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1、课题一：直杆轴向拉伸与压缩【教学目标】1 .理解直杆轴向拉伸与压缩的概念2 .了解内力、应力、变形、应变的概念；3 .能应用截面法分析直杆轴向拉伸与压缩时的内力；4 .7解直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算【教学重点、难点】教学重点：1 .用截面法分析直杆轴向拉伸与压缩时的内力：2 .直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算教学难点：直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算【教学媒体及教学方法】借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨 论，师生充分互动，做中教，做中学，采用大量联系实际的安例，调动学生的学习积极性, 培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生在合作学习中都能有所收
2、获。【课时安排】3课时（45分钟X3）【教学建议】教学中应交替使用教材、实物和动画。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反响, 使用不同的教学方法，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。【教学过程】课题导入如图2TT所示的起重装置，在起吊重量为G的重物时，杆A B受到拉伸，而杆CB受 到压缩：图2-1-2所示的螺栓连接，当拧紧螺母时，螺栓受到拉伸；图2-1-3所示的压力机 在水平力F作用下，杆AB和杆BC都受到压缩。实际上，在工程中经常遇到受拉伸或压缩 的构件。图2TT起重装置中受拉伸和压缩的零件(b)材料的力学性能用及其应用参表2-2-1.表2-2-1材料的力学性能及其应用力学
3、性能含义应用强度材料在静载荷作用下抵抗塑性 变形或断裂的能力根据载荷的作用方式不同，分为抗拉强度、抗压强度、抗 剪强度、抗扭强度、抗弯强度：通常以抗拉强度代表材料 的强度指标塑性材料受力后断裂前产生塑性变 形的能力通常用断后收缩伸长率A、断面收缩率Z来衡量，A、Z越 高，材料的那性越好；刑性好的材料易于进行变形加工， 在受力过大时，先发生塑性变形而不会导致突然断裂，安 全性好。硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性 变形、压痕或划痕的能力是衡量材料软硬程度的指标。硬度越高，材料耐磨性越好。 机械加工中所用的刀具、量具、模具及大多数机械零件都 应具备足够的硬度，才能保证其使用性能和寿命，否那么很 容易
4、因磨损而失效。冲击韧性材料抵抗冲击载荷作用而不被 破坏的能力机械零件在工作往往受到冲击载荷的作用，制造此类零件 所用的材料必须考虑其抗冲击载荷的能力。疲劳强度材料在无限屡次交变载荷作用 下而不破坏的最大应力在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲 劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事 故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载 荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。二、拉伸试验拉伸试验就是将标准拉伸试样（如图2-2-2所示）两端加粗的局部装夹在材料拉伸试验机（如图2-2-3 所示）上，加载荷后，对标准试样进行轴向拉伸，在试样上缓慢增加拉伸毂荷的同时连续测量变
5、化的拉力值 和相应的试样伸长量，直到试样断裂为止的过程。对应着拉力的每个值，可以测定试样的相应伸长量以横截面的原始面积S。除拉力F,得应力R;试验期间任给定时刻引伸计标距乙，的增量称为延伸，用引伸计标距乙表示的延伸百分率e,称为延 伸率：假设以R为纵坐标，e为横坐标，根据测得数据可绘出R-e曲线（应力一延伸率曲线），也可计算出 相关的力学性能指标。拉伸前粒伸后图2-2-3拉伸试验机图2-2-2标准试样三、材料在拉伸、压缩时的力学性能分析1 .金属材料拉伸时的力学性能分析低碳钢和铸铁在拉伸时的力学性能分析参表2-2-1.表2-2-1低碳钢和铸铁在拉伸时的力学性能分析材料应力应变曲线拉伸过程分析主
6、要性能指标低碳 钢A* cd弹性变形阶段：应力-应变曲线。为一 直线，应力与应变成正比，材料服从胡比例（弹性）极限Rp： 应力与应变成正比的 最高应力值dnTJ一 一 I 一克定律O屈服阶段：当应力超过Rp时，应力-应 变曲线为一条沿水平线上下波动的锯屈服强度（一般为电）： 金属材料呈现屈服现e齿线段be,应力几乎不变，回变却不断 增加。材料暂时失去了对变形的抵抗能 力从而产生明显的溺性变形的现象称 为屈服象时，材料发生那性变 形而力不增加的应力 点。分为上屈服强度R.H 和下屈服强度Rd ：强化阶段和缩颈阶段：屈服阶段后，曲 线cd向上凸起，材料抵抗变形能力强 化，试件假设要继续变形，必须增
7、加外力。 当应力到达抗拉强度后，试件出现局部 颈缩现象，随后即被拉断。抗拉强度Rm：铸铁R j没有明显的直线阶段和屈服阶段，在应 力不大的情况下就突然断裂。抗拉强度是衡量脆性 材料的唯一指标。1ce.金属材料压缩时的力学性能分析低碳钢和铸铁在压缩时的力学性能分析参表2-2-2.表2-2-2低碳钢和铸铁在压缩时的力学性能分析材料应力延伸率曲线压缩过程分析主要性能指标低碳 钢r注）枚”压缩时的比例极限、屈服强度均与 拉伸时大致相同。但在到达屈服强 度以后，不存在抗拉强度。由于机 械中的构件都不允许发生塑性变 形，压缩时的力学性能 可直接引用拉伸试 验的结果O铸铁R应力应变曲线无明显的直线部 分，只
8、能认为近似符合胡克定律。 不存在屈服强度。抗压强度远高于 抗拉强度抗压强度RmcO依ie2 .塑性材料和脆性材料力学性能的主要区别通常将断后延伸率A5%的材料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；AV5%的材料称为脆性材料，如铸铁等。(1)塑性材料断裂前有显著的塑性变形，还有明显的屈服现象，而脆性材料在变形很小时 突然断裂，无屈服现象。(2)塑性材料拉伸和压缩时的比例极限、屈服强度均相同，又因为塑性材料一般不允许达 到屈服强度，所以其抵抗拉伸和压缩的能力相同。脆性材料抵抗拉伸的能力远低于抵抗压缩 的能力。四、金属材料常用力学性能指标及其含义金属材料常用力学性能指标及其含义参表2-2-3 。表2-2-
9、3金属材料常用力学性能指标及其含义力学 性能性能指标含义符号名称旧标符号强度Rm抗拉强度6试样拉断前所能承受的最大应力R下屈服强度6试样屈服期间，不计初期瞬时效应时的最低应力值Rp0i2规定朝性延伸强度。心规定塑性延伸率为0. 2%时的应力塑性A断后伸长率65 ( 8 )断后标距的伸长量与原始标距之比的百分率Z断面收缩率W断裂后试样横截面的最大缩减量与原始横截面面 积之比的百分率硬度IIBW布氏硬度HBS、 HBW球形压痕单位面积上所承受的平均压力HRA、B、C 丽洛氏硬度1IR(A、B、C 刖用洛氏硬度相应标尺刻度满程与压痕深度之差计 算的硬度值nv维氏硬度HV正四棱锥压痕单位面积上所承受的
10、平均压力冲击 韧性K冲击吸收能量怎冲击试样缺口处单位横截面面积上的冲击吸收能 量指金属在断裂前吸收变形能量的能力疲劳 强度R,疲劳强度CT.同表2-2-1的含义工程应用：材料在常温下预拉到强化阶段，使其发生塑性变形，然后卸载，当再次加载时，其比例极限和屈服强度有明显提高，而卵!性有所下降的现象称为冷作硬化。此现象可通过退火热处理消除。工程中常用冷作硬化来提高某些结构件的承载能力，如建筑用钢筋、起重用钢缆、链条、冷轧钢板等。做一做：查阅相关手册，完成下表。材料牌号力学性能指标应用场合愀国朝野Mpa抗撞Mpa断后伸笈伸断邮缩钟Q2354540CrHT200【知识梳理】材料的力学性能力学性能的概念拉
11、伸（压缩）试验常用力学性能指标的含义及符号硬 度疲劳强度 冲击韧性于低*碳 |钢 拉伸 压 缩铸铁拉伸压缩R， 曲线冲击 韧度强度塑性疲劳 强度度R”,抗 拉 强 度 R,下规定屈非比服例延强 度 心伸强 度RpQ.l断断后面伸收长缩率率AZ布 氏 硬洛维氏氏硬硬度度HRHV度HBW疲 劳 强 度学习评价及作业1、学习评价充分表达学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反 思，清晰地认识自我、自我总结的一个过程；通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团 结协作、互相学习，加强团队意识；通过教师评价，表达教师在教学中的另一主体地位，引 导教学的方向和进程，指导学生掌握学
12、习方法，学会探索、发现规律，同时，培养能力强的 学生积极思考，主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参与，以提高教学效果。2、课堂小结简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点晴并指出需要注意的问题）。3、布置作业：1）、预习课题三内容2）、见课后习题课题三连接件的剪切与挤压【教学目标】1 .理解连接件的剪切与挤压的概念;2 .会判断连接件的受剪面与受挤面【教学重点、难点】教学重点： 会判断连接件的受剪面与受挤面教学难点：会判断连接件的受剪面与受挤面【教学媒体及教学方法】借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨 论，师生充分互动，做中教，做中学，采用大量联系
13、实际的安例，调动学生的学习积极性, 培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生在合作学习中都能有所收获。【课时安排】1课时（45分钟XI）【教学建议】教学中应交替使用教材、实物和动画。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反响, 使用不同的教学方法，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。【教学过程】课题导入讲授新课工程中受剪切变形的典型零件有很多，如图2-3-1所示的连接轴与齿轮的键，键在左 侧上半局部与轮毂键槽接触并相互挤压，在它的右侧下半局部与轴键槽接触压紧。图2-3-2 所示连接两块钢板之间的配合螺栓等，也是承受剪切的零件。如果外力过大，这些受剪切的 构件就有可能沿剪切面剪
14、断。图2-3-1键连接的剪切与挤压想一想：观察图2-3-3所示木屋架的端接头连接，当斜杆受力F作用时，水平杆左端 上部容易出现什么破坏现象？其长度L是长些还是短些，更利于保证屋架的安全？图2-3-3木屋架的端接头讲授新课1 .剪切变形的概念构件受大小相等、方向相反，作用线平行且相距很近的二平行力作用，构件上两力之 间材料的颗粒沿外力方向发生相对错动的变形称为剪切变形。图2-3-4所示，用剪切机剪断 钢板，就是剪切变形的过程。剪切变形中，产生相对错动的截面，称为剪切面。如图2-37 所示的截面m-n,它总是平行于外力作用线。2 .剪力和切应力如图2-3 -5所示，钾钉在外力作用下发生剪切变形时，
15、剪切面上产生的抵抗变形的内 力，称为剪力。其作用线与剪切面平行，常用FQ表示，FQ的大小可根据截面法求得，剪 力的单位是N （牛）或kN （千牛）。切应力是指单位面积上所受到的剪力，表示沿剪切面上应力分布的情况。由于剪切 面附近变形复杂，切应力在剪切面上的分布规律难于确定，因此工程中一般近似地认为：剪 切面上的切应力分布是均匀的，其方向与剪切力相同，简易计算方法如下：Kr = A连接件和被连接件的接触面间相互压紧的现象称为挤压变形。连接件和被连接件相互 接触并产生挤压变形的外表称为挤压面，一般垂直于外力的作用线。连接件发生发生剪切变 形的同时都伴随着挤压变形，当挤压力较大时，在接触面的局部出现
16、塑性变形或压溃的现象, 称为挤压破坏。挤压面上抵抗挤压变形的内力称为挤压力，用Fjy表示，工程中常假定挤压 力在挤压面上是均匀分布的，挤压面上单位面积所受到的挤压力，称为挤压应力，用。jy 表示，如图2-3-6所示。挤压应力的近似计算公式为：b/Fjy/Ajy；其中Ajy为挤压面 的面枳（对于平面接触时，实际承压的接触面枳为挤压面积：对于圆柱面接触，有效挤压面 面积取为实际承压面积在其直径平面上的投影）。图2-3-6受挤压作用的螺栓4.剪切与挤压在生产实践中的应用为了使机器中关键零件产生超载时不致损坏，把机器中某个次要零件设计成机器中最 薄弱的环节，机器超载时这个零件先行破坏，从而保护了机器中
17、其他重要零件。如车床丝杠 与走刀箱间的安全销连接。做一做：分析图2-3-8所示零件的剪切面和挤压面？LW1-J橡胶冲头/钛板b)图238【知识梳理】连接件的剪切与挤压剪切与挤压的应用剪切与挤压的应用挤压与挤压应力剪刀与切应力剪切变形的概念学习评价及作业1、学习评价充分表达学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反 思，清晰地认识自我、自我总结的一个过程；通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团 结协作、互相学习，加强团队意识；通过教师评价，表达教师在教学中的另主体地位，引 导教学的方向和进程，指导学生掌握学习方法，学会探索、发现规律，同时，培养能力强的 学生积极思考，
18、主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参与，以提高教学效果。2、课堂小结简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点晴并指出需要注意的问题）。3、布置作业：I）、预习课题四内容2）、见课后习题课题四 圆轴扭转【教学目标】1 .理解圆轴扭转的概念及变形特点；2 .了解圆轴扭转时横截面上切应力的分布规律【教学重点、难点】教学重点：1.1员1轴扭转的概念及变形特点；2.圆轴扭转时横截面上切应力的分布规律教学难点：圆轴扭转时横截面上切应力的分布规律【教学媒体及教学方法】借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨 论，师生充分互动，做中教，做中学，采用大量联系实际的安例，
19、调动学生的学习积极性, 培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生在合作学习中都能有所收获。【课时安排】2课时（45分钟X 2）【教学建议】教学中应交替使用教材、实物和动画。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反响, 使用不同的教学方法，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。【教学过程】课题导入在日常生活中，拧毛巾、拧床单都可以看到明显的扭转变形，用旋具旋紧螺钉、钥匙开 门时，也可以产生难以发觉的微小的扭转变形。试一试：观察图2-4-1中各动力构件受力的共同之处，分析钻孔的钻头、汽车转向轴、 传动系统的传动轴AB等构件是如何传递转矩的？图24-1 扭转的工程实例讲授新课一、圆轴
20、扭转的变形与应力分布1 .扭转变形的概念当杆件受到大小相等、方回相反、作用面垂直于轴线的力偶作用时，杆件的各横截面绕 杆轴线发生相对转动，而杆轴线始终保持直线的变形形式称为扭转变形。如图2-4-2所示载 重汽车传动轴左端受发动机主动力偶的作用，右端受后桥齿轮的阻力偶作用，传动轴在这两 个力偶的作用下，产生扭转变形。图2-4-2载重汽车传动轴的变形机械装置中的轴类零件大都承受扭转的作用，工程上常将以扭转变形为主的杆件称为轴。 机械中的轴，多数是圆截面和环形截面，统称为圆轴。工程实际中，汽车方向盘下的转向轴、攻丝的丝锥（图2-4-3）、钻孔的钻头、车床卡盘 的拧紧扳手、车床的光杠、搅拌机传动轴、机
21、涉的传动轴（图2-4-4）等都是受扭构件。它 们都可简化为如图2-4-5所示的计算简图。图2-4-5扭转变形时的受力简化图2 .圆轴扭转的变形特点为观察变形规律，取一等直径圆轴，在其外表画出一组等距的圆周线和平行于轴线的纵 向线，形成大小相等的矩形方格，如图2 1-6所示。对其施加扭转作用，产生以下变形现象:（1）圆周线的形状、大小及相互距离均无变化，只是绕轴线旋转了不同的角度。（2）纵向线均倾斜了一个小角度，矩形变成平行四边形。图2Y-6圆轴扭转的变形特点由此可以得出：（1）圆轴在扭转变形时，各截面仍为垂直于轴线的平面，相邻横截面 间的距离不变，只是绕轴线作相对转动，故圆轴没有纵向变形发生，
22、所以横截面上没有正应 力。（2）圆轴在扭转变形时，各纵向线同时倾斜了相同的角度，各横截面绕轴线转动了不同 的角度，相邻截面产生了相对转动并相互错动，产生了剪切变形，所以横截面上有切应力（3） 圆轴截面上的半径仍为直线，且其长度不变。故切应力方向必与半径垂宜。3 .圆轴扭转时横截面上切应力的分布规律圆轴扭转时，横截面上切应力的分布规律如图2-4-7所示，横截面上某点的切应力与该 点至圆心的距离成正比，圆心处的应力为零，圆周上的切应力最大，切应力的方向与该点的 半径垂直，切应力沿截面半径成直线规律分布。圆轴扭转时横截面产生一个内力，该内力为一个力偶矩，称为扭矩，用Mt表示，根据 静力学关系可导出切
23、应力计算公式：Tmax = Ml W, 式中：汇一横截面最外边缘处的切应力，MpaM横截面上的扭矩，N.mW抗扭截面系数，mm对于实心圆轴，w；=0-2DS D为轴的直径，单位mm。对于空心圆轴，w,%。24（1 一。“），。为空心轴的内、外径之比；D、d 分别为空心轴的外径、内径，单位mm。4 .圆轴扭转外力偶矩的计算P M=9550 n 式中：P-圆轴传递的功率，kW； n-一圆轴的转速.r/min;M-作用在圆轴上的外力偶矩，N.m 二、工程中提高抗扭能力的措施1 .选用合理的截面由圆轴扭转的强度条件可以看出，切应力与直径D的三次方成反比，因此增大轴的直 径可以有效地提高轴的抗扭能力。在
24、载荷相同的情况下，采用空心轴可以有效发挥材料的性图2-1-3压力机中受压缩的零件想一想：图2-1-4所示，为用同一-材料制成的粗细不同的两根杆，如受相同的拉力作用, 当拉力逐渐增大时，哪根杆先被拉断？为什么？F车式起重机中的支龈图2-1-4 同材质的两根杆试一试：观察图2-1-5所示构件的工作图片，分析其受力及变形特点？火箭发射架撞件AB中的活塞杆图2-1-5 工作中的构件 讲授新课一、拉伸与压缩拉伸与压缩的概念及特点参表2-1-1.能，节省材料，减轻自重，提高承载能力，因此，机床的主轴、汽车、船舶、飞机中的轴类 零件大多采用空心轴。2 .合理改善受力情况，降低最大扭矩Mmax如图2-4-8所
25、示，将图a所示的传动方案改变为图b所示的传动方案，可以减低轴的最 大扭。()(助图2-4-8合理改善受力情况做一做：1.分析图24-9中圆轴扭转应力分布图，表示不正确的选项是图2-4-9扭转剪切应力的分布2.分析图2410所示的一级齿轮减速器，如果齿轮2的齿数Z2=3Z”那么AB轴与的CD轴的转速间有什么关系?所受外力偶矩间有什么关系？图2-4-10齿轮减速器【知识梳理】圆轴扭转的外 力偶矩计算圆轴扭转的外 力偶矩计算扭转变形切应 力分布规律沿截面半径成 直线规律分布方向与该点的半 径垂直无纵向变 扭转变形的特I r扭转变形的概有剪切变形：相 邻截面产生相 可传动并相互学习评价及作业1、学习评
26、价充分表达学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反 思，清晰地认识自我、自我总结的一个过程；通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团 结协作、互相学习，加强团队意识；通过教师评价，表达教师在教学中的另一主体地位，引 导教学的方向和进程，指导学生掌握学习方法，学会探索、发现规律，同时，培养能力强的 学生积极思考，主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参与，以提高教学效果。2、课堂小结简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点睛并指出需要注意的问题）。3、布置作业：1）、预习课题五内容2）、见课后习题课题五直梁弯曲【教学目标】1 .理解直梁弯曲的概念；2 .了解纯弯曲时
27、横截面上正应力的分布规律。【教学重点、难点】教学重点：1 .直梁弯曲的概念；2 .纯弯曲时横截面上正应力的分布规律。教学难点：直梁弯曲的概念【教学媒体及教学方法】借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨 论，师生充分互动，做中教，做中学，采用大量联系实际的安例，调动学生的学习积极性, 培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生在合作学习中都能有所收获。【课时安排】2课时（45分钟X2）【教学建议】教学中应交替使用教材、实物和动画。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反响, 使用不同的教学方法，加强和学生的互动，使学生枳极地参与到教学活动中来。【教学过程】
28、课题导入在工程结构和机械零件中，存在大量的弯曲现象。如2-5-1图所示，起重机横梁、车刀 在载荷的作用下均会产生弯曲变形。（a）起重机横梁的弯曲变形（b）车刀的穹曲变形图2-5-1 弯曲变形实例试一试：举出生活和工程实际中的其它弯曲变形实例？讲授新课1 .弯曲的概念当直杆受到垂直于轴线的外力（通常称为横向力）作用时，其轴线将由原来的直线变成曲线，这种变形称为弯曲。只发生弯曲变形或以弯曲变形为主的杆件称为梁。梁的基本形式 参表2-5-1.表2-5-1梁的基本形式梁的形式示意图支座特点简支梁一端固定较支座，另一端活动较支座悬臂梁11/一端固定，另一端自由外伸梁一端或两端伸出支座外，且在外伸端受我机
29、械结构中的弯曲形式是对称弯曲，其特点是绝大多数受弯杆件的横截面都有一根对称 轴，它与杆件釉线形成整个杆件的纵向对称面，如图2-5-2所示。外力或外力的合力作用在 杆件的纵向对称面内时，杆件变形后的轴线是位于纵向对称面内的一条平面直线。图2s2对称弯曲的特点2 .纯弯曲梁在弯曲时横截面上将产生相互作用的内力：一个是沿截面作用的剪力Fq,剪力会引 起切应力；另一个是作用在垂直于横截面的平面内的弯矩M （力偶矩），弯矩会引起正应力。 如图2-5-3所示。图2-5-3梁横截面上的内力纯弯曲是指梁横截面上仅有弯矩，而无剪力的弯曲变形。观察梁纯弯曲试验：取一矩形截面直梁，在其外表画上横向线1-1、2-2和
30、纵向线ab、cd, 如图2-5-4 （a）所示。在梁的两端施加一对大小相等、方向相反的力偶也使梁产生弯曲变形, 如图2-5-4 （b ）所示。实验现象：（1）横向线仍为直线，且与梁轴线正交，但两线不再平行，相对倾斜角度。（2）纵向线变为弧线。轴线以上的纵向线缩短（如ab）,称为缩短区；轴线以下的纵向 线伸长（如cd）,称为伸长区。（3）在纵向线的缩短区内，梁的宽度增大；在纵向线的伸长区内，梁的宽度减小。结论：当梁纯弯曲时，所有横截面仍保持为垂直于梁轴线的平面，且无相对错动，只是 绕中性轴作相对转动，各条纵向纤维处于拉伸或压缩状态。中性轴与中性层如图2-5-5所示。由于变形的连续性,伸长和 缩短
31、的长度是逐渐变化的一从 伸长区过渡到缩短区,中间必 有层纤维既不伸长也不缩短, 这一层长度不变的纵向?储称 为中性层由于变形的连续性,伸长和 缩短的长度是逐渐变化的一从 伸长区过渡到缩短区,中间必 有层纤维既不伸长也不缩短, 这一层长度不变的纵向?储称 为中性层中性发与横截面的： 线称为中性轴.中性轴 通过截面形心。梁弯曲 变形时，所有横截向f 绕各自的中性轴回转图2-5-5中性轴与中性层3.梁纯弯曲时横截面上正应力的分布规律梁纯弯曲时，横截面上只有正应力，分布规律如图2-5-6所示。图2-5-6梁纯方曲时横截面上正应力的分布规律横截面上位于中性轴两侧的各点分别承受拉应力或压应力。纤维伸长的局
32、部受拉应力作 用，纤维缩短的局部受压应力作用。沿截面高度方向按直线规律变化，正应力与各点到中性 轴的距离y成正比，中性轴上各点的正应力为零，梁的最外侧点正应力最大；沿截面宽度方 向（与中性轴等高度）的各点正应力相同。做一做：试分析图25 7所示摇臂钻床的横臂为什么采用变截面梁？图2 5 7 摇臂钻床【知识梳理】直梁弯曲直梁弯曲横截面上正应力的分布规律纯弯曲弯曲的概念学习评价及作业1、学习评价充分表达学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反 思，清晰地认识自我、自我总结的个过程：通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团 结协作、互相学习，加强团队意识；通过教师评价，表
33、达教师在教学中的另一主体地位，引 导教学的方向和进程，指导学生掌握学习方法，学会探索、发现规律，同时，培养能力强的 学生积极思考，主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参与，以提高教学效果。2、课堂小结简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点睛并指出需要注意的问题）。3、布置作业：1）、预习课题六内容2）见课后习题课题六直杆变形的其它概念【教学目标】1. 了解组合变形的概念；2. 了解压杆失稳的概念；3. 了解交变应力与疲劳强度的概念；【教学重点、难点】教学重点：1 .组合变形的概念；2 .压杆失稳的概念；3 .交变应力与疲劳强度的概念；教学难点：1 .组合变形的概念；2 .压杆失稳的概念；
34、3 .交变应力与疲劳强度的概念；【教学媒体及教学方法】借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨 论，师生充分互动，做中教，做中学，采用大量联系实际的安例，调动学生的学习积极性, 培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生在合作学习中都能有所收获。【课时安排】3课时（45分钟X3）【教学建议】教学中应交替使用教材、实物和动画。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反响, 使用不同的教学方法，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。【教学过程】课题导入前面所研究的构件变形，均是构件在载荷作用下，产生拉伸（压缩）、剪切、扭转、弯 曲等变形中的一种变形，
35、称为基本变形。但在工程实际中，绝大局部构件在载荷作用下，常 常会同时产生两种或两种以上的基本变形。想一想：厂房建筑边柱在力F的作用下，边柱会哪些基本变形呢？图2-6-1厂房建筑边柱的受力图讲授新课一、组合变形构件在载荷作用下，产生两种或两种以上基本变形的变形，称为组合变形。如图2-6-2 所示的电动机驱动的转轴AB,其同时承受弯矩和扭矩的作用，同时产生了弯曲与扭转的组 合变形。图2-6-2 电动机驱动的转轴做一做：分析图2-6-3所示两级齿轮减速器中，轴I、II、III的的变形情况。输入输输入输III图2-6-3 两级圆柱齿轮减速器二、压杆稳定对细长杆施加轴向压力，当压力超过一定数值（远小于材
36、料的极限应力）时，压杆不能 保持原有直线平衡状态而突然变弯，甚至折断的现象，称为压杆失稳。如图2-6-4所示。工 程中的柱、桁架中的压杆、薄壳结构及薄壁容器等，在有压力存在时，都可能发生失稳。由 于构件的失稳往往是突然发生的，因而其危害性也较大。一般杆的长度越大，越易失稳；杆的抗弯刚度值越大，杆端的支撑越牢固，越不易发生 失稳现象。图2-6-4压杆失稳三、交变应力构件内不随时间发生变化的应力称为静应力，随时间发生周期性变化的应力称为交变 应力。机器中有很多零件的工作应力作周期性变化。例如：齿轮啮合时齿根A点的弯曲正应 力。随时间做周期性变化，如图2-6-5所示；火车轮轴横截面边缘上A点的弯曲正
37、应力。随 时间做周期性变化，如图2-6-6所示。图2-6-6火车轮轴横截面边缘上A点的应力变化四、疲劳强度.疲劳破坏及其特点金属材料在交变应力作用下，零件内部的最大应力虽远低于静载荷下的强度极限，甚至 低于屈服点.但经过几十万次甚至上百万次应力循环后，发生突然的脆性断裂.这种现象称 为材料的疲劳破坏。疲劳破坏的特点：工作应力小（往往低于材料在静载荷作用下的屈服应力）：断裂前经过 屡次应力循环作用；在破坏的断口没有明显的塑性变形，表现为脆性断裂；断口分为光滑区 和粗糙区，断口特征如图26 7所示。图2-6-7疲劳破坏的断口特征1 .疲劳强度金属材料在无限次交变应力作用下而不发生断裂的最大应力值，
38、称为疲劳强度。常用的提高构件疲劳强度的措施如卜.：（1）减缓应力集中。设计构件外形时，防止方形或带有尖角的孔和槽；在截向面突变处采 用足够大的过渡圆角，如图2-6-8 （a）所示；设置减荷槽（如图2-6-8 （b）所示）或退刀槽如图2-6-8 （c）所示。M荷槽（）过渡典角（b）减荷槽图2-6-8减缓应力集中（2）降低外表粗糙度。（c）退刀槽（3）防止使构件外表受到机械损伤或化学损伤（如腐蚀等（4）增加表层强度。采用高频淬火等热处理；渗碳、氮化等化学处理；机械方法（如喷丸等）强化表层，提高疲劳强度。【知识梳理】直杆变形的其它概念疲劳破坏与疲劳强交变应力的概念压杆稳定的概念组合变形的概念学习评价
39、及作业1、学习评价充分表达学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反 思，清晰地认识自我、自我总结的一个过程；通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团 结协作、互相学习，加强团队意识；通过教师评价，表达教师在教学中的另一主体地位，引 导教学的方向和进程，指导学生掌握学习方法，学会探索、发现规律，同时，培养能力强的 学生积极思考，主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参与，以提高教学效果。2、课堂小结简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点睛并指出需要注意的问题）。3、布置作业：1）、预习单元三内容2）、见课后习题表2-1-1拉伸与压缩的概念及特点变形类型概念受力特点
40、变形特点拉伸在轴向力作用下，杆件产生 的伸长变形，称为轴向拉 伸，简称为拉伸作用于杆件两端的外力大小相 等、方向相反且垂直离开杆件、 作用线与杆件轴线重合沿5F !轴线方向上力前的外形受力后的外形伸长J压缩在轴向力作用下，杆件产生 的缩短变形，称为轴向压 缩，简称为压缩作用于杆件两端的外力大小相 等、方向相反且垂直指向杆件、 作用线与杆件轴线重合沿用 殳F_1线方向上缩短力前的外形受力6的外形二、内力与应力1 .内力 杆件所受其他物体的作用力均称为外力，包括主动力和约束力。在外力作用 下，杆件产生变形。杆件内部质点之间产生的用以抵抗变形的抗力，称为内力。内力因外力 而引起，外力越大，构件的变形
41、越大，产生的内力也越大，外力去除后，构件恢复原状，内 力也随着消失。轴向拉、压变形时的内力称为轴力。轴力的正负规定：当轴力方向离开横截 面时，杆件受拉，轴力为正;杆件受压，轴力为负。做一做：你用两手拉弹簧拉力器，感受是什么？ 一个力量足够大的人拉承载力小的拉力 器会有什么现象？2 .截面法 将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示其内力（如图2-1-6所示），并 以平衡条件确定其合力大小的方法，称为截面法。图2-1-6 截面法截面法的具体应用步骤参表2-1-2。表2-1-2 截面法求内力的步骤感谢您的支持与使用步骤例如说明截沿欲求内力的截面，假想把杆件分成两局部F取选取两局部中的一局部为研究对象
42、FF9代F截面用内力代替另一局部对研究对象的作用， 并画出研究对象的受力图如果内容侵权请联系删除仅供教学交流使用平2 Fx= 0 , Fn-F=O ；那么内力 为：Fn= F列出研究对象的静力平衡方程，求解未知的内 力做一做：图2-1-7为一液压系统中油缸的活塞杆受力情况，试求活塞杆横截面1 一 1 , 2 2处的内力。图2-1-7活塞杆受力图（1）在、处将杆截开；（2）分别取、端为研究对象；（3）分别画出他们的受力图（如图2-1-8所示）：1-1受力图为； 2-2受力图为（4）列平衡方程求得：Fn,=； Fn2=图2-1-8研究对象的受力图3 .应力 构件在外力作用下，单位面积上的内力称为应
43、力。同样的内力，作用在材 料相同、横截面不同的构件上，会产生不同的效果。轴向拉伸和压缩时，应力垂直于截面， 称为正应力，此内力在横截面上是均匀分布的，记作。其计算公式为：o Fn A。一横截面上的正应力，MpaFn横截面上的轴力，NA横截面面积，m2。应力单位为N/nRPa）,在工程实际中，通常用M Pa （兆帕），1 Mpa=Q6Pa= 1 N/mnA正应力的正负号规定为：拉伸应力为正，压缩应力为负。做一做： 图2-1-9为某一柴油机连杆螺栓受力情况，为便于螺纹的车削加工，直径d小于 螺纹的小径，试分别判定3个截面上的内力大小关系及应力大小关系？图2-1-9柴油机连杆螺栓（参考结论：三个截面
44、上的内力大小相等；应力是截面2上最大，其次是截面3上的应力， 最小的是截面1上的应力）三、变形与应变F杆件受拉或受压的同时将发生横向和纵向变形。受拉时杆件将沿纵向伸长，横向尺寸减 小；受压时沿纵向缩短，横向尺寸增加。如图2-1/0所示。（a）拉杆图2-1-10 拉（压）杆的变形如图2-1-10所示杆件，设杆原长为L）,横向尺寸为d,受拉（压）后，杆件的长度为 Lu,横向尺寸为5。当杆受轴向力厂作用后，杆的轴向变形量（绝对变形量）=Lu-Lo, 对于拉杆AL为正，对于压杆为负。绝对变形量只能表示杆件变形的大小，不能表示杆件变形的程度。通常以绝对变形量除 以原长度得到单位长度上的变形量-线应变（相
45、对变形量）来度量杆的变形程度，用符号 表示：L -二 （Lu-Lo）/LoLo无单位，常用百分数表示，当杆件受拉时为正，受压时为负。试验说明：受轴向拉伸或压缩的杆件，当其横截面上的正应力不超过某一限度时，杆件 的正应力。与轴向线应变e成正比，这一关系称为胡克定律。即：O = E E式中，常数E称为材料的弹性模量，它是衡量材料抵抗弹性变形能力的一个指标，其 数值随材料的不同而异，可通过试验方法测出。材料的E值越大，变形越小。四、直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算.工作应力与危险应力（1）工作应力：构件工作时由载荷引起的实际应力。只取决于外力和构件的几何尺寸。如 果构件所受外力及构件几何尺寸相同，那么由不同材料制成的构件的工作应力相同。（2）危险（极