圓軸扭轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計-2025-2026學(xué)年中職專業(yè)課-機械基礎(chǔ)-機械制造技術(shù)-裝備制造大類學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具教學(xué)內(nèi)容教材：《機械制造技術(shù)》

章節(jié)：圓軸扭轉(zhuǎn)

內(nèi)容：本節(jié)課主要介紹圓軸扭轉(zhuǎn)的基本概念、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算、扭轉(zhuǎn)強度校核等內(nèi)容，包括扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布、扭轉(zhuǎn)剛度計算、扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力等知識點。通過理論講解與實例分析，使學(xué)生掌握圓軸扭轉(zhuǎn)的計算方法和應(yīng)用。核心素養(yǎng)目標培養(yǎng)學(xué)生對機械結(jié)構(gòu)受力分析的理解能力，提升學(xué)生運用數(shù)學(xué)工具解決實際工程問題的能力，增強學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐操作技能，以及遵守工程規(guī)范和標準的安全意識。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點：

-重點掌握圓軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布的計算方法，理解扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式中的各個參數(shù)。

-精確計算扭轉(zhuǎn)強度，確保圓軸在預(yù)定載荷下的安全性。

-理解并應(yīng)用扭轉(zhuǎn)剛度公式，分析圓軸在扭轉(zhuǎn)過程中的變形情況。

2.教學(xué)難點：

-理解扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布的非均勻性，區(qū)分最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力發(fā)生在中性軸處。

-掌握扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力的確定方法，結(jié)合材料性能和設(shè)計規(guī)范。

-將扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算應(yīng)用于實際工程案例，解決實際問題。例如，在計算汽車傳動軸的扭轉(zhuǎn)強度時，需要考慮軸的尺寸、材料屬性和預(yù)期的工作條件。教學(xué)資源準備1.教材：確保每位學(xué)生擁有《機械制造技術(shù)》教材，以便于課堂學(xué)習(xí)。

2.輔助材料：準備圓軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布圖、扭轉(zhuǎn)剛度計算圖表等教學(xué)圖片和視頻。

3.實驗器材：準備用于展示扭轉(zhuǎn)實驗的圓軸樣品和扭矩測試儀，確保器材完好。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，安排實驗操作臺，以便學(xué)生分組討論和實驗操作。教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課（用時5分鐘）

-開場白：通過提問“什么是扭轉(zhuǎn)？生活中有哪些常見的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象？”引入話題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

-案例分析：展示汽車傳動軸扭轉(zhuǎn)實驗視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察并討論扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，為后續(xù)學(xué)習(xí)做鋪墊。

2.新課講授（用時15分鐘）

-理論講解：

1.介紹圓軸扭轉(zhuǎn)的基本概念，包括扭轉(zhuǎn)角度、扭矩、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等。

2.講解扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布，強調(diào)最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力發(fā)生在中性軸處。

3.講解扭轉(zhuǎn)剛度計算，介紹扭轉(zhuǎn)剛度公式及其應(yīng)用。

-計算示例：

1.舉例說明扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算過程，包括公式推導(dǎo)和計算步驟。

2.展示扭轉(zhuǎn)強度校核的實例，讓學(xué)生了解實際應(yīng)用。

3.分析扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力確定方法，結(jié)合材料性能和設(shè)計規(guī)范。

-互動提問：針對重點知識點，提問學(xué)生并解答他們的疑問。

3.實踐活動（用時15分鐘）

-小組討論：

1.分組討論圓軸扭轉(zhuǎn)在生活中的應(yīng)用，如汽車傳動軸、橋梁等。

2.討論如何根據(jù)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算結(jié)果進行圓軸設(shè)計。

3.分析圓軸扭轉(zhuǎn)實驗中可能出現(xiàn)的誤差及其原因。

-實驗操作：

1.學(xué)生分組進行圓軸扭轉(zhuǎn)實驗，觀察并記錄實驗數(shù)據(jù)。

2.指導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，驗證理論計算結(jié)果。

3.討論實驗過程中遇到的問題及解決方法。

-總結(jié)反饋：

1.各小組匯報實驗結(jié)果，分享學(xué)習(xí)心得。

2.教師針對實驗中存在的問題進行點評和指導(dǎo)。

3.強調(diào)實驗操作規(guī)范和安全注意事項。

4.學(xué)生小組討論（用時10分鐘）

-學(xué)生討論以下三個方面內(nèi)容：

1.圓軸扭轉(zhuǎn)在工程中的應(yīng)用場景及特點。

2.如何根據(jù)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算結(jié)果進行圓軸設(shè)計。

3.實驗過程中可能出現(xiàn)的誤差及其原因。

-舉例回答：

1.圓軸扭轉(zhuǎn)在汽車傳動軸中的應(yīng)用，特點是承受較大的扭矩和轉(zhuǎn)速。

2.根據(jù)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算結(jié)果，確定圓軸的直徑和材料，以滿足設(shè)計要求。

3.實驗過程中可能出現(xiàn)的誤差有測量誤差、實驗裝置誤差等。

5.總結(jié)回顧（用時5分鐘）

-回顧本節(jié)課的核心內(nèi)容，包括圓軸扭轉(zhuǎn)的基本概念、計算方法和應(yīng)用。

-強調(diào)本節(jié)課的重難點，如扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布、扭轉(zhuǎn)強度校核和實驗操作。

-鼓勵學(xué)生在課后進行復(fù)習(xí)和鞏固，提高自身對圓軸扭轉(zhuǎn)的理解和應(yīng)用能力。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-圓軸扭轉(zhuǎn)的力學(xué)原理：介紹扭轉(zhuǎn)的力學(xué)基礎(chǔ)，包括扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、剪切應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)角等基本概念，以及扭轉(zhuǎn)的物理意義。

-圓軸扭轉(zhuǎn)的工程應(yīng)用：探討圓軸扭轉(zhuǎn)在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，如汽車傳動軸、船用螺旋槳、高壓管道等，分析其設(shè)計要求和計算方法。

-圓軸扭轉(zhuǎn)的實驗研究：介紹圓軸扭轉(zhuǎn)實驗的基本原理、實驗方法以及實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，增強學(xué)生對理論知識的理解。

-材料力學(xué)特性：研究不同材料在扭轉(zhuǎn)過程中的力學(xué)性能，如低碳鋼、合金鋼、塑料等，探討材料選擇對圓軸扭轉(zhuǎn)性能的影響。

2.拓展建議：

-學(xué)生可以通過查閱相關(guān)教材或?qū)I(yè)書籍，深入了解圓軸扭轉(zhuǎn)的理論知識，如《材料力學(xué)》、《機械設(shè)計基礎(chǔ)》等。

-鼓勵學(xué)生關(guān)注工程案例，分析圓軸扭轉(zhuǎn)在實際工程中的應(yīng)用，如通過閱讀工程論文、參加工程實踐活動等方式。

-建議學(xué)生進行圓軸扭轉(zhuǎn)的模擬實驗，使用計算機軟件（如ANSYS、ABAQUS等）進行仿真分析，驗證理論計算結(jié)果。

-組織學(xué)生參觀機械制造企業(yè)，了解圓軸扭轉(zhuǎn)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用和工藝流程，提高學(xué)生對工程實踐的認識。

-建議學(xué)生參與課程設(shè)計，結(jié)合所學(xué)知識設(shè)計具有實際應(yīng)用價值的圓軸扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

-鼓勵學(xué)生參加力學(xué)競賽或科技創(chuàng)新活動，通過團隊合作解決實際問題，提升學(xué)生的團隊協(xié)作和溝通能力。

-建議學(xué)生關(guān)注力學(xué)領(lǐng)域的最新研究動態(tài)，了解圓軸扭轉(zhuǎn)領(lǐng)域的新技術(shù)和新方法，拓寬知識面。板書設(shè)計①圓軸扭轉(zhuǎn)基本概念

-扭轉(zhuǎn)角度（θ）

-扭矩（T）

-扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（τ）

②扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算

-扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式：τ=T*Wp/J

-極慣性矩（J）

-抗扭截面模量（Wp）

③扭轉(zhuǎn)剛度計算

-扭轉(zhuǎn)剛度公式：G*J/L

-剛度（G）

-長度（L）

④扭轉(zhuǎn)強度校核

-許用應(yīng)力：[τ]=S*σu

-安全系數(shù)（S）

-材料屈服極限（σu）

⑤實驗數(shù)據(jù)分析

-扭轉(zhuǎn)角度與扭矩的關(guān)系

-扭轉(zhuǎn)應(yīng)力與扭矩的關(guān)系

-實驗誤差分析

⑥工程應(yīng)用案例

-汽車傳動軸

-船用螺旋槳

-高壓管道

⑦實驗操作規(guī)范

-實驗器材準備

-實驗步驟

-安全注意事項課堂小結(jié)，當堂檢測課堂小結(jié)：

在本節(jié)課中，我們學(xué)習(xí)了圓軸扭轉(zhuǎn)的基本概念、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算、扭轉(zhuǎn)剛度計算、扭轉(zhuǎn)強度校核等內(nèi)容。以下是本節(jié)課的主要知識點總結(jié)：

1.圓軸扭轉(zhuǎn)的基本概念：

-了解扭轉(zhuǎn)角度、扭矩、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等基本概念。

-認識到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布的特點，最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力發(fā)生在中性軸處。

2.扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算：

-掌握扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式：τ=T*Wp/J。

-理解極慣性矩（J）和抗扭截面模量（Wp）的計算方法。

3.扭轉(zhuǎn)剛度計算：

-掌握扭轉(zhuǎn)剛度公式：G*J/L。

-了解剛度（G）和長度（L）對扭轉(zhuǎn)剛度的影響。

4.扭轉(zhuǎn)強度校核：

-認識到許用應(yīng)力的重要性，許用應(yīng)力公式：[τ]=S*σu。

-掌握安全系數(shù)（S）和材料屈服極限（σu）的計算。

5.實驗數(shù)據(jù)分析：

-通過實驗數(shù)據(jù)分析，驗證理論計算結(jié)果。

-了解實驗誤差分析的方法和步驟。

6.工程應(yīng)用案例：

-分析汽車傳動軸、船用螺旋槳、高壓管道等工程應(yīng)用案例。

當堂檢測：

為了檢測學(xué)生對本節(jié)課知識點的掌握情況，以下是一些檢測題：

1.單選題：

-圓軸扭轉(zhuǎn)的最大應(yīng)力發(fā)生在哪個位置？（A.外表面B.內(nèi)表面C.中性軸）

-扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式中的Wp代表什么？（A.極慣性矩B.抗扭截面模量C.剛度）

2.判斷題：

-扭轉(zhuǎn)剛度和長度成正比。（√/×）

-許用應(yīng)力越大，圓軸的扭轉(zhuǎn)強度越低。（√/×）

3.簡答題：

-簡述圓軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算公式的推導(dǎo)過程。

-舉例說明扭轉(zhuǎn)剛度在工程中的應(yīng)用。課后作業(yè)1.計算題：

-已知圓軸的直徑為50mm，材料的剪切模量為80GPa，圓軸受到的扭矩為100kN·m，求圓軸的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

-解答：τ=T*Wp/J，其中Wp=(π/16)*d^3，J=(π/32)*d^4，代入數(shù)值得到τ=(100*10^3*10^3)*(π/16)*(50/10)^3/(π/32)*(50/10)^4=125MPa。

2.應(yīng)用題：

-一根直徑為30mm的鋼制圓軸，其剪切模量為80GPa，安全系數(shù)為2，求該圓軸在扭矩為120kN·m時的許用應(yīng)力。

-解答：[τ]=S*σu，其中σu為材料的屈服極限，通常取為材料的屈服強度，對于鋼材料，屈服強度約為235MPa。代入數(shù)值得到[τ]=2*235MPa=470MPa。

3.分析題：

-分析圓軸在扭轉(zhuǎn)過程中的應(yīng)力分布，并解釋為什么最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力發(fā)生在中性軸處。

-解答：圓軸在扭轉(zhuǎn)過程中，中性軸處的應(yīng)力為零，因為該處的應(yīng)變等于零。而最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力發(fā)生在距離中性軸最遠的表面，因為該處的應(yīng)變最大。

4.設(shè)計題：

-設(shè)計一個直徑為40mm的圓軸，要求其能承受最大扭矩為150kN·m，材料為45號鋼，安全系數(shù)為1.5，計算所需材料的剪切模量。

-解答：τ=T*Wp/J，[τ]=S*σu，代入已知條件得到剪切模量G=[τ]*J/(T*Wp)=(1.5*235MPa)*(π/32)*(40/10)^4/(150*10^3*10^3)≈62GPa