机械基础3第三章 直杆的基本变形
机械基础教学大纲
《机械基础》教学计划及大纲教材：《机械基础》（机械类）主编：栾学刚《机械基础》教学计划及大纲一、课程性质和任务本课程是中等职业学校农业机械维修专业的一门技术基础课程。
其主要任务是：培养学生掌握机械技术的基本知识和基本技能，初步具有分析机械的功能、动作及使用一般机械能力，为今后解决生产实际问题和继续学习打下基础。
二、课程教学目标通过本课程的教学，学生应达到下列基本要求：熟悉构件的受力分析、基本变形形式和强度计算方法；掌握常用机械工程材料的种类、牌号、性能和应用；了解机器的组成；熟悉机械传动的工作原理和特点；初步具有分析一般机械的功能和动作的能力；初步具有使用和维护一般机械的能力；了解与本课程相关的技术政策和法规，具有严谨的工作作风和创新精神。
三、教学内容和要求（一）理论教学1.绪论了解本课程的内容、性质、任务和基本要求。
掌握机器的组成。
了解金属材料的性能。
了解零件的强度。
了解摩擦和磨损。
2.机械零件的精度掌握互换性与标准化的术语、定义和相互关系；掌握孔和轴的概念；尺寸的分类定义；了解形状公差项目和基准的选用：3.杆件的静力分析掌握力的概念和基本性质。
了解力矩、力偶、力向一点平移的结果及应用。
熟悉约束、约束反力和受力图。
掌握平面受力时的平衡方程及应用。
平面受力的特殊情形。
4.直杆的基本变形了解拉伸和压缩的概念。
熟悉拉伸和压缩时的内力、截面法、应力、变形、应变。
了解静载荷下低碳钢和铸铁的拉伸和压缩的应力—应变曲线。
了解拉伸和压缩时的强度计算。
了解压杆稳定的概念。
了解剪切和挤压的概念。
了解扭转的概念。
了解外力矩的计算和扭转的计算。
熟悉圆轴扭转时横截面上应切力的分布规律和计算。
了解抗扭截面系数的计算。
了解直梁弯曲的概念。
了解弯矩图及纯弯曲时横截面上应力的分布规律和计算。
掌握常用截面的惯性矩和抗弯截面系数的计算。
熟悉梁的强度计算。
了解组合变形的概念。
了解交变应力及疲劳的概念。
5.工程材料掌握铸铁、碳素钢及合金钢的分类、牌号、性能和用途。
机械基础【完整版】
目录
• 第1章 绪论 • 第2章 杆件的静力分析 • 第3章 直杆的基本变形 • 第4章 工程材料 • 第5章 连接 • 第6章 机构 • 第7章 机械传动
• 第8章 支承零部件 • 第9章 机械的节能环
保与安全防护 • 第10章 机械零件的精度 • 第11章 液压与气压传动
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分析的基本知识, 会判断直杆的基本变形；具备机械 工程常用材料的种类、牌号、性能的基本知识, 会正 确选用材料；熟悉常用机构的结构和特性, 掌握主要 机械零部件的工作原理、结构和特点, 初步掌握其选 用的方法；能够分析和处理一般机械运行中发生的 问题, 具备维护一般机械的能力。具备获取、处理和 表达技术信息, 执行国家标准, 使用技术资料的能力； 能够运用所学知识和技能参加机械小发明、小制作 等实践活动, 尝试对简单机械进行维修和改进；了解 机械的节能环保与安全防护知识, 具备改善润滑、降 低能耗、减小噪声等方面的基本能力；养成自主学 习的习惯, 具备良好的职业道德和职业情感, 提高适 应职业变化的能力。
• 杆件在力作用下处于平衡的问题 • 直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析及强度计算, 连
接件的剪切与挤压, 圆轴扭转, 直梁弯曲等 • 选择工程材料 • 键连接、销、螺纹等连接 • 常用的机构、传动 • 轴、滑动轴承、滚动轴承等 • 机械润滑、密封、环保与安全防护等
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1.1 课程的内容、性质、任务和基本要求
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2.1 力的概念与基本性质 • 2.1.2 静力学基本公理 • 公理1（二力平衡公理）
• 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分 条件是: 这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直 线上。
机械制造基础第三章形状和位置精度设计
■ 平行度
■ 线对线平行度
公差带是距离为公差值t且 平行于基准线，位于给定方 向上的两平行面之间的区域
被测轴线必须位于距离为公 差值0.1且在给定方向上平行 于基准轴线的两平行平面之间
■ 线对线平行度
▲如公差值前加注Φ，公差带 是直径为公差值t且平行于基准 线的圆柱内的区域
被测轴线必须位于直径为公 差值0.03且平行于基准轴线 的圆柱面内
■ GB /T1182-1996《形状和位置公差 通则、定义、符 号和图样表示法》
■ GB／T 1184-1996《形状和位置公差 未注公差值》 ■ GB／T 4249-1996《公差原则》 ■GB/T 1667l-1996《形状和位置公差最大实体要求，最
小实体要求和可逆要求》 ■ GB 1958-1980《形状和位置公差检测规定》
3.2 形状和位置公差
3.2.1 基本概念
■形状和位置误差的研究对象是机械零件的几何要素
△概念：几何要素是构成零件几何特征的点、线、面 的统称
△从不同角度对几何要素的分类
1．按存在的状态分类 ■实际要素：零件上实际存在的要素，通常用测量得到的
要素来代替。 ■理想要素：仅具有几何学意义的要素，即几何的点、线、
（0.03×0.05） ，且平行于基准要素的四棱柱的 区域。
A
■ 垂直度
■ 线对线垂直度
▲公差带是距离为公差值t且垂直于基准 面的两平行平面之间的区域
■ 线对面垂直度 ▲在给定方向上，公差带是距离为公差 值t且垂直于基准面的两平行平面之间 的区域
■ 线对面垂直度 ▲如公差值前加注Φ，则公差带是 直径为公差值t且垂直于基准面的 圆柱面内的区域
距离为t的两平行面。
2、测量方法Βιβλιοθήκη 不同 测量圆跳动时，零件绕基准轴线回转，零件和指
《机械基础》项目一认识机械学后测评答案
任务一认识机器、机构及其组成1. 属于机器的有：电动自行车、普通车床、汽车、洗衣机属于机构的有：普通自行车、机械式手表、台虎钳2. 略任务二认识运动副并能绘制机构运动简图1.所谓运动副，就是两构件直接接触且又能产生一定形式的相对运动的可动连接。
根据运动副中两构件之间接触形式的不同，运动副可分为低副和高副；而低副按两构件间相对运动形式的不同，又可分为转动副、移动副和螺旋副三种。
2. 图1-2-10（a）中有三个活动构件，各构件间通过转动副都相连；图1-2-10（b）中有五个活动构件，各构件间通过转动副或移动副相连。
任务三机械安全防护1.机械危险的主要形式有挤、剪、割或切断、缠绕、刺或扎、擦或磨、流体喷射等。
2.机械危险的一般预防措施有：⑴加强机械设备的安全管理。
⑵机械需装设安全防护装置。
⑶加强个人安全防护。
如戴防护镜防护眼睛，穿坚实的皮靴防护脚部等。
⑷严格按照机械设备的操作安全守则进行操作，不得违章作业。
⑸操作机械的各种人员必须经过专业培训，掌握机械设备性能的基本知识，经考试合格持上岗证上岗。
任务一认识力的概念与基本性质1.力的概念应从以下几个方面去理解：(1)力是物体与物体之间或物体的两个部分之间的相互作用.一个物体受到力的作用,一定有另外的物体施加这种作用,只要有力发生,就一定有受力物体和施力物体.力不能离开物体而单独存在.(2)任何两个物体之间的力的作用是相互的.甲物体受到乙物体作用时,甲物体一定同时对乙物体施加力的作用,因此受力物体与施力物体是相对的,也就是说受力物体同时也是施力物体,施力物体同时也是受力物体.如:马拉车,马是施力物体,车是受力物体;但同时车也拉马,此时车是施力物体,马是受力物体.(3)一个物体对另一个物体施加力的作用有两种方式,一种是由物体直接(接触)作用,如手提水桶,推土机推土等;另一种是物体之间的间接(不接触)作用,如磁铁对铁针的吸引力,空中飞翔的鸟受到的重力等.力的大小、力的方向、力的作用点决定力的作用效果。
轴向拉伸与压缩时强度计算说课稿详解
《机械基础》说课稿课题：轴向拉伸与压缩时杆件的强度计算一、简析教材（一）说教材本节内容选自栾学刚等主编的，由高等教育出版社出版的《机械基础》教材，本教材是中等职业教育课程改革国家规划新教材，经中等职业教育教材审定委员会审定通过的。
《机械基础》是一门综合性的技术基础课，其内容包括：《机械零件的精度》、《杆件的静力分析》、《直杆的基本变形》、《工程材料》、《连接》、《常用机构》、《机械传动》、《支承零部件》、《机械节能环保与安全防护》、《气液压传动》等十章内容。
研究的重点是机构和零件。
但各种机构和零件，如何决定其尺寸的大小，究竟采用什么材料来制造，又可采取何种办法来改善材料的性能，以满足生产的需要等问题，就需用力学知识和材料热处理知识来解决。
而材料力学研究是关键，其研究对象主要是等截面的直杆。
（二）简述本课内容本次课内容为《机械基础》第三章杆件的基本变形第三节内容。
杆件在外力作用下可能发生各种各样的变形，但归纳起来，有以下四种基本变形，即拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲。
今天所讲的《直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算》内容，是对杆件静力学分析的巩固，并且是后续课程内容的基础，因此本节知识将起到承上启下的作用，只有正确而灵活的运用这些知识，才能设计出体积小、重量轻、使用方便、灵活且可靠的机械结构来。
（三）教学内容的处理本次课是《机械基础》教材的第三章（直杆的基本变形）第三节内容，继前一章静力学之后，为材料热处理知识打基础。
材料基本变形这一章主要研究四种基本变形，而本次课要讲的轴向拉伸或压缩变形是最主要的变形。
结合教材和学生所具备的知识点与理解能力，决定把本章节内容按变形方式的不同分别讲解。
为了便于学生的理解和掌握。
本次课主要讲清轴向拉伸与压缩的强度计算为以后讲解其余三种变形和材料力学性能打好基础。
二、教学目标【知识目标】：（1）了解什么是材料的许用应力以及塑性材料和脆性材料许用应力的确定。
(2)通过本节课的学习使学生了解轴向拉伸与压缩变形时的强度计算公式。
汽车运用与维修专业《机械基础》课程标准
汽车运用与维修专业《机械基础》课程标准【课程名称】机械基础【适用专业】中等职业学校汽车运用与维修专业1.课程性质《机械基础》是中等职业学校汽车运用与维修专业的一门专业基础课程,目标是让学生了解汽车机械的基础知识，熟悉汽车机械的力学性能与结构特点，掌握汽车机械相关的组织形式或连接方式，为后面学习汽车专业技术课程打下夯实的基础。
2.课程的设计思路该课程着眼于学生的终身学习与可持续性发展，关注学生素质.关注学生职业岗位能力的培养。
该课程是依据教育部2009年颁发的《中等职业学校机械基础教学大纲》进行课程设置的。
其总体设计思路是，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为以工作任务为中心组织课程内容,并让学生在完成具体项目的过程中学会完成相应工作任务，并构建相关理论知识，发展职业能力。
课程内容突出对学生职业能力的训练，理论知识的选取紧紧围绕工作任务的需要来进行，同时又充分考虑了中等职业教育对理论知识学习的需要，并融合了相关职业资格等级标准对知识、技能和态度的要求。
3.课程目标通过任务驱动型的项目教学活动，激发学生对本课程的学习兴趣。
正确认识汽车机械基础知识，了解机械的受力与变形，熟悉汽车工程材料的性质、特征、应用等，熟悉汽车机械的各种连接方式、传动方式和支承形式，掌握机械的安全防护措施等。
职业能力目标:1）了解汽车机械的相关基础知识。
2）了解汽车机械的受力分析和变形状况。
3）能计算和测量机械零件的公差、配合、极限、弯曲、扭曲等。
4）熟悉汽车制造工程材料的类型、特征、作用、应用等。
5）掌握机械各种连接方式，能进行连接的相关实验。
6）掌握汽车机械的传动形式和支承形式。
7）能制作机械传动或支承、连接的模型。
8）熟悉机械节能环保的相关法律、法规、规章、制度等。
9）能正确进行机械的安全防护。
10）熟悉气压传动与液压传动的特性、规律和应用。
11）能独立完成汽车手动变速器传动机构的拆装和检测。
4.课程内容和要求5.实施建议⑴教材编写1）以“工作任务”为主线设计教材，将本专业知识分解成若干任务和知识板块进行学习。
《机械基础》
第2章 杆件的静力分析
2.2 约束、约束反力和受力图
2.2.1 约束和约束反力
3.圆柱铰链约束 中间铰链约束 铰链是工程中常用的一种约束，通常用于连接构件或 零部件，铰链一般是两个带有圆孔的物体，用光滑圆柱形销钉相连接，物 体只能绕销钉的轴线转动，这种连接称为中间铰。
现实生活中， 有哪些机构是属于 中间铰链的应用？
第2章 杆件的静力分析
2.2 约束、约束反力和受力图
2.2.1 约束和约束反力
1.柔性约束 由柔软的绳索、链条或皮带构 成的约束称为柔性约束。如下图所 示，绳索类只能承受拉力，所以它 们的约束反力作用在接触点，方向 沿绳索背离物体。图中 G 表示物体 的重力，T表示约束反力。
第2章 杆件的静力分析
机械基础
机械基础
第1章 绪论 第7章 带传动和链传动
第2章 杆件的静力分析
第8章 齿轮传动
第3章 直杆的基本变形
第9章 轮系和减速器
第4章 工程材料
第10章 支承零部件
第5章 联
接
第11章 节能环保与安全防护
第6章 机
构
第12章 液压传动与气压传动
第1 章 绪
1.1 1.2
论
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机器、机构、构件、零件和部件
第2章 杆件的静力分析
2.3 平面汇交力系
2.3.4 平面汇交力系平衡的平衡方程
平面汇交力系平衡的充分与必要条件是该力系的合力为零。
即
此方程为平衡的充要条件，也叫平衡方程。
第2章 杆件的静力分析
2.4 力矩、力偶、力的平移
2.4.1 力矩
1.力矩的概念和性质 我们将力F对点O的矩定义为力F的 大小与从 O点到力 F 的作用线的垂直距 离h的乘积，即 MO（F）=±Fh 力矩的表示方法如右图所示，方向 用右手螺旋法则确定：以使物体作逆 时针转动为正（图示为正），作顺时 针转动为负。将O点到力 F的作用线的 垂直距离h称为力臂。
XX工程职业学院机电技术应用专业专业综合课考试科目和技能考核项目及要点
XX工程职业学院机电技术应用专业专业综合课考试科目和技能考核项目及要点一、专业综合课考试科目及各科考试纲要（一）考试科目科目1：电工技术基础科目2：电气控制技术课程考核科目3：机械基础（二）考试形式1.考试方式：闭卷，笔试，试卷满分为300分，考试时间为150分钟；2.试题类型范围：选择题、填空题、判断题、名词解释、问答题、综合题。
（三）各科考试纲要《电工技术基础》考试纲要1. 电路的基本概念。
电路的组成及其作用；电路的基本物理量的概念及其单位；电动势、电流、电压的参考方向和数值正负的意义及其在电路计算时的应用；电功和电功率的概念，焦耳定律和电功、电功率的计算。
2. 简单直流电路。
常用电路基本定律的应用；电路的几种工作状态，每一种状态下电路中电流、电压和功率的计算；电源等效变换；电阻串、并联的特点和作用，简单混联电路的分析和计算；电路中各点电位及两点间电压的分析和计算。
3. 磁场和磁路。
磁场主要物理量的物理意义、单位和它们之间的相互关系，常用磁性材料的磁性能及其在工程技术中的应用。
4. 电磁感应。
电磁感应现象、自感现象和互感现象，自感系数；互感线圈的同名端及其串联。
5. 正弦交流电的基本概念。
正弦交流电的产生，正弦交流电基本物理量的概念，正弦交流电的解析式表示法。
6. 正弦交流电路。
电阻、电感和电容在直流电路与交流电路中的作用，纯电阻电路、纯电感电路及纯电容电路中电流和电压的关系、功率，正弦交流电路中感抗、容抗、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、阻抗、电压三角形、功率三角形等概念，RLC串联正弦交流电路中电流和电压的关系及功率的计算，提高功率因数的意义及方法；串、并联谐振的条件、特点及其应用。
7. 三相正弦交流电路。
三相电压的产生及其表示方法，三相对称负载星形连接和三角形连接中线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系及计算，三相对称电路功率的计算。
8. 变压器。
变压器的构造和作用，变压器变换电压、变换电流的基本关系及其计算。
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2017/10/3
第三章 直杆的基本变形
直杆的基本变形
在机器或结构物体中，存在多种多样的构件。如果构件 的纵向（长度方向）尺寸较横向（垂直于长度方向）尺寸大 得多，这样的构件称为杆件。直杆件是机械中最基本的构件。 外力在直杆件上的作用方式有很多种，直杆件由此产生 的变形形式也不同。归纳起来，直杆件变形的基本形式有四 种：拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲。
图3-11 剪切变形
第二节 剪切与挤压
2．剪切变形的特点 以铆钉（图3-12）为例，分析剪切变形的特点。 （1）受力特点：构件受两组大小相等、方向相反、作用线相距很 近（差一个几何平面）的平行力系作用。 （2）变形特点：构件沿两组平行力系的交界面发生相对错动。 （3）剪切面：构件将发生相互的错动面，如n－n。
（3）构件特点：等截面直杆。
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
三、直杆应力与应变 1．直杆应力
想一想
如图3-5所示，两根材料一样，但横截面面积不同的杆件，它们所 受外力相同，随着外力的增大，哪一根杆件先发生变形?
图3-5 不同横截面杆件受力图
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
工程上常用应力来衡量构件受力的强弱程度。构件在外力作用下， 单位面积上的内力称为应力。某个截面上，与该截面垂直的应力称为 正应力（图3-6），与该截面相切的应力称为切应力。
生破坏。
内力有正负规定： 当内力与截面外法线同向，为正内力（拉力）。 当内力与截面外法线反向，为负内力（压力）。
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
2．直杆变形
想一想
观察图3-2，单层厂房结构中的屋架杆受到了什么变形? 在轴向力的作用下，直杆件产生伸长变形称为直杆轴向拉伸，简 称直杆拉伸。 在轴向力的作用下，直杆件产生缩短变形称为直杆轴向压缩，简 称直杆压缩。
中等职业教育课程改革国家规划新教材
全国中等职业教育教材审定委员会审定
机 械 基 础（少学时）
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章
绪论 杆件的静力分析 直杆的基本变形 机械零件的精度 工程材料 连接 机构 机械传动 支承零部件 机械的节能环保与安全防护 气压传动与液压传动 综合实践 手动变速器传动机构的拆装
图3-7 直杆变形
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
解：（1）等直杆受到拉伸时： 轴向变形为：ΔL＝L1－L0（ΔL为正值） 横向变形为：Δd＝d1－d0（Δd为负值） （2）等直杆受到压缩时：
轴向变形为：ΔL＝L1－L0（ΔL为负值）
横向变形为：Δd＝d1－d0（Δd为正值）
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
图3-12 铆钉受力分析图
第二节 剪切与挤压
（4）剪切面上的内力：即剪力Q，其作用线与剪切面平行，如图 3-13所示。
图3-13 剪力分析图
第二节 剪切与挤压
3．剪切的实用计算 （1）实用计算方法：根据构件的破坏可能性，采用能反映受力基 本特征，并简化计算的假设，计算其名义应力。然后根据直接试验的 结果，确定其相应的许用应力，以进行强度计算。 （2）适用对象：适用于构件体积不大、真实应力相当复杂的情况， 如直杆连接件等。
做一做
试对图3-8中的AB杆、BC杆做出受力分析简图，并说明它们各自属 于什么变形?
图3-8 受力示意图
第二节 剪切与挤压
本节描述 剪切与挤压变形是工程中经常遇到的变形之一。连接件在起连接 作用的同时，将在剪切力和挤压力的作用下发生剪切和挤压变形，认 识剪切和挤压是学习机械知识的重要基础。 学习要求 完成本节的学习以后，你应能：
1．了解连接件的剪切与挤压的概念；
2．认识并能正确地区分连接件的剪切面和挤压面。
第二节 剪切与挤压
看一看
观察图3-9和图3-10，说说它们受到了什么变形? 如果构件发生破坏，其破坏的基本形式是什么?
图3-9 铆钉链接
图3-10 销钉链接
第二节 剪切与挤压
一、剪切 1．剪切变形的定义 剪切变形是杆件的基本变形之一。如图3-11a）所示，当杆件受到 一对垂直于杆、大小相等、方向相反、作用线相距很近的力F作用时， 力F作用线之间的各横截面都将发生相对错动，即剪切变形。若力F过 大，杆件将在力F作用线之间的某一截面n－n处被剪断，n－n称为剪 切面。如图3-11b）所示，截面b－b相对于截面a－a发生错动，最终 产生了n－n处的剪切面。
第一节 直杆件轴向杆件变形的基本形式之一，对直杆件进 行轴向拉伸和压缩的受力分析，分析其变形特点和力学性能，在工程 实际中有着重要意义。
学习要求
完成本节的学习以后，你应能： 1．认识直杆内力、应力、变形、应变； 2．认识直杆轴向拉伸与压缩的受力、变形特点。
图3-6 正应力 N-轴力（N）；A-横截面面积（m2）
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
2．直杆变形与应变 等直杆受轴向拉伸与压缩时，将发生轴向尺寸和横向尺寸的变化， 这种变化称为直杆变形，直杆单位长度的变形量称为应变。 【例3-1】设等直杆的原长为L0，横向尺寸为d0。受到拉伸（压缩） 后，杆件的长度变为L1，横向尺寸变为d1，如图3-7所示。求该等直杆 应变量。
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
一、直杆内力与变形 1．直杆内力
想一想
在拉伸弹簧（图3-1）时，手中会感到弹簧内部有一种反抗伸长的 抵抗力，而且手用力越大，弹簧伸长越长，从而会觉得弹簧的抵抗力 也越大。试从力学角度来解释这一现象。
图3-1 弹簧拉力器
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
当直杆发生拉伸或压缩变形时，杆件内部质点之间产生了用来抵 抗变形、企图使直杆恢复原状的抵抗力，这种因外力作用而引起直杆 内部之间的相互作用力，称为内力，也称为轴力，用N表示。外力越 大，内力也越大，变形也随之增大，当内力超过极限时，直杆就会发
图3-2 屋架杆
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
二、直杆拉伸与压缩的受力、变形特点 1．直杆拉伸与压缩的受力分析图 图3-3所示为直杆拉伸的受力分析简图，图3-4所示为直杆压缩的 受力分析简图。
图3-3 直杆拉伸图
图3-4 直杆压缩图
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
2．直杆轴向拉伸、压缩的特点 （1）受力特点：外力或外力合力的作用线与直杆轴线重合，且该 外力或外力合力是大小相等、方向相反的平衡力。 （2）变形特点：直杆变形沿轴向伸长或缩短。