Порядок выполнения (пример выполнения)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Ярославский филиал ПГУПС

УТВЕРЖДАЮ Директор Ярославского филиала ПГУПС _____________ О.М. Епархин

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ

дляпрактических работ

по учебной дисциплине

ОП.04 ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Специальность: 13.02.07 «Электроснабжение (по отраслям)»

Студент ______________________________

Группа ________________________________

Ярославль

2017

РАССМОТРЕНО:

на заседании цикловой комиссии

«Общепрофессиональных дисциплин

и физического и воспитания»

________________________ Н.Ю. Чайничкова

протокол № 1 от 31 августа 2017 г.

Материалы разработаны:

Преподаватель Буйлова Л.В., высшая квалификационная категория

© Ярославский филиал ПГУПС Федерального агентства железнодорожного транспорта Федерального государственного образовательного учреждения высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I». Для использования, размножения и переработки необходимо подать заявку в Ярославский филиал ПГУПС. 150048 г. Ярославль, Московский проспект, д. 151, тел. (4852) 44-99-36

Практическое занятие № 1

Тема: Определение реакций в опорах балочных систем под действием сосредоточенных сил и пар сил

Вариант № ______

Дата выполнения: _________

Цель выполнения работы: научиться определять силы реакции в опорах балочных систем

Теория

Плоская система произвольно расположенных сил эквивалентна одной силе (называемой главным вектором) и одной паре (момент которой называют главным моментом) и стремиться придать телу в общем случае прямолинейное и вращательное движение одновременно. Изученные ранее система сходящихся сил и система пар – частные случаи произвольной системы сил. Равновесие тела будет иметь место в случае равенства нулю и главного вектора, и главного момента системы. Аналитическим условием равновесия является равенство нулю алгебраических сумм проекций сил системы на любые две взаимно перпендикулярные оси и алгебраической суммы моментов сил относительно любой точки.

Реакция шарнирно – подвижной опоры направлена по нормали к опорной поверхности шарнира. Реакцию шарнирно – неподвижной опоры принято представлять в виде двух составляющих реакций по осям координат. В заделке помимо двух составляющих реакций по осям координат возникает реактивный момент.

Постановка задачи

1 Согласно варианту выбрать схему и значения нагрузок.

2 Построить расчётную схему освободив балку от связей и заменяя их соответствующими реакциями .

3 Рассмотреть равновесие балки и составить систему уравнений равновесия.

4 Определить реакции заделки, решая систему уравнений равновесия.

5 Произвести проверку, для чего составить ещё одно или два уравнения равновесия, отличные от предыдущих.

6 Записать ответы и сделать выводы.

Исходные данные

ЗАДАНИЕ 1-30. Определить силы, нагружающие стержни АВ и АС кронштейна, удерживающего в равновесии

Контрольные вопросы

1 Как определить момент силы относительно точки?

2 Условия равновесия плоской системы произвольно расположенных сил (общая форма)?

3 Что такое реакция связи?

4 Что такое плечо силы относительно точки?

Порядок выполнения

Согласно варианту выбрать схему и значения нагрузок

Схема

Дано:

Схема_____________

___________________

Построить расчётную схему освободив балку от связей и заменяя их соответствующими реакциями

Решение

Рассмотреть равновесие балки и составить систему уравнений равновесия

Определить реакции заделки, решая систему уравнений равновесия

Произвести проверку, для чего составить ещё одно уравнение равновесия,

Выводы

Ответы на контрольные вопросы

Оценка:

Дата проверки: ________________

Подпись преподавателя: ____________________

Практическое занятие № 2
Тема: Определение центра тяжести сечения, составленного из стандартных прокатных профилей
Вариант № ______	Дата выполнения: _________
Цель выполнения работы: научиться определять центр тяжести сечения, составленного из стандартных прокатных профилей

Теория

Постановка задачи

1 Согласно варианту стандартный профиль.

2 Определить координаты центра тяжести стандартных профилей.

3 Изготовить картонную модель.

4 Проверить правильность расчетов координат центра тяжести стандартных профилей экспериментальным способом.

5 Сделать выводы (картонную модель приложить).

6 Ответить на контрольные вопросы.

Исходные данные

ЗАДАНИЕ 1-30.

Контрольные вопросы

1 Что называется центром тяжести?

2 Может ли располагаться центр тяжести вне самого тела?

3 Как рационально определить центр тяжести фигуры сложной формы?

4 Какой знак имеет площадь отверстий в формуле для определения центра тяжести?

5 Чем является сила тяжести для системы параллельных сил?

Задание Определить координаты центра тяжести стандартных профилей

Схема

Решение

Ответы на контрольные вопросы

Оценка:

Дата проверки: ________________

Подпись преподавателя: ____________________

Практическое занятие № 3
Тема: Расчет на прочность при растяжении и сжатии
Вариант № ______	Дата выполнения: _________
Цель выполнения работы: научиться строить эпюры продольных сил и нормальных напряжений, определять размеры поперечных сечений ступенчатого бруса, нагруженного растягивающими силами

Теория

Многие элементы машин, сооружений, канаты, тросы, ремни, цепи и т. д., испытывают деформацию растяжения (сжатия). Элемент конструкции, длина которого гораздо больше его поперечных размеров, называется брусом (стержнем). При работе бруса на растяжение (сжатие) в его поперечных сечениях возникает продольная сила N. Продольная сила в любом сечении бруса равна алгебраической сумме проекций на его продольную ось всех внешних сил, действующих на отсеченную часть:

N=åFix.

Правило знаков для продольных сил: при растяжении продольная сила положительна, при сжатии - отрицательна.

При растяжении (сжатии) бруса в его поперечных сечениях возникают нормальные напряжения:

σ= N/A,

где А — площадь поперечного сечения бруса.

Для нормальных напряжений принимается то же правило знаков, что и для продольных сил.

Изменение длины бруса (удлинение или укорочение) равно алгебраической сумме удлинений (укорочений) его отдельных участков и вычисляется по формуле Гука:

∆l = å∆li=å*Ni* li/E*Ai

где Ni, li и Ai— соответственно продольная сила, длина и площадь сечения в пределах каждого участка бруса, а Е — модуль продольной упругости материала (для стали Е = 2 • 105 МПа).

Исходные данные

Варианты с 1 по 30-й

Контрольные вопросы

1.Закон Гука.

2. Какое сечение считается опасным при растяжении .

3.Условия прочности при растяжении (сжатии)

Порядок выполнения

Согласно варианту выписать из таблицы условия заданий

Схема

Дано:

F₁,kH_____________

F₂,kH_____________

A₁ мм²_____________

A₂ мм²_____________

Эпюры

Решение: По заданным значениям внешних нагрузок определить внутренние силовые факторы

Построить эпюру Nz

Определить значения нормальных напряжений

Построить эпюру σ

Используя закон Гука определить удлинение (сужение) бруса.

Выводы

Ответы на контрольные вопросы

Оценка:

Дата проверки: ________________

Подпись преподавателя: ____________________

Практическое занятие № 4
Тема: Расчет на прочность и жесткость при кручении
Вариант № ______	Дата выполнения: _________
Цель выполнения работы: научиться определять диаметр вала из условия прочности и жесткости при кручении

Теория

Кручениемназывают такой вид нагружения бруса, при котором в его поперечных сечениях возникает только один внутренний силовой фактор – крутящий момент .

Крутящий момент в произвольном сечении бруса численно равен алгебраической сумме внешних моментов, действующих на оставленную часть (имеется в виду, что плоскости действия всех внешних моментов перпендикулярны продольной оси бруса).

Установим следующее правило знаков: внешний момент, направленный походу часовой стрелки (при взгляде со стороны проведенного сечения), считается положительным (т.е. дает положительный крутящий момент); в противном случае внешний момент отрицателен.

Постановка задачи

Для стального вала постоянного поперечного сечения требуется:

1 Определить значения вращающих моментов Т₁, Т₂, Т₃, Т₄;

2 Построить эпюру крутящих моментов М;

3 Определить диаметр вала из расчетов на прочность и жесткость.

Исходные данные

Варианты с 1 по 100-й

Принять =30 МПа, =0,02рад/м, G= МПа.

Контрольные вопросы

1 Что такое эпюра?

2 Какой вид нагружения называется чистым сдвигом?

3 От чего зависит значение модуля сдвига?

4 От чего зависит определение полярного момента?

5 Можно ли считать выбранные размеры вала достаточными используя только условия прочности?

Порядок выполнения

Согласно варианту выписать из таблицы условия заданий.

Схема Дано:

Вариант_____________

___________________

Решение:

Определить вращательные моменты, используя условие равновесия. 1 Определить внутренние силовые факторы. 2 Построить эпюру крутящих моментов. 3 Определить диаметр вала из условия прочности. 4 Определить диаметр вала из условия жесткости. 5 Сделать выводы.

Определить внутренние силовые факторы.

Построить эпюру крутящих моментов.

Определить диаметр вала из условия прочности.

Определить диаметр вала из условия жесткости

Выводы

Ответы на контрольные вопросы

Оценка:

Дата проверки: ________________

Подпись преподавателя: ____________________

Практическое занятие № 5
Тема: Расчет на прочность при деформации изгиба
Вариант № ______	Дата выполнения: _________
Цель выполнения работы научиться определять параметры сечения двухопорной балки из условия прочности при изгибе

Теория

Чистым изгибом называют такой вид нагружения бруса, при котором в его поперечных сечениях возникает только один внутренний силовой фактор – изгибающий момент Мх. В большинстве случаев одновременно с изгибающим моментом возникает и другой внутренний силовой фактор – поперечная сила Q_y такой изгиб называют поперечным.

Изгибающий момент в произвольном поперечном сечении бруса численно равен алгебраической сумме моментов внешних сил, действующих на оставленную часть, относительно центра тяжести сечения: . Поперечная сила в произвольном поперечном сечении бруса численно равна алгебраической сумме внешних сил, действующих на оставленную часть: . Здесь имеется в виду, что все внешние силы и моменты действуют в главной продольной плоскости бруса, причем силы расположены перпендикулярно продольной оси.

При чистом изгибе в поперечных сечениях возникают нормальные напряжения , а при поперечном изгибе, кроме того, и касательные напряжения. Однако в подавляющем большинстве случаев влияние при расчете на прочность не учитывается, поэтому отпадает необходимость как в определении поперечных сил . Так и в построении их эпюры.

Постановка задачи

Для двухопорной балки требуется определить реакции опор, построить эпюры поперечных сил Q_y и изгибающих моментов М_х,

Из условия прочности определить размеры поперечного сечения балки в двух вариантах:

Круг
Прямоугольник.

Данные своего варианта в таблице.

Исходные данные

а=2м

Прямоугольник при отношении h=2в. [G]=150МПа

Контрольные вопросы

1 Какой изгиб считается чистым.

2 Какое сечение считается опасным при изгибе.

3 Какой вид имеет эпюра М_x на участке с равномерно распределенной нагрузкой

4 Могут ли быть скачки на эпюре изгибающих моментов, если балка нагружена сосредоточенными силами и распределенной нагрузкой

5 До какой величины нормального напряжения справедлив закон Гука при изгибе?

6 Зависят ли величины нормальных напряжений от формы поперечных сечений балки?

Порядок выполнения

Согласно варианту выписать из таблицы условия заданий

Схема

Дано:

F,кH_____________

q,кH\м___________

M,кH*м__________

Эпюры

Решение:

Определить реакции опоры

По заданным значениям внешних нагрузок определить внутренние силовые факторы

2.1 Определить значения продольных сил

2.2 Определить значения изгибающих моментов

Построить эпюру Qy

Построить эпюру М_x

Используя условия прочности при изгибе определить размеры круглого сплошного сечения

Используя условия прочности при изгибе определить размеры прямоугольного сплошного сечения

Выводы

Ответы на контрольные вопросы

Оценка:

Дата проверки: ________________

Подпись преподавателя: ____________________

Практическое занятие № 6
Тема: Расчет разъемных и неразъемных соединений на срез и смятие
Вариант № ______	Дата выполнения: _________
Цель выполнения работы научиться составлять расчетные формулы для проектного и проверочного расчетов соединений

Теория

Основные виды неразъёмных соединений

Заклепочные соединения

Достоинства: • простота технологии; • высокая прочность; • подвижность соединения, что предотвращает образование трещин.

Недостатки: • очень низкая производительность клепки; • большой расход материала; • ослабление детали отверстием; • недостаточная герметичность.

2 Сварные соединения

Сваркойназывается процесс соединения деталей путем расплавления кромок. Сварка пришла на смену заклепочному соединению. Сварка бывает электрическая и газовая. Электросварка бывает дуговая и контактная. Наиболее распространена электродуговая сварка.

Достоинства: • высокая прочность и плотность соединения; • высокая производительность сварки; • небольшой расход металла; • возможность ремонта и реставрации деталей.

Недостатки: • сложное оборудование для сварки; • высокая квалификация рабочего.

Основные виды разъёмных соединений

Разъемнымназывается такое соединение, которое подлежит разборке (резьбовое, шпоночное, шлицевое и др.).

1 Шпоночные соединения

Шпонка служит для относительно неподвижного соединения зубчатого колеса, шкива или полумуфты с валом.

2 Шлицевые соединения

Резьбовые соединения

Резьбой называется винтовая линия, нанесенная на цилиндрическую или коническую поверхность.

Элементы разъемных соединений испытывают деформацию среза и смятия.

Используя условие прочности на срез

τ_ср ≤ ≤ [τ_ср ]

(Q=F, )

и условие прочности на смятие

σ_см≤ ≤[σ_см]

(А_см= ),

выполняют проектный и проверочный расчеты элементов разъемных соединений.

Постановка задачи

ЗАДАНИЕ 1 (таблица 1). Шарнирное соединение деталей 1 и 2 с помощью пальца диаметром d решено заменить на сварное соединение (рис. 2, б) фланговыми швами с катетом К. Указание. Необходимую для расчета швов силу F найти из условий прочности пальца при срезе.

ЗАДАНИЕ 2 (таблица 2). Сварное соединение деталей 1 и 2 (см. рис.2, б) фланговыми швами с катетом К и длиной l_ф каждый решено заменить на шарнирное соединение с помощью пальца диаметром d. Определить диаметр пальца из условия прочности при срезе.

Указание. Необходимую для расчета пальца силу F найти из условия прочности швов при срезе.

Исходные данные

Для материала пальца (сталь 45) принять [τ_ср] = 80 МПа,

для материала сварного шва [τ’_ср] = 100 МПа.

Таблица 1
	Тип сечения				Нечетный вариант		Четный вариант
		рис. 1, а		рис. 1 , б	d, мм	К, мм	d, мм		К, мм
1		I		I	33	5	26		8
2		I		II	35	7	30		4
3		II		I	39	9	36		6
4		II		II	25	5	40		8
5		I		I	23	7	36		6
6		II		I	39	9	36		6
Таблица 2
			Тип сечения		Нечетный вариант			Четный вариант
		рис.1,а		рис.1,б	l_ф, _ММ	К, мм	l_ф, _ММ		К, мм
1		I		II	85	9	120		4
2		II		II	95	5	110		8
3		II		I	105	7	130		4
4		II		II	115	9	100		6
5		I		I	125	5	90		8
6		II		I	105	7	130		4

Контрольные вопросы

1. Какие соединения подвергаются деформации среза и смятия?

2. Какие внутренние силовые факторы возникают при деформации среза?

3. Какое напряжение возникает в поперечном сечении при деформации смятия?

Порядок выполнения

1 Согласно варианту выписать из таблицы 1 условия заданий .

Схема

Дано:

Схема_____________

[τ_ср]МПа___________

1 Из условия прочности угловых сварных швов при срезе определяем длину каждого флангового шва l_ф.

2 Согласно варианту выписать из таблицы 2 условия заданий .

3 Из условия прочности пальца на срезе определяем его диаметр

Выводы

Оценка:

Дата проверки: ________________

Подпись преподавателя: ____________________

Практическое занятие № 7
Тема: Кинетический и динамический расчеты передачи вращательного движения
Вариант № ______	Дата выполнения: _________
Цель выполнения работы углубить и закрепить знания по теме «Зубчатая передача» путем практического решения задач

Теория

Постановка задачи

Рассчитать на контактную прочность косозубую цилиндрическую зубчатую передачу для привода ленточного конвейера. Данные для различных вариантов указаны в таблице 1. Материал зубчатых колес — сталь 50 (ГОСТ 1050—74).

Термообработка - улучшение.

Вычертить кинематическую схему.

Исходные данные

Таблица 1

Вариант	Р₁, кВт	n₁, об/мин	n₂, об/мин	β, град	НВ	Вариант	Р₁, кВт	n₁, об/мин	n₂, об/мин	β, град	НВ
1	10	1000	250	10	300	18	18	2500	1000	12	250
2	14	1400	350	8	250	19	50	1500	750	16	270
3	8	1400	440	12	300	20	100	800	400	20	260
4	5	1800	450	10	300	21	20	1600	400	15	300
5	12	1200	300	10	200	22	22	3000	750	15	250
6	20	750	250	15	220	23	45	1500	300	10	280
7	40	1000	200	20	280	24	500	575	115	10	270
8	30	3000	600	10	350	25	3	2500	500	10	300
9	4	1500	500	10	300	26	10	2400	800	10	300
10	3	720	180	10	320	27	12	1200	400	10	250
11	2	625	125	15	350	28	16	1600	400	12	250
12	7	800	200	12	250	29	80	1100	220	16	280
13	15	500	125	12	270	30	80	1700	420	14	300
14	20	600	150	10	300	31	20	1200	300	18	350
15	28	1200	400	10	280	32	30	2000	500	10	320
16	36	850	170	10	350	33	17	2400	1200	10	310
17	40	3000	1000	10	300	34	9	2800	700	10	300