2022年汽车机械基础教案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案教 案学年其次学期教案名称：汽车机械基础 授课老师：授课班级：第 2 周（第 1 、2 讲）名师归纳总结 课题第一章 :静力学基础课 型新授第 1 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 教学目标教学重点教学难点教学手段名师精编精品教案1、知道力、平稳、刚体的概念；2、懂得和把握静力学的几个公理；静力学公理二力构件、 力的平行四边形法就多媒体教学教学内容及步骤：【教学过程】：自我介绍 . 进入新课第一章：静力学基础：一、力的概念力的概念是人们在长期生活和生产实践中逐步形成的；

2、例如：人用手推小车,小车就从静止开头运动；落锤锻压工件时,工件就会产生变形；力是物体与物体之间相互的机械作用；使物体的机械运动发生变化,称为力的外效应；使物体产生变形,称为力的内效应；力对物体的作用效应取决于力的三要素,即力的大小、方向和作用点；力是矢量, 常用一个带箭头的线段来表示,在国际单位制中,力的单位牛顿 N 或千牛顿 KN；二、静力学公理公理 1 力的平行四边形法就 作用在物体上同一点的两个力, 可以合成一个合力； 合力的作用点仍在该点,合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定；其矢量 表达式为名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选

3、学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案R =1+2 依据公理 1 求合力时,通常只须画出半个平行四边形就可以了；如图 c 所示,这样力的平行四边形法就就演化为力的三角形法就；1-2b 、公理 2二力平稳公理刚体仅受两个力作用而平稳的充分必要条件是：并作用在同始终线上,如图 13 所示；即两个力大小相等,方向相反,1- 2 它对刚体而言是必要与充分的,但对于变形体而言却只是必要而不充分；如图14 所示,当绳受两个等值、反向、共线的拉力时可以平稳,但当受两个等 值、反向、共线的压力时就不能平稳了；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料

4、 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案二力构件 ：仅受两个力作用而处于平稳的构件；二力构件受力的特点是： 两个力的作用线必沿其作用点的连线；如图15a 中的三铰钢架中的BC构件,如不计自重,就是二力构件；公理 3 加减平稳力系公理在作用于刚体上的已知力系上,对刚体的作用成效；加上或减去任一平稳力系, 并不转变原力系加减平稳力系公理主要用来简化力系；但必需留意, 此公理只适应于刚体而不适应于变形体；推论 1 力的可传性原理作用于刚体上的力, 可以沿其作用线移至刚体内任意一点,而不转变该力对物体的作用成效； 力对刚体的效应与力的作用点在其作用线上的位置无关；因此,作用于刚体上的力

5、的三要素是：力的大小、方向、作用线；推论 2 三力平稳汇交定理如刚体受到同平面内三个互不平行的力的作用而平稳时,就该三个力的作用线必汇交于一点；名师归纳总结 公理 4作用和反作用定律第 4 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案作用力和反作用力总是大小相等,在两个相互作用的物体上；方向相反,作用线相同,但同时分别作用这个公理说明, 力总是成对显现的,只要有作用力就必有反作用力,而且同 时存在,又同时消逝；公理 5 刚化原理变形体在某一力系作用下处于平稳,保持不变；如将此变形体刚化为刚体, 其平稳状态这个公理供应了把变形体抽

6、象为刚体模型的条件；小结：1. 提出了静力学的基本概念：力、平稳、刚体；2. 力是物体之间的相互机械作用；力的三要素是力的大小、方向和作用点；力是矢量；3. 静力学公理是讨论静力学的基础；公理 1 说明力的运算符合矢量运算法就,是力系合成与分解的基础；公理 2 是最基本的力系平稳条件；公理 3 是力系等效代换和简化的主要依据；公理 4 是讨论物体系受力分析的基础；公理 5 供应了把变形体抽象为刚体模型的条件；作业 ：1. 力的三要素指什么 . 2. 二力平稳的条件是什么 .用方程式表示出来 . 【课后记】：大多数同学能懂得 静力学的几个公理的含义,但对二力构件和力的平行四边形法就的详细应用欠娴

7、熟；第 2 周（第 3 、4 讲）名师归纳总结 课题约束与约束反力课 型新授课第 5 页,共 20 页教学目标1、知道约束与约束反力的概念、类型、性质；2、会分析不同约束的约束反力；教学重点约束反力的性质- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 教学难点名师精编精品教案光滑圆柱形铰链约束教学手段多媒体教学【教学过程】：一、约束与约束反力1、在力学中通常把物体分成两类：（1）自由体 物体能在空间做任意运动,他们的位移不受任何限制；如天空 中飞行的飞机、鸟等；2非自由体 物体总是以肯定的形式与四周其他物体相互联系,即物体的位 移要受到四周其他物体的限制；如用绳悬挂

8、的灯可向上、前、后、左、右运动,但不能向下运动,转轴要受到轴承的限制；2、约束 这种对非自由体的某些位移起限制作用的四周其他物体称为约束；如绳是灯的约束,轴承就是转轴的约束；既然约束限制了物体的某些运动,所以肯定有约束力作用于物体上；3、约束力 这种约束对物体的作用力称为约束力；约束力也叫 约束反力；4、工程实际中将物体所受的力分为两类：（1）一类是 主动力 这种能使物体产生运动或运动趋势的力,称为 主动力,主动力有时也叫 载荷； 如重力,一般大小、方憧憬往已知；（2）另一类是 约束反力 ,它是由主动力引起的,是一种被动力,是未知力；静 力分析的重要任务之一就是要确定未知的约束反力大小、方向；

9、二、四种常见约束类型的约束反力工程中约束的种类许多, 对于一些常见的约束, 依据其特性可归纳为以下四种基 本类型；（一）、柔性约束（柔索）1、组成： 由柔性绳索、胶带或链条等柔性物体构成；2、约束特点： 只能受拉,不能受压；3、约束反力方向：作用在接触点,方向沿着柔体的中心线背离物体；通常用 表示；见图 1-8名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案（二）、光滑面约束（刚性约束）1、组成： 由光滑接触面构成的约束；当两物体接触面之间的摩擦力小到可以忽 略不计时,可将接触面视为抱负光滑的约束；2、约束特点

10、： 不论接触面是平面或曲面,都不能限制物体沿接触面切线方向的 运动,而只能限制物体沿着接触面的公法线指向约束物体方向的运动；3、约束反力方向：通过接触点,沿着接触面公法线方向,指向被约束的物体,通常用 N表示；如下列图；（三）、光滑圆柱形铰链约束1、组成： 两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔,用一圆柱形销钉连接起来,在 不计摩擦时,即构成 光滑圆柱形铰链约束 ,简称 铰链约束 ；2、约束特点： 这类约束的本质为光滑接触面约束,因其接触点位置未定,故只 能确定铰链的约束反力为一通过销钉中心的大小和方向均无法预先确定的未知力；通常此力就用两个大小未知的正交分力来表示；如图1所示；3、铰链约束分类：

11、这类约束有连接铰链、固定铰链支座、活动铰链支座等；（1）连接铰链（中间铰链）约束两构件用圆柱形销钉连接且均不固定,即构成连接铰链, 其约束反力用两个正交的分力 x 和y 表示,如图 1 0 所示；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案 . 固定铰链支座约束假如连接铰链中有一个构件与地基或机架相连,便构成固定铰链支座, 其约束反力仍用两个正交的分力 x 和y 表示., 如下列图；3.活动铰链支座在桥梁、屋架等工程结构中常常采纳这种约束；在铰链支座的底部安装一排滚轮,可使支座沿固定支承面移动, 这种支座的

12、约束性质与光滑面约束反力相同,其约束反力必垂直于支承面,且通过铰链中心；见图 1-12（四）、固定端约束名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案固定端约束 能限制物体沿任何方向的移动,也能限制物体在约束处的转动；所以,固定端 A 处的约束反力可用两个正交的分力 偶表示；见图 1-13 、和力矩为 M 的力小结：作用于物体上的力可分为主动力与被动约束反力；约束反力是限制被约束物体运动的力,它作用于物体的约束接触处,其方向与物体被限制的运动方向相反；常见的约束类型有：柔性约束 只能承担沿柔索的拉力；光滑接触

13、面约束只能承担位于接触点的法向压力；光滑圆柱形铰链约束 通常用两个正交的约束反力表示；固定端约束 通常用两个正交的约束反力与一个力偶表示；作业 ：另拟【课后记】：对固定铰链支座约束和固定端约束的约束反力的表示方法,很多同学懂得不好,需要一种更好的方法来讲授；第 3 周（第 1、2 讲）课题受力分析与受力图课 型新授课教学目标1、会依据约束的类型分析物体的受力情形；2、会娴熟地画简洁物体的受力图；教学重点受力分析教学难点画受力图教学手段多媒体教学【教学过程】：名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案复习导

14、入： 在工程实际中, 常常需要对结构系统中的某一物体或几个物体进行力学运算； 第一要确定讨论对象, 然后对它进行受力分析； 即分析讨论物体受那些力的作用,并确定每个力的大小、方向和作用点；即：1、讨论对象： 我们把所讨论的物体称为讨论对象；为了清晰地表示物体的受力情形, 需要把所讨论的物体从与它相联系的四周物体中分别出来,单独画出该物体的轮廓简图,使之成为 2、分别体： 解除约束后的自由物体；分别体 ,即：3、受力图： 在分别体上画上它所受的全部主动力和约束反力,就称为该物体的 受力图 ；4、内力与外力假如所取的分别体是由某几个物体组成的物体系统时,物体系统的通常将系统外物体对作用力称为 外力

15、 ,而系统内物体间相互作用的力称为 内力 ；留意：画受力图时肯定要分清内力与外力,内力总是以等值、共线、反向的形式存在,故物体系统内力的总和为零；时,只画外力,而不画内力；因此,取物体系统为讨论对象画受力图5、画受力图是解平稳问题的关键,画受力图的一般步骤为：） 依据题意确定讨论对象,并画出讨论对象的分别体简图；）在分别体上画出全部已知的主动力；）在分别体上解除约束的地方画出相应的约束反力；留意：画受力图时要分清内力与外力,6、下面举例说明受力图的画法；例 1重量为 G 的均质杆 AB ,其 B 端靠在光滑铅垂墙的顶角处,A 端放在光滑的水平面上,在点D 处用一水平绳索拉住,试画出杆AB 的受

16、力图；解：、选为讨论对象、在处画主动力 、画约束反力名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案例 2 图 a 所示的三铰拱桥由左、 右两拱通过三铰链连接而成； 在拱 AC 上作用有载荷 P,两拱自重不计,试分别画出拱AC 和拱 BC 的受力图；例 3、图 a 是曲柄滑块机构,图c 是凸轮机构；试分别画出两图中滑块及推杆的受力图,并进行比较；例、如图 1-15a所示,水平梁 AB 用斜杆 CD 支承, A、C、D 三处均为光滑铰链连接；匀质梁 AB 重 G1,其上放一重为 G2 电动机；如不计斜杆 CD

17、自重,试分别画出斜杆 CD 和梁 AB（包括电动机）的受力图；解：1 斜杆 CD 的受力图取斜杆 CD 为讨论对象,由于斜杆 CD 自重不计,并且只在 C、D 两处受铰链约束而处于平稳,因此斜杆CD 为二力构件；斜杆名师归纳总结 CD 的约束反力必通过两铰链中心C 与 D 的连线,用 FC 和 FD 表示；如图 1-15b第 11 页,共 20 页所示；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案2 梁 AB 的受力图取梁 AB（包括电动机） 为讨论对象, 梁 AB 受主动力G1 和 G2 的作用；在 D 处为铰链约束,约束反力 FD 与 FD

18、 是作用与反作用的关系,且 FD=-FD；A 处为固定铰链支座约束,约束反力用两个正交的分力 FAx和 FAy 表示,方向可任意假设；如图 115c 所示；小 结：受力图 在解除约束的分别体简图上,画出它所受的全部外力的简图,称为受力图；画受力图时应留意：谁是受力物体,谁是施力物体,只画受力,不画施力；只画外力,不画内力；既不要多画力,又不要少画力；解除约束后,才能画上约束反力；作业 ：另拟第 3 周（第 3 、4 讲）课题平面汇交力系课 型新授课教学目标1、把握合力投影定理；2、知道平面汇交力系平稳的解析条件和求解方法；教学重点合力投影定理教学难点利用平面汇交力系平稳的条件求解约束反力教学手

19、段多媒体教学、讲练结合【教学过程】：复习导入： 各力的作用线汇交于一点的力系称为汇交力系；用力的平行四边形法就可以求得两力的合力, 用此法就也可以求得多个汇交力的合力；汇交力的力系 F1, F2 ,. ,Fn,所合成的合力 FR即为对于包含 n 个FRF1+F2+ + Fn F名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案一. 力在直角坐标轴上的投影1. 一次投影法如已知力 F 与直角坐标系 oxyz 三轴间的正向夹角分别为 、 、 ,如图2-1a 、b ,就力 F 在这三个轴上的投影可表示为Fx= Fco

20、s Fy= Fcos2 Fz= Fcos可以看出, 力与投影轴正向夹角为锐角时,其投影为正；力与投影轴正向夹角为钝角时,其投影为负；故力在直角坐标轴上的投影是代数量；应当留意,在直角坐标系中, 分力的大小和投影的肯定值相等, 但投影是代数量, 分力是失量；3. 合力投影定理将式 2-1 两边分别向三个直角坐标轴上投影,有FRxF1x+F2x +.+Fnx Fx FRyF1y+F2y +.+Fny Fy 2-4 FRzF1z+F2z +.+Fnz Fz 即合力在某一轴上的投影,等于各分力在同一轴上投影的代数和；二、汇交力系的合成与平稳1. 汇交力系合成的解析法设在刚体上作用有汇交力系F1,F2,

21、. ,Fn,由合力投影定理可求得合力FR在三个直角坐标轴投影FRx、FRy、FRz,于是合力的大和方向可由下式确定2-5 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案如力系为平面力系,就合力的大小和方向为2-6 2. 汇交力系平稳的解析条件 从前面知道,汇交力系平稳的充要条件是合力等于零,即 FR F0 所以 Fx0 Fy0 2-7 Fz0 式2-7 称为汇交力系的平稳方程,它说明汇交力系平稳的解析条件是力系 中各力在三个直角坐标轴投影的代数和分别等于零；利用这三个相互独立的方 程,可以求解三个未知数；如

22、力系为平面汇交力系,就平面汇交力系平稳的解析条件为 Fx0 Fy0 当用解析法求解平稳问题时,未知力的指向可以假设,如运算结果为正值,就表示所假设力的指向与实际相同；反；如为负值, 就表示所假设力的指向与实际相例 2-1 用解析法求图示汇交力系的合力；解名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案图 2-2 例 2-2 直杆 AB 、AC 铰接于 A 点,自重不计,在 A 点挂一物重 G=1000N,并用绳子 AD 吊住,如图 2-3 所示；已知 AB 和 AC 等长且相互垂直, OAD 30,B、C 均

23、为球铰接,求杆AB 和 AC 及绳子 AD 所受的力；解取销钉 A 为讨论对象,其受力图,如图2-3 所示,是一空间汇交力系；取直角坐标系 Axyz ,列平稳方程为 Fx0F Fcos30sin45 01 Fy0F Fcos30cos4502 Fz0Fsin30 G0 3 由式 1、2、3解得 F2000N,F F 1225N F、 F均为负值,说明所假设力的指向与实际相反,即两杆均受压 力；小结：1. 力在坐标轴上的投影名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案2. 合力投影定理； 即合力在某一轴上的

24、投影, 等于各分力在同一轴上投影的代数和；3. 汇交力系合成的解析法4. 汇交力系的平稳方程 Fx0 Fy0 Fz0 作业 ：另拟【课后记】：本节内容对后续课程的学习很重要,应加强训练；第 4 周（第 1 、2 讲）课题力矩课 型新授课教学目标1、知道力矩的定义教学重点2、把握合力矩定理合力矩定理教学难点合力矩定理的应用教学手段多媒体教学【教学过程】：复习导入： 实践说明,力对刚体的作用效应,不仅可以使刚体移动,而且仍可以使刚体转动；其中移动效应可用力矢来度量,而转动效应可用力矩来度量；一. 力对点之矩如图 2-5 所示,当用扳手拧紧螺母时, 力 F 对螺母拧紧的转动效应不仅与力F 的大小 有

25、关,而且仍与转动中心O至力 F 的垂直距离有关；因此,可用两者的乘积Fd 来度量力使物体绕点O的转动效应,称为力F 对点 O之矩,简称力矩,以符号MOF 表示,即MOF= Fd名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案式中,点 O称为矩心, d 称为力臂；力矩是一个代数量,其正负号规定如下：力使物体绕矩心逆时针转动时,力矩取正号,反之为负；由力矩的定义及运算式可知：力的作用线通过矩心时,力臂值为零,故力矩等于零；当力沿作用线滑动时,力臂不变,因而力对点的矩也不变；力矩的单位是牛顿米（N.m）二. 合力矩

26、定理合力矩定理： 平面力系的合力对平面上任一点之矩,矩的代数和 ；等于各分力对同一点之MOFRMOF1+MOF2+.+MO Fn MOF 例 2-4 圆柱直齿传动中,已知轮齿啮合面间的作用力为 Fn1KN,啮合角 20 ,齿轮分度圆直径 d60mm；试运算力对轴心 O的力矩；解 将力 Fn 沿半径 r 方向分解成一组正交的圆周力 Ft Fncos 与径向力 FrFncos ；小结： 1、力矩是度量力对物体转动效应的物理量,它与矩心的位置有关,其大名师归纳总结 小为 MOF= Fd第 17 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品

27、教案 其中,力臂 d 是指矩心 O到力 F 作用线的垂直距离2、合力矩定理 平面力系的合力对平面上任一点之矩,等于各分力对同一点之矩的代数和；MOFRMOF1+MOF2+ +MOFn MOF 作业 ：另拟【课后记】：合力矩定理的应用对以后的学习很重要；第 4 周（第 3、4 讲）课题力偶课 型新授课教学目标1、知道力偶的概念和性质；2、把握力偶的合成方法和平面力偶系的平稳条件；教学重点力偶的性质、平面力偶系的平稳条件教学难点无教学手段多媒体教学【教学过程】：复习导入 ：复习有关力矩的学问,导入力偶的概念；一. 力偶及其力偶矩 由大小相等 , 方向相反,而作用线不重合的两个平行力组成的力系 称为

28、力偶 ,记作（ F,F ）；力偶中两力所在的平面称为 距离 d 称为 力偶臂力偶作用面 ,两力作用线间的垂直M Fd名师归纳总结 力偶矩是代数量,一般规定使物体逆时针转动为正,顺时针转动为负；第 18 页,共 20 页力偶矩的单位是牛顿米（N.m）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案二. 力偶的性质性质 1 力偶既无合力,也不能和一个力平稳,力偶只能用力偶来平稳；力偶是由两个力组成的特别力系,在任一轴上投影的代数和为零,故力偶不能合成一个合力,或用一个力来等效替换；力和力偶是静力学的两个基本要素,力偶对刚体只能产生转动效应, 而力对刚体

29、可产生移动效应, 也可产生转动效应,所以,力偶也不能用一个力来平稳；性质 2 力偶对其作用面内任一点之矩恒为常数,且等于力偶矩,与矩心的位置无关；这个性质说明力偶使刚体绕其作用面内任一点的转动成效是相同的；性质 3 力偶可在其作用面内任意转移,而不转变它对刚体的作用成效；拧瓶盖时,可将力夹在A、B位置或 C、D位置,其成效相同,如图2-11 性质 4 只要保持力偶矩的大小和转向不变,可以同时转变力偶中力的大小和力偶臂的长短,而不转变其对刚体的作用成效；因此,力偶可用力和力偶臂来表示,即用带箭头的弧线表示,箭头表示力偶的转向, M表示力偶的大小；三、平面力偶系的简化与平稳在同一平面内由如干个力偶

30、所组成的力偶系称为平面力偶系 ；平面力偶系的名师归纳总结 简化结果为一合力偶,合力偶矩等于各分力偶矩的代数和；即第 19 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案 MM+M+ +MnM 平面力偶系的简化结果为一合力偶, 因此平面力偶系平稳的充要条件是合力 偶矩等于零；即M0 小结： 1、力偶是由大小相等、方向相反,作用线不重合的两个平行力组成的力 系,使刚体产生转动效应；2、力偶的性质 1 力偶既无合力,也不能和一个力平稳,力偶只能用力偶来平稳；2 力偶对其作用面内任一点之矩恒为常数,无关；且等于力偶矩, 与矩心的位置3 力偶可在其作用面内任意转移,而不转变它对刚体的作用成效；4 只要保持力偶矩的大小和转向不变,偶臂的长短,而不转变其对刚体的作用成效；可以同时转变力偶中力的大小和力3、平面力偶系的简化结果为一合力偶,合力偶矩等于各分力偶矩的代数和；MM1+M2+ +M3M 4、平面力偶系的平稳方程是M=0 作业 ：另拟【课后记】：本节无难点,绝大部分同学对本节内容把握较好；名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 20 页