МПС РОССИИ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Утверждено Одобрено кафедрой
деканом факультета «Теоретической и прикладной
«Транспортные средства» механики»
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
для студентов III курса
специальности
100700. ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА (ПТ)
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Москва – 2001
Выписка из учебного плана
Наименование дисциплины | Кол-во часов | Экзамен, курс | Зачет, курс | Кол-во контр. работ | Лекции, часов | Лаб. раб, часов |
Механика | 150 | 3 | 3 | 3 | 8 | 12 |
Выписка
из Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности «Промышленная теплоэнергетика»
по дисциплине «Прикладная механика»
Общие понятия о свойствах материалов; напряженное состояние; упругость и пластичность; закон Гука; напряжения и деформации стержней при растяжении, изгибе и кручении; прочность при сложном напряженном состоянии; механизмы разрушения; расчет корпусных конструкций и трубопроводов на прочность; требования к конструкциям узлов теплотехнологического оборудования; методика конструирования; прочно-плотные резьбовые соединения; определения нагрузочной способности; опоры; трение скольжения и качения; динамическая и статическая грузоподъемности; долговечность конструкции; механические передачи; конструирование валов, муфт втулок; системы автоматизированного проектирования оборудования; динамика и прочность машин: реальная конструкция и ее расчетная схема, основные гипотезы механики материалов и конструкций, изгиб, кручение, теория напряженного состояния, прочность материалов при сложном напряженном состоянии, собственные колебания механических систем.
Дисциплина «Прикладная механика» является общетехнической и служит теоретической базой для специальных дисциплин. Цель дисциплины: ознакомить инженера любой специальности с вопросами расчета реакций плоских и пространственных систем, научить определять скорости и ускорения точек деталей, участвующих в простом и сложном движениях, усилия в различных точках движущегося тела, ознакомить с возможностями конструирования, расчета на прочность и жесткость, использования, технического обслуживания и ремонта машин и механизмов. Теоретическая и прикладная механика дает минимум информации о структуре, прочности, динамике и проектировании механизмов, машин и их деталей.
1.1 Цель преподавания дисциплины
Раздел курса «Сопротивление материалов» предназначен для изучения методов расчета напряжений и деформаций в деталях и конструкциях, методов оценки прочности, жесткости и устойчивости конструкций и деталей, работающих в условиях статического и циклического нагружения. Разделы курса «Детали машин» и «Теория механизмов и машин» предназначены для изучения основ проектирования (расчет и конструирование) деталей машин, исследования структуры, кинематики, динамики механизмов и их синтез. Прикладная механика занимает важное место в подготовке инженера, который должен владеть основами машиноведения, чтобы правильно решать вопросы технологии, механизации и автоматизации производственных процессов.
1.2.Задачи изучения дисциплины
Задачами курса являются:
1). Умение рассчитывать опорные реакции плоских и пространственных балок и ферменных конструкций, определять скорости, ускорения и силы инерции в точках движущихся деталей и механизмов.
2). Изучение инженерных методов расчета конструкций на прочность, жесткость, устойчивость и проектирования деталей машин при наименьших затратах материалов.
3). Овладение методами проектирования наиболее распространенных деталей, узлов и механизмов общего машиностроения, различных видов соединения деталей машин.
Студенты обязаны уметь рассчитывать на прочность, жесткость и устойчивость детали машин, определять перемещения, скорости, ускорения и траектории движения точек и звеньев и производить силовой расчет механизмов; конструировать и рассчитывать детали машин общего назначения; проектировать зубчатые редукторы различных типов, составлять техническую документацию к проектируемым деталям и механизмам.
1.3.Перечень дисциплин, необходимых для изучения данной дисциплины
· Высшая математика: дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, элементы теории вероятности;
· Теоретическая механика: составление уравнений равновесия для плоских и пространственных конструкций, определение скоростей и ускорений в деталях и звеньях;
· Общая физика: законы классической механики, природа и виды трения;
· Инженерная графика: оформление чертежей и технической документации, построение проекций деталей;
· Программирование: знание алгоритмических языков, умение работать с ПЭВМ.
2. Содержание дисциплины
2.1. Сопротивление материалов
Понятия. Допущения и определения. Прочность, жесткость и устойчивость. Схематизированные объекты изучения: брус, пластинка, оболочка и массив. Сплошность, однородность и изотропность материала. Внешние силы и их классификация. Деформации и перемещения. Метод сечений. Внутренние силы. Напряжение (полное, нормальное и касательное) [1, с.146 – 160].
Растяжение и сжатие. Механические свойства материалов при растяжении (сжатии). Диаграмма растяжения. Пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности. Ползучесть. Релаксация. Концентрация напряжений. Осевое (центральное) растяжение и сжатие. Напряжение в поперечных и наклонных сечениях. Продольные и поперечные деформации. Закон Гука. Модуль продольной упругости. Коэффициент Пуассона. Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжений [2, с. 3-10, с. 160-175].
Закон парности касательных напряжений. Деформации и напряжения при плоском и объемном напряженных состояниях. Обобщенный закон Гука. Понятия о статически неопределимых задачах. Уравнение совместимости деформации.
Теоретический и эффективный коэффициенты концентрации. Предельные состояния. Коэффициент запаса прочности. Условия прочности при растяжении (сжатии). Расчет по допускаемым напряжениям и допускаемым нагрузкам [2, с. 16-20].
Геометрические характеристики сечений. Площадь. Статический момент. Осевые или экваториальные моменты инерции. Полярный момент инерции. Центробежный момент инерции. Зависимость между моментами инерции относительно параллельных осей. Моменты инерции простых и сложных сечений. Главные оси инерции и главные моменты инерции [2, с. 10-27].
Сдвиг. Кручение. Напряженное состояние и деформации при сдвиге. Чистый сдвиг. Закон Гука при сдвиге. Модуль сдвига. Практические расчеты на сдвиг. Кручение круглого прямого
вала. Момент сопротивления и напряжения при кручении. Угол закручивания и жесткость вала. Построение крутящих моментов и углов закручивания. Определение диаметра вала из условия прочности и жесткости при кручении. Напряжения в брусе прямоугольного сечения при кручении [2, с.20-27].
Изгиб. Общие понятия о деформации изгиба. Чистый изгиб. Прямой изгиб. Поперечный изгиб. Опоры и опорные реакции балок. Изгибающий момент и поперечная сила. Зависимость между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределенной нагрузки. Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил. Нормальные напряжения при изгибе. Осевые моменты сопротивления. Условие прочности по нормальным напряжениям. Касательные напряжения при изгибе. Главные напряжения. Расчет на прочность по допускаемым напряжениям. Расчет по предельным состояниям и допускаемым нагрузкам. Линейные и угловые перемещения при изгибе [1.с.192-207].
Сложное сопротивление. Теории прочности. Виды сложного сопротивления. Основные теории прочности. Косой изгиб. Внецентренное растяжение (сжатие). Изгиб с кручением. Расчет тонкостенных цилиндрических оболочек. Расчет тонкостенных цилиндров, формулы Ламе. Расчет составных цилиндров[1, c.211-227; 3, с. 213-230].
Переменные напряжения. Усталость материалов. Предел выносливости. Влияние состояния поверхности и концентраторов напряжений на прочность. Масштабный фактор. Выносливость при совместном действии изгиба и кручения. Параметры циклов переменных напряжений. Определение коэффициента запаса прочности. Практические меры повышения усталостной прочности [2, c.43-47].
Упругие колебания и удар. Собственные и вынужденные упругие колебания систем с одной степенью свободы. Резонанс при колебаниях. Приближенные методы определения частот собственных колебаний. Напряжение при ударе. Ударная прочность. Динамические коэффициенты при ударных нагрузках [1, c.227-247].
2.2. Теория механизмов и машин
Общие сведения. Теория механизмов и машин как научно-теоретическая основа механизации и автоматизации производства. Её связь с другими науками. Роль отечественных ученых в создании научных школ. Основные понятия и определения: изделие машиностроения, оборудование, машина, аппарат, установка, прибор, механизм, сборочная единица, деталь. Механизм как кинематическая основа технологических, энергетических, транспортных, информационных и др [1, c.4-15].
Структура механизмов. Звенья и их связи. Кинематические пары, их виды и свойства. Кинематические цепи. Число степеней свободы механизма. Структурные формулы. Классификация плоских шарнирно-рычажных механизмов [1, c.15-36].
Анализ механизмов. Задачи и методы кинематического анализа механизма и кинематические диаграммы. Планы скоростей и ускорений [1,c.36-58]. Задачи и методы динамического анализа механизмов. Силы, действующие на звенья механизмов. Кинетостатика плоского рычажного механизма. Уравновешивающая сила (момент). Приведенные массы, силы, моменты. Динамическая модель механизма. Уравнение движения механизма. Неравномерность движения машинного агрегата. Балансировка вращающихся тел. Трение в кинематических парах. КПД механизмов [1, c.77-109].
Синтез механизмов. Кинематический синтез. Динамический синтез. Основная теорема зацепления. Цилиндрическая зубчатая передача. Эвольвентное зацепление, его параметры и свойства. Косозубые колеса. Пространственные передачи зацеплением: прямозубая коническая передача, червячная передача [1, c.58-70].
Виды кулачковых механизмов. Определение профиля кулачка по заданной функции движения ведомого звена (толкателя).
2.3. Детали машин
Общие сведения. Детали машин общего назначения. Критерии работоспособности. Надежность и долговечность. Выбор материалов. Стандартизация. Допуски и посадки. Единая система конструкторской документации [1, с. ].
Соединения. Основные виды соединений. Сварные соединения. Способы сварки. Основные схемы нагружения [1, с. ].
Резьбовые соединения. Область применения. Виды и геометрические параметры резьб. Стандартные крепежные детали. Способы стопорения резьбовых соединений. Силовые соотношения в винтовой паре. Самоторможение. Расчет резьбовых соединений на прочность [1, с. 5].
Котлы. Общие технические требования. Требования к конструкции [5, 6].
Зубчатые передачи. Область применения. Достоинства и недостатки, классификация. Параметры зубчатых передач. Конструкции и материалы зубчатых колёс. Точность изготовления. Критерии работоспособности зубчатых передач. Расчет цилиндрических прямозубых передач на контактную и изгибную прочность. Передачи с зацеплением Новикова [1, с. ].
Червячные передачи. Общие сведения, достоинства и недостатки. Основные параметры и их выбор. Критерии работоспособности. Материалы червяков и колёс. Силы, действующие в зацеплении. Расчёты передачи на контактную и изгибную прочность. Червячные редукторы. Тепловой расчёт и смазка [1, с. ].
Цепные передачи. Виды и область применения. Приводные цепи. Звёздочки. Основные параметры и соотношения. Основы расчёта [1, с. ].
Ременные передачи. Общие сведения, достоинства, недостатки и область применения. Конструкции и материалы. Силы, действующие в ременной передаче, и критерии её работоспособности. Основы расчета плоско - и клиноременных передач [1, с. ].
Фрикционные передачи. Общие сведения. Классификация, достоинства, недостатки и область применения. Материалы. Критерии работоспособности. Расчёт на прочность и рекомендации по конструированию [1, с. ].
Передачи винт – гайка. Область применения. Основные схемы. Резьбы. Передаточное отношение. КПД. Расчёты силовых передач [1, с. ].
Валы. Основные типы валов и их конструкции. Материалы. Критерии работоспособности. Расчетные схемы. Приближенный расчёт валов. Расчёт на выносливость и жёсткость [1, с. ].
Подшипники качения. Классификация. Основные типы, устройство и маркировка. Критерии работоспособности. Расчёт (подбор) подшипников качения по динамической и статической грузоподъемности. Смазка, монтаж и демонтаж подшипников [1, с. ].
Подшипники скольжения. Общие сведения. Режимы трения. Конструкции подшипниковых узлов. Материалы вкладышей. Условный расчёт. Смазка. Муфты. Общие сведения, назначение и классификация [1, с. ]..
Современные программные средства САПР машин и механизмов. Требования к аппаратным средствам [1, с. ]..
3. Содержание контрольных работ
№ | Название задач расчетно-проектировочной работы |
1. | 1.1 Растяжение-сжатие стального стержня 1.2 Кручение вала 1.3 Изгиб двухопорной балки |
2. | 2.1 Структурный и кинематический анализ рычажных механизмов 2.2 Синтез зубчатого зацепления |
3. | 3.1 Расчет и проектирование винтового домкрата |
4. Содержание и объем лабораторных работ
№ | Наименование | Кол-во час. |
1. | Испытание стального стержня на растяжение | 2 |
2. | Определение напряжений и деформаций при изгибе | 2 |
3. | Определение элементов параметров эвольвентных цилиндрических колес | 2 |
4. | Полное уравновешивание вращающихся тел | 2 |
5. | Изучение конструкции подшипников качения | 2 |
6. | Зубчатый редуктор | 2 |
7. | Исследование зависимости сил трения скольжения от направления скорости движения | 2 |
5. Тестирование студентов
Входное тестирование проводится в начале изучения курса по дисциплинам:
- математика (основы дифференциального, интегрального исчисления и линейной алгебры), теоретическая механика, инженерная графика.
Промежуточное тестирование проводится по результатам выполнения контрольных задач.
Выходное тестирование проводится после изучения курса.
Вопросы для выходного тестирования:
1. Можно ли с помощью троса диаметром 10 мм поднимать груз массой 800 кг, если допускаемые напряжения для материала троса составляют [s] = 150 МПа.
На сколько удлинится стальной стержень длиной 10м при его нагреве с 20°С до 120°С. (Коэффициент линейного расширения для стали a = 125* 10 –7 град –1). Определите напряжения смятия в 4-х опорах цистерны, общая масса которой составляет 80*103 кг, а размеры опоры 100х100 мм. Сравните с допускаемыми напряжениями смятия [sсм] = 25 МПа. Закон Гука. Какая характеристика материала характеризует его жесткость. Как изменится напряжение кручения вала, если его диаметр увеличить в 2 раза. Как изменится угол закручивания вала, если его длину уменьшить в 1,5 раза. Как изменится жесткость вала, если его диаметр уменьшить в 2 раза. Как надо изменить диаметр вала, чтобы напряжения изгиба снизились в два раза. На сколько повысится прочность цилиндра, если толщину его стенки увеличить в два раза. Перечислите основные гипотезы прочности. Что в большей степени влияет на циклическую прочность: амплитуда напряжений или их среднее значение. Какие характеристики механической системы определяют параметры собственных колебаний. Сколько примерно сделает оборотов колесо вагона при прохождении пути S = 900 м, если диаметр поверхности катания d = 950 мм. Чему равна угловая скорость колеса (в об/мин), если скорость вагона v = 108 км/ч. Как изменится центробежная сила неуравновешенного колеса, если скорость вагона уменьшилась в два раза. Как изменится сила инерции поршня, при увеличении числа оборотов вала дизеля в два раза. Назовите основные причины неравномерного вращения кривошипного вала компрессора. По какой причине необходимо ограничивать неравномерность вращения входного вала устройства, приводимого в движение с помощью электродвигателя переменного тока. Перечислите основные методы снижения неравномерности вращения входных валов механизмов. Размер какого звена необходимо изменить в кривошипно-ползунном механизме, чтобы увеличить ход ползуна в два раза. Как изменятся скорость и ускорение ползуна кривошипно-ползунного механизма, если угловую скорость кривошипа увеличить в два раза. Как, не разбирая редуктор, определить его передаточное отношение. Какой вал (входной или выходной) цилиндрического редуктора легче вращать рукой и почему. Приведите 2 примера использования кулачковых механизмов и перечислите выполняемые ими функции. Назовите (не мене трех) механизмы, предназначенные для преобразования непрерывного вращательного движения входного звена в циклическое движение выходного звена. Перечислите преимущества и недостатки червячных передач. Какой вал редуктора (входной или выходной) имеет больший диаметр и почему. Перечислите преимущества и недостатки ременных и цепных передач. Перечислите основные факторы, определяющие долговечность подшипников. Как изменятся характеристики прочности конструкции, если катет сварочного шва увеличить в два раза. Как изменятся характеристики прочности заклепочного соединения, если количество заклепок уменьшить в два раза, а их диаметр увеличить в два раза. Перечислите основные факторы, определяющие нагрузочную способность опор скольжения. Какие типы шпоночных соединений Вы знаете, их преимущества и недостатки, области их применения. Какие современные программные средства САПР Вы знаете. Типы и назначение механических муфт. Почему внутреннее кольцо подшипника редуктора посажено на вал с натягом, а наружное кольцо сопряжено с корпусом по посадке, позволяющей кольцу поворачиваться относительно посадочного места. Перечислите основные факторы, определяющие диаметр винта домкрата. Какими средствами обеспечивается надежность резьбового соединения по условию нераскрытия стыка. От чего зависит значение коэффициента внешней нагрузки затянутого соединения. Что такое самоторможение? Чему равен коэффициент трения книги о стол, если она начала скользить по столу длиной 2 м в момент, когда одну сторону стола подняли на 200 мм.6. Информационно-методическое
обеспечение дисциплины
6.1. Перечень рекомендуемой литературы
и др. Прикладная механика. – М.: Высшая школа, 19с. Битюцкий расчета на прочность.: Конспект лекций. – М.: ВЗИИТ, - 1994. – 48 с. Саргсян материалов, теории упругости и пластичности. Основы теории с примерами расчетов. – М.: изд-во АСВ, 1998. – 240 с.6.2 Перечень других методических материалов и пособий
, Носков механика: Зад. на контр. работы № 2,3 с краткими метод. указ. для студентов III курса спец. ЭМ, УПП, ПТ. - М.: ВЗИИТ, 1989. ГОСТ «Котлы паровые и водогрейные. Общие технические требования. Требования к конструкции» ГОСТ « Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность» ГОСТ «Сосуды и аппараты. Требования к форме представления расчетов на прочность, выполняемых на ЭВМ» Битюцкий механика. Часть 1. Теория механизмов и машин. Методические указания к выполнению контрольной работы №1 для студентов 3 курса специальностей ЭПС, ЭНС, УПП, ПТ, - М., - ВЗИИТ, 1988. Битюцкий механика. Часть 2. Сопротивление материалов. Методические указания к выполнению контрольной работы №2 для студентов 3 курса специальностей ЭПС, ЭНС, УПП, ПТ, - М., - ВЗИИТ, 1989. , Битюцкий указания к выполнению контрольной работы №3 для студентов 3 курса специальностей ЭПС, ЭНС, УПП, - М., - ВЗИИТ, 1989.