Тема 1.2. Основные положения сопротивление
материалов
1. Что изучает сопротивление материалов?
часть механики деформируемого твёрдого тела, которая рассматривает методы инженерных расчётов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при одновременном удовлетворении требований надежности, экономичности и долговечности.
2. По мере изучения материала заполните табл.3.
Таблица 3: Виды деформаций
| Деформации и внутренние силовые факторы | Примеры деталей, подверженных данной деформации | Уравнения равновесия | Эскиз (действие внешних сил на тело) |
| Упругая | Пружина Рессора | ||
| Упруго - пластическая | |||
| Пластическая |
3. Что характеризует напряжение?
Величина, характеризующая действие внутренних сил в деформированном твердом теле. Механическое напряжение… измеряется внутренней силой, действующей на единицу площади сечения деформированного тела
4. В каких единицах измеряется напряжение?
Паскаль
5. Какие деформации называются упругими?
деформация, при которой тело, после окончания действия силы на него, возвращается в свое начальное состояние.
6. Какие деформации называются пластическими?
пластические деформации остаются после окончания действия приложенных сил.
7. В чем заключается метод сечений?
Позволяет определить внутренние силы, которые возникают в стержне, находящемся в равновесии под действием внешней нагрузки.
8. На рис.8. обозначьте нормальное и касательное напряжение. Как эти напряжения расположены относительно рассматриваемого сечения? Запишите формулу для определения полного напряжения р.
|
|
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
| Р =U2/R |
Рис.8. Напряжения, действующие на элементарную площадку:
Главные напряжения
9. Сформулируйте определение: рабочее напряжение – это максимальное напряжение, приложенное к рассматриваемой части, когда машина работает при номинальном напряжении и в нормальных условиях эксплуатации.
10. Сформулируйте определение: допускаемое напряжение – это Экспериментально установленное для рассматриваемого материала предельное значение напряжения, деленное на коэффициент запаса прочности.
Тема 1.3. Растяжение и сжатие
1. Какие напряжения возникают в поперечном сечении бруса при деформации растяжения и сжатия? Запишите формулу для определения этого напряжения.
В поперечных сечениях при растяжении и сжатии имеют место только нормальные напряжения σ, которые определяются отношением внутренние силы N к площади A соответствующего поперечного сечения стержня.
2. Сформулируйте условие прочности детали.
|
При продольном осевом напряжении (растяжении-сжатии) в поперечных сечениях бруса имеют место только нормальные напряжения σ. Поэтому для обеспечения прочности стержней и стержневых систем достаточно выполнение условия
3. Запишите правило знаков для продольной силы N.
Знак нормальной продольной силы устанавливается со стороны поперечного сечения. К сечению знак минус- брус сжат. от сечения плюс- брус растянут.
4. После изучения темы «Растяжение и сжатие» внесите полученные сведения в табл.3.
|
|
5. Постройте эпюры продольных сил и нормальных напряжений, определите опасное сечение. Варианты задания даны в Приложении 2.
Дано___________________________________________________________
____________________________________________________________________
Решение _______________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Тема 1.4. Практические расчеты на срез и смятие
1. В каких случаях возникает деформация сдвиги? Какие напряжения возникают при деформации сдвига?
Деформация сдвига (среза) возникает при действии двух равных противонаправленных сил, лежащих в плоскостях соседних поперечных сечений бруса. Параллельные сечения сдвигаются друг относительно друга на угол g с осью. При этом касательные напряжения в плоскости поперечного сечения равномерно распределены по его поверхности площадью А, так что равны.
2. Сформулируйте закон Гука при сдвиге.
касательные напряжения пропорциональны углу сдвига в определенных пределах упругой деформации сдвига.
|
где G- модуль сдвига; 
–безразмерная величина.
3. Что называется срезом? Запишите условие прочности для деталей, работающих на срез.
нагружение, при котором в поперечном сечении бруса возникает только один внутренний силовой фактор — поперечная сила.
|
где 
- расчетное напряжение среза; Q = F/i – поперечная сила в сечении; i – число соединительных деталей; Aср – площадь поперечного сечения срезаемой детали
|
|
4. Где происходит смятие? Запишите условие прочности при смятии.
соприкасающихся деталей по площадкам передачи давления.
|
5. После изучения темы «Практические расчеты на срез и смятие» внесите полученные сведения в табл.3.
6. Решите задачу. Определить необходимое минимальное усилие F на ножах механических ножниц (рис. 9), если рубке будет подвергаться стальной лист толщиной 10 мм и длиной 2 м. Допускаемое напряжение среза 
= 80 МПа.
Решение: _________________________
________________________________________
________________________________________
________________________________________
________________________________________ Рис.9. Расчетная схема
________________________________________ к задаче
Тема 1.5. Деформации при кручении
1. Какие напряжения возникают при деформации кручения?
внутренний силовой фактор – крутящий момент T
2. Какие гипотезы лежат в основе деформации кручения?
1. Выполняется гипотеза плоских сечений: поперечное сечение бруса, плоское и перпендикулярное продольной оси, после деформации остается плоским и перпендикулярным продольной оси.
2. Радиус, проведенный из центра поперечного сечения бруса, после деформации остается прямой линией (не искривляется).
3. Расстояние между поперечными сечениями после деформации не меняется. Ось бруса не искривляется, диаметры поперечных сечений не меняются.
3. На рис.10 изобразите распределение напряжений
при кручении. Укажите характер распределения
этих напряжений.
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
Рис. 10
4. От чего зависят касательные напряжения при деформации кручения? Запишите формулу для определения касательного напряжения.
________________________________________________________________________________________________________________________________________
|
где N * равнодействующая нормальных сил×s dF
5. Сформулируйте правило знаков для деформации кручения.
Внутренний крутящий (скручивающий) момент T при кручении принимается положительным (т.е. T>0), если он стремится повернуть рассматриваемое сечение вала против хода часовой стрелки, при рассмотрении его со стороны отброшенной части вала.
Правило знаков внешних скручивающих моментов M определяется аналогично, но при этом они должны рассматриваться с внешней стороны вала.
6. Заполните табл.4.
Таблица 4
Полярный момент сопротивления
| Форма поперечного сечения вала | Формула |
|
|
|
 , где  .
|
7. Запишите условие прочности при кручении.
максимальные касательные напряжения, возникающие в опасном сечении вала, не должны превышать допускаемых напряжений
8. Запишите условие прочности при кручении.
максимальные касательные напряжения, возникающие в опасном сечении вала, не должны превышать допускаемых напряжений
|
|
9. После изучения темы: «Деформации при кручении» внесите полученные сведения в табл.3.
10. Постройте эпюру крутящих моментов. Определите опасное сечение. Варианты задания даны в Приложении 3.
Дано: __________________________________________________________
Решение: _______________________________________________________
Тема 1.6. Изгиб
1. Сформулируйте определение: изгиб – Вид нагружения бруса при котором в его поперечном сечении возникает только один внутренний силовой фактор
2. Какие внутренние силовые факторы возникают при прямом изгибе?
поперечная сила Q и изгибающий момент М
3. Что происходит с волокнами в верхней, нижней и средней части при изгибе балки (рис.11). Укажите название волокон.
Рис. 11. Деформация слоев под действием изгибающих моментов
4. Какие гипотезы лежат в основе деформации изгиба?
|
4.
 | ||
 |
5. На рис.12 изобразите распределение
напряжений по сечению балки. Какие напряжения
возникают при изгибе?
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________ Рис.12
6. От чего зависят нормальные напряжения при изгибе? Запишите формулу для определения нормальных напряжений.
От изгибающего момента
|
где_________________________________________________________________
7. Заполните табл.5.
Таблица 5
Момент сопротивления сечения при изгибе
| Форма поперечного сечения балки | Формула |
|
|
|
|
|
|
8. Сформулируйте правило знаков при изгибе:
для поперечной силы Q: Внутренняя поперечная сила Q принимается положительной (т.е. Q>0), если она стремится повернуть отсеченную часть балки по ходу часовой стрелки.
для изгибающего момента МИ Внутренний изгибающий момент M принимается положительным (т.е. M>0), если он стремится сжать верхние слои отсеченной части балки на рассматриваемом участке.
9. Что называется эквивалентным напряжением?
это напряжение, под действием которого материал в условиях простого растяжения-сжатия оказывается в равно опасном состоянии с рассматриваемым сложным напряженным состоянием.
10. Как определяется эквивалентное напряжение при совместном действии изгиба и кручения в соответствии с теориями прочности?
 
| |
 
|
11. После изучения темы «Изгиб» внести полученные сведения в табл.3
12. Постройте эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, определите опасное сечение. Варианты задания даны в Приложении 4.
Дано: ________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________
Решение: _______________________________________________________
Тема 1.7. Устойчивость сжатых стержней
1. Дайте определение понятию: продольный изгиб –
Продольный изгиб - это. в сопротивлении материалов, Изгиб первоначально прямолинейного стержня под действием центрально приложенных продольных сжимающих сил вследствие потери им устойчивости.
2. Запишите условие устойчивости сжатых стержней.
Состояние равновесия считается устойчивым, если при любом возможном отклонении системы от положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть её в первоначальное положение.
| F = |
3. Запишите формулу Эйлера.
|
4. Запишите условие применения формулы Эйлера.
|
5. Запишите эмпирическую формулу Ясинского.
|
Раздел 3. Детали машин
Тема 2.1. Характеристика машин и механизмов. Соединение деталей
1. Сформулируйте определение: машина – это это механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии (машины-двигатели), производства работы (машины-орудия) или для сбора, передачи, хранения, обработки и использования информации (кибернетические и другие машины).
2. Сформулируйте определение: кинематическая пара – это соединение двух звеньев, обеспечивающее определённое относительное движение.
3. Сформулируйте определение: работоспособность – это состояние изделия, при котором в данный момент времени его основные параметры находятся в пределах, установленных требованиями нормативно-технической документации и необходимых для выполнения его функциональной задачи. Попросту говоря, работоспособность изделия – это его способность нормально выполнять заданные функции.
4. Сформулируйте определение: жесткость деталей –
способность детали выдерживать заданные нагрузки без изменения формы и размеров.
5. Сформулируйте определение: износостойкость – это способность детали сопротивляться изнашиванию.
6. Сформулируйте определение: виброустойчивость – это свойство объекта при заданной вибрации выполнять заданные функции и сохранять значения своих параметров в пределах нормы.
7. Сформулируйте определение: теплостойкость – это способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.
8. Укажите основные элементы резьбового соединения (рис. 13):
D - ____________________________________________________________
d - ____________________________________________________________
D1 - ___________________________________________________________
d1 - ____________________________________________________________
D2 - _________________________________________________________
d2 - ___________________________________
d3 - ___________________________________
p - ____________________________________
- ___________________________________
______________________________________
Рис.13. Элементы резьбового соединения
9. Заполнить табл. 6.
Таблица 6
Классификация и область применения резьб
| Классификация | Тип резьбы | Область применения |
| По назначению | ||
| По форме основной поверхности | 
| |
| ||
| По направлению витков | ||
Продолжение табл.6
| Классификация | Тип резьбы | Область применения |
| По форме профиля резьбы | 
| |
| ||
| ||
| ||
| ||
| По числу заходов | 
| |
| ||
| По величине шагов | ||
10. Какие крепежные детали вы знаете? В каких случаях их применяют?
Болты, Винты, шпильки. Основным преимуществом болтового соединения является то, что оно не требует нарезания резьбы в соединяемых деталях. Винты и шпильки применяют в тех случаях, когда по конструкции соединения постановка болта не рациональна.
11. Для чего предназначены шпонки?
Шпонка предназначена для установки в паз на валу и поверхности детали
12. Заполните табл. 7.
Таблица 7
Классификация шпонок
| Группа шпонок | Тип шпонки | Область применения |
| ||
| ||
|
13. Запишите условие прочности для шпоночного соединения.
 σсм = F1 / Aсм ≤ [σ]см
|
где F1 – окружная сила, передаваемая шпонкой, Асм – площадь смятия шпонки (мм2).
14. Каковы преимущества шлицевого соединения по сравнению со шпоночным? Укажите недостатки шлицевого соединения.
Преимущества
1. При шлицевом соединении достигается более точное центрирование детали по валу.
2. Вал почти не ослаблен, особенно при большом количестве шлицев, когда впадины можно сделать неглубокими.
3. При сборке шлицевых соединений не требуется никаких слесарно-пригоночных операций, так как после механической обработки деталей таких соединений получается полная их взаимозаменяемость (ГОСТ 2.409-68).
Недостатки
выше стоимость изготовления.
15. Почему заклепочные соединения применяют все реже? Какова область применения заклепочных соединений?
Чтобы создать заклепочное скрепление, необходимо затратить большое количество металла; требует существенных трудовых затрат; высокая стоимость; заклепочные соединения могут разрушаться из-за неправильного диаметра отверстий, которые находятся на краях изделий; в процессе эксплуатации герметичность соединения уменьшается. Заклепочные соединения деталей применяют при строительстве самолетов, кораблей, подводных лодок, а также для различных высокоточных приборов.
16. Заполните табл.8.
Таблица 8
Виды деформации заклепочного соединения
| Деформация | Условие прочности |
|
 τ’ср = 4F / izπd02 ≤ [τ]’ср,
|
|
 σр = N / δ(p – d0)n ≤ [σ]р,
|
|
σ’см = F / δd0z ≤ [σ]’см
|
17. Решите задачу. Варианты задания даны в Приложении 5.
Дано: __________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________
Решение: _______________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
18. Сформулируйте определение: сварка – это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.
19. Каковы преимущества сварных соединений по сравнению с заклепочными? Укажите недостатки сварных соединений.
Достоинства Возможность получения изделий больших размеров (корпуса судов и летательных аппаратов, железнодорожные вагоны, кузова автомобилей, трубопроводы, резервуары, фермы, мосты и др.). • Снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30…50%, с клепанными – до 20%. Этого достигают благодаря в основном снижению толщин стенок и припусков на механическую обработку, а также отсутствию ослаб-ляющих отверстий и накладок при наклепе. • Снижение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства. • Малая трудоемкость, невысокая стоимость оборудования, возможность автоматизации.
Недостатки Вероятность возникновения при сварке плавлением различных дефектов швов, снижающих прочность соеди-нения при переменных нагрузках. • Низкая прочность швов при электроконтактной сварке вследствие неправильного выбора параметров техно-логического процесса. • Необходимость проведения для всех сварных швов визуального контроля, а для сварных изделий ответствен-ного назначения неразрушающего инструментального или выборочно разрушающего контроля. • Возникновение остаточных напряжений (вследствие термических деформаций от неравномерного нагрева) снижает прочность и вызывает необходимость проведения в ряде случаев механической обработки после старения (изменение свойств металла во времени вследствие внутренних процессов). • Местный нагрев вызывает в зоне термического влияния вблизи шва изменение механических свойств метал-ла.
20. Изобразите и укажите виды сварных соединений.
стыковые (С) – детали соединяются встык по торцевым поверхностям (рис. 1а);
- угловые (У) – детали располагаются под углом и соединяются по кромкам снаружи угла - тавровое (Т) – детали образуют форму буквы Т
- внахлестку (Н) – детали частично перекрывают друг друга
21. Запишите условие прочности для стыкового соединения.
|
22. Запишите условие прочности для нахлесточного соединения.
|
Тема 2.2. Передачи трением
1. Сформулируйте определение: передача - это механической передачей называют устройство (механизм, агрегат), предназначенное для передачи энергии механического движения, как правило, с преобразованием его кинематических и силовых параметров, а иногда и самого вида движения
2. Каково назначение передач?
Все современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными. Непосредственно быстроходный вал двигателя соединяют с валом машины редко, в основном же передача механической энергии от двигателя к рабочему органу осуществляется с помощью различных передач.
3. Заполните табл.9.
Таблица 9
Классификация механических передач
| Классификация | Тип механических передач |
| По принципу действия | передачи, основанные на использовании трения (ременные, фрикционные); · передачи, основанные на использовании зацепления (зубчатые, цепные, винтовые). |
| По характеру изменения скорости | выходного вала по отношению к входному: редуцирующие (понижающие) и мультиплицирующие (повышающие). передачи с постоянным (неизменным) передаточным отношением и передачи с переменным (изменяемым или по величине, или по направлению или и то и другое вместе) передаточным отношением. |
| По способу соединения ведущего и ведомого звеньев | передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикционные, зубчатые, червячные, передачи винт-гайка передачи с гибкой связью (ременная, цепная). |
4. Сформулируйте определение: передаточное отношение – это дна из важных характеристик механической передачи вращательного движения. Передаточное отношение показывает, во сколько раз вырос момент силы на ведомом валу по сравнению с ведущим.
5. Какова область применения фрикционных передач?
в кузнечно-прессовом оборудовании (фрикционные прессы, фрикционные молоты), металлорежущих станках, транспортирующих машинах (например лебедки с фрикционным приводом); в приборах, счетно-решающих машинах
6. С какой целью применяются вариаторы в машиностроении?
Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.
7. Укажите достоинства и недостатки фрикционной передачи.
Достоинства
К достоинствам фрикционных передач можно отнести следующие их качества:
Простота конструкции, простая форма рабочих тел (катков) и относительно низкая стоимость.
Плавность и бесшумность работы, в том числе и при высоких скоростях.
Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.
Возможность пробуксовки при перегрузке, т. е. фрикционная передача способна выполнять функцию своеобразного механического предохранителя, избавляющего дорогостоящие узлы и детали машины от поломки при неожиданных перегрузках.
Недостатки
Необходимость применения специальных прижимных устройств, усложняющих конструкцию.
Большие нагрузки на валы и подшипники, обусловленные прижимной силой, что требует увеличения размеров валов и осей, а также применения усиленных опор и подшипников. Этот недостаток фрикционных передач зачастую ограничивает возможность передавать большую мощность.
Непостоянное передаточное отношение из-за проскальзывания катков. Скольжение в фрикционной передаче связано с упругими деформациями поверхностных слоев катков, износом поверхностей, возможным ослаблением прижимных устройств, возможным непостоянством коэффициента трения по рабочей поверности катков..
Изнашивание рабочих поверхностей катков вследствие проскальзывания, возможность их повреждения (образования лысок) при буксовании.
8. Какие требования предъявляются к материалу катков фрикционной передачи?
Материалы фрикционных катков должны иметь: высокий коэффициент трения f, чтоуменьшает: требуемую силу прижатия 
; высокий модуль упругости Е, что уменьшает потери на трение; высокую износостойкость; контактную прочность и теплопроводность. Наиболее конструктивное сочетание материалов катков: закаленная сталь по закаленной стали; чугун по чугуну; текстолит по стали или чугуну. Иногда для повышения коэффициента трения один из катков облицовывают прессованным асбестом, прорезиненной тканью
9. Опишите принцип действия ременной передачи (рис.14).
Рис.14. Ременная передача
Передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего.
10. Каким образом и с какой целью осуществляется натяжение ремней?
Для нормальной работы ременной передачи необходимо предварительное натяжение ремня, которое может осуществляться за счет перемещения одного из шкивов, за счет натяжных роликов или установки двигателя (механизма) на качающейся плите
11. Укажите достоинства и недостатки ременной передачи
Достоинства
К достоинствам ременных передач относятся следующие их свойства:
Простота конструкции, малая стоимость изготовления и эксплуатации.
Возможность передачи мощности на значительное расстояние.
Возможность работы с высокими частотами вращения.
Плавность и малый шум в работе вследствие эластичности ремня.
Смягчение вибрации и толчков благодаря упругости ремня.
Недостатки
Основные недостатки ременных передач:
Большие габаритные размеры Малая долговечность ремня, особенно в быстроходных передачах.
Большая нагрузка на валы и подшипники опор из-за натяжения ремня
Необходимость применения устройств натяжения ремня, усложняющих конструкцию передачи.
Чувствительность нагрузочной способности к загрязнению звеньев и влажности воздуха.
12. Заполните табл. 10.
Таблица 10
Область применения ременных передач в зависимости от профиля ремня
| Тип ремня | Область применения | |
| ||
| ||
| ||
| ||
|
13. Запишите формулу для определения передаточного отношения ременной передачи.
|
Тема 2.3. Передачи зацеплением
1. Какова область применения зубчатых передач?
Они находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, в частности в металлорежущих станках, автомобилях, тракторах, сельхозмашинах и т.д., в приборостроении, часовой промышленности
2. В чем разница между шестерней и зубчатым колесом?
Зубча́тое колесо́, шестерня́ — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называть шестернёй, а большое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми.
3. Укажите достоинства и недостатки зубчатой передачи.
Достоинства
К достоинствам этого вида механических передач относятся:
Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей;
Малые габариты;
Большой ресурс;
Высокий КПД;
Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники;
Постоянство передаточного числа;
Простота обслуживания;
Недостатки
Как и любой другой вид механических передач, зубчатые передачи имеют ряд недостатков, к которым относятся:
Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажа;
Шум при больших скоростях, обусловленный неточностями изготовления профиля и шага зубьев;
Высокая жесткость, не дающая возможность компенсировать динамические нагрузки, что часто приводит к разрушению передачи или элементов конструкции (для примера – ременная или фрикционная передача при внезапных динамических нагрузках могут пробуксовывать).
4. Укажите название зубчатых передач (рис.15):
а, б, в - Цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением
г -
д - ____________________________________________________________
е - гипоидная передача
ж - Цилиндрическая передача с внутренним зацеплением
з - Зубчатая винтовая передача
и - ___________________________________________________________
Рис.15. Виды зубчатых передач
5. Заполните табл. 11.
Таблица 11
Классификация зубчатых передач
| Классификация | Тип зубчатой передачи | Пример (см. рис.15) |
| По взаимному расположению осей валов | ||
| По относительному расположению колес | ||
| По расположению зубьев относительно образующей колеса | ||
6. Какова область применения цилиндрических зубчатых колес с прямым, косым и шевронным зубом?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. Запишите формулу для определения передаточного отношения для зубчатой передачи.
| i = |
8. Запишите формулы для определения основных геометрических характеристик зубчатого колеса (рис. 16).
Рис. 16. Элементы зубчатого колеса
Шаг зацепления
 = m p
|
Диаметр делительной окружности
| d 1 = mz 1 d 2 = mz 2 |
Высота головки зуба
|
Высота ножки зуба
|
Высота зуба
|
Диаметр вершин зубьев
| da 1 = d 1 + 2 m da 2 = d 2 + 2 m |
Диаметр впадин
| df 1 = d 1 – 2,5 m df 2 = d 2 – 2,5 m |
Межосевое расстояние пары зубчаты