机械设计基础 教案全套 李文平 第1-21章 静力学基础- 创新思维和创新设计方法简介

教案课程代码：课程名称：机械设计基础课程性质：√必修课□限选课□任选课学时/学分：48/3授课专业：授课教师：使用学期：xx-xx学年度第一学期审批意见：签字：日期：

课程基本信息课程标准（教学大纲）名称、批准单位及时间课程标准名称：《机械设计基础》课程标准批准单位：批准时间：年月教材名称、作者、出版社及版本《机械设计基础》，李文平、张永娟、周玉丰，机械工业出版社，2023年9月第3版。教学参考资料参考教辅资料：《机械设计基础》，陈立德主编，高等教育出版社。《机械设计基础》，隋明阳主编，机械工业出版社。《机械设计基础》，邓绍铭主编，高等教育出版社。《机械设计基础实验指导书》参考课程资源网址：/detail/236029831教法、学法建议教法：讲授、教学做合一学法：自学、讨论、互助、实践课程考核依据及考核方式结合《机械设计基础》课程标准要求进行考核。考核方式：闭卷班级名称班编号本学期总学时其中讲授时数实习、实训或实验课时数习题(讨论)课时数复习学时14842402备注

课程授课学时安排表序号班号/周次授课内容计划学时备注121静力学的基本概念及静力学公理2理论课2约束和约束反力物体的受力分析和受力图2理论课3平面汇交力系的合成与平衡的几何法与解析法2理论课4力偶及其性质2理论课5平面力偶系的合成与平衡方程2理论课6平面一般力系的简化与平衡方程2理论课7拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力材料在拉伸和压缩时的力学性能2理论课8轴向拉伸或压缩时的强度计算轴向拉伸或压缩时的变形2理论课9剪切及其实用计算挤压及其实用计算2理论课10扭转的概念、扭矩、扭矩图2理论课11圆轴扭转时的应力和强度条件圆轴扭转时的变形和刚度条件2理论课12梁的类型及计算简图梁弯曲时的内力2理论课13梁纯弯曲时的强度条件2理论课14拉伸或压缩与弯曲的组合变形2理论课15扭转与弯曲的组合变形2理论课16机械设计基础绪论2理论课17平面运动副平面机构的运动简图2理论课18平面机构的自由度2理论课19铰链四杆机构铰链四杆机构的其他形式2理论课20平面四杆机构的工作特性2理论课21实验一：平面机构运动简图的绘制与分析2实验课22凸轮机构的工作过程；从动件的常用运动规律2理论课23盘形凸轮轮廓曲线的设计；凸轮机构基本尺寸的确定2理论课24实验二：机构结构及特性分析2实验课合计48序号NO1课题静力学基本概念及静力学公理教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握力、刚体、平衡的概念；掌握静力学公理能力目标：掌握静力学公理重点难点重点：静力学公理难点：刚体、力的平衡；静力学公理采用教法讲授、任务驱动法学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：静力学的基本概念实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.力的概念（1）力的定义——力是物体之间相互的机械作用。作用的结果：改变物体的运动状态→外效应；使物体变形→内效应（2）力的三要素——大小、方向、作用点（3）力是矢量——既有大小又有方向。（4）力的单位——N或kN2.力系的概念作用于同一物体的若干个力称为力系。平衡力系：不改变物体原有运动状态的力系。等效力系：对物体的作用效果完全相同的两个力系。合力：与一个力系等效的力。分力：一个力系中的每一个力。3.刚体的概念在受力状态下保持其几何形状和尺寸不变的物体称为刚体。刚体→理想的力学模型4.平衡的概念物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。静力学的任务：研究物体在力系作用下的平衡条件,并由平衡条件解决工程实际问题。任务2：静力学公理实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：公理一：二力平衡公理当一个刚体受两个力作用而处于平衡状态时，其充分与必要的条件是：这两个力大小相等，作用于同一直线上，且方向相反。只受两个力作用而平衡的物体称为二力体（二力构件）。受力特点：两个力的方向必在二力作用点的连线上。公理二：加减平衡力系公理在刚体的原有力系中，加上或减去任一平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。推论1：力的可传性原理作用于刚体上的力可以沿其作用线移至刚体内任一点，而不改变原力对刚体的作用效应。公理三力的平行四边形法则作用于物体同一点的两个力可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由以这两个力为边所构成的平行四边行的对角线所确定，即合力矢等于这两个分力矢的矢量合。力的分解Ft=FncosaFr=Fns推论2：三力平衡汇交定理如果刚体受同一平面的三个互不平行的力作用而平衡,则此三个力的作用线必汇交于一点。公理四作用与反作用定律两个物体间相互作用的一对力，总是大小相等，方向相反且共线，分别作用于这两个物体。公理五刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。公理5告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。三、小结本节重点介绍了力的概念、四个公理和二个推论；二力构件与三力构件，应掌握其判断方法；注意作用与反作用公理与二力平衡条件的区别。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。思考与练习1、作用力与反作用力是一对平衡力吗？2、二力平衡条件、加减平衡力系原理能否用于变形体？为什么？教学反思序号NO2课题约束和约束反力物体的受力分析和受力图教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握约束和约束反力的概念及类型；掌握单个物体与物体系统的受力分析及受力图能力目标：能正确的绘制各类约束的约束反力，尤其是铰链约束、二力杆、三力构件的约束反力的画法重点难点重点：约束和约束反力的概念；物体的受力分析和受力图难点：物体的受力分析和受力图采用教法讲授、任务驱动法学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：约束和约束反力的概念及类型实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：约束：限制被约束体运动的周围物体。被约束体：运动受到限制或约束的物体。约束反力：约束对被约束体的反作用力。反力的特点：⑴总是作用在被约束体与约束体的接触处。⑵方向总是与约束所能限制的运动或运动趋势的方向相反。1.柔索约束（表示符号：FT）特点:（1）只能限制物体沿柔索伸长方向的运动。（2）力的方向总是背离物体。2.光滑面约束（表示符号:FN）特点:（1）只能限制物体在接触点沿接触面的公法线指向约束物体的运动。（2）约束反力过接触点沿接触面法向并指向被约束体。3.光滑铰链约束表示符号：（Fx、Fy）特点:（1）反力的方向不定，随接触点而变化；（2）反力的大小由两个通过铰链中心的正交分力求得。固定铰链支座滚动铰链支座任务2：物体的受力分析和受力图实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：受力分析：研究物体上所受的力，包括力的数量（所有的主动力、约束反力）、方向、及力的作用点。受力图：在简图上除去约束，使研究对象成为自由体（分离体），在解除约束处画上约束反力，在分离体上画出全部主动力和约束反力。例题1：在图示的平面系统中，匀质球A重G1，借本身重量和摩擦不计的理想滑轮C和柔绳维持在仰角是a的光滑斜面上，绳的一端挂着重G2的物块B。试分析物块B,球A和滑轮C的受力情况，并分别画出平衡时各物体的受力图。解：1.物块B的受力图2.球A的受力图。3.滑轮C的受力图。例题2：等腰三角形构架ABC的顶点A，B，C都用铰链连接，底边AC固定，而AB边的中点D作用有平行于固定边AC的力F，如图所示。不计各杆自重，试画出杆AB和BC的受力图。解：1.杆BC的受力图。2.杆AB的受力图。例题3：用力F拉动碾子以轧平路面,重为G的碾子受到一石块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。解：碾子的受力图为：例题4：如图所示，水平梁AB用斜杠支撑，A，C，D三处均为光滑铰链连接。匀质梁重G1，其上放一重为G2的电动机。如不计杆CD的自重，试分别画出杆CD和梁AB（包括电机）的受力图。解：1.斜杆CD的受力图。2.梁AB（包括电动机）的受力图。例题5：如图所示的三铰拱桥，由左右两拱桥铰接而成。设各拱桥的自重不计，在拱上作用有载荷F，试分别画出左拱和右拱的受力图。解：1.右拱BC的受力图。2.左拱AC的受力图。1.2.解决方法一：解决方法二：例题6：如图所示，梯子的两部分AB和AC在A点铰接，又在D，E两点用水平绳连接。梯子放在光滑水平面上，若其自重不计，但在AB的中点处作用一铅直载荷F。试分别画出梯子的AB，AC部分以及整个系统的受力图。解：1.梯子AB部分的受力图。2.梯子AC部分的受力图。3.梯子整体的受力图。例题7：如图所示，重物重G=20kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，试画出杆AB和BC以及滑轮B的受力图。解：1.杆AB的受力图。2.杆BC的受力图。3.滑轮B(不带销钉）的受力图。4.滑轮B(带销钉）的受力图。三、小结1.本节课详尽地介绍了工程中常见的各种约束构造及约束反力的确定。2.光滑铰链约束的不同类型所具有的特点和区别是本节课的难点。3.应通过扎实的练习，熟练掌握工程中常见的各种约束及约束反力的正确画法。4.要熟练掌握常见约束的构造及约束反力的确定方法。5.掌握画受力图的步骤，明确画受力图的重要性。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。思考与练习确定约束反力方向的基本原则是什么？教学反思序号NO3课题平面汇交力系合成与平衡的几何法与解析法教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握平面汇交力系合成与平衡的几何法、解析法能力目标：正确理解力系主矢的概念重点难点重点：平面汇交力系的合成与平衡的求解方法难点：平面汇交力系的合成与平衡的求解方法采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：平面汇交力系合成与平衡的几何法实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.平面汇交力系合成的几何法（1）两个共点力合成的几何法可以由力的平行四边形法则作，也可用力的三角形来作。由余弦定理求合力的大小；由正弦定理确定合力方向（2）任意个共点力合成的几何法结论：平面汇交力系的合力等于各分力的矢量和，合力的作用线通过各力的汇交点。2.平面汇交力系平衡的几何条件平面汇交力系平衡的充要条件是：力系的合力等于零。特点：最后一个力矢的终点与第一个力矢的起点相重合，即封闭边为零。合力为零意味着力多边形自行封闭。例：解：任务2：平面汇交力系合成与平衡的解析法实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.力在坐标轴上的投影2.合力投影定理1）平面汇交力系的合力FR=F1+F2+…+Fn=∑F2）合力在坐标轴的投影等于各分力在同轴上投影的代数和合力投影定理:力系的合力在某轴上的投影,等于力系中各力在同一轴上投影的代数和。3.平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系的平衡条件平衡方程:例题1：求如图所示平面共点力系的合力。其中：F1=200N，F2=300N，F3=100N，F4=250N。解：根据合力投影定理，得合力在轴x，y上的投影分别为：合力的大小：171.3N合力与轴x的夹角的正切为：8.343所以，合力与轴x的夹角为41°例题2：如图所示是汽车制动机构的一部分。司机踩到制动蹬上的力F=212N，方向与水平面成a=45°角。当平衡时，DA铅直，BC水平，试求拉杆BC所受的力。已知EA=24cm，DE=6cm(点E在铅直线DA上)，又B，C，D都是光滑铰链，机构的自重不计。例题3：利用铰车绕过定滑轮B的绳子吊起一货物重G=20kN，滑轮由两端铰接的水平刚杆AB和斜刚杆BC支持于点B。不计铰车的自重，试求杆AB和BC所受的力。解析法的符号法则：当由平衡方程求得某一未知力的值为负时，表示原先假定的该力指向和实际指向相反。三、小结解题技巧及说明：1、一般地，对于只受三个力作用的物体，且角度特殊时用几何法（解力三角形）比较简便。2、一般对于受多个力作用的物体，且角度不特殊或特殊，都用解析法。3、投影轴常选择与未知力垂直，最好使每个方程中只有一个未知数。4、对力的方向判定不准的，一般用解析法。5、解析法解题时，力的方向可以任意设，如果求出负值，说明力方向与假设相反。对于二力构件，一般先设为拉力，如果求出负值，说明物体受压力。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。思考与练习平面汇交力系合成的几何法、解析法有何不同？教学反思序号NO4课题力偶及其性质教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：理解力矩、力偶、力偶矩的概念能力目标：明确平面力偶的性质和平面力偶的等效条件重点难点重点：力矩、力偶的概念及性质；三要素难点：力偶的等效条件及力偶的性质采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：力对点之矩与合力矩定理实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.力对点之矩力F对某点O的矩等于力的大小与点O到力的作用线的距离h的乘积。Mo(F)=±Fh使物体逆时针方向转动的力矩为正,反之为负。力F的作用点沿其作用线移动，不改变这力对O点的矩。力矩为零的条件：（1）力为零；（2）力臂为零，即力的作用线过矩心。2.合力矩定理平面汇交力系的合力对平面上任一点之矩，等于所有各分力对同一点力矩的代数和。Mo（FR）=±∑Mo（F）例题1：如图所示圆柱直齿轮的齿面受一啮合角a=20°的法向压力Fn=1kN的作用，齿面分度圆直径d=60mm。试计算力对轴心O的力矩。解：例题2：一轮在轮轴B处受一切向力F的作用，如图2-10a所示。已知F、R、r和a，试求此力对轮与地面接触点A的力矩。解：MA（F）=MA（Fx）+MA（Fy）MA（Fx）=-FxCA=-Fx(OA-OC)=-Fcosa(R-rcosa)MA（Fy）=Fyrsina=Frsinasina=Frsin2aMA（F）=-Fcosa(R-rcosa)+Frsin2a=F(r-Rcosa)a任务2：力偶及其性质实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.力偶的概念一对等值、反向、不共线的平行力组成的力系称为力偶。力偶矩力偶在其作用面内对物体转动效应的物理量，记作M（F，F'）M（F，F'）=M=±FdM=±2△OAB2.力偶的三要素（1）力偶矩的大小；（2）力偶的转向；（3）力偶作用面的方位。3.力偶的等效条件凡是三要素相同的力偶则彼此等效。4.力偶的性质性质1：力偶对其作用面内任意点的力矩恒等于此力偶的力偶矩，而与矩心的位置无关。性质2：力偶在任意坐标轴上的投影之和为零，故力偶无合力，力偶不能与一个力等效，也不能用一个力来平衡。结论1：力与力偶是力系的两个基本元素。结论2：力偶在它的作用面内，可以任意移动和转动。力偶在不改变力偶矩大小和转向的条件下，可同时改变两平行力的大小、方向、及力偶臂的大小。三、小结1、力对点之距与力对轴之距2、力系的主距3、合力距定理的应用备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。重点内容，做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。思考与练习力偶的等效条件？力偶系的性质？教学反思序号NO5课题平面力偶系的合成与平衡方程教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握平面力偶系的合成能力目标：掌握平面力偶系的平衡方程重点难点重点：平面力偶系的合成难点：平面力偶系的平衡条件采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务：平面力偶系的合成与平衡方程实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.力对点之矩平面力偶系的合成平面力偶系合成的结果为一合力偶，合力偶矩为各分力偶矩的代数和。M=M1+M2+…+Mn=∑M2.平衡条件：∑M=0例题1：如图所示的铰接四连杆机构OABD，在杆OA和BD上分别作用着矩为M1和M2的力偶，而使机构在图示位置处于平衡。已知OA=r，DB=2r，α=30°，不计杆重，试求M1和M2间的关系。例题2：横梁AB长l，A端用铰链杆支撑，B端为铰支座。梁上受到一力偶的作用，其力偶矩为M，AD与水平夹角为45度,如图所示。不计梁和支杆的自重，求A和B端的约束力。三、小结1、平面力偶系的合成2、平面力偶系的平衡备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。重点内容，做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。思考与练习平面力偶系的平衡条件是什么？教学反思序号NO6课题平面一般力系的简化与平衡方程教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握平面一般力系的简化方法和平衡条件能力目标：会解决实际中简单的平面一般力系的力学问题重点难点重点：平面一般力系的简化及平衡条件难点：平面一般力系的简化及平衡采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：平面一般力系的简化与平衡方程实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.力的平移定理作用在刚体上A点处的力F，可以平移到刚体内任意点O，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力F对新作用点O矩。F‘=F“=FM=Fd2.平面一般力系的简化F'R=∑F'=∑FMO=M1+M2+…Mn=∑MO(F)结论：平面一般力系向平面内任一点简化可以得到一个力和一个力偶，这个力等于力系中各力的矢量和，作用于简化中心，称为原力系的主矢；这个力偶的矩等于原力系中各力对简化中心之矩的代数和，称为原力系的主矩。3.平面一般力系的平衡方程及其应用平面一般力系的平衡的充要条件平面一般力系的平衡方程解题步骤（1）确定研究对象；（2）画受力图；（3）列平衡方程求解。例题1：在长方形平板的O，A，B，C点上分别作用着有四个力：F1=1kN，F2=2kN，F3=F4=3kN（如图），试求以上四个力构成的力系对O点的简化结果，以及该力系的最后合成结果。例题2：支架的横梁AB与斜杆DC彼此以铰链C连接，并各以铰链A，D连接于铅直墙上。如图所示。已知杆AC=CB；杆DC与水平线成45o角；载荷F=10kN，作用于B处。设梁和杆的重量忽略不计，求铰链A的约束力和杆DC所受的力。例题3：如图所示为一悬臂梁，A为固定端，设梁上受强度为q的均布载荷作用，在自由端B受一集中力F和一力偶M作用，梁的跨度为l，求固定端的约束力。例题4：某飞机的单支机翼重G=7.8kN。飞机水平匀速直线飞行时，作用在机翼上的升力F=27kN，力的作用线位置如图示，其中尺寸单位是mm。试求机翼与机身连接处的约束力。三、小结1.力的平移定理2.平面一般力系的简化3.平面一般力系的平衡方程及其应用备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。思考与练习1、平面一般力系的简化结果？2、平面一般力系的合成结果？教学反思序号NO7课题拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力材料在拉伸和压缩时的力学性能教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：了解轴力的相关知识并掌握轴力图的画法能力目标：准确计算轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力并正确绘制轴力图重点难点重点：轴力的计算方法（截面法）及轴力图的绘制难点：轴力图的绘制；轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：拉伸与压缩的概念与实例实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.材料力学的任务保证机械或结构在载荷作用下正常工作，即保证每一构件具有足够的承载能力。构件的承载能力：足够的强度足够的刚度足够的稳定性2.材料力学的基本假设连续性假设、均匀性假设、各向同性假设、小变形假设。3.外力的形式4.内力、截面法和应力的概念5.杆件变形的基本形式轴向拉压的外力特点：外力的合力作用线与杆的轴线重合。轴向拉压的变形特点：杆的变形主要是轴向伸缩，伴随横向缩扩。轴向拉伸：杆的变形是轴向伸长，横向缩短。轴向压缩：杆的变形是轴向缩短，横向变粗。轴向拉伸，对应的力称为拉力轴向压缩，对应的力称为压力任务2：轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.内力轴力图（1）截面法（2）轴力的正负规定:（3）轴力图——(x)的图象表示。2.多力杆的轴力与轴力图轴力轴向拉伸或压缩时，横截面上分布内力系的合力，作用线与轴线重合。例题1：杆件在A、B、C、D处各截面作用外力如图（a），求1-1，2-2，3-3截面处的轴力。结论：拉压杆各截面上的轴力在数值上等于该截面一侧（研究段）所有外力的代数和，外力离开截面时取正号，指向该截面时取负号。即FN=SFi轴力为正时，表示轴力离开截面，杆件受拉；轴力为负时，表示轴力指向截面，杆件受压。轴力图表明横截面上的轴力沿轴线变化情况的图形。例题2：图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为5P、8P、4P、P的力，方向如图，试画出杆的轴力图。例题3：杆受力如图所示。试画出杆的轴力图。练习：直杆受力如图所示，试画出杆的轴力图。3.轴向拉伸或压缩时横截面上的应力应力的概念内力在截面上分布的密集程度。轴向拉伸和压缩时横截面上的正应力或例题4：一钢制阶梯杆如图所示。各段杆的横截面面积为：A1=1600mm2，A2=625mm2，A3=900mm2，试画出轴力图，并求出此杆的最大工作应力。例题5：圆杆上有一穿透直径的槽。已知圆杆直径d=20mm，槽的宽度为d／4，设拉力F=30kN，试求最大正应力（槽对杆的横截面积削弱量可近似按矩形计算）。4.2.4轴向拉伸（或压缩）时斜截面上的应力任务3：材料在拉伸和压缩时的力学性能实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.低碳钢在拉伸时的力学性能2.其它材料在拉伸时的力学性能3.材料在压缩时的力学性能塑性材料抗拉能力=抗压能力>抗剪能力脆性材料抗压能力>抗剪能力>抗拉能力材料力学性能的三类指标：（1）刚度指标：弹性模量E；（2）强度指标：屈服点应力ss（sp0.2）、强度极限sb（sbc）；（3）塑性指标：伸长率δ和断面收缩率y。三、小结1.杆件变形的四种基本形式；2、轴向拉伸与压缩的概念；3、内力、截面法、轴力图的概念；4、轴力的计算规则。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。思考与练习画轴力图时应注意的问题？教学反思序号NO8课题轴向拉伸或压缩时的强度计算轴向拉伸或压缩时的变形教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握轴向拉压时的校核方法和步骤能力目标：准确的处理轴向拉伸或压缩时的强度计算及校核重点难点重点：轴向拉压时的强度条件及强度计算难点：轴向拉压时的强度条件及强度计算采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：轴向拉伸或压缩时的强度计算实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.极限应力•许用应力•安全因数2.强度计算例题1：一刚性梁ACB由圆杆CD在C点悬挂连接，B端作用有集中载荷F=25kN。已知：CD杆的直径d=20mm，许用应力[s]=150MPa。1）校核CD杆的强度；2）试求结构的许可载荷[F]；3）若F=50kN，试设计CD杆的直径d。任务2：轴向拉伸或压缩时的变形实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.纵向变形2.胡克定律当杆件横截面上的正应力不超过比例极限时，杆件的伸长量Δl与轴力FN及杆原长l成正比，与横截面面积A成反比。当应力不超过比例极限时，则正应力与纵向线应变成正比。3.横向变形4.泊松比例题2：图示杆系由两根钢杆1和2组成。已知杆端铰接，两杆与铅垂线均成a=30°的角度，长度均为l=2m，直径均为D=25mm，钢的弹性模量为E=210GPa。设结点A处悬挂一重物P=100kN，试求结点A的位移ΔA。三、小结1.强度计算、强度条件、强度校核。2.胡克定律。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。引导学生正确的思考，分析计算要有耐心。强度注意解题重点。思考与练习胡克定律的内容？教学反思序号NO9课题剪切及其实用计算挤压及其实用计算教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：让学生了解剪切和挤压的相关知识并掌握剪切和挤压的实用计算能力目标：学会计算简单的剪切和挤压的力学问题重点难点重点：剪切与挤压的实用计算难点：剪切与挤压的实用计算采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：剪切及其实用计算实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.剪切的概念剪切的受力特点和变形特点：①受力特点：构件受两组大小相等、方向相反、作用线相互很近（差一个几何平面）的平行力系作用。②变形特点：构件沿两组平行力系的交界面发生相对错动。③剪切面：构件将发生相互的错动面，如n–n。④剪切面上的内力：内力—剪力Fs，其作用线与剪切面平行。2.剪切时的内力剪切面上分布内力的合力，称为剪力。FS=F剪切面上分布内力的集度以t表示，称为切应力。3.剪切实用计算4.剪切强度条件任务2：挤压及其实用计算实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.挤压联接件与被联接件接触面上互相压紧，产生局部压陷变形，以至压溃破坏的现象。挤压面上的压力称为挤压力，用Fbs表示。5.2.2挤压的实用计算挤压强度条件剪切破坏条件：Fb³tb×As例题1：电机车挂钩的销钉联接如图所示。已知挂钩厚度t=8mm，销钉材料的[t]=60MPa，[sbs]=200MPa，电机车的牵引力F=15kN，试选择销钉的直径。三、小结1.剪切变形的内力计算与强度计算。2.挤压变形的内力计算与强度计算。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。思考与练习何为挤压应力？它与一般的压应力有何区别？教学反思序号NO10课题扭转的概念、扭矩、扭矩图教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：理解扭转的概念和实例；掌握外力偶矩的计算、扭矩、扭矩图能力目标：正确的判断扭矩的大小与符号，绘制扭矩图重点难点重点：外力偶矩的计算；扭矩和扭矩图难点：扭矩和扭矩图。采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：扭转的概念实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：圆轴扭转的概念扭转：外力的合力为一力偶，且力偶的作用面与直杆的轴线垂直，杆横截面绕轴线发生相对转动，这样的变形为扭转变形。受力特点：杆件两端分别受到大小相等，方向相反，且在垂直于轴线平面内的两个力偶作用。变形特点：杆各横截面绕轴线作相对转动。任意两横截面之间产生相对角位移j，j称为扭转角。同时，杆的纵向线发生微小倾斜，变成螺旋线。任务2：外力偶矩的计算实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.外力偶矩的计算1PS=735.5W,1kW=1.36PS主动轮的输入功率所产生的力偶矩转向与轴的转向相同；从动轮的输出功率所产生的力偶矩转向与轴的转向相反。2.扭转与扭矩图1、内力偶矩：构件受扭时，横截面上的内力是作用在该截面上的力偶，该力偶之矩称为扭矩，记作“T”。2、扭矩的计算方法——截面法对于杆件一侧作用多个外力偶矩情况，任一截面的内力偶矩等于其一侧所有外力偶矩的代数和：扭矩的符号用右手螺旋法则判定：用四指表示扭矩的转向，大拇指的指向与截面的外法线方向相同时，该扭矩为正，反之为负。3、扭矩图：表示沿杆件轴线各横截面上扭矩变化规律的图线。例题1：圆截面杆各截面处的外力偶矩大小分别为Me1＝6M，Me2＝M，Me3＝2M，Me4＝3M。求杆在横截面1-1，2-2，3-3处的转矩，并画出转矩图。例题2：已知：一传动轴，n=300r/min，主动轮输P1=500kW，从动轮输出P2=150kW，P3=150kW，P4=200kW，试绘制扭矩图。例题3：图示为一传动轴，主动轮B输入功率PB＝60kW，从动轮A、C、D输出功率分别为PA＝28kW，PC＝20kW，PD＝12kW。轴的转速n=300r/min，试绘制轴的转矩图。三、小结1.扭转变形的受力特点及变形特点。2.外力偶矩的计算方法。3.扭矩的计算与扭矩图的绘制方法。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。思考与练习扭转变形的受力特点及变形特点是什么？教学反思序号NO11课题圆轴扭转时的应力和强度条件圆轴扭转时的变形和刚度条件教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握圆轴扭转时的应力和变形、扭转的强度计算和刚度计算能力目标：能够计算圆轴扭转时的强度与刚度并会校核重点难点重点：扭转的强度计算和刚度计算难点：扭转的强度计算和刚度计算采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：圆轴扭转时的应力和强度条件实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.圆轴扭转时的应力分布规律横截面上任意点处的切应力的计算公式为圆轴扭转时，最大切应力发生在圆轴表面。2.极惯性矩Ip和扭转截面系数Wp（1）实心圆截面（2）空心圆截面a=d/D为横截面内外径之比3.圆轴扭转的强度计算例题：机床齿轮减速箱中的二级齿轮如图所示。轮C输入功率PC=40kW，轮A、轮B输出功率分别为PA=23kW，PB=17kW，n=1000r/min，材料的切变模量G=80GPa，许用切应力[t]=40MPa，试设计轴的直径。任务1：圆轴扭转时的变形和刚度条件实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：扭转变形的标志是：两个横截面间绕轴线的转角，即扭转角。例题：三、小结1.圆轴扭转时的应力和变形。2.扭转的强度计算和刚度计算。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。思考与练习圆轴扭转时强度计算和刚度计算的计算公式？教学反思序号NO12课题梁的类型及计算简图梁弯曲时的内力教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握截面法求剪力和弯矩；掌握剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图能力目标：能够正确计算剪力和弯矩并绘制剪力图和弯矩图重点难点重点：截面法求剪力和弯矩难点：：剪力图和弯矩图采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：梁的类型及计算简图实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.弯曲变形杆件受到垂直轴线的外力或位于轴线所在平面的力偶作用，杆件轴线变弯。此类变形称为弯曲变形，通常将承受弯曲变形的杆件称为梁。受力特点：杆件都是受到与杆轴线相垂直的外力（横向力）或外力偶的作用。变形特点：其变形为杆轴线由直线变成曲线，这种变形称为弯曲变形。以弯曲为主要变形的杆件称为梁。2.梁上的载荷作用于梁上的载荷（包括支座反力）可简化为三种类型：集中力、集中力偶和分布载荷。3.简单静定梁的分类1）简支梁

梁的两端分别为固定铰支座和活动铰支座，如图(a)所示。

2）外伸梁

简支梁的一端或两端伸出支座之外的梁，如图(c)所示。

3）悬臂梁

梁的一端为固定端，另一端为自由端的梁，如图(b)所示。任务2：梁弯曲时的内力实施过程：①教师讲解内容并用实例加以引导；②学生注意听讲；③教师提问启发，学生回答，巧妙的增加学生的自信心。任务知识点：1.弯曲内力——剪力和弯矩如图所示简支梁AB受集中力P作用，设其约束反力分别为RA，RB。在距左支座x处用假想截面将梁截开，取左脱离体进行分析。由梁的平衡可知，在m-m截面上必存在内力Q和力偶M。对右脱离体也有同样的结果。由此可知梁的内力有两项：一项为与横截面相切的力，称为剪力，记为Q；另一项是矩矢垂直于轴线的力偶，称为弯矩，记为M。剪力、弯矩的正负号规定如下：截面的左段对右段向上错动时,截面上的剪力规定为正;反之为负，如图所示。横截面处弯曲变形凹向下时,这一横截面上的弯矩规定为正;反之为负,如图所示。对某一指定的截面来说，在它左侧向上的外力，或右侧向下的外力将产生正的剪力；反之，即产生负的剪力。至于弯矩，则无论在指定截面的左侧或右侧，向上的外力产生正的弯矩，而向下的外力产生负的弯矩。例题：用截面法计算图示梁1-1，2-2，3-3截面上的内力。三个面到支座A的距离分别为x1，x2，x3。例题：求下列图中指定截面的剪力和弯矩，并确定其正、负号。2.剪力方程和弯矩方程以横坐标x表示横截面在梁轴线上的位置，则各横截面上的剪力和弯矩皆可表示为x的函数，即：3.剪力图和弯矩图梁弯曲时，横截面上的剪力和弯矩随截面位置不同而变化，将剪力和弯矩沿梁轴线的变化情况用图形表示出来，这种图形分别称为剪力图和弯矩图。作剪力图和弯矩图的一般步骤为：作剪力和弯矩直角坐标系，其中轴平行于梁轴线，Q轴、M轴垂直于梁轴线；确定分段点，分段建立剪力方程、弯矩方程；确定各分段点处截面上的剪力和弯矩的大小及正负，标在和坐标系中得到相应的点；根据各段剪力方程、弯矩方程，在坐标中大致作出剪力图图形，在坐标中大致作出弯矩图图形。例题：作图示梁的内力图。三、小结1.弯曲的概念。2.截面法求剪力和弯矩。3.剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图。备注出示课件，调动学生的学习兴趣。重点内容，详细讲授，提示做好笔记。思考与练习如何判断弯矩的符号？教学反思序号NO13课题梁纯弯曲时的强度条件教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握梁纯弯曲时截面上的正应力能力目标：掌握梁纯弯曲时的强度条件及强度计算重点难点重点：梁纯弯曲时的强度条件及强度计算难点：梁纯弯曲时的强度条件及强度计算采用教法讲授、任务驱动法学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务：直梁弯曲的强度条件实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：1.梁的纯弯曲当梁横截面上仅有弯矩而无剪力，从而仅有正应力而无切应力的情况，称为纯弯曲。2、纯弯曲时梁横截面上的正应力当y=ymax时，3、梁的弯曲强度计算（1）惯性矩和弯曲截面系数（2）在横力弯曲的情况下，弯矩将沿梁轴线变化，对于等截面梁，此时的最大正应力应发生在最大弯矩所在的截面（危险截面）上，即例题：图示为一矩形截面简支梁。已知：F=5kN，a=180mm,b=30mm，h=60mm，试求竖放时与横放时梁横截面上的最大正应力。例题：下图为T型铸铁梁。已知：F1=9kN，F2=4kN，铸铁的许用拉应力[t]=30MPa，许用压应力[c]=60MPa，截面对形心轴z的惯性矩Iz=763cm4，y1=52mm。试校核梁的强度。例题：三、小结1、梁纯弯曲时截面上的正应力2、梁纯弯曲时的强度条件3、梁纯弯曲时的强度计算备注提示：在授课过程中一定要注意学生公式的灵活应用以及计算的正确度。思考与练习梁纯弯曲时的强度该如何进行计算？教学反思序号NO14课题拉伸或压缩与弯曲的组合变形教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：理解组合变形的概念及处理方法能力目标：掌握拉伸或压缩与弯曲的组合的计算重点难点重点：拉伸或压缩与弯曲组合变形时的强度计算难点：拉伸或压缩与弯曲组合变形时的强度计算采用教法讲授、任务驱动法学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务：拉压与弯曲的组合变形实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：1、组合变形（1）处理组合变形问题的方法——叠加原理叠加原理——如果内力、应力、变形等与外力成线性关系，则在小变形条件下，复杂受力情况下组合变形构件的内力，应力，变形等力学响应可以分成几个基本变形单独受力情况下相应力学响应的叠加，且与各单独受力的加载次序无关。（2）叠加原理应用条件=1\*GB3①线弹性材料，加载在弹性范围内，即服从胡克定律；=2\*GB3②必须是小变形，保证能按构件初始形状或尺寸进行分解与叠加计算，且能保证与加载次序无关。（3）叠加法的主要步骤=1\*GB3①将组合变形按基本变形的加载条件或相应内力分量分解为几种基本变形。=2\*GB3②根据各基本变形情况下的内力分布，确定可能危险面。=3\*GB3③根据危险面上相应内力分量画出应力分布图，由此找出可能的危险点；根据叠加原理，得出危险点应力状态。=4\*GB3④根据构件的材料选取强度理论，由危险点的应力状态，写出构件在组合变形情况下的强度条件，进而进行强度计算。2、拉伸或压缩与弯曲的组合变形由于拉伸或压缩和弯曲变形在横截面上产生的都是正应力，可以按代数和进行叠加。即拉伸或压缩和弯曲组合变形横截面上的总应力为：例题：例题：图示简支梁为№22a工字钢。已知F=100kN，l=1.2m，材料的许用应力[σ]=160MPa。试校核梁的强度。三、小结1、组合变形的概念及处理方法2、拉伸或压缩与弯曲组合变形时的强度计算备注提示1：讲解时注意两种不同的组合变形的区别。提示2：要注意组合变形的强度计算，要保证计算正确，公式正确。思考与练习1、组合变形该怎么处理？2、组合变形时的强度计算公式是什么？教学反思序号NO15课题扭转与弯曲的组合变形教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：理解组合变形的概念及处理方法能力目标：掌握扭转与弯曲的组合变形的计算重点难点重点：扭转与弯曲的组合变形时的强度计算难点：扭转与弯曲的组合变形时的强度计算采用教法讲授、任务驱动法学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务：扭转与弯曲的组合变形实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：1、工程实例扭弯组合变形是机械工程中最常见的情况，皮带传动轴、铣床变速箱轴、电机轴外伸段等多发生此类变形。2、扭转和弯曲组合变形的强度条件以下图所示的圆截面杆为主要研究对象，讨论扭弯组合的强度计算。作弯矩图和扭矩图，可知危险截面为固定端截面：危险截面上的1点和2点有最大弯曲正应力和最大扭转切应力：围绕1点取单元体，可见1点处于平面应力状态，其三个主应力为：说明：（1）、（2）两式适用于平面应力状态，而不须考虑是由何种变形引起的；（3）式仅适用于弯扭组合下的圆截面杆。解题步骤：①将外力向轴线简化得力学简图，分析变形。②作内力图，分析危险截面，即T

、M

较大的截面。③应用强度条件（3）式进行校核。例题：如图示圆轴，已知,F=8kN,M=3kN.m,［σ］=100MPa,试用第三强度理论求轴的最小直径.例题：一倾斜的矩形截面梁与水平面成30°角，在其中点C处有铅直力P=25kN作用，试求梁的最大压应力。三、小结1、组合变形的概念及处理方法2、扭转与弯曲组合变形时的强度计算备注提示1：讲解时注意两种不同的组合变形的区别。提示2：要注意组合变形的强度计算，要保证计算正确，公式正确。思考与练习1、组合变形该怎么处理？2、组合变形时的强度计算公式是什么？教学反思序号NO16课题机械设计基础绪论教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握机器的组成及特征能力目标：掌握机械设计的基本要求、计算准则重点难点重点：机器、机构的概念、组成及特征难点：摩擦、磨损和润滑的概念、分类机器对机械零部件的影响采用教法讲授、任务驱动法学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：机器、机构及其结构组成、功能组成实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：1.机器、机构及其结构组成（1）机器

主要用来传递和变换能量。如图所示的单缸内燃机，通过燃气在气缸内的进气——压缩——作功——排气过程，使其燃烧的热能转变为曲柄转动的机械能。机器的种类繁多、外形万变、用途各异，但总的来说，机器具有以下三个共同的特征：1）都是人为的各种实物的组合；2）组成机器的各种实物间具有确定的相对运动；3）可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功或转换机械能。

（2）机构

具有确定相对运动的构件组合体称为机构。机构主要用来传递和变换运动，具有以下两个共同特性：1）由若干构件组合而成；2）组成构件之间具有确定的相对运动。

（3）构件

是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联结而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度而言，机器可以看作是由若干个构件组装而成。（4）零件

组成机器的最小单元，也是机器的制造单元，机器是由若干个不同的零件组装而成的。各种机器经常用到的零件称为通用零件。特定的机器中用到的零件称为专用零件。构件和零件的区别：构件是参与运动的单元。可以是一个零件为一个构件，也可以是几个零件刚性地联接在一起组成一个构件。从结构和运动学的角度分析，机器和机构之间并无区别，都是具有确定相对运动的各种实物的组合，所以，通常将机器和机构统称为机械。2、机器的功能组成作为一部完整的机器，仅具有上述的机械部分是不够的，它不能够完成预期的工作。从功能和系统的角度来看，机器一般由以下五个部分组成：（1）动力系统

机器的动力来源，包括动力机及其配套装置；它的功能是向机器提供运动和动力。（2）执行系统

包括若干执行机构，它的功能是驱动执行机构按给定的运动规律运动，实现预期的工作。执行系统一般处于机械系统的末端，执行构件直接与工作对象接触。（3）传动系统

是把动力系统的运动和力传递给执行系统的中间装置。（4）操纵和控制系统

是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调工作，并准确可靠地完成整机功能的装置，多指通过人工操作以实现上述要求的装置。（5）框架支撑系统及其他的辅助系统

包括基础件（床身、底座、立柱等）和支撑构件（支架、箱体等）。用于安装和支承动力、传动和操作系统等，机器各部分的位置精度、运动精度及机器的承载能力等主要依靠框架支撑系统来保证，该系统是机械系统中必不可少的部分。任务2：课程简介实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：1、课程性质综合性的技术基础课。2、课程的研究对象常用机构和一般机械通用零部件。主要内容有：机械工程力学基础；机械中常用机构的组成、运动分析、动力分析；一般工作条件和常用参数范围内的通用零部件的工作原理、结构特点、机械设计理论、设计计算方法。学习目的：树立设计思想、掌握设计理论方法、了解设计一般规律、培养设计能力，学会运用已有的技术资料、掌握试验知识和技能。3、本课程的任务(1)能熟练地运用力系平衡条件求解简单力系的平衡问题；(2)掌握零部件的受力分析和强度计算方法；(3)熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准，掌握常用机构、常用机械传动和通用零部件的选用和基本设计方法，具备正确分析、使用和维护机械的能力，初步具有设计简单机械传动装置的能力；(4)具有与本课程有关的解题、运算、绘图能力和应用标准、手册、图册等有关技术资料的能力。4、本课程的学习方法(1)抓好基本学习环节；(2)学会综合运用知识；(3)学会知识技能的实际应用；(4)学会总结归纳；(5)学会创新。任务3：机械设计的各项要求及程序实施过程：①小组以任务课堂自主学习归纳，教师巡回指导；②小组分工展示学习成果，（讲课和板书）；③教师点评小组学习成果，并作补充讲解。任务知识点：1、机械零件的失效形式及设计准则机械零件在预定的时间内和规定的条件下，不能够完成正常的功能，称为失效。（1）机械零件的失效形式机械零件由于各种原因不能够正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损。（2）机械零件的设计计算准则1)强度准则2)刚度准则3)寿命4)可靠性2、机械设计的基本要求及程序（1）功能要求（2）安全可靠性要求（3）经济性（4）其他要求3、机械设计的一般程序

三、小结1、机器、机构的概念及特征和组成2、课程的性质3、机械设计的各项要求及程序备注提示：要注意机构和机器的区别。思考与练习1、机器和机构的概念是什么？有什么区别？2、机械设计的基本要求是什么？教学反思序号NO17课题平面运动副平面机构的运动简图教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握平面运动副的概念及分类能力目标：掌握平面机构运动简图的绘制方法重点难点重点：运动副的概念；运动副的分类难点：运动简图的绘制采用教法讲授、任务驱动法学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习上节内容。2.本节任务导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务：平面机构运动简图实施过程：教师讲解任务知识点：1.平面运动构件的自由度平面机构：指组成机构的各个构件均平行于同一固定平面运动。组成平面机构的构件称为平面运动构件。自由度：一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。2.运动副的概念机构：具有确定相对运动的若干构件组成的。运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接3.运动副的分类运动副：构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。分类：根据运动副元素的不同，平面运动副可分为低副和高副。（1）低副：两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。1）转动副两构件只能在一个平面内作相对转动。限制两个自由度：（两个移动）;保留一个自由度（转动）2）移动副两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。限制两个自由度：（一个移动，一个转动）保留一个自由度（移动）（2）高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。限制一个自由度：（一个移动）；保留两个自由度（一个移动，一个转动）4.运动链和机构（1）运动链：若干构件通过运动副联接构成的系统称为运动链。各构件构成封闭形式的运动链称为闭式运动链，简称闭链。各构件不能构成封闭形式的运动链称为开式运动链，简称开链。（2）机构：如果将运动链中的一个构件固定，并使另一个或几个构件按给定的规律运动，而且其余构件都能随之作确定的相对运动，则这种运动链就成为机构。机架：被固定的构件原动件：按给定规律运动的构件从动件：其余构件5.机构运动简图的概念（1）机构运动简图：根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，再用规定的运动副代表符号和简单的线条或几何图形表示机构各构件间相对运动关系的一种简化图形。和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造。绘制机构运动简图的目的：机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主要用于简明地表达机构的组成情况和运动情况，进行运动分析，作为运动设计的目标和构造设计的依据。也可对机构进行力分析并作为专利性质的判据。机构示意图：只是为了表示机构的结构组成及运动原理而不严格按比例绘制的机构运动简图。构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。运动副的符号转动副：移动副：注意：移动副的导路必须与相对移动方向一致。平面高副：（2）绘机构运动简图的步骤1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；2）确定所有运动副的类型和数目；3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；4）确定比例尺；5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画）三、小结1.运动副的概念和分类2.运动简图的绘制备注提示：注意平面机构运动简图画图时的比例计算。思考与练习机构的运动简图该如何进行绘制？教学反思序号NO18课题平面机构的自由度教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握平面机构自由度的计算方法能力目标：掌握平面机构自由度的计算方法重点难点重点：平面机构自由度的计算，机构具有确定运动的条件难点：平面机构自由度的计算采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习提问。2.本节教学导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务：平面机构的自由度实施过程:=1\*GB3①教师讲解（理论结合实例）；=2\*GB3②学生讨论完成相应练习；任务知识点：1.平面机构的自由度的计算机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关）n个活动构件：自由度为3nPL个低副：限制2PL个自由度PH个高副：限制PH个自由度因此，该机构相对于固定构件的自由度数应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，该差值称为机构的自由度，并以F表示，F=3n-2PL-PH例题：

2.自由度计算时应注意的几种情况（1）复合铰链：两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。由K个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（K-1）个例题：计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误（2）局部自由度：在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度多余的自由度是滚子2绕其中心转动带来的局部自由度，它并不影响整个机构的运动，在计算机构的自由度时，应该除掉（3）虚约束：重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。虚约束常见情况及处理：1)两构件间形成多处具有相同作用的运动副，计算中只计入一个转动副。2)两构件上联接点的运动轨迹重合虚约束作用：对机构的运动无关，但可以改善机构的受力情况，增强机构工作的稳定性3)机构中具有对运动起相同作用的对称部分3.平面机构具有确定相对运动的条件机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明机构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此，当机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时，则需有两个原动件。故机构具有确定运动的条件是：原动件数目W应等于机构的自由度数目F。练习：计算下面机构中的自由度，指出复合铰链、虚约束和局部自由度的位置，并判断该机构是否具有确定运动。计算平面机构自由度的实用意义：（1）判定机构的运动设计方案是否合理（2）修改设计方案1）F=0:增加一构件带进一平面低副2）F<>原动件数目：增加一构件带进两平面低副;增加原动件数目（3）判定机构运动简图是否正确三、小结1.平面机构自由度的计算2.机构具有确定运动的条件备注提示：在计算平面机构自由度时，需要注意三点特殊情况。思考与练习1、平面自由度该如何进行计算？2、如何判断机构具有确定运动？教学反思序号NO19课题铰链四杆机构铰链四杆机构的其他形式教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握铰链四杆机构的组成、基本形式及演化形式能力目标：掌握铰链四杆机构类型的判断方法以及曲柄存在的条件重点难点重点：铰链四杆机构的类型和曲柄存在的条件难点：铰链四杆机构的类型和曲柄存在的条件采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习提问。2.本节教学导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：铰链四杆机构的组成和基本形式实施过程：=1\*GB3①教师讲解（理论结合实例）；=2\*GB3②学生讨论完成相应练习；任务知识点：1. 铰链四杆机构的组成如图所示，铰链四杆机构由机架、连架杆(与机架相连的两杆)和连杆(与机架不相联的中间杆)组成。曲柄——能绕机架上的转动副作整周回转的连架杆。摇杆——只能在某一角度范围(小于360°)内摆动的连架杆。2.铰链四杆机构的类型(1)曲柄摇杆机构：在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。运动特点：一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪、缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构(2)双曲柄机构：两连杆架均为曲柄的四杆机构运动特点：主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转(3)双摇杆机构：两连杆架均为摇杆的四杆机构任务2：铰链四杆机构中曲柄存在的条件与类型判别准则实施过程：=1\*GB3①教师讲解（理论结合实例）；=2\*GB3②学生讨论完成相应练习；任务知识点：1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件条件一:最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；条件二:连架杆或机架中最少有一根是最短杆。2.铰链四杆机构基本类型的判别准则（1）满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构.（2）满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构.（3）满足条件一而且以最短杆作连架杆的是曲柄摇杆机构.（4）不满足条件一是双摇杆机构.练习：试判断下列机构属于何种类型的铰链四杆机构。例题：已知杆CD为最短杆。若要构成曲柄摇杆机构，机架AD的长度至少取多少？（图中长度单位为mm）任务3：铰链四杆机构的其他形式实施过程：=1\*GB3①教师讲解；=2\*GB3②学生对照例题，分析讨论完成相应练习；任务知识点：1.曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构；偏置曲柄滑块机构2.导杆机构曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。当杆曲柄的长度小于机架长度时，导秆只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例3.摇块机构和定块机构曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。三、小结1.铰链四杆机构的组成、基本形式及演化形式2.曲柄存在的条件3.铰链四杆机构的类型判断备注思考与练习1、铰链四杆机构是如何组成的？其基本形式有哪些？2、铰链四杆机构如何判断类型？教学反思序号NO20课题平面四杆机构的工作特性教学时数2学时课型理论课教学目标知识目标：掌握平面四杆机构的工作特性能力目标：用图解法设计平面四杆机构重点难点重点：平面四杆机构的工作特性难点：平面四杆机构的运动设计方法采用教法讲授、多媒体、实例教学学法建议讨论、互助教学过程设计一、课题引入1.复习提问。2.本节教学导向。二、主要知识/技能点及实施步骤任务1：运动特性实施过程：教师讲解任务知识点：1.急回特性AB为主动件（曲柄），CD为从动件（摇杆），曲柄回转一周过程中两次与连杆BC共线，即B1AC1和B2AC2,这时摇杆两个位置C1D,C2D,称为极限位置(极位)，夹角φ为摇杆摆角。曲柄与连杆两次共线夹角锐角θ--极位夹角，摇杆φ--摆角。当曲柄以等角速从AB1顺时针转(180°+θ)到AB2位置，摇杆相应从C1D摆动ψ角到C2D，所需时间为t1，而当曲柄再转(180°-θ)到AB1位置，摇杆又从C2D所需时间为t2推进行程时：V1=C1C2/t1

返回行程时：V2=C1C2/t2这种返回速度大于推进速度的现象称为急回特性。为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。由上式可知:机构要具有急回特性则必有k>1，即>0;k值愈大，机构急回特性愈明显，k值的大小取决于极位夹角的大小。愈大，k值愈大；反之，愈小，k值愈小。若=0°，则k=1，机构没有急回特性。2.传力特性（1）压力角和传动角在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下，机构中从动件受力F方向和受力点绝对速度vc方向间所夹的锐角称为机构在此位置的压力角。压力角是衡量机构传力效果的一个标志。力F在vC方向的有效分力Ft=Fcos，即压力角愈小，有效分力愈大，对机构的传动愈为有利。机构运转时，压力角是变化的，为了保证机构具有较好的传动特性，在设计四杆机构时，要求最大压力角小于许用压力角，即max≤[]，[]通常取50°,此条件称为机构的传力条件。压力角的余角=90°-，称为机构在此位置的传动角，如图所示。对于连杆机构，传动角往往表现为连杆与从动件之间所夹的锐角，比较直观，所以有时用传动角来反映机构的传力性能较为方便。即压力角越小，传动角越大，机构的传力性能越好；反之，越大，越小，机构传力越费劲，传动效率越低。因此，机构的传力条件也可以写成：min[]，[]=40°

在以曲柄为原动件的曲柄摇杆机构中，最小传动角min出现在曲柄与机架共线的两位置之一。（2）止点(死点)如图所示，曲柄摇杆机构以摇杆CD作为主动件，而曲柄AB为从动件时，则当摇杆处于极限位置时，连杆BC与曲柄AB共线，此时在主动件上无论施加多大的驱动力，连杆加给曲柄的力均通过铰链中心A，此力对A点不产生力矩，所以都不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。死点位置是摇杆作为主动件时曲柄摇杆机构固有的特性，在此位置从动件会出现“顶死”现象，还可能出现运动不确定现象。机构是否有死点取决于从动件与连杆是否有共线的位置。为使机构正常运转，应设法避开死点。在机构设计时，一般采用安装飞轮加大惯性或采用相同机构错位排列的方法，使机构闯过死点。在机车车轮联动机构中，则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。死点的利弊：利：工程上利用死点进行工作。弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利。任务2：平面四杆机构运动设计简介实施过程：教师讲解（简单介绍）任务知识点：1.用图解法设计四杆机构2.解析法3.实验法三、小结1.平面四杆机构的工作特性2.平面四杆机构的运动设计方法备注提示：一定要注意机构的工作特性对于机构工作时的影响。思考与练习平面四杆机构的工作特性有哪些？教学反思序号NO21课题平面机构运动简图的绘制与分析教学时数2学时课型实验课教学目标知识目标：初步掌握根据实际使用的机器进行机构运动简图测绘的基本方法、步骤和注意事项能力目标：加强理论实际的联系，验算机构自由度、进一步了解机构具有确定运动的条件和有关机构结构分析的知识重点难点重点：机构运动简图测绘的基本方法、步骤难点：机构自由度的验算采用教法讲授学法建议讨论、互助、实验教学过程设计一、课题引入实验内容介绍。实验目的概述。二、主要知识/技能点及实施步骤1.掌握实验原理实施措施：教师讲解，学生笔记从运动学观点来看机构的运动仅与组成机构的构件和运动副的数目、种类以及它们之间的相互位置有关，而与构件的复杂外形、断面大小、运动副的构造无关，为了简单明了的表示一个机构的运动情况、可以不考虑那些与运动无关的因素(机构外形，断面尺寸、运动副的结构)。而用一些简单的线条和所规定的符号表示构件和运动副(规定符号见表1-1)并按一定的比例表示各运动副的相对位置，以表明机构的运动特性。2.实验步骤实施措施：学生实验，教师巡回指导（1）缓慢转动被测机构的原动件、找出从原动件到工作部分的机构传动路线。（2）由机构的传动路线找出构件数目、运动副的种类和数目。（3）合理选择投影平面，选择原则：对平面机构运动平面即为投影平面。对其它机构选择大多数构件运动的平面作为投影平面。（4）在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的联接顺序。逐步画出机构运动简图的草图，然后用数字标注各构件的序号，用英文字母标注各运动副。（5）仔细测量机构的运动学尺寸、如回转副的中心距和移动副导路间的相对位置、标注在草图上。（6）在图纸上任意确定原动件的位置、选择合适的比例尺把草图画成正规的运动简图。比例尺的选定如下：三、小结1.掌握实验原理2.机构运动简图测绘的基本方法、步骤3.机构自由度的计算备注可对相应的知识点或小点进行说明思考与练习完成实验报告册教学反思序号NO22课题凸轮机构的工作过程从动