Методическая разработка "Контрольные материалы по дисциплине "Техническая механика для заочного отделения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ТВЕРСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Вышневолоцкий колледж»

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочного отделения

ГБПОУ «Вышневолоцкий колледж»

по технической механике

для специальностей :

150411 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования

190604 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта

г.Вышний Волочёк

2014г.

Рассмотрено на заседании цикловой

предметной комиссии общетехнических

дисциплин

Протокол № _ от «__» _______20__г.

Председатель ____________ Пронина С.В.

Составитель -

преподаватель ГБОУ СПО «Вышневолоцкий колледж» Пронина С. В.

Рецензент- преподаватель «Вышневолоцкий колледж» Лашин В. Н.

В методических указаниях приведены рекомендации по изучению программного материала, задание на контрольную работу, рекомендации по выполнению контрольной работы,

Предназначены для оказания помощи студентам заочного отделения в организации их самостоятельной работы над изучением дисциплины «Техническая механика».

Содержание

1. Пояснительная записка………………………………………………………………………..4

2. Методические указания по выполнению контрольной работы…………………………….5

3. Варианты заданий к контрольной работе…………………………………………………..6-8

4. Методические указания к решению задач…………………………………………………9-14

5. Приложения…………………………………………………………………………………..15

6. Литература……………………………………………………………………………………16

I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебной дисциплиной «Техническая механика» предусматривается изучение общих законов движения и равновесия материальных тел, основ расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость, а также деталей машин и механизмов. Дисциплина состоит из разделов: «Теоретическая механика», «Основы сопротивления материалов» и «Детали механизмов и машин».

По данной дисциплине предусматривается выполнение одной домашней контрольной работы, охватывающей все разделы учебной программы.

Варианты контрольной работы составлены применительно к действующей примерной программе по дисциплине. Выполнение домашней контрольной работы определяет степень усвоения студентами изучаемого материала и умения применять полученные знания при решении практических задач.

Обзорные лекции проводятся по сложным для самостоятельного изучения темам программы. Проведение лабораторных и практических занятий предусматривает своей целью закрепление теоретических знаний и приобретение практических умений по учебной дисциплине.

Работать с учебником рекомендуется в такой последовательности:

1. Ознакомиться с содержанием темы по программе и по данному учебнику.

2. Изучить материал темы. Разобрать узловые вопросы темы, записать основные определения, правила и формулы, сопровождая выписки схемами и рисунками.

В целях закрепления учебного материала и приобретения навыков в работе с расчетными формулами необходимо разобрать примеры задач, приведенных в учебнике или методичке

Уметь: определять напряжения в конструкционных элементах; определять передаточное отношение; производить расчет на растяжение и сжатие

Результаты освоения дисциплины, подлежащие проверке

на срез, смятие; производить расчеты элементов конструкций на жесткость, прочность, устойчивость; выбирать детали и узлы на основе анализа их свойств для конкретного применения; читать кинематические схемы

Знать: основные понятия и аксиомы теоретической механики, законовы равновесия и перемещения тел; методику выполнения основных расчетов по теоретической механики, сопротивлению материалов и деталям машин; основы проектирования деталей и сборочных единиц; основы конструирования.

II. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа состоит из десяти вариантов. Каждый вариант контрольной работы содержит три теоретических вопроса и четыре практические задачи.

Вариант контрольной работы определяется по последней цифре шифра-номера личного дела студента.

При окончании номера на «0» выполняется вариант №10, при последней цифре «1» - вариант № 1 и т.д.

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:

в контрольную работу записывать контрольные вопросы и условия задач. После вопроса должен следовать ответ на него. Содержание ответов должно быть четким и кратким;

решение задач следует сопровождать пояснениями;

вычислениями должны предшествовать исходные формулы;

для всех исходных и вычислительных физических величин должны указываться размерности.

На каждой странице тетради оставляют поля 3 – 4 см для замечаний проверяющего работу. За ответом на последний вопрос приводится список используемой литературы, указывается методическое пособие, по которому выполняется работа, ставится подпись исполнителя и оставляется место для рецензии.

На обложке тетради указывается учебный шифр, наименование дисциплины, курс, отделение, индекс учебной группы, фамилия, имя и отчество исполнителя, точный почтовый адрес.

В установленные учебным графиком сроки студент направляет выполненную работу для проверки в учебное заведение.

После получения прорецензированной работы студенту необходимо исправить отмеченные ошибки, выполнить все указания преподавателя, повторить недостаточно усвоенный материал.

Незачтенные контрольные работы подлежат повторному выполнению. Задания, выполненные не по своему варианту, не засчитываются и возвращаются студенту.

Варианты заданий к контрольной работе

I. Задание

1. Что изучает техническая механика?

2. Плоская система сходящихся сил. Условие равновесия.

3. Плоская система произвольно расположенных сил. Условие равновесия.

4. Пространственная система сил. Условия равновесия.

5. Центр тяжести тела. Определения центра тяжести плоской однородной фигуры.

6. Дайте определение основных понятий кинематики ( траектория, перемещение, путь, скорость, ускорение).

7. Сформулируйте принцип Даламбера.

8. Что изучает динамика, сформулируйте две основные задачи, решаемые динамикой.

9. Основные формулы динамики вращательного движения (момент сил, работа, мощность, кинетическая энергия).

10. Что такое механизм, КПД механизма, какое значение может принимать КПД?

II Задание.

1. Предмет сопротивления материалов. Расчетные элементы сопромата.

2. Прочность, расчеты на прочность. Жесткость расчеты на жесткость.

3. Виды нагрузок и основных деформаций. Деформации упругие и пластические. Учет и использование.

4. Деформация растяжения-сжатия. Расчетная формула при растяжении-сжатии, виды расчета.

5. Продольная и поперечная деформация. Закон Гука. Коэффициент Пуассона.

6. Понятие о кручении круглого цилиндра. Правила построения эпюры крутящих моментов . Расчетные формулы на прочность и жесткость при кручении. Виды расчета.

7. Сдвиг. Расчетная формула при сдвиге. Расчеты на срез. Смятие. Расчеты на смятие.

8. Внутренние силовые факторы при прямом изгибе. Дифференциальные зависимости при изгибе.

9. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов при изгибе. Правило знаков.

10. Расчетные формулы на прочность и жесткость при изгибе. Виды расчета.

11. Сочетания деформаций. Гипотезы прочности.

III Задание.

1. Понятие о надежности машин. Критерий работоспособности и расчета деталей машин.

2. Неразъемные соединения (виды соединений их достоинства и недостатки).

3. Разъемные соединения (виды соединений их достоинства и недостатки).

4. Основные понятия о передачах, виды, назначения, кинематические и силовые соотношения.

5. Фрикционные передачи .

6. Зубчатые передачи.

7. Ременные передачи.

8. Подшипники скольжения.

9. Подшипники качения.

10. Валы и оси.

IV. Задание.

Найдите реакции стержневой системы, значение действующей силы взять из таблицы 1

вариант

F, кН

1

3,6

2

4,8

3

8,2

4

7,2

5

6,4

6

1,3

7

2,4

8

3,8

9

2,7

10

5,2

Табл.1.

V Задание.

Движение задано уравнением S=At²+Bt+C, постройте графики движения S(t), v(t) , a(t) за первые пять секунд движения, значения А, В, С, взять из таблицы 2.

Табл.2.

вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

А , м/с²

1

2

1

-1

2

3

1

-2

1

4

В, м/с

-1

-3

2

2

3

-2

2

4

5

-1

С, м

0

1

4

3

0

3

2

0

-3

0

VI.задание.

Определить диаметр вала из условия прочности и жесткости, если передаваемая мощность N (кВт), а угловая скорость ω (рад/с), допускаемое касательное напряжение [τ_к ]=40МПа, допускаемый относительный угол закручивания [φ]=0,009 рад/м, модуль сдвига G=8*10⁴ МПа.

Табл.3.

вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

N (кВт),

120

480

600

320

40

200

150

25

300

420

ω (рад/с),

60

120

300

60

10

40

75

5

150

50

VII Задание.

Определить параметры привода: угловые скорости, вращающие моменты, мощности на валах, передаточные отношения, КПД. Описать назначение, принцип работы, устройство привода. Данные взять из таблицы 4

Табл.4.

вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Номер схемы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Мощность эл. дв. Р₁, кВТ

8,5

3,3

4,0

3,5

3,6

1,9

2,8

2,6

3,3

3,0

Частота вращения э. дв. n (об/мин),

950

960

970

955

1440

1460

1420

750

970

960

Перед. Число ред. u_р

2,0

3,15

2,5

3,15

2

12,5

16

20

3,15

4

Методические указания к решению задач.

Решение задачи №4 следует начинать с изучения темы «Плоская система сходящихся сил. Условия равновесия». В задаче рассматривается тело (точка), находящаяся в равновесии под действием плоской системы сходящихся сил. При аналитическом методе применяется система двух уравнений равновесия

∑F_x=0 , ∑F_у=0 (сумма проекций сил системы на каждую из координатных осей равна 0).

Проекцией силы на ось называется отрезок оси, заключенный между перпендикулярами, опущенными на ось из начала и конца силы.

F_x=Fcos α ; F_у=Fcos α, где α - угол образованный осью ОХ и силой F проекция силы на координатную ось равна 0, если вектор перпендикулярен оси.

Проекция силы на ось больше 0, если угол между вектором силы и осью – острый, меньше нуля, если тупой.

План решения задачи:

1. Выбираем точку, равновесие которой рассматриваем.

2. Отбрасываем связи, заменяя их реакциями, выбираем систему координат.

3. Составляем уравнения статики для данной системы сил.

4. Решаем систему уравнений , определяя неизвестные силы.

Пример решения задачи.

Определить реакцию стержневой системы, если F=6кН

Дано:

F=6кН

R₁- ? R₂- ?

Решение: 1. Выбираем точку, равновесие которой рассматриваем (В).

2. Отбрасываем опоры, заменяя их реакциями, выбираем систему координат с началом в точке В, получим схему.

3. Находим проекции сил на координатные оси:

R_1x= - R₁ сos 30⁰ = - R₁0,9, R_2x= R₂ ; F_x=0

R_1у= R₁sin 30⁰ = R₁0,5, R_2x= 0 ; F_x=-F=-6

4. Составим систему уравнений: ∑F_x=0 , ∑F_у=0, получим:

Решаем систему уравнений

R₁= 6/0,5=12кН

-12*0,9+=0;

Ответ: R₁= 12,

Решение задачи №5. Начинаем с изучения темы кинематика. Основными характеристиками движения являются перемещение, скорость, ускорение.

Перемещение-вектор, соединяющий начало и конец траектории.[S] =1м.

Скорость - векторная величина, характеризующая быстроту изменения положения тела в пространстве .[v] =1м/c.

Ускорение – векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости. [а] =1м/c².

Прямолинейное неравномерное движение – это движение, при котором скорость тела за равные промежутки времени меняется не одинаково.

Ускорение а=v׳(t)

Скорость v=S׳(t)

Графики движения-графики зависимости кинематических величин: скорости, ускорения, перемещения от времени

Пример решения задачи

Движение задано уравнением S=At²+Bt+C, постройте графики движения S(t), v(t) , a(t) за первые пять секунд движения, если А=2м/с², В=-2м/с, C=1м/с.

Дано

Решение

S=At²+Bt+C

А=2м/с²

В=-2м/с

C=1м

t =0-4с

1. Составим уравнение движения, подставляя значения А,В,С в уравнение , получим

S=2t^2-2t+1

2. Найдем уравнение скорости

v=S׳(t)= (2t^2-2t+1) ׳ =4 t- 2

2. Найдем уравнение ускорения а=v׳(t)= (4 t- 2)`=4

S(t)-? v(t)-? a(t)-?

Составим таблицу значений, поставляя значение времени в уравнения:

а =4 (не зависит от времени)

v(0)=4*0-2=-2; v(1)=4*1-2=2; v(2)=4*2-2=6; v(3)=4*3-2=10; v(4)=4*4-2=14

S(0) =20^2-2*0+1=1; S(1) =2*1^2-2*1+1=1; S(2) =2*2^2-2*2+1=5; S(3) =2*3^2-2*3+1=13;

S(4) =2*4^2-2*4+1=25

t, c

0

1

2

3

4

а=4, м/с²

Не зависит от времени

v=4 t- 2

м/с²

-2

2

6

10

14

S=2t^2-2t+1 , м

1

1

5

13

25

Строим графики движения

Решение задачи №6 следует начинать с изучения темы «Деформация кручения»

Кручением называют деформацию, возникающую при действии на стержень пары сил, расположенной в плоскости, перпендикулярной к его оси. Стержни круглого или кольцевого сечения, работающие на кручение, называют валами. При расчете валов обычно бывает известна мощность, передаваемая на вал, а величины внешних скручивающих моментов, подлежат определению. Внешние скручивающие моменты, как правило, передаются на вал в местах посадки на него шкивов, зубчатых колес .

Условие прочности при кручении вала круглого и кольцевого сечения

Условие прочности при кручении с учетом принятых обозначений формулируется следующим образом: максимальные касательные напряжения, возникающие в опасном сечении вала, не должны превышать допускаемых напряжений и записывается в виде

, (5.6)

где берется либо на основании опытных данных, либо (при отсутствии нужных опытных характеристик) по теориям прочности, соответствующим материалу.

Деформации при кручении и условие жесткости вала

Для обеспечения требуемой жесткости вала необходимо, чтобы наибольший относительный угол закручивания не превосходил допускаемого:

]

[

φ

φ

GJ

M

x

.

Эта формула выражает условие жесткости вала при кручении. Обычно принимается 0

5

,

0

]

[

φ

на 1 м длины вала.

Расчеты на прочность и жесткость валов круглого и кольцевого сечений

При расчетах на прочность при кручении (также как и при растяжении) могут решаться три задачи:

а) проверочный расчет – проверить, выдержит ли вал приложенную нагрузку;

б) проектировочный расчет - определить размеры вала из условия его прочности;

в) расчет по несущей способности - определить максимально допустимый крутящий момент.

Проектировочный расчет проводится, исходя из условия прочности на основе следующего соотношения:

Для сплошного круглого сечения , отсюда можем записать выражение для определения диаметра вала из условия его прочности:

Пример решения задачи

Дано

Решение

N= 120кВт

ω = 60 рад/с

[τ_к ]=40МПа,

[φ]=0,009 рад/м

G=8*10⁴ МПа.

d-?

1.Определяем значение крутящего момента:

М_х= N/ ω=2*10³Н*м

2. Из условия прочности , считая τ_max= [τ], определяем

W_p= М_х/[τ] = =0,05*10^-3м³

3. Для сплошного круглого сечения , отсюда можем записать выражение для определения диаметра вала из условия его прочности

d= = =0,63*10^-1м*10³=63мм

4. Определяем значение диаметра из условия жесткости

]

[

φ

φ

GJ

M

x

, считая φ=[φ], определяем

I_ρ = = =6,9*10^-8м^-4 ;д ля сплошного круглого сечения I_ρ = , отсюда можем записать выражение для определения диаметра вала из условия его прочности

d= = =2,9*10^-2м*10³=29 мм

Выбираем больший диаметр из условия прочности и жесткости d=63мм

Ответ: d=63мм

Решение задачи №7 необходимо начать с изучения темы «Механические передачи»

приложения

Значения тригонометрических функций некоторых углов

sin

cos

tg

ctg

0

0,0000

1,0000

0,0000

343,8

5

0,0872

0,9962

0,0875

11,43

10

0,1736

0,9848

0,1763

5,671

12

0,2079

0,9781

0,2126

4,7046

14

0,2419

0,9703

0,2493

4,0108

15

0,2588

0,9659

0,2679

3,7321

16

0,2756

0,9613

0,2868

3,4874

18

0,3090

0,9511

0,3249

3,0777

20

0,3420

0,9397

0,3640

2,7475

22

0,3746

0,9272

0,4040

2,4750

24

0,4067

0,9135

0,4452

2,2460

25

0,4226

0,9063

0,4663

2,1445

26

0,4384

0,8988

0,4877

2,0503

28

0,4695

0,8830

0,5317

1,8807

30

0,5000

0,8660

0,5774

1,7321

32

0,5299

0,8481

0,6249

1,6003

35

0,5736

0,8192

0,7002

1,4282

36

0,5878

0,8090

0,7265

1,3764

38

0,6157

0,7880

0,7813

1,2799

40

0,6428

0,7660

0,8391

1,1918

42

0,6691

0,7431

0,9004

1,1106

45

0,7071

0,7071

1,0000

1,0000

48

0,7431

0,6691

1,1106

0,9004

50

0,7660

0,6428

1,1918

0,8391

52

0,7880

0,6157

1,2799

0,7813

54

0,8090

0,5878

1,3764

0,7265

55

0,8192

0,5736

1,4281

0,7002

60

0,8660

0,5000

1,7321

0,5774

62

0,8830

0,4695

1,8807

0,5317

65

0,9063

0,4226

2,1445

0,4663

70

0,9397

0,3420

2,7475

0,3640

75

0,9659

0,2588

3,7321

0,2679

80

0,9848

0,1736

5,671

0,1763

85

0,9962

0,0872

11,43

0,0875

90

1,0000

0,0000

343,8

0,0000

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Аркуша А.И. Техническая механика: Теоретическая механика и сопротивление материалов. ― М.: Высш. шк., 2000. ― 352 с.

2. Аркуша А.И. Руководство к решению задач по теоретической механике. ― М.: Высш. шк., 2002. ― 336 с.

3. Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Детали машин. ― М.: Высш. шк.; Изд. Центр «Академия». 2001. ― 285 с.

Дополнительная:

1. Бородин Н.А. Сопротивление материалов. ― М.: Дрофа, 2001.

2. Вереина Л.И. Техническая механика. ― М.: Изд. центр «Академия»; ИРПО, 2000. ― 176 с.

3. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. ― М.: Высш. шк., 2001.

4. Ивченко В.А. Техническая механика. ― М.: ИНФРА-М, 2003. ― 157 с.

5. Куклин Н.Г. и др. Детали машин.―- М.: Илекса, 1999. ― 392 с.

6. Олофинская В.П. Техническая механика. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003.―349с.

7. Олофинская В.П. Техническая механика. Сборник тестовых заданий. ― М.: ФОРУМ, ИНФРА-М, 2002. ― 132 с.

8. Эрдеди А.А. Теоретическая механика. Сопротивление материалов. ― М.: Высш. шк.; «Академия», 2001. ― 318 с.