工程力学电子教案共128页文档
(完整word版)工程力学教案
《工程力学》教案2016～2017学年第2 学期学院名称：机械学院授课专业：16级机械全部专业14五年机械全部专业课程名称：工程力学主讲教师：***山东凯文科技职业学院教务处制备注：一、教案和讲稿的区别1．讲稿，所承载的是知识信息。
教案，所承载的是课堂教学的组织管理信息。
2．讲稿的思路形成，受教学过程的知识逻辑支配，而教案的思路形成，受教学过程的管理逻辑支配。
3．讲稿与教案，二者是决定与被决定的关系。
4．在内容上，讲稿涉及的是知识性和能力开发项目，教案涉及的是组织性项目。
5．在表现形式上，讲稿篇幅较长，是课程教学内容和教师个人观点的浓缩或延伸；教案篇幅较短。
二、教学反思所谓教学反思，是指教师对教育教学实践的再认识、再思考，并以此来总结经验教训，进一步提高教育教学水平。
教学反思一直以来是教师提高个人业务水平的一种有效手段，教育上有成就的大家一直非常重视之。
现在很多教师会从自己的教育实践中来反观自己的得失，通过教育案例、教育故事、或教育心得等来提高教学反思的质量。
山东凯文科技职业学院教案首页山东凯文科技职业学院课时教案山东凯文科技职业学院教案附页质点是指具有一定质量而形状与大小可以忽略不计的物体。
4.力系的概念力系是指作用于物体上的一群力。
5.平衡的概念平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或做匀速直线运动。
静力学公理公理一二力平衡公理公理二加减平衡力系公理推论1力的可传性原理公理三力的平行四边形法则推论2三力平衡汇交定理公理四作用与反作用公理在讲公理的过程中涉及到学生高中物理中的部分知识要加以联系，并在讲解的过程中进行推论证明。
40min力的投影1.力在直角坐标轴上的投影2.合力投影定理引导学生通过观察图推导出：cossinxyF FF Fαα==引导学生总结出合力投影定理：121....nx x x nx ixiR F F F F==++=∑121...ny y y ny iyiR F F F Y==+++=∑25min小结静力学是研究物体的平衡问题的科学。
《工程力学》电子教案 第三章平面一般力系
第三章 平面一般力系
3.1平面一般力系的简化 3.2平面一般力系的平衡方程及应用 3.3物体系统的平衡
第三章 平面一般力系
3.1平面一般力系的简化
一、简化 作用于刚体上的平面一般力系F1，F2，…，Fn，如图3-3所示。 在平面内任取一点O，称为简化中心。根据力的平移定理将力系中
各力的作用线平移至O点，得到一汇交于O点的平面汇交力系 ，和一 附加平面力偶系。
第三章 平面一般力系
3.2 平面一般力系的平衡方程及应用 平面任意力系作用下刚体平衡方程的三矩式如下：
ΣmA (F)=0, ΣmB (F)=0, ΣmC(F)=0 条件：A、B、C三个取矩点不得共线 平面平行力系的平衡方程：（设平行力系与y轴平行）
ΣFy =0, Σmo (F)=0
第三章 平面一般力系
F)
P
h 2 h
Q3L2 LYB Nhomakorabea2
L
0
mB (F) P 2 Q 2 YA 2L 0
X XA XB P 0
Ph 3QL YB 4L
YA
Ph QL 4L
P h
h/2
XA
YA
取左半部为研究对 象，h分析力：P,XA , YA , XC , YC mc (F) P 2 X Ah YAL 0
第三章 平面一般力系
3.2 平面一般力系的平衡方程及应用
平面任意力系向一点简化，得到一主矢和一主矩，那么平面任意力 系平衡的充要条件是： 力系的主矢和对任意点的主矩都等于零。
平面任意力系作用下刚体平衡方程的二矩式如下：
ΣFx =0, ΣmA (F)=0, ΣmB (F)=0
条件：A、B两个取矩点连线，不得与投影轴x垂直
代入第三式解得
(完整)工程力学教案
0.1 工程力学的课程内容及其工程意义工程力学是一门关于力学学科在工程上的基本应用的课程,它通过研究物体机械运动的一般规律来对工程构件进行相关的力学分析和设计，其包含的内容极其广泛。
本书仅包括工程静力学和材料力学两部分。
机械运动是人们在日常生活和生产实践中最常见的一种运动形式，是物体的空间位置随时间的变化规律。
工程静力学研究的是机械运动的特殊情况，即物体在外力作用下的平衡问题，包括对工程物体的受力分析，对作用在工程物体上的复杂力系进行简化,总结力系的平衡条件和平衡方程，从而找出平衡物体上所受的力与力之间的关系。
构件，是工程上的机械、设备、结构的组成元素。
材料力学是研究工程构件在外力作用下，其内部产生的力,这些力的分布，以及将要发生的变形，这些变形中有些在外力解除后是可以恢复的，称为弹性变形；而另一些不可恢复的变形，则称为塑性变形。
为保证工程机械和结构的正常工作，其构件必须有足够的承载能力，即必须具有足够的强度、刚度和稳定性。
足够的强度，是保证工程构件在外力作用下不发生断裂和过大的塑性变形。
足够的刚度，是保证工程构件在外力作用下不发生过大的弹性变形。
足够的稳定性，是保证工程构件在外力作用下不失稳，即不改变其本来的平衡状态.在工程实际中，广泛地应用着工程力学的知识.例如图0—1所示的简易吊车，为了保证它能正常工作，首先需要用静力学知识分析和计算各构件所受的力，然后再应用材料力学知识，在安全、经济的前提下合理地确定各构件的材料和尺寸。
因此，工程力学是一门技术基础课程，它为后继专业课程和工程设计提供了必要的理论基础。
0。
2 工程力学的研究模型在工程力学中，由于工程静力学和材料力学所研究的问题不同，其工程模型也是各不相同的。
工程静力学的研究模型为刚体，即受力后理想不变形的物体。
因为大多数情形下，工程构件受力后产生的变形很小，忽略不计也不会对构件的受力分析产生影响。
而材料力学的研究模型是变形体。
因为材料力学是通过研究物体的变形规律来对工程构件进行安全性设计，所以构件的变形是不可忽略的。
《工程力学(第2版)》电子教案 第四章
30 1000 9550
(4.7)
则有
M 9550 P n
(4.8)
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4.2 功率、转速与转矩间的关系
式(4.8)中，P的单位为kW，M的单位为N·m，n的单位为rpm。 由以上各式可见，当功率P一定时，F与v成反比，或M与ω成
反比。例如，汽车上坡时需要较大的驱动力矩M或较大的牵引
t0 t dt
(4.2)
式(4.2)表明，刚体的角速度等于转角对时间的一阶导数。角速
度的正负号表示刚体的转动方向。当时，，刚体往转角的正向转
动，即逆时针转动；当时，，刚体往转角的负向转动，即顺时针
转动。角速度的单位为弧度/秒(rad/s)或简写为1/秒(1/s)。
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4.1 转动方程、角速度和线速度
60 30 (3) 转动刚体上任意一点速度等于该刚体角速度与该点转动
半径的乘积(v=rω)，速度方向沿圆周切线方向。刚体定轴转
动时，刚体上各点速度与该点转动半径成正比。轮缘上的一
点线速度 v dn (m/s)。
60
(4) 刚体转动时，表示转矩、功率、转速三者间关系的公式 很重要，在机械传动中经常用到，即 M 9550 P 。
与速度方向一致），即
P=Fv
对于转动的刚体，如在其上某点A作用一个切向力F，则A点的 线速度v=rω，如图4-5所示。则
P=Fv=F rω=Mω
(4.6)
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4.2 功率、转速与转矩间的关系
式(4.6)中M=Fr，为力F对刚体转轴O点之矩，即转矩的功率
等于力对转动轴之矩与刚体的角速度的乘积。 功率的单位为瓦特，代号为W，1 W=1 J/s=1 N·m/s。工程
《工程力学(第2版)》电子教案 第3章力系的平衡条件及其应用
3.3.2 摩擦角：
①定义：当摩擦力达到最大值Fm
a
时其全反力
x
与法线的夹角 m 叫做摩擦角。
②计算：
tgm
Fm a x FN
f FN FN
f
11
12
自锁
①定义：当物体依靠接触面间的相互作用的摩擦 力 与正
压力（即全反力），自己把自己卡 紧，不会松开 （无论外力多大），这种现象称为自锁。
②自锁条件：Байду номын сангаас
第3章 力系的平衡条件及其应用
3.1平面力系的平衡
3.1.1平面力系的平衡
物体在外力作用下处于平衡的必要和充分条件是总外力和 总力矩分别等于零依此条件可得出物体在各种力系的平衡条件
1、平面汇交力系的平衡方程
Fx 0
Fy 0
2、平面平行力系的平衡方程
Fx 0( Fy 0)
M0(F) 0
3、平面一般力系的平衡方程
Fx 0 Fy 0
M O (F ) 0
4、空间一般力系的平衡方程
Fx 0, Fy 0, Fz 0
M
x
(F
)
0,
M
y
(F
)
0,
M
z
(F
)
0
3.1.2平面力系平衡方程的应用
各种力系有其对应的平衡方程组，皆可解与其平衡 方程数对应的未知数。应用力系平衡方程可以确定工 程中构件在平衡时的未知力。
具体的解题步骤如下：
1）、确定研究对象，画受力图 应将已知力和未知力共同作用的物体作为研究对象，取出分离体
画受力图。 2）、选取投影坐标轴和矩心，列平衡方程
列平衡方程前应先确定力的投影坐标轴和矩心的位置，然后列方 程。（选取的坐标轴和矩心恰当，可使平衡方程中未知量的个数减 少，便于求解。） 3）、求解未知量，讨论结果
《工程力学(第3版)》电子教案 第7章
• （ 1 ）两条纵向线倾斜了相同的角度，原来轴表面上的小方格变成了 歪斜的平行四边形。
• （ 2 ）轴的直径、两圆周线的形状和它们之间的距离均保持不变。
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7.3 圆轴扭转时的应力与强度条件
• 从以上实例可以看出，杆件产生扭转变形的受力特点是：在垂直于杆 件轴线的平面内，作用着一对大小相等、方向相反的力偶（图 7 − 1 （ b ））。杆件的变形特点是：各横截面绕轴线发生相对转动（图 7 − 2 ）。杆件的这种变形称为扭转变形。
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7.1 扭转的概念和外力偶矩的计算
• 工程中把以扭转变形为主要变形的杆件称为轴，工程中大多数轴在传 动中除有扭转变形外，还伴随有其他形式的变形。本章只研究等截面 圆轴的扭转问题。
• 根据观察到的这些现象，我们推断，圆轴扭转前的各个横截面在扭转 后仍为互相平行的平面，只是相对地转过了一个角度。这就是扭转时 的平面假设。
• 根据平面假设，可得两点结论： • （ 1 ）圆轴横截面变形前为平面，变形后仍为平面，其大小和形状不
变，由此导出横截面上沿半径方向无切应力；又由于相邻截面的间距 不变，所以横截面上没有正应力。 • （ 2 ）由于相邻截面相对地转过了一个角度，即横截面间发生了旋转 式的相对错动，纵向线倾斜了同一角度 γ ，出现了切应变，故横截面 上必然有垂直半径方向的切应力存在。
• 7.1.2 外力偶矩的计算
• 为了求出圆轴扭转时截面上的内力，必须先计算出轴上的外力偶矩。 在工程计算中，作用在轴上的外力偶矩的大小往往不是直接给出的， 通常是给出轴所传递的功率和轴的转速。
• 第 4 章已述功率、转速和力偶矩之间存在如下关系： • M= 9550P/n（ 7 − 1 ）
《工程力学(第2版)》电子教案 第六章
K点(即单元体)也应该是平衡的。根据剪切概念可以知道， 单元体右侧面和左侧面上的切应力是相等的，因而都用τ来
表示。 这两个面上的切应力的合力形成了一个力偶，故上、下两侧
面上必定存在方向相反的切应力τ´存在(图6-8)并形成又一 力偶，使正六面体维持平衡。由ΣM=0得
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6.3 剪切虎克定律 切应力互等定律
(τdy·dz)·dx= (τ´dy·dx)·dz
得
τ=τ´
(6.6)
为了明确切应力的作用方向，对其作如下号规定：使单元体 产生顺时针方向转动趋势的切应力为正，反之为负。则式 (6.6)应改写为
τ=-τ´
(6.7)
式(6.7)表明，单元体互相垂直两个平面上的切应力必定是同 时成对存在，且大小相等，方向都垂直指向或背离两个平面 的交线。这一关系称为切应力互等定理。
成正比(图6-7)。这就是材料的剪切胡克定律
τ=Gγ
(6.5)
式(6.5)中，比例常数G与材料有关，称为材料的切变模量，是 表示材料抵抗剪切变形能力的物理量，它的单位与应力的单 位相同，常用GPa，其数值可由实验测得。一般钢材的G约为 80GPa，铸铁约为45GPa。
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6.3 剪切虎克定律 切应力互等定律
下面以铆钉联接(图6-3a)为例进行分析。钢板受外力F作用后
又将力传递到铆钉上，而使铆钉的右上侧面和左下侧面受力
(图6-3b)。这时，铆钉的上、下两半部分将沿着m—n截面发
生相对错动(图6-3c)。当外力足够大时，将会使铆钉剪断。
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6.1 剪切与挤压概念
由铆钉受剪的实例分析可以看出剪切变形的受力特点是：作 用在构件两侧面上的外力的合力大小相等、方向相反、作用 线平行且相距很近。其变形特点是：介于两作用力之间的截 面，发生相对错动。这种变形称为剪切变形。
《工程力学》电子教案(1) 项目5工程力学专题分析
• 应用动静法求解刚体动力学问题时，常需先将刚体中各质点的惯性力 所组成的惯性力系进行简化，然后，将简化的惯性力系主矩、主矢和 外力建立平衡关系。
• 下面就刚体平动、定轴转动，求刚体上各质点惯性力系进行简化的结 果。
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任务5. 1动静法在工程上的应用
• 回转件的平衡分为静平衡和动平衡两种。对于盘型零件，由于其厚 度远小于径向尺寸，只须采用静平衡即可消除动反力(如齿轮，带轮， 飞轮等的静平衡)。静平衡的基本原理是在盘型件偏心距相反方向加 配重，或沿偏心方向挖取部分质量。静平衡可在静平衡机上进行。
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任务5. 1动静法在工程上的应用
• 5.1.2质点与质点系运动惯性力分析
• 1.质点的达明贝尔原理 • 如图5一5所示，质量为m的质点受主动力F和约束力N的作用，设F与
N的合力为R，质点的加速度为a，则有
• 假想在质点M上施加惯性力Q=-ma，则Q与R必等值、反向、共线， 即F, N, Q构成平衡，如图5一5所示，它们的合力为零。
• 1.平动刚体 • 刚体平动时，其中各质点的加速度相同并均等于质心加速度，因而各
质点的惯性力QK组成一个同向平行力系。以a表示刚体的平动加速度， 则
• 此惯性力系是由大小与质点质量成正比的平行力系组成，与重力所组 成的平行力系具有相同的性质，平行的惯性力系合力Qc.应通过刚体 质心C。即
• 式中，M为刚体质量。所以刚体平动时，其惯性力系可简化为一个通 过质心的合力，此合力的方向与加速度相反，其值等于刚体质量与加 速度的乘积。
• 5. 1. 4轴承动反力分析简介
• 高速回转件的转轴都要求垂直对称平面并通过质心。在转动时，惯性 力Q就等于零。但实际上，由于材料的不均匀，会产生回转件的质量 中心与几何中心不重合，而制造安全等原因，会最终导致回转件质心 偏离转轴，简称偏心。
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21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
Thank you
பைடு நூலகம்
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿