Методические указания по проведению ЛПР Техническая Механика

 

Министерство образования и науки РБ

ГБПОУ «Бурятский лесопромышленный колледж»

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

 

 

Специальность:           

08.02.05 Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов

23.02.03    Техническое обслуживание и ремонт  автомобильного транспорта

35.02.03   Технология деревообработки

27.02.02 Техническое регулирование и управление качеством

08.02.07 Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции.                                                         08.02.11. Управление, эксплуатация и содержание многоквартирного дома                     25.04.07 Технология лесозаготовок

 

 

 

Дисциплина                                Техническая механика

 

 

 

 

 

 

2020 г.

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ и практических занятий Улан-Удэ: 2016 г. 68 стр.

 

Специальность

08.02.05 Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов

23.02.03    Техническое обслуживание и ремонт  автомобильного транспорта

35.02.03   Технология деревообработки

27.02.07 Управление качеством продукции, процессов и услуг (по отраслям)

08.02.07 Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции.                                                         08.02.11. Управление, эксплуатация и содержание многоквартирного дома                     25.04.07 Технология лесозаготовок

 

        

 

                              Техническая механика   

(наименование дисциплины)

 

 

 

 

 

Научно-методический совет

БЛПК

«   »                          20     г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор:     Громакина Е.М.             преподаватель ОПД

                                      (Ф. И.О.)                                        (занимаемая должность и место работы)

Рецензент: Агагуев К.Р.                           преподаватель технической механики
(Ф. И. О.)                                       (занимаемая должность и место работы)

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Введение

Раздел I. Общие требования………………………………………………….….4

Раздел II. Указания к выполнению практических и лабораторных работ.

Практические работы

1.       Построение силового многоугольника……………………………….…..6

2.       Определение реакций связей………………………………………….…...9

3.       Определение опорных реакций……………………………………….….13

4.       Определение центра тяжести плоских сечений…………………….….15

5.       Определение положения центра тяжести сечения, состоящего, из профилей проката……………………………………………………….…15

6.       Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжений….….21

7.       Построение эпюр крутящих моментов……………………………….….27

8.       Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов………....31

Лабораторные работы

1. Испытание материалов на сжатие…………………………………..…...34

2. Изучение устройства зубчатого редуктора и определение его КПД...39

Библиографический список………………………………………………...41

Введение

Методические указания предназначены для оказания помощи студентам II курса для  изучения  дисциплины  «Техническая механика»:

-  в организации эффективной работы по усвоению методики расчета конструкции на прочность, определение внутренних силовых факторов, возникающих в сечениях при деформациях: сжатия (растяжения), изгиба, кручения и построение эпюр N,Q,М и, М_к;

- в организации их деятельности по проведению эксперимента;

- в формировании практических навыков работы с техническими устройствами, со справочным материалом, исследовательских умений (сравнивать, анализировать, делать выводы, оформлять результаты).

Задания включают в себя примеры по разделам: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов» и «Детали машин».

Раздел I. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

•  Требования к теоретической готовности студентов.

Для выполнения практических работ необходимы теоретические знания тем: «Плоская система сходящихся сил», «Плоская система произвольно расположенных сил», «Центр тяжести», «Виды деформаций»

Для выполнения лабораторных работ по темам: «Статические испытания материалов), «Основные механические характеристики», «Зубчатые передачи», «Расчет зубчатых передач», «Редукторы»

•  Требования по технике безопасности:

Лабораторные работы проводить под наблюдением преподавателя. Запрещается!- проводить испытание на прессе П-125 без ограждения

- переключать ручки пресса во время его работы

Общие указания

 

Цели:

1.     Освоить методику расчета силовых систем с помощью уравнений равновесия.

2.     Научиться определять центр тяжести сечений

3.     Строить эпюр N, Q, М_к

 

Оснащение: Методические рекомендации. Литература

Ход работы

1.     1 Изучить по учебнику (1) теоретический материал.

2.     Начертить расчетную схему.

3.     Заполнить таблицу и сходных данных

4.     Выполнить работу по образцу.

5.     Оформить отчет на формате А₄ и защитить работу преподавателю.

6.     Литература

Литература

1.     А И. Аркуша«Техническая механика»

2.     Г.М.Ицювич «Сопротивление материалов».

3.      А А. Эрдэни « Техническая механика».

4.     В.И. Мадуева«Методическиеуказанияк выполнению практических работ» 2006г.

Практическая работа №1,2

Тема: 1. Определение равнодействующей системы сходящихся сил геометрическим способом.

             2.  Определение равнодействующей системы сходящихся сил аналитическим  способом.

 

Цель: Определить графическим способом равнодействующую ПССС.

Общие сведения

В системе координат изображаются все действующие на тело силы, сходящиеся в точке О в определенном масштабе.

Строится силовой многоугольник. Для этого в некоторой точке плоскости путем параллельного переноса изображается вектор первой силы. Конец этого вектора соединяется с началом следующего и т.д. Все векторы сил переносятся параллельно самим себе.

Чтобы определить равнодействующую, надо измерить отрезок, соединяющий начало первого вектора с концом последнего (учитывать масштаб)

Если многоугольник замкнут, то R=0

 

Контрольные вопросы:

1)Что называется равнодействующей?

2)Чем отличается плоская система сил от пространственной?

3)В каких единицах измеряется R?

Для заданной схемы сходящихся сип построить е масштабе силовой многоугольник

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа  №3

Тема: Определение реакций связей системы сходящихся сил

Цель: Аналитическим способом определить величину и направление реакций связей.

 

 

 

 

 

Общие сведения 

Контрольные вопросы:

1) Как рационально выбрать систему  координат для определения реакций связей?

2) Что называется проекцией вектора на ось координат и как ее определить?

3) Какие силы называют активными, а какие реактивными?

 

Определить величину и направление реакций связей

 

 

 

 

Практические работы № 5

Тема: Определение  величины реакции в опоре защемлённой балки

Цель: Освоить  методику определения опорных реакций балок.

 

Задание: Для балки, жестко защемленной в стене и нагруженной силами F1 ,F2 и момнтом М определить реакции заделки. Провести проверку.

 

Схема	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F1( кН)	5	10	20	15	5	10	20	15	12	10
F2(кН)	20	15	12	10	15	5	10	20	5	10
М(кН·м)	1	3	2	4	1	3	2	4	1	3

Тема: Плоская  система произвольно расположенных сил. 

Определение  опорных реакций балок

Цель: Освоить  методику определения опорных реакций балок.

Общие сведения

Момент силы M относительно точки определяется M = F * ℓ, где F – сила [H],

[M] = [H*м] момент силы, ℓ - плечо силы    

Правило знаков. Если сила стремится вращать тело по часовой стрелке,

то М - отрицательный, если против часовой стрелки, то М- положительный 

Условия равновесия системы сил: ∑М_А =0 ∑М_В=0   ∑У=0  (проверочное уравнение)

Пример : определить опорные реакции балки (рис.1)

Решение: -обозначим опоры А и В, укажем опорные реакций

V_A ,  V_B , и  H_A

- выберем  положение системы координат;                           

- составим уравнения равновесия и определим  опорные реакции.   

-  Сумма проекций всех сил на ось Х:     ΣХ=0  , откуда    Н_А= 0

 -Сумма моментов всех сил относительно точки А  :     Σ М_А (F_k)= 0

- F₁ 1- M – F₂ 4 + V_B 5 =0 , откуда  V_{B =}  1/5 (   F₁ 1+ M + F₂ 4 )= 1/5 (6+4+5 *4) = 6 кН    

- Сумма моментов всех сил относительно точки B:  :     Σ М_B (F_k)= 0

  - F₂ 1- M + F₁4 – V_А 5 =0 , откуда  V_{А =}  1/5 ( 5*1 -4 +6*4) = 1/5*25 = 5 кН

- Проверка      ΣY=0           V_А -  F₁  - F₂+ V_B =5- 6- 5 +6 =0        Реакции определены верно.

Контрольные вопросы:

1 Как надо изменить силу, чтобы  момент не изменился, если плечо силы увеличится в 4 раза?

2. В каком случае проекция силы на ось y положительна?

3. Какие изменения происходят в системе сил при их параллельном переносе в некоторую точку?

 

 

Для заданной балки определить опорные реакции, построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов

 

Практические работы № 4, №5

 

Тема: Центр тяжести. Определение центра тяжести.

Цель: Освоить методику определения центра тяжести составной плоской фигуры.

Общие сведения: Для определения центра тяжести составной плоской фигуры необходимо разделить ее на простые фигуры (прямоугольник, квадрат, круг и т.д.)

Поместить фигуру в систему координат и определить координаты центров тяжести простейших составных сечений. Определить координаты центра тяжести всей фигуры Х_с и Y_с.

 Площадь сечения считать положительной (А>0),  если она добавляет основную фигуру и А<0 если фигура «вырезается» из основной. 

 

Определение центра тяжести плоских сечений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1.Как определить центр тяжести треугольника?

2.Как определить координаты центров тяжести простых фигур?

3. Как на опыте можно определить координаты центра тяжести плоской
фигуры?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа №6

Тема: «Растяжение и сжатие»

Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжений.

 

Цель: Используя метод сечений, определить продольные силы, нормальные напряжения в поперечных сечениях и абсолютное удлинение.

 

Общие сведения:

При растяжении (сжатии) образца под действием продольных сил в поперечных сечениях возникают напряжения, которые согласно закону Гука определяется:

 

, где      — механическое напряжение

 —относительное удлинение

 — первоначальная длина образца

 — модуль упругости материала [М Па]

Нормальное напряжение     в любой точке образца можно определить по формуле:

    где    N — нормальная сила

А — площадь поперечного сечения

 

Правила знаков: Проекции внешних сил, направленных от сечения положительны и наоборот.

 

Контрольные вопросы:

1.     Что называется растяжением (сжатием)?

2.     Как изменится напряжение в сечении бруса, если его площадь увеличить в 2 раза?

3.Что называют относительным удлинением?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжени
й

 

Построение эпюр крутящих моментов

 

Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжений

 

Практическая работа №7

Тема; Кручение. Построение эпюр крутящих моментов

Цель работы: Для стального ступенчатого вала определить значения внешних моментов, соответствующих передаваемым мощностям, крутящих моментов и произвести проектировочный расчет (определить d- диаметр вала).

Общие сведения: Крутящие моменты М_к находятся из уравнения равновесия

 где

 

m —внешний момент

N—мощность

w —угловая скорость

Условие прочности при кручении:

Где    М_к - крутящий момент в сечении [Нм]
Wp- момент сопротивления при кручении [м³]

         —допускаемый угол закручивания [рад/м]

         —допускаемое значение касательного напряжения

для круглого сечения

                       

Условия жесткости при кручении

                  

 

Где    G — модуль упругости при сдвиге

J_p— полярный момент инерции в сечении [м⁴]

— допускаемый угол закручивания

для круга         

Контрольные вопросы:

1.Что называется кручением?

2.Указать размерность величины [Wp]

3. Как изменится угол закручивания вала, если крутящий момент увеличится в 2 раза, а диаметр увеличится в 4 раза?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение эпюр крутящих моментов

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 8

 

Тема; Изгиб. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.

Цель работы: Научиться определять поперечные силы и изгибающие моменты, строить эпюры Q_y и М_х и, используя условия прочности, подбирать размеры поперечного сечения (двутавр) стальной балки.

Общие сведение: Для определения опорных реакций балок использовать уравнения равновесия:, и , (доя проверки правильности решения)

 

Условие прочности при изгибе:

 

, где М_х — max изгибающий момент (находят нз эпюры М*)

 

Знаки изгибающих моментов —допускаемое напряжение

Контрольные вопросы:

1. Что называется изгибом?

2. Чем отличается чистый изгиб от поперечного изгиба?

З.В каком из вариантов сечение балки выдержит наибольшую нагрузку?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Методические   указания  предназначены  для   помощи   студентам   в организации их деятельности по проведению эксперимента.

В ходе работы формируются:

 

 

-  практические умения и навыки работы с техническим устройством -
гидравлическим прессом П-125.

Пресс представляет собой установку, состоящую из нагружающего устройства и пульта управления.

-   исследовательские умения. Наблюдать, сравнивать, делать выводы,
устанавливать зависимости, оформлять результаты.

Раздел 1 Общие требования

•         по теоретической подготовке. Необходимо знать содержание § 2.9(1)
по теме «Статические испытания материалов. Основные
механические характеристики»

•         по технике безопасности

-       испытание проводить только при установленном ограждении.

-       ручки переключения диапазонов нагрузки НЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЬ при работе пресса.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ!!!

-       эксплуатировать пресс при давлении, превышающем указанным в
формуляре.______________________________

 

•         Отчеты оформляются в соответствие с требованиями к оформлению текстовой документации и ЕСКД

•         Работа  оценивается    в  результате
защиты преподавателю.

 

Раздел 2 Указание к выполнению лабораторной работы

2.1 Лабораторная работа №1

Тема работы - испытание материалов на сжатие.

Цель работы - Определение механических характеристик пластичных и хрупких материалов при сжатии - пределов прочности, текучести и их сравнение.

Оснащение работы

- Испытание производится на гидравлическом прессе п-125,

Предназначенном  для испытаний строительных материалов (бетона, металлов,  природных и искусственных строительных камней)

-  образцы для испытаний кубической и цилиндрической формы

-  справочная таблица

Ход работы

1.   Подключить пресс к электросети.

2.   Установить нужный диапазон нагрузок

3.   Стрелку силоизмерителя поставить на «нуль», контрольную
стрелку подвести к рабочей

4.   Установите образец на «стол»

5.   «Запишите» ось деформации на бумаге диаграммного аппарата

6.   Нагружайте образец, наблюдая за записью диаграммы

7.   После разрушения образца выключите насосную установку и
отключите пресс от сети.

Общие сведения

На рис. 2.1. показаны диаграммы сжатия малоуглеродистых сталей,

алюминия (кривые 1,2 ) и хрупкого материала (кривая 3). На диаграмме сжатия образца из пластичного материала OA соответствует упругим деформациям, пропорциональным нагрузке (Закон Гука), АВ - площадка текучести существенно меньшая по сравнению с площадкой текучести при растяжении. ВС - область упрочнения. На участке СД происходит расплющивание материала, сопровождающегося быстрым ростом нагрузки, Так как пластичные материалы при сжатии не разрушаются, то предела прочности для таких материалов не существует. Основной характеристикой прочности пластичных материалов при сжатии является предел текучести.

F_y - нагрузка, соответствующая наступлению текучести;

Ао - начальная площадь поперечного сечения образца.

При сжатии образца из хрупкого материала его разрушение происходит с образованием трещин, направленных под углом 45° Оси образца, т.е. совпадающих с плоскостями возникновения максимальных касательных напряжений (рис.2.1.). Возникшие трещины распространяются практически мгновенно, процесс может носить почти взрывной характер. Поэтому, когда хрупкие материалы (чугун, кирпич, стекло) сжимают или разбивают молотком, разлетаются осколки, которые могут быть опасными. Диаграмма сжатия хрупкого материала (рнс.2.1.) похожа на диаграмму растяжения, однако временное сопротивление при сжатии оказывается значительно выше, чем при растяжении, т.е. хрупкие материалы сопротивляются сжатию значительно лучше, чем растяжению.

 

Прочность хрупкого материала при сжатии характеризуется пределом

Прочности

В тех случаях, когда пределы текучести при растяжении и сжатии различны, их обозначают соответственно 5yр и б_ус. Примерами материал слу

жат некоторые легированные стали, подвергнутые закалке.. Такие материалы иногда называют хрупкопластичными. Образцы для испытания имеет цилиндрическую форму (рис.2.2). Испытание на сжатие дерева, бетона и других строительных материалов, например, стеклопластика, при сжатии обычно теряют работоспособность иначе. Под действием сжимающих нагрузок волокна образца изгибаются все вместе, образуя складку, образующуюся поперек образца. Эти складки могут проходить под углом 90 град. к направлению сжимающей силы (дерево, рис.2.3.,а) или наклонно под различными углами (дерево, рис.2.3.,б). В этих материалах складки часто образуются уже при сравнительно небольших напряжениях, т.е. на сжатие эти материалы работают плохо, что следует иметь в виду при использовании их в конструкциях.

В табл.2.1. приведены основные механические характеристики некоторых материалов.

Материал	, МПа	, МПа	, МПа	, %
Сталь 20 (Ст 3) 40 (Ст 6) 40Х 12ХН3А	420 610 1000 950	- - - -	250 360 800 700	25 16 10 11
Чугун Сч 12-28 Сч 18-36 Дюралюмин д16 Текстолит ПТК	420 610 1000 950	- - - -	250 360 800 700	25 16 10 11

 

2.2  Проведение испытаний и обработка результатов

Испытание производится на прессе П-125. Образец устанавливается между плитами 6 и 7. Результаты испытаний записать в протокол.

 

Протокол испытаний на сжатие образцов на машине

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечертить в рабочую тетрадь машинную диаграмму сжатия материала.

 

По данным опыта определить пределы прочности материалов по формуле

δ_пч = F_max / А₀ (δ_пч = δ _uс – временное сопротивление).

Сравнить полученные результаты с табличными и сделать  вывод о свойствах испытываемых  материалов и соответствиях их с ГОСТом.

 

 

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте диаграммы сжатия материалов и поясните все стадии деформирования.

2. Объясните, почему  образцы пластичных материалов принимают бочкообразную форму, а образцы хрупких материалов разрушаются сколом по плоскостям, расположенным под углом 45⁰……..50⁰

3. Перечислите все механические характеристики пластичных хрупких материалов, определимые в результате испытания на сжатие.

 

Лабораторная работа №2

 

Тема работы- изучение устройства зубчатого редуктора.

 

Цель работы- Познакомиться с устройством  зубчатого редуктора и определить его КПД (коэффициент полезного действия).

 

Оснащенность работы- зубчатый редуктор, набор инструментов для разборки и сборки редуктора, методическое указание.

 

Ход работы

1.     Изучить по учебнику. §

2.     Познакомиться с паспортными данными редуктора.

3.     Снять крышку редуктора и  изучить  его устройство.

4.     Составить таблицу исходных данных.

 

 

P1 кВт	n1	Z1	Z2	Z3	Z4

5.     Определить КПД редуктора.

6.     Оформить отчет на формате А₄.

 

Общие сведения

Коэффициент полезного действия зубчатой передачи показывает какая часть полученной  передачей мощности  расходуется полезно и определяется по формуле.

                            η– КПД

η= Ρ₂ 100%   , где  Ρ₁- мощность на входном валу

     Ρ₁                            Ρ₂-  мощность передачи

 

    Ρ=Τ·ω  ,   Τ-вращательный момент  

                     ω – угловая скорость  ω=2 πn  и  ω= n  рад

                                                                                    30

                     n-  частота вращения [об/мин.]

    Зубчатая передача характеризуется передаточным числом    u= n₁ = z₂ , где

                                                                                                                 n₂    z₁                                                                      

     z- число зубьев колеса

     u= u₁₂ ·u₃₄

Пример:  Определить КПД двухступенчатого зубчатого цилиндрического редуктора, если    z₁=16        z₃= 16

                               z₂=20        z₄=52                                   

                              

                                P₁=4,5 кВт

                                n₁=1146 об/мин.

                                Τ₂=140 Кн м

                                             

                                 1.  Определим предаточное число

                 u=u₁ и   u₂= Z₂· Z₄      u₂= 20·52 = 4

                                                            Z₁·Z₃                   16·16

 

                                      2.  Определим частоту вращения n₂

                                                     

                                      u=  n₁    n₂ = n₁ = 1146   287  ¹/мин

   кинематическая                        n₂               u        4                                 

схема  2х  ступенчатого                                      

       редуктора                         3. Определим угловую частоту

                                               ω₂= π n₂ = 3,14·287=29,57=30 рад/с

30                                   30                                                                                                

1.   Определим мощность  на втором валу 

                                                    P₂=Τ₂·ω₂= 140·30=4139,99 Вт =4,14 кВт       

5. Определим КПД

                              η= Ρ₂ = 4,14 = 0,92 ·100%= 92%

    Ρ₁       4,5                                                                      

Вывод:  92 % затраченной мощности расходуется полезно.                

 

 

 

Контрольные вопросы

1.     Каково назначение редуктора?

2.     Как определить КПД передачи, каков его физический смысл?

Из каких составных частей состоит зубчатый цилиндрический редуктор?

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1. А.И. Аркуша  Техническая механика . Теоретическая механика  и сопротивление материалов. Учебник для средних спец. учеб. заведений/ А.И. Аркуша -4 издание испр- М; Высшая школа, 2002 – 352с  

2. Касаткин Б.С. и др. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений- Киев Наук         1981-584с.

3. Афанасьев А.М.;Маркин В.А. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов- М, Наука, 1975-288с

4. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов.-

М, Металлургия 1983-352с

5. Мадуева В.И. Методические указания по выполнению практических работ по технической механике. БЛПК г. Улан-Удэ 2006г. 28с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методические указания

к выполнению лабораторных и практических занятий

 

автор  Громакина Е.М.

редактор  Хинхаева Е.Т.

.

 

 

Сдано в производство 30.04.2020г.

Формат 60 х 84 1/16

Усл. печ.и 2,6 п.л. Уч. изд. Е ________

Бумага ксероксная. Ризография

Тираж 25 экз. Заказ № 45

Отпечатано: БЛПК

адрес: Пр. Победы 20

 

Статистика  ( 40 000 )=  уч.изд-я

                                                      усл. знаки