0-1 机械的组成及机械零件的强度（教案）《机械基础》上好课（高教版·第三版）

《机械基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 0-1 机械的组成 、0-2 机械零件的强度 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 二、设计意图 学情分析 学生前期已完成初中物理课程学习，掌握力学基本概念和能量转换基础知识，能够理解力的作用效果和简单运动规律。学生具有一定的观察能力和动手意愿，日常生活中接触过各类机械装置（如自行车、汽车、家用电器等），对机械有感性认识基础，识图能力尚可。但首次接触机械学科的专业术语（如机构、构件、应力、疲劳等），容易混淆"机器"与"机构"、"构件"与"零件"等相近概念；对抽象的应力概念及强度失效形式缺乏直观认知。授课依托教材结构图、实物图片、动画演示和对比表格，用直观教学法和类比教学法突破认知难点。 背景分析 本节选自中国劳动社会保障出版社《机械基础》。0-1机械的组成是全书开篇，系统介绍机械、机器、机构、构件、零件等核心基本概念，以及机器的组成结构和机械基本类型，是后续学习机械传动、常用机构、机械零件等章节的概念基础。0-2机械零件的强度介绍载荷、应力及强度失效的基本形式，为后续学习零件设计、强度计算等提供必要的力学基础。本节内容是整个机械基础课程的"第一课"，各章节均在此基础上展开，牢固掌握本节内容对构建系统的机械知识体系具有重要意义。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 1.激发学习兴趣和热情；2.培养观察机械的习惯，增强学以致用意识； 3.养成重视机械安全、严谨规范的态度； 4.树立节能环保和安全防护意识。 1.说出机器的五大部分及各部分作用；2.记住机械的四种主要类型及应用；3.说出载荷与应力的概念，区分三种载荷；4.记住静应力与交变应力下零件的主要失效形式。 1.能正确区分机器与机构，能分析简单机械装置由哪些机构组成； 2.能区分构件与零件，指出常用机械中的构件和零件实例； 3.能分析简单机械零件在受力情况下的失效形式。 学习任务 描述 1.梳理机器的三个共同特征，对比分析机器与机构的区别与联系； 2.依据图0-2内燃机结构图，圈出其中包含的各个机构并说明功用； 3.区分通用零件与专用零件，区分构件与零件的本质差异； 4.依据图0-6分析一台完整机器的五大组成部分及其作用； 5.根据使用功能对机械装置进行分类（动力、加工、运输、信息）； 6.区分三类载荷，理解应力概念及单位换算； 7.辨别不同应力下零件的失效形式（断裂、塑性变形、疲劳断裂、疲劳点蚀）。 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 1.机器的定义与三个共同特征，机器与机构的区别与联系； 2.构件与零件的定义、区别与联系； 3.机器的五大组成部分及各部分的作用； 4.载荷的分类及应力概念、单位； 5.静应力与交变应力下零件的失效形式。 教学难点 1.机器与机构的本质区别（机构缺少能量转换或传递功能）； 2.构件（运动单元）与零件（制造单元）的本质区别及层次关系； 3."变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生"的概念辨析； 4.接触应力为交变应力，接触疲劳点蚀的产生机理。 教学难点突破方法 1. 图示分析法 2. 类比教学法 3. 分步引导法 4. 案例诊断法 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、问答法； 学法 观察归纳法、练习巩固法、背诵记忆法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，人力资源社会保障部教材办公室组织编写。 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 新课导入（2分钟） [引入主题]（2分钟） 展示机床、汽车、机器人等图片（图0-1）；提问："机器、机构、机械含义是否相同？"引出课题。 播放PPT展示图片及视频；提问引导学生思考；引出课题并板书。 观察图片和视频；思考并回答教师提问；记录课题。 通过直观图片和视频创设情境，激发兴趣，自然引出课题。 探索 新知（20分钟） 一、机器与机构 1.机器的概念与特征 机器是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息，能代替或减轻人类的劳动。三个共同特征：（1）机器是人为的实体组合；（2）各部分之间具有确定的相对运动；（3）能够转换或传递能量，代替或减轻人类的劳动。如图0-2所示内燃机，主体由曲轴、连杆、活塞、气缸体等组成，气缸内燃烧气体膨胀推动活塞下移，通过连杆带动曲轴转动输出动力。凸轮机构控制气阀按时启闭，齿轮机构和带传动机构将运动传给凸轮机构。内燃机能将热能转变为机械能，具备机器的三个特征。 2.机构的概念 机构由构件组合而成，各构件之间具有确定的相对运动。 3.机器与机构的区别与联系 （1）机器具有三个特征，机构只具有前两个特征（缺少能量转换或传递功能）；（2）机构是机器的主要组成部分；（3）一台机器可以有多个机构，也可以只有一个机构；（4）机器包含机构，机构是机器的主要组成部分。如图0-2内燃机由曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构、带传动机构等多个机构组成；如图0-3颚式破碎机只有一个曲柄摇杆机构。见小提示表0-1。 4.构件与零件（图0-4、图0-5） 构件是组成机器或机构中运动的单元，是各组成部分中具有确定相对运动的运动单元。零件是组成构件的相互之间没有相对运动的物体，是机械制造的基本单元。构件与零件的区别：构件是运动的基本单元，零件是制造的基本单元。联系：构件可以由一个零件组成，也可以由若干个零件组成。零件有通用和专用之分，通用零件是指各种机械中经常用到的零件，如图0-5a所示螺栓、螺母、弹簧、链轮等；专用零件是指在某些机械中才用到的零件，如图0-5b所示起重机械吊钩、内燃机曲轴等。见小提示表0-2。 二、机器的组成（图0-6、表0-3） 从功能角度看，一台完整的机器主要由五部分组成： 1.动力部分：也称驱动部分，将其他形式的能量转换为机械能，以驱动机器各部分运动，如内燃机、电动机、空气压缩机等； 2.执行部分：也称工作部分（装置），机器中直接完成工作任务的部件，如汽车车轮、冲床冲头、工业机器人手臂等； 3.传动部分：原动机到工作机构之间的传动机构，用以完成运动和动力的传递和转换，可实现变速、增速、改变转矩及运动形式等，满足工作机构要求，如汽车变速器、自行车传动带与飞轮等； 4.操作或控制部分：显示和反馈机器的运行位置和状态，控制机器正常运行和工作，如电动机开关、离合器、制动器等；5.辅助部分：润滑、照明、防护等，如润滑装置、照明灯、防护装置等。简单的机器一般由动力部分、执行部分和传动部分组成，有的甚至只有动力部分和执行部分，如排风扇、水泵等。现代新型自动化机器，如数控车床、数控铣床、加工中心等，控制部分（包括检测）的作用越来越重要。 三、机械的类型（表0-4） 根据主要使用功能的不同，机械可分为：1.动力机械（实现能量转换）：电动机、蒸汽机、内燃机、液压泵、压缩机等； 2.加工机械（改变物料形态）：金属切削机床、压力机、轧钢机、织布机、锯床等；3.运输机械（变换空间位置）：汽车、铁路、轮船、飞机、高铁、起重机、电梯等；4.信息机械（获取、处理信息）：传真机、机械分仪、绘图机、数码相机、打印机等。对机械的基本要求，除使用功能要求外，还包括节能环保与安全防护等要求。例如食品和药品加工机械不能有污染源，要确保使用者的人身安全；金属切削机床应切实保证精度，安全与节能环保；运输机械要在保证性能稳定可靠的基础上减轻自重以降低能耗；信息机械应保障快速准确与信息安全等。 1. 讲授机器定义，逐词解释；剖析三个特征逐条讲解并举例；展示图0-2内燃机结构图，播放动画讲解其组成与工作过程（气缸→活塞→连杆→曲轴，热能→机械能），说明内燃机具备机器三个特征的理由；提问内燃机包含哪些机构。讲授机构定义；对比三特征引导学生发现机构缺少"转换传递能量"；以内燃机说明"机器含多个机构"；以图0-3颚式破碎机说明"一台机器可只有一个机构"；展示表0-1组织对比；强调"凡机器必含机构，机构不一定是机器"。讲授构件定义（以图0-4内燃机连杆为例）；讲授零件定义（展示图0-5实物图片）；重点讲解构件与零件的层次关系（连杆=连杆体+连杆盖+螺栓+螺母，曲轴既是构件也是零件）；展示表0-2组织对比；讲授通用零件与专用零件。 2. 展示图0-6框图讲解五大部分；结合表0-3逐一讲解各部分作用和应用；以内燃机为例分析其各部分组成；强调简单机器（排风扇只有动力和执行部分）和现代机器（数控机床控制部分重要）的特点。 3. 展示表0-4逐类讲解四种机械类型及应用实例；补充节能环保和安全防护要求（食品机械无污染保安全、机床保精度节能环保、运输机械降能耗、信息机械保快速准确与信息安全）。 1. 听讲并记录机器定义和三特征；观察内燃机结构图和动画；识别各组成部分；分析内燃机具备三特征的理由；圈出内燃机中包含的曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构、带传动机构。记录机构定义；总结机器有三特征机构只有两个；观察颚式破碎机理解其只有一个曲柄摇杆机构但仍是机器；完成表0-1对比；讨论"自行车是机器吗有哪些机构"。记录定义理解"运动单元"与"制造单元"区别；观察图片区分通用与专用零件；分析连杆组成；完成表0-2；判断"自行车链条上的链节是构件还是零件"。 2. 观察框图记录各部分名称和作用；分析内燃机的组成（动力部分为气缸活塞、执行部分为曲轴、传动部分为齿轮和带传动等）；小组讨论自行车的组成；回答问题"排风扇由几部分组成"。 3. 记录四种类型及应用实例；举例说出生活中常见的各类机械；讨论"数码相机属于哪种机械"；讨论"食品加工机械为什么不能有污染源"。 1. 通过"讲解+结构图+动画"建立直观认知，以内燃机为典型案例逐层剖析，突破机器与机构区别的难点；通过表0-1对比和颚式破碎机案例帮助学生透彻理解机器与机构的关系；通过图片展示和表0-2对比建立构件与零件的直观认识，突破"构件可由多个零件组成"的难点。 2. 通过框图和实例分析建立机器组成的系统认识，培养分析机械组成的能力。 3. 通过分类讲解和实例建立机械类型的系统认识，树立工程素养和职业责任感。 学 习 新 知（20分钟） 一、载荷与应力 1.载荷的概念与分类：机械零件在使用和制造过程中受到的力的作用称为载荷或负载。大小、方向不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷，如锅炉所受的压力；在短时间内以较高的速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，如锻锤、冲模等所受的载荷；大小、方向随时间周期性变化的载荷称为交变载荷，如发动机曲轴或汽车齿轮所受的载荷。 2.应力的概念 零件在载荷作用下产生内力，单位截面上的内力称为应力。应力公式σ=F/A。应力的单位是Pa（帕），1Pa=1N/m²。Pa的单位太小，工程上常用MPa（兆帕）作为应力的单位，1MPa=10⁶Pa=1N/mm²。大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力称为静态应力，大小或方向随时间变化的应力称为动态应力。静应力只能在静载荷作用下产生；变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生。（举例：旋转轴上固定偏心质量，重力虽为静载荷，但轴每转一周应力方向变化一次，产生变应力。） 二、机械零件的强度 为了保证机器正常运行，零件应有良好的工作能力。零件丧失工作能力或达不到要求的性能称为失效。机械零件常见的失效形式有断裂、过量变形（弹性或塑性）、表面失效（过度磨损、打滑等）。零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。强度是反映机械零件承受载荷时不发生失效的重要指标。 1.静应力下的强度 零件的工作应力是静应力时，强度的主要表现形式为断裂或塑性变形。断裂是一种严重的失效形式，它不但使零件失效，有时还会造成严重的人身及设备事故。为了保证零件正常工作，必须满足零件的强度条件。 2.交变应力下的强度 零件的工作应力是交变应力时，其强度表现为抵抗疲劳断裂的能力，即疲劳强度。失效形式是疲劳断裂。疲劳断裂是突然发生的，具有很大的危险性。疲劳断裂与应力的大小、循环特性、应力循环次数有关。 3.挤压强度 两零件表面接触而无相对运动，承载时因相互挤压作用而产生挤压应力。此时零件强度表现为抵抗压溃或塑性变形，即挤压强度。4.接触疲劳强度 机械中的高副，如齿轮副、螺杆副、凸轮副、滚动轴承中的滚动体与套圈等，由于接触面积很小，一般为点接触或线接触，所以表层的局部应力很大，这种应力称为接触应力。接触应力一般都是交变应力。在接触应力作用下零件的强度称为接触疲劳强度。当接触应力超过材料的接触疲劳强度时，零件表层金属便从本体剥落，形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀。疲劳点蚀损坏了零件的工作表面，使零件失效。 1. 讲授载荷定义；分类讲解三种载荷并举例（静载荷——锅炉压力，冲击载荷——锻锤冲模，交变载荷——曲轴齿轮）；展示三种载荷受力动画。讲授应力定义和公式；讲解单位及换算（Pa与MPa）；讲授静应力与动应力区别；强调"静应力只能在静载荷作用下产生，变应力可能由变载荷产生也可能由静载荷产生"的难点（举例旋转轴上固定偏心质量）。 2. 讲授失效、工作能力、强度的定义；介绍三种失效形式并展示图片。讲授静应力下失效形式；说明断裂危害展示事故图片；强调必须满足强度条件。讲授疲劳断裂概念和特点；展示疲劳断口图片（有贝纹线特征）；说明影响因素（应力大小、循环特性、循环次数）。讲授挤压强度（键与键槽挤压）；讲授接触应力（高副点/线接触局部应力大）及特点（一般为交变应力）；讲授疲劳点蚀过程；展示齿轮点蚀、轴承滚道点蚀图片。3.知识背诵： （1）机器的三个共同特征：人为的实体组合；各部分有确定的相对运动；能够转换或传递能量。 （2）机器与机构的区别：机器有三个特征，机构只有前两个（缺少转换或传递能量）。 （3）构件是运动单元，零件是制造单元。构件可由一个或多个零件组成。 （4）静应力下失效形式为断裂或塑性变形；交变应力下失效形式为疲劳断裂；接触应力下失效形式为疲劳点蚀。 4.师生互动： 出示题目：以自行车为例，分析它属于什么类型的机械？它由机器的哪些部分组成？其中哪些是构件？哪些是零件？ 教师总结： 自行车属于运输机械。它由动力部分（人体提供动力）、传动部分（链条、飞轮、曲柄链轮）、执行部分（车轮）、操作控制部分（车闸、车把）组成。车轮、车架、曲柄等是构件；链条中的链节、飞轮中的齿轮、车架上的螺栓螺母、轮胎等是零件。 1. 记录定义和分类；举例说明各类载荷；观察动画区分三种载荷；回答"汽车行驶时车轮轴承受的是什么载荷"（交变载荷）。记录应力定义公式单位；进行单位换算练习；对比记忆静应力与动应力；理解"静载荷也可产生变应力"。 2. 记录定义和失效形式；观察失效图片；讨论生活中见过的零件失效现象（如链条断裂、轮胎磨损）。记录静应力下失效形式；观看断裂图片认识危害。记录疲劳断裂概念特点；观察断口图片；记录影响因素。记录挤压强度和接触疲劳强度概念；观察点蚀图片；总结点蚀产生原因和危害；回答"齿轮齿面为什么会出现小坑"（接触应力超过接触疲劳强度产生疲劳点蚀）。 3.合书默背，同桌互背。 4. 小组讨论，代表回答，其他人补充。 1. 从载荷入手按静→冲击→交变顺序讲解结合生活实例帮助理解；引出应力概念讲解公式和单位，强调变应力来源的难点。 2. 建立强度问题的整体认识理论与实际相联系；通过断裂案例认识失效严重性；通过贝纹线断口图片理解疲劳断裂特征；接触应力是难点通过高副实例和点蚀图片讲清产生过程和危害。 3.强化记忆。 4.帮助学生在课堂上掌握核心知识点。 课堂 总结（2分钟） （1）机器具有三个特征：人为实体组合、确定相对运动、转换或传递能量；机构只有前两个特征，缺少转换或传递能量。机器包含机构。 （2）构件是运动单元，零件是制造单元。构件可由一个或多个零件组成。通用零件（螺栓、螺母、弹簧、链轮），专用零件（吊钩、曲轴）。 （3）机器的组成：动力部分、传动部分、执行部分、操作控制部分、辅助部分。 （4）机械的类型：动力机械、加工机械、运输机械、信息机械。基本要求包括节能环保与安全防护。 （5）载荷分三种：静载荷（锅炉压力）、冲击载荷（锻锤冲击）、交变载荷（曲轴齿轮）。应力σ=F/A，单位MPa。静应力仅静载荷产生，变应力可由变载荷或静载荷产生。 （6）静应力下失效为断裂或塑性变形；交变应力下失效为疲劳断裂（突发危险，与应力大小、循环特性、循环次数有关）；接触应力（高副点/线接触）下失效为疲劳点蚀。挤压强度是抵抗压溃或塑性变形。 布置下节课任务（1分钟） 布置下节课任务（1分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（1分钟） 1. 选择一种生活中的机械装置（如自行车、洗衣机、缝纫机、千斤顶等），画出其组成框图，标出动力部分、传动部分、执行部分、操作控制部分（如有），并指出其中包含了哪些机构，列举其中的构件和零件各两个。 2. 观察身边的机械装置或工具，找出一处可能存在强度失效的部位，分析其可能承受的载荷类型（静载荷、冲击载荷或交变载荷）和可能的失效形式（断裂、塑性变形、疲劳断裂或疲劳点蚀），写出简要分析。 板书 设计 绪论 0-1 机械的组成 一、机器与机构 1. 机器：人为实体 + 确定运动 + 转换能量 内燃机：热能→机械能（曲柄滑块+齿轮+凸轮+带传动） 2. 机构：构件组合 + 确定运动（缺能量转换） 颚式破碎机：只有一个曲柄摇杆机构 3. 构件 = 运动单元，零件 = 制造单元 构件可由一个或多个零件组成 通用零件：螺栓、螺母、弹簧、链轮 专用零件：吊钩、曲轴 二、机器的组成 动力部分→传动部分→执行部分 操作或控制部分、辅助部分 简单机器：只有动力+执行（排风扇、水泵） 三、机械的类型 动力机械、加工机械、运输机械、信息机械 基本要求：节能环保、安全防护 绪论 0-2 机械零件的强度 一、载荷与应力 1. 载荷：静载荷、冲击载荷、交变载荷 2. 应力：σ=F/A，单位：Pa，工程用MPa 3. 静应力（仅静载荷产生） 动应力（变载荷或静载荷均可产生） 二、强度与失效 失效：断裂、过量变形、表面失效 静应力 → 断裂、塑性变形（须满足强度条件） 交变应力 → 疲劳断裂（突发危险，与应力大小、循环特性、循环次数有关） 挤压强度 → 抵抗压溃 接触应力（交变）→ 疲劳点蚀（高副点/线接触） 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 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 学科网（北京）股份有限公司 $