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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.了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获。【课时安排】
2、3课时（45分钟3）【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应，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2-1-1所示的起重装置，在起吊重量为的重物时，杆受到拉伸，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2-1-1 起重装置中受拉伸和压缩的零件 图2-1-2 受拉伸的螺栓 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
3、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？ 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？ 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. 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 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轴线方向上伸长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
4、反且垂直指向杆件、作用线与杆件轴线重合沿轴线方向上缩短二、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）
5、，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步骤 示 例说明截沿欲求内力的截面，假想把杆件分成两部分取选取两部分中的一部分为研究对象代截面用内力代替另一部分对研究对象的作用，并画出研究对象的受力图平x，-=；则内力为：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，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
6、 ；2-2受力图为 ；（4） 列平衡方程求得：FN1= ；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:-横截面上的正应力，pa FN-横截面上的轴力，-横截面面积，m2。应力单位为/m2(Pa)，在工程实际中，通常用a (兆帕），MpaPaN/mm2。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
7、于螺纹的小径，试分别判定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 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2-1-10所示。 图2-1-10 拉（压）杆的变形 如图2-1-10所示杆件，设杆原长为L0，横向尺寸为d，受拉（压）后，杆件的长度为Lu，横向尺寸为d1 。当杆受轴向力作用后，杆的轴向变形量（绝对变形量）=Lu-L0，对于拉杆为正，对于压杆为负。 绝对变形量只能表示杆件变
8、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（相对变形量）来度量杆的变形程度，用符号表示: =（Lu-L0)/L0 无单位，常用百分数表示，当杆件受拉时为正，受压时为负。 试验表明：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成正比，这一关系称为胡克定律。即：=E式中，常数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1.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
9、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（极限）应力：使材料丧失正常工作能力（正常工作是指构件不发生塑性变形或断裂现象）的应力，用0表示。当构件中的工作应力接近危险应力（极限应力）时，构件就处于危险状态。对于塑性材料0=ReL（屈服强度）；对于脆性材料0=Rm（抗拉强度）。 2.许用应力与安全系数（1） 许用应力 在工程实际中，考虑到由于构件承受的载荷难以估计精确（由于计算方法的近似性和实际材料的不均匀性等因素影响），为了确保构件安全可靠地工作，必须给构件留有足够的强度储备，即将危险应力0除以一个大于的系数n，并将所得结果
10、作为工作时允许的最大应力，这个应力称为材料的许用应力，常用符号表示。即： =0/n (2)安全系数：构件工作的安全储备。它反映了强度储备的情况，是合理解决安全与经济矛盾的关键，若取值过大，许用应力过低，造成材料浪费；若取值过小，用料减少，但安全得不到保证。 塑性材料和脆性材料的安全性能指标参表2-1-3. 表2-1-3 塑性材料和脆性材料的安全性能指标性能指标塑性材料脆性材料危险应力0=ReL0=Rm安全系数ns按屈服强度规定取值，ns1.52.0nb按抗拉强度规定取值，nb2.53.5许用应力=ReL/ns=Rm/nb3.拉伸与压缩时的强度条件 为了确保轴向拉、压杆具有足够的强度，要求杆件中
11、最大工作应力小于材料在拉伸（压缩）时的许用应力，即拉伸或压缩的强度条件为：式中:FN和分别为危险截面（产生最大应力的截面）上的内力和横截面面积。运用强度条件，可以解决如表2-1-4所示的三类问题。 表2-1-4 强度条件能解决的问题可解决的问题类型已知条件强度校核杆件横截面面积、材料许用应力、承受的载荷选择截面尺寸材料许用应力、承受的载荷确定许用载荷杆件横截面面积、材料许用应力工程应用：例1：如图2-1-11所示的直杆，受力F1=30KN，F2=12KN，其横截面面积分别为A1=150mm2,A2=80mm2。试求横截面上的最大正应力。 图2-1-11 直杆 解：（1）从1，2两处将杆假想截开
12、。分别取右右端为研究对象，作出其受力图，如图2-1-12所示。 （a) (b) 图2-1-12 研究对象的受力图 （2）列平衡方程计算内力： (a)图： F2-F1-FN1=0; FN1=F2-F1=(12-30)KN=-18KN (b)图： F2-FN2=0； FN2=F2=12KN （3）应力计算正应力 所以，杆横截面最大正应力： max =150Mpa例2 如图2-1-13所示的起重吊钩，松螺栓连接，最大工作载荷50KN，螺栓材料的ReL=360M pa，安全系数ns =1.7，试求螺栓直径？ 图2-1-13 起重吊钩解：（1）计算材料的许用应力： =ReL/ns=360/ 1.7=21
13、2Mpa (2)用截面法求螺栓横截面的内力： FN=50KN （3）根据强度条件： 可得：AFN/ ; 查普通螺纹基本尺寸，考虑安全性选择M24普通螺栓。 做一做：图2-1-14所示的压力容器，缸盖用内径d1= 20mm的个螺栓与缸体连接，螺栓材料的100pa,缸体内径600mm，试确定缸内最大允许的蒸气压力强度为多大？（设密封无泄漏，） 图2-1-14 压力容器【知识梳理】 直杆的轴向拉伸与压缩拉伸与压缩内力与应力变形与应变强度计算概念受力特点 变形特点内力的概念截面法应力的概念应变的概念胡克定律危险应力安全系数强度条件 学习评价及作业1、学习评价充分体现学生在教学中的主体地位。通过学生的自
14、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，体现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，老师点晴并指出需要注意的问题）。3、布置作业： 1）、预习课题二内容2）、见课后习题课题二 材料的力学性能 【教学目标】1. 了解静载荷下低碳钢和铸铁的拉伸和压缩的力学性能及其应用；2. 在万能试验机上观
15、察：在静载荷作用下，低碳钢拉伸、铸铁拉伸和压缩时的现象，记录试验过程和结果，解释力学性能。或利用多媒体进行模拟实验。【教学重点、难点】教学重点：1. 力学性能的概念2. 拉伸试验及常用力学性能指标的含义及符号教学难点：1. 力学性能的概念2. 拉伸试验及常用力学性能指标的含义及符号【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2）【教学建议】 教学中应交替使用教材、实
16、物和动画。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反应，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】课题导入任何机械或工程结构都是由一些构件组成的，这些构件在使用过程中件往往要受到各种形式外力的作用，要使机械或工程结构能正常地工作，就要求制成构件的金属材料必须具有承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能。金属材料所表现出来的诸如强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等特征就是金属材料在外力作用下所表现出来的力学性能指标，这些力学性能指标可通过国家标准试验来测定，其表达方法国家标准也有明确规定。想一想：图2-2-1所示，为一简易支
17、承架，杆1受拉，杆2受压，杆的制作材料为低碳钢或铸铁。杆1、杆2分别选用哪种材料制作，可确保支架有较大的承载能力？ 图2-2-1 支承架讲授新课金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。材料的力学性能是通过试验手段获得的，试验采用的是国家统一规定的标准试件。一、材料的力学性能及其应用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
18、长率A、断面收缩率Z来衡量，A、Z越高，材料的塑性越好；塑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，否则很容易因磨损而失效。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多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，
19、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）两端加粗的部分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载荷的同时连续测量变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。对应着拉力的每一个值，可以测定试样的相应伸长量。以横截面的原始面积除拉力F，得应力R；试验期间任一给定时刻引伸计标距的增量称为延伸，用引伸计标距表示的延伸百分率e，称为延伸率；若以R为纵坐标，e为横坐标，根
20、据测得数据可绘出Re曲线（应力一延伸率曲线），也可计算出相关的力学性能指标。 图2-2-2 标准试样 图2-2-3 拉伸试验机三、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 拉伸过程分析主要性能指标低碳钢弹性变形阶段：应力-应变曲线为一直线，应力与应变成正比，材料服从胡克定律。比例（弹性）极限Rp：应力与应变成正比的最高应力值屈服阶段：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齿线段bc，应力几乎不变，应变却不断增加。材料暂时失去了对变
21、形的抵抗能力从而产生明显的塑性变形的现象称为屈服屈服强度（一般为ReL）：金属材料呈现屈服现象时，材料发生塑性变形而力不增加的应力点。分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL：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，试件若要继续变形，必须增加外力。当应力达到抗拉强度后，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。2.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
22、线 压缩过程分析主要性能指标低碳钢压缩时的比例极限、屈服强度均与拉伸时大致相同。但在达到屈服强度以后，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铸铁应力-应变曲线无明显的直线部分，只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Rmc3. 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；A5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
23、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2-2-3 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抗拉强度试样拉断前所能承受的最大应力 ReL下屈服强度试样屈服期间，不计初期瞬时效应时的最低应力值RP0.2规定塑性延伸强度规定塑性延伸率为0.2%时的应力塑性A断后伸长率5（）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HBW布
24、氏硬度HBS、HBW球形压痕单位面积上所承受的平均压力 HR（A、B、C标尺）洛氏硬度HR（A、B、C标尺）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HV维氏硬度HV正四棱锥压痕单位面积上所承受的平均压力冲击韧性K冲击吸收能量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疲劳强度同表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，而塑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
25、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 应用场合屈服强度/ Mpa抗拉强度/ Mpa断后伸长率/ %断面收缩率/ %Q2354540CrHT200 材料的力学性能 力学性能的概念强度塑性拉伸（压缩）试验低碳钢拉伸压缩R-曲线常用力学性能指标的含义及符号 强度 塑性 硬 度疲劳强度抗拉强度硬度冲击韧性疲劳强度铸铁拉伸压缩R-曲线下屈服强度规定非比例延伸强度冲击韧度断后伸长率A 断面收缩率Z布氏硬度HBW洛氏硬度HR维氏硬度HV抗拉强度疲劳强度【知识梳理】学习评价及作业1、学习评价充分体现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
26、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，体现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
27、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1）【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应，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，键在左侧上半部分与轮
28、毂键槽接触并相互挤压，在它的右侧下半部分与轴键槽接触压紧。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断。 图2-3-1 键连接的剪切与挤压 图2-3-2 受剪切的螺栓想一想：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
29、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2-3-4所示的截面m-n，它总是平行于外力作用线。 图2-3-4 剪切变形2.剪力和切应力 如图2-3 -5所示，铆钉在外力作用下发生剪切变形时，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，常用表示，的大小可根据截面法求得，剪力的单位是（牛）或k（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：式中：-剪力，A-剪切面的面积；
30、切应力的单位是Pa或MPa。 图2-3-5 铆钉连接的剪力和切应力3.挤压和挤压应力 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表面称为挤压面，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：=Fjy/Ajy；其中Ajy为挤压面的面积（对于平面接触时，实际承
31、压的接触面积为挤压面积；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？ 图238【知识梳理】连接件的剪切与挤压剪切变形的概念剪力与切应力挤压与挤压应力剪切与挤压的应用 学习评价及作业1、学习评价充分体现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
32、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，体现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，老师点晴并指出需要注意的问题）。3、布置作业： 1）、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.圆轴扭转的概念及变形特点；2
33、.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，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应，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
34、具旋紧螺钉、钥匙开门时，也可以产生难以察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A等构件是如何传递转矩的？ 图2-4-1 扭转的工程实例 讲授新课 一、圆轴扭转的变形与应力分布.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
35、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、机器的传动轴（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2-4-3 攻丝丝锥 图2-4-4 机器的传动轴 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，在其表面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 -4-6所示。对其施加扭转作用，产生下列变形现象： （1）
36、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2-4-6 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，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直。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
37、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。 图2-4-7 横截面上切应力的分布规律 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，用表示，根据静力学关系可导出切应力计算公式： 式中：横截面最外边缘处的切应力，pa -横截面上的扭矩，.m -抗扭截面系数，对于实心圆轴，0. 2，为轴的直径，单位mm。对于空心圆轴，0. 2（），为空心轴的内、外径之比；、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 M=9550式中： -圆
38、轴传递的功率，k； n-圆轴的转速r/min; M-作用在圆轴上的外力偶矩，.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。在载荷相同的情况下，采用空心轴可以有效发挥材料的性能，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。 图2-4-8 合理改善受力情况做一做：1.分析图2-4-9中圆轴扭转应力分布图，表示
39、不正确的是。 图2-4-9 扭转剪切应力的分布2.分析图2-4-10所示的一级齿轮减速器，如果齿轮2的齿数Z23Z1，则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 齿轮减速器圆轴扭转扭转变形的概念扭转变形的特点扭转变形切应力分布规律 圆轴扭转的外力偶矩计算提高抗扭能力的措施无纵向变形有剪切变形：相邻截面产生相对转动并相互错动方向与该点的半径垂直沿截面半径成直线规律分布采用空心轴增大轴的直径改善受力情况【知识梳理】 学习评价及作业1、学习评价充分体现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，体现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