2.2 剪切、扭转、弯曲变形分析（教案）-《机械基础》同步精品课堂（高教版·第2版）

《机械基础》教案 详 细 教 案 一、设计摘要 课程课题 任务2.2 剪切、扭转、弯曲变形分析 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 学生需要更多的实践和实例来加深对这些基本概念的理解，并提高解决实际问题的能力。教师应设计更多与现实世界应用相关的练习，以增强学生的兴趣和理解。 背景分析 在机械基础引言课程中，我们首先探讨了机械工程的重要性及其在现代社会中的应用。机械工程是工程学科的基石之一，它涉及到设计、分析、制造和维护各种机械系统和产品。随着科技的不断进步，机械工程领域也在不断扩展，涵盖了从传统的汽车、飞机制造到现代的机器人技术、纳米技术等多个方向。 本课程旨在为学生提供一个坚实的理论基础，使他们能够理解机械系统的工作原理，并具备分析和设计机械组件的能力。通过学习机械基础，学生将掌握机械设计、材料选择、机构分析和机械制造等方面的知识，为未来的工程实践打下坚实的基础。此外，课程还将强调创新思维和解决复杂工程问题的能力，以适应不断变化的工业需求和技术挑战。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 结合机械基础课程内容特点，认识到加入工匠精神、职业道德、节能减排是当下亟需解决的问题，培养学生关注国家时事，让自己成为国家栋梁之材。 理解连接件的剪切与挤压、圆轴扭转、直梁弯曲的概念。 会判断直杆的变形形式。 了解圆轴扭转时横截面上切应力、纯弯曲时横截面上正应力的分布规律 学习任务 描述 理解连接件的剪切与挤压、圆轴扭转、直梁弯曲的概念。 会判断直杆的变形形式。 了解圆轴扭转时横截面上切应力、纯弯曲时横截面上正应力的分布规律 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 理解连接件的剪切与挤压、圆轴扭转、直梁弯曲的概念。 教学难点 会判断直杆的变形形式。 了解圆轴扭转时横截面上切应力、纯弯曲时横截面上正应力的分布规律 教学难点突破方法 对于复杂的概念，使用图解、动画或实物模型来帮助学生直观理解。例如，通过3D模型展示复杂机构的运动方式。鼓励学生提问和讨论，通过小组讨论或辩论的形式，让学生积极参与，共同解决问题。提供额外的学习材料，如阅读材料、视频讲座、在线课程等，供学生课后复习和深入学习。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、 自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：车世明，2024年4月第2版；高等教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 图所示为一双桨电动搅拌器，搅拌桨与搅拌轴用平键连接，由电动机(经减速机构) 节动旋转，对液体进行混合搅拌。试分析工作状态下搅拌轴、搅拌桨和平键的受力，并指出它的变形形式。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入] （3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） [探索新知] （2分钟） 一 、剪切与挤压的概念 1.剪切 (1)剪切的概念用剪板机剪钢板(图2-16)时，在上下刀刃剪切力F 的作用下，钢板 在两力间的截面m—n 处发生相对错动，产生剪切变形，直至沿截面 m—n 被剪断。剪切变形的受力特点是作用在构件某一截面两侧的 外力的合力大小相等、方向相反、作用线平行且相距很近。变形特点 是截面沿外力作用方向产生相对错动。产生相对错动的截面(如m— n) 称为剪切面，它位于两外力作用线之间，且平行于外力作用线。 类似的例子还有钢筋剪切机。 (2)切应力与剪切强度如图2-19c所示，在剪切面m—n上必存 在一个大小等于外力F 而方向与其相反的内力，称为剪力，用F,表示。 2.挤压 (1)挤压的概念 零件发生剪切变形的同时往往伴随着挤压变形。在外力作用下，连接 件和被连接件接触面相互压紧的现象称为挤压。接触并产生挤压的面称为挤压面。作用于挤 压面上的力称为挤压力，用F,表示。图2-17所示的键连接中，键在左侧上半部分与轮毂键槽 接触并相互挤压，右侧下半部分与轴键槽同样也产生挤压，如挤压力过大，接触面会出现局部 变形或压溃等现象；如图2-19所示，用铆钉连接的钢板，钢板上的铆钉孔如压力过大，易出现 被挤压成长圆孔的情况，铆钉也可能被压成扁圆柱形。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） [学习新知] （14分钟） 二、圆轴扭转 1.圆轴扭转的概念 机械装置中的轴类零件大都承受扭转的作用。如图2-21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。圆轴扭转的受力特点：杆件的两端作用两个大小相等、方向相反且作用面垂直于杆件 轴线的力偶。变形特点：各截面绕杆件轴线发生相对转动。 工程实际中，汽车方向盘下的转向轴(图2-22)、电动机主轴(图2-23)、钻头(图2-24) 等都是受扭构件。 主要讲解圆轴扭转。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT 的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 2. 圆轴扭转时的应力分布 (1)圆轴扭转时的内力图2-25所示为受一对外力偶作用的圆轴，假想用截面m—m 将 其切开，则横截面上必有一内力偶矩M- 与外力偶平衡，圆轴扭转时横截面上的内力是一个力 偶矩，称为转矩，用M- 表示。 (2)圆轴扭转变形 为观察变形规律，取一等直径圆轴，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，如图2-26a 所 示 。 施加外力偶M, 使圆轴扭转。可以观察到：圆周线的形状、大小及两圆周线的间距均不变， 仅绕轴线作相对转动；各纵向线仍为直线，且都倾斜了同一角度y,使原来的矩形变成平行四边形，如图2-26b所示。 (3)圆轴扭转时的应力分布由以上现象可以得出： 1)由于圆轴相邻横截面间距不变，即没有纵向变形，所以横截面上没有正应力。 2)由于相邻的横截面绕轴线转动角度不同，截面之间有相互错动，属于剪切变形，所以横 截面上有切应力。 3)圆轴截面上的半径仍为直线且长度不变，故切应力 方向必与半径垂直。 教师根据圆轴扭转时的应力分布讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握工序等主要流程的内容 突破了课程内容难点。 三 、直梁弯曲 1.弯曲的概念 弯曲变形在工程中是最常见的一种变形。如图2-28所示桥式起重机的横梁，在自重和起 吊重物载荷F 的作用下产生弯曲变形。图2-29所示车床刀架上的车刀，在切削力F 的作用下 也会弯曲。弯曲变形的受力特点：外力作用在过杆轴线的平面内且作用线垂直于杆的轴线。变 形特点：杆的轴线由直线变成曲线。通常将只发生弯曲变形(或以弯曲变形为主)的杆件称 为梁。 2.纯弯曲时的应力分布 教师讲解直梁弯曲，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结剪切与挤压的概念。 2）、每组派出代表回答老师提问。 4）、学生分组相互评价。 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） （引入思政教育：认认真真、严谨细致的工作态度、团队合作精神） 在教授剪切、扭转和弯曲变形分析课程时，重点是帮助学生理解这三种基本变形模式的力学原理和工程应用。课程通常从剪切变形开始，强调剪切应力和应变的关系，以及如何计算剪切力。接着，扭转部分讲解圆杆扭转时的应力分布和扭转角的计算，强调极惯性矩的重要性。最后，弯曲分析部分则侧重于梁的内力、应力和挠度的计算，以及如何通过设计提高结构的抗弯性能。课程设计包括理论讲解、实例分析和实验室实践，以增强学生的理论理解和实际操作能力。挑战在于将抽象的力学概念与具体的工程问题相结合，使学生能够独立分析和解决实际结构的变形问题。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作 业（13分钟） [完成作业] （13分钟） 1.简述剪切变形的基本概念。 2.如何计算圆轴在扭转时的扭转角？ 3.描述梁在弯曲时挠曲线的形状。 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在教授剪切、扭转和弯曲变形分析的过程中，我发现学生对直观的图形和实例反应良好，但对抽象的公式和理论理解较慢。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 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 $$