机械基础中职立体精品教案

一、课前引入（5´）明确学习的目的1.1理解机械的概念1.2认识机械中的力学1.3认识机械的组成二、讲授新课（80´）•1.1理解机械的概念观察两个图，说明它们之间的区别？手机的内部结构和手表的内部结构，认识机械得出畸形儿的概念：•机械是各种机器和结构的统称。–机械由一定数量的零（部）件组合而成。–机械通常包括原动机、工作机构和传动机构。原动机：是机器的动力来源，常用的有电动机、内燃机、气动缸、液压缸等，以电动机的使用最为普遍。传动机构：将原动机的运动和动力传递给执行装置，并实现运动速度和运动形式的转换。常用的有连杆机构、凸轮机构、齿轮传动机构等。工作机构：是直接完成机器功能的部分。举例：内燃机的结构。功能内燃机的功能是将燃气的热能转换为机械能。构成：主系统由气缸、活塞、连杆和曲轴组成。工作过程：当气缸中的油气混合物被火花塞点燃后，爆炸膨胀的气体推动活塞向下移动，推动与活塞相连的连杆，使曲轴转动，从而将热能转变为机械能。此时，曲轴将带动同一轴上的小齿轮转动，通过啮合带动大齿轮转动，大齿轮再带动同轴的凸轮同步旋转，凸轮的转动将通过阀杆带动进气阀门上下直线移动，控制内燃机的吸气过程。气缸上部有一个进气阀和一个排气阀，在内燃机的一个工作循环中，这两个阀门应各开启、闭合一佼，从而完成内燃机的进气和排气任务。1.2认识机械中的力学机器与机构都是由若干构件组成的，构件工作时，都要承受载荷作用为确保构件能正常工作，必须对构件的承载能力进行分析。构件主要承受的有拉（压）、剪切挤压、扭转、弯曲或它们的组合。举例：工作中的起重设备直接起吊重物的的拉线主要承受了拉力。起重臂主要受压和弯矩举例：齿轮的传动机构齿轮面上主要承受压力；安装齿轮的轴主要承受弯曲变形和扭转变形举例：机床加工机械零件钻头承受了压缩变形，弯曲变形，扭转变形等；而工件则主要受到压力的作用通过以上实例，我们认识到机械零件在工作过程中的受力情况是非常复杂的，受力的类型也各不相同。图4中的钢丝绳主要承受拉力，图4中的起重臂则主要承受弯矩，而图5中的齿轮轴主要承受扭矩。至于图6中的机床系统则受力情况非常复杂，力的性质、大小和方向都在不断变化。在机械产品中，当零件受力过大并且超出其本身的承受能力时，零件将发生断裂等破坏，轻者将导致其无法继续工作，重者将引发严重的事故。因此，对机械产品进行受力分析、发现潜在的设计隐患是机械设计中的重要技术环节。1.3认识机械的组成机械是“机器”和“机构”的总称。机器不论其结构是简单还是复杂，都是由若干零件和部件组成。例：内燃机的零件常见机构与零件：举例：双曲柄机构火车机车车轮中为保证联动使用的双曲柄机构。三、课堂总结（4´）本堂课主要分析了机械的概念，讲解了机械中的力学，还举例分析了各机械的组成。四、作业布置（1´）P101、2五、课堂后记一、课前引入（5´）先复习机械的概念，机械中的力学，机械的组成；再明确本堂课的学习任务：1.3认识机械的组成1.4初步了解现代机械设计1.5学习本课程的基本方法与目的二、讲授新课（80´）1.3认识机械的组成机械是“机器”和“机构”的总称。机器不论其结构是简单还是复杂，都是由若干零件和部件组成。举例：内燃机的零件举例：双曲柄机构火车机车车轮中为保证联动使用的双曲柄机构。举例：棘轮机构以棘轮棘爪机构作为核心的手拉葫芦，用于吊起重物。棘轮棘爪机构可以将主动件的连续运动变换成从动件的间歇运动。举例：常见的各种凸轮零件。凸轮机构主要用于实现运动变换，将主动件的转动和移动转换为从动件的往复移动或摆动。如下图常见的凸轮零件举例：常见的齿轮零件齿轮机构是一种重要的传动机构，用于实现运动和速度的变换。常见的机械传动举例：带传动带传动在机械传动中是常见的，一般原动机到工作机首先就为带传动。举例：齿轮传动这是斜齿轮传动图斜齿轮传动举例：齿轮传动蜗杆蜗轮传动也是齿轮传动的一种。举例：齿轮传动齿条齿轮传动也是齿轮传动的一种1.4初步了解现代机械设计传统的机械设计主要依靠试验，通过归纳总结的方法获得设计参数和经验公式，然后创建出机械的模型。现代机械设计中，使用的设计手段更加丰富，产品的更新周期更短，主要特点：–重视产品的创新性–先进设计手段的采用1.5学习本课程的目的学习本课程的基本方法努力领会课本上所讲述知识的内涵。随时观察周围的事物，把书本上的知识与实践相结合，将理论和实践融会贯通。利用课余时间学习一些现代设计方法，比如CAD软件的使用，然后根据身边的事物从事简单的设计工作，并在设计中勇于加入自己的创新思想。本课程理论与实际联系比较密切，重视生产实习、实验和参观。三、课堂总结（4´）本堂课重点通过举例讲解了机械的组成，通过视频初步的了解现代机械的设计过程，介绍了学习本课程的目的。四、作业布置（1´）P103、4五、课堂后记第一章的习题答案观察你身边的事物，寻找“力”的影子。答：电线杆的受力，自行车的链条链轮的受力，汽车的转轴等。观察你使用的自行车，看看动力是怎么传递的？答：通过链条链轮传递动力和运动的。拆开一个旧钟表，看看机构是怎么工作的？答：主要是轮系的传递。想想怎样学好“机械基础”这门课程？答：努力领会课本上所讲述知识的内涵。同学之间多讨论，有疑问勇于向老师请教，带着兴趣去学习。随时观察周围的事物，把书本上的知识与实践相结合，将理论和实践融会贯通，这有助于更好地掌握这些理论知识。利用课余时间学习一些现代设计方法，比如CAD软件的使用，然后根据身边的事物从事简单的设计工作，并在设计中勇于加入自己的创新思想。本课程理论与实际联系比较密切，学习时要坚持理论联系实际的原则，注意与实习相结合，重视生产实习、实验和参观一、课前引入（5´）复习1、机械的概念2、机械中的力学二、讲授新课（80´）一、静力学基础列举生活实例：1、当小球在细绳的牵引下旋转时，其运动方向时刻都在发生改变。2、弹簧在重物的作用下会伸长，重物撤销后又会自动恢复原长3、当推力用力点在中间时，木块向前移动；而当推力用力点在上端时，木块可能翻倒。从以上实例推出力的基本概念A、力是物体间的相互作用。B、力对物体的效应是使物体的运动状态发生变化或使物体发生变形。C、力对物体的效应取决于力的大小、方向和作用点，即力的三要素。二、力的基本定理1、刚体：刚体是指在力的作用下不变形的物体。2、受力平衡：如果物体在力的作用下，其运动状态不发生改变。3、力的可传性：作用于刚体上的力可沿其作用线移动到该刚体上任一点，而不改变此力对刚体的作用效果。4、力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力的合力也作用于该点，且合力的大小和方向可用以这两个力作用线为邻边所作的平行四边形的对角线来确定。FFABAB（a）（b）GGRF1F25、作用力与反作用力两物体间相互作用的力总是同时存在，并且两力等值、反向、共线，分别作用于两个物体。这两个力互为作用与反作用的关系。二、约束和约束反力1、一个物体的运动受到周围其他物体的限制，这种限制条件称为约束。例1：判断链条AB和AC的受力。例2：思考图中球的受力和杆的受力。例3：曲柄与连杆用销联接，连杆与活塞也用销联接，思考两个销的受力情况是否相同。工件车刀例4：思考图中车床上的刀架对车刀的约束情况。通过以上各种约束实例得出小结:1、柔性约束是限制物体沿柔索伸长方向运动，只能给物体提供拉力。2、光滑接触面约束力的作用线，沿接触面公法线方向，指向被约束物体，恒为压力。3、铰链约束：A、铰链约束：固定铰链约束反力的方向随转动零件所处的位置的变化而变化，通常可用两个相互垂直的分力表示，约束反力的作用线必定通过铰链的中心。B、活动铰链在不计摩擦的条件下，支座只能限制构件沿支承面垂直方向的运动，故活动铰链支座的约束反力必定通过铰链中心，并与支承面相垂直。4、固定端约束可阻止被约束物体作任何移动和转动，所以除存在互相垂直的约束反力外，还存在一个阻止其转动的力偶矩。三、课堂总结（4´）本堂课重点是要掌握力的6个基本定理，区别二力平衡和作用力与反作用力，各种约束反力的画法，要能很好的区别各种约束的特点和他们的约束反力的应用。四、作业布置（1´）P411、2五、课堂后记一、课前引入（5´）复习1、力的基本定理？（六个基本定理）2、各种约束类型以及各种约束反力的画法二、讲授新课（80´）一、力矩与力偶1、在力学上以乘积Fd作为度量力F使物体绕O点转动的效果的物理量，称为力F对O点之矩，简称力矩，表示为：MO(F)=±Fd。其中，O点称为力矩中心，简称矩心；O点到力F作用线的垂直距离称为力臂。正负号说明力矩的转向，规定力使物体绕矩心作逆时针方向转动时，力矩取正号，反之取负号，力矩的单位常取N·m或kN·m.例:扳手拧紧物体2、一个力系的合力对某点的矩等于该力系中各分力对该点的矩作用效果之和，此为合力矩定理。例:一对齿轮啮合受力分析:（在上图）3、在力学中，用力偶中的任一力的大小F与力偶臂d的乘积再冠以相应的正负号，作为力偶使物体产生转动效应的度量，称为力偶矩。记作：M(F，F′)=M=±Fd。例:转动方向盘4、力偶的等效处理5、力可以平行移动到刚体内任意点O，但是，平移后必须附加一个力偶，其力偶矩的大小等于原力对O点的力矩值。二、物体的受力分析和受力图画受力图的步骤一般如下。A、确定研究对象，取分离体。B、在分离体上画出全部主动力。C、在分离体上画出全部约束反力。1、例:画出凸轮机构中的推杆的受力图2、例：重量为G的球用绳挂在光滑的铅直墙上，画出此球的受力图。三、课堂总结（4´）重点分析了力矩和力偶的定义，以及大小的表达方式，和正负号的规定，分析了力偶的等效，力的平移要附加力偶的原理，同时要掌握物体的受力分析和受力图。四、作业布置（1´）P413，4五、课堂后记一、课前引入（5´）复习：1、力矩和力偶的特点及应用2、公式Mo(F)=±Fd应用及正负号的确认3、画受力图的一般步骤二、讲授新课（80´）一、材料力学概论在静力学部分，研究物体所受外力时，把物体当做不变形的刚体，而实际上真正的刚体并不从在，一般物体在外力的作用下，其几何形状和尺寸均要发生变法。1、构件正常工作的基本要求：A、足够强度；b、足够刚度；c、足够的稳定性2、变形固体及基本假设–均匀性假设–连续性假设二、拉伸与压缩1、受力特点：外力的作用线与杆轴线重合，杆件的轴向长度发生伸长或缩短。例：思考悬臂吊车中拉杆的受力情况及其变形特点。拉杆GFF2、内力由于变形引起的物体内部的附加力。物体受外力作用后，由于变形，其内部各点均会发生相对位移，因而产生相互作用力。3、求解内力的基本方法内力的确定——截面法（基本方法）A、截开—欲求哪个截面的内力,就假想的将杆从此截面截开,杆分为两部分。B、代替—取其中一部分为研究对象,移去另一部分,把移去部分对留下部分的相互作用力用内力代替。C、平衡—利用平衡条件，列出平衡方程，求出内力的大小。举例：轴向拉压杆的内力1.外力——F2.内力——FN(轴力)（1）轴力的大小：（截面法确定）①截开。②代替，用内力“FN”代替。③平衡，∑X=0,FN-F=0,FN=F。（2）轴力的符号规定：原则—根据变形拉伸—拉力，其轴力为正值。方向背离所在截面。压缩—压力，其轴力为负值。方向指向所在截面（3）轴力图：轴力沿轴线变化的图形①取坐标系②选比例尺③正值的轴力画在X轴的上侧,负值的轴力画在X轴的下侧。（4）轴力图的意义①反映出轴力与截面位置变化关系，较直观；②确定出最大轴力的数值及其所在横截面的位置，即确定危险截面位置，为强度计算提供依据。(5)注意的问题A、在截开面上设正的内力方向。B、采用截面法之前，不能将外力简化、平移。例:如图所示,已知F1=20kN，F2=8kN，F3=10kN，试用截面法求图示杆件指定截面1-1、2-2、3-3的轴力，并画出轴力图。解:1.外力FR、F1、F2、F3将杆件分为AB、BC和CD段，取每段左边为研究对象，使用截面法依次求得各段轴力为2.FN1=F2=8kNFN2=F2-F1=-12kNFN3=F2+F3-F1=-2kN3.最后画出轴力图，如图2-37所示。其中，求解