ПРОГРАММА
вступительного испытания
по предмету «Техническая механика» (письменно)
для специальностей 1-37 01 06 «Техническая эксплуатация автомобилей» (по направлениям) и 1–36 01 04 «Оборудование и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов»
(заочная форма получения образования с сокращенным сроком обучения)
Учреждения образования «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»
на 2013 год
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа по предмету «Техническая механика» составлена в соответствии с образовательными стандартами средних специальных учебных заведений Республики Беларусь и охватывает вопросы, относящиеся к разделам «Статика», «Кинематика» и «Динамика» курса теоретической механики, а также курсов сопротивления материалов и деталей машин, входящих в дисциплину «Техническая механика».
Цель программы – дать представление абитуриентам об объеме необходимых знаний, которые они должны показать на вступительных испытаниях.
Вступительное испытание по предмету «Техническая механика» проводится в виде письменного экзамена.
На вступительных испытаниях абитуриент должен:
· знать основные понятия, законы механики;
· знать основные теоретические положения статики, кинематики и динамики материальной точки и механической системы;
· знать основные гипотезы механики материалов;
· знать общие требования к конструкционным материалам;
· знать методы расчета типовых элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость;
· знать инженерные методы расчета деталей и узлов машин;
· знать конструкции, типаж, материалы и способы изготовления деталей машин общего назначения;
· уметь применять полученные знания в практической деятельности.
2. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Статика.
Основные понятия статики: материальная точка, абсолютно твердое тело, сила. Сила как векторная величина, единицы измерения силы. Системы сил. Эквивалентные системы сил. Равнодействующая сила. Силы внешние и внутренние. Пять основных аксиом статики.
Свободное и несвободное тело. Связи. Реакции идеальных связей и определение их направлений.
Система сходящихся сил. Сложение плоской системы сходящихся сил. Силовой многоугольник. Проекция силы на ось. Аналитическое определение равнодействующей плоской системы сходящихся сил (метод проекций). Условия равновесия плоской системы сходящихся сил (уравнения равновесия).
Пара сил. Вращающее действие пары сил на тело. Плечо пары, момент пары, знак момента. Эквивалентность пар. Возможность переноса пары в плоскости ее действия. Сложение пар сил. Условие равновесия пар.
Момент силы относительно точки. Теорема о параллельном переносе силы. Приведение плоской системы сил к данной точке, главный вектор и главный момент системы сил. Вычисление главного вектора и главного момента. Равнодействующая плоской системы сил. Теорема Вариньона. Частные случаи приведения плоской системы сил. Аналитические условия равновесия произвольной плоской системы сил. Уравнения равновесия плоской системы параллельных сил.
Классификация нагрузок. Виды опор балочных систем. Пространственная система сходящихся сил. Параллелепипед сил. Равнодействующая пространственной системы сил. Равновесие пространственной системы сходящихся сил.
Момент силы относительно оси. Приведение произвольной пространственной системы сил к центру. Главный вектор и главный момент пространственной системы сил. Шесть уравнений равновесия системы сил.
Центр параллельных сил и его свойства. Определение положения центра параллельных сил.
Центр тяжести тела. Формулы для определения положения центра тяжести тонкой однородной пластинки и тонкого стержня. Положение центра тяжести тела, имеющего плоскость или ось симметрии. Положение центров тяжести простых геометрических фигур и линий: Положение центров тяжести фигур и тел сложной формы.
Кинематика.
Кинематика как наука о механическом движении, изучаемом с точки зрения геометрии. Основные понятия кинематики (покой и движение, траектория, путь, время, скорость и ускорение).
Способы задания движения точки. Уравнения движения точки по заданной криволинейной траектории. Скорость точки средняя и скорость в данный момент времени.
Ускорение полное, нормальное (центростремительное) и касательное. Виды движения точки в зависимости от ускорения.
Равномерное движение точки. Равнопеременное движение точки: уравнения движения, основные и вспомогательные формулы. Кинематические графики и связь между ними.
Поступательное движение твердого тела и его свойства.
Вращательное движение твердого тела вокруг неподвижной оси. Уравнение вращательного движения. Угловая скорость. Частота вращения и ее связь с угловой скоростью. Угловое ускорение. Равномерное вращение. Равнопеременное вращение: уравнение вращения, основные и вспомогательные формулы. Линейные скорости и ускорения точек вращающегося тела через его угловую скорость и угловое ускорение.
Сложное движение точки: переносное, относительное и абсолютное движения точки. Теорема сложения скоростей. Плоскопараллельное движение тела. Разложение плоскопараллельного движения на поступательное и вращательное. Определение абсолютной скорости любой точки тела. Мгновенный центр скоростей. Определение абсолютной скорости любой точки тела с помощью мгновенного центра скоростей.
Динамика.
Предмет динамики. Основные понятия и законы динамики. Две основные задачи динамики.
Силы инерции материальной точки при прямолинейном и криволинейном движении. Принцип Даламбера, метод кинетостатики.
Работа. Единицы работы. Работа постоянной силы при прямолинейном движении. Работа переменной силы на криволинейном пути. Теорема о работе равнодействующей. Работа силы тяжести. Мощность, единицы мощности. Понятие о коэффициенте полезного действия (КПД). Работа и мощность при вращательном движении тела. Вращающий момент.
Трение. Трение скольжения: сила трения, коэффициент трения, угол и конус трения. Условия самоторможения. Трение качения, коэффициент трения качения, момент сил сопротивления качению.
Теорема об изменении кинетической энергии точки. Импульс силы, количество движения. Теорема об изменении количества движения точки.
Механическая система. Внешние и внутренние силы системы. Моменты инерции твердых тел. Основное уравнение динамики вращающегося тела.
Кинетическая энергия тела при поступательном, вращательном и плоскопараллельном движениях. Теорема об изменении кинетической энергии системы.
Сопротивление материалов.
Предмет и задачи науки о сопротивлении материалов. Классификация нагрузок.
Основные гипотезы и допущения, применяемые в сопротивлении материалов, о свойствах деформируемого тела и характере деформации.
Метод сечений. Внутренние силовые факторы. Напряжение полное, нормальное и касательное.
Продольные силы и их эпюры. Гипотеза плоских сечений (Бернулли). Нормальные напряжения в поперечных сечениях бруса и их эпюры. Принцип Сен-Венана. Продольные и поперечные деформации при растяжении (сжатии). Закон Гука. Модуль продольной упругости. Коэффициент Пуассона. Жесткость сечений и жесткость бруса при растяжении (сжатии). Определение осевых перемещений поперечных сечений бруса.
Испытания материалов на растяжение и сжатие при статическом нагружении. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали и ее характерные параметры. Характеристики пластических свойств металлов при растяжении (сжатии). Наклеп. Понятие об условном пределе текучести. Диаграммы растяжения хрупких материалов. Механические свойства хрупких и пластичных материалов при сжатии.
Расчеты на прочность. Коэффициент запаса прочности при статическом нагружении. Допускаемые напряжения.
Срез: основные понятия и расчетные формулы. Смятие: условности расчета и расчетные формулы. Расчет заклепочных соединений.
Общие сведения о напряженном состоянии в точке тела. Закон парности касательных напряжений. Главные площадки и главные напряжения. Виды напряженного состояния.
Чистый сдвиг. Деформации сдвига. Закон Гука для сдвига.
Кручение. Крутящий момент и построение эпюр крутящих моментов. Основные допущения при кручении прямого бруса круглого поперечного сечения. Напряжения и деформации в поперечных сечениях круглого бруса. Полярные моменты инерции и сопротивления для круга и кольца. Расчеты на прочность и жесткость при кручении.
Расчет цилиндрических винтовых пружин.
Геометрические характеристики сечений. Осевые, полярные и центробежные моменты инерции плоских сечений. Связь между осевыми и полярными моментами инерции. Моменты инерции относительно параллельных осей. Главные оси и главные центральные моменты инерции. Осевые моменты инерции простейших сечений. Определение главных центральных моментов инерции составных сечений, имеющих ось симметрии.
Изгиб прямого бруса: основные понятия и определения. Классификация видов изгиба: прямой (чистый и поперечный) изгиб, косой (чистый и поперечный) изгиб. Внутренние силовые факторы при прямом изгибе. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределенной нагрузки. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Нормальные напряжения при чистом изгибе. Жесткость сечения при изгибе. Распространение выводов чистого изгиба на поперечный изгиб. Расчеты на прочность при изгибе. Осевые моменты сопротивления. Рациональные формы поперечных сечений балок из пластичных и хрупких материалов. Касательные напряжения в поперечных и продольных сечениях балки при прямом поперечном изгибе.
Линейные и угловые перемещения при прямом изгибе. Метод начальных параметров. Расчеты балок на жесткость при изгибе. Расчет балок большой жесткости при совместном изгибе и растяжении (сжатии).
Гипотезы прочности: основные понятия. Эквивалентные напряжения. Гипотезы наибольших нормальных и касательных напряжений. Формулы для эквивалентных напряжений. Области применения. Гипотеза энергии формоизменения. Формула для эквивалентных напряжений. Область применения. Гипотеза Мора. Формула для эквивалентных напряжений. Область применения.
Расчет валов круглого поперечного сечения на изгиб с кручением. Эквивалентные моменты по различным гипотезам прочности. Расчет валов круглого поперечного сечения при совместном кручении с растяжением (сжатием).
Понятие об устойчивых и неустойчивых формах упругого равновесия. Критическая сила. Связь между критической и допускаемой нагрузками при продольном изгибе стержня. Формула Эйлера при различных случаях опорных закреплений. Критическое напряжение. Гибкость. Границы применимости формулы Эйлера. Эмпирическая формула Ясинского для критических напряжений. График напряжений для малоуглеродистой стали от гибкости. Виды расчетов на устойчивость. Рациональные формы поперечных сечений сжатых стержней.
Понятие об усталости и выносливости материалов. Цикл переменных напряжений и его характеристики. Асимметрия цикла. Симметричный и отнулевой циклы. Кривая усталости и ее экспериментальное построение. Испытания на усталость. Предел выносливости. Влияние различных факторов (концентрации напряжений, шероховатости поверхности, размеров поперечного сечения, упрочнения) на сопротивление усталости. Расчеты на усталость. Коэффициенты запаса с учетом влияния асимметрии цикла нагружения. Расчет на усталость при плоском напряженном состоянии (изгиб + кручение).
Детали машин.
Современные направления в развитии машиностроения. Основные задачи научно-технического прогресса. Основные понятия о надежности машин и их деталей. Проектировочный и проверочный расчеты. Критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость. Контактная прочность деталей. Контактные напряжения. Переменные напряжения при работе деталей машин. Усталостное разрушение. Запас прочности.
Общие сведения о передачах. Вращательное движение, его достоинства и роль в механизмах и машинах. Силовые и кинематические соотношения в передачах.
Фрикционные передачи. Принцип работы и устройство. Достоинства и недостатки. Область применения. Геометрические и кинематические соотношения во фрикционных передачах. Определение усилий нажатия катков в цилиндрической фрикционной передаче. Вариаторы. Кинематические схемы и область применения. Диапазоны регулирования.
Общие сведения о зубчатых передачах. Принцип работы, устройство, достоинства и недостатки. Область применения. Классификация. Основы теории зубчатого зацепления. Эвольвента. Краткие сведения об изготовлении зубчатых колес. Виды разрушения зубьев и основные критерии работоспособности и расчета зубчатых передач. Материалы зубчатых колес и допускаемые напряжения.
Прямозубая цилиндрическая передача. Геометрические и кинематические соотношения. Расчет зубьев цилиндрической прямозубой передачи на контактную и изгибную прочность. Косозубая и шевронная зубчатая передача. Геометрические и кинематические соотношения. Силы, действующие в зацеплении цилиндрических: прямозубых, косозубых и шевронных передач.
Коническая прямозубая передача. Основные геометрические соотношения. Силы, действующие в зацеплении конической передачи.
Общие сведения о редукторах. Назначение, устройство, классификация. Смазка редукторов. Смазочные материалы и их выбор. Уплотнения подшипниковых узлов.
Передача винт – гайка. Принцип работы, устройство, достоинства и недостатки. Область применения. Материалы, КПД. Виды разрушения элементов передачи винт – гайка. Расчет их на износостойкость.
Червячная передача: принцип работы и устройство. Достоинства и недостатки. Область применения. Передаточное число. КПД, скорость скольжения. Геометрические и кинематические соотношения в червячной передаче. Классификация червячных передач. Силы, действующие в зацеплении передачи. Виды разрушения зубьев червячных колес. Материалы элементов червячной передачи. Тепловой расчет червячной передачи. Расчет зубьев червячного колеса на контактную и изгибную прочность.
Общие сведения о ременных передачах. Достоинства и недостатки. Классификация. Область применения. Детали ременных передач. Основные геометрические соотношения в ременной передаче. Силы, действующие на опоры валов. Скольжение ремня на шкивах. Виды разрушения ремней. Расчет ременной передачи по тяговой способности. Силы и напряжения в ветвях ремня.
Общие сведения о цепных передачах. Классификация. Достоинства и недостатки, область применения. Основные геометрические соотношения в цепной передаче. Передаточное число. Усилие в ветвях цепи. Критерии работоспособности и особенности расчета цепных передач. КПД передачи. Смазка цепи.
Валы и оси. Назначение и классификация. Элементы конструкции. Материалы валов и осей. Критерии работоспособности валов и осей. Конструктивные и технологические способы повышения сопротивления усталости валов. Проектировочный расчет валов и осей. Проверочный расчет валов по критерию сопротивления усталости.
Подшипники. Общие сведения. Подшипники скольжения. Конструкции, достоинства и недостатки, область применения. Материалы. Режимы трения и смазка подшипников скольжения. Виды разрушения, основные критерии работоспособности и расчет подшипников скольжения.
Подшипники качения. Устройство и сравнение с подшипниками скольжения. Область применения. Классификация и условные обозначения (маркировка) подшипников качения. Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности. Основные типы подшипников качения. Материалы, смазка. Конструирование опор валов.
Муфты. Назначение и классификация. Постоянные жесткие глухие муфты, постоянные жесткие компенсирующие муфты. Постоянные упругие и сцепные муфты. Управляемые муфты. Проверочный расчет муфт.
Назначение соединений. Общие требования к соединениям. Неразъемные и разъемные соединения.
Резьбовые соединения. Основные типы резьбы, их сравнительная характеристика и область применения. Стандартные резьбовые детали. Способы изготовления резьбы. Способы стопорения резьбы. Винтовая линия и винтовая поверхность, их образование. Классификация резьб. Основные геометрические параметры резьбы. Силовые соотношения в винтовой паре. Самоторможение в резьбе. КПД винтовой пары.
Расчет одиночного болта на прочность при осевой нагрузке: незатянутый болт, нагруженный осевой силой. Расчет одиночных болтов, нагруженных поперечной силой (два случая – болт поставлен в отверстие с зазором и без зазора).
Шпоночные соединения. Назначение. Достоинства и недостатки, классификация, краткая характеристика. Подбор шпонок и их проверочный расчет.
Шлицевые соединения. Назначение, достоинства и недостатки. Классификация и сравнительная характеристика шлицевых соединений. Проверочный расчет на прочность шлицевых соединений.
Общие сведения о сварных соединениях. Достоинства и недостатки. Область применения. Виды сварных соединений. Расчет на прочность сварных соединений.
Общие сведения о заклепочных соединениях: устройство, достоинства и недостатки, область применения и классификация. Расчет на прочность заклепочных соединений.
Соединения с натягом (прессовые). Общие сведения и расчет на прочность. Подбор посадки.
3. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
3.1. Перечень рекомендуемой литературы
1. Ицкович материалов: Учебник для учащихся машиностроительных техникумов. – 7-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 1986. – 352 с.
2. Никитин механика для техникумов. – 12-е изд., испр. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. – 336 с.
3. Фролов механика: Детали машин: Учебник для учащихся машиностроительных специальностей техникумов. – 2-е изд., доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 352 с.
4. и др. Техническая механика: Теоретическая механика. Сопротивление материалов: Учебник для машиностроительных специальностей техникумов / , , . – 3 изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1991. – 304 с.
