专题三 连接件的剪切与挤压（课件）-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 《机械基础》（高教版） 专题复习讲练测 1 01. 考纲解读 02. 知识点梳理 03. 考题讲解 04. 课内练习 05. 归纳小结 目录 CONTENTS 一.考纲解读 常见考点： 剪切力的定义和特性，以及其在生产实践中的应用； 切应力的概念、计算方法及其对材料性能的影响； 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 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。 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。 一.考纲解读 1.对剪切力、切应力的定义及其计算方法，圆轴扭转时的变形特点和应力分布，以及直梁在弯曲时的应力分布规律的理解和描述能力。 2.能进行基本的力学计算和分析。 3.能够解决具体的工程问题，如通过调整材料性质、构件尺寸或设计方案来改善连接件的性能，例如提升圆轴的抗扭能力或直梁的抗弯能力。 考试要求 考试要求： 易考题型： 一.考纲解读 计算题 计算剪切力、切应力等参数，或者评估某个构件在特定工作条件下的强度要求 简答题 解释剪切力和切应力的概念，或描述直梁在弯曲时的应力分布规律 分析题 以具体的工程案例或问题情境为背景，要求学生分析并提出解决方案 知识点思维导图 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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。 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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 强度条件为 (2-13) 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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。 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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。 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 重点概念复习： 二.知识点梳理和重点概念复习 1当学习机械基础中连接件的剪切与挤压时，关键点包括理解剪切的概念，即相对滑动表面上的力作用，以及剪力和剪应力的测量，描述了力量大小及其分布情况。 2.而在学习圆轴扭转时，重点则在于理解轴线上由于扭转而产生的变形及应力分布，以及选择材料以提高抗扭能力并避免超过材料的扭转极限形变。 1.剪切力的作用对象是？ A. 静止的物体 B. 悬吊的物体 C. 相对运动的物体 D. 重力作用下的物体 答案：C 解析：剪切力是两个相对运动的表面之间的力，它们相对方向平行，力的作用效果是使物体相对滑动或变形。 三.常考习题练习与讲解 选择题 2.在圆轴扭转时，应力分布最大的区域位于哪里？ A. 圆轴的表面 B. 圆轴的中心 C. 圆轴的直径处 D. 圆轴的端部 答案：A 解析：在圆轴扭转时，由于圆轴表面到中心的距离增大，所以应力在圆轴表面最大。 三.常考习题练习与讲解 选择题 3.以下哪项措施可以提高直梁的抗弯能力？ A. 增加梁的长度 B. 减小梁的截面积 C. 使用高强度材料 D. 增加梁的横截面尺寸 答案：C 解析：使用高强度材料可以有效提高直梁的抗弯能力，因为材料的强度直接影响到梁在弯曲时的应力承受能力。 三.常考习题练习与讲解 选择题 4.剪应力的计算公式是？ A. (\tau = \frac{F}{A}) B. (\tau = \frac{F}{V}) C. (\tau = \frac{M}{I}) D. (\tau = \frac{F}{d}) 答案：A 解析：剪应力（(\tau)）的公式是剪力（F）与剪切面积（A）的比值，即 (\tau = \frac{F}{A})。 三.常考习题练习与讲解 选择题 5.在圆轴扭转时，强度条件通常是指？ A. 最大弯曲应力 B. 最大剪切应力 C. 最大扭矩 D. 最大应变 答案：B 解析：在圆轴扭转时，强度条件通常涉及到圆轴的最大剪切应力，这是评估圆轴在扭转时的强度是否足够的重要指标。 三.常考习题练习与讲解 选择题 6.下列哪种情况会增大直梁的弯曲应力？ A. 减小荷载作用点距离支点的距离 B. 增大梁的截面积 C. 减小梁的长度 D. 减小材料的弹性模量 答案：C 解析：直梁的弯曲应力与梁的长度成正比，因此减小梁的长度会增大其弯曲应力 三.常考习题练习与讲解 选择题 7.在剪切连接中，为什么要控制预紧力？ A. 防止连接松动 B. 提高连接件的承载能力 C. 减小连接件的材料消耗 D. 减小连接件的加工成本 答案：A 解析：控制预紧力可以有效防止剪切连接中连接松动，确保连接件的安全性和可靠性。 三.常考习题练习与讲解 选择题 8.圆轴扭转时产生的最大剪应力发生在哪个位置？ A. 圆轴的表面 B. 圆轴的中心 C. 圆轴的轴线 D. 圆轴的周边 答案：A 解析：圆轴扭转时，最大剪应力发生在圆轴的表面，这是由于表面上单位面积内的扭转应力最大。 三.常考习题练习与讲解 选择题 9.剪力的单位是？ A. 牛顿（N） B. 米（m） C. 牛顿/米（N/m） D. 牛顿·米（N·m） 答案：A 解析：剪力的单位是牛顿（N），表示力的大小。 三.常考习题练习与讲解 选择题 10.直梁在弯曲过程中，最大的应力发生在梁的哪个部位？ A. 梁的中心 B. 梁的支点处 C. 梁的中间位置 D. 梁的表面 答案：D 解析：直梁在弯曲时，最大的应力通常发生在梁的表面，这是由于表面处的纤维拉伸应力最大。 三.常考习题练习与讲解 选择题 1.剪切力是指作用在物体上，与物体接触面______的力，它使物体产生______。 答案：垂直；剪切变形。 解析：剪切力的作用方向垂直于物体的接触面，导致物体沿力的方向产生剪切变形，即物体形状的变化。 2.切应力是描述材料在剪切作用下单位面积上承受的内力，其计算公式______。 答案：𝜏=𝐹𝐴τ=AF​。 解析：切应力 𝜏τ 是剪切力 𝐹F 与受力面积 𝐴A 的比值，用来衡量材料单位面积上受到的剪切作用。 三.常考习题练习与讲解 填空题 3.在生产实践中，剪切与挤压常用于金属材料的______，例如在金属加工中的______。 答案：成形；冲压工艺。 解析：剪切与挤压在金属成形加工中非常重要，如冲压工艺，通过剪切和挤压改变金属的形状 4.圆轴扭转时，其横截面上的应力分布是______,最大应力出现在横截的______。 答案：非均匀分布；外缘。 解析：圆轴扭转时，横截面上的应力从中心到外缘逐渐增大，最大应力出现在横截面的外缘。 三.常考习题练习与讲解 填空题 5.圆轴扭转时的强度条件是保证最大切应力不超过材料的______，以避免轴的______。 答案：许用切应力；破坏。解析：为了保证圆轴在扭转时不发生破坏，需要控制最大切应力不超过材料的许用切应力。 6. 提高直梁抗弯能力的措施包括使用______材料，增加梁的______，以及优化梁的______。 答案：高强度；截面尺寸；截面形状。 解析：使用高强度材料可以提高梁的承载能力；增加梁的截面尺寸可以提高其抗弯截面模数；优化截面形状可以更有效地利用材料，提高梁的抗弯性能。 三.常考习题练习与讲解 填空题 1.剪切力总是垂直于物体的接触面。（对/错） 答案：对。 解析：剪切力的作用方向垂直于物体的接触面，这是剪切力的一个基本特征。 2.力的方向发生形变。（对/错） 答案：错。 解析：剪切变形是指物体在剪切力作用下平行于力的方向发生形变，而不是沿力的方向。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.剪切与挤压在生产实践中主要用于改变材料的形状，而不用于连接材料。（对/错） 答案：错。 解析：剪切与挤压不仅用于改变材料的形状，如金属成形，也用于材料的连接，如焊接前的准备工序。 4.圆轴扭转时，最大切应力出现在横截面的中心。（对/错） 答案：错。 解析：圆轴扭转时，最大切应力出现在横截面的外缘，因为那里距离扭转中心最远。 三.常考习题练习与讲解 判断题 5.圆轴扭转时的强度条件是保证最大拉应力不超过材料的许用拉应力。（对/错） 答案：错。 解析：圆轴扭转时的强度条件是保证最大切应力不超过材料的许用切应力，而不是拉应力。 6.直梁的弯曲强度条件是保证最大压应力不超过材料的许用压应力。（对/错） 答案：错。 解析：直梁的弯曲强度条件是保证最大弯曲应力（通常是拉应力或压应力）不超过材料的许用弯曲应力。 三.常考习题练习与讲解 判断题 7.增加梁的截面尺寸可以提高其抗弯能力，但不会改变其截面惯性矩。（对/错） 答案：错。 解析：增加梁的截面尺寸不仅可以提高其抗弯能力，同时也会增加其截面惯性矩，这是衡量梁抗弯性能的一个重要参数。 8.工程中提高抗扭能力的措施只包括使用高强度材料。（对/错） 答案：错。 解析：工程中提高抗扭能力的措施不仅包括使用高强度材料，还包括优化轴的直径和形状，以及采用合适的支撑方式等。 三.常考习题练习与讲解 判断题 1.什么是剪切力？ 答案： 剪切力是指作用在物体上，与物体接触面垂直的力，它使物体产生剪切变形。解析： 剪切力作用于物体时，会引起物体形状的变化，但体积保持不变。它是工程力学中常见的力之一。 2. 什么是切应力？ 答案： 切应力是描述材料在剪切作用下，单位面积上承受的内力。 解析： 切应力的计算公式是 𝜏=𝐹𝐴τ=AF​，其中 𝐹F 是剪切力，𝐴A 是受力面积。 四.课内练习与讲解 3. 剪切与挤压在生产实践中有哪些应用？ 答案： 剪切与挤压在生产实践中应用于金属成形、冲压工艺、材料的连接等。 解析： 这些工艺包括金属板材的切割、型材的挤压成形、以及通过焊接等方法连接金属部件。 4. 圆轴扭转时的变形特点是什么？ 答案： 圆轴扭转时，其横截面会发生相对转动，但相邻截面之间没有相对滑动。 解析： 圆轴扭转是一种特殊的变形，它涉及到材料内部的剪切变形，但整个轴体保持连续性。 四.课内练习与讲解 5. 圆轴扭转时的应力分布有什么特点？ 答案： 圆轴扭转时，横截面上的应力分布是非均匀的，最大应力出现在横截面的外缘。 解析： 这是因为离圆心越远的点，其半径越大，根据极惯性矩的表达式，切应力也越大。 6. 什么是圆轴扭转时的强度条件？ 答案： 圆轴扭转时的强度条件是保证最大切应力不超过材料的许用切应力。 解析： 这是为了避免材料在扭转过程中发生破坏，确保结构的安全性和可靠性。 四.课内练习与讲解 7.如何提高圆轴的抗扭能力？ 答案： 提高圆轴的抗扭能力可以通过选用高强度材料、增大直径或优化截面形状等措施。 解析： 这些措施可以提高圆轴的抗扭截面模数，从而增强其承受扭转力的能力。 8. 直梁的弯曲变形是如何产生的？ 答案： 直梁的弯曲变形是在受到弯矩作用时，梁的轴线形状发生改变。 解析： 弯曲变形是梁受到垂直于轴线方向的力作用时产生的，这种力通常称为弯矩。 四.课内练习与讲解 9.直梁的弯曲强度条件是什么？ 答案： 直梁的弯曲强度条件是保证最大弯曲应力不超过材料的许用弯曲应力。 解析： 这是为了避免梁在弯曲过程中发生断裂或过度变形，确保结构的稳定性。 10. 如何提高直梁的抗弯能力？ 答案： 提高直梁的抗弯能力可以通过使用高强度材料、增加梁的截面尺寸或优化截面形状等措施。 解析： 这些措施可以提高梁的抗弯截面模数和惯性矩，从而增强其承受弯矩的能力。 四.课内练习与讲解 11.组合变形是什么？它在工程中有哪些应用？ 答案： 组合变形是指构件同时受到多种类型的力作用，如同时受到弯矩、剪力和扭矩等。 解析： 组合变形在工程中非常常见，如桥梁、机械臂等结构在工作时可能同时受到多种力的作用。 12. 在工程中，如何提高构件的抗弯和抗扭能力？ 答案： 在工程中，可以通过使用高强度材料、优化构件的截面形状和尺寸、增加支撑点等措施来提高构件的抗弯和抗扭能力。 解析： 这些措施可以提高构件的刚度和强度，使其能够承受更大的力和更复杂的受力情况。 四.课内练习与讲解 五.课程小结 在本节课中，我们了解了数控铣床和加工中心的输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置以及机床本体的结构。我们深入掌握了数控铣床和加工中心的工作原理、分类及特点，包括其自动化程度、加工精度、加工效率等方面。通过学习这些知识点，我们可以更好地理解数控铣床和加工中心的运行原理和特点，为日后的实际应用提供基础。 本节课我们深入探讨了机械基础中连接件在剪切与挤压过程中的重要概念和计算方法。我们学习了剪切力与剪切应力的关系，圆轴扭转时的应力分布特征，以及直梁弯曲时的应力计算公式。同时，我们强调了预紧力在剪切连接中的作用，以及力作为矢量量的基本性质——大小和方向。这些知识不仅有助于我们理解连接件的力学行为，也为解决实际工程问题提供了重要的分析工具 五.课程小结 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。 感谢观看 $$