容教学重点：1、机械的组成2、机械零件的工作能力准则教学难点：机械零件的工作能力准则教学方法：讲授法教学时数：2学时教学内容：&#

5、167;01 机械的组成机械是人类在长期生产和生活实践中创造出来的重要劳动工具。它用以减轻人的劳动强度、改善劳动条件、提高劳动生产率和产品质量。随着科学技术的飞速进步和生产的不断发展，机械必将会达到更高的水平。各种专业的工程技术人员，都要具备一定的机械方面的基本知识。在生产和生活中使用着各式各样的机械，如汽车、拖拉机、摩托车、缝纫机、电风扇等。机械的种类繁多，其结构、性能和用途各异，但从机械的组成来分析，它们又有着共同之处，如图01所示的卷扬机。由上述实例可知，任何一台完整的机器，通常都是由原动机、工作部分和传动部分所组成。 (1)原动机 整个机器的动力部分。（电动机、内燃机、蒸汽机等）。原动

6、机的作用是把其他形式的能转变为机械能，以驱动机器运动和作功。 (2)工作部分(或工作机构) 直接完成工艺动作的部分。通常工作部分随机器的不同而不同，主要决定于工艺要求和工艺动作。(3)传动部分(传动机构) 它是将原动机的运动和动力传递给工作部分的中间环节。在传递运动方面，主要作用有二： 1)改变运动速度 在实际工作中，常常存在着工作部分和原动机之间的速度不协调现象，这时可用传动装置来减速、增速或变速。2)转换运动形式 原动机的输出运动一般是转动，而工作部分的运动形式，根据工艺要求则是多种多样的。如曲柄连杆机构。通常把改变运动速度和转换运动形式的实物组合，称为常用机构或机械传动。机械系统总是由一

7、些机构组成，而每个机构又是由许多构件(运动的单元体)组成。构件可能是一个零件(机器的制造单元体)，所以，机器的基本组成要素就是机械零件。§02 机械设计、机械制造概述和课程内容由前述可知，机器通常都是由三大部分所组成，其中原动机和工作部分将在有关课程中研究。传动部分所用的常用机构、液压传动和机械传动等零部件的设计和制造的基本知识、基本方法等，则是本课程研究的主要内容。一、机械设计概述机械设计的任务，就是要使所设计的机器和机械零件满足各项要求。机器应首先满足预定功能的要求，即在预期寿命内能高效率地完成其全部职能。在此前提下，机器还应满足经济性要求，即设计和制造的成本低、重量轻、体积小、

8、易加工等。此外，机器必须安全可靠，操作维修方便，造型美观，噪声低，以改善劳动条件。机械零件是组成机器的单元，所以设计机械零件时，应首先满足机器对零件的具体要求，同时应使零件工作可靠和成本低廉。要使工作可靠，零件就应具有足够的强度、刚度、寿命和振动稳定性等。要使成本低廉，应正确选择材料，合理设计零件的尺寸及良好的工艺结构，合理地确定精度等级和技术条件，等等。1机械零件的工作能力准则机械零件由于某些原因而不能正常工作，称为失效。其主要失效形式有：断裂、过量变形、磨损、表面疲劳等。为防止零件产生各种可能的失效，制定的计算该零件工作能力所应依据的基本原则，称为工作能力准则或设计准则。机械零件常用的设计

9、准则如下： (1)强度准则 强度是指零件在载荷(力)作用下，抵抗断裂、塑性变形及表面破坏的能力。它是机械零件首先应满足的基本要求。强度准则为零件中单位面积上的力(即应力)小于所允许的限度(即许用应力)，其表达式为：。(2)刚度准则 刚度是机械零件受载后抵抗弹性变形的能力。刚度准则为零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或等于机器工作所允许的极限值，即许用变形量y，其表达式为：yy。(3)寿命和可靠性准则 影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀和疲劳。按磨损和腐蚀计算寿命，疲劳寿命，通常是求出使用寿命时的疲劳极限作为计算依据。可靠性是保证机器或零件正常工作的关键。可靠性的定量尺度是可靠度，它是指机

10、器或零件在规定的条件下和规定的时间内，无故障地完成规定功能的概率。(4)振动稳定性准则 零件发生周期性变形的现象称为振动。此外零件应具有良好结构工艺性，是指在既定的生产条件下能方便而经济地生产出来，并便于装配成机器的特性。关于工艺性的基本要求是：(1)合理选择零件的毛坯种类 零件的毛坯种类主要有轧制型材、铸件、锻件、冲压件和焊接件等。毛坯的选择与对零件的要求及生产条件有关，可根据生产批量、零件的尺寸和形状、材料性能和加工可能性等进行选择。(2)零件的结构要简单合理 零件的毛坯种类确定后，就必须按毛坯特点进行结构设计。 (3)规定合理的精度及表面粗糙度 随着零件加工精度的提高，加工费用将相应地增

11、加，高精度时尤甚。3机械零件的标准化所谓标准，就是由一定的权威组织，对经济、技术和科学中重复出现的技术语言和技术事项，以及产品的品种、质量、度量、方法等方面，规定出来的统一技术准则。它是各方面必须共同遵守的技术依据。标准化就是制定标准和使用标准。按规定标准生产的零件，称为标准零件，如螺纹联接件、键、滚动轴承等，否则称为非标准零件。标准化的重要意义为：1)便于采用先进工艺进行专业化大量生产，以提高产品质量并降低成本。2)采用标准件将大大减少设计和制造工作量，缩短设计和制造周期。3)标准零件具有互换性，可减少储备和便于更换损坏的零件。4)技术条件与检验方法的标准化，可提高零件的质量和可靠性。4机械

12、零件设计的一般步骤机械零件的设计常按下列步骤进行：1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。2)拟定零件的计算简图，计算作用在零件上的载荷。3)根据零件的工作条件，选择适当的材料和热处理方法。4)根据零件可能的失效形式确定计算准则，根据计算准则进行计算，确定出零件的基本尺寸。5)根据工艺性及标准化等原则，进行零件的结构设计。6)绘制零件工作图，写出计算说明书。 因此，围绕机械的设计，本课程安排了工程材料及热处理、力和应力分析、常用机构、机械传动、轴系零部件和联接零件、公差与配合、液压传动等内容。二、机械制造概述将设计好的机器和机械零件，经过试制和全面的技术经济分析鉴定后，投人生产进行制造。

13、任何一种机械产品的生产过程，大都可分为毛坯制造、零件的机械加工和装配试验三个阶段。由于零件制造工艺过程的复杂性，所以必须在了解材料性能、热处理方法、公差与配合、毛坯制造工艺和金属加工方法等知识的基础上，对金属切削加工原理及切削加工过程的工艺方法，所用刀具、夹具和机床(即制造机器的机器)等方面的基本知识，进行必要的介绍，以便对机械制造有比较全面的认识和理解。§03 本课程的性质、目的、任务和学习方法一、本课程的性质、目的和任务机械基础是一门技术基础课。它在培养非机械类专业，如化工、土建、电子等各种工程技术人才掌握机械的基本知识方面，起着一定的作用，是必不可少的课程。各种专业的工程技术人

14、员，都必须掌握有关机械方面的基本知识。本课程的任务和要求是： (1)了解机械常用工程材料和热处理的基本知识。(2)掌握物体的受力分析与平衡条件、了解杆件基本变形和应力分析的基本概念和方法。(3)掌握机械传动中常用机构和主要通用零部件的类型、工作原理、特点、应用及简单计算，并具有运用和分析简单传动装置的能力。(4)了解液压传动中常用液压元件及典型基本回路的工作原理、特点和应用，并具有阅读简单液压系统图的初步能力。 (5)了解公差配合与互换性的有关基本概念。了解常用金属切削加工方法及所用设备、工艺装备的工作原理、结构和应用；了解简单零件的毛坯和机械加工工艺过程的概况。二、本课程的学习方法介绍“机械

15、基础”是关于机械设计和机械制造的一门综合性课程。它涉及知识面很广，应用和实践性极强，重要的是如何将诸多知识综合运用，提高分析问题、解决问题的能力。所以学习时要勤于观察各种机械和零件，结合课程内容多思考，主动地理论联系实际，增加感性知识，以有助于本课程的学习。在学习过程中，要多做练习和简单设计，加深对所学内容的理解。此外，本课程理论性强，且计算较多。学习时要注意逐步培养抽象思维能力和计算思维方法。例如，一般机械的组成和结构都较复杂，在分析运动时常撇开复杂的外形和结构，将其抽象化为运动简图或液压系统图，在进行力分析时则抽象化为简单的力学模型等。课堂小结： 1机械的组成 1）原动机 2）工作部分 3

16、）传动部分2机械零件的工作能力准则 1）强度准则 2）刚度准则 3）寿命和可靠性准则 4）振动稳定性准则作业布置：课后习题：第6页：0-1、0-2、0-3参观车间一、 实验目的：使学生在学习之前对机械概念先有感性认识。二、实验设备相应车间、实验室、陈列室。三、课时安排 随堂实训四、实训步骤及要求1参观常用机床，简单了解机床的主要结构和传动；2参观热处理车间，初步了解热处理的各种工序；3参观力学实验室；4参观机械原理、机械零件实验室；5参观公差实验室。五、实践要求及注意事项：1参观过程中认真听老师的讲解；2学生以看为主，不经老师同意不准碰触设备、仪器和各种试验陈列品；3参观过程中按指定路线行走，

17、不许大声喧哗；4整个参观过程要以安全为主。六、评分标准1是否认真听讲（60分）2是否注意安全（40分）第二章 物体的受力分析与平衡教学目标：1、静力学中的基本概念2、力的性质（力学公理）3、约束与约束反力教学重点：约束与约束反力教学难点：约束与约束反力的分析教学方法：讲授法、多媒体、举例教学时数：2学时教学内容：§2- 物体的受力分析 一、基本概念1.力、力系力的定义：力是物体间的相互机械作用，使物体的运动状态改变或变形。运动状态改变：力的外效应；（移动和转动效应）变形：力的内效应。注：由力的定义，力不能离开物体而单独存在。力的三要素：大小、方向、作用点。力是矢量。力的矢量表示：图示

18、法：力的矢量用一带箭头的有向线段表示。作用线：通过力的作用点沿力方向的直线。大小：线段的长度；方向：方位（作用线），指向（箭头）。作用点：线段始端或末端。记法：F（黑体字母）表示力的矢量，而以同一普通字母F表示力的模。力的单位：国际单位制牛顿（N）或千牛（KN）（5）力系：作用于物体上的力群。计为：（F1,F2,Fn） 平衡力系：作用于物体并使其平衡的力系。等效力系：作用效果相同的力系。合力：与力系等效的一个力。（6）集中力、分布力集中力：力集中作用于一微面积。用F表示。单位：牛顿（N）分布力面积2.刚体 在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变的物体。既受力而不变形的物体。这是一个

19、实际物体被抽象了的理想化的力学模型。本章中把物体都视为刚体，因而只研究力的运动效应，即研究力使刚体的移动或转动状态发生改变的效应。二、力的性质1.二力平衡条件： 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且在同一直线上。如图所示，即此公理揭示了最简单的力系平衡条件。力作用下平衡的刚体称为二力体或二力构件。当构件为直杆时称为二力杆。说明：1)必充条件a).必要b).充分 2）一个刚体a). 一个b). 刚体2.加减平衡力系公理：在作用于刚体的已知力系中，可以加上或减去任意平衡力系，并 不改变原力系对刚体的作用。即：相差任意平衡力系的两个力系作用效果相同

20、，可以互换。推论：力的可传性原理：作用于刚体的力，可沿其作用线移至任一点，而不改变此力对刚体的效应。证明：图示刚体，A点作用一力F，在其作用线上任取一点B，并在B点加一对平衡力(F,F")，使F=F=- F"由公理2，F(F ，F,F")F、 F"为一对平衡力 ，由公理2可以去掉。(F ，F,F")FF=F（即力F由A点移至B点）如推车、拉车。力的可传性原理对非刚体不使用。（如物体受拉伸、压缩变形）。对刚体力的三要素：大小、方向、作用线，力对刚体是滑移矢量。3.力的平行四边形公理（法则）：作用于刚体同一点的两个力，可合成为一个力，其合力用以二分

21、力为邻边的平行四边形的对角线表示。如图所示：R=F1+F2（矢量和）此平行四边形称力平行四边形。R大小：R= F12+F22+ F1 F2cosR方向：sin= F2/ Rsin力三角形法则：R=F1+F2（矢量和）F1、F2、 R构成的三角形称力三角形。注：1）二分力首尾相接 2）合力箭头与最后分力相碰。若F1、F2共线，则：R=F1+F2（代数和）力的分解：因由力的平行四边形法则，同样可以把一个力分成两个力，但是，以已知力为对角线可以作无数个平行四边形，可得无数对分力。要想得到唯一的结果，必须附加限制条件。规定二分力的方向规定二分力的大小规定一分力的大小和方向规定一分力的大小和另一分力的方

22、向通常是将力分解为二相互垂直的分力。例如圆柱齿轮的受力Ft=Fn cos（圆周力）Fr= Fnsin（径向力）力的可传性原理：作用于刚体上的力可扬起作用线移至任意点，而不改变力对刚体的作用。力的平行四边形规则： 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点仍在该点，其大小和方向，由以此两力为边构成的平行四边形的对角线确定，如图所示，矢量表达式表为 即合力等于分力的矢量和。合力 的大小和方向也可通过图所示的力三角形法得到。即自任一点A 以 和 为两边作力三角形，第三边F 即所求。此公理给出了力系简化的基本方法。平行四边形法则是力的合成法则，也是力的分解法则。4.作用与反

23、作用公理两个物体之间的作用与反作用力，总是大小相等，方向相反，沿同一作用线分别作用在两个物体上。注意：应区别于二力平衡。以上四公理是相互联系、相互补充的。公理一表达了最简单力系平衡的必充条件，是研究力系平衡的基础。公理二、由此公理，可在任意加减 平衡力系，以达到将原力系简化的目的，是力系简化和等效代换的基础。公理三表达了最简单情况下合力与分力之间的关系，是力系合成与分解的基础。公理四、揭示了两物体间相互作用力的关系研究物系平衡的基础。三、约束与约束反力（1）自由体物体能在空间做任意运动，他们的位移不受任何限制。如天空中飞行的飞机、鸟等。(2)非自由体物体总是以一定的形式与周围其他物体相互联系，

24、即物体的位移要受到周围其他物体的限制。如用绳悬挂的灯可向上、前、后、左、右运动，但不能向下运动，转轴要受到轴承的限制。约束这种对非自由体的某些位移起限制作用的周围其他物体称为约束。如绳是灯的约束，轴承就是转轴的约束。如：轴、轴承。 图示物体：既然约束限制了物体的某些运动，所以一定有约束力作用于物体上。由于约束限制了物体的运动，在约束与被约束之间就有力的这样作用，此力称约束反力。3.约束反力：约束作用于被约束物体的力（简称反力）。大小：由平衡条件定方向：与被限制的运动方向相反。（如上图）再物体上，除了作用约束反力外，还有主动力。主动力：使物体产生运动的力。（如重力）主动力一般为已知。4、工程实际

25、中将物体所受的力分为两类：（1）一类是主动力这种能使物体产生运动或运动趋势的力，称为主动力，主动力有时也叫载荷；如重力，一般大小、方向往往已知。（2）另一类是约束反力，它是由主动力引起的，是一种被动力，是未知力。静力分析的重要任务之一就是要确定未知的约束反力大小、方向。（一）四种常见约束类型的约束反力工程中约束的种类很多，对于一些常见的约束，根据其特性可归纳为下列四种基本类型。 1.柔性约束（柔索）组成：由柔性绳索、胶带或链条等柔性物体构成。约束特点：只能受拉，不能受压。约束反力方向：作用在接触点，方向沿着柔体的中心线背离物体。例：图示结构；皮带传动。光滑面约束若物体接触面之间的摩擦不计，可认

26、为物体沿接触面自由移动，但不能沿法向移动。特点：只能限制物体沿接触面公法线方向（压陷方向）的移动。反力方向：沿接触面公法线，指向被约束的物体。简称法向反力。接触形式：曲面与平面曲面与曲面平面与平面点（线）与平面或曲面铰链约束圆柱形铰链约束（中间铰）特点：只能相对转动，不能相对移动。不计摩擦，接触面是光滑的，反力同光滑面约束。反力方向：过轴心，（在垂直铰链平面内）沿接触点公法线，随接触点而定，可用二相互垂直分力表示，（可理解为限制物体上下、左右移动），指向可任意假定。符号：铰链支座中间铰一个固定（或与机架联结）即形成铰链支座。a)固定铰链支座特点同中间铰，符号：b)活动铰支座支座与支座面之间有辊

27、轴。特点：支座可沿支座面滚动。反力方向：垂直于支座面，过轴心。符号：c)向心轴承：向心滚动轴承，向心滑动轴承 （3）二力杆：反力方向：二力等值、反向作用线沿两端铰链中心的连线。对多力杆，铰链的反力不能这样确定。铰链反力下列情况下可以确定：二力杆三力杆构件受平行力系对三力杆铰链反力可以用一个力表示，也可以用两个力表示（但受力图上只能用一种表示），二力杆只能用一个力表示。4固定端约束特点：限制构件所有运动。反力较复杂，将在平面任意力系中讨论。课堂小结： 1、物体的受力分析 1）力和力系 2）刚体 2、力的性质3、约束和约束反力 1）柔性体约束 2）光滑面约束 3）光滑圆柱铰链约束 4）锟轴约束作业

28、布置：课后习题：第51页：2-1、2-2四、受力图教学目标：1、物体的受力分析2、用“隔离法”绘制构件的受力简图教学重点：用“隔离法”绘制构件的受力简图教学难点：受力分析及绘制受力简图教学方法：讲授法、多媒体、举例教学时数：2学时教学内容：简图：静力学中画研究对象是，只要能显示力的作用线位置及约束类型，就可以用简单的线条表示物体，不必考虑与真实物体是否相似，这样的图形称为简图。分析构件受力情况时，必须把所研究的物体从周围物体中分离出来。研究对象：被分离出来进行研究的物体（或称分离体）。受力图：表示物体（研究对象）所受全部外力的简图。步骤：取研究对象（分离物体、解除约束、画研究对象简图）受力分析

29、画受力图：a)主动力;b)反力（由约束性质画）注意：力的作用点位置；施力不画。例：图示两球，分别用绳挂于光滑墙上，球重G，画受力图。解：1）球a受力图研究对象: 球a受力分析：主动力G、反力（绳T、A点NA）受力图：（力的作用点不能任意移动）。2）球a受力图研究对象: 球b受力分析：主动力G、反力（绳T）（A点虽有约束，但无运动趋势，无约束反力） 例：作图示AB杆的受力图。解：1）取AB杆为研究对象。 2）作受力图。两杆均不是二力杆，所以A点的反力用二相互垂直的分力表示。例：作图示球O1、球O2的受力图。解：1）分别取球O1、球O2为研究对象。2）作受力图。例：对图示物体进行受力分析。课堂小结

30、：受力分析的步骤： 1）取研究对象 2）受力分析 3）画受力图 a、主动力 b、反力作业布置：课后习题：第52页：2-3（构件受力简图）§2-2 平面汇交力系合成的解析法教学目标：1、平面汇交力系合成的几何法2、平面汇交力系合成的解析法3、平面汇交力系平衡方程及应用教学重点：平面汇交力系平衡方程及应用教学难点：平衡方程的建立及应用教学方法：讲授法、多媒体、举例教学时数：2学时教学内容：一、平面汇交力系解析法力在坐标轴上的投影从力F的始端或末端分别向坐标轴作垂线，垂足与坐标轴交点之间的距离即为力F在坐标轴上的投影。Fx=±FcosFy=±Fsin应注意投影与分力的区

31、别；投影为代数量，而分力为矢量。2 平面汇交力系解析法设有一平面汇交力系F1,F2,Fn作用在物体上，其合力为F，F= F1+ F2+Fn=F将上式分别向x轴和y轴投影Fx=F1x+F2x+Fnx=FxFy=F1y+F2y+Fny=Fy上式表明，力系的合力在某轴上的投影等于力系中各分力在同一轴上投影的代数和，这一关系称为合力投影定理。合力F大小为 F= Fx2+ Fy2=（Fx）2+（Fy）2合力F的方向用合力F和x轴所夹锐角表示tag=| Fy/ Fx|=|Fy/Fx|三、平面汇交力系的平衡方程及其应用平面汇交力系平衡的必要和充分条件是，合力等于零，既F= Fx2+ Fy2=（Fx）2+（F

32、y）2要使上式满足，必Fx=0Fy=0 上式称为平面汇交力系的平衡方程。所以，平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：力系中各力在两直角坐标轴上投影的代数和分别等于零。平面汇交力系有两个独立的平衡方程，可以解两个未知数。课堂小结： 1、平面汇交力系 2、合力投影定理 3、几何法解题步骤： 1）选研究对象 2）作出受力图 3）做力多边形 4）求出未知数作业布置：课后习题：第5页：2-4、2-5、2-6、2-7§2-3力矩与力偶教学目标：1、力矩的概念、合力矩定理2、力偶和力偶矩、力偶的性质3、平面力偶系的合成与平衡教学重点：合力矩定理、力偶系的合成与平衡教学难点：合力矩定理教学方法：讲授法

33、、多媒体、练习、举例教学时数：2学时教学内容：力矩、力偶1 力对点的矩,力对点的矩,是力对该点的转动效应的度量。例扳手拧螺母O点矩心h力臂力使物体绕O点的转动效应由下列两个因素决定：力的大小与力臂的乘积Fh;力使物体绕O点的转向力F对O点的矩用Mo(F)表示，其计算公式为 Mo(F)= ±Fh力矩的单位为N·m。力矩为代数量，力使物体逆时针转动，力矩为正，顺时针转动，力矩为负。力沿其作用线滑移，其矩不变；力线过矩心时，其矩为零。合力矩定理平面汇交力系的合力对某点之矩，等于力系各分力对同一点之矩的代数和。Mo(F)=Mo(F)证明从略。力偶：两个大小相等、方向相反、作用线相互

34、平行的力组成的力系。因力偶不能合成为一个力，对物体无移动作用，只有转动作用。力偶对物体的转动作用用力偶矩M(F,F)度量。M(F,F)=M=±Fd力偶矩的单位为N·m。力偶的性质：1 力偶不能进一步合成为一合力，也不能与一个力平衡。2 力偶在任意轴上投影等于零。3 力偶对平面内任意点之矩恒等于力偶矩。等效力偶：在同一平面内的两个力偶，只要其力偶矩相等，则它们对刚体的作用效应等效；只要保持力偶矩的大小和方向不变，力偶可以从一平面移动到另一平行平面，它对刚体的作用效应不变。三、平面力偶系的合成和平衡力偶系合成结果有两种。即力偶系可合成为一合力偶或平衡。1.平面力偶系合成：平面力

35、偶系合成得一合力偶，其力偶矩等于个分力偶矩的代数和。既：M=m2.力偶系平衡的条件：力偶系的合力偶矩为零。M=m=0课堂小结： 1、力矩2、合力矩定理3、平面力偶系 1）力偶和力偶矩 2）力偶的性质 3）平面力偶系的合成与平衡作业布置：课后习题：第53页：2-8、2-9、2-10、2-11、2-12§2-4 平面一般（任意）力系教学目标：1、平面力系的平衡方程及应用2、平面平行力系的平衡方程3、物系的平衡4、静定与静不定概念教学重点：1、正确分析受力，列出平衡方程2、运用解析法求结果教学难点：正确分析受力，列出平衡方程教学方法：讲授法、多媒体、举例练习教学时数：2学时教学内容：一、平

36、面力系向平面内一点简化1力的平移定理作用在刚体上的力，可平行移动到刚体上任一点，平移时需附加一力偶，附加力偶的力偶矩等于原作用力对平移点之矩，称为力的平移定理。该定理表明，一个力可以等效于一个力和一个力偶。其逆定理表明，可将平面内的一个力和一个力偶等效于一个力。应用力的平移定理，将力系向一点简化的方法是力系简化的普遍方法。各力的作用线分布在同一平面内的任意力系称为平面任意力系，简称平面力系。平面力系的研究不仅在理论上而且在工程实际应用 上都具有重要意义。首先，平面力系是工程中常见的一种力系。另外许多工程结构和构件受力作用时，虽然力的作用线不都在同一平面内，但其作用力系往往具有一对称平面，可将其

37、简化为作用在对称平面内的力系。2.平面力系向平面内一点简化设在刚体上作用一平面力系，各力的作用点如图所示。称简化中心主矢 主矩结论：平面力系向作用面内任一点简化，一般可得到一个力和一个力偶，该力通过简化中心，其大小和方向等于力系的主矢，主矢的大小和方向与简化中心无关；该力偶的力偶矩等于力系对简化中心的主矩，主矩的大小和转向与简化中心相关。3.固定端约束（插入端约束）概念；物体的一部分固嵌于另一物体中所构成的约束。实例：电线杆。当主动力为一平面力系时，物体在固嵌部分所受的力系也是一个平面力系，一般比较复杂，但可向点简化为一力和一力偶，力的大小和方向都是未知的4平面力系简化的最后结果1）简化结果（

38、1）平面力系平衡（2）平面力系简化为一合力偶，力偶矩的大小和转向由主矩决定，与简化中心无关。（3）平面力系简化为一合力，此合力过简化中心，大小和方向由主矢确定。（4）平面力系简化为一合力，合力的作用线在点的哪一侧，应使得对之矩与主矩的转向相同。图中2）合力矩定理 (4.7)即平面力系的合力对作用面内任一点的矩等于力系中各力对同一点矩的代数和，称为平面力系的合力矩定理。二、平面力系的平衡方程及其应用1.基本形式： 平面力系是平面汇交力系和平面力偶系的组合，因而平面力系平衡的必要条件是 ， 解析式为：即平面力系平衡的必要与充分的解析条件是：力系中各力在作用面内两个直角坐标轴上投影的代数和等于零，力

39、系中各力对于平面内任意点之矩的代数和也等于零。2.二力矩式 且轴不垂直于、两点连线。3.三力矩式 (4.12)且、不共线三、平面平行力系的平衡方程平面平行力系：各力作用线在同一平面内且相互平行的力系。基本形式：(4.13)二力矩式：(4.14)四、物体系统的平衡、静定和静不定问题概念。物体系统：多个物体通过一定约束组成的系统。前面例子所讨论的平衡问题，未知力的个数正好等于平衡方程的数目，因而能由平衡方程解出全部未知数。这类问题称为静定问题。相关的结构称为静定结构。工程上为了提高结构的强度常常在静定结构上再附加一个或几个约束，从而使未知约束力的个数大于独立平衡方程的树目。因而，仅仅由平衡方程无法

40、求得全部未知约束力，这时的平衡问题称为超静定问题或静不定问题，相应的结构称为超静定结构或静不定结构。§2-5 摩擦当两物体的接触面是粗糙的，且有相对滑动趋势时，在两物体的接触面间存在着阻碍其相对滑动的摩擦力，称为静滑动摩擦力。如果两物体之间已产生了相对滑动，则此时的摩擦力称为动滑动摩擦力。1.静滑动摩擦力 的作用线沿两物体接触面公切线，其方向与相对滑动趋势相反，其大小一般由平衡条件确定，其数值在零与最大值之间的。最大静滑动摩擦力的大小与物体在接触面处所受到的法向反力N 成正比，即：其中称为静滑动摩擦系数，其值与相互接触表面的材料、粗糙度、温度、湿度等有关，而与接触面的大小无关，一般由

41、实验的方法测定。2.动滑动摩擦力 的方向与相对滑动速度方向相反，其大小可近似看作定值，它也与物体在接触面处所受到的法向反力N成正比，即其中称为动滑动摩擦系数，一般也由实验测定，且略小于，一般认为。摩擦角与自锁（1）全反力 支承面的反力包含两个分量，即法向反力和静滑动摩擦力，这两个力的合力称为全反力，即（2）摩擦角 当物体处于将动而未动状态，即临界状态时，摩擦力的大小达到最大值，此时全反力与接触处公法线的夹角称为摩擦角，并且有以接触面公法线为轴，顶角为的正圆锥称为摩擦锥。（3）自锁 如果作用在物体上的主动力的合力作用线在摩擦锥以内，则不论这个合力有多大，支承面总能产生全反力来和它相平衡，物体的平

42、衡状态永不被破坏，这种现象称为自锁。3）滚动摩阻当一物体相对于另一物体滚动或具有滚动趋势时，接触处除可能受到滑动摩擦力作用外，还要受到一个滚动摩擦力偶的阻碍作用，这个阻力偶的力偶矩称为滚动摩阻。其方向与相对滚动方向或相对滚动趋势方向相反，其大小由平衡方程确定，其数值在零与最大值之间。最大滚动摩阻的大小与物体在接触处所受到的法向反力成正比，即其中称为滚动摩阻系数，它具有长度的量纲，其值一般由实验的方法测定。课堂小结：力的平移定理平衡方程： 作业布置：课后习题：第54页：2-14、2-15、2-16、2-17、2-18摩擦与自锁现象观测一、实验目的了解自锁在机械中的应用二、实验设备自锁螺纹副、自锁

43、与非自锁蜗杆、千斤顶三、课时安排 1学时四、实训步骤及要求1、观察自锁现象2、对比自锁与非自锁的区别五、实训分析与总结 摩擦与自锁条件在机械平衡问题中的应用六评分标准1操作是否符合规范（40分）2实验结果是否正确（30分）3过程分析是否准确（30分）第三章 杆件的变形及强度和刚度计算31 概述教学目标：、变形固体的基本假设 、外力、内力及应力的概念3、轴向拉伸、压缩时的内力、轴力概念； 4、轴力的分析及轴力图画法；5、位移、变形及应变的概念 6 、构件的分类及杆件的基本变形7、轴向拉、压时杆件横截面上应力概念及计算。教学重点：、外力、内力及应力的概念2、截面法求轴力；3、拉压杆横截面上的应力分

44、析及计算。教学难点：1、位移、变形及应变 2、轴力及应力的分析计算。教学方法：多媒体、讲授、举例教学时数：2学时教学内容：一、构件正常工作的基本要求足够的强度：即抵抗破坏的能力。足够的刚度：即抵抗变形的能力。足够的稳定性：即保持原有平衡状态的能力。二、变形固体的基本假设在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同各向同性假设：认为在物体内各个不同方向的力学性能相同三、杆件变形的基本形式若构件的长度远大于横截面的尺寸，则该构件称为杆件或杆。直

45、杆：等截面直杆、变截面直杆。折杆：等截面折杆、变截面折杆。曲杆：等截面曲杆、变截面曲杆。杆件的基本变形：拉（压）、剪切、扭转、弯曲。32 轴向拉伸和压缩一、轴向拉伸和压缩的概念受力与变形特点：作用在杆件上的外力合力的作用线与杆件轴线重合，杆件变形是沿轴线方向的伸长或缩短。符合上述特点的杆件即为拉（压）杆。二、拉伸和压缩时的内力、截面法和轴力1、内力：因外力作用而引起构件内各质点之间的相互作用力的改变量。2、截面法和轴力轴力：拉（压）杆横截面上的内力。轴力正负号：拉为正、压为负截面法求轴力的步骤：切: 假想沿选定横截面将杆切开；留: 留下左半段或右半段；代: 将抛掉部分对留下部分的作用用内力代替

46、；平: 对留下部分写平衡方程求出内力即轴力的值。课堂小结： 1、构件正常工作的基本要求 1）足够的强度 2）足够的刚度 3）足够的稳定性2、变形固体及基本假设 1）均匀连续假设 2）各向同性假设3、构件变形的基本形式4、应力作业布置：课后习题：第89页：3-1、3-2、3-3三、应力概念、拉（压）杆横截面上的应力教学目标：1、拉伸、压缩试验简介； 2、试件的伸长率、断面收缩率计算。 3、拉、压杆的强度条件； 4、拉、压杆的变形计算。教学重点：1、材料拉、压时的力学性质。 2、拉、压杆的强度校核；3、杆件截面尺寸设计。教学难点：拉、压杆的变形量计算。 教学方法：多媒体、讲授、提问等教学时数：2学

47、时教学内容：1、应力概念：横截面上分布内力的集度，单位Pa。2、拉(压)杆横截面上的应力 根据杆件变形的平面假设和材料均匀连续性假设可推断：轴力在横截面上的分布是均匀的，且方向垂直于横截面。所以，横截面的正应力计算公式为： 正应力和轴力N同号。即拉应力为正，压应力为负。四、材料在拉伸和压缩时的力学性质力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的力学性能1、材料拉伸时的应力应变曲线2、低碳钢拉深时的的力学性质明显的四个阶段1）弹性阶段2）屈服阶段：失去抵抗变形的能力3）强化阶段：恢复抵抗变形的能力4）局部径缩阶段两个塑性指标:断后伸长率和断面收缩率。卸载定律及冷作硬化材料在卸载过程中应力

48、和应变是线形关系，这就是卸载定律。材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化或加工硬化。3、其他材料拉伸时的力学性质对于没有明显屈服阶段的塑性材料，用名义屈服极限p0.2来表示。对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和颈缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。为典型的脆性材料。五、拉（压）杆的强度计算1.许用应力和安全系数极限应力：材料丧失正常工作能力时的应力。塑性变形是塑性材料破坏的标志。屈服点为塑性材料的极限应力。断裂是脆性材料破坏的标志。因此把抗拉强度和抗压强度，作为脆性材料的极限应力。 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

49、须小于材料的极限应力。一般将许用应力除以一个大于一的系数，该系数即为安全系数。2、拉压杆的强度条件根据强度条件，可以解决三类强度计算问题1）强度校核：2）设计截面3）确定许可载荷：六、拉压杆的变形 虎克定律虎克定律 ：实验表明，对拉(压)杆，当应力不超过某一限度时，杆的轴向变形与轴力FN 成正比，与杆长L成正比，与横截面面积A 成反比。这一比例关系称为虎克定律。E 为材料的拉(压)弹性模量，单位是GPa，代表了材料抵抗拉(压)变形的能力，是衡量材料刚度的指标。 课堂小结： 1、材料在拉伸和压缩时的力学性能2、拉伸过程大致分为四个阶段 1）弹性阶段 2）屈服阶段 3）强化阶段 4）局部变形阶段3

50、、拉、压杆的强度条件作业布置：课后习题：3-4、3-5、3-6、3-7低碳钢和铸铁的拉伸实验一、 实验目的（1） 测定低碳钢的弹性模量E、屈服极限s、强度极限b、延伸率和断面收缩率。（2） 测定铸铁的强度极限b。（3） 观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。（4）熟悉材料实验机和其它仪器的使用。二、 实验设备（1） WE-30型万能材料试验机。（2） 游标卡尺。（3） 球铰式引伸仪。三、课时安排 1学时四、 试件介绍由于试件的形状和尺寸对实验结果有一定的影响，为便于互相比较，应按统一规定加工成标准试件。按国家有关标准的规定，拉伸试件分为比例试件和非比例试件两种。在试件中

51、部，用来测量试件伸长的长度，称为原始标距（简称标距）。比例试件的标距l0与原始横截面面积A0的关系规定为 （1.1）式中系数k的取值为5.65时为短试件，取11.3时为长试件。对直径为d0的圆截面试件，短试件和长试件的标距l0分别为5 d0和10 d0。非比例试件的l0和A0不受上述关系限制。本实验采用圆截面的长试件，即l0=5 d0.五、实验原理及方法 常温下的拉伸实验可以测定材料的弹性模量E、屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。（1）低碳钢弹性模量E的测定由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即 （1.2）因为,所

52、以弹性模量E又可以表示为 (1.3)式中：E材料的弹性模量，P实验时所施加的荷载，A以试件直径的平均值计算的横截面面积，L0引伸仪标距，试件在载荷P作用下，标距L0段的伸长量。可见，在弹性变形范围内，对试件作用拉力P，并量出拉力P引起的标距内伸长，即可求得弹性模量E，实验时，拉力P值由试验机读数盘示出，标距L050（不同的引伸仪标距不同），试件横截面面积A可算出，只要测出标距段的伸长量，就可得到弹性模量E。在弹性变形阶段内试件的变形很小，标距段的变形（伸长量）需用放大倍数为200倍的球铰式引伸仪来测量。为检验荷载与变形之间的关系是否符合胡克定律，并减少测量误差，实验时一般用等增量法加载，即把载荷分成若干个等级，每次增加相同的载荷,逐级加载。为保证应力不超过弹性范围，以屈服载荷的7080%作为测定弹性模量的最高载荷Pn。此外，为使试验机夹紧试件，消除试验机机构的间隙等因素的影响，对试件应施加一个初始载荷P0（本实验中P02.0kN）。实验时，从P0到Pn逐级加