36
.pdf25.Укажите наиболее простую конструкцию сварного соединения: а) Внахлестку б) Стыковое в) Тавровое г) Угловое
д) С накладками
26.Где применяются заклепочные соединения?
а) В корпусах судов б) В фермах железнодорожных мостов в) В авиастроении
г) В автомобилестроении
27. Какой вид неразъемного соединения стальных деталей имеет в настоящее время наибольшее распространение
а) Заклепочное б) Сварное
28. Назовите тип шпонки, наиболее приемлемой для вала с конической поверхностью а) Призматическая с плоским торцом
б) Призматическая с закругленным торцом в) Сегментная г) Клиновая без головки д) Специальная
29.Материалы, применяемые для шпонок а) Сталь углеродистая б) Чугун в) Латунь г) Бронза
30.Каковы достоинства зубчатых соединений по сравнению со шпоночными?
А) Имеют большую нагрузочную способность б) Обеспечивается лучшее центрирование соединяемых деталей в) Уменьшается длина ступицы
31. Зубчатые (шлицевые) соединения проверяют по условию прочности на… а) … изгиб
б) … кручение в) … смятие г) … срез
110
32. Что называется шагом резьбы?
а) Расстояние между двумя одноименными точками резьбы одной и той же винтовой линии
б) Расстояние между двумя одноименными точками двух рядом расположенных витков резьбы
111
6.Вопросы к экзамену
6.1 Вопросы к экзамену
6 1. Теория машин и механизмов
1.Содержание дисциплины.
2.Дайте определение понятия «Структура механизма».
3.Дайте определения понятий машина, механизм, звено механизма, кинематическая пара,
4.Что называют структурной цепью механизма? Назовите типы структурных цепей, приведите примеры.
5.Что называют структурной схемой механизма?
6.Что называют структурной группой (группой Ассура)? Назовите свойства структурных групп.
7.Что понимают под числом степеней свободы механизма? Как определяют число степеней свободы?
8.Какие задачи решают при кинематическом исследовании механизма?
9.Что называют планом скоростей, ускорений механизма? Как их строят?
10.В чем заключается графический метод определения кинематических характеристик?
11.Что называют передаточным отношением, передаточным числом зубчатого механизма, от каких параметров колес они зависят?
12.Какой механизм называют планетарным, как определяют его передаточное отношение?
13.Как классифицируют силы, действующие на звенья механизма? Какие силы определяют при силовом анализе механизмов?
14.В чем заключается принцип Даламбера? Как он применяется в силовом исследовании механизмов?
15.В чем заключается графоаналитический метод силового расчета?
16.Что называют планом сил? Порядок его построения?
17.Что называют «рычагом» Жуковского? При каких условиях применяют этот метод?
6.2. Сопротивление материалов
1.Задачи сопротивления материалов. Прочность, жесткость, устойчивость.
2.Основные гипотезы о деформируемом теле. Брус, пластина. Понятие о расчетной схеме.
3.Основные принципы сопротивления материалов суперпозиции (независимости действия сил) и Сен-Венана.
4.Внутренние силы. Метод сечений. Основные компоненты внутренних сил и моментов. Построение эпюр.
5.Напряжение: полное, нормальное, касательное. Количественная оценка (единицы измерения).
6.Деформация. Количественная оценка. Простейшие деформации.
7.Закон Гука для линейных и угловых деформаций.
8.Условие прочности и жесткости. Опасное сечение, участок.
9.Испытание материалов на растяжение. Диаграмма растяжения (условная, истинная).
10.Характеристики упругих свойств материала.
11.Характеристики прочности.
12.Характеристики пластичности. Хрупкое и пластичное состояние материала.
13.Испытание материалов на сжатие.
14.Влияние температуры на прочность и пластичность. Предел ползучести.
15.Допускаемые напряжения. Коэффициент запаса. Основные виды задач расчетов на прочность. Материалоемкость конструкций.
16.Растяжение-сжатие. Определение напряжений и деформаций. Расчеты на прочность и жесткость.
112
17.Напряжения по наклонным площадкам при растяжении-сжатии. Потенциальная энергия деформации.
18.Статически неопределимые задачи на растяжение-сжатие.
19.Общий случай объемного напряженного состояния. Закон парности касательных напряжений. Главные площадки напряжения. Виды напряженного состояния.
20.Общий случай плоского напряженного состояния. Определение положения главных площадок, главных напряжений, наибольших касательных напряжений.
21.Обобщенный закон Гука.
22.Потенциальная энергия упругой деформации и ее составляющие: энергия изменения объема, формы.
23.Гипотезы прочности. Назначение.
24.Геометрические характеристики плоских сечений. Главные оси инерции.
25.Сдвиг. Смятие. Расчеты на прочность. Потенциальная энергия деформации.
26.Кручение. Определение напряжений и деформаций. Расчеты на прочность и жесткость.
27.Статически неопределимые задачи на кручение.
28.Изгиб: чистый и поперечный. Дифференциальные зависимости между q,Q и М.
29.Определение напряжений при чистом изгибе. Расчеты на прочность.
30.Касательные напряжения при поперечном изгибе, их влияние на прочность. Потенциальная энергия деформации.
31.Дифференциальное уравнение изогнутой оси балки.
32.Универсальное уравнение изогнутой оси балки.
33.Расчет статически неопределимых балок.
34.Рамы. Построение эпюр продольных и поперечных сил, изгибающих моментов. Расчет на прочность.
35.Общий случай действия сил на брус. Определение нормальных, касательных напряжений. Определение деформаций.
36.Косой изгиб. Определение напряжений и деформаций. Нейтральная линия.
37.Изгиб с растяжением-сжатием. Определение напряжений и деформаций. Нейтральная линия.
38.Изгиб с кручением. Определение опасной точки в сечении. Расчет на прочность с применением гипотез прочности.
39.Устойчивость. Устойчивые и неустойчивые формы равновесия. Критическая сила.
40.Устойчивость сжатых стержней. Продольный изгиб. Формула Эйлера, пределы применимости.
41.Потеря устойчивости при сжатии за пределами упругости. Расчеты на устойчивость, допускаемые напряжения.
42.Рациональные сечения при продольном изгибе. Понятие о продольно-поперечном изгибе.
43.Циклические нагрузки. Количественные характеристики.
44.Прочность материалов при действии циклических нагрузок. Усталость. Кривые усталости, предел выносливости.
45.Влияние концентраторов, состояние поверхности, размеров на усталостную прочность.
46.Коэффициент запаса при циклических нагрузках.
6.3. Детали машин
1.Какие виды изделий изготавливают на промышленных предприятиях?
2.Чем отличается деталь от сборочной единицы?
3.Основные требования к деталям машин. Критерии работоспособности деталей машин.
4.Надежность деталей машин, выбор материала.
5.Соединения деталей машин. Классификация и примеры.
6.Неразъемные соединения деталей машин. Заклепочные соединения, расчеты.
7.Сварные соединения деталей машин, типы сварных швов, расчеты.
113
8.Соединения деталей с натягом. Особенности расчетов цилиндрических соединений.
9.Резьбовые соединения, их виды, особенности расчета. Трение в винтовой паре.
10.Резьбовые соединения. Расчеты на прочность элементов резьбы.
11.Шпоночные соединения. Виды шпонок и особенности расчетов.
12.Шлицевые соединения. Способы центрирования деталей, особенности расчетов.
13.Механические передачи. Классификация, основные параметры.
14.Зубчатые передачи. Классификация, основные параметры.
15.Контактные напряжения и прочность зубчатых передач.
16.Расчеты прямозубых цилиндрических передач на прочность по контактным напряжениям.
17.Расчеты прочности зубьев цилиндрических передач по напряжениям изгиба.
18.Расчеты косозубых и шевронных цилиндрических передач.
19.Конические зубчатые передачи. Применение, параметры, особенности расчета.
20.Червячные передачи. Классификация, кинематика. Особенности расчета.
21.Червячные передачи. Геометрические параметры и способы изготовления деталей передачи.
22.Критерии работоспособности и расчета цилиндрических зубчатых передач.
23.Выбор передаточного отношения одно- и многоступенчатых зубчатых передач.
24.Коэффициент полезного действия, охлаждение и смазка зубчатых передач.
25.Допускаемые напряжения при расчете на усталость зубчатых передач.
26.Материалы и термическая обработка зубчатых колес (критерии выбора).
27.Фрикционные передачи и вариаторы. Характеристика и параметры.
28.Конструкция и расчеты основных параметров лобового вариатора.
29.Вариатор с раздвижными конусами. Конструкция, параметры и расчет.
30.Дисковые вариаторы. Устройство, параметры и расчет.
31.Ременные передачи. Устройство. Принцип действия. Классификация.
32.Кинематические характеристики ременных передач. Основы расчета.
33.Силовой расчет ременных передач. Формулы Л. Эйлера.
34.Ременные передачи. Виды напряжений в ремне, их влияние на тяговую способность передачи.
35.Скольжение в ременной передачи на холостом ходу и при работе под нагрузкой.
36.Расчет плоскоременных передач. Допускаемые напряжения в ремне.
37.Цепные передачи. Принцип действия и основные характеристики.
38.Расчет цепной передачи.
39.Передача винт-гайка. Основные характеристики.
40.Расчет резьбы передачи винт-гайка.
41.Валы и оси. Классификация и конструктивные особенности.
42.Расчеты валов. Содержание проектного (предварительного) расчета валов.
43.Проверочный расчет валов на усталость.
44.Опоры валов. Подшипники. Классификация. Конструкция подшипников скольжения.
45.Подшипники скольжения. Виды трения. Особенности смазки.
46.Виды разрушения подшипников скольжения.
47.Особенности работы подшипников скольжения в режиме жидкостного трения.
48.Расчет радиальных подшипников в режиме жидкостного трения.
49.Подшипники качения. Классификация. Влияние условий работы на работоспособность подшипника.
50.Практический расчет (подбор) подшипников качения.
51.Выбор подшипников качения по динамической грузоподъемности.
52.Проверка и подбор подшипников качения по статической грузоподъемности.
53.Определение и расчет эквивалентной нагрузки подшипника качения.
54.Муфты. Назначение и классификация.
55.Муфты глухие. Конструкция и расчеты.
114
56.Муфты компенсирующие, жесткие. Конструкция и расчеты.
57.Муфты упругие. Конструкция и расчеты.
58.Муфты управляемые или сцепные. Классификация и конструкция.
115
7. Учебно-практическое пособие Содержание
Введение……………………………………………………………………….117
Раздел 7.1. Теория машин и механизмов……………………………………..…117 7.1.1.Основные понятия и пределения…………………………………………..117 7.1.2.Классификация кинематических пар, кинематических цепей и механизмов…………………………………………………………………….118
7.1.3.Структурный анализ и синтез механизмов……………………………......119 7.1.4.Кинематический анализ механизмов с низшими парами………………120
7.1.5.Силовой анализ механизмов……………………………………………122
7.1.6.Уравнения движения механизмов……………………………………….124
7.1.7.Решение уравнений движения механизмов…………………………126
Тесты к разделу «Теория машин и механизмов».………………………128 Вопросы к разделу « Теория машин и механизмов» ……………………130
Раздел 7.2. Сопротивление материалов ……………………………….131
7.2.1.Основные понятия и определения……………………………………….131
7.2.2.Метод сечений. Виды деформаций…………………………………….135
7.2.3.Механические характеристики материалов…………………………..…138 7.2.4.Принцип расчета на прочность, жесткость………………………………..141
Тесты к разделу "Сопротивление материалов"…..………………………...142 Вопросы к разделу "Сопротивление материалов".. ………………143
Раздел 7.3. Детали машин…………………………………………………….145 7.3.1.Основные понятия……………………………………………………….145 7.3.2.Соединение деталей………………………………………………………146 7.3.3.Механические передачи…………………………………………………..151 7.3.4.Валы, оси и опоры……………………………………………………….159
Тесты к разделу «Детали машин»………………………………………….161 Вопросы к разделу «Детали машин»………………………………………163
7.4.Решение тренировочных заданий…………………………………………..164
Ответы на тесты к разделам………………………………………………….172
Тесты по дисциплине "Прикладная механика"……..……………………....173 Ответы на тесты по дисциплине «Прикладная механика»……………….174
Словарь основных понятий и терминов ………………………………………174
Приложение……………………………………………………………………….179
116
Введение
Прикладная механика - дисциплина, состоящая из трех основных разделов: теория механизмов и машин, сопротивление материалов, детали машин.
ТММ изучает общие методы исследования свойств механизмов и машин, а также способы проектирования их схем независимо от конкретного назначения машины, прибора или аппарата.
Сопротивление материалов изучает инженерные методы расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость с целью обеспечения требуемой надежности и экономичности, минимальной материалоёмкости.
В разделе курса «Расчет деталей машин» рассматриваются теоретические основы расчета и конструирования типовых деталей и узлов машин.
Раздел 7.1. Теория механизмов и машин
7.1.1.Основные понятия и определения
Механизм - это система твердых тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.
Тела (абсолютно твердые и гибкие), входящие в состав механизма, называют его звеньями. Механизм имеет не менее двух звеньев. Соединение двух соприкасающихся звеньев, обеспечивающее их относительное движение называется кинематической парой (КП).
Как правило, одно из звеньев механизма неподвижно или считается неподвижным и называется стойкой, все другие звенья - подвижные. Среди звеньев есть два смежных звена, закон относительного движения которых известен. КП, которая соединяет эти звенья, называется входной. Звено, образующее входную КП со стойкой, называется входным. Оно сообщает движение другим звеньям механизма. Выходное звено - подвижное звено, совершающее движения, для выполнения которых предназначен механизм.
Кинематическая цепь (КЦ) - система звеньев, связанных между собой одной или более КП .
Структурная схема - схема механизма, указывающая стойку и подвижные звенья, входную КП или входное звено, а также виды КП. Структурная схема выполняется с учетом стандартных условных обозначений, применяемых при графическом изображении звеньев и КП. На рис. 1.1. а) и б) приведены структурные схемы распространенных рычажных механизмов называемых шарнирными: а) четырехзвенником; б) шестизвенником.
117
0 |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
а) |
|
|
б) |
|
Рис. 1.1 |
||
Обозначения следующие: 0 - стойка; 1,2,3, и т.д. - подвижные звенья; 1,А - входное звено и КП соответственно; - координата, КП, обозначаемая латинскими буквами, иногда с указанием соединяемых звеньев.
7.1.2..Классификация КП, кинематических цепей и механизмов
КП состоит из элементов - совокупности поверхностей, линий и отдельных точек звеньев, по которым одно соприкасается с другим звеном, образуя КП, которые делятся на низшие и высшие.
Низшая КП получается относительным движением двух звеньев, соприкасающихся по поверхности, а высшая КП, в которой указанное движение звеньев получается соприкосновением ее элементов только по линиям или в точках.
Обозначим: W - число степеней свободы в относительном движение звеньев, образующих КП; S - число уравнений связей, налагаемых на относительное движение этих звеньев. Тогда всегда выполняется равенство:
W + S = 6.
Отсюда была предложена классификация КП: во-первых, по числу связей (одно-, двух-, трех-, четырех- и пяти-подвижные); во-вторых, по числу уравнений связей (S), которое принято за N - номер класса КП (пары пятого, четвертого, третьего, второго и первого класса).
В зависимости от относительного движения звеньев КП бывают различного вида. Различают девять видов КП. Они приведены в приложении.
Познакомимся с классификацией КЦ механизмов. Они подразделяются на: 1) плоские и пространственные; 2) замкнутые и незамкнутые.
Если при закреплении одного звена, точки всех других звеньев могут двигаться во взаимно параллельных плоскостях, то образуется плоская КЦ. При не выполнении этого условия - пространственная КЦ.
В незамкнутой КЦ есть хотя бы одно звено, входящее в одну КП. В замкнутой КЦ каждое звено входит в две КП, т.е. звенья такой цепи образуют одно или несколько замкнутых контуров (см. рис. 1.2 а) и б)).
118
а) |
б) |
|
Рис. 1.2 |
Различают три классификации механизмов:
объемные и поверхностные по виду траектории точек звеньев; c замкнутыми и незамкнутыми КЦ;
снизшими и высшими КП.
Втехнике наиболее распространены плоские четырехзвенные рычажные механизмы - шарнирный четырехзвенник (см. рис. 1.1 а)); кривошипно-ползунный
икулисный механизмы, а также механизмы с высшими парами - зубчатый, кулачковый и комбинированные.
Более подробно о разновидностях механизмов см. [1, c. 6-23]. Изучив основные понятия ТММ, можно переходить к исследованию структуры механизмов.
7.1.3.Структурный анализ и синтез механизмов
Звенья, соединяясь между собой КП, образуют структуру механизма, его структурную цепь, изображаемую графически структурной схемой. Строение этой цепи предопределяет основные технические характеристики механизма, такие, как число степеней свободы возможные законы движения звеньев, возможное преобразование движений, и др.
Основные структурные характеристики: тип структурной цепи, число степеней ы механизма, наличие и типы структурных групп.
Различают типы структурных цепей: пространственные – плоские, замкнутые – нутые, сложные – простые (определения см. [2, с. 30], и др.).
Под числом степеней свободы механизмов с голономными связями будем понимать число возможных независимых перемещений, которые могут быть сообщены звеньям механизма. Число степеней свободы механизмов определяют по структурным формулам [1, с. 26-31].
Для механизмов с пространственной структурной схемой
W = 6n – 5P1 – 4P2 – 3P3 – 2P4 – P5
Для механизмов с плоской структурной схемой
W = 3n – 2P1 – Р2 ,
где n – число подвижных звеньев;
Р1 – число кинематических пар с одной степенью свободы; Р2 – число кинематических пар с двумя степенями свободы и т.д.
Основные типы и характеристики КП приведены в приложении.
Синтез и анализ механизмов существенно упрощаются при использовании понятия структурной группы (группы Ассура).
119