Техническая механика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ОМСКОЙ ОБЛАСТИ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОМСКИЙ МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

(БОУ СПО «ОМТТ»)

Техническая механика

Контрольные задания

для студентов заочной формы обучения

специальностей:

140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

260101 «Технология хранения и переработки зерна»

Омск 2013

Печатается по решению научно-методического совета БОУ СПО «Омский механико-технологический техникум»

Контрольные задания по дисциплине «Техническая механика» для студентов специальностей: 140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования» и 260101 «Технология хранения и переработки зерна» /Сост. Т.И. Шагина/ Омский механико-технологический техникум. – Омск, 2013. – 22 с.

Контрольные задания с программой и краткими методическими указаниями составлены в соответствии с требованиями государственного стандарта и предназначены для студентов заочной формы обучения, изучающих дисциплину «Техническая механика».

Рецензент – преподаватель высшей квалификационной категории дисциплин

профессионального цикла БОУ СПО «ОМТТ»

© БОУ СПО «Омский механико-технологический техникум»

© , составление, 2013

Пояснительная записка

Методические указания для студентов заочного отделения по выполнению контрольных заданий по учебной дисциплине «Техническая механика» предназначены для реализации Федерального государственного образовательного стандарта по специальностям:

140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»;

260101 «Технология хранения и переработки зерна»

Дисциплина «Техническая механика» относится к общепрофессиональным дисциплинам.

Цели и задачи дисциплины:

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

–  определять напряжения в конструкционных элементах;

–  определять передаточное отношение;

–  проводить расчет и проектировать детали и сборочные единицы общего назначения;

–  проводить сборочно-разборочные работы в соответствии с характером соединений деталей и сборочных единиц;

–  производить расчеты на сжатие, срез и смятие;

–  производить расчеты элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость;

–  собирать конструкции из деталей по чертежам и схемам;

–  читать кинематические схемы.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

–  виды движений и преобразующие движения механизмы;

–  виды износа и деформаций деталей и узлов;

–  виды передач, их устройство, назначение, преимущества и недостатки, условные обозначения на схемах;

–  кинематику механизмов, соединения деталей машин, механические передачи, виды и устройство передач;

–  методику расчета конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформации;

–  методику расчета на сжатие, срез и смятие;

–  назначение и классификацию подшипников;

–  характер соединения основных сборочных единиц и деталей;

–  основные типы смазочных устройств;

–  типы, назначение, устройство редукторов;

–  трение, его виды, роль трения в технике;

–  устройство и назначение инструментов и контрольно-измерительных приборов,

–  используемых при техническом обслуживании и ремонте оборудования.

Для проверки знаний и умений студентов используются следующие виды контроля: текущий, рубежный, итоговый контроль в форме дифферинцированного зачета.

В соответствии с разделами программы методические указания содержат три задания: по теоретической механике, по сопротивлению материалов и по деталям машин

В начале изложены общие методические указания по изучению учебной дисциплины и требования предъявляемые к выполнению и оформлению контрольных работ. Каждое задание содержит программу раздела, список учебной литературы, задачи контрольной работы, методические указания к выполнению контрольной работы.

Для закрепления теоретических знаний и практических умений предусмотрено выполнение практических работ.

Оглавление

Введение. 6

Перечень вопросов к дифференцированному зачету. 7

Вопросы к зачету 1. 7

Вопросы к зачету 2. 9

Контрольная работа 1. 10

Задача 1. 10

Вопросы для самопроверки. 12

Задача 2. 14

Расчеты на прочность и жесткость статически определимых брусьев при растяжении – сжатии. 14

Задание. 21

Список рекомендуемой литературы.. 22

Введение

Учебная программа дисциплины «Техническая механика» - одного из основных предметов общетехнического цикла – предусматривает изучение общих законов равновесия и движения материальных тел; основных методов расчета на прочность, жесткость и устойчивость деталей машин и строительных конструкций; изучение устройства, применения и основ проектирования деталей и сборочных единиц машин.

Все знания и навыки, полученные студентами при изучении технической механики найдут применение в процессе изучения специальных предметов, при курсовом и дипломном проектировании, а также в практической работе на производстве.

Учебная дисциплина «Техническая механика» состоит из трех разделов: теоретическая механика, сопротивление материалов и детали машин. Каждый раздел необходимо изучать в порядке, предусмотренном программой, систематически в течение установленного срока по учебному графику.

Перечень вопросов к дифференцированному зачету

Вопросы к зачету 1

Раздел 1.Теоретическая механика (статика, кинематика, динамика)

1.  Основные понятия статики.

2.  Аксиомы статики (принцип инерции, условие равновесия 2-х сил).

3.  Аксиомы статики (принцип присоединения и исключения уравновешенных сил, закон действия и противодействия.)

4.  Связи и их реакции.

5.  Сложение 2-х сил, приложенных в точке тела. Графическое решение.

6.  Сложение 2-х сил, приложенных в точке тела. Решение вычислением.

7.  Сложение плоской системы сходящихся сил. Геометрическое условие равновесия.

8.  Метод проекций.

9.  Сложение плоской системы сходящихся сил методом проекций. Аналитическое условие равновесия.

10. Пара сил.

11. Сложение пар сил.

12. Момент силы относительно точки.

13. Приведение силы к точке.

14. Приведение к точке плоской системы произвольно расположенных сил.

15. Теорема Вариньона.

16. Частные случаи приведения к точке плоской системы произвольно расположенных сил. Условие равновесия.

17. Уравнения равновесия и их различные формы для плоской системы произвольно расположенных сил.

18. Балочные системы.

19. Пространственная система сходящихся сил. Условие равновесия.

20. Момент силы относительно оси.

21. Произвольная пространственная система сил. Условие равновесия.

22. Центр параллельных сил.

23. Центр тяжести тела.

24. Определение положения центра тяжести плоских фигур.

25. Кинематика. Основные понятия.

26. Способы задания движения точки.

27. Виды движения точки в зависимости от ускорений

28. Определение параметров движения точки при естественном способе задания ее движения.

29. Определение параметров движения точки при координатном способе задания ее движения.

30. Поступательное движение.

31. Вращательное движение.

32. Частные случаи вращательного движения.

33. Основные понятия динамики.

34. Аксиомы динамики (принцип инерции, основной закон динамики).

35. Аксиомы динамики (закон независимости действия сил, закон равенства действия и противодействия).

36. Свободная и несвободная материальная точки.

37. Силы инерции.

38. Принцип Даламбера.

39. Трение.

40. Работа силы.

41. Мощность.

42. Механический коэффициент полезного действия.

43. Теоремы динамики материальной точки.

Раздел 2. Сопротивление материалов

44. Сопротивление материалов. Основные положения.

45. Классификация нагрузок в сопротивлении материалов.

46. Допущения о свойствах материалов, принимаемые в сопротивлении материалов.

47. Допущения о характере деформирования элементов конструкций, принимаемые в сопротивлении материалов.

48. Метод сечений.

49. Виды нагружений бруса.

50. Напряжения.

51. Растяжение и сжатие.

52. Перемещения и деформации при растяжении (сжатии).

53. Закон Гука при растяжении.

54. Статические испытания материалов.

55. Основные механические характеристики материалов.

56. Расчеты на прочность при растяжении.

57. Практические расчеты на срез и смятие.

58. Геометрические характеристики плоских сечений.

59. Изгиб прямого бруса.

60. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.

61. Расчеты на прочность при изгибе для пластичных материалов.

62. Расчеты на прочность при изгибе для хрупких материалов

63. Кручение. Построение эпюр.

64. Кручение круглого прямого бруса.

65. Расчет на прочность при кручении.

66. Расчет жесткость при кручении.

67. Напряженное состояние в точке тела.

68. Гипотезы прочности.

69. Расчеты бруса круглого поперечного сечения при изгибе с кручением.

Вопросы к зачету 2

Раздел 3 Детали машин

1.Детали машин. Основные положения.

2.Общие сведения о проектировании.

3.Критерии работоспособности деталей машин.

4.Критерии изнашивания деталей машин.

5.Контактные напряжения.

6.Конструкционные машиностроительные материалы.

7.Механические передачи.

8.Фрикционные передачи.

9.Цилиндрическая фрикционная передача.

10.Зубчатые передачи. Общие сведения.

11.Основы теории зубчатого зацепления.

12.Цилиндрическая прямозубая передача.

13.Цилиндрическая косозубая передача.

14.Материалы, конструкция цилиндрических колес и методы образования зубьев.

15.Критерии работоспособности зубчатых колес и расчет цилиндрических передач на 16.прочность.

17.Передача винт-гайка.

18.Червячные передачи. Общие сведения.

19.Геометрия и кинематика червячных передач.

20.Силы в червячном зацеплении. Расчет червячных передач.

21.Зубчатые передачи (конические, с зацеплением Новикова, планетарные, волновые).

22. Общие сведения о редукторах.

23. Ременные передачи. Общие сведения

24. Ременные передачи. Кинематика и геометрия

25. Силы и напряжения в ремнях ременных передач.

26. Критерии работоспособности и нагрузки на валы ременных передач.

27. Цепные передачи.

28. Плоские механизмы.

29. Валы и оси.

30. Расчет валов и осей.

31. Подшипники скольжения.

32. Подшипники качения.

33. Расчет подшипников качения.

34. Муфты. Назначение и классификация.

35. Конструкция и расчет муфт.

36. Неразъемные соединения. Клепаные соединения.

37. Клееные и паяные соединения. Прессовые соединения.

38. Сварные соединения.

39. Разъемные соединения.

40. Резьбовые соединения.

41. Расчет крепежных резьбовых соединений.

42. Шпоночные соединения.

Контрольная работа 1

Задача 1

Краткая теория.

Связями называют ограничения, налагаемые на положения и скорости точек тела в пространстве.

Сила, с которой связь действует на тело, называется силой реакции или просто реакцией. Направление реакций определяется тем, в каком направлении данная связь препятствует перемещению тела.

Расчетная схема включает в себя условное изображение нагружаемого объекта, нагрузки и закрепления (опоры) объекта. Балка – это тело размер которого намного больше двух других.

Типы нагрузок:

¾  сосредоточенная, т. е. площадь действия нагрузки несоизмеримо мала по сравнению с размерами тела на которое она действует, размерность [H];

¾  распределенная, т. е. площадь действия нагрузки и размеры тела соизмеримы.

Распределенная нагрузка характеризуется интенсивностью (q), т. е. количеством силы приходящимся на единицу длины. Размерность [Н/м].

Типы опор:

¾ 

R1

жесткая заделка – запрещает все виды перемещений, как линейных, так и угловых, как следствие возникают все виды реакций:

¾  шарнир неподвижный – запрещает линейные перемещения, возможен только поворот, как следствие возникают силовые реакции

 

¾  шарнир подвижный – запрещает линейное перемещение в одном направлении, как следствие в этом направлении возникает силовая реакция.

 

¾  свободный конец балки – нет никаких ограничений в перемещении, а следовательно нет никаких реакций.

При решении большинства задач статики несвободное тело условно изображают как свободное с помощью принципа освобождаемости: всякое несвободное тело можно рассматривать как свободное, если отбросить связи, заменив их реакциями.

Также при решении задач статики распределенную нагрузку заменяют равнодействующей. Модуль равнодействующей равен произведению интенсивности на длину отрезка, на котором действует нагрузка. Точка приложения равнодействующей находится посредине рассматриваемого отрезка.

Вращательного действия силы характеризуется моментом силы, т. е. произведением силы на ее плечо. Точка относительно которой берется момент, называется центром момента. Плечом силы относительно точки называется кратчайшее расстояние от центра момента до линии действия силы размерность момента [Нм].

Для определения реакций в опорах пользуются условиями равновесия плоской системы сил:

, , ,

т. е. система находится в равновесии, если сумма сил на две взаимно перпендикулярные оси и сумма моментов относительно произвольной точки равен нулю.

Пример. Определить реакции опор балок.

Решение.

1.  Изобразить балку вместе с нагрузками.

Выбрать расположение координатных осей, совместив осьХ с балкой, а ось У направив перпендикулярно оси Х.

2.  Определить тип опоры, виды и величины возникающих реакций. Заменим опоры реакциями: неподвижный шарнир имеет две реакции – горизонтальную R1 и вертикальную R2; подвижный шарнир имеет одну вертикальную реакцию R3.

Сосредоточенная силу F раскладываем на горизонтальную и вертикальную проекции. , .

Распределенную нагрузку заменим ее равнодействующей, равной и приложенной посредине отрезка, на котором действует нагрузка (АВ).

Применим условия равновесия плоской системы сил и поставим уравнения равновесия:

Знак минус у реакции R3 указывает на то, что в действительности она направлена в противоположную сторону.

Для проверки можно составить еще одно уравнение равновесия моментов:

,

,

.

Проверка выполняется.

Вопросы для самопроверки.

1.  Какие виды нагрузок вы знаете?

2.  Что такое реакция?

3.  Какие типы опор вы знаете?

4.  Что такое момент силы?

5.  В чем заключается принцип освобождаемости?

6.  Когда плоская система сил находится в равновесии?

7.  Из чего состоит расчетная схема?

Литература.

1.  , , «Техническая механика», Москва «Высшая школа», 1991г. – 304с.

§ 1.5; 1.6; 3.3; 4.6; 5.5.

Задача 1

Определить реакции опор двухопорной балки. Данные своего варианта взять из таблицы.

Рис1

Рис.2

№ варианта	F, кН	q, кН/м	a	а, м	b, м	с, м	d, м
1	5.0	0.8	300	0,4	0,6	0,7	0,9
2	6.0	1.0	300	0,3	0,5	0,6	0,7
3	7.0	1.2	450	0,4	0,7	0,8	0,9
4	8.	1.4	450	0,2	0,5	0,7	0,8
5	9.	1.6	450	0,4	0,6	0,8	1,1
6	10	1.8	450	0,5	0,7	0,9	1,0
7	11	2.0	300	1	1,3	1,7	1,8
8	12	2.2	300	0,2	0,3	0,5	0,7
9	13	2.4	300	0,1	0,4	0,7	1,2
10	14	2.6	450	0,7	0,9	1,4	1,6
11	15	2.8	300	0,5	0,8	0,9	1,3
12	12	3.0	450	0,6	0,8	0,9	1,3
13	9	3.2	450	0.9	1,5	1,7	1,8
14	6	3.4	600	0,2	0,6	0,9	1,4
15	5	3.6	450	0,6	0,9	1,1	1,6
16	6	3.8	450	0,3	0,7	0,9	1,2
17	7	4.0	450	0,4	0,5	0,7	1,3
18	9	3.5	600	0,6	1	1,9	2,4
19	11	3.0	300	0,7	1	1,5	2,0
20	13	2.5	300	1	1,3	1,5	1,7
21	14	2	450	0,4	0,6	1	1,3
22	15	1.5	300	0,9	1,3	1,6	2,4
23	10	1.2	300	1,1	1,4	1,7	1,9
24	5	1.0	300	0,3	0,5	0,8	0,9
25	8	1.4	450	0,5	0,8	0,9	1,3
26	6	1.6	300	0,3	0,4	0,6	1
27	10	1.8	600	0,6	0,9	1	1,5
28	11	2.0	300	1	1,3	1,7	2,3
29	15	1.6	350	0,7	0,8	0,9	1,1
30	16	2.4	300	0,2	0,3	0,7	0,9

Примечание: четные номера вариантов – рис.1, нечетные – рис.2

Задача 2

Расчеты на прочность и жесткость статически определимых брусьев при растяжении – сжатии.

Цель занятия: Научится строить графики продольных сил, напряжений и перемещений, а также проводить расчеты на прочность и жесткость.

Краткая теория.

Растяжением или сжатием называется такой вид деформации, при котором сечении бруса возникает только продольная сила т. е. направленная по оси стержня.

Стержнями называют тела, у которых один размер намного больше двух других.

Для построения эпюры продольных сил пользуются методом сечений.

Метод сечений заключается в том, что тело мысленно разрезается плоскостью на две части, любая из которых отбрасывается, и взамен нее к сечению оставшейся части прикладываются внутренние силы, действующие до разреза. Оставшаяся часть рассматривается как самостоятельное тело, находящееся в равновесии под действием внешних и приложенных к сечению внутренних сил.

Таким образом, продольная сила в поперечном сечении бруса численно равна алгебраической сумме внешних сил, расположенных на одну сторону сечения.

Растягивающие продольные силы считаются положительными, а сжимающие – отрицательными.

Для упрощения построения графика сил стержень необходимо разбить на участки. Участком называется отрезок оси стержня на протяжении которого график сил непрерывен.

Границами участка будем считать:

¾  Начало или конец стержня,

¾  Начало или конец распределенной нагрузки,

¾  Точка приложения сосредоточенной силы.

¾  Изменение размеров сечения.

Нумеровать участки следует со стороны свободного конца стержня или подвижного шарнира, т. к. в этих точках не возникает реакций.

Напряжение характеризует интенсивность внутренних сил, действующих в сечении. Размерность [Па]. При сжатии – растяжении в поперечном сечении возникают только нормальные напряжения, т. е. направленные перпендикулярно сечению, которые определяются по формуле:

,

Где N – продольная сила в сечении,

А – площадь поперечного сечения.

При действии продольной силы стержень изменяет свою длину. Разница между конечной длиной и начальной называется абсолютным удлинением, которое можно найти по формуле:

,

Где Е – модуль Юнга, являющийся характеристикой материала (для стали Е=2×1011Па)

l – длина рассматриваемого участка.

Произведение модуля Юнга на площадь сечения называется жесткостью сечения.

Пример.

Для данного ступенчатого бруса построить эпюру продольных сил, эпюру нормальных напряжений и определить перемещение свободного конца, если Е=2×105 МПа=2×1011Па, F1=30кН=30×103Н, F2=38кН=38×103Н, F3=42кН=42×103Н, А1=1,9см2=1,9×10-4м2,

А2=3,1см2=3,1×10-4м2,[s]=160МПа.

Решение.

1.  Разбиваем брус на участки как показано на рис.

2.  Определяем ординаты эпюры N на участках бруса:

,, , ,

.

Строим эпюру продольных сил.

3.  Вычисляем ординаты эпюры нормальных напряжений:

Строим эпюру нормальных напряжений.

Т. к. smax>s, то на прочность не выдержит.

Определяем перемещение свободного конца:

Брус удлиняется на 0,23 мм.

Вопросы для самопроверки.

1.  Что такое сжатие – растяжение?

2.  Что такое участок?

3.  В каких опорах не возникают продольные силы?

4.  Что такое напряжение?

5.  Что такое нормальные напряжения и как они рассчитываются при сжатии – растяжении?

6.  Что такое абсолютное удлинение?

7.  Что характеризует модуль Юнга?

8.  Что такое жесткость сечения при растяжении – сжатии?

Литература.

1.  , , «Техническая механика», Москва «Высшая школа», 1991г. – 304с.

§ 19,1; 19,2; 19,3.

Задание

№ п/п	Р1, кН	Р2, кН	Р3, кН	Р4, кН	l, м	F, см2
1	5	6	8	9	0,1	2
2	6	7	9	10	0,2	2,1
3	7	8	10	11	0,3	2,2
4	8	9	11	12	0,4	2,3
5	9	10	12	13	0,5	2,4
6	10	11	13	14	0,6	2,5
7	11	12	14	15	0,1	2,6
8	12	13	15	7	0,2	2,7
9	5	4	7	8	0,3	2,8
10	6	5	8	9	0,4	2,9
11	7	6	9	10	0,5	3
12	8	7	10	11	0,6	2
13	9	8	11	12	0,1	2,1
14	10	9	12	13	0,2	2,2
15	11	10	13	14	0,3	2,3
16	12	8	14	15	0,4	2,4
17	5	9	15	7	0,5	2,5
18	6	10	7	8	0,6	2,6
19	7	11	8	9	0,1	2,7
20	8	12	9	10	0,2	2,8
21	9	13	10	11	0,3	2,9
22	10	4	11	12	0,4	3
23	11	5	12	13	0,5	2
24	12	6	13	14	0,6	2,1
25	5	7	14	15	0,1	2,2
26	6	8	15	7	0,2	2,3
27	7	9	7	8	0,3	2,4
28	8	10	11	7	0,4	2,5
29	9	11	12	10	0,5	2,6
30	10	12	13	11	0,6	2,7

Список рекомендуемой литературы

Основные источники:

1. Вереина, механика :учеб. пособие / , .- М.: Академия, 2008 – 231с

2. Мовнин, М. С., Основы технической механики: учебник для технологических немашиностроительных специальностей техникумов и колледжей/ ,

, .- Изд. 4-е, перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2007.-286с.:

3.Олофинская, машин. Краткий курс и тестовые задания: учеб. пособие/ .- М.: Изд-во Форум ИНФРА-М, 2006.-208с.

4. Олофинская, механика: учебное пособие/ .- М.: Изд-во Форум ИНФРА-М, 2006.-208с.

5. Куклин, машин: учебник для техникумов/ , , .- Изд.5-е, перераб. и доп. – М.: Илекса, 2004.-392с

6. Эрдеди, машин: учеб. для машиностр/ , . – Изд.2-е испр. и доп.- М.: Высшая школа, ИЦ Академия 200с