Методические разработки по Технической механике
учебно-методическое пособие по теме

Министерство образования и науки Республики Калмыкия

БПОУ РК «Элистинский политехнический колледж»

1. МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

1. к выполнению лабораторной работы

по Технической механике

Тема: «Определение равнодействующей плоской системы сходящихся сил»

1. Преподаватель  Л.Э. Мальченко

г.Элиста

Настоящая методическая разработка предназначена для студентов вторых курсов специальностей 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», 23.02.04 «Техническая эксплуатация подъёмно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям)», 08.02.05 «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов», 13.02.03 «Электрические станции, сети и системы», 20.02.02 «Защита в чрезвычайных ситуациях».

Настоящая разработка служит для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических умений по теме «Плоская система сходящихся сил» дисциплины «Техническая механика».

В результате выполнения работы студент должен:

иметь представление:

- о плоской системе сходящихся сил;

- о равнодействующей силе;

- о равновесии системы сил;

знать:

- условия равновесия системы сил;

уметь:

- определять равнодействующую системы сил.

1. Цель работы

 Сравнение результатов расчётного и экспериментального определения модуля равнодействующей системы сходящихся сил.

2. Теоретическое обоснование

Если линии действия всех сил системы сходятся в одной точке, то это система сходящихся сил. Для любой системы сходящихся сил всегда можно найти одну силу, которая эквивалентна всей системе сил. Сила, которая эквивалентна системе сил, называется равнодействующей системы сил.

Вектор равнодействующей равен геометрической сумме векторов всех сил системы:

Многоугольник, который получается при сложении векторов сил системы называется силовым многоугольником (рис. 1). Вектор равнодействующей в силовом многоугольнике является замыкающей стороной и направлен от начала первого вектора к концу последнего вектора силы.

        O        

1. Рис. 1. Силовой многоугольник

Модуль вектора равнодействующей можно определить через его проекции на координатные оси:

;

;

,

где:  - проекции вектора равнодействующей на оси координат;

  - проекции векторов сил системы на оси координат.

Угол между линией действия вектора равнодействующей и осью

определяется по формуле:

3. Порядок выполнения работы

1. Студент получает от преподавателя индивидуальное задание и заносит его в таблицу 1.

Таблица 1.

Где: , ,  - модули сил системы сходящихся сил;

        , ,  - углы между линиями действия сил и осью .

2. Составляется расчётная схема:

        O

3. Вычисляются проекции и модуль равнодействующей:

;

;

.

4. Вычисляется угол между линией действия вектора равнодействующей и осью :

.

5. Экспериментальное определение модуля равнодействующей и угла выполняется на опытной установке в следующей последовательности:

1. Подвижные каретки с блоками устанавливаются и закрепляются на диске опытной установки в соответствии с углами, записанными в таблице 1.
2. На нити, проходящие через блоки кареток, подвешиваются грузы, эквивалентные модулям сил, записанным в таблице 1.
3. Выбирается свободная каретка, к нити которой присоединяется динамометр. Путём перемещения каретки и натяжения нити через динамометр подбирается такое положение, когда остриё подвижной стойки установится точно в центре прозрачного экрана.
4. По показанию динамометра определяется модуль равнодействующей , а по шкале на диске опытной установки определяется угол .

6. Оценивается сходимость результатов расчёта и эксперимента по формулам:

;

.

7. Составляется и оформляется отчёт о лабораторной работе по форме, приведённой в Приложении.

Контрольные вопросы:

1.Какая система сил называется системой сходящихся сил?

2.Что мы называем равнодействующей силой системы сил?

3.Чему равен вектор равнодействующей силы?

4.Как строится силовой многоугольник и какое место в нём занимает вектор равнодействующей?

5.Чему равен вектор равнодействующей уравновешенной системы сходящихся сил?

6.Как выглядит геометрическое условие равновесия системы сходящихся сил?

7.Что мы называем проекцией вектора силы на координатную ось?

8.Как вычислить величину проекции вектора, зная модуль вектора и угол между ним и координатной осью?

9.Как вычисляется модуль вектора равнодействующей аналитически?

10.Как выглядит аналитическое условие равновесия системы сходящихся сил?

                Приложение 1

2. ОТЧЁТ

1. о выполнении лабораторной работы № 1

по «Технической механике» на тему:

«Определение равнодействующей плоской системы сходящихся сил»

2. Выполнил: студент группы ________     _______________________

Ф.И.О.

Проверил: преподаватель Мальченко Л.Э.

1. Цель работы – сравнение результатов расчётного и экспериментального определения модуля и линии действия равнодействующей плоской системы сходящихся сил.

2. Задание на работу.

2. Таблица 1

где: , ,  - модули сил системы сходящихся сил;

        , ,  - углы между линиями действия сил и осью

3. Расчёт.

3.1.Расчётная схема согласно задания (таблица 1)

        О

3.1.Проекции и модуль равнодействующей:

3.2.Угол между линией действия равнодействующей и осью :

4.Результаты эксперимента:

=

=  

5.Сходимость результатов расчёта и эксперимента:

Министерство образования и науки Республики Калмыкия

БПОУ РК «Элистинский политехнический колледж»

1. МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

1. к выполнению лабораторной работы

по Технической механике

Тема: «Испытание на растяжение образца из стали»

1. Преподаватель  Л.Э. Мальченко

г.Элиста

1. Цель работы

 Экспериментальное определение механических характеристик и марки стали.

2. Теоретическое обоснование

Механические характеристики материала можно условно разделить на три группы:

1. Характеристики прочности:

• предел пропорциональности  - максимальное напряжение в зоне действия закона Гука;
• предел текучести  -  напряжение, при котором наблюдаются пластические деформации в материале;
• предел прочности  - напряжение, при котором начинается разрушение материала.

2. Характеристики пластичности:

• относительное остаточное удлинение при разрыве ;
• относительное остаточное сужение при разрыве .

3. Характеристика вязкости:

• удельная работа, затраченная на разрушение единицы объёма образца ,

где:  - работа, затраченная на деформацию и разрушение расчётной длины образца;

         - первоначальный объём расчётной длины образца;

           - диаметр рабочей части образца до испытаний;

           - диаметр шейки после разрыва образца;

        - первоначальная расчётная длина образца;

        - остаточная расчётная длина образца после разрыва;

          - площадь сечения рабочей части образца;

        - максимальная нагрузка в зоне действия закона Гука;

        - нагрузка, при которой появляются пластические  деформации;

         - максимальная нагрузка, выдерживаемая образцом.

3. Порядок выполнения работы

1. Измерить диаметр рабочей части образца    с точностью до 0,02 мм и расчётную длину    с точностью до 0,1 мм (рис. 1а) и результаты занести в таблицу 1.

                           а)

       б)

Рис.1

2. Закрепить образец в захватах испытательной машины и включить привод машины.
3. Наблюдать за поведением образца в процессе нагружения и после обрыва образца выключить привод машины.
4. Освободить части образца из захватов машины, плотно прижать обе части друг к другу, замерить расчётную длину образца после обрыва   и диаметр шейки   в месте обрыва (см. рис.1б) и результаты занести в таблицу 1.

1. Таблица 1

5. Вынуть из самопишущего прибора диаграмму растяжения (рис.2) и по ней определить нагрузки, соответствующие пределу пропорциональнос-ти -, пределу текучести  -, пределу прочности -, и результаты занести в таблицу 1.
6. По соответствующим формулам вычислить механические характеристики материала и результаты занести в таблицу 2.

1. Таблица 2

Рис.2

7. Ориентируясь на полученные в таблице 2 значения предела текучести  и предела прочности , по таблицам определить предполагаемую марку стали образца.
8. Составить и оформить отчёт о выполнении лабораторной работы по форме, приведённой в Приложении.

Контрольные вопросы:

1. Что называется диаграммой растяжения?
2. Как формулируется закон Гука?
3. Какой участок диаграммы соответствует зоне действия закона Гука при растяжении?
4. Что такое предел пропорциональности?
5. Что такое предел текучести?
6. Что такое предел прочности?
7. Какие деформации называются упругими?
8. Какие деформации называются пластическими (остаточными)?
9. Какие участки диаграммы соответствуют упругим и какие пластическим деформациям?
10. Какие характеристики оценивают пластичность материала?
11. Какие характеристики оценивают вязкость материала?

1.Цель работы – экспериментальное определение механических характеристик и марки стали.

2.Практическая часть

2.1.Результаты обмера образца и обработки диаграммы растяжения

2. Таблица 1

Рис.1. Диаграмма растяжения

2.2.Вычисление механических характеристик

2.3.Результаты испытаний

2.                                                                                                   Таблица 2

2.4. Предполагаемая марка стали: Сталь 25 ГОСТ 1050-74, термообработка – нормализация, =280 МПа, =460 МПа.

Министерство образования и науки Республики Калмыкия

БПОУ РК «Элистинский политехнический колледж»

1. МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

1. к выполнению лабораторной работы

по Технической механике

Тема: «Определение прогиба  двухопорной балки при прямом изгибе»

1. Преподаватель  Мальченко Л.Э.

1. Цель работы

Сравнение результатов расчётного и экспериментального определе-ния прогибов балки.

2. Теоретическое обоснование

Под действием внешней нагрузки ось балки искривляется и проис-ходит перемещение сечений балки (рис.1а).

Прогиб балки – перемещение сечения балки в вертикальном нап-равлении.

Прогиб определяется с помощью интеграла Мора:

где: - функция изгибающего момента от внешней нагрузки;

          - функция изгибающего момента от единичной силы, приложенной в месте определения прогиба;

- модуль продольной упругости материала балки;

- осевой момент инерции сечения балки.

Вычисление интеграла Мора удобнее выполнять графо-аналитичес-ким способом, называемым  правилом Верещагина.                   

По правилу Верещагина функции , ,  заменяются эпюрами изгибающих моментов: от внешней нагрузки - и от единичной силы -. Операция интегрирования заменяется операцией перемножения эпюр (см. рис.1б, в, г):

где:  - площади - той части эпюры ;

        , - ординаты эпюр   под центрами тяжести площадей .

Рассмотрим двухопорную балку, нагруженную на расстоянии  от левой опоры сосредоточенной вертикальной силой  (см.рис.1). Найдём прогиб балки на расстоянии  от той же опоры. При этом будем считать, что .

Строим эпюру изгибающих моментов от нагрузки  (см.рис.1б).

Реакции опор:

Изгибающие моменты:

        A                      D                C                B                                             

а)                                            

б)                          Эпюра

в)                Эпюра

                                  1                                              Эпюра

г)

        Рис.1.

Строим эпюру изгибающих моментов от единичной силы, приложенной в месте определения прогиба – сечении D (см.рис.1г).

Реакции опор:  

Изгибающие моменты:

Видоизменим (расслоим) эпюру  с целью совмещения границ участков эпюр  и  (см.рис.1в).

Определим площади участков на эпюре

Определим ординаты на эпюре  под центрами тяжести площадей на эпюре

Перемножая эпюры по правилу Верещагина, получим формулу для вычисления прогиба при :

    (1)  

Выполнив аналогичные преобразования при   получим следующую формулу:

                                               (2)

3. Порядок выполнения работы

1. Студент получает от преподавателя индивидуальное задание,

обмеряет модель балки и данные заносит в таблицу 1.  

        Таблица 1

3.2. Исходя из соотношения величин  и , студент выбирает нужную ему формулу и по ней вычисляет расчётный прогиб .

3. Модель балки устанавливается на стенд, нагружается по заданной схеме и замеряется экспериментальный прогиб .

4. Оценивается сходимость результатов расчёта и эксперимента по формуле:

3.5.Составляется и оформляется отчёт по лабораторной работе по форме, приведённой в Приложении.

1. Контрольные вопросы

1. Что мы называем прогибом балки?
2. Что такое – интеграл Мора?
3. Сформулируйте правило Верещагина.
4. Что это такое - единичная сила и где она прикладывается?
5. Что мы называем эпюрой изгибающих моментов?
6. Как найти произведение двух эпюр?
7. Каким прибором замеряется прогиб балки?

Приложение

2. ОТЧЁТ

1. о выполнении лабораторной работы

по Технической механике на тему:

«Определение прогиба двухопорной балки при прямом изгибе»

2. Выполнил: студент группы ________     ______________________

1.                                                             ФИ

Проверил: Мальченко Л.Э.

1.Цель работы – сравнение результатов расчётного и эксперимен-тального определения прогиба двухопорной балки.

2.Задание на работу

1.                                                                          Таблица 1

3.Расчёт

1. Осевой момент инерции сечения балки

Модуль продольной упругости для Ст 08

Так как , то используем формулу (1)

                       4.  Эксперимент

5.Сходимость результатов расчёта и эксперимента

Министерство образования и науки Республики Калмыкия

БПОУ РК «Элистинский политехнический колледж»

1. МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

1. к выполнению лабораторной работы

по Технической механике

Тема: «Определение прогиба  консольной балки при прямом изгибе»

1. Преподаватель  Мальченко Л.Э.

1. Цель работы

Сравнение результатов расчётного и экспериментального определения прогибов балки.

2. Теоретическое обоснование

Под действием внешней нагрузки ось балки искривляется и проис-ходит перемещение сечений балки (рис.1а).

Прогиб балки – перемещение сечения балки в вертикальном нап-равлении.

Прогиб определяется с помощью интеграла Мора:

где: - функция изгибающего момента от внешней нагрузки;

          - функция изгибающего момента от единичной силы, приложенной в месте определения прогиба;

- модуль продольной упругости материала балки;

- осевой момент инерции сечения балки.

Вычисление интеграла Мора удобнее выполнять графо-аналитическим способом, называемым  правилом Верещагина.                   

По правилу Верещагина функции , ,  заменяются эпюрами изгибающих моментов: от внешней нагрузки - и от единичной силы -. Операция интегрирования заменяется операцией перемножения эпюр (см. рис.1б, в, г):

где:  - площади - той части эпюры ;

        , - ординаты эпюр   под центрами тяжести площадей .

Рассмотрим консольную балку, нагруженную на расстоянии  от  опоры сосредоточенной вертикальной силой  (см.рис.1). Найдём прогиб балки на расстоянии  от той же опоры. При этом будем считать, что .

Строим эпюру изгибающих моментов от нагрузки  (см.рис.1б).

Изгибающие моменты:

Прикладываем к балке в сечении D единичную силу и строим эпюру   (см.рис.1в).

Изгибающие моменты:

Разбиваем эпюру  на простейшие фигуры по границам участков (см.рис.1б) и определяем площади этих фигур:

         A                     D                C                B                                             

а)                                            

б)                                                                                                    Эпюра

в)        

                                                                                       Эпюра

        Рис.1.

Определим ординаты на эпюре  под центрами тяжести площадей на эпюре

Перемножая эпюры по правилу Верещагина, получим формулу для вычисления прогиба при :

                                       (1)  

Выполнив аналогичные преобразования при   получим следующую формулу:

                                                                              (2)

3. Порядок выполнения работы

1. Студент получает от преподавателя индивидуальное задание,

обмеряет модель балки и данные заносит в таблицу 1.  

        Таблица 1

3.2. Исходя из соотношения величин  и , студент выбирает нужную ему формулу и по ней вычисляет расчётный прогиб .

3. Модель балки устанавливается на стенд, нагружается по заданной схеме и замеряется экспериментальный прогиб .

4. Оценивается сходимость результатов расчёта и эксперимента по формуле:

3.5.Составляется и оформляется отчёт по лабораторной работе по форме, приведённой в Приложении.

1. Контрольные вопросы

1. Что мы называем прогибом балки?
2. Что такое – интеграл Мора?
3. Сформулируйте правило Верещагина.
4. Что это такое - единичная сила и где она прикладывается?
5. Что мы называем эпюрой изгибающих моментов?
6. Как найти произведение двух эпюр?
7. Каким прибором замеряется прогиб балки?

Приложение

2. ОТЧЁТ

1. о выполнении лабораторной работы

по Технической механике на тему:

«Определение прогиба консольной балки при прямом изгибе»

2. Выполнил: студент группы ________     ______________________

1.                                                             ФИ

Проверил: Мальченко Л.Э.

1.Цель работы – сравнение результатов расчётного и эксперимен-тального определения прогиба консольной балки.

2.Задание на работу

1.                                                                          Таблица 1

3.Расчёт

1. Осевой момент инерции сечения балки

Модуль продольной упругости для Ст 08

Так как , то используем формулу (1)

                                   4.  Эксперимент

5.Сходимость результатов расчёта и эксперимента

Министерство образования и науки Республики Калмыкия

БПОУ РК «Элистинский политехнический колледж»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

к выполнению расчётно-графической работы

по Технической механике

Тема: «Расчёт передачи винт-гайка»

1. Преподаватель  Л.Э. Мальченко

1. Цель работы

Определить основные параметры передачи винт-гайка на примере винтового домкрата, если заданы:

- грузоподъёмность F;

- тип резьбы;

- высота подъёма ℓ.

2. Теоретическое обоснование

Передача винт-гайка (винтовой механизм) предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом как винт, так и гайка могут иметь либо одно из вышеназванных движений, либо оба движения одновременно. Например, в винтовом домкрате, изображенном на рис.1, винт совершает оба движения одновременно. Так, при вращении вертикального винта за рукоятку в неподвижной гайке винт получает поступательное перемещение и поднимает груз, опирающийся на чашку домкрата.                                                                                                     F

Достоинства передачи винт-гайка:

- большой выигрыш в силе;

- возможность получения медленного движения

с высокой точностью перемещения;

- компактность при высокой нагрузочной способности;

- простота конструкции и изготовления.

К недостаткам рассматриваемой передачи можно отнести

большое трение в резьбе, вызывающее её повышенный износ,

низкий К.П.Д.                                                                                                           Рис.1

Винтовые механизмы применяют для поднятия грузов (домкраты), создания больших усилий (прессы, нажимные устройства и т.п.) и получения точных перемещений (измерительные приборы, регулировочные устройства, ходовые винты станков).

Существует два типа передач винт-гайка:

1. Передачи с трением скольжения – имеют наибольшее распространение ввиду простоты устройства. Винты передач делятся на грузовые и ходовые. Грузовые винты предназначены для создания больших усилий (домкраты, прессы и т.п.). При реверсивном движении под нагрузкой в них применяют трапецеидальную резьбу, а при больших односторонних нагрузках – упорную. В домкратах применяют в основном однозаходные резьбы для получения самотормозящей винтовой пары. Ходовые винты предназначены для получения точных перемещений. Для уменьшения трения они, как правило, имеют трапецеидальную многозаходную резьбу. Гайки грузовых винтов изготовляют цельными, а ходовых винтов – составными, чтобы устранять зазоры, образовавшиеся при сборке или в результате износа резьбы. Составная гайка имеет подвижную и неподвижную части: первая может смещаться в осевом направлении относительно второй, что и обеспечивает устранение зазора.
2. Передачи с трением качения или шариковые винтовые передачи применяют для получения перемещений высокой точности, где важно малое трение и полное отсутствие зазора в резьбе (например, приводы подач станков с программным управлением и др.).

Для уменьшения потерь на трение и износа резьбы, винты передач с трением скольжения делают стальными, а гайки – из бронзы, чугуна или латуни.

Таблица 1

Наиболее частая причина выхода из строя винтов и гаек – это износ их резьбы. Поэтому основным критерием работоспособности и расчёта передачи является износостойкость (проектировочный  расчёт). Также передачу винт-гайка рассчитывают на прочность и устойчивость винта (проверочные расчёты).

Последовательность расчёта винтового домкрата:

1. В зависимости от условий работы и значения нагрузки F выбирают материал винта и гайки и принимают допускаемое напряжение [σ] для материала винта и допускаемое давление в резьбе [р].
2. Задаются конструкцией гайки (цельная или разъёмная) и принимают коэффициент высоты гайки Ψн. Затем определяют средний диаметр резьбы d2 и по ГОСТ 9484-73 принимают размеры резьбы: d, d1, d2 и р. При выборе шага р надо ориентироваться на средние его значения. Крупный шаг рекомендуется только для высоконагруженных передач, а мелкий – при необходимости перемещений повышенной точности.
3. Определяют длину винта.
4. Проверяют условие самоторможения винта.
5. Определяют размеры гайки. Если по расчёту число витков в гайке z получилось больше 10, то необходимо изменить размеры резьбы или выбрать другие материалы.
6. Выполняют проектировочный расчёт на износостойкость.
7. Проверяют винт на прочность.
8. Проверяют винт на устойчивость.
9. Определяют общий К.П.Д. винтового домкрата.

3. Порядок выполнения работы

Расчётная схема домкрата:    

                                         Рис.2

3.1. Допускаемое напряжение на растяжение болта равно:

[σ]=,

где: σТ – предел текучести, зависит от материала и определяется по приложению 2;

[s] – допускаемый коэффициент запаса прочности, для стальных винтов [s]=3.

Допускаемое давление в резьбе для следующих пар материалов равно:

• закалённая сталь – бронза [р]=11…13 МПа,
• незакалённая сталь – чугун [р]=4…6 МПа,
• при редкой работе (например, домкраты) давление [р] повышают на 20%.

3.2. Средний диаметр резьбы определяется по формуле:

d2,

где: F – осевая сила;

Ψн – коэффициент высоты для цельных гаек Ψн=1,2…2,5,  а для разъёмных гаек Ψн=2,5…3,5.

Ψh – коэффициент высоты резьбы, для трапецеидальной резьбы Ψh=0,5, для упорной резьбы Ψh=0,75.

3.3. Для домкратов длина винта определяется по формуле: ℓ=(8…10)d.

3.4. Условие самоторможения винта: γ<φ,

где: γ=arctg – угол подъёма резьбы;

рz – ход резьбы, в однозаходной резьбе рz=р, в двухзаходной рz=2р и т.д.;

φ=arctg – приведённый угол трения;

f – коэффициент трения стали по бронзе равен 0,1, а стали по чугуну 0,15…0,18;

α – угол трения, для трапецеидальной резьбы α=300.

3.5. Размеры гайки определяются по формулам:

высота Н=Ψн∙d2.

число витков z=Н/р.

3.6. Условие износостойкости:    ,

где: – среднее давление между витками резьбы винта и гайки;

h – рабочая высота профиля резьбы, для трапецеидальной резьбы h=0,5р.

3.7. Условие прочности по гипотезе энергии формоизменения:

,

где: σэ – эквивалентное напряжение для опасной точки винта;

N – нормальная сила;

Мк – крутящий момент в опасном сечении винта.

3.8. Устойчивость домкрата определяется, исходя из условного представления винта как стойки с нижним защемлённым и верхним свободным концами.

Условие устойчивости сжатого стержня:

sy=,

где: sy – коэффициент запаса устойчивости;

[sy] – допускаемый коэффициент запаса устойчивости, для стальных

деталей [sy]=1,5…2,1 и для чугуна [sy]=2,0…2,4;

Fкр – критическая сила, которая определяется по формуле Эйлера:

Fкр=,

где: Е – модуль упругости, который зависит от материала детали и определяется по таблице 2;

μ – коэффициент приведения длины, для защемления со свободным концом μ=2;

Jmin– минимальный осевой момент инерции стержня, для квадратного сечения Jmin=b4/12, для круглого сечения Jmin=πd4/64, для кольца Jmin= πd4(1-с4)/64, где с=dвнут/dнаруж..

Таблица 2

3.9. Общий К.П.Д. винтового механизма:

ηв.м.=,

где: F – осевая сила, действующая на винт;

рz – ход резьбы;

М1 – момент трения в резьбе;

М2 – момент торцового трения.

Контрольные вопросы по теме:

1. Назначение передачи винт-гайка?
2. Достоинства и недостатки передачи винт-гайка?
3. Область применения винтовых механизмов?
4. Назовите типы передач винт-гайка?
5. Передачи с трением скольжения: виды, отличия?
6. Какой расчёт передачи винт-гайка является основным и почему?
7. Принцип работы и основные составляющие винтового домкрата?
8. Формула Эйлера?
9. Начертите расчётную схему винта для расчёта его на устойчивость.

Приложение 1.

1. ОТЧЁТ

1. о выполнении расчётно-графической работы

по технической механике на тему:

«Расчёт передачи винт-гайка»

2. Выполнил: студент группы ________     _______________________

Ф.И.О.

Проверил: Мальченко Л.Э.

Задание 

Определить основные параметры винтового домкрата, если заданы:

- грузоподъёмность F=10 кН;

- резьба трапецеидальная, однозаходная;

- высота подъёма ℓ=0,5 м.

Решение:

Расчёт будем производить для высоконагруженных винтов по опасному сечению винта, для установления которого построим эпюры продольных сил и изгибающих моментов.

От чашки домкрата до гайки нормальная сила равна осевой силе (или грузоподъёмности домкрата) N=F=10 кН. В пределах высоты гайки сила F умень-шается до 0, а крутящий момент Мк изменяется от 0 до М1=F∙ℓ=10∙0,5=5 кН∙м.   От верхней грани гайки до рукоятки Мк=М1, выше рукоятки Мк=М2=5 кН∙м.

Расчётная схема домкрата и эпюры:

Рис.3

Из эпюр видно, что опасное сечение домкрата находится выше гайки.

1. Принимаем винт класса прочности 6.8, материал винта – сталь углеродистая марки Ст 45, материал гайки – антифрикционный чугун марки АЧВ-2. Для класса прочности 6.8 σт=480 МПа.

Определим допускаемое напряжение на растяжение болта:

[σ]=

Принимаем допускаемое давление в резьбе равным 6 МПа и увеличим его на 20%: [р]=6∙1,2=7,2 МПа. (см. п. 3.1)

2. Принимаем конструкцию гайки – цельная – и определяем её параметры:

d2,

где: коэффициенты Ψн=1,5 и Ψh=0,5 (см. п.3.2).

В соответствии с приложением 2 принимаем средний диаметр d2=8 мм. Тогда d=10 мм, d1=7 мм, р=2 мм.

3. Принимаем длину винта ℓ=8d=8∙10=80 мм.        

4. Проверим условие самоторможения винта: γ<φ,

где: γ=arctg =arctg=arctg0,08=80

φ=arctg=arctg=arctg0,18=100

γ=80<φ=100.

5. Определяем размеры гайки:

высота гайки Н=Ψн∙d2=1,5∙8=12 мм.

число витков z=Н/р=12/2=6<10, следовательно размеры резьбы подобраны правильно. (см. стр.3 п.5)

6. Проверяем условие износостойкости домкрата:

,

где h=0,5р=0,5∙2=1 мм.

Вывод: износостойкость домкрата обеспечена.

7. Условие прочности по гипотезе энергии формоизменения:

Вывод: прочность домкрата обеспечена.

8. Условие устойчивости сжатого стержня:

sy=

где: Fкр=,

Jmin=πd4/64=3,14∙104/64=490,6 мм4

Вывод: устойчивость домкрата обеспечена.

9. Определим общий К.П.Д. винтового механизма:

ηв.м.=.

Приложение 2.

Стандартный ряд диаметров:

7; 7,5; 8; 9; 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 33; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130, далее через 10 мм.

Приложение 3.

Тангенсы

Министерство образования и науки Республики Калмыкия

БПОУ РК «Элистинский политехнический колледж»

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

1. по дисциплине: «Техническая механика»

для специальности: 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»

1.1. Область применения рабочей программы.

Рабочая программа учебной дисциплины является частью программы подготовки специалистов среднего звена и соответствует ФГОС СПО для специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта».

1.2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной программы.

Дисциплина входит в профессиональный учебный цикл, является общепрофессиональной дисциплиной.

1.3. Цели и задачи дисциплины.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

- производить расчет на растяжение и сжатие на срез, смятие, кручение и изгиб;

- выбирать детали и узлы на основе анализа их свойств для конкретного применения;

знать:

- основные понятия и аксиомы теоретической механики, законы равновесия и перемещения тел;

- методики выполнения основных расчетов по теоретической механике, сопротивлению материалов и деталям машин;

- основы проектирования деталей и сборочных единиц;

- основы конструирования.

Изучение данной дисциплины направлено на формирование следующих общих (ОК) и профессиональных компетенций (ПК):

1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение программы дисциплины.

Максимальная учебная нагрузка обучающегося 247 часов, в том числе аудиторной нагрузки 165 часов, на лабораторно-практическую нагрузку 24 часа.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины «Техническая механика»

Для характеристики уровня освоения учебного материала используются следующие обозначения:

1 — ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);

2 — репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством);

3 — продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач).

3. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению.

Реализация программы дисциплины требует наличие учебного кабинета «Технической механики».

Оборудования учебного кабинета:

- посадочные места по количеству обучающихся;

- рабочее место преподавателя;

- комплекты учебно-наглядных пособий «Техническая механика»;

- образцы металлов (стали, чугуна, цветных металлов и сплавов);

- образцы неметаллических материалов.

Технические средства обучения:

- компьютер с лицензионным программным обеспечением и мультимедиапроектор, экран.

Оборудование лаборатории:

по количеству обучающихся:

- комплект рабочих инструментов;

- измерительный и разметочный инструмент;

- макеты и натуральные детали:

- шпоночного соединения;

- шлицевого соединения;

- резьбового соединения;

- соединительных муфт;

- зубчатых передач;

- цепных передач;

- ременных передач;

- подшипников.

3.2. Информационное обеспечение обучения.

Перечень рекомендуемых учебных изданий, дополнительной литературы.

Основные источники:

1. Аркуша А.И. Техническая механика. Теоретическая механика и сопротивление материалов. М: Либроком, 2015 г., 354 с. - Серия: среднее профессиональное образование.

2. Опарин И.С. Основы технической механики. Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования, М: Издательский центр "Академия", 2014 г., 144 с.- Серия: среднее профессиональное образование.

3. Краснов М.М., Вереина Л.И. Техническая механика. Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования. М: Академия (Academia), 2014 г., 352с.- Серия: среднее профессиональное образование.

4. Буланов Э.А. Решение задач по сопротивлению материалов, 4-e изд. М: БИНОМ. ЛЗ, 2012 г., 179 с.- Серия: среднее профессиональное образование.

Дополнительные источники:

1. Опарин И.С. Основы технической механики: Рабочая тетрадь (2-е изд., стер.), учебное пособие, М: издательский центр Академия, 2013 г., 152 с. - Серия: среднее профессиональное образование.

2. Сетков В.И. Сборник задач по Технической механике для СПО, М: издательский центр Академия, 2013 г., 224 с. - Серия: среднее профессиональное образование.

3. Багдасарова Т.А. Допуски и технические измерения: Контрольные материалы (2-е изд., стер.) учебное пособие. М: издательский центр Академия, 2013 г., 125с., - Серия: начальное профессиональное образование.

 Интернет-ресурсы:

1) http://teormex.net/knigi.html (электронные версии учебников):

   1. Диевский В.А., Малышева И.А. Теоретическая механика. Сборник заданий, 2009 г. (25Мб);

   2. Олофинская В.П. Техническая механика, 2007 г. (10Мб);

 3. Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Теоретическая механика. Сопротивление материалов, 2007 г. (3,2Мб).

2) http://www.win-ni.narod.ru/sopromat/sopr.htm программы по расчёту:

1. Программа "Геометрические характеристики плоских сечений" (250 кб);

2. Программа "Построение эпюр нормальных, касательных и главных напряжений в поперечном (двутавровом) сечении" (31кб);

3. "Вычисление напряжений в опасных точках при внецентренном сжатии"(38кб)

3) Примеры решения задач по Технической механике можно изучить на сайтах: http://k-a-t.ru/tex_mex/1-vvedenie/index.shtml,  http://mechanichelp.ru/texmex.html (с пошаговой инструкцией и просмотром слайдов).

4) http://helpkontrolnaya.narod.ru/tehnicheskaya_mehanika_kontrolnye_zadaniya.html  Н.К. Задояный «Техническая механика. Контрольные задания (с программой и методическими указаниями) для учашихся-заочников средних специальных учебных заведений специальностей, связанных с эксплуатацией механического, отдельного энергетического и электротехнического оборудования» с примерами решения.

4. КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

При реализации программы учебной дисциплины преподаватель обеспечивает организацию и проведение текущего итогового контроля индивидуальных образовательных достижений обучающихся — демонстрируемых обучающимися знаний, умений.

Текущий контроль проводится преподавателем в процессе проведения теоретических занятий — устный опрос, практические и  лабораторные работы, тестирование, контрольные работы.

Обучение по учебной дисциплине завершается итоговым контролем в форме экзамена.

Формы и методы текущего и итогового контроля по учебной дисциплине доводятся до сведения обучающихся не позднее двух месяцев от начала обучения по основного профессиональной образовательной программе.

Для текущего и итогового контроля преподавателем созданы фонды оценочных средств (ФОС). ФОС включают в себя педагогические контрольно-измерительные материалы, предназначенные для определения соответствия (или несоответствия) индивидуальных образовательных достижений основным показателям результатов подготовки: тесты, вопросы контрольных работ, перечень тем мультимедийных презентаций и критерии их оценки: вопросы для проведения зачета по дисциплине.

Оценка индивидуальных образовательных достижений по результатам текущего контроля и промежуточной аттестации производится в соответствии с универсальной шкалой (таблица).