专题三 连接件的剪切与挤压（教案）-四川省职教高考《机械基础》（高教版）专题复习讲练测

专题三 连接件的剪切与挤压（教案）-《机械基础》（高教版）-专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 剪切力的定义和特性，以及其在生产实践中的应用； 2. 切应力的概念、计算方法及其对材料性能的影响； 3. 圆轴在扭转时的变形特点和应力分布，尤其是在轴的表面的影响 4. 圆轴扭转时的强度条件，包括材料需要具备的剪切强度和提高抗扭能力的措施。 5. 直梁在弯曲时的应力分布，最大应力位置以及提高抗弯能力的有效措施。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一 、剪切 1.剪切的概念 如图2-22a所示，用剪板机剪钢板时在上、下刀刃剪切力F 的作用下，迫使钢 板在两个剪切力间的横截面m—n 处发生相对错动，产生剪切变形，直至沿横截面 m—n 被剪断。剪切的受力特点是外力大小相等、方向相反、作用线平行且相距很 近。剪切的变形特点是横截面沿外力方向产生相对错动。 2.剪力和切应力 如图2-22b 所示，钢板在外力作用下发生剪切变形，在零件内部产生一个抵抗 变形的力，称为剪力。根据截面法可求出该横截面的内力——剪力，剪力大小与外 力相等且与该受力横截面相切。剪力的单位是N或 kN。剪力常用F 。表示。切应力r 表示沿剪切面上应力分布的程度，即单 位面积上所受到的剪力。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以确定，所以工程 中 一 般近似认为：剪切面上的应力是均匀分布的，其方向与剪力相同，即 切应力的单位是Pa 或 MPa。 为了保证构件安全可靠地工作，要求剪切时的 二 、挤压 1. 挤压的概念 在零件发生剪切变形的同时往往伴随着挤压变形。挤压是两构件在传力的接触 面上局部承受较大的挤压力，出现塑性变形或压溃的现象。在图2-23所示的键连接中，键的左侧上半部分与轮毂键槽接触并相互挤压， 键的右侧下半部分与轴上键槽接触压紧。 如果互相挤压的材料不同，强度低的材料更容易被破坏。由于剪切与挤压相伴 而生，所以工程结构中既要考虑剪切强度，又要注意挤压强度。 2.挤压应力 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，即 在圆柱表面上，挤压应力并非均匀分布(图2-25)。因此，在工程实际中采用 近似计算，即认为作用于圆柱表面上的应力在其直径的矩形投影面上是均匀分布的， 即用直径横截面代替挤压面，则 Ap=Hd 式中：H—— 受力高度。 三 、剪切与挤压在生产实践中的应用 工程中，常用作连接的螺栓、键、销、铆钉等标准件，它们受到的剪力和挤压 力较复杂，变形也复杂。因此，在设计时常采用实用计算法，即假定剪力、挤压力 是均匀分布的，利用抗剪强度、挤压强度计算公式进行强度校核、设计横截面尺寸 及确定许用载荷。有时，为了使机器中的关键零件在超载时不致损坏，把机器中某 个次要零件设计成机器中最薄弱的环节，机器超载时这个次要零件先被破坏，从而 保护机器中的重要零件。 四 、圆轴扭转的变形与应力分布 1.扭转的概念 机械装置中的轴类零件大都承受扭转的作用。如图2-26所示的载重汽车传动 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。扭转的受力特点是构件受到大小相等、方向相反、 作用面垂直于轴线的力偶作用，变形特点是横截面之间绕轴线发生相对转动。 在工程实际中，汽车方向盘下的转向轴(图2-27)、丝锥、钻头、车床卡盘的 拧紧扳手、车床的光杠、机器的传动轴(图2-28)等都是受扭构件。 2.圆轴扭转外力偶矩 式中：P——圆轴传递的功率，kW; n——圆轴的转速，r/min; M—— 作用在圆轴上的外力偶矩，N·m。 3.圆轴扭转变形 为观察变形规律，取一等直径圆轴模型，如图2-29所示，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。对其施加扭转作 用，产生下列变形现象： ① 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。 根据变形现象可以得出圆轴扭转变形的平面假设：圆轴在扭转变形时，各横截 面仍为垂直于轴线的平面，只是绕轴线做相对转动，圆轴横截面上的半径仍为直线， 且其长度不变。因此，在横截面上没有正应力，只有垂直于半径的切应力。 [真题练讲] 1.(2019年四川省统一考试)在力学中，什么是“应力”？ A) 物体受到的外部力 B) 物体内部单位面积上所受的力 C) 物体的质量与其体积的比值 D) 物体的速度与加速度的乘积 答案：B) 物体内部单位面积上所受的力。 解析：应力是描述物体内部单位面积上所受的力，它反映了物体内部各部分之间相互作用的强度。 2.(2016年江苏省统一考试)以下哪种材料更适合承受剪切力？ A) 橡胶 B) 玻璃 C) 钢铁 D) 木材 答案：C) 钢铁。 解析：钢铁由于其高强度和高硬度，更适合承受剪切力。橡胶和木材相对柔软，玻璃虽然硬度高但脆性大，不适合承受剪切力。 3.(2021年四川省统一考试)在梁的弯曲过程中，中性轴是指什么？ A) 梁上应力最大的点所在的轴 B) 梁上既不受拉也不受压的点所在的轴 C) 梁的几何中心轴 D) 梁上弯矩最大的点所在的轴 答案：B) 梁上既不受拉也不受压的点所在的轴。 解析：在梁的弯曲过程中，中性轴是指梁上那些既不受拉力也不受压力的点所在的轴线。在中性轴上，弯曲应力为零。 4.(2023年吉林省统一考试)预紧螺栓连接中，预紧力的主要作用是什么？ A) 提高螺栓的抗拉强度 B) 防止螺栓在工作中松动 C) 增加螺栓连接的刚度 D) 减小螺栓连接的摩擦系数 答案：B) 防止螺栓在工作中松动。 解析：预紧螺栓连接中的预紧力主要是为了防止螺栓在工作中因振动或其他外力作用而松动。适当的预紧力可以保证螺栓连接的稳定性和可靠性。 5.(2023年四川省统一考试)在力学分析中，“弯矩”是指什么？ A) 物体受到的弯曲力的大小 B) 物体在弯曲时产生的内部应力 C) 物体在弯曲时受到的外部力矩 D) 物体在弯曲时产生的变形量 答案：C) 物体在弯曲时受到的外部力矩。 解析：弯矩是力学分析中的一个重要概念，它描述了物体在弯曲时受到的外部力矩。弯矩的大小和方向决定了物体弯曲的程度和方向。 答案：A 解析：在平面力系的平衡方程中，如果物体保持静止，合力的合力点应在作用在物体上的一个点。 [限时练讲] 1.剪切力是指什么？ A) 垂直于表面的力。 B) 平行于表面的力。 C) 导致旋转的力。 D) 导致压缩的力。 答案：B) 平行于表面的力。 **解析：**剪切力是作用在两个相对运动表面上的力，是沿着接触面的平行力。它会导致表面上的相对滑动或剪切。 2.在圆轴扭转时，为什么最大的剪应力会出现在表面？ A) 因为轴内部摩擦力。 B) 因为表面不规则。 C) 表面距离轴心最远，导致应力较大。 D) 材料表面强度较弱。 答案：C) 表面距离轴心最远，导致应力较大。 **解析：**最大剪应力发生在物体截面的外表面，因为这些点离开轴的中心最远，根据剪切应力公式可知剪应力随表面距离增大而增大。 3.在梁的弯曲中，最大的弯曲应力通常出现在哪里？ A) 在截面的重心处。 B) 在中性轴处。 C) 在顶面和底面处。 D) 在中跨点处。 答案：C) 在顶面和底面处。 **解析：**在梁的弯曲中，最大弯曲应力通常出现在梁截面的顶面和底面，而不是在中性轴处，因为离开中性轴越远，应力越大。 4.预紧力在剪切连接中的作用是什么？ A) 防止连接的弯曲。 B) 增加连接的横截面积。 C) 防止外力下的相对滑动。 D) 增加连接的剪切模量。 答案：C) 防止外力下的相对滑动。 **解析：**预紧力的作用是防止连接件在外力作用下发生相对滑动，增加连接的稳定性和可靠性。 5.以下哪项是力的基本属性？ A) 强度和方向。 B) 形状和大小。 C) 密度和速度。 D) 体积和面积。 答案：A) 强度和方向。 **解析：**力的基本属性包括它的大小（强度）和方向，这些属性都需要考虑在内进行力学分析。 6.在圆轴扭转中，公式 (\tau = \frac{Tr}{J}) 表示什么？ A) 圆轴内的剪切应力分布。 B) 圆轴内的轴向应力分布。 C) 圆轴中的最大弯曲应力。 D) 圆轴内的内部摩擦应力。 答案：A) 圆轴内的剪切应力分布。 **解析：**这个公式描述了圆轴内部的剪切应力如何随着半径变化而分布，有助于理解扭转时应力的特性。 7.剪切应力与正应力有何不同？ A) 正应力取决于材料的密度。 B) 剪切应力作用于材料表面的垂直方向。 C) 剪切应力由平行于材料表面的力产生。 D) 正应力仅适用于延展材料。 答案：C) 剪切应力由平行于材料表面的力产生。 **解析：**剪切应力是由平行于材料表面并导致相对滑动的力引起的，与正应力（垂直于表面）有着不同的作用方式。 8.什么是剪切力？ 答案：剪切力是指在两个相对运动的表面之间作用的力。它会导致这些表面沿着其接触面滑动或剪切。 9.圆轴扭转时为什么最大的剪应力出现在表面？ 答案：圆轴扭转时，由于圆轴表面离轴心的距离最大，根据剪切应力公式 ，可知剪应力与表面距离成正比，因此最大剪应力出现在表面。 10.直梁在弯曲时为什么会产生最大的弯曲应力？ 答案：直梁在弯曲时，由于梁的顶面和底面在拉伸和压缩状态下，距离中性轴最远，因此这些表面上的应力最大，根据弯曲应力公式 ，可知最大弯曲应力发生在这些表面。 11.预紧力在剪切连接中的作用是什么？ 答案：预紧力可以确保连接件在受到外力作用时不会发生相对滑动，从而保证连接的安全性和可靠性。它通过增加接触面间的压力来防止剪切力引起的滑动。 12.力的基本性质是什么？ 答案：力是一种矢量量，具有大小和方向。这意味着力不仅能量化地描述物体所受的作用，还指示了作用力的施加方向，这对于力学分析和结构设计至关重要。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.剪切力的理解：剪切力是平行于接触面并作用于两个相对运动的表面之间的力。它对连接件的剪切强度有重要影响，尤其是对那些依靠表面接触来传递力的连接。 2.圆轴扭转应力集中：当圆轴受到扭矩作用时，应力并不会均匀分布。最大剪切应力出现在圆轴的表面，这强调了理解应力分布对于设计和优化机械结构的重要性。 3.直梁弯曲应力：直梁弯曲时，最大应力通常出现在梁的顶面和底面，而不是中心平面。这个知识对于评估和设计承受弯曲载荷的梁和结构至关重要。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$