模块7 单元1 材料的力学性能（1）（课件）《机械基础》同步精品课堂（苏教版）

《机械基础》（苏教版） 同步精品课程——中职专业课 模块七 金属材料及热处理 模块介绍 材料是机械的物质基础。现代材料种类繁多，在机械工程上常用的材料有：钢铁材料、有色金属和非金属材料。各种材料的性能不同(特别是力学性能),用途也不同。因此，为了正确地选择和使用材料，必须掌握和了解材料的分类、牌号、性能、应用范围及热处理等有关知识。 模块介绍 同步精品课程——中职专业课 模块七 金属材料及热处理 单元1 材料的力学性能（1） 《机械基础》（苏教版） 知识目标 掌握力的基本概念、性质及力矩、力偶原理，理解约束类型与内力、应力概念 能力目标 能够绘制受力图，分析物体受力，计算力矩与力偶矩，运用力学性质解决平衡问题，并初步掌握截面法求内力。 情感目标 激发学生对机械工程领域的好奇心和探索欲，培养积极主动的学习态度。 在小组讨论和项目合作中，培养学生的团队协作能力和有效沟通技巧。 学习目标 同学们，大家平时坐过山车吗？有没有想过，为什么过山车的轨道和车厢能在高速运转和剧烈震动中依然坚固如初？如果换成木头或塑料，结果会怎样？ 导入情景 01 新知学习 02 一、力 1. 力和力系的基本概念 是物体对物体的作用，是使物体的运动状态发生变化，或使物体产生变形的物体间 的相互机械作用 力 三要素 力的大小、方向和作用点。 新知学习 02 一、力 1. 力和力系的基本概念 指作用于物体上的所有力，如果力系中的各力作用在 同一平面内，则称为平面力系。 平面力系按力的作用线是否相交于一点，可分为平面汇交力系和平面任意力系。 力系 表示形式 力是矢量，常用一个具有方向的线段来表示，线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，线 段的始或末表示力的作用点。 新知学习 02 一、力 2. 力的基本性质 两物体间相互作用的力总是同时存在，它们大小相等、方向相反，且沿同一直线分别作 用在两个物体上 作用力与反作用力 01 只受两个力作用而平衡的构件，称为二力构件(或二力杆),两个 力的方向必沿作用点的连线 二力平衡 02 新知学习 02 一、力 2. 力的基本性质 力是既有大小又有方向的矢量。作用于物体某一点的两个力的合力，必作用于同一点 上，其大小及方向可由这两个力所构成的平行四边形的对角线来表示 力的平行四边形法则 03 作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内的任一点 力的可传性 04 考一考 当你在地上推一个箱子时，箱子对你也有一个反作用力，这两个力的大小和方向有什么关系？它们会相互抵消吗？为什么？ 如果一个物体受到两个力的作用而保持静止或匀速直线运动状态，这两个力需要满足什么条件？请举例说明。 想一想 力矩的大小与哪些因素有关？如何改变一个力对物体产生的力矩？ 力偶中的两个力能否合成一个力？为什么力偶只能用力偶来平衡？ 力矩总是相对于矩心而言的，矩心不同，力对物体的力矩也不同。 新知学习 02 一、力 3. 力矩和力偶 (1)力矩 力矩是力使物体转动效应的度量，以Mo(F) 表示力F 对 点O 的力矩，点O 称为矩心， 矩 心O 到力作用线的垂直距离h 称为力臂，则：Mo(F)=±F ·h, 力矩的单位是N·m。 力矩总是相对于矩心而言的，矩心不同，力对物体的力矩也不同。 力矩总是相对于矩心而言的，矩心不同，力对物体的力矩也不同。 新知学习 02 一、力 3. 力矩和力偶 (2)力偶 大小相等、方向相反且不共线的两个平行力组成的 力系，称为力偶，记作(F,F)。 力偶对物体的转动效应 称为力偶矩M。 两力作用线之间的垂直距离d 称为力 偶臂，则M=±F ·d, 如图7- 6所示。力偶矩的方向 规定：逆时针转向为正，顺时针转向为负。力偶矩的单位 是N·m 。 力偶中的两个力无合力，也不能和一个力平衡，力偶只能用力偶来平衡；力偶对其 作用面内任意点的矩恒为常数，且等于力偶矩，与矩心的位置无关。 力矩总是相对于矩心而言的，矩心不同，力对物体的力矩也不同。 新知学习 02 一、力 4. 约束和约束力 柔性约束 约束特点：只能承受拉力，不能承受压力 约束力方向：沿着绳索，背离物体 约束力 图示 光滑面约束 约束特点：不能限制物体沿接 触面切线方向运动，只 能限制物体沿接触面 公法线方向指向约束物体的方向的运动 约束力方向：沿接触面的公法线 方向，指向物体 约束力 图示 力矩总是相对于矩心而言的，矩心不同，力对物体的力矩也不同。 新知学习 02 一、力 4. 约束和约束力 中间铰链约束 约束特点：能限制物体沿圆柱销半径方向的移动，但不能限制其转动 约束力方向：作用在与销钉轴线 垂直的平面内，并通 过销轴中心，但方向 待定，常用通过铰链中心互相垂直的两个分力表示 约束力 图示 固定铰链支座 约束特点：同中间铰链 约束力方向：同中间铰链 约束力 图示 力矩总是相对于矩心而言的，矩心不同，力对物体的力矩也不同。 新知学习 02 一、力 4. 约束和约束力 可动铰链支座 约束特点：在不计摩擦力的情况下，能够限制被连接件沿着支承面法线方 向的上下运动 约束力方向：作用线通过铰链中 心，并垂直于支承面， 其方向随受载荷情况 不同指向或背离物体 约束力 图示 固定端约束 约束特点：不允许被约束物体 与约束之间发生任何 相对移动和转动 约束力方向：通过约束端的相互 垂直两个分力及一个 力矩链 约束力 图示 力矩总是相对于矩心而言的，矩心不同，力对物体的力矩也不同。 画受力图的步骤：(1)明确研究对象，画出分离体；(2)在分离体上画出全部主动 力；(3)在分离体上画出全部约束力。 小提示 例 1电动机梁如图7-7(a)所示，水平梁AB 用斜杆CD 支撑，A、C、D三处均为光滑 铰链连接。均质梁重W₁, 其上放置一重为W₂ 的电动机。不计杆CD 的自重，试分别画出 杆 CD 和梁AB (包括电动机)的受力图。 练一练 尺寸链是指在机器装配或零件加工过程中各相互连接的尺寸关联要素间所形成的封闭尺寸组。研究尺寸链有助于了解零件与零件之间、零件的各构成要素之间错综复杂的相互关系，有助于弄清尺寸间的变化规律，并合理控制各尺寸的极限偏差和公差值，从而更好地组织和开展生产。 新知学习 02 二 、内力、应力及材料的基本变形 杆件在外力作用下产生变形，其内部微粒会因位置改变而产生相互作用力以抵抗外 力，这种力称为内力。内力随外力增大而增大，但它的变化有一定限度，不能随外力的增加 而无限地增加。当外力增大到一定限度时，杆件就会发生破坏。 1. 内 力 尺寸链是指在机器装配或零件加工过程中各相互连接的尺寸关联要素间所形成的封闭尺寸组。研究尺寸链有助于了解零件与零件之间、零件的各构成要素之间错综复杂的相互关系，有助于弄清尺寸间的变化规律，并合理控制各尺寸的极限偏差和公差值，从而更好地组织和开展生产。 新知学习 02 二 、内力、应力及材料的基本变形 构件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。垂直于横截面上的应力，称为正应 力，用R 表示；平行于横截面的应力，称为切应力。 2. 应 力 问题思考 柔性约束、光滑面约束和铰链约束在限制物体运动方面有何不同？每种约束产生的约束力方向如何确定？ 当杆件受到外力作用时，如何计算其内部的内力？内力随外力的变化有何规律？ 机械手的控制系统可以（） A.按照输入的程序发出指令 B.接收传感器的反馈信息 C.使手部完成各种运动 D.以上都是 ______是描述物体受力状态的基本概念，包含所有作用于物体的力。 力矩反映力对物体转动的影响，与矩心位置相关。（） 二力平衡是刚体静力学的基本条件之一。（） 巩固练习——填一填、判一判 答案：力系、√、√ 机械手的控制系统可以（） A.按照输入的程序发出指令 B.接收传感器的反馈信息 C.使手部完成各种运动 D.以上都是 巩固练习——选一选 以下哪项是力偶的特点？ A. 力偶可以用一个力平衡 B. 力偶矩与矩心位置无关 C. 力偶无转动效应 D. 力偶臂为零 答案：B 课堂小结 03 本节课围绕材料的力学性能，使学生掌握了力的基本概念与性质、力矩与力偶原理，学会了绘制受力图及分析物体受力，突破了力矩计算等难点，提升了力学分析与解决能力。同时通过学习，激发学生对机械工程领域的好奇心和探索欲，培养积极主动的学习态度。在小组讨论和项目合作中，培养学生的团队协作能力和有效沟通技巧。 作业布置 04 一根长 2m 的均匀横梁 AB，A 端固定，B 端悬挂 200N 的重物。若在横梁中点 C 处施加一个垂直向下的力 F，使横梁保持水平平衡，求 F 的大小 感谢观看 $$