МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ БРАТСКИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫЙ КОЛЛЕДЖ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Специальность 151031 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ Дисциплина Техническая механика Разработал преподаватель кафедры ХМД Братск 2014 Никитиной Н.А. Содержание Практическая работа №1 Тема «Плоская система сходящихся сил» 4 Практическая работа №2 Темы «Плоская система произвольно- 11 расположенных сил» и «Пространственная система сил» Практическая работа №3 Тема «Растяжение и сжатие» 16 Практическая работа №4 Тема «Кручение» 19 Практическая работа №5 Тема «Изгиб» 23 Практическая работа №6 Тема «Общие сведения о передаточных 30 механизмах. Кинематические схемы» Практическая работа №7 Темы «Контактная прочность и выносливость» и «Критерии работоспособности и основы расчетов механизмов» 2 36 Введение Методические указания для выполнения практических работ по дисциплине «Техническая механика», разработаны для специальности 151031 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям) в соответствии с рабочей программой по данной специальности. В каждой практической работе предложено от одного до трех заданий по 15 вариантам с примерами выполнений. Часть из заданий являются сквозными. При необходимости, в конце практических заданий приведен справочный материал. 3 Практическая работа №1 Статика Тема: Плоская система сходящихся сил. ПК 1.1 Руководить работами, связанными с применением грузоподъёмных механизмов, при монтаже и ремонте промышленного оборудования. Уметь: определять внутренние силы в конструкционных элементах, для определения в них напряжений Знать: основы технической механики; методику расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформаций Цель: Познакомиться с понятием равновесие, со случаями сходящихся сил в плоскости. Установить зависимость проекции сил на ость от угла. Научится определять нагрузку в сходящихся стержнях графическим и аналитическим методом. Задание 1 1. Зарисовать. Перевести заданные величины в систему СИ (1Т ≈10кН) 2. Какой угол называют углом стрововки (горизонталь, вертикаль)? 3. Как зависит нагрузка на канаты от угла строповки (прямо- или обратно- пропорциональная зависимость)? Задание 2 1 Построить силовые треугольники. 2 Как нагружен каждый стержень (растянут, сжат)? Сравнить с силой F. 4 Варианты 1, 9 F 1 F 1 2 1 2 2 45 0 450 45 0 1 450 F 1 2 F 2 450 3 4 Варианты 2, 10 F 45 1 F 0 2 1 1 2 2 45 F 1 2 450 450 1 0 F 450 2 3 4 Варианты 3, 11 1 F F 1 2 450 450 450 F 2 450 1 2 F 1 450 450 2 1 2 3 4 Варианты 4, 12 2 F F 450 1 2 2 450 1 45 0 1 450 450 450 2 1 F F 1 2 3 5 4 Варианты 5, 13 2 F F F 450 2 1 450 1 1 F 1 2 2 3 F Варианты 6, 14 450 F 450 2 1 450 4 450 2 F 45 1 450 450 2 2 450 1 1 1 2 F 1 2 3 Варианты 7, 15 F 1 F 4 F 2 450 2 450 0 45 450 1 2 2 450 1 0 450 1 F 1 2 3 Варианты 8, 16 1 F F 45 4 0 45 0 2 1 2 1 1 45 450 450 0 2 2 450 F Пример выполнения задания 2 Исходные данные: Системы стержней рисунок1,2, и 3, находятся в равновесии. 1) Построить силовые треугольник. 2) Определить, растянуты или сжаты стержни. 3)Проанализировать системы. 6 F 1) Строим силовые треугольники, для чего изображаем силу F и параллельно стержням 1 и 2 проводим линии так, чтобы образовался треугольник. 2) Выбираем направления сил так, чтобы силовой треугольник был замкнут. (по часовой или против часовой стрелки). Определяем растяжение или сжатие стержней. Рисунок 1а, 2а, 3а. 3) Определяем соотношение сторон треугольника. 1 1 2 450 450 Рис 1 1 450 F Рис 3 Рис 2 F F 450 2 F Рис 3а 2 F Рис 1а F Рис 2а F R1-сжат R2 - растянут F R2 -сжат Рис 1б R1 =R2˂F R1-сжат R2-сжат 7 Рис 2б R1=F˂R2 Рис 3б R2=F˂R1 F R1 - сжат Задание 3 Определить силы в стержнях кронштейна, составленных из сдвоенных стандартных уголков, удерживающих груз F. Сделать проверку графически. Установить, какой из стержней нагружен больше. Таблица вариантов и схемы к заданию 3 Вари № ант схемы 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 F Вари № F Вари № F (кН) ант схемы (кН) ант схемы (кН) 75 6 6 100 11 1 160 200 7 7 150 12 2 110 150 8 8 200 13 3 110 90 9 9 100 14 4 160 100 10 10 50 15 5 180 450 60 300 300 F 2 F F 3 5 300 F 1 450 600 450 450 300 0 4 F 600 60 450 0 0 0 3045 F 0 600 45 7 6 8 450 F F F 450 600 10 F 9 Пример выполнения задания 3 у 600 600 R1 750 450 1 Изображаем 15 F=100кН 450 R2 О 600 х 0 300 F=100кН систему стержней, равновесие которой должно быть рассмотрено. 2 Освобождаем систему от связей и вместо них прикладываем реакции R1 и R2, указываем заданную силу F. 8 3 Определяем точку схода сил «О». 4 Проводим ось координат Х так, чтобы одна из неизвестных реакций лежала на ней. Ось Y, проводим перпендикулярно. Определяем углы между осями и силами. 5 Составляем уравнения равновесия FkX 0; F cos 60 0 R1 R2 cos 750 0, FkY 0; R2 cos 150 F cos 30 0 0 6 Определяем реакции R2 F cos 30 0 100 0,8660 89,66кН 0 0,9659 cos 15 R1 F cos 60 0 R2 cos 75 0 100 0,5 (89,66) 0,2588 73,20кН Знак минус показывает, что направление противоположно выбранному (т.е. стержень 2 сжат) 7 Проверку делаем графически. Выбираем масштаб. О Масштаб 10 кН 750 R1 В F R2 А От точки О вниз откладываем в масштабе F=100кН (10 делений), от найденной точки А, под углом 450 вверх откладываем R2 =89,66 (≈9 делений), получаем точку В. Замеряем отрезок ВО, который соответствует силе R1, 9 данный отрезок составляет несколько больше чем 7 делений≈73кН, угол АОВ при замере ≈750. Вывод: Проверка показала, что решение верное. R1 =73,22кН (стержень растянут) R2=89,66кН (стержень сжат) – более нагружен. Задача имеет продолжение Справочный материал к практической работе №1 Значение Углов (градусы) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Sin Cos Tg 0,0000 0,0872 0,1736 0,2588 0,3420 0,4226 0,5000 0,5736 0,6428 0,7071 0,7660 0,8192 0,8660 0,9063 0,9397 0,9659 0,9846 0,9962 1,0000 1,0000 0,9962 0,9846 0,9659 0,9397 0,9063 0,8660 0,8192 0,7660 0,7071 0,6428 0,5736 0,5000 0,4226 0,3420 0,2588 0,1736 0,0872 0,0000 0,0000 0,0875 0,1763 0,2679 0,3640 0,4663 0,5774 0,7002 0,8391 1,0000 1,1918 1,4281 1,732 2,145 2,747 3,732 5,671 11,43 10 Ctg 11,43 5,671 3,732 2,747 2,145 1,732 1,4281 1,1918 1,0000 0,8391 0,7002 0,5774 0,4663 0,3640 0,2679 0,1763 0,0875 0,0000 Практическая работа №2 Статика Тема: Плоская система произвольно-расположенных сил. Тема: Пространственная система сил. Участвовать в пусконаладочных работах и испытаниях ПК 1.3 промышленного оборудования после ремонта и монтажа. Выбирать методы регулировки и наладки промышленного ПК 2.2 оборудования в зависимости от внешних факторов. определять внутренние силы в конструкционных элементах, Уметь: для определения в них напряжений основы технической механики; методику расчета элементов Знать: конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформаций Цель: Научится определять усилия в подвесках и в опорах валов. Выбирать наиболее нагруженные участки конструкции. Задание 1 Три подвески удерживают балку, нагруженную силой F. Определить, какая из подвесок , нагружена больше других и как реакция подвески зависит от силы F. Весом балки пренебречь. 30 0 450 F а в Вариант а м 1 и 16 1,8 2 и 17 1,2 3 и 18 1,5 4 и 19 1,8 5 и 20 1,8 6 и 21 1,2 7 и 22 1,5 8 и 23 0,5 в м 1,5 1,8 1,8 1,2 1,8 1,2 1,5 1,4 Вариант а м 9 и 24 1,4 10 и 25 0,8 11 и 26 2,0 12 и 27 1,6 13 и 28 0,6 14 и 29 0,8 15 и 30 0,6 16 и 32 0,4 в м 0,8 1,5 0,6 1,0 0,8 1,2 0,8 1,4 Пример выполнения задания 1 3 Изображаем тело, равновесие которого должно быть рассмотрено. 11 4 По стержням 1,2 и 3 направляем реакции R1, R2 и R3. Прикладываем и действующую силу: F. 30 0 450 50 х 50 х 4 F а=0,6 R1 30 0 А В в=1,2 м R2 R3 0 45 F а=0,6 в=1,2 м 5 Проводим оси координат Х и Y. 6 Составляем уравнение равновесия FkX 0; R1 sin 30 0 R2 sin 45 0 0 FkY 0; R1 cos 30 0 R2 cos 45 0 F R3 0 M A 0; F 0,6 R3 0,6 1,2 0 7 8 Определяем реакции Из уравнения ΣМА =0; получаем R3 F 0,6 0,6 F F 0,33; (0,6 1,2) 1,8 Решая совместно два оставшихся уравнения: Из уравнения ΣFkX, выражаем одно неизвестное, через другое: sin 30 0 R2 R1 sin 45 0 , Полученное значение R2 и R3=0,33F. Подставляем в уравнение ΣFkУ sin 30 0 R1 ·соs30 R1 ·соs450 – 1·F+0,33F=0 0 sin 45 0 и решаем. R1(0,866 + 0,5)=F·0,67 R1 0,67 F 0,866 0,5 R2 R1 0,5 0,5 0,49 F 0,35 F 0,707 0,707 R2 R1 sin 30 0 sin 45 0 9 Проверяем правильность полученных результатов по уравнению, которое не было использовано при решении задачи ΣМВ =0; R1 ·соs300·1,8 + R2 ·соs·450·1,8 – F·1,2 = 0,49F·1,56+0,35F·1,27 – F·1,2= 12 = 0,75·F+0,45·F – 1,2·F=0. Вывод: Решение верное, R1=0,49F R2=0,35F R3=0,33F, более нагружена подвеска 1. Задача имеет продолжение Задание 2 Определить реакции в опорах вала, нагруженного двумя силами в горизонтальной плоскости. Определить реакции в опорах вала, нагруженного одной силой и моментом в вертикальной плоскости Определить полные реакции в опорах вала. Варианты для задания 2 Вариант Ft (кН) Окружная сила 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0,4 0,6 0,2 0,4 0,6 0,2 0,4 0,7 0,2 0,5 0,6 0,2 0,8 0,6 0,5 Нагрузки Fоп(кН) Fr(кН) Сила от Радиальная открытой сила передачи 0,3 0,4 0,1 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,1 0,4 0,4 0,4 0,3 0,4 0,1 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,1 0,4 0,4 0,4 m (кНм) момент 0,02 0,1 0,06 0,08 0,05 0,2 0,08 0,04 0,05 0,06 0,1 0,2 0,4 0,04 0,06 13 Размеры L (мм) Lоп(мм) Расстояние Длина участка между вала подшипниками под деталь открытой передачи 300 400 200 200 100 400 300 500 240 150 180 140 300 200 100 100 150 80 200 100 100 150 100 120 80 100 50 120 80 100 Ft L/2 Fоп L/2 Lоп Схема 1 Fr m L/2 L/2 Lоп Схема 2 Пример выполнения задания 2 схема 1 Дано: Ft=0,8кН Fоп=0,4кН L=500мм Lоп=200мм 1) На схеме указываем реакции опор YA и YB . Ft=0,8кН RAу А Fоп = 0,4кН RBу С В 250 D 250 200 2) Составляем уравнения равновесия: 3) Сумма моментов относительно точки А Σ mA=0; Fоп ·(L+Lоп ) – RBy ·L + Ft · L/2 =0; откуда RBy = 𝐹оп ∙(𝐿+𝐿оп )+𝐹𝑡 ∙𝐿/2 𝐿 = 0,4∙700+0,8∙250 500 =0,96кН 4) Сумма проекций сил на ось Σ Y=0; RAy – Ft + RBy – Fоп=0, откуда RAy = Ft – RBy + Fоп = 0,8 – 0,96 + 0,4=0,24кН 5) Проверка уравнением, сумма моментов относительно точки В 14 Σ mВ=0; Fоп · Lоп – Ft · L/2 + RАy · L=0; подставляем значения: 0,4 · 200 – 0,8 · 250 + 0,24 · 500 =0, Пример выполнения задания 2 схема 2 Дано: Fr=0,2кН m=0,3кН·м=300кН·мм L=500мм Lоп=200мм 1 На схеме указываем реакции опор RyA и RxB . Определяем реакции в опорах (подшипниках). Составляем уравнения равновесия Σ mA=0; - RBx ·L + Fr · L/2 + m =0; откуда RBx = 𝐹𝑟∙∙𝐿⁄2+𝑚 𝐿 = 0,2∙250+300 500 =0,7кН Σ Х=0; RAx – Fr + RBx =0, откуда RAx = Fr – RBx = 0,2 – 0,7 = – 0,5кН m=300кН·мм Fr=0,2кН RAx А С 250 RBx В 250 200 Определяем полные реакции в опорах: 2 2 𝑅𝐴 = √𝑅𝐴𝑥 + 𝑅𝐴𝑦 2 2 𝑅𝐵 = √𝑅𝐵𝑥 + 𝑅𝐵𝑦 𝑅𝐴 = √0,502 + 0,242 =0,55кН 𝑅𝐵 = √0,702 + 0,962 =1,19кН Вывод: RA=0,55кН, RВ=1,19кН, опора В более нагружена. Задача имеет продолжение 15 Практическая работа №3 Сопротивление материалов Тема: Растяжение и сжатие Участвовать в пусконаладочных работах и испытаниях ПК 1.3 промышленного оборудования после ремонта и монтажа. Выбирать методы восстановления деталей и участвовать в ПК 1.4 процессе их изготовления. Уметь: определять напряжения в конструкционных элементах Знать : методику расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформаций; Цель: Научится проводить проектные расчеты. Определять допускаемую нагрузку на элементы конструкций. Задание 1 (продолжение задания 3 в практической работа№1) Задана система двух стержней, составленных из 2-х уголков. При заданном значении силы F определить требуемые площади поперечных сечений стержней сдвоенных равнобоких уголков и подобрать по ГОСТ 8509-72 соответствующий номер профиля. Определить процент пере- или недогрузки наиболее нагруженного стержня при принятых стандартных размерах сечения. Принять [ σ ] = 160МПа. Пример выполнения задания 1 Проектный расчет 1 Расчет ведем по наиболее нагруженному стержню, из решения задачи в практической работе №1 Rmax= R2 =89,66кН=89660Н= N – стержень сжат. 2 Определяем площадь сечения сдвоенных уголков А N 89660 Н 560,4 мм 2 Н 160 мм 2 – допустимое напряжение, заданное по условию, Н/мм2. 16 3 Определяем требуемую площадь поперечного сечения одного уголка А А 560,4 280,2 мм 2 2,802см 2 2 2 4 По ГОСТ 8509-72, (приложение Б), определяем ближайшее значение площади сечения АГОСТ=2,75см2=275мм2 и номер профиля равнобокого уголка №3,6. Площадь сдвоенного уголка А┴ГОСТ=274·2=550мм2 5 Определяем фактическое напряжение N АГОСТ 89660 163 Н мм 2 550 6 Определяем процент перегрузки: 100% 160 163 160 100 1,88% 7 Так как процент перегрузки допускается до 5%, оставляем профиль данного сечения. Вывод: профиль угловой № 3,6 выдержит нагрузку Задание 2 (продолжение задания 1, практическая работа№2) Определить допускаемое значение силы F, действующей на брус, подвешенный на трех стержнях, считая, что стержни имеют одинаковое поперечное сечение, состоящее из двух равнобоких уголков заданных размеров. Принять [σ] = 160 МПа. Весом балки пренебречь. . Пример выполнения задания 2 Расчет допускаемой нагрузки 1 Воспользуемся ответом задания 1, практической работы №2 . Наибольшая реакция: Rmax=0,49F 2 По ГОСТ 8509-72 (приложение Б) определяем площадь заданного номера профиля, равнобокого уголка 50 х 50 х 4: АГОСТ└ =3,89см2=389 мм2, для двух уголков АГОСТ┘└=778мм2 17 30 0 R1 30 0 45 а=0,6 R3 0 45 0 50 х 50 х 4 F R2 в=1,2 м F а=0,6 в=1,2 м Таблица – Размеры сдвоенных уголков для вариантов Вариант 1 2 3 4 5 Профиль 25х25х4 28х28х3 32х32х4 36х36х4 40х40х4 Вариант 6 7 8 9 10 Профиль 28х28х3 32х32х4 36х36х4 40х40х4 45х45х4 Вариант 11 12 13 14 15 Профиль 36х36х4 40х40х4 45х45х4 50х50х4 56х56х4 3 Определяем допускаемую продольную силу: N AГОСТ┘└· =778 · 160 = 121600 Н = 121,6 кН, где 160н / мм 2 по условию. 4 Считая Rmax = N ,определяем допустимое значение силы F Rmax=0,49F=121,6 кН, откуда F= 248,2 кН. Вывод: допускаемое значение силы F= 248,2 кН. Справочный материал к практической работе №3 Сталь прокатная, угловая равнополочная. Сортамент ГОСТ 8509-72 (извлечение). Номер Размер, Площадь Масса Справочные величины для осей профиля мм2 сечения 1 м, см2 кг b d Jх iх Jхо iх0 Jу0 см4 см см4 см см4 2 2,5 2,8 3,2 3,6 4 4,5 5 5,6 6,3 7 7,5 8 9 10 11 12,5 14 16 18 20 20 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 75 80 90 100 110 125 140 160 180 200 4 4 3 4 4 4 4 4 4 4 5 6 6 7 8 8 9 9 10 11 12 1,46 1,86 1,62 2,43 2,75 3,08 3,48 3,89 4,38 4,96 6,86 8,78 9,38 12,30 15,60 17,20 22,00 24,70 31,40 38,80 47,10 1,15 1,46 1,27 2,91 2,16 2,42 2,73 3,05 3,44 3,90 5,38 6,89 7,36 9,64 12,20 13,50 17,30 19,40 24,70 30,50 37,00 0,50 1,03 1,16 2,26 3,29 4,58 6,63 9,21 13,10 18,90 31,90 46,60 57,00 94,30 147,00 198,00 327,00 466,00 744,00 1216,00 1823,00 0,58 0,74 0,85 0,96 1,09 1,22 1,38 1,54 1,73 1,95 2,16 2,30 2,47 2,77 3,07 3,39 3,86 4,34 4,96 5,60 6,22 0,78 1,62 1,84 3,58 5,21 7,26 10,50 14,60 20,80 29,90 50,70 73,90 90,40 150,00 233,00 315,00 520,00 739,00 1229,00 1733,00 2896,00 18 0,73 0,93 1,07 1,21 1,38 1,53 1,74 1,94 2,18 2,45 2,72 2,90 3,11 3,49 3,87 4,28 4,86 5,47 6,25 7,06 7,84 0,22 0,44 0,48 0,94 1,36 1,90 2,74 3,80 5,41 7,81 13,20 19,30 23,50 38,90 60,90 81,80 135,00 192,00 319,00 500,00 749,00 Z0 см i у0 см Jх1 см4 0,38 0,48 0,55 0,62 0,70 0,78 0,89 0,99 1,11 1,25 1,39 1,48 1,58 1,78 1,98 2,18 2,48 2,79 3,19 3,59 3,99 1,09 2,11 2,20 4,39 6,24 8,58 12,10 16,60 23,30 33,10 56,70 83,90 102,00 169,00 265,00 353,00 582,00 818,00 1356,00 2128,00 3182,00 0,64 0,76 0,80 0,94 1,04 1,31 1,26 1,38 1,52 1,69 1,90 2,06 2,19 2,47 2,75 3,00 3,40 3,78 4,30 4,85 5,37 Практическая работа №4 Сопротивление материалов Тема Кручение Тема Критерии работоспособности и основы расчетов механизмов ПК 1.2 Проводить контроль работ по монтажу и ремонту промышленного оборудования с использованием контрольноизмерительных приборов. ПК 2.3 Участвовать в работах по устранению недостатков, выявленных в процессе эксплуатации промышленного оборудования. ПК 1.3 Участвовать в пусконаладочных работах и испытаниях промышленного оборудования после ремонта и монтажа. Уметь: производить расчеты механических передач и простейших сборочных единиц; Знать: основы расчетов механических передач и простейших сборочных единиц общего назначения. Цель: Научится проводить проектный расчет вала. Познакомиться с основами конструирования. Задание 1 Провести проектный расчет вала из условия прочности на кручение. Сделать эскиз. Принять допускаемое напряжение кручения [τ]к = 10…20 Н/мм2 1 Вариант 16 Момент на валу Мк (Н·м) входной (выходной) участок под деталь шкив 2 54 Полу муфта 7 80 шкив 6 Вариант 250 Момент на валу Мк (Н·м) входной (выходной) участок под деталь Полу муфта 11 12 Вариант 75 100 Момент на валу Мк (Н·м) входной (выходной) участок под деталь шкив Полу муфта 19 3 128 шкив 4 70 Полу муфта 9 150 шкив 8 28 Полу муфта 13 14 85 140 шкив Полу муфта 5 50 шкив 10 60 Полу муфта 15 45 шкив 1 Выбор материала вала Для валов применяем легированную сталь 40Х (или 45). Проектный расчет выполняем по напряжениям кручения [τ]к = 10…20 Н/мм2 2 Определяем геометрические размеры ступеней одного вала редуктора. Редукторный вал представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, количество и размеры ступеней которого зависят от количества и размеров деталей. Определяем геометрические размеры ступеней вала (по вариантам). Вал Размеры входного (выходного) участка Диаметр входного (выходного) участка вала определяем по формуле [1] d1= 3 М к 10 3 , 0,2 к (1) где Мк=Т – крутящий момент, равный вращающему моменту на валу, Нм; [τк ]=10…20Н/мм2 Длина участка вала под шкив l1=(1,2…1,5) d1, или Длина участка вала под полумуфту l1=(1,0…1,5) d1 размер фаски по таблице [1] 20 Размеры участков под подшипники (цапф) Диаметр под подшипники определяем по формуле d2 = d4= d1 +2t, (2) где t – увеличение ступени 2, мм, по таблице [1] Округляем до числа, оканчивающегося на 0 или 5. Выбираем по значению d2 шариковые подшипники средней сери по таблице. Выписываем размеры подшипников D и В Длины участков вала под подшипники определяем по формулам l4=В+с = l2=(1,25….1,5)·d2 где В – параметр подшипника с диаметром внутреннего кольца d2 Размеры участков вала под колесо Диаметр под шестерню или колесо d3 = d2 +3,2·r (3) Длину участка l3 определяем по формуле l3=l2+(8…10мм) Диаметр упорного буртика для колеса определяем по формуле[1] d5 = d3 + 3f (7.5) где f – увеличение диаметра, мм по таблице [1] Длину упорного буртика вала l5 назначаем конструктивно. 3 По полученным размерам вычерчиваем вал. 21 Справочный материал к практической работе №4 Таблица 1 – Концы валов цилиндрические d1 20 22 25 28 32 36 40 45 50 55 60 70 80 90 r 1,6 2,0 2,5 3,0 с 1,0 1,6 2,0 2,5 Таблица 2 - Значение высоты буртика t, ориентировочные величины фаски ступицы f и фаски подшипника r в зависимости от диаметра соответствующей ступени d: d 17…24 25…30 32…40 42…50 52...60 62…70 71…85 t 2 2,2 2,5 2,8 3 3,3 3,5 r 1,6 2 2,5 3 3 3,5 3,5 f 1 1 1,2 1,6 2 2 2,5 22 Практическая работа №5 Сопротивление материалов Тема Изгиб Тема Критерии работоспособности и основы расчетов механизмов ПК 1.1 Руководить работами, связанными с применением грузоподъёмных механизмов, при монтаже и ремонте промышленного оборудования. ПК 2.3 Участвовать в работах по устранению недостатков, выявленных в процессе эксплуатации промышленного оборудования. ПК 1.3 Участвовать в пусконаладочных работах и испытаниях промышленного оборудования после ремонта и монтажа. Уметь: производить расчеты механических передач и простейших сборочных единиц; Знать: основы расчетов механических передач и простейших сборочных единиц общего назначения. Цель: Научится строить эпюры, определять изгибающие моменты и напряжения, проводить проектные и проверочные расчеты при изгибе. Определять коэффициент запаса прочности. Задание 1 (продолжение задания 2, практическая работа№2) Построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов для балки (вала), нагруженной двумя силами в горизонтальной плоскости, схема 1 Построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов для балки (вала), нагруженной одной силой и моментом в вертикальной плоскости, схема 2. Определить суммарный изгибающий момент. 23 Ft Fоп L/2 L/2 Lоп Схема 1 Fr m L/2 L/2 Lоп Схема 2 Пример выполнения задания 1, схема 1 Дано: Ft=0,8кН Fоп=0,4кН L=500мм Lоп=200мм RАу=0,24кН RВу=0,96кН (Реакции определены методами статики в практической работе №2 задание 2 ) 1) На схеме указываем силы и их значения. 2) В сечениях А, С, В, D определяем силы и строим эпюру QA/=0+0,24=0,24 QA=0; QC=0,24; QC/=0,24 – 0,8 = – 0,56 QB=– 0,56; QB/= – 0,56 +0,96 =0,4 QD =0,4; QD =0,4 – 0,4 =0 3) Определяем моменты (изменение момента на участке = площади эпюры Q на том же участке) и строим эпюру МизА=0 МизС=0 +0,24·250=60 МизВ=60 – 0,56·250= – 80 МизD=– 80 + 0,4·200=0 Вывод: максимальный момент МВ=80Нм, в сечение С Мс=60Нм 24 RAy=0,24кН Ft=0,8кН RBy =0,96кН С А В 250 0,24 Fоп = 0,4кН D 250 200 0,4 0,24 0,4 Эпюра Q кН 0,56 0,56 60 Эпюра Миз Нм 80 Пример выполнения задания 1, схема 2 Дано: Fr=0,2кН m=0,3кН·м=300кН·мм L=500мм Lоп=200мм RAx =– 0,50кН RBx .=0,70кН (Реакции определены методами статики в практической работе №2 задание 2 ) На схеме указываем силы и их значения. 1 Определяем значения поперечных сил Q и строим эпюру QA=0; QA/= – 0,5 QC=– 0,5; QC/= – 0,5 – 0,2 = – 0,7 QB=– 0,7; QB/= – 0,7 +0,7 =0 2 Определяем в сечениях А, С, В моменты Миз МизА=0 МизС=0 – 0,5·250=– 125, МизС/=– 125 + 300 = 175 МизВ= 175 – 0,7·250=0 25 По полученным значениям строим эпюру. Вывод: максимальный момент МС=175Нм m=300кН·мм RAx=– 0,5кН Fr=0,2кН С А RBx =0,7кН В 250 250 200 Эпюра Q кН 0,5 0,5 0,7 0,7 175 Эпюра Миз Нм 125 При условии, что эпюры построены в вертикальной и горизонтальной плоскости, определяем суммарный изгибающие моменты в наиболее нагруженном сечении С: М= М Х2 М У2 = 175 2 60 2 =185Нм Задание 2 Провести расчеты на прочность при изгибе Вариант 1 F=28 кН F х 1,5м 1,5м Из условия прочности определить номер профиля двутавровой двух опорной балки, если допускаемое напряжение [σИ] = 140 МПа 26 Вариант 2 F F=5,05кН 1,4м у Определить максимальное напряжение σ и у консольной балки двутавтового сечения №45 Вариант 3 F F=7кН 2,2м х Вариант 4 [F] [F] Из условия прочности при изгибе определить допускаемую нагрузку [F] для двухопорной балки швеллерного сечения, если допускаемое напряжение [σИ]=90МПа Х 1,5м 1,5м Из условия прочности определить номер профиля двутавровой консольной балки, если допускаемое напряжение [σ и ] =110МПа №18а Вариант 5 Определить размер а квадратного сечения деревянной консольной балки, если допускаемое напряжение [σ и ]=10МПа F=30кН 1,5м ах а Вариант 6 F F=45кН 2м х Из условия прочности определить номер профиля двутавровой консольной балки, если допускаемое напряжение [σ и ] =100МПа Вариант 7 F=100кН 1м 1м Проверить на прочность при изгибе ось Х d=100мм, под действием силы F=100кН, если допускаемое напряжение [σ и]=110МПа. Вариант 8 F=20кН Х 1м 1м Проверить на прочность при изгибе ось d=80мм, под действием силы F=20кН, если допускаемое напряжение [σ и ]=110МПа. 27 Вариант 9 Из условия прочности на изгиб, определить диаметр оси d(мм), Миз=10кНм, допускаемое напряжение [σ и ]=100МПа. F 1м Х 1м Вариант10 Определить допускаемы изгибающий момент в сечении оси [Миз ], диаметр оси d=100мм, допускаемое напряжение [σ и ]=100МПа. F Х 1м 1м Вариант 11 F=28 кН F х 1,5м 1,5м № 22 Вариант 12 F=100кН 1м Определить коэффициент запаса прочности для балки, показанной на рисунке, если предельное напряжение при изгибе σпч = 240 МПа Определить коэффициент запаса прочности Х для оси d=100мм, под действием силы F=100кН, если предельное напряжение при изгибе σпч = 240 МПа 1м Вариант 13 Из условия прочности определить размер а квадратного сечения деревянной консольной балки, если допускаемое напряжение [σ и ]=8МПа F=0,48кН 2,2м ах а Вариант 14 F F=5,05кН 1,4м у №45 Определить коэффициент запаса прочности для двутавровой балки, указанной на рисунке, если предельное напряжение при изгибе σпч = 240 МПа Вариант 15 F=48 кН F х 1м 1м Из условия прочности определить номер профиля двутавровой двух опорной балки, если допускаемое напряжение [σИ] = 140 МПа 28 Справочный материал к практической работе №5 Сталь горячекатаная. Балки двутавровые. ГОСТ 8239-72 Номер Масса Размеры балки 1м, кг h b d t R 10 12 14 16 18 18а 20 20а 22 22а 24 24а 27 27а 30 30а 33 36 40 45 50 55 60 9,46 11,5 13,7 15,9 18,4 19,9 21,0 22,7 24,0 25,8 27,3 29,4 31,5 33,9 36,5 39,2 42,2 48,6 57,0 66,5 78,5 92,6 108 100 120 140 160 180 180 200 200 220 220 240 240 270 270 300 300 330 360 400 450 500 550 600 55 64 73 81 90 100 100 110 110 120 115 125 125 135 135 145 140 145 155 160 170 180 190 мм 4,5 4,8 4,9 5,0 5,1 5,1 5,2 5,2 5,4 5,4 5,6 5,6 6,0 6,0 6,5 6,5 7,0 7,5 8,3 9,0 10,0 11,0 12,0 7,2 7,3 7,5 7,8 8,1 8,3 8,4 8,6 8,7 8,9 9,5 9,8 9,8 10,2 10,2 10,7 11,2 12,3 13,0 14,2 15,2 16,5 17,8 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,0 9,5 9,5 10,0 10,0 10,5 10,5 11,0 11,0 12,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 20,0 Площадь А, см2 r 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 3,5 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,5 4,5 5,0 5,0 5,0 6,0 6,0 7,0 7,0 7,0 8,0 12,0 14,7 17,4 20,2 23,4 25,4 26,8 28,9 30,6 32,8 34,8 37,5 40,2 43,2 46,5 49,9 53,8 61,9 72,6 84,7 100,0 118 138 Справочные величины для осей Jx см4 198 350 572 873 1290 1430 1840 2030 2550 2790 3460 3800 5010 5500 7080 7780 9840 13380 19062 27696 39727 55962 76806 х–х Wx ix см3 см 39,7 4,06 58,4 4,88 81,7 5,73 109 6,57 143 7,42 159 7,51 184 8,28 203 8,37 232 9,13 254 9,22 289 9,97 317 10,1 371 11,2 407 11,3 472 12,3 518 12,5 597 13,5 743 14,7 953 16,2 1231 18,1 1589 19,9 2035 21,8 2560 23,6 Sx см3 23,0 33,7 46,8 62,3 81,4 89,8 104,0 114 131 143 163 178 210 229 268 292 339 423 545 708 919 1181 1491 Jy см4 17,9 27,9 41,9 58,6 82,6 114 115 155 157 143 198 260 260 337 337 436 419 516 667 808 1043 1356 1725 у–у Wy см3 6,49 8,72 11,5 14,5 18,4 22,8 23,1 28,2 28,6 34,3 34,5 41,6 41,5 50,0 49,9 60,1 59,9 71,1 86,1 101 123 151 182 Сталь прокатная горячекатаная. Швеллеры с уклоном внутренних граней волокон. ГОСТ 8240-72 Но Мас Размеры Площа Справочные величины для осей ме са, дь, h b d t R r х-х у-у р 1м, сечени мм Jx Wx ix Sx Jy Wy шв кг я, см4 см3 см см3 см4 см3 елА, см2 лер а 5 4,84 50 32 4,4 7,0 6 2,5 6,16 22,8 9,10 1,92 5,59 5,61 2,75 6,5 5,90 65 36 4,4 7,2 6 2,5 7,51 48,6 15,0 2,54 9,00 8,70 3,68 8 7,05 80 40 4,5 7,4 6,5 2,5 8,98 89,4 22,4 3,16 13,3 12,8 4,75 10 8,59 100 46 4,5 7,6 7 3 10,9 174 34,8 3,99 20,4 20,4 6,46 12 10,4 120 52 4,8 7,8 7,5 3 13,3 304 50,6 4,78 29,6 31,2 8,52 14 12,3 140 58 4,9 8,1 8 3 15,6 491 70,2 5,60 40,8 45,4 11,0 14а 13,3 140 62 4,9 8,7 8 3 17,0 545 77,8 5,66 45,1 57,5 13,3 16 14,2 160 64 5,0 8,4 8,5 3,5 18,1 747 93,4 6,42 54,1 63,3 13,8 16а 15,3 160 68 5,0 9,0 8,5 3,5 19,5 823 103 6,49 59,4 78,8 16,4 18 16,3 180 70 5,1 8,7 9 3,5 20,7 1090 121 7,24 69,8 86,0 17,0 18а 17,4 180 74 5,1 9,3 9 3,5 22,2 1190 132 7,32 76,1 105 20,0 20 18,4 200 76 5,2 9,0 9,5 4 23,4 1520 152 8,07 87,8 113 20,5 20а 19,8 200 80 5,2 9,7 9,5 4 25,2 1670 167 8,15 95,9 139 24,2 22 21,0 220 82 5,4 9,5 10 4 26,7 2110 192 8,89 110 151 25,1 22а 22,6 220 87 5,4 10,2 10 4 28,8 2330 212 8,99 121 187 30,0 24 24,0 240 90 5,6 10,0 10,5 4 30,6 2900 242 9,73 139 208 31,6 24а 25,8 240 95 5,6 10,7 10,5 4 32,9 3180 265 9,84 151 254 37,2 27 27,7 270 95 6,0 10,5 11 4,5 35,2 4160 308 10,9 178 262 37,3 30 31,8 300 100 6,5 11,0 12 5 40,5 5810 387 12,0 224 327 43,6 33 36,5 330 105 7,0 11,7 13 5 46,5 7980 484 13,1 281 410 51,8 36 41,9 360 110 7,5 12,6 14 6 53,4 10820 601 14,2 350 513 61,7 40 48,3 400 115 8,0 13,5 15 6 61,5 15220 761 15,7 444 642 73,4 Швеллер Двутавр 29 iy см 1,22 1,38 1,55 1,70 1,88 2,12 2,07 2,32 2,27 2,50 2,37 2,63 2,54 2,80 2,69 2,95 2,79 2,89 3,03 3,09 3,23 3,39 3,54 iу см 0,95 4 1,08 1,19 1,37 1,53 1,70 1,84 1,87 2,01 2,04 2,18 2,20 2,35 2,37 2,55 2,60 2,78 2,73 2,84 2,97 3,10 3,23 z0 cм 1,16 1,24 1,31 1,44 1,54 1,67 1,87 1,80 2,00 1,94 2,13 2,07 2,28 2,21 2,46 2,42 2,67 2,47 2,52 2,59 2,68 2,75 Практическая работа №6 Кинематика и динамика. Основы расчетов деталей машин. Тема Общие сведения о передаточных механизмах. Кинематические схемы ПК 1.5 Составлять документацию для проведения работ по монтажу и ремонту промышленного оборудования. ПК 2.4 Составлять документацию для проведения работ по эксплуатации промышленного оборудования. ПК 3.4 Участвовать в анализе процесса и результатов работы подразделения, оценке экономической эффективности производственной деятельности. Уметь: Читать кинематические схемы, производить расчеты механических передач и простейших сборочных единиц; Знать: виды механизмов, их кинематические и динамические характеристики; основы расчетов механических передач и простейших сборочных единиц общего назначения. Цель: Научится составлять и читать кинематические схемы. Проводить кинематические и силовые расчеты механических передач и простейших сборочных единиц. Задание 1 Составить кинематическую схему привода по варианту. Определить передаточные числа механических передач, угловые скорости, частоты вращения, мощности и моменты на валах привода. Варианты: 1, 6, 11 Привод элеватора состоит из электродвигателя, косозубой цилиндрической закрытой передачи, цепной передачи, муфты упругой, далее установлен элеватор. 30 Вариант 1 6 11 Мощность Эл. двигателя Рэл.двиг (кВт) 7,5 4,0 1,5 Частота вращения вала ротора пэл.двиг (об/мин) 750 1500 1000 Число зубьев шестерни z1 20 10 10 Число зубьев колеса z2 40 40 30 Число зубьев ведущей звездочки z3 21 23 17 Число зубьев ведомой звездочки z4 63 69 51 Варианты: 2. 7, 12 Привод скребкового конвейера состоит из электродвигатель – плоскоременной передача, цилиндрической косозубой закрытой передача , муфты упругой, далее скребковый конвейер Вариант 2 7 12 Мощность Эл. Двигателя Рэл.двиг (кВт) 7,5 4,0 1,5 Частота вращения вала ротора пэл.двиг (об/мин) 750 1500 1000 Диаметр ведущего шкива d1 (мм) 63 Диаметр ведущего шкива d2 (мм) 180 224 280 Число зубьев шестерни z1 20 10 10 Число зубьев колеса z2 40 40 30 90 112 Варианты: 3. 8, 13 Привод ленточного конвейера состоит из электродвигателя, клиноременной передачи, цилиндрической косозубой закрытой передачи , муфта цепной и далее ленточный конвейер. Вариант 3 8 13 Мощность Эл. Двигателя Рэл.двиг (кВт) 7,5 4,0 1,5 Частота вращения вала ротора пэл.двиг (об/мин) 750 1500 1000 Диаметр ведущего шкива d1 (мм) 63 Диаметр ведущего шкива d2 (мм) 180 224 280 Число зубьев шестерни z1 20 10 10 Число зубьев колеса z2 40 40 30 31 90 112 Варианты: 4, 9, 14 Привод к подъемнику, состоящего из электродвигателя, цилиндрической зубчатой передачи, закрытой червячной передачи, с нижним расположением червяка и далее подъемник. Вариант 4 9 14 Мощность Эл. Двигателя Рэл.двиг (кВт) 7,5 4,0 1,5 Частота вращения вала ротора пэл.двиг (об/мин) 1500 2000 3000 Число зубьев шестерни z1 20 10 10 Число зубьев колеса z2 40 40 30 Число витков червяка z3 4 2 1 Число зубьев черв. колеса z4 32 36 30 Варианты: 5, 10, 15 Привод к мешалке, состоящий из электродвигатель , клиноременной передачи, цилиндрической косозубой закрытой передачи, муфты упругой и далее мешалка. Вариант 5 10 15 Мощность Эл. Двигателя Рэл.двиг (кВт) 7,5 4,0 1,5 Частота вращения вала ротора пэл.двиг (об/мин) 750 1500 1000 Диаметр ведущего шкива d1 (мм) 63 Диаметр ведущего шкива d2 (мм) 180 224 280 Число зубьев шестерни z1 20 10 10 Число зубьев колеса z2 40 40 30 90 112 Пример выполнения задания Привод состоит из электродвигателя, открытой цилиндрической прямозубой передачи, ременной передачи (без уточнения типа) и далее рабочая машина. Рэл.дв.=1,5кВт, пэл.дв.=750об/мин z1=20; z2=100; d3=71мм; d4=200 1 Составляем кинематическую схему пользуясь справочным материалом. 2 Обозначаем валы А, В, С. 32 3 Определяем кинематические характеристики: а) передаточные числа зубчатая передача и1 z2 100 5 ; z1 20 d 4 200 2,82 ; d3 71 ременная передача и 2 общее передаточное число и=и1.·и2.=5·2,82=14,1 А М б) частоту вращения и угловые скорости на валах z1 вал А z2 ωА В d3 пА =пэл.дв=750об/мин; пА 30 вал В d4 С Рр.м. ωр.м. ω В= 3,14 750 78,50 рад / с; 30 п В= пВ 30 вал С п А 750 150,00об / мин; и1 5 3,14 150 15,70 рад / с; 30 п В 150 53,19об / мин; и 2 2,82 пС=пр.м. = ωС= ωр.м.= В и2 15,7 5,57 рад / с; 2,82 2 Определяем силовые характеристики: а) мощности и моменты на валах РА 1500 19,11Н м 78,50 вал А РА=Рэл.дв.=1,5кВт=1500Вт; МА= вал В РА·η1=1,5·0,94=1,41кВт=1410Вт; МВ= вал С РВ·η2.=1,41·0,97=1,37кВт=1370Вт; МС= А РВ В РС С 1410 89,81Н м 15,70 1370 245,96Н м 5,57 Результаты представляем в виде таблицы Вывод: угловая скорость понижается, при этом момент возрастает. Мощность снижается незначительно, общий кпд ηобщ = η1 · η2 =0,94·0,97=0,91, т.е потери 9%. 33 Справочный материал к практической работе №6 Таблица 1 – Коэффициенты полезного действия Тип передачи закрытые открытые цилиндрические 0,96…0,97 0,93…0,95 зубчатые 0,95…0,97 0,92…0,94 конические зубчатые 0,95…0,98 для ременных передач 0,90…0,93 цепных передач пара подшипников 0,99…0,995 качения потери в муфте 0,98 Условные обозначения на кинематических схемах О 12 Рисунок1 – Вал, ось, стержень и т.д. а) б) Рисунок 2 – Подшипники скольжения и качения (без уточнения типа) а) радиальные, радиально-упорные б) упорные М Рисунок 3 – Электродвигатель а) а) б) б) в) в) Рисунок 4 – Подшипники скольжения: а) радиальные б) радиально-упорные односторонние в) радиально-упорные двухсторонние Рисунок 5 – Подшипники качения: а) радиальные б) радиально-упорные односторонние в) радиально-упорные двухсторонние а) б) Рисунок 6 – Муфта: а) без уточнения типа; 34 в) б) упругая; в) цепная б) в) а) Рисунок7 - Ременные передачи: а) без уточнения типа ремня б) клиновидным ремнем в) плоским ремнем Рисунок 8 – Цепная передача пластинчатой цепью Рисунок 9 – Передача червячная с цилиндрическим червяком а) а) б) Рисунок 10 – Передачи зубчатые цилиндрические а) без уточнения типа зубьев; б) прямозубые, косозубые б) Рисунок 11 – Передачи зубчатые конические а) без уточнения типа зубьев; б) прямозубые, косозубые, с круговым зубом 35 Практическая работа №7 Тема Контактная прочность и выносливость Тема Критерии работоспособности и основы расчетов механизмов ПК 2.1 Выбирать эксплуатационно-смазочные материалы при обслуживании оборудования. ПК 2.4 Составлять документацию для проведения работ по эксплуатации промышленного оборудования. Уметь: Читать кинематические схемы, производить расчеты механических передач и простейших сборочных единиц; Знать: Виды механизмов, их кинематические и динамические характеристики; методику расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформаций; основы расчетов механических передач и простейших сборочных единиц общего назначения. Цель: Провести сравнительный анализ механических передач. Задание 1 Провести сравнительный анализ двух механических передач, по заданию преподавателя. В выводе указать сходства и различия передач 1 Ременная 2 Зубчатая 3 Цепная 4 Червячная 36 Название передач Название элементов передачи Кинематическое обозначение Положение осей в пространстве (параллельное, пересекаются или скрещиваются) Способ передачи движения от ведущего к ведомому звену Классификация Главное достоинство Главный недостаток Стандартизованный параметр Материалы для изготовления деталей передач Виды разрушения и расчеты Область применения Сходства и различия передач 37 Список использованных источников 1. Техническая механика: курс лекций с вариантами практических и тестовых заданий / В.П.Олофинская – Москва : ФОРУМ-ИНФРА-М 2012. – 349 с. 2. Детали машин: Учебник для ссузов / О.А.Ряховский, А.В.Клыпин – М.: Дрофа, 2012. – 288 с. 3. Основы технической механики / М. С. Мовнин, А. Б. Израелит, А. Г. Рубашкин ; под ред. П. И. Бегуна - Санкт-Петербург: Политехника, 2009. – 309 с. 4. Техническая механика : учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям технического профиля / Л. И. Вереина, М. М. Краснов - Москва : Академия, 2008. – 322 с. 5. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. М., 2004, С 432. Интернет-ресурс: 1. Образовательная баннерная сеть = Education Banner Network, [электрон. ресурс] . – Режим доступа: http://www.toehelp.ru/ 2. Дмитриев, В. Г. Детали машин: учебник для немашиностроительных специальностей вузов / В. Г. Дмитриев, С. Д. Иванов, П. Г. Гузенков. Электрон. текстовые дан. – Москва : МГОУ, 2001. – Режим доступа: http://www.iqlib.ru/book/preview/2BB1DE0088D44A46AE24DC44AD250 9E0 38