《機(jī)械基礎(chǔ)》授課教案

第1講機(jī)械概述、力的基本性質(zhì)

課題：緒論、機(jī)械^述、力的基本性質(zhì)

課型：課堂講解

目的要求：1、本課程的性質(zhì)、內(nèi)容、特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法

2、掌握機(jī)器的概念、術(shù)語及組成

3、掌握材料的性能

4、掌握力的概念、基本性質(zhì)、物體的受力分析

重點(diǎn)難點(diǎn)：1、機(jī)器的概念和術(shù)語

2、力的概念、基本性質(zhì)、物體的受力分析及計(jì)算

3、材料的性能

教具:

教學(xué)方式即時(shí)間分配：課時(shí)總計(jì)16課時(shí)，教師課堂講解重點(diǎn)內(nèi)容,

學(xué)生復(fù)習(xí)2節(jié)、考試2節(jié)。

復(fù)習(xí)與課外作業(yè)：安排學(xué)生復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)；作業(yè)

第1章機(jī)械概述

緒論

1、課程的性質(zhì)：機(jī)械專業(yè)的綜合基礎(chǔ)課（我們?yōu)榉菣C(jī)械專業(yè)）

2、課程內(nèi)容：包括工程力學(xué)、機(jī)械工程材料學(xué)、機(jī)械零件、機(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)等方面

的基礎(chǔ)知識。適當(dāng)補(bǔ)充機(jī)械識圖知識。

3、學(xué)習(xí)方法：教師重點(diǎn)講解與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合；理論和實(shí)踐相結(jié)合；預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)相結(jié)合

4、目的要求：1）了解和掌握工程力學(xué)、機(jī)械工程材料學(xué)（自學(xué)）、機(jī)械零件、機(jī)械傳動(dòng)

與液壓傳動(dòng)等方面的基底知識02）能看懂機(jī)械原理圖和結(jié)構(gòu)圖；3）初步具有使用、維?戶

一般機(jī)械的水平;4）初步具備分析一般機(jī)械的水平、

機(jī)器的概念及組成

（一）機(jī)器的概念

1、機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱，

2、機(jī)器：人工物體組合，各部分之間具有確定的相對運(yùn)動(dòng)，能夠轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料

和信息的機(jī)械。

3、機(jī)構(gòu)：人工物體組合，各部分之間具有一定的相對運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。

構(gòu)件：相互之間能作相互運(yùn)動(dòng)的機(jī)件。

零件：機(jī)械的構(gòu)成單元。

事件與構(gòu)件的區(qū)別：零件是制造單元，構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)單元，零件組成構(gòu)件，構(gòu)件是組成

機(jī)構(gòu)的各個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。

機(jī)構(gòu)與機(jī)器的區(qū)別：機(jī)器能完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能，機(jī)構(gòu)僅僅完成傳遞運(yùn)動(dòng)、

力或改變運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)機(jī)構(gòu)是機(jī)器的主要組成部分。

（二）機(jī)器的組成

一臺完整的機(jī)器，通常由四部分組成

原動(dòng)機(jī)部分（動(dòng)力裝矍）：

作用是將其它形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器各部分的運(yùn)動(dòng)。

執(zhí)行部分（工作機(jī)構(gòu)）：機(jī)器中直接完成具體工作任務(wù)。

傳動(dòng)部分（傳動(dòng)裝置）：

將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞紿工作機(jī)構(gòu)。

操縱或控制部分：

顯示、反映、控制機(jī)器的運(yùn)行和工作。

教學(xué)后記：

三、金屬材料的性能

金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能。

工藝性能：金屬材料在各種加工條件下所表現(xiàn)出來的性能。

使用性能：金屬零件在使用條件下材料所表現(xiàn)出來的性能。使用性能包括物理性能、化學(xué)

性能和力學(xué)性能。

（一）金屬材料的物理性能

物理性能：指金屬所固有的屬性。它包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹和磁性等。

J3

1、密度：單位體積金屬的質(zhì)量（單位：kg/m）o根據(jù)密度，可分為較金屬（4.5g/cm）知

重金屬。

2、熔點(diǎn)：金屬從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)。單位：℃o根據(jù)熔點(diǎn)，可分為低熔點(diǎn)

金屬（小于1000℃）,中熔點(diǎn)金屬（1000—2000」）和高熔點(diǎn)金屬（大于2000第）。

3、導(dǎo)熱性：金屬材料傳導(dǎo)熱量的水平。一般用熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）入表示導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣。

單位為W（m?K）

4、熱膨脹性：金屬材料的體積隨溫度升高而增大，隨溫度的降低而減小的性能。常用線膨

脹系數(shù)Ch表示其膨脹性。

5、導(dǎo)電性：金屬材料傳導(dǎo)電流的性能。

6、磁性：金屬材料導(dǎo)磁的性能稱為磁性。

（二）金屬材料的化學(xué)性能

金屬材料在化學(xué)作用下所表示出來的性能，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1＞耐腐蝕性：

金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其它化學(xué)介質(zhì)腐蝕作用的水平。

2、抗氧化性:

金屬材料抵抗氧化作用的水平。

3、化學(xué)穩(wěn)定性：

金屬材料耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。

（三）金屬材料的力學(xué)性能

指金屬材料在外力的作用下所表示出來的抵抗性能

1、強(qiáng)度

金屬材料在靜載荷的作用下，抵抗變形和破壞的水平。

強(qiáng)度指標(biāo)一般用抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限Ob表示，Ob表示材料在拉伸條件下所能承受的最大

應(yīng)力，能夠通過拉伸實(shí)驗(yàn)確定。

2、塑性

屬材料在凝載荷作用F產(chǎn)生永久變形而不破壞的水平。

指標(biāo)用伸長率5和斷面收縮率W表示，6、。的值越大，表示材料的塑性越好。

3、硬度

硬度是指金屬材料抵抗其它物體壓入其表面的水平。

硬度一般采用壓入法硬度試驗(yàn)，即布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度

布氏硬度（HB）：

洛氏硬度（HRC、HRB、HRA）:

維氏硬度（HV）:

4、韌性

金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的水平。

韌性指標(biāo)用沖擊韌度或沖擊值（U表示，其單位為J/cn】2。cu值越大，沖擊韌度超高。

5、疲勞強(qiáng)度

金屬材料在無限多次交變載荷（鋼IO,次、有色金屬io。次）作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱

疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。

當(dāng)施加的交變應(yīng)力是對待循環(huán)力時(shí)，所得的疲勞強(qiáng)度用。一1表示。

（三）金屬材料的工藝性能

金屬材料的工藝性能是指其在各種加工條件下所表現(xiàn)出來的適合水平。

鑄造性：金屬材料能否用鑄造方法制成優(yōu)良鑄件的性能。

鍬造性：金屬材料能否用鍛壓方法制成優(yōu)良鍛壓件的性能。

焊接性：金屬材料在一定焊接條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的水平。

切削加工性：

教學(xué)后記:

四、機(jī)械零件的強(qiáng)度

在外力作用下的零件，要求能夠正常的工作，一般應(yīng)滿足以下三個(gè)方面的要求：

1.充足的強(qiáng)度；

2.必要的剛度；

3.充足的穩(wěn)定性。

（一）機(jī)械零件的強(qiáng)度

機(jī)械零件的強(qiáng)度是指零件受載后抵抗斷裂、塑性變形和表面失效的水平。

1、內(nèi)力

內(nèi)力，即是構(gòu)件內(nèi)部之間或各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力。

構(gòu)件在未受外力作用時(shí)，其中即有內(nèi)力存有：當(dāng)受到外力作用時(shí)，這些構(gòu)件內(nèi)

力就要發(fā)生相對應(yīng)的變化，能夠認(rèn)為，在外力作用下出現(xiàn)了附加內(nèi)力，材料力學(xué)中，

只研究外力與附加內(nèi)力的關(guān)系，故將附加內(nèi)力簡稱為內(nèi)力。

2、應(yīng)力

根據(jù)“平面假設(shè)”可知，內(nèi)力在橫截面上是均勻分布的，若桿軸力為N,橫板面面

積為A,則單位面積上的內(nèi)力為：

a=N/A

式中。稱為正應(yīng)力，它反映了內(nèi)力中橫裁面上分布的密度，國際單位為帕斯卡（Pa）。

P<——?P

P——>N

3、許用應(yīng)力?強(qiáng)度條件

1）在外力作用下材料不被破壞的條件下，應(yīng)力能夠達(dá)到的最大限度，稱為該材料的極限

應(yīng)力。jx

2）將測定的極限應(yīng)力。jx作適當(dāng)降低，規(guī)定出桿件能安全工作的應(yīng)力最大值，這就是許

用應(yīng)力〔?！?。

為保證零件有充足的強(qiáng)度，必須使零件在受載后的工作應(yīng)力不超過許用應(yīng)力。

即：

o《〔o〕

教學(xué)后記:

第二章構(gòu)件的靜力分析

構(gòu)件的靜力分析是選擇構(gòu)件的材料、確定構(gòu)件具體外形尺寸的基礎(chǔ)。

一、工程力學(xué)的幾個(gè)基本概念

1、剛體：指受力時(shí)不變形的物體。

實(shí)際中剛體并不存有，但如果物體的尺寸和運(yùn)動(dòng)范圍都遠(yuǎn)大于其變形量，則可不考慮

變形的影響，將其視為剛體，所以，剛體僅僅一個(gè)理想的力學(xué)模型。

2、平衡：平衡是指物體相對于地面保持靜止或作均速直線運(yùn)動(dòng)。

3、平衡條件：作用在剛體上的力理應(yīng)滿足的必要和充分的條件稱為平衡條件。

二、力的基本性質(zhì)

（一）力和力系

1、力的定義：

力是物體間的相互作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和形狀發(fā)生改變。力使物體的運(yùn)動(dòng)

狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)，稱為力的外效應(yīng)；使物體的形狀發(fā)生改變的效應(yīng)，稱為力的內(nèi)效應(yīng)

2、力的三要素：力的大小、方向和作用點(diǎn)稱為力的三要素。

力的任一要素的改變，都將改變其作用效果，所以，力是矢量，用黑體字母（如F）是

示，對應(yīng)的白體字母表示其大小，力的大小以牛頓（N）為單位。

3、力的圖示法

力在圖中用有向線段AB表示：線段的長度代表其大??；,

線段所在的直線為力的作用線，箭頭代表力的方向；線段（C一"1J

的起點(diǎn)表示力的作用點(diǎn)。

4、力系

1）力系的概1念：作用在物體上的一群力稱為力系

2）力系的等效：力系的等效是指兩個(gè)力系對同一剛體的作用效果相同。等效的兩個(gè)

力系能夠互相代替。

3）合力與分力：若一力與一力系等效，則此力稱為該力系的合力，力系中各力稱為

此力的分力。

（二）力的基本性質(zhì)

1）性質(zhì)一（二力平衡原理）：作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分

條件是：這兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用在同一直線上（即兩力等值、反向、共線）。

只受二個(gè)力的作用而保持平衡的剛體稱為二力體。

FFF2

2）性質(zhì)二（力的平衡四邊形法則）：作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，能夠按平行四邊

形法則合成一個(gè)合力。此合力也作用在該點(diǎn)，其大小和方向由這兩力為邊構(gòu)成的平行四邊

形的主對角線確定

R-X+Fz(2-1)

3）性質(zhì)三（作用和反作用定律）：任意兩個(gè)相互作用物體之間的作用力和反作用力同

時(shí)存有。這兩個(gè)力大小相等，作用線相同而指向相反，分別作用在這兩個(gè)物體上。（注意后

二力平衡的區(qū)別）

4）性質(zhì)四（力的可傳性）：作用在剛體的力，可沿其作用線任意移動(dòng)其作用點(diǎn)而保持它原

來對剛體的作用效果。

三、約束和約束力

在分析物體的受力情況時(shí)，常將力分為給定力（已知力，如重力、磁力、流體壓力、彈

黃彈力和某些作用在物體上的已知力）和約束力。

（一）約束和約束力

1、約束

對物體運(yùn)動(dòng)起限制作用的其他物體稱為約束物，簡稱約束。

2、約束力

約束對被約束物的力稱為約束力。

約束力的方向與該約束所能限制的運(yùn)動(dòng)方向相反。約兵力的大小需由平衡條件求出。

（二）常見的約束類型

1）光滑接觸表而約束

兩物體的接觸表面非常光滑，摩擦可忽略不計(jì)時(shí)，即屬于光滑表面約束。

約束力作用在接觸點(diǎn)，方向沿接觸表面的公法線并指向受力物體。

2）柔性約束

由柔軟的繩索、鏈條等構(gòu)成的約束（假設(shè)其不可伸長）稱為柔性約束。

其約束力為拉力，作用在接觸點(diǎn)，方向沿繩索背離物體。

wmm

3）光滑柱較

約束物與被約束物以光滑圓柱面相聯(lián)接。其中一個(gè)為約束物，另一個(gè)為被約豪

物，約束物不動(dòng)時(shí)，稱為固定較鏈支座，簡稱日字老摩。

約束力為過接觸點(diǎn)K沿徑向的壓力，因?yàn)榻佑|點(diǎn)在圓周上的位置不能預(yù)先確定，

所以，通常用兩個(gè)相互垂直的分力代替。

柱較支座簡化畫法固定支座簡化畫法

4）可