机械基础 机械零件的材料 结构和承载能力
汽车机械基础课件2.材料力学
塑性材料的许用应力 脆性材料的许用应力
s
n
b
n
式中，σs —塑性材料的屈服点应力； σb —脆性材料的强度极限应力； n —安全系数，它反映了构件必要的强度储备。
2.2 轴向拉伸与压缩
六、拉伸、压缩时的强度条件
为保证构件安全可靠的正常工作，必须使构件最大工作应力不超过材料的许 用应力[ ]，即
2.3 剪切与挤压
一、剪切 2．剪切变形的内力与应力
单剪切
双剪切
2.3 剪切与挤压
一、剪切
2．剪切变形的内力与应力 剪切时单位面积上的内力，称为剪应力，或称切应力。
= FQ /A —切应力，Pa或MPa； FQ —剪切时的内力，N； A —剪切面积，m2或mm2。
2.3 剪切与挤压
一、剪切 3．剪切时的强度条件 = FQ /A≤[]
一、构件的承载能力 承载能力： 为了保证机器安全可靠地工作，要求每个构件在外力作用下均具有足够的 承受载荷的能力 。
承载能力的大小主要由三方面来衡量：即强度、刚度和稳定性。
2.1 材料力学基础
一、构件的承载能力 1、强度 构件在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。
AB和BC两杆在起吊重物的过程中 不允许折断
2.2 轴向拉伸与压缩
一、拉伸与压缩的概念 作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件的轴线重合，杆件的变形是沿轴线 方向的伸长和缩短。这类变形称为轴向拉伸或轴向压缩，这类杆件称为拉压 杆。
轴向拉伸或压缩的杆件的受力特点是：作用在直杆两端的合外力，大小相 等，方向相反，力的作用线与杆件的轴线重合。 其变形特点是：杆件沿轴线方向伸长（或缩短）。
二、杆件变形的四种基本形式
3、扭转
当作用面互相平行的两个力偶作用在杆件的两个横截面内时，杆件的横截面 将产生绕杆件轴线的相互转动，这种变形称为扭转变形。
《机械基础》第七章 支撑零部件解析
既支撑转动零件，又传递 机床主轴，减速器 动力：承受转矩和弯矩 中的轴
传动轴 传递动力，承受转矩
桥式起重机的传动 轴，汽车中连接变 速箱与后桥间的传 动轴
。
光轴
{ 2.根据外形不同 阶梯轴（应用最广泛）
二、转轴的结构
1、转轴正常工作结构上的要求：
（1）、轴上零件要有可靠的周向固定和轴向 固定。
4. 轴的加工方法、装配方法以及其它特殊要求
在选择轴的结构和形状时，
❖ 应使轴的形状接近于等强度条件； ❖ 避免各轴段剖面突然改变，以降低局构应便于加工与装配，形状力求简单，阶梯轴的级数
尽可能少，各段直径不能相差太大。
（1）轴上需磨削的轴段，应设置砂轮越程槽； （2）车制螺纹的轴段，应有螺尾退刀槽； （3）各圆角，倒角，砂轮越程槽及退刀槽等尺寸，尽可能
（7）零件装配时应尽量不接触其它零件的 配合表面；
（8）轴肩高度应考虑零件拆卸方便 。
5、提高轴承载能力的措 施
（1）结构设计方面（减少应力集中）
a、相邻轴段直径不宜相差太大； b、过渡圆角半径不能太小，或用凹切圆角或
中间环； c、尽量避免在轴上开横孔、凹槽等，合理选
择键槽(盘铣)； d、过盈配合轴段可采用一些特殊结构
（2）、轴应便于加工并尽量避免或减少应力 集中。
（3）、轴上零件便于安装和拆卸。
2、轴上零件的固定
（１）轴向固定 作用：保证零件在轴上有确定的轴向位置。 目的：防止零件作轴向移动，并能承受轴向 力 常用方法：轴肩、轴环、轴套、圆螺母、轴 端挡圈等。
①轴肩
轴肩：轴上截面突变的部位。 非定位轴肩：便于装拆、起过渡作用， h=(1~2)mm。 定位轴肩：起轴向定位作用。
⑥弹性挡圈固定
机械设计基础 第2版 学习情境十三 轴的结构与承载能力设计
➢ 各轴段直径和长度的确定方法：
1）各轴段所需的直径与轴上载荷的大小有关。
2）初步设计时，可按轴所受的转矩初步估算轴所需的最小直径。
3）按装配方案和定位要求，从最小直径处起逐采用标准直径及所选配合的公差。
5）为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面 的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。
1）根据工作要求选择轴的材料和热处理方式。 2）按扭转强度条件或与同类机器类比，初步确定轴的最小直径。 3）考虑轴上零件的定位和装配及轴的加工等条件，进行轴的结构 设计，画出草图，确定轴的几何尺寸，得到轴的跨距和力的作用点。 4）根据结构尺寸和工作要求，进行承载能力计算。如不满足，则 修改初定的最小轴径，重复3）、4）步骤，直到满足设计要求。
转动心轴
问：自行车的前轮轴属于什么类型？ 固定心轴
自行车前轮轴
➢按轴线的几何形状分类
可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。
光轴 直轴
阶梯轴
曲轴
挠性钢丝轴
二、轴的材料
轴的材料种类很多，常用材料有：
1）碳素钢：对较重要或传递载荷较大的轴，30、35、45、50优质 碳素结构钢等，45钢应用最广。
对一般不重要或传递载荷较小的轴, 可用Q235、Q275 等普通碳素结构钢。 2）合金钢：对于用于在高温、高速和重载条件下、结构紧凑、质 量小等使用要求的轴，20Cr、20CrMnTi、35CrMo、 38CrMoAl等。 3）球墨铸铁：价廉、吸振性好、耐磨、容易制成形状复杂的轴(如 曲轴), 如QT600-3。
6．弹性挡圈定位
➢结构紧凑、简单、装拆方便； ➢但受力较小，可靠性较差； ➢常用于固定滚动轴承和滑移齿轮的限位。
7．紧定螺钉定位
➢受力较小，可靠性较差； ➢多用于轴向力不大与速度不高的场合。
《机械基础》学习任务
3 圆轴的扭转
2
4 直梁的弯曲
2
1、完成《工程材料》习题集
2、作课堂笔记
1 黑色金属材料
4
2 有色金属材料
2
3 材料的选择及运用
2
1、完成《连接》习题集
2、作课堂笔记
3、设计轴上键、销连接（中职）
4、绘制螺纹连接图（中职）
1 键连接与销连接
4
2 螺纹连接
4
3 联轴器和离合器
2
1、完成《机构》习题集
6
4 蜗杆传动
4
5 齿轮系与减速器
4
1、完成《支承》习题集
2、作课堂笔记
3、选用滚动轴承
1 轴
4
2 滑动轴承
2
3 滚动轴承
4
刘霞任务：
机械基础
班级
教师
项目（任务）
教学大纲
学时
1、完成《绪论》习题集
2、作课堂笔记
1 机械及其组成
2
2 机械零件的材料、结构及承载能力
2
3 机械零件的摩擦、磨损与润滑
2
4 课程的内容、性质、任务和基本要求
3 机械环保与安全防护
2
表2：项目（任务）列表
机械基础
班级
教师
项目（任务）
教学大纲
学时
1、完成《绪论》习题集
2、作课堂笔记
1 机械及其组成
2
2 机械零件的材料、结构及承载能力
2
3 机械零件的摩擦、磨损与润滑
2
4 课程的内容、性质、任务和基本要求
2
1、完成《直杆的基本变形》习题集
2、作课堂笔记
1 直杆的轴向拉伸与压缩
2
2 连接件的剪切与挤压
中职机械基础(北京理工大学出版社)教案：机械结构
中等专业学校2022-2023-2教案编号：
教学内容
联系：构件可以是一个独立的零件，也可以是由若干
个零件组成。
2.机器和机构
（1）机构：是具有确定相对运动的构件的组合，它
是用来传递运动和力的构件系统（如带传动机构、齿轮机
构）。
（2）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，
从而代替或减轻人类的体力劳动和脑力劳动。
（3）两者之间的异同点
不同点：机器能代替人的劳动完成有用的机械工或实
现能量转换，机构只能用来传递运动和力而不能做功或实
现能量转换。
相同点：都是由构件组成；构件间都具有确定的相对运动。
四、运动副
1.运动副：两构件之间直接接触并能产生一定形式
相对运动的可动联接。
根据接触情况可分为高副和低副。
（1）低副：两构件间作面接触的运动副。
根据运动
特征分为转动、副移动副和螺旋副。
（2）高副：两构件间作点或线接触的运动副。
按接
触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触和齿轮接触。
2.运动副的应用特点
（1）低副特点：单位面积压力小，传力性能好，滑动摩擦，摩擦阻力大，效率低。
不能传递较复杂的运动。
(a)转动 (b) 移动副 (c) 螺旋副。
1-1机器的组成
绪论
1 2
机械的组成 机械零件的材料、结构和承载能力 本课程的学习任务和学习要求 总结
3
4
第一节 机械的组成
• 【教学目标与要求】
• 一、知识目标
• 了解机器与机构、零件与构件的区别和联系。
• 二、能力目标
• 能区分机构与机器、零件与构件。
• 三、素质目标
• 对机器的组成和机构与构件的含义有初步的认识。
各类机器都有以下的共同特征:
• 1、都是人为的实物组合； • 2、组成机器的各实物之间具有确定的相对 运动； • 3、能实现能量转换或完成有用的机械功。
机构
• 机构也是一种人为的实物组合，其各部分 之间具有确定的相对运动，所以机构只具
备机器的前两个特征。
机器和机构的区别：
• （1）机器能完成有用的机械功或转换机械 能，而机构只是完成传递运动、力或改变 运动形式的实体组合。 • （2）机器包含机构，机构是机器的主要组 成部分。 • （3）一部机器可以只含有一个机构或有多 个机构。 • 如上面内燃机图所示的内燃机是由曲柄滑 块机构、齿轮机构和凸轮机构组成。
• （4）操纵或控制部分：这部分的作用是显示和反 映机器的运行位置和状态，控制机器正常运行和 工作。控制装置可是机械装置、电子装置、电气 装置等。 简单的机器一般由上述的前三部分组成， 有的甚至只有原动机部分和执行 部分，如水泵、 排风扇等。而现代新型的自动化机器，如数控机 床、加工中心 等，控制部分（包括检测）的作用 愈来愈重要。
图1－1
内燃机动画
• 机器的组成图：
辅助系统，例如润滑、显示、照明等
原动机部分
传动部分
执行部分
控制系统
组成部分的介绍:
（1）原动机部分(动力装置)：是驱动整部机器
中职学校《机械基础》第一学期全套电子教案(含教学进度计划)(配套教材：高教版中职统编)云天课件
中等职业学校备课教案《机械基础》（2学期共160学时）第一学期教案（80学时）科目机械基础教师专业机械加工、数控加工班级二O 年期第一学期教学进度计划（80学时）（配套课件已上传百度文库）章节緒论第一节机械的组成第二节机械零件的材料、结构和承载能力备注教学目的知识目标1、了解机器的定义及机器的组成2、了解常用工程材料的用途及对零件对材料的一般要求。
课型新授课技能目标能判别常见机器的类型，对工程材料有简单认识。
学时 3日期情感目标激发学生对专业的热爱，培养对机械基础学科的学习兴趣教学资源多媒体课件、模型机零实物重点机器的定义及组成难点材料类别、零件的强度问题教学方法演示法讲授法教学过程教学引导教师自我介绍：导入新课：你能说出你见过什么样的机器吗？机器是人们根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置。
绪论第一节机械的组成一、机器的组成机器：是人们根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置。
机器用来传递能量、物料与信息，以代替或减轻人的劳动。
机械：是机器与机构的总称。
机器用来传递能量、物料与信息，以代替或减轻人的劳动。
机器的定义：（1）是人工的实物组合；（2）各部分之间有确定的运动关系；（3）能实现功能转换。
组织教学：清点人数，整顿秩序想一想下列产品那些可称为机器？机器的组成：动力部分、传动部份、执行部份及控制部分。
二、机器的结构机器由若干机构组成；机构由若干构件组成，能实现功能转换；构件由若干零件组成；是机器中最小的运动单元。
零件是机器中最小的制造单元。
三、机械的类型机器的类型：种类繁多，应用广泛。
主要分类有：教材分类：动力机械、加工机械、运输机械、信息机械等。
按行业分还有工程、矿山、建筑、化工、食品、农业、医疗机械等等。
第二节机械零件的材料、结构和承载能力一、零件的常用材料及选用1.常用材料主要分类有：钢、铸铁、有色金属、非金属材料。
2.材料的选用原则 使用要求、工艺要求和经济性。
1） 使用要求 零件有工作要求和受载的要求，有零件尺寸、质量的限制，还有重要程度不同。
机械基础精品课程教案 .doc
机械基础精品课程教案0.1机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力【课题名称】机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力【教学目标与要求】知识目标1、了解机械的组成2、了解机械零件的材料、结构和承载能力一、能力目标通过了解机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力，掌握机械的组成特点，以及满足使用条件下机械零件的材料、结构、尺寸和形状。
二、教学要求1、了解组成、机械零件的材料、结构和承载能力，掌握机械的组成特点2、了解机械的基本知识，使设备能正常运行，延长使用寿命。
【教学重点】磨擦分类中的边界磨擦与混合磨擦的形成。
磨损种类中的疲劳磨损的形成机理和本科程的学习任务和要求。
【难点分析】机械的材料，失效、的强度定义【教学方法】讲授法、教师与学生互动法。
【教学安排】3学时（135分钟）【学生分析】学生对机械了解得很少，讲课时要注意联系学生所见到的实用机械，分析机器的组成和结构，引起学生的兴趣和爱好，使学生爱上本课程，是讲好本课程的根本目的。
所以，善于理论联系实际，从学生的认知规律出发，是讲好本课程的关键。
【教学过程】一、导入新课以教材中图0－1或洗衣机为例来讲机械的组成。
二、讲授新课（一）机器的组成1．机器的组成如图0－1所示或洗衣机为例来讲机械的组成。
得出无论是哪一种机械，都是由4个组成的，即动力部分、传动部分、执行部分和控制部分。
2．机器的结构零件制造的最小单元。
构件运动的最小单元。
构件可以是一个零件，但更多的是多个零件的组合。
零件组成构件，构件组成机器，完成预定的执行运动。
3．机器的类型按机器的的用途分为动力机械，如电动机、内燃机；加工机械，如加工机床、包装机械；运输机械，如汽车、飞机；信息机械，如复印机、传真机。
1、零件的常用材料常用作机械零件的材料有：钢、铸铁、铜合金、铝合金、工程塑料和橡胶。
2、材料的选用原则主要从使用要求、工艺要求和经济性几个方面考虑，尤其在市场经济、自由竟争、供大于求的条件下，机械零件的经济性更应当引起足够的重视。
机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力——教案
机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力——教案第一章：机械的组成1.1 教学目标让学生了解机械的基本组成和各部分的作用。
让学生了解机械的分类及其应用。
1.2 教学内容机械的基本组成：机械由许多部件组成，主要包括动力部分、传动部分、执行部分和控制系统。
机械的分类：根据工作原理和用途，机械可以分为多种类型，如机械设备、农业机械、汽车等。
1.3 教学方法采用讲授法，讲解机械的基本组成和分类。
采用案例分析法，分析实际应用中的机械组成。
1.4 教学评估学生能列举出机械的基本组成和各部分的作用。
学生能理解机械的分类及其应用。
第二章：机械零件的材料2.1 教学目标让学生了解机械零件的材料及其性能。
让学生了解机械零件材料的选择原则。
2.2 教学内容机械零件的材料：机械零件常用的材料有金属、塑料、陶瓷等，每种材料都有其独特的性能和应用。
机械零件材料的选择原则：根据零件的使用条件、负载、温度、腐蚀等因素选择合适的材料。
2.3 教学方法采用讲授法，讲解机械零件的材料及其性能。
采用小组讨论法，讨论机械零件材料的选择原则。
2.4 教学评估学生能列举出机械零件常用的材料及其性能。
学生能理解机械零件材料的选择原则。
第三章：机械零件的结构3.1 教学目标让学生了解机械零件的结构设计及其影响因素。
让学生了解机械零件结构的设计原则。
3.2 教学内容机械零件的结构设计：机械零件的结构设计需要考虑负载、应力、变形等因素，以保证零件的可靠性和寿命。
机械零件结构的设计原则：根据零件的功能和负载条件，设计合理的结构形式和尺寸。
3.3 教学方法采用讲授法，讲解机械零件的结构设计及其影响因素。
采用案例分析法，分析实际应用中的机械零件结构设计。
3.4 教学评估学生能了解机械零件的结构设计及其影响因素。
学生能理解机械零件结构的设计原则。
第四章：机械零件的承载能力4.1 教学目标让学生了解机械零件的承载能力及其计算方法。
让学生了解提高机械零件承载能力的方法。
云天ppt课件-中职《机械基础》绪论
普通低合金钢：重要工程用钢（建筑、锅炉、大型船舶）
合金钢： 合金渗碳钢 （低碳）20Cr MnTi ,合金调质钢（中碳）40Cr
工
合金弹簧钢 （高碳）60Si2Mn 滚动轴承钢 （专用）GCr15
程
含C%在4.3 %附近的铁碳合金。
材
铸铁 灰口铸铁：HT20
料
球墨铸铁QT1400-15、可锻铸铁
有色金属
含C%在4.3 %附近的铁碳合金，抗压强度好、抗拉强度差，韧性差，铸造性好。
灰口铸铁：HT100、HT150、HT200、HT350
铸
低牌号：用于机床、箱体不受力的复杂零件
铁
高牌号：用于受力不大的复杂零件
球墨铸铁、可锻铸铁。 QT1400－15
第二节 机械零件的材料、结构和承载能力
P.3
一、零件的常用材料及选用
第三节 机械零件的摩擦、磨损和润滑
P.8
一、机械中的摩擦
摩擦类别：
摩擦 分类
静摩擦 动摩擦
滑动摩擦
干摩擦 边界摩擦 混合摩擦
流体摩擦
滚动摩擦（弹性流体动力润滑）
第三节 机械零件的摩擦、磨损和润滑
P.8
一、机械中的摩擦
1. 干摩擦 摩擦副不加润滑剂时的摩擦。干摩擦时，摩擦面直接接触，摩擦系数大，磨 损发热严重，应设法避免。
实际转矩
第二节 机械零件的材料、结构和承载能力
P.5
四、零件的强度
2. 应力 应力：材料单位横截面上的内力。单位：N/m2 是衡量零件受力的重要参数。
应力的形式：静应力 循环应力
第二节 机械零件的材料、结构和承载能力
P.6
四、零件的强度
3. 强度 强度类型：静强度与疲劳强度；体积强度与表面 强度。 静强度：在静应力作用下的材料抵抗断裂或可塑性变形的能力。
机械基础电子教案
机械基础电子教案<2>第1章 机械概述[课程名称]金属材料的性能，机械零件的强度 [教材版本]李世维主编。
中等职业教育国家规划教材——机械基础（机械类）。
第2版。
北京：高等教育出版社，2006 [教学目标与要求] 一、 知识目标1、了解金属材料的物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能所包括的内容。
2、 了解机械零件失效和强度的内涵，内力和应力的定义。
3、掌握应力的常用单位380b MPa τ=的换算方法。
二、 能力目标1、掌握力学性能对金属材料所起的作用和工艺性能对加工的影响。
2、掌握应力对材料的强度的关系。
三、 素质目标 1、了解金属材料的物理、化学、力学和工艺性能对零件使用的影响。
2、了解失效、应力与零件强度的关系。
四、 教学要求1、了解金属材料各种性能的定义及应力和强度的含义。
2、掌握力学性能对机械零件强度的影响。
[教学重点]1、金属材料的力学性能和应力与强度的关系。
2、了解失效的含义。
掌握强度的各种表示方法及应力的常用单位。
[难点分析]强度的分类和应力的分类[教学方法]讲练法、演示法、归纳法[学生分析]1、金属材料的物理、化学性能对学生来说比较熟悉，初中已多少学过，而力学性能、工艺性能和强度是新知识，可能比较陌生。
2、强度的种类较多，应多举例以示区别。
失效的含义较难，可能一时难以理解，应多做解释。
[教学资源]1、机械基础网络课程。
北京：高等教育出版社，20062、吴联兴主编。
机械基础练习册。
北京：高等教育出版社，2006[教学安排]教学步骤：讲授与演示交叉进行，穿插提问与设问，最后归纳小结。
2学时（90分钟）[教学过程]一、导入新课（10分钟）常用的机器零件都是由金属材料制成的，特别是一些重要的关键零件，不仅要求寿命长耐用，而且机械尺寸精巧又要易于加工，价格还要低廉，这就要求我们必须研究金属材料的物理、化学、力学和工艺性能，以满足各种不同的机械零件的性能要求。
如坦克的履带和挖掘机的铲齿都要求材料不仅要硬，还要耐磨损；机床的齿轮不仅要求表面硬度很高，而且芯部要具有足够的韧性；飞机的零件不仅要求材料要轻，同时还必须具有足够的强度，以抵抗气流的冲击。
机械基础 支撑零部件
滚动轴承
常用滚动轴承的类型、主要特性及应用
类型 代号
类型 名称
结构图
简图及承载方向
圆柱滚
N 子轴承
主要性能和应用
外圈无挡边，只能承受纯 径向载荷。与球轴承相比， 承受载荷的能力较大，尤 其是承受冲击载荷，但极 限转速较低
三、滚动轴承代号
五、实训报告
谢谢观赏
滚动轴承
各种标准轴承
滚动轴承
一、滚动轴承的结构
滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。
内圈
保持架
内圈
外圈
滚动体
外圈
滚动轴承的组成
滚动轴承
一般来说，滚动轴承的内、外圈都设有滚道，保证 滚动体在其间顺利地滚动。
球
圆柱滚子
圆锥滚子
球面滚子
滚针
滚动体的形式
滚动轴承 保持架的作用是分隔开两个相邻的滚动体，以减 少滚动体之间的碰撞和磨损。
滚动轴承
常用滚动轴承的类型、主要特性及应用
类型 代号
类型 名称
结构图
简图及承载方向
双列深
4 沟球轴
承
推力球
5 轴承
主要性能和应用
主要承受径向载荷，也能 承受一定的双向轴向载荷。 它比深沟球轴承的承载能 力大。
只能承受单向轴向载荷， 适用于轴向载荷大而转速 不高的场合
可承受双向轴向载荷，用 于轴向载荷大、转速不高 的场合
整体式滑动轴承结构 简单、紧凑，成本低。但 轴瓦磨损后，无法调整轴 颈与轴承间的间隙，且安 装时只能沿轴向安装，故 一般用于低速、轻载及间 歇工作的地方。
滑动轴承
整体式滑动轴承
《机械基础》教学指南
《机械基础》教学指南一、课程的性质与任务本课程是中等职业学校机械类及工程技术类相关专业的一门基础课程。
其任务是：使学生掌握必备的机械基本知识和基本技能，懂得机械工作原理，了解机械工程材料性能，准确表达机械技术要求，正确操作和维护机械设备；培养学生分析问题和解决问题的能力，使其形成良好的学习习惯，具备继续学习专业技术的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，使其形成严谨、敬业的工作作风，为今后解决生产实际问题和职业生涯的发展奠定基础。
二、教学提要、课程内容、教学要求绪论教学内容1．课程的内容、性质、任务和基本要求。
2．一般机械的组成及基本要求。
教学要求1．学习目标（1）了解机械的概念与组成。
（2）了解机械零件的材料、结构、承载能力，摩擦、磨损和润滑的基本要求。
（3）了解本课程的任务和学习要求。
2．能力目标初步认识机械。
3．教学重点机械的概念及组成。
4．教学难点机械与机构、构件与零件的区别。
第1章杆件的静力分析教学内容1．力的概念与基本性质；2．力矩、力偶、力的平移；3．约束、约束力、力系和受力图的应用；4．*平面力系的平衡方程及应用。
教学要求1．学习目标（1）理解力的概念与基本性质。
（2）了解力矩、力偶、力向一点平移的结果。
（3）了解约束、约束力和力系，能作杆件的受力图。
（4.）会分析平面力系，会建立平衡方程并计算未知力。
2．能力目标（1）分析物体受力的能力（2）解决平面力系问题的基本计算能力3．教学重点受力分析4．教学难点建立平衡方程并计算未知力第2章直杆的基本变形教学内容1．直杆轴向拉伸与压缩；2．直杆轴向拉伸与压缩时的应力分析；3．材料的力学性能；4．*直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算。
5．连接件的剪切与挤压6．圆轴扭转7．直梁弯曲8．*组合变形9．*交变应力与疲劳强度10．*压杆稳定教学要求1．学习目标1．会判断直杆的基本变形。
2．会分析直杆轴向拉伸与压缩时的内力；了解应力、变形、应变的概念。
中职__机械基础第一、二章
③根据摩擦副的表面润滑状态分为：干摩擦、边界摩擦、液体
摩擦、混合摩擦。
二、机械中的磨损
磨损的类型： 粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。
单位时间内材料的磨损量称为磨损率。
磨损过程： 磨合磨损、稳定磨损、剧烈磨损。
三、机械中的润滑
正确选用摩擦副的材料组合，使摩擦因数小、磨损率低是 减少磨损的先决条件 流体润滑：流体静力润滑、流体动力润滑
课程设置
约束与约束力
力系
受力图
一、约束与约束力
自由体：位移(表示物体的位置变化，是矢量)不受任何限制的物
体。
非自由体：位移受到限制的物体。
约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。
约束反力：约束作用于被约束物体上的力，也称为约束力。 约束力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反。
的相互机械作用，
使物体的运动状态和形状发生改变。前者称为力的外效应， 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大小、方向和作用点，这三者 为力的三要素。
力的基本单位是牛顿（Ｎ），常用单位还有千牛顿（kＮ）等。
力是矢量，常用一带有箭头的线段表示，线段的长度表示力
的大小（按一定的比例尺），线段的方位和箭头的指向表示力
根据动力机的额定功率P（kW）和额定转速n（r/min）计
算出的载荷称为名义载荷，
名义转矩为
P T 9.55 10 i n
6
T
转矩，N· m 从动力机到所计算零件之间的总传动比 从动力机到所计算零件之间传动的总效率
i
载荷系数K与名义载荷的乘积称为计算载荷，以 Tc , Fc 等表示，
力偶矩公式表示： M(F1,F2)=±Fd 力偶中两个力的作用线间的垂直距离d，称为力偶臂 两个力所在的平面称为力偶的作用面， 规定使物体产生逆时针旋转的力偶矩为正值，反之为负值。
机械基础(多学时)—思考与练习题参考答案
思考与练习题参考答案绪论1．思考题（1）构件和零件的主要区别。
答：构件是运动单元，零件是制造单元，零件组成构件。
（2）一台完整的机器，通常都是由哪几部分组成。
答：一台完整的机器，通常都是由动力装置、传动装置、执行装置和操纵、控制及辅助装置组成的。
（3）机械零件使用最广的材料是什么材料。
答：机械零件使用最广的材料是金属材料。
2．选择题（1）( A )统称为机械。
A．机器和机构B．机构和构件C．构件和零件D．零件和机器（2）CA6140型普通车床的执行装置是( D )。
A．床头箱B．进给箱C．挂轮箱D．主轴（3）下列说法中正确的是( B )。
A．生活中如果没有摩擦，会给我们带来极大的方便B．冬天向冰雪覆盖的地面上洒些炉灰是为了增大摩擦C．胶鞋的鞋底一般都有花纹，是为了减小行走中摩擦力3．简答题（1）何谓机械?答：机械是人类在长期生产和实践中创造出来的重要劳动工具，它可以减轻体力劳动、改善劳动条件、提高劳动生产率、改进产品质量，是社会生产力发展水平的重要标志。
机械是机器和机构的总称。
（2）简述机械零件的承载能力。
答：组成机器的零件具有足够的承受载荷的能力，称为承载能力。
零件的承载能力主要由强度、刚度和稳定性三个方面来综合衡量。
（3）简述摩擦的利弊及增大或减小摩擦的方法。
答：（1）摩擦的有利作用①传动作用②制动作用③阻尼作用（2）摩擦的有害作用①损耗能量②引起磨损（3）增大摩擦的方法增大摩擦的方法有：增大压力、增大接触面的粗糙程度等。
（4）减小摩擦的方法减小摩擦的方法有：减小压力、减小接触面的粗糙程度、用滚动代替滑动、在接触面上加润滑剂、利用气垫、磁悬浮（使两个互相接触的摩擦面彼此分离）等。
第1章题解思考题：1．力的三要素是什么？答：力的三要素是力的大小、方向和作用点。
2．二力平衡条件是什么？答：二力平衡的条件是：作用在一个物体上的两个力，大小相等，方向相反，并作用在同一条直线上，这两个力就彼此平衡。
3．作用力和反作用力的关系是怎样的？答：作用力与反作用力总是同时存在、同时消失，且大小相等，方向相反，其作用线沿同一直线，分别作用在这两个物体上。
《机械基础》教案3-4
2、塑性（1）定义：金属材料断裂前发生永久变形的能力。
（2）衡量指标：伸长率（δ）：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
断面收缩率(ψ)：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。
（3）塑性的意义（1）任何零件都要求材料具有一定的塑性。
很显然，断后伸长率A和断面收缩率Ψ越大，说明材料在断裂前发生的塑性变形量越大，也就是材料的塑性越好。
（2）强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。
在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。
反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。
3、硬度金属材料抵抗局部变形（特别是塑性变形）、压痕或划痕的能力称为硬度。
(1)布氏硬度布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验.使用钢球压头时布氏硬度值用符号HBS表示；使用硬度合金压头时用符号HBW表示。
在实际测试时，不必用公式计算，一般用读数显微镜测出压痕直径d，然后根据 d大小查表，即可求出所测的硬度值。
应用：测量比较软的材料。
测量范围 HBS<450、HBW<650的金属材料。
优缺点：压痕大，测量准确，但不能测量成品件。
（2）洛氏硬度原理：加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。
符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。
优点：操作简便、迅速，效率高，可直接测量成品件及高硬度的材料。
缺点：压痕小，测量不准确，需多次测量。
测量范围：4、韧性。
机械基础机械零件的材料结构和承载能力
机械基础机械零件的材料结构和承载能力一、材料结构机械零件的材料结构主要包括金属结构和非金属结构两大类。
金属结构主要包括金属晶体结构、晶粒结构和组织结构等；非金属结构包括陶瓷、聚合物、复合材料、橡胶等。
1.金属结构（1）金属晶体结构：金属常见的晶体结构有面心立方(fcc)、体心立方(bcc)和密排六方(hcp)三种。
（2）晶粒结构：金属材料在制造过程中，晶粒是逐渐形成的。
晶粒的大小对材料的力学性能有着重要的影响，晶粒越小，材料的强度和硬度越高。
（3）组织结构：金属材料的组织包括铸态组织、变形组织和热处理组织等。
不同的组织结构对材料的性能有不同的影响。
2.非金属结构（1）陶瓷：陶瓷是由非金属原料经过高温烧结而成的材料，具有高硬度、高耐磨、耐高温等特点，在机械工程中被广泛应用。
（2）聚合物：聚合物是由有机高分子化合物经过化学反应得到的材料，具有轻质、强度高、耐磨等特点。
在机械工程中，聚合物材料主要用于制造轴承、密封件等。
（3）复合材料：复合材料是由两种或两种以上的材料按照一定的比例混合而成的材料。
常见的复合材料有玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等。
（4）橡胶：橡胶是一种高分子弹性材料，具有优异的弹性、耐磨、抗老化等特点。
在机械工程中，橡胶常用于制造密封件、减震器等。
二、承载能力1.材料性能材料的强度、硬度、韧性等是影响机械零件承载能力的重要指标。
一般来说，材料的强度越高，其承载能力越大。
硬度高的材料常常具有较好的耐磨性，能够减少因磨损而引起的失效。
韧性是指材料在受到冲击或振动时的抗拉伸能力，具有较好的韧性的材料能够有效避免断裂。
2.结构设计机械零件的结构设计对其承载能力有着重要的影响。
合理的结构设计可以提高机械零件的强度和刚度，增加其承载能力。
在结构设计中，应考虑到受力分布的合理性、零件的形状和尺寸等因素。
3.运行工况机械零件在工作过程中所处的工况也会影响其承载能力。
例如，在高温条件下，材料的强度和硬度通常会降低，导致机械零件的承载能力减小；在低温条件下，材料的韧性也会发生变化。
机械基础 第2章
8
应力：构件在外力作用下，单位面积上的内力。拉伸与压缩 时应力垂直于截面，称为正应力，记作σ。单位为帕，Pa。
式中
正应力的正负号规定为：拉伸时为正，压缩时为负。
伸（压缩）时金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下，其强度和变 形方面所表现出来的性能。它是强度计算和选用材料的重要依据。 通常按照标准把拉伸试样装夹在试验机上由实验来测定 ，如图2-8 所示。
26
二、圆轴扭转外力偶矩
为了利用截面法求出圆轴扭转时截面上的内力，要先计算出 轴上的外力偶矩。作用在轴上的外力偶矩一般不是直接给出，而 是根据所给定轴的传动功率和转速求出来的。
圆轴扭转外力偶矩的计算公式为：
27
三、圆轴扭转的变形
28
29
四、圆轴扭转的应力
圆轴扭转时横截面m-n上产生一个内力，该内力为一个力偶矩， 称为扭矩，用MT表示，如图2-30所示。
如图2-38所示。
40
梁在纯弯曲时，上下边缘处（到中性轴距离最大）正应力最大， 表达式如下：
（1）对于矩形截面
（2）对于圆形截面
（3）对于空心圆形截面
41
4.梁的强度 对于一般梁，影响强度的主要因素是弯曲正应力。因此，要
使梁有足够的强度，就应使梁内最大工作正应力不超过材料的许 用应力。
梁的弯曲强度条件：
⑶强化阶段： σb为抗拉强度； 工程中常用屈服点和抗拉强度作为材料的强度指标。 ⑷缩颈阶段：缩颈现象如图2-11所示。
13
2.低碳钢压缩时的力学性能 低碳钢压缩时的应力--应变曲线如图2-11所示。
14
3.铸铁拉伸（压缩）时的力学性能 如图2-12所示为灰口铸铁的拉伸、压缩应力—应变曲线，图
机械基础精品课程教案 .doc
机械基础精品课程教案0.1机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力【课题名称】机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力【教学目标与要求】知识目标1、了解机械的组成2、了解机械零件的材料、结构和承载能力一、能力目标通过了解机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力，掌握机械的组成特点，以及满足使用条件下机械零件的材料、结构、尺寸和形状。
二、教学要求1、了解组成、机械零件的材料、结构和承载能力，掌握机械的组成特点2、了解机械的基本知识，使设备能正常运行，延长使用寿命。
【教学重点】磨擦分类中的边界磨擦与混合磨擦的形成。
磨损种类中的疲劳磨损的形成机理和本科程的学习任务和要求。
【难点分析】机械的材料，失效、的强度定义【教学方法】讲授法、教师与学生互动法。
【教学安排】3学时（135分钟）【学生分析】学生对机械了解得很少，讲课时要注意联系学生所见到的实用机械，分析机器的组成和结构，引起学生的兴趣和爱好，使学生爱上本课程，是讲好本课程的根本目的。
所以，善于理论联系实际，从学生的认知规律出发，是讲好本课程的关键。
【教学过程】一、导入新课以教材中图0－1或洗衣机为例来讲机械的组成。
二、讲授新课（一）机器的组成1．机器的组成如图0－1所示或洗衣机为例来讲机械的组成。
得出无论是哪一种机械，都是由4个组成的，即动力部分、传动部分、执行部分和控制部分。
2．机器的结构零件制造的最小单元。
构件运动的最小单元。
构件可以是一个零件，但更多的是多个零件的组合。
零件组成构件，构件组成机器，完成预定的执行运动。
3．机器的类型按机器的的用途分为动力机械，如电动机、内燃机；加工机械，如加工机床、包装机械；运输机械，如汽车、飞机；信息机械，如复印机、传真机。
1、零件的常用材料常用作机械零件的材料有：钢、铸铁、铜合金、铝合金、工程塑料和橡胶。
2、材料的选用原则主要从使用要求、工艺要求和经济性几个方面考虑，尤其在市场经济、自由竟争、供大于求的条件下，机械零件的经济性更应当引起足够的重视。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
1.钢 （含碳量大于0.02%,小于2.11%的铁、碳合金）
低碳钢0.02%<C＜0.25% 用于铆钉、螺钉、连杆等
碳素钢 中碳钢0.25% ＜C＜0.6% 用于齿轮、轴、连接件等
高碳钢0.6%＜C ＜ 2.11%用于弹簧、工具、模具等
滚动轴承钢
合金结构钢
低合金结构钢
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
一、 零件的常用材料及选用 二、 零件的结构工艺性 三、 机械零件的标准化、系列化和通用化 四、零件的强度
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
一、零件的常用材料及选用
材料是制作机械零件的原料，零件有强度和使用寿命 的要求，不同的零件需要选用不同的材料。如汽车轮胎 需要具有一定的弹性和耐磨性，选用橡胶作为原料；汽 车大梁需要承受较大的载荷和冲击，选用具有一定强度 和韧性的低碳合金钢。机床的主轴不仅要有强度，还要 有抗弯曲变形的刚度要求，选择45或40Cr钢材，并作成 中空形状；机床的床身要求不变形且耐磨损，选用不变 形的铸铁材料，导轨表面作淬火处理。
青铜：青铜以主加元素的不同又可分为锡青铜 和铝青铜等，如CuAl10Fe3、ZCuSn5PbZn5。 青铜比黄铜有更高的强度、硬度、耐磨性和耐 腐蚀性。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
4、铸造锡基和铅基合金
铸造锡基和铅基合金主要含有锡、 铅、锑等成分，其优点是减磨性、 抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性 和导热性良好，主要用于制作滑动 轴承的减磨层。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
静应力指大小和方向不随时间变向随时间变化的应力。 动载荷产生变应力。具有周期性变化的应力 称为循环应力。 按应力变化特点分成脉冲循环应力、对称循 环应力和非对称循环应力三种，其中对称循 环应力对零件的寿命影响最大。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
3、零件的强度 强度是反映机械零件承受载荷时抵抗破坏的
能力的重要指标。 根据工作条件的不同，机械零件的强度可分
为静强度和疲劳强度。 根据破坏部位和破坏形式的不同，机械零件
的强度分为表面强度和体积强度，一般强度是指 体积强度。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
弹簧钢
钢
合金钢 特殊性能钢 如：不锈钢、耐热钢、耐磨钢
合金工具钢
铸钢 用于机座、箱壳、大齿轮等
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
2.铸铁
（含碳量大于2.11%的铁、碳合金）
灰铸铁 如HT100、HT300,良好的铸造性、切削加工 性、 耐磨性，消振性，但抗拉强度低。
铸
球墨铸铁 如QT400-18、QT500-7,强度和塑性比灰铸铁
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
5．工程塑料
工 热塑性塑料。如：聚乙烯、有机玻璃、尼龙等。 程 塑 料
热固性塑料。如：酚醛塑料、氨基塑料等。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
6.橡胶
橡胶有普通橡胶和特种橡胶，用于 制作密封件、减振件、传动件、输 送带、轮胎、胶辊等。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
三、零件的标准化、系列化和通用化
国家对机械零件做出了统一的标准规定，有利于 简化零部件的品种和规格，便于组织大规模的生产，降 低成本。
如需要一个螺钉、螺母，可以在市场上很方便地买 到。它是由标准件厂统一生产的，价格低，通用性好， 方便使用，但螺钉有统一的标准，如M6、M8、 M10、 M12、M16毫米，没有7、9、11、13,等规格的螺钉。滚动 轴承也是一样，其标准内经仅有10、12、15、17、20、25、 30、35…不可能有其他数值。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
本节小结 • 1、常用机械零件的材料 • 2、选择机械零件材料时考虑因素。 • 3、机械零件结构的工艺性。 • 4、零件的强度。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
实际应用中，有安全系数的作用，并不一定 立即出现问题。所以许用应力为极限应力与安全 系数的比值。安全系数越大，零件越安全，但零 件尺寸断面越大，造价越高。
对于运输机械，如摩托车、汽车、飞机，如 果安全系数过大，自身重量过大，消耗的燃料过 多，所以应当取较小的安全系数 。
变应力使零件产生疲劳断裂。如火车车 轮与轴组成一体，轴的受载荷是不变，但轴 随车轮的转动不断变化位置，它受到对称循 环变化的变应力作用，经过无数次转动后， 可能出疲劳断裂。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
• （2）机械零件的表面强度
• 在载荷的作用下，如果应力是在零件的较 浅的表层产生的，在这种应力状态下的零 件强度称为表面强度。
铁
有 很大的提高，具有良好的耐磨性，但铸造性较差。
可锻铸铁 如KTH300-06 ,强度、塑性、韧性、耐磨性均 较高，能承受冲击振动 , 但生产周期长，成本较高。 铸造大尺寸零件较困难。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
3.铜合金
铜合金的减磨性和耐腐蚀性能较好。
黄铜：铜与锌的合金，含少量锰、铝等元素， 如 ZCuZn38等。
• （1 ）机械零件的体积强度 在载荷作用下，如果应力是在较大的
体积内产生的，在这种应力状态下的零件强 度称为体积强度。
一般分为静应力下零件的强度和变应力 下零件的强度。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
静应力使零件产生塑性变形或断裂。如 自行车前后轴固定不动，受到人的不变载荷 静止作用，前轴太细可能产生弯曲塑性变形， 严重时会断裂。
表面接触强度
表
面 强
表面挤压强度
度
表面磨损强度
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
(1) 表面接触强度 点、线接触的高副连接表面产生弹性变形，出现很
大的局部应力，称接触应力。 (2) 表面挤压强度 以面接触而无相对运动的零件， 在载荷作用下，接触表面产生挤压 应力。 （3）表面磨损强度 以面接触而作相对运动的零件， 在载荷作用下，接触表面因摩擦产 生磨损，当磨损量超过许用值，零 件即告失效。
式中 K----载荷系数，一般取K≥1。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
2、应力 应力是机械受到外载荷作用后，单位截
面上所受到的内力。载荷指零件外部的作用 力；应力指受到外部作用后，零件内部产生 的内力。应力的大小与外部载荷的变化、大 小有关。
式中 σ----应力，国际单位N/m2 F----机械所受的内力，单位N。 A----机械零件受力的截面积，单位mm2
常用材料
材料选用原则
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
一、 常用材料 1．钢 2．铸铁 3. 铜合金 4. 铸铁锡基和铅基轴承合金 5. 工程塑料 6. 橡胶
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
1、钢
常用作机械零件的材料，它是铁和碳 的合金。常用结构碳素钢和合金钢。钢中 含碳质量分数的多少，影响到钢的韧性和 硬度，含碳质量分数越低，韧性越好，但 硬度低；反之，含碳质量分数越高，硬度 越大，但韧性越差。所以，常用中碳钢作 为零件的材料，具有一定的韧性和硬度， 也方便进行热处理。
零件的标准化、系列化和通用化的意义，主要表 现在以下几方面： (1)、便于组织大批量生产，并能提高质量、降低 成本。 (2)、有利于减少制造和设计工作量，缩短生产周 期。 (3)、增大零部件的互换性，方便机器维修。 (4)、有利于增加产品品种，扩大生产批量，满足 各种需求。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
四、 零件的强度
失效是指机械零件丧失工作能力或不能 达到设计要求时。如彩色电视机的显像管， 由于老化而出现的图象模糊不清，达不到 设计时的要求，称之为失效。
零件不发生失效时的安全工作限度称为 工作能力。
对荷载而言的工作能力称为承载能力。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
1、载荷指机械零件受到的外力或外力矩 或者是力和力矩组成的联合载荷。 载荷大小和方向不随时间变化或者变化缓 慢的，称为静载荷。 载荷大小和方向随时间变化而变化的称为 动载荷。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
4、安全系数和许用应力
每一种材料经过试验后，都可以找到最大极限应 力值。如果直接以极限应力作为计算材料的强度，当达 到极限应力值时，零件就会出现破坏。此外，实验室的 测试是静态的外载荷作用，与零件实际工作环境存在差 别，为防止出现意外事故，取一个比1大的值作为安全 系数。如取安全系数2，假设其极限应力为200MPa，被2 除后，得到100MPa，称100MPa为许用的应力，即当应 力达到100 MPa时为最大的极限，超过100 MPa认为零件 超载，会出现破坏。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
使用要求包括零件的工作和受载情 况，零件的尺寸和质量的限制，零件的 重要程度等。工作情况指零件所处的环 境，如介质、温度及摩擦性质。受载情 况指的载荷大小和应力种类。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
二、零件加工的工艺性
机械零件应该加工方便、节省工时、提高 效率、降低成本、保证质量、满足结构工艺 要求。影响机械零件的结构工艺性的因素很 多，涉及材料选择、毛坯准备、机械加工、 装配维修等各方面。如铸造材料要求其最小 厚度要大于8mm，否则会因为铸不满而产生 废品；留出足够的加工余量。锻件的内孔太 小时，不能冲孔成形；轴上的螺纹要留退刀 槽；磨削表面提前做出中心孔等。这些都是 满足加工工艺要求所必须做好的准备。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力 根据动力机的额定功率P(kW)和额定转速n(r/min) 计算出的称为名义载荷。
名义转矩为：
式中 T-----转矩，N·mm； i-----从动力到所计算零件之间的总传动比； η----从动力到所计算零件之间传动的总效率。