《机械基础（少学时）第3版》 教案 曾德江 第1-6单元　机械的认知-平面连杆机构

《机械基础》课程教学方案教师：第1号学习内容第1单元机械的认知课时知识目标1.理解本课程的研究对象和内容、机械设计的基本要求和一般过程。2.掌握机器、机构及机械等概念，以及机器和机构的用途及区别。能力目标1.能明确课程研究的对象和内容、机械设计的基本要求和一般过程。2.具有识别机器和机构，判断其用途及区别的能力。素质目标1.养成机械传动应用的科学思维方式。。2.学习中外机械发展史，树立文化自信与科技报国的爱国情怀。教学对象授课班级为大一机械类或近机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程。教学环境智慧智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、引导文法、讲练结合法教学过程教学活动设计时间安排课程导入1.案例导入以智能机器人、汽车发动机、自动组装机等案例引出机械的含义：图1-1智能机器人图1-2数控加工中心图1-3自动组装机2.设置问题：（1）如何机械是如何工作的？它的特征是什么？（2）课程的能力目标是什么？（3）通过什么训练可获得相关的能力？知识准备本教学过程主要由教师讲授学生作适当的互动；采取的教学方法：案例分析法、讲授法1.本课程的研究对象—机械介绍机械的发展史1）18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船。2）19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。3）20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人、航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品。4）21世纪随着智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械相关学科知识。教学过程教学活动设计时间安排知识准备2.以飞机发动机和洗衣机为例引出机械相关的概念（1）机器、机构、机械；零件、构件、通用零件、专用零件。（2）机器的基本组成部分：（1）动力部分（2）执行部分（3）传动部分（4）操纵部分和控制部分图1-3飞机发动机图1-5洗衣机内部结构图图1-6专用零件图1-7通用零件3.课程的性质：本课程是职业技术院校工科相关专业的一门重要的专业基础课4.本课程的研究内容：4个模块，16个单元5.课程的任务：（1）掌握分析解决机械工程实际中简单力学问题的方法。（2）掌握杆件在承载的情况下，几种基本变形和组合变形的强度与刚度计算，并能对机械工程中构件承载进行分析和计算。（3）掌握一般机械传动装置、机械零件的设计方法及设计步骤，能选用和设计常用机构和通用零件，能使用和维护一般机械。（4）完成设计计算、绘图等基本技能的训练，能熟练运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）。项目训练指出下列设备中那些是机构：铣床、发电机、机械式手表、洗衣机和汽车。归纳总结1.本次课要求掌握机器与机构、构件与零件、通用零件与专用零件的区别；2.明确本课程的能力目标作业习1-7教学反馈教研室意见

《机械基础》课程教学方案教师：第2号学习内容第2单元机械工程材料课时知识目标1.熟悉常用钢铁材料、非铁金属、粉末冶金等材料的牌号、种类、性能、用途及选用。2.了解常用金属材料的热处理工艺、特点及应用。3.熟悉高分子材料、陶瓷材料、复合材料的种类、性能、用途。能力目标1.能识别机械行业常用金属及非金属材料，并能识读常用材料的牌号。2.能依据机械零件的工作要求选用合适的材料。素质目标1.强化工程材料国家标准执行的严谨性与规范性。2.培养工程思维与工程安全意识。教学对象授课班级为大一机械类或近机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程。教学环境智慧智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、引导文法、讲练结合法教学过程教学活动设计时间安排课程导入1.案例导入以车轴断裂、某汽车主要零部件应用的材料、飞机起落架断裂等案例引出工程材料应用图1-1车轴断裂图1-2飞机起落架断裂图1-3水立方2.设置问题：（1）机械工程材料有什么性能、类型、选择要求及应用在什么场合？（2）课程的能力目标是什么？（3）通过什么训练可获得相关的能力？知识准备1本教学过程主要由教师讲授学生作适当的互动；采取的教学方法：案例分析法、讲授法2.1金属材料性能1.金属材料力学性能1）强度：是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。材料的强度等力学性能须通过试验的方法进行测定。拉伸试验机在试验过程中可以绘制出施加的载荷与试样变形的曲线，一般称为拉伸力-伸长曲线教学过程教学活动设计时间安排知识准备12）塑性：是指金属材料在给定外力的作用下，产生永久变形而不被破坏的能力。3）硬度：是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力,是衡量材料软硬程度的指标。4）韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。2.金属材料工艺性能1）焊接性能：一般是指两块相同的金属材料或两块不同的金属材料，在局部加热到熔融状态下，能够牢固地焊合在一起的性能。2）切削性能：切削加工性能是指金属材料在用切削刀具进行加工时，所表现出来的难易程度。3）压力加工性能：就是指金属材料在压力加工过程中成型的难易程度。4）铸造性能：就是指反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，项目训练1自行车是常用的交通工具，如图2-22～图2-24所示。老式自行车都是用管材焊接而成；现在使用最多的轻便自行车，为了强度和美观，还需要对管材弯曲成型加工；山地自行车则是为高速行驶设计的。试分析这样三款自行车在选材方面各有哪些性能要求。知识准备22.2钢铁材料及应用1.工业用钢1）普通碳素钢（1）碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。目前碳素钢的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在80%左右，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业。（2）碳素结构钢的牌号：按照国家标准GB/T221-2008，碳素结构钢牌号分为四个部分2）优质碳素结构钢（1）优质碳素钢分类与性能：优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。（2）优质碳素钢的牌号：按照国家标准GB/T221-2008，优质碳素结构钢牌号分为五个部分，见表2-5。3）合金结构钢（1）合金结构钢的性能：在普通碳素结构钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金称为低合金高强度结构钢。（2）合金结构钢牌号：按照国家标准GB/T221-2008，合金结构钢牌号分为四个部分，如表2-6。4）合金工具钢（1）合金工具钢的分类与性能：合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素，以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。（2）合金工具钢牌号：按照国家标准GB/T221—2008，合金工具钢牌号分为两个部分，见表2-8。1.铸铁1）铸铁分类与性能：铁是碳的质量分数在2%以上的铁碳合金。2）铸铁牌号：按照国家标准GB/T5612—2008，铸铁牌号的组成有以下三种类型，见表2-10。项目训练2请查阅国家游泳中心“水立方”和广州新电视塔主体钢架结构采用何种材料，并撰写一篇调研建筑钢架材料使用分析报告。教学过程教学活动设计时间安排知识准备32.3非铁金属和粉末冶金材料1.铝和铝合金铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。2.铜和铜合金铜合金以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。3.轴承合金轴承合金又称轴瓦合金，用于制造滑动轴承的材料。用于各类轴承材料。4.粉末冶金材料：用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具粉末冶金材料有传统熔铸工艺所无法获得独特的化学组成和物理、力学性能，项目训练3某汽车要进行轻量化设计，其中改变材料是一个重要的途径。将一些原先由钢铁材料制造的零件改用非铁金属材料会显著减小汽车的重量。试分析，汽车中哪些零件可用非铁金属材料制造。知识准备42.4金属材料的热处理及应用热处理是对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工方法。1.金属材料整体热处理整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有正火、退火、淬火和回火等基本工艺2.金属材料表面热处理1）表面淬火：表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火的目的在于获得高硬度、高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于齿轮、花键、机床导轨等。2）渗碳淬火：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程，也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。项目训练4向墙面钉钉子，发现钉子的硬度不够，每次都被打弯也无法钉入墙体。试分析采用何种热处理的方法可以解决这个问题。

教学过程教学活动设计时间安排知识准备52.5常用非金属材料非金属材料是由非金属元素或化合物构成的材料。1.高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。2.陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成型和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，可用于制作结构材料、刀具材料。3.复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，将其组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。项目训练5某汽车要进行轻量化设计，其中改变材料是一个重要的途径。将一些原先由钢铁材料制造的零件改用有色金属会显著减小汽车的重量。试分析，汽车中哪些零件可用有色金属制造。综合训练项目2-3中国空军运-20的出现，使国产飞机的起飞重量从60t级一步跨越至200t级。运-20机身主要由复合材料制成，包括碳纤维、玻璃纤维和金属复合材料。这些材料赋予机身高强度和耐久性。此外，机身中也使用了一定比例的钛合金和铝合金，这些材料在机翼的襟翼中也有应用。运-20投入使用标志着中国空军的远程机动能力和战略投送能力获得大幅提升。请查阅国产战斗机机身和航天器采用何种碳纤维复合材料，并撰写一篇关于碳纤维复合材料使用情况的分析报告。归纳总结1.了解、识别常用普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金钢材料的特性、使用工况以及牌号。2.了解、识别常用铝合金、铜合金等合金材料的特性、使用工况以及牌号。3.了解常用高分子材料、陶瓷材料以及复合材料的特性和使用案例。作业习2-1、2-2、2-3教学反馈教研室意见

《机械基础》课程教学方案教师：第3号学习内容第3单元工程构件受力的分析课时知识目标1.理解静力学的基本概念—刚体、力、平衡和约束；掌握静力学公理及其应用范围。2.掌握工程中常见的约束和约束反力的画法，能熟练而正确地画出物体的受力图。3.理解平面力系的合成和平衡条件，能利用平衡条件求解平面汇交力系的平衡问题。能力目标1.能根据工程构件的工作情况构建力学模型。2.能区别常见约束力类型，并能对工程构件进行受力分析。3.能对简单平面力系进行定量分析。素质目标1.培养工程思维与工程伦理意识。2.养成严谨规范、精益求精的工匠精神。教学对象授课班级为大一机械类或近机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程教学环境智慧智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、讲练结合法教学过程教学活动设计时间安排课程导入1.案例导入以工件的夹紧机构为案例导入，引出本单元内容学习重点及应获得能力目标图1-1液压夹具2.设置问题：（1）工程中常见的约束有哪些？它的特点是什么？（2）如何正确绘制构件的受力图？知识准备1本教学过程主要由教师讲授学生作适当的互动获得课程能力目标；本单元采取的教学方法有：案例分析法、讲授法、讲练结合法、手段：多媒体演示和思维导图。3.1静力学基本概念及其公理1.静力学基本概念1）静力学基本任务：就是研究物体在力系的作用下处于平衡与利用平衡条件解决未知力大小的问题。2）静力学基本概念平衡、刚体、物系、力系、力及力的三要素、分布力、集中力、等效力系、平衡力系2.静力学公理（1）公理1二力平衡公理1）分析：如果变形体承受两个压力，物体是否平衡？2）结论：公理1只适用刚体3)二力杆：在两个力的作用下保持平衡的构件称为二力构件。要点：二力杆可以是直杆，也可以是曲杆。二力杆的受力特点是：两个力的方向必在二力作用点的连线上。

教学过程教学活动设计时间安排（2）公理2加减平衡力系公理——该公理成为力系简化的基本方法之一1）推论1力的可传性原理——只用于刚体（3）公理3力的平行四边形法则，力的三角形法则；推论2三力平衡汇交定理：三个力矢量按首尾连接的顺序构成一封闭三角形，或力的三角形自行封闭。（4）公理4作用与反作用定律注意：二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？项目训练1二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？知识准备23.2约束与约束力1.约束与约束力的概念2.工程中常见约束的类型（1）柔性约束1）观察案例2）柔性约束的特点：只能承受拉力，不能承受压力，这类约束只能限制物体沿柔索伸长方向的运动；3）约束力的方向：总是沿柔索伸长方向背离被约束物体，常用符号FT为表示。4）课堂训练（2）光滑面约束1）观察案例2）约束的特点：只限制物体在接触点沿接触面的公法线方向指向约束物体的运动，而不限制物体沿接触面切线方向的运动。3）约束力的方向：通过接触点沿接触面公法线方向并指向被约束物体。通常用FN表示。项目训练2如图3-1所示的工件的夹紧机构，请判断哪个构件接触点处属于光滑面约束？如工件处于夹紧状态，你能否画出该构件的受力图？知识准备3（3）光滑铰链约束1）观察门窗所用的活页、铡刀与刀架的联接特点。2）特点：采用光滑圆柱定位销将两个构件相联接而形成的约束。3）约束反力：常用两个通过铰链中心大小未知方向正交的力Fx、Fy来表示。4）工程中常见光滑铰链约束的主要有以下三种类型：A、固定铰链支座；B、中间铰C、活动铰项目训练3项目3-1重力为P的圆球放在木板AC与墙壁AB之间，如图3-10所示。设板AC重力不计，试作出木板与球的受力图。项目3-2如图3-11所示，画出梁AC的受力图。如图3-10如图3-11知识准备4（4）固定端约束1）教学设计思路：观察与分析案例—确定约束特点——获得约束符号表示和约束力的表示→→知识准备53.3受力分析与受力图1.几个关于受力分析的基本概念（1）受力分析：是指在静力学中，分析所要研究的构件（称为研究对象）上受哪些作用力，并确定每个力的作用位置和方向的过程。（2）分离体：解除约束后的物体称为分离体（3）构件的受力图：在分离体上画出它所受的全部主动力和约束反力，这种表示构件受力情况的简明图形称为构件的受力图。2.绘制受力图的一般步骤为：（1）确定研究对象，解除约束，画出研究对象的分离体简图；（2）根据已知条件，在分离体简图上画出的全部主动力；（3）在分离体的每一约束处，根据约束的类型画出约束反力。项目训练5实施策略：以学生为主，进行构件约束类型的判断、受力图绘制分析习2-1中各受力图是否正确？如有错误请改正？教学过程教学活动设计时间安排案例导入3.4平面力系如3-1图所示液压夹紧机构中，B、C、D、E为光滑铰链。根据上单元所学知识，并画出各构件的受力图。问题设置：如果已知力F及机构平衡时角度，你能否求此时工件H所受的压紧力？提出解决物体由已知求解未知力的方法。知识准备6教学设计：通过采用大量的工程案例载体引出本单元的能力目标，具备运用平面力系基础知识，解决工程中常见机构简单力学问题的能力。本单元采取的教学方法有：案例分析法、讲授法、讲练结合法、手段：多媒体演示和思维导图。由学生根据案例分析引出平面汇交力系概念——在平面力系中各力作用线均汇交于一点的力系。项目训练6请利用所学知识，分析图3-1所示液压夹紧机构中各构件的受力图，判断哪个构件承受汇交力系作用？知识准备73.4.1平面汇交力系1.平面汇交力系合成的几何法与平衡几何条件1）平面汇交力系合成的几何法：力的多边形法则2.平面汇交力系平衡的几何条件：=０，力的多边形自行封闭。平面汇交力系2.平面汇交力系合成的解析法与平衡的解析条件1）力在坐标轴上的投影投影的正负号规定为：投影指向与坐标轴正向相同为正，相反为负。2.平面汇交力系平衡的解析条件

教学过程教学活动设计时间安排项目训练7与同学一起分析项目37项目3-7如图3-21a所示一圆柱体放置于夹角为α的V型槽内，并用压板D夹紧。已知压板作用于圆柱体上的压力为F。试求槽面对圆柱体的约束反力。。案例导入3.4.2力矩与平面力偶系设置问题：在机械设备装配及修理工作中，经常会用到各种各样的螺钉，当采用一字旋具（如图3-13a）拧螺钉时，常易把螺钉头弄坏。而采用十字旋具拧螺钉时，却不易将螺钉头弄坏？请问为什么？a）一字旋具拧螺钉b）丝锥攻丝知识准备81.力对点之矩1）力对点之距：在力学中以物理量F﹒h及其转向来度量力使物体绕O转动的效应，这个量称为力F对O点之矩，简称力矩。Mo（F）＝±Fh正负号则表示力矩的转动方向，一般规定：逆时针转向为正，顺时针为负。2）合力矩定理：平面汇交力系的合力对平面上任一点之矩，等于力系中各分力对同点力矩的代数和。2.力偶的概念力偶的定义：一对等值、反向、不共线的平行力组成的力系，称为力偶。力偶实例力偶矩的计算及负号表示3.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4.平面力偶系的合成与平衡1）平面力偶系的合成：M＝M1+M2+…+Mn＝∑M2）平面力偶系的平衡条件：∑Mi＝0项目训练8项目3-10四连杆机构在图3-31所示位置平衡，已知OA=60cm，O1B=40cm，作用在摇杆OA上的力偶矩M1=1N·m，不计杆自重，求力偶矩M2的大小。教学过程教学活动设计时间安排案例导入分析图3-33a所示的曲轴冲床简图，已知AB、AO的尺寸、冲压力为F，请利用前面所学知识分析各构件的受力情况，并判断各构件承受的力系类型。如何利用前面所学知识求解：设置问题：1）能否正确绘制出各构件的受力图；2）能否求解作用在轮I上的力偶矩M的大小；3）能否求解轴承O处的约束力；4）能否求解连杆AB受的力；5）冲头给导轨的侧压力。曲轴冲床简图知识准备93.4.3平面任意力系由学生根据案例分析曲轴冲床简图引出平面任意力系概念——各力的作用线在同一平面内任意分布的力系。由图3-30所示可知冲头承受的平面汇交力系作用，AB杆为二力杆，曲轴I承受的是平面任意力系。如何解决曲轴I所要解决的问题，利用已学的知识是无法完成的。1.平面任意力系的简化1)平面任意力系的简化，主矢与主矩设刚体上作用有一平面任意力系F1、F2、…、Fn，如图3-31a所示，在平面内任意取一点O，称为简化中心。简化的方法是：根据力的平移定理，得到平面汇交力系和一附加力偶系。平面力系的简化过程与简化结果2)平面任意力系简化结果的讨论（1）F′＝0，Mo≠0→简化为一个力偶；（2）F′≠0，Mo＝0→力系的简化结果是一个力；（3）F′≠0，Mo≠0→合成一个合力；（4）F′＝0，Mo＝0物体在此力系作用下处于平衡状态。2.平面任意力系的平衡方程及应用1)平面任意力系的平衡方程（1）基本形式（2二矩式（3）三矩式教学过程教学活动设计时间安排项目训练9项目3-1无重水平梁的支承和载荷如图3-35a所示。已知F=qa、力偶矩M=qa2的力偶。求支座A和B处的约束力a）b）图3-35无重水平梁综合案例分析图3-36a所示为曲轴冲床简图，曲轮I、连杆AB和冲头B组成。OA=R，AB=l。忽略摩擦和自重，当OA在水平位置、冲压力为F时系统处于平衡状态。求:：1)作用在轮I上的力偶矩M的大小；2）轴承O处的约束力；3）连杆AB受的力；4）冲头给导轨的侧压力。曲轴冲床简图解决问题的关键：（1）正确绘制出各构件的受力图，关键先找出二力杆，然后再顺序绘制出各构件的受力图；（2）正确判断各构件承受何种力系作用；（3）确定求解问题的顺序，求解顺序为：冲头→二力杆AB→曲轮I（4）正确列解平衡方程。归纳总结1.理解并识别常见工程约束，如柔性约束、光滑面约束、光滑铰链约束以及固定端约束等。2.能区别平面汇交力系、平面力偶系、平面任意力学，并进行简单的定量计算。作业习3-3、3-9、3-10、3-11、3-12教学反馈教研室意见

《机械基础》课程教学方案教师：第4号学习内容第4单元工程构件承载能力分析4-1轴向拉伸与压缩课时知识目标1.理解和掌握强度、刚度、稳定性、内力、应力、许用应力及应力集中等基本概念。2.掌握构件承受轴向拉伸与压缩基本变形的特点。3.了解构件承受轴向拉伸与压缩变形的强度计算。能力目标1.能根据工程构件的承载，准确识别工程构件的变形类型。2.初步具有分析工程构件承载的能力。素质目标1.培养工程思维与安全规范意识。2.养成严谨细致、精益求精的工匠精神教学对象授课班级为大一机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程。教学环境智慧智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、讲练结合法教学过程教学活动设计时间安排课程导入如图1所示为气动连杆夹具，活塞在气压作用下左行带动滚轮A，连杆AB使杠杆的B端绕0点转动，从而使C端压紧工件。设置问题：（1）能否利用前面所学的知识对图示状态下各构件进行受力分析，并判断哪些构件属于二力杆；（2）如何在保证工件满足夹紧需求的同时，各构件具有足够的承载能力。图1气动连杆夹具示意图知识准备14.1构件承载能力认知1.构件的承载能力材料力学就是一门研究构件承载能力的学科。通过案例分析与演示引出几个基本概念：强度、刚度、稳定性2.弹性体及其基本假设材料力学的研究对象就是弹性体，材料力学中对弹性体作出如下的基本假设：（1）均匀连续性假设；（2）各向同性假设；（3）小变形假设3.杆件变形的基本形式（1）构件基本形状a）块b）板c）壳d）直杆e）曲杆构件的形状教学过程教学活动设计时间安排知识准备（2）构件的基本变形杆件的基本变形形式4.2轴向拉伸与压缩的概念分析图示案例可得：（1）拉（压）杆的受力特点是：承受一对大小相等、方向相反、作用线与杆件的轴线重合的外力（或合外力）；（2）变形特点是：杆件沿轴线方向伸长或压缩。紧固螺栓气缸的活塞杆轴向拉伸与压缩计算简图1.轴力和横截面上的应力1）拉（压）杆的内力与截面法（1）内力的概念：构件的内部将产生相互作用的力，称为内力截面的内力（2）截面法：求构件内力的方法通常采用截面法，用截面法求内力可归纳为四个字：1）截；2）取；3）代；4）平2.轴力与轴力图（1）轴力的概念：垂直于杆的横截面，并通过截面的形心的内力，这种内力称为轴力，常用符号FN表示截面法求内力（2）轴力符号规定：杆件受拉，规定轴力为正；反之杆件受压，轴力为负。（3）轴力的大小（4）轴力图表示轴力沿杆轴线方向变化的图形称为轴力图。常取横坐标x表示横截面的位置，纵坐标值表示横截面上轴力的大小，正的轴力（拉力）画在x轴的上方，负的轴力（压力）画在x轴的下方。

教学过程教学活动设计时间安排项目训练1项目4-1图如a所示的等截面直杆，受轴向力，的作用。求出杆件1-1、2-2截面的轴力，并画出轴力图。作图步骤：（1）受力分析；（2）内力分析；（3）绘制轴力图知识准备24.拉（压）杆横截面上的应力（1）应力的概念内力在截面上的分布密集度称为应力；垂直于截面的应力R称为正应力；平行于截面的应力τ称为切应力。在国际单位制中，应力的单位是牛/米2（N/m2），又称帕斯卡，简称帕（Pa）。在实际应用中这个单位太小，通常使用兆帕（MPa）N/mm2或吉帕（GPa）。它们的换算关系为：1N/m2=1Pa，1MPa=106Pa，1GPa=109Pa。（2）拉（压）杆横截面上的应力当杆件轴向拉伸时，轴力在横截面上是均匀分布的，且方向垂直于横截面，杆件横截面上只存在正应力R，其计算式为项目训练2项目4-2蒸汽机的气缸如图4-7所示，气缸内径D=560mm，内压强p=2.5MPa，活塞杆直径d=100mm。试求：活塞杆的正应力。知识准备35.轴向拉伸与压缩杆的变形虎克定律1)拉（压）杆的变形实验表明，当拉杆沿其轴向伸长时，其横向将缩小(图4-14a所示)；压杆则沿其轴向缩短时，横向将增大。a）拉伸变形b）压缩变形拉压杆的变形情况2.泊松比：3.虎克定律：教学过程教学活动设计时间安排知识拓展14.2.4拉伸和压缩时材料的力学性能材料的力学性能:是指材料承受外力作用时在强度和变形方面表现的各种性质，材料的力学性能是通过实验获得的。1.低碳钢的拉伸力学性能碳含量（质量分数）低于0.25%的碳素结构钢，称为低碳钢。低碳钢的力学性能比较典型，工程中使用也比较广泛。第Ⅰ阶段：弹性变形阶段；第Ⅱ阶段：屈服阶段或流动阶段；第Ⅲ阶段：强化阶段；第Ⅳ阶段：颈缩阶段2.低碳钢拉伸时的力学性能1）塑性延伸强度Rp：符合胡克定律的最大应力值，称为材料的塑性延伸强度。2）屈服强度(或屈服点)ReL：当金属材料呈现屈服现象时、在试验期间金属材料产生塑性变形而力不增加时的应力点，屈服阶段的最低应力称为屈服强度，用ReL表示，屈服强度为:3）强度极限（或抗拉极限）Rm：相应最大力Fm对应的应力4）断后伸长率A：表示试件拉断后塑性变形程度，用A表示5）断面收缩率Z：试样断口处横截面积的相对变化率称为断面收缩率，用Z表示。2.其他几种材料在拉伸时的力学性能（1）名义屈服极限：把产生0.2%残余应变时所对应的应力作为名义屈服点，并用R0.2表示。（2）铸铁在拉伸时的力学性能铸铁是工程上广泛应用的脆性材料，强度极限Rb是衡量铸铁强度的唯一指标。3.材料压缩时的力学性能（1）低碳钢:低碳钢不存在抗压强度。（2）铸铁:是脆性材料受压时的强度极限Rbc比拉伸时强度极限Rb高4～5倍。所以铸铁常用于制作承压构件。如机器的底座、外壳和轴承座等受压零部件。项目训练3基础能力训练1）有一低碳钢试件，由试验测得其应变e=0.002，已知低碳钢的塑性延伸强度Rp=200MPa，弹性模量E=200GPa，问能否利用胡克定律R=Ee计算其正应力？为什么？2）三种材料的R-e曲线如图4-10所示，试说明哪种材料的强度高，哪种材料的塑性好，哪种材料在弹性范围内的刚度大。三种材料的R-e曲线如图所示。试说明哪种材料的强度高？哪种材料的塑性好？哪种材料在弹性范围内的刚度大？

教学过程教学活动设计时间安排知识拓展24.2.5拉（压）杆的强度计算1.极限应力、许用应力与安全系数构件由于变形和破坏丧失正常工作能力称为失效，材料丧失工作能力时的应力称为极限应力。脆性材料的极限应力是其强度极限Rb（（或Rbc）；塑性材料其极限应力是其屈服极限Rel（或R0.2）。塑性材料或；脆性材料或2.拉（压）杆的强度计算（1）构件承受轴向拉伸或压缩时的强度条件：项目训练4项目4-4三角形结构尺寸及受力如图a所示，AB可视为刚体，CD为圆截面钢杆，直径为d=30mm，材料为Q235钢，许用应力为[σ]=160MPa，若载荷F=50kN，试校核CD杆的强度。分析要点：（1）正确判断CD杆、ACB杆的受力情况，并绘制出其受力图；（2）按强度计算式校验CD杆的强度。知识拓展34.2.6应力集中开有圆孔和带有切口的板条，当其受轴向拉伸时，在圆孔和切口附近的局部区域内，应力的数值剧烈增加，而在离开这一区域稍远的地方，应力迅速降低而趋于均匀。这种现象，称为应力集中。结论：鉴于应力集中往往会削弱杆件的强度，因此在设计中应尽可能避免或降低应力集中的影响。应力集中出现的部位缓解应力集中的方法归纳总结1.熟练掌握快速作图法绘制轴力图——要点：某截面的轴力2.承受轴向拉伸与压缩构件的刚度计算，计算总变形量时注意承受的是何种拉伸还是压缩变形。3.并利用相关知识解决工程中轴向拉伸与压缩的承载能力分析能力。作业习4-3、4-4、4-5教学反馈教研室意见

《机械基础》课程教学方案教师：第5号学习内容第4单元工程构件承载能力分析4-2剪切与挤压课时知识目标1掌握构件剪切与挤压基本变形的特点。2了解构件承剪切与挤压的强度计算。能力目标1.能根据工程构件的承载，准确识别工程构件的变形类型。2.初步具有分析工程构件承载的能力。素质目标1.培养工程思维与安全规范意识。2.养成严谨细致、精益求精的工匠精神教学对象授课班级为大一机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程。教学环境智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、讲练结合法教学过程教学活动设计时间安排案例导入工程上常用销钉、铆钉、耳片和平键等联接件将构件与构件之间联接起来，实现运动和动力的传递。如图5-1a所示利用凸缘联轴器和螺栓组将汽轮机和发电机轴联接起来，图b所示凸缘联轴器在直径D0的圆周上共用8个螺栓布置。当机器工作时，汽轮机轴通过螺栓组将转矩传递给发动机轴，从而实现两轴同步运转。设置问题：螺栓的直径为多少时，才能保证8个螺栓在不发生破坏的情况下，汽轮机传递将PkW功率传递给发电机轴。a）气轮机轴与发电机轴的联接b）联轴器的主视图和侧视图图5-1联轴器应用实例知识准备教学设计：通过大量联接案例的失效形式引出剪切与挤压的概念及学习目标。本单元采取的教学方法有：案例分析法、讲授法、讲练结合法、手段：多媒体演示和思维导图。1.剪切与挤压认知1）剪切变形概念由学生根据案例分析剪切变形的受力和变形特点。（1）受力特点：杆件两侧作用有一对大小相等，方向相反，作用线平行且相距很近的外力。（2）变形特点：夹在两外力作用线之间的剪切面发生了相对错动。图5-2铆钉联结图5-3平键联接图5-4焊缝联接图5-5销钉联接

教学过程教学活动设计时间安排知识准备2)挤压变形由于局部承受较大的压力，而出现塑性变形的现象—压陷、起皱（图5-6b）。这种现象称为挤压变形。作用于接触面间的压力，称为挤压力，用符号用Fbs表示。构件上发生挤压变形的表面称为挤压面。图5-6铆钉联接的挤压变形3)剪切的实用计算1.剪力：沿截面作用的内力，称为剪力，常用符号FQ表示。a）b)图铆钉受剪时剪切面上的剪力和应力2.切应力：3.剪切强度计算：20′项目训练1【项目训练1】学生独立分析T图所示的焊接联接，获得剪切变形的强度计算。如图所示为两块钢板用焊接联接，焊缝的长度为，钢板的厚度为δ，试分析钢板在外力F作用下，焊缝的最小剪切面积。图钢板搭焊示意图【项目训练2】由学生和教师一起分析案例获得剪切变形的安全性分析的方法和思路。案例1已知铝板的厚度为t，剪切强度极限为。为了将其冲成图4-24所示形状，试求冲床的最小冲剪力。冲压零件形状冲压成形分析与解决问题的关键：（1）准确确定剪切面的面积A;(2)应采用，确定最小冲剪力。拓展知识2.挤压的实用计算1）挤压应力：挤压面上由挤压力引起的应力称为挤压应力，用符号Rbs表示。挤压实用计算中，假设挤压应力在挤压计算面积上均匀分布，则2）挤压面积的计算图圆柱面挤压应力图挤压面面积3.挤压强度条件：教学过程教学活动设计时间安排项目训练2【项目训练3】由学生独立完成下列训练任务。1.挤压应力与一般的压应力有何区别？2.如图a所示受拉力作用下的螺栓，试在图b中指出螺栓的剪切面和挤压面。图受拉螺栓解决问题的关键：（1）剪切面与剪力平行；（2）挤压面与挤压力垂直。；【项目训练4】教师与学生一分析案例案例2、3、4。目的：通过课程训练获得正确判断构件承受剪切与挤压变形是的安全性。案例-2案例3木榫结构案例4【项目训练5】分析联接件在结构承受题图所示载荷作用下，工作时的剪切面和挤压面面积，剪切面和挤压面上的剪切力及挤压力。20′归纳总结熟练掌握平面任意力系的简化熟练掌握平面任意力系的平衡方程；并利用相关知识解决工程中平面任意力系的平衡问题。5′作业习5-3、5-5教学反馈教研室意见

《机械基础》课程教学方案教师：第6号学习内容第4单元工程构件承载能力分析4-3圆周扭转课时知识目标1.掌握工程构件圆轴扭转基本变形的特点。2.了解工程构件圆轴扭转的强度计算。能力目标1.能根据工程构件的承载，准确识别工程构件的变形类型。2.初步具有分析工程构件承载的能力。素质目标1.培养工程思维与安全规范意识。2.养成严谨细致、精益求精的工匠精神。教学对象授课班级为大一机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程。教学环境智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、讲练结合法教学过程教学活动设计时间安排案例导入如图汽车发动机将功率通过主传动轴AB传递给后桥，驱动车轮行驶。如果已知主传动轴所承受的外力偶矩、主传动轴的材料及尺寸情况下，请分析：（1）主传动轴承受的外载荷？设置问题：（1）如果已知主传动轴承受的外载荷和截面尺寸的情况下能否确定传动轴的强度？（2）如果主传动轴采用空心和实心轴，它们的重量比是多少？图1汽车的主传动轴5′知识准备教学设计：通过大量案例分析引出圆轴扭转相关知识及课程学习目标。本单元采取的教学方法有：案例分析法、讲授法、讲练结合法、手段：多媒体演示和思维导图。1.圆轴扭转的概念1）圆轴扭转受力和变形特点扭转变形的受力特点是：承受两个大小相等、方向相反、作用面垂直于杆轴线的力偶（图2、3、4所示）。圆轴扭转变形特点是：两外力偶作用面之间的任意两个横截面将绕轴线产生相对转动。图2方向盘操纵杆图3钻探机钻杆图4汽轮机带动发电机转动的结构简图15′教学过程教学活动设计时间安排知识准备12）基本概念两外力偶作用面之间的任意两个横截面将绕轴线产生相对转动。其中杆件任意两截面间相对转动的角度称为扭转角，用φ表示。如图中的φ角就是截面B相对于截面A转过的扭转角。同时，杆件表面的纵向直线也转了一个角度γ，变为螺旋线，γ称为切应变。图圆轴扭转2.扭矩和扭矩图1)外力偶矩的计算应当注意：在确定外力偶的转向时，输入功率所产生的外力偶为主动力偶，其转向与轴的转向相同；而从动轮的输出功率所产生的外力偶为阻力偶，其转向与轴的转向相反。2)圆轴扭转时横截面上的内力——扭矩（1）扭矩的大小：（2）扭矩的符号规定：扭矩正负号规定如下：按“右手螺旋法则”确定扭矩的正负：用四指表示扭矩的转向，大拇指的指向与该截面的外法线方向相同时，该扭矩为正。图6截面法确定圆轴横截面上的扭矩图7扭矩正负规定20′3)扭矩图（1）扭矩图当轴上同时作用两个以上的外力偶矩时，为了形象地表示各截面扭矩的大小和正负，以便分析危险截面，常需画出扭矩随截面位置变化的图形，这种图形称为扭矩图。【案例分析】与学生一起分析轴力图的绘制案例1传动轴如图a所示，主动轮A输入功率PA=120kW，从动轮B、C、D输出功率分别为PB=30kW，PC=40kW，PD=50kW，轴的转速n=300r/min。试作出该轴的扭矩图。

教学过程教学活动设计时间安排项目训练1传动轴作匀速转动，轴上装有五个轮子，主动轮2的输入功率为65kW，从动轮1、3、4、5依次输出功率20kW、12kW、25kW和8kW，轴的转速n=200r/min。试（1）作该轴的扭矩图；（2）通过调整轴上轮子的位置，指出最合理的布置方式。作图要点：作图可以从左向右作图，向下的扭矩则扭矩图就向下绘制数值等于向下的扭矩值，向上的扭矩就向上绘制扭矩图，突变值等于扭矩值。知识准备23.圆轴扭转时横截面上的切应力1)圆轴扭转时横截面上的切应力（1）平面假设：圆轴的横截面变形后仍为平面，其形状和大小不变，仅绕轴线发生相对转动（无轴向移动），这一假设称为圆轴扭转时的平面假设。图6-11圆轴扭转变形试验按照平面假设，可得如下推论：1）横截面上无正应力，因扭转变形时，圆轴相邻横截面间距不变，即圆轴没有纵向变形发生，所以横截面上没有正应力。2）横截面上有切应力，因扭转变形时，相邻横截面间发生相对转动，截面上各点相对错动，发生了剪切变形，所以横截面上有切应力。3）切应力方向与半径垂直，因半径长度不变，故切应力方向必与半径垂直；2)圆轴的扭转切应力分布规律图6-12圆截面上的切应力分布规律3.横截面任意点的切应力大小：最大切应力：式中，——称为圆截面的抗扭截面系数，常用单位为m3或mm3。4.极惯性矩Ip和抗扭截面系数Wp1）圆形截面：2）空心圆截面：式中，D、d分别为空心圆截面的外径和内径，内外径之比。

教学过程教学活动设计时间安排项目训练2如图a所示圆轴，AB段直径d1=120mm，BC段直径d2=100mm，外力偶矩MeA=22kN.m，MeB=36kN.m，MeC=14kN.m。试求该轴的最大切应力。图汽车传动轴图传动轴及其扭矩图分析要点：（1）正确求解传动轴的扭矩；（2）正确判断最大切应力发生的位置，正确求解最大切应力。20′知识准备34.圆轴扭转强度计算对于等直圆轴，最大工作应力τmax发生在最大扭矩Tmax所在横截面（危险截面）边缘点处；对于阶梯轴，由于各段的WP不同，τmax不一定发生在所在的截面上，必须综合考虑WP和Tmax两个因素来确定。20′项目训练3如图所示汽车发动机将功率通过主传动轴AB传递给后桥，驱动车轮行驶。主传动轴采用45钢制成，轴径，，当主传动轴承受的最大外力偶矩为时。试（1）校核主传动轴的强度；（2）在扭转强度相同的情况下，用空心轴代替实心轴，空心轴外径时的内径值；（3）确定空心轴与实心轴的重量比。归纳总结1.能够正确掌握快速作图法绘制扭矩图2.熟练掌握圆轴扭转的应力计算；3.并利用相关知识解决工程圆轴扭转的承载能力。作业教学反馈教研室意见

《机械基础》课程教学方案教师：第7号学习内容第4单元工程构件承载能力分析4-4平面弯曲课时知识目标1.掌握工程构件圆轴扭转基本变形的特点。2.了解工程构件圆轴扭转的强度计算。能力目标1.能根据工程构件的承载，准确识别工程构件的变形类型。2.初步具有分析工程构件承载的能力。素质目标1.培养工程思维与安全规范意识。2.养成严谨细致、精益求精的工匠精神。教学对象授课班级为大一机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程。教学环境智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、讲练结合法教学过程教学活动设计时间安排案例导入案例导入：化工用容器，借助4个耳座支架在4根长度相等的工字钢梁的中点上，工字钢再由四根混凝土柱支持。问题设置：你能根据所学的知识画出单根工字钢梁计算简图、并判断AB梁的变形情况吗？知识准备11.平面弯曲的认知受力特点——外力垂直于杆的轴线变形特点——轴线由直线变成了曲线，这种变形称为弯曲。梁——通常将只发生弯曲(或弯曲为主)变形的构件。桥式起重机化工反应塔火车轮轴油道托架

教学过程教学活动设计时间安排知识准备1根据图示和动画理解纵向对称面、外力的作用面、平面弯曲的概念。2.梁的计算简图及分类工程上梁的截面形状、载荷及支承情况一般都很复杂，为了便于分析和计算，必须对梁进行简化，包括梁本身的简化、载荷简化以及支座的简化等。知识点：（1）梁的简化；（2）载荷的简化；（3）支座的简化；（4）梁的基本形式。案例分析：化工容器借助4个耳座支架在4根长度相等的工字钢梁的中点上，工字钢再由四根混凝土柱支持。请问（1）你能根据所学的知识画出单根工字钢梁计算简图；（2）你能绘制出单根梁的受力图，并判断AB梁的变形情况吗？3.梁的内力——剪力和弯矩1）剪力和弯矩思路：梁平衡→外力（载荷和支座反力）→截面法→内力变成外力→平衡条件求解内力。2）确定剪力和弯矩的大小方法：3)FQ与M的正负号规定规定：外力剪力外力矩弯矩左上右下（+）FQ（+）左顺右逆（+）M（+）左下右上（–）FQ（–）左逆右顺（–）M（–）45′

教学过程教学活动设计时间安排项目训练1【项目训练1】分析：桥式起重机横梁长L，起吊重量为F(图8-14所示)，不计梁的自重，试绘制其FQ和M图，并确定FQ和M的最大值。解题思路：（1）计算简图；（2）求支座反力；（3）建立剪力和弯矩方程；（4）绘图。分析总结:为了简捷地绘制与校核FQ和M图，必须寻找FQ和M图随载荷不同而变化的规律。综合以上各例，可得：（1）一般情况下，从FQ和M是截面位置的不连续函数，或者说是分段定义的连续函数。载荷变化处(集中力、集中力偶作用处，分布载荷的始末端)为FQ和M函数的分界线，所以需分段建立FQ和M方程，绘制以FQ和M图。（2）FQ和M图在函数分界线处的特点：集中力处FQ（x）不连续，FQ图发生突变，突变的方向和数值与集中力相同(从左向右作图)；M图发生转折(参阅案例2)。集中力偶作用处M（x）不连续，FQ图无变化；M图发生突变，突变的数值与集中力偶相同，顺时针转向向上突变，反之向下突变(从左向右作图)；M图发生转折(参阅案例3)。40′项目训练2【项目训练3】想一想练一练图示的化工容器，借助4个耳座支架在4根各长2.4m的工字钢梁的中点上，工字钢再由四根混凝土柱支持。容器包括物料重W=110kN，试画出单根工字钢梁的剪力图和弯矩图，并确定最大的剪力和弯矩值。知识准备24.剪力图和弯矩图的简捷作法为了简捷地绘制FQ和M图，综合以上所述案例寻找出FQ和M图随载荷不同而变化的规律，如表4-8所示。

教学过程教学活动设计时间安排案例分析案例分析：化工用容器，借助4个耳座支架在4根长度相等的工字钢梁的中点上，工字钢再由四根混凝土柱支持。问题设置：如果已知工字钢梁的长度、型号、容器的重总量及材料许用弯曲应力，请问此单根工字梁的强度足够吗？知识准备34.纯弯曲时梁横截面上的应力1）纯弯曲的概念一般情况下，梁在发生弯曲变形时横截面上都存在剪力和弯矩，我们称这种弯曲为横力弯曲（即剪切弯曲）。如梁上的剪力值为零，而弯矩为常数，因此该段无剪切变形，仅有弯曲变形，我们称这种平面弯曲为纯弯曲。2）横截面上应力的分布规律5.梁的正应力强度计算与拉伸、压缩杆的强度设计相似，工程设计中，为了保证梁具有足够的安全，梁的危险截面上的最大正应力，必须小于许用应力。梁的弯曲强度条件为项目训练4项目4-14在项目4-13中各条件不变的情况下，已知钢材弯曲许用应力[σ]=120MPa，试校核单根工字钢梁的强度。归纳总结1.能够正确掌握快速作图法绘制弯矩图和剪力图图2.熟练掌握平面弯曲的应力计算；3.并利用相关知识解决工程平面弯曲的承载能力。作业教学反馈教研室意见

《机械基础》课程教学方案教师：第8号学习内容第4单元工程构件承载能力分析4-5平组合变形课时知识目标1.掌握工程构件组合变形的特点。2.熟悉工程构件组合变形的承载分析方法。能力目标1.能根据工程构件的承载，准确识别工程构件的组合变形类型。2.初步具有分析工程构件承载的能力。素质目标1.培养工程思维与安全规范意识。2.养成严谨细致、精益求精的工匠精神。目标群体授课班级为大一机械类专业学生，已完成了金工实习、机械制图等前修课程。教学环境智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、讲练结合法、引导文法教学过程教学活动设计时间安排案例导入案例导入如图所示为钻床结构及其受力简图2、布置任务通过本单元的学习，如果在已知钻床立柱的截面形状、尺寸及立柱材料许用应力请问你能够分析出立柱、电动机轴承受哪几种载荷，属于哪种组合变形，并通过计算确定钻床立柱的强度。3.学生活动安排：1）学生通过教师入的案例—如图示钻床结构及其受力简图。2）使学生体会梁的尺寸和形状、所受载荷、材料相互之间的关系。知识准备11.组合变形的概念组合变形：构件受力后同时发生两种以上的基本变形，称为组合变形。

教学过程教学活动设计时间安排知识准备12.拉伸（压缩）与弯曲组合变形【案例分析】：以起重机梁和钻床钻孔为例，分析拉（压）弯组合变形的受力和变形特点受力特点：作用在对称平面内的外力相交成某一角度而不垂直或与构件轴线平行而不重合。项目训练11）图4-57所示为房架的檀条示意图，试根据以前所学知识画出房架的檀条计算简图，分析房架檀条承受的外力，并判断该房架檀条会产生哪种组合变形。2）图4-58a所示为弓箭示意图，图4-58b为弓箭手射箭示意图，试分析弓箭手拉满弓时弓承受的外力，并判断弓将产生何种组合变形。知识准备23.圆轴弯曲与扭转组合变形扭转和弯曲的组合变形是机械工程中常见的情况。以图示的电动机轴为例分析弯扭组合变形的强度计算。机械中的转轴，大多发生弯曲和扭转变形，其构件承载能力分析思路如下：外力分析：电动机轴承受了垂直轴线的力F=F1+F2)l和外力偶矩Me=（F2–F1）D/2，力F使电动机轴产生弯曲变形，外力偶矩Me使电动机轴产生扭转变形。构件在载荷的作用下既发生弯曲变形又发生扭转变形，称为弯曲与扭转组合变形，简称弯扭组合变形。项目训练1.请问射箭运动员，使用弓箭射箭时，弓箭产生何种变形？2.如图所示各杆的AB、BC、CD（或BD）各段横截面上有哪些内力？各段产生什么组合变形？归纳总结工程实际的构件大多承受的是组合变形，解决组合变形的基本思路是先进行外力分析—变形分析—内力分析—应力分析—建立强度理论—完成构件的承载能力计算与分析作业教学反馈教研室意见PAGEPAGE55《机械基础》课程教学方案教师：第9号学习内容第5单元平面机构的结构分析课时知识目标1.掌握构件、运动副的概念，能识别并掌握代表常用构件及运动副的简图符号，能根据实际机构画出其机构运动简图。2.熟练掌握自由度与约束的概念及平面机构自由度的计算，熟练掌握平面机构具有确定相对运动的条件，在计算平面机构自由度时，能正确判断并处理复合铰链、局部自由度、虚约束。能力目标1.能分析平面机构的结构，正确识别构件和运动副的数目和类型。2.能正确绘制平面机构的运动简图，并准确判断平面机构运动的确定性。素质目标1.培养工程思维和创新意识。2.学习中国空间站机械臂技术应用，树立科技报国的爱国情怀。教学对象授课班级为大一机械类或近机械类专业学生，已完成了机械制图、金工实习等前修课程教学环境智慧一体化课室教学方法讲授法、案例教学法、头脑风暴法、讲练结合法、引导文法教学过程教学活动设计时间安排案例导入1.课程导入以汽车发动机作为载体，学习正确分析平面机构的结构、绘制平面机构运动简图及判断平面机构的运动确定性，另外，还将通过大量的工程实际案例进行相关能力训练。2.设置问题：（1）各构件之间的联接如何实现，有何特点？（2）为了研究机构的运动和工作原理，你该如何表现各构件之间的关系？能够用一个简图表示吗？如何表示？3.展示与专业相关的工程案例，以提高学生的学习兴趣。以综合案例—汽车为载体，通过动画演示，分析汽车发动机的传动线图→引出构件自由度、运动副、约束等概念→通过对汽车发动机进行分解引出→运动副的分类及表示、构件的分类及符号表示→由如何用简单的线图表示汽车发动机之间的运动关系引出→平面机构运动简图的绘制方法及步骤。教学过程教学活动设计时间安排知识准备15.1构件和运动副1.构件的自由度：构件作独立运动的可能性，称为构件的自由度。2.运动副和约束1）运动副：由两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接，称为运动副。2）约束：运动副限制了两个构件间的某些独立运动的可能性，这种限制就称为约束。3）运动副的分类：平面运动副中，两构件之间的直接接触有三种情况：点接触、线接触和面接触。平面运动副按两构件接触的几何特征分为低副和高副。（1）低副：两构件通过面接触构成的运动副称为低副。每个低副有两个约束。按两构件间的相对运动形式，低副又分为移动副和转动副。（2）高副概念：两构件呈现点、线接触的运动副称为高副。高副用两构件在直接接触处的轮廓表示，每个高副有一个约束。注意：画高副时，对于凸轮、滚子，习惯上画出全部的轮廓；对于齿轮，常画点画线画出其节圆。4）构件的分类机构中的构件可分为三类：（1）固定件(机架)：是用来支承着活动构件的构件。（如缝纫机脚踏机构中的AD构件）；（2）原动件:原动件是运动规律已知的活动构件，它的运动是由外界输入的，故又称为输入构件。（3）从动件:从动件是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。项目训练1请判断图5-6所示汽车发动机的基本结构图中，凸轮轴1与进气门3、进气门3或排气门4与机体7、活塞8与气缸6、活塞8与连杆9、连杆9与曲轴10、齿形带13与张紧轮12，是采用何种运动副联接起来的？知识准备25.2平面机构运动简图1.机构运动简图的概念：撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例定出各运动副的相对位置，表示机构各构件间真实运动关系的图，称为机构运动简图。执行件，其他从动件则起传递运动的作用。机构示意图：没有按一定比例表示出各运动副间准确的相对位置，只能表示机构组合方式的机构图称为机构示意图。2.平面机构运动简图的绘制（1）比例尺的概念3.平面机构运动简图绘制的一般步骤（1）分析机构运动的传递情况，找出机架、原动件和从动件。（2）从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件间的运动形式，从而确定构件和运动副的数目和类型。（3）测量各运动副间的相对位置。（4）选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地表达各构件间的运动关系。平面机构通常选择与构件运动平行的平面作为投影面。（5）选择适当的比例尺，按照各运动副间的距离和相对位置，用简单的线条和运动副符号画出机构运动简图

教学过程教学活动设计时间安排项目训练2项目5-1试绘出图5-8a所示抽水唧筒的平面机构运动简图。知识准备35.3机构具有确定相对运动的条件1平面机构自由度计算2.平面机构具有确定相对运动的条件3.种特殊情况的处理1）复合铰链：（1）概念：两个以上构件在同一处用同轴转动副相联接组成的运动副，称为复合铰链。（2）处理方法：当由m个构件组成复合铰链时，则联接处就有（m-1）个转动副。在计算机构自由度时，应注意这种情况，以免漏算运动副的数目。2）局部约束（1）概念：不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为局部自由度。（2）出现的场合：将滑动摩擦改为滚动摩擦处。（3）处理方法：计算自由度时将局部自由度除去，将滚子与杆件固结一体。3）虚约束概念：机构中与别的约束起重复限制作用的约束，称为虚约束。虚约束出现的场合：（1）两个构件形成多个具有相同作用的运动副（2）两构件形成多个导路平行或重合的移动副，只有一个移动副起作用，其余都是虚约束。处理方法：只保留一个移动副。（3）两构件在多处接触形成的高副。处理方法：只保留一个高副。（4）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分

教学过程教学活动设计时间安排项目训练3项目5-5计算图5-18a所示机构的自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度、虚约束（应说明属于哪一类虚约束），并判断该运动机构是否有确定运动（图中箭头所示构件为原动件），为什么？综合项目训练图5-19所示为单缸内燃机结构图，它的工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，使气体受热膨胀推动活塞移动，再经过连杆传递到曲轴使其旋转做功。当气体推动活塞4做往复运动时，通过连杆3使曲柄2做连续转动，从而将燃气的压力能转换为曲柄的机械能。齿轮、凸轮和推杆的作用是按一定的运动规律按时开闭阀门，完成吸气和排气。单缸内燃机由机架（气缸体）1、曲柄2、连杆3、活塞4、进气阀5、排气阀6、推杆7、凸轮8和齿轮9、10组成。试利用所学知识完成以下任务：1）分析单缸内燃机的结构；2）绘制单缸内燃机的机构运动简图；3）判断该机构是否具有确定的相对运动。归纳总结1.为了正确分析应用在生产和生活中各种机械设备的工作原