Комплект заданий текущей аттестации

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

ТЕКУЩЕЙ АТТЕСТАЦИИ

ОП.07 ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

специальность СПО: 22.02.06 Сварочное производство

 

Яровое

2018

РАЗРАБОТЧИКИ:

КГБ ПОУ «Яровской политехнический техникум»   

преподаватель __                            Т.А. Ролдухина

  

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Фонд контрольно-оценочных средств по ОП.07 Техническая механика

1.2. В результате аттестации по ОП осуществляется проверка следующих знаний и умений:

Умения
У.1	производить расчеты механических передач и простейших сборочных единиц
У.2	читать кинематические схемы
У.3	определять напряжения в конструкционных элементах
Знания
З.1	основы технической механики
З.2	виды механизмов, их кинематические и динамические характеристики
З.3	виды механизмов, их кинематические и динамические характеристики
З.4	методику расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформации
З.5	основы расчетов механических передач и простейших сборочных единиц общего назначения

2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА.

№ темы	наименование темы (раздела)	код котролируемых знаний, умений	Оценочные средства
			практическая работа	Заполнить таблицу
1	Тема 1.1. Основные понятия и аксиомы статики	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№1
2	Тема 1.2. Плоская система сходящихся сил	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
3	Тема 1.3. Пара сил	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
4	Тема 1.4. Плоская система произвольно расположенных сил	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
5	Тема 1.5. Центр тяжести тела	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№2
6	Тема 1.6. Устойчивость равновесия	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
7	Тема 1.7. Основы кинематики и динамики	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№3, ПР№4, ПР№5, ПР№6
8	Тема 2.1 Основные положения	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
9	Тема 2.2. Осевое растяжение и сжатие	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№7, ПР№8
10	Тема 2.3. Геометрические характеристики плоских сечений	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
11	Тема 2.4. Поперечный изгиб прямого бруса	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№9, ПР№10
12	Тема 2.5. Сдвиг и кручение брусьев круглого сечения	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
13	Тема 2.6. Устойчивость центрально-сжатых	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№11
14	Тема 2.7. Понятие о действии динамических и повторно-переменных нагрузок	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
15	Тема 3.1. Основные положения	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3
16	Тема 3.2. Плоские механизмы	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№12, ПР№13, ПР№14, ПР№15
17	Тема 3.4. Механические передачи	З.1,З.2,З.3,,З.4,З.5, У.1,.У.2,У.3	ПР№16, ПР№17, ПР№18

Литература

Основные источники:

1. Техническая механика: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / А. А. Эрдеди, Н. А. Эрдеди. — М.: Издательский центр «Академия», 2014. — 528 с.

Дополнительные источники:

1. Варданян Г.С., Андреев В. И., Атаров Н.М., Горшков А.А. Сопротивление материалов. Учебное пособие. М.: МГСУ. 2009-127с.

2. Андреев В. И., Паушкин А.Г., Леонтьев А.Н., Техническая механика. М.: Высшая школа, 2010-224с. 

3. Атаров Н.М. Сопротивление материалов в примерах и задачах. М.: Инфра-М, 2010-262с. 

4. Варданян Г.С., Андреев В. И., Атаров Н.М., Горшков А.А., Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности. М.: Инфра-М, 2010-193с. 

5. Лачуга Ю.Ф. Техническая механика. М.: КолосС, 2010-376с.             

6.  Ксендзов В.А. Техническая механика. М.: КолосПресс, 2010-291с. 

7. Паушкин А.Г. Практикум по технической механике. М.: КолосС,2008-94с. 

8. Интернет- ресурс «Техническая     механика». Форма       доступа: http://edu.vgasu.vrn.ru/SiteDirectory/UOP/DocLib13/Техническая%20механика.pdf  

9. Интернет- ресурс «Техническая механика». Форма доступа: ru.wikipedia.org  

Практическая работа №1

Тема: Решение задач по теме «Статика твердого тела»

Время выполнения работы – 2 часа

Цель: освоить приемы решения задач по теме «Равновесие твердых тел»

Порядок выполнения работы:

1. Изучить теоретический материал.

2. Решить задачи

Примеры решения задач по теме «Равновесие твёрдых тел»

При решении задач статики надо использовать условия равновесия (7.9). Причём от векторного уравнения для суммы сил следует перейти к проекциям сил на координатные оси. Иногда удобнее решать задачу, используя геометрическое правило сложения векторов. При равновесии многоугольник сил должен быть замкнутым, так как сумма сил равна нулю (подобный пример будет рассмотрен ниже).

При записи для правила моментов сил надо подумать, как выбрать ось, чтобы плечи сил определялись наиболее просто и в сумме моментов сил содержалось меньше слагаемых.

В задачах часто рассматриваются стержни, которые скрепляются шарнирно. При этом имеется в виду, что трение в шарнире отсутствует.

Задача 1. Груз висит на двух тросах (рис. 7.5, а). Угол АСВ равен 120°. Сила тяжести, действующая на груз, равна 600 Н. Определите силы натяжения тросов АС и СВ.

Р е ш е н и е. Силы натяжения тросов обозначим через ₁ и ₂. Эти силы направлены вдоль тросов от точки С (рис. 7.5, б). Кроме этих сил, на точку С действует сила тяжести m . Точка С находится в равновесии. Следовательно, сумма сил, действующих на неё, равна нулю:

₁ + ₂ + m = 0.

Оси координат выберем так, как показано на рисунке (7.5, в). При равновесии сумма проекций всех сил на оси координат равна нулю:

T_1x + T_2х + mg_х = 0, Т_1у + Т_2у + mg_y = 0,

или

T₁ - T₁cos60° = 0, T₁cos30° - mg = 0.

Отсюда

Т₂ = T₁cos60° ≈ 345 Н.

Задача 2. Дверь люка АО, которая может поворачиваться в шарнире О без трения, удерживается в горизонтальном положении верёвкой (рис. 7.6, а). Определите натяжение верёвки и силу реакции шарнира, если верёвка образует с дверью угол α = 60°. Дверь однородна и на неё действует сила тяжести 300 Н.

Р е ш е н и е. На дверь люка действуют три силы (рис. 7.6, б): сила тяжести m , приложенная к середине двери в точке D, сила натяжения со стороны верёвки и сила реакции со стороны шарнира.

Выберем оси координат так, как показано на рисунке (7.6, б). Поскольку дверь находится в равновесии, то сумма моментов всех сил относительно, например, шарнира равна нулю: М₁ + М + М₂ = 0.

Здесь M₁, М, М₂ — моменты сил , m и . Найдём плечи этих сил, обозначив |АО| = l. Тогда OD = l /2 — плечо силы m , СО = AOsinα = l sinα — плечо силы . Плечо силы равно нулю, так как она приложена в шарнире.

Значит, М₁ = -T l sinα, М₂ = 0.

Теперь запишем правило моментов сил, учитывая знаки этих моментов:

Отсюда находим силу натяжения верёвки:

Для нахождения силы реакции шарнира воспользуемся первым условием равновесия:

m + + =0.

Запишем это векторное уравнение в проекциях на координатные оси:

—Т_х + N_x = 0, Т_у + N_y - mg = 0,

или N_х = Тcosα,

Отсюда N_х = 86,5 H; N_хy = 150 H.

Модуль силы N равен

Угол, который образует сила с координатной осью OY:

Задача 3. Лестница прислонена к стене. При каком минимальном угле наклона к полу она не будет падать? Коэффициенты трения между лестницей и стеной и между лестницей и полом соответственно равны μ₁ и μ₂.

Р е ш е н и е. На лестницу действуют следующие силы (рис. 7.7): тяжести m , нормальной реакции со стороны стены ₁ и пола ₂, трения _тр1 и _тр2.

Первое условие равновесия для лестницы имеет вид

m + ₁ + ₂ + _тр1 + _тр2 = 0. (1)

Для записи правила моментов выберем ось вращения, проходящую через точку С, и запишем:

Из последнего уравнения следует:

Выразим силы N₁ и F_тp1 через силу тяжести. Для этого запишем уравнение (1) в проекциях на оси координат:

на ось X: N₁ - F.rp2 = О,
на ось Y: F_тp1 + N₂ - mg = 0.

По условию задачи требуется найти минимальное значение угла amin, поэтому берём максимальные значения сил трения, т. е. F_тp1 = μ₁N₁, и F_тp2 = μ₂N₂

Тогда

Задачи для самостоятельного решения

1. Для запуска планера применяют резиновый канат. Определите силу, с которой планер действует на канат, в тот момент, когда две половины каната составляют между собой угол 90°, а каждая из них растянута силой 500 Н.

2. К концу рукоятки гаечного ключа длиной 20 см приложена сила 50 Н под углом 60° по отношению к рукоятке ключа. Определите момент этой силы.

3. Человек, открывая дверь, прикладывает силу 4 Н, которая направлена под углом 60° к плоскости двери в горизонтальном направлении. Момент силы равен 3,5 Н • м. Определите расстояние от ручки до оси вращения двери.

4. Труба массой 14 кг лежит на земле. Какую силу надо приложить к одному из концов трубы, чтобы его слегка приподнять?

5. На трапеции сидит гимнаст массой 60 кг. Он расположен на расстоянии 1/3 её длины, считая от одного из её концов. Определите натяжение тросов, на которых подвешена трапеция.

Практическая работа №2

Практическая работа №3

Практическая работа №4

Пример решения задач

Практическая работа №5

Задание

Движение груза А задано уравнением y = at + bt + c, где [y] = м, [t] = c.

Цель работы – подставив заданные коэффициенты в общее уравнение движения, определить вид движения. Определить скорость и ускорение груза в моменты времени t и t , а также скорость и ускорение точки В на ободе барабана лебедки (рис.3.3 и табл.3.1).

Теоретическое обоснование

Точки тела движутся по окружностям вокруг неподвижной оси (ось вращения).

Закон равномерного вращательного движения: φ = φ + wt. (3.1)

Закон равнопеременного вращательного движения: φ = φ +w t + (3.2)

Закон неравномерного вращательного движения: φ = f(t ).

Здесь φ – угол поворота тела за время t, рад;

w – угловая скорость, рад/с;

φ - угол поворота, на который развернулось тело до начала отсчета;

w - начальная угловая скорость;

ε - угловое ускорение, рад/с

Угловая скорость: w = ; w = w + εt; (3.3)

Угловое ускорение: ε = .

Кинематические графики вращательного движения представлены на рис. 3.1а, б.

А б

Рис.3.1

Число оборотов вращения тела: z = φ(2π).

Угловая скорость вращения: n, об/мин.

w = (3.4)

Рис.3.2

Параметры движения точки вращающегося тела (рис.3.2):

v – линейная скорость точки В

v = wr, м/с; (3.5)

a - касательное ускорение точки В

a = εr, м/с (3.6)

а - нормальное ускорение точки В

а = w r, м/с (3.7)

Порядок выполнения работы

1. Определить вид движения, подставив заданные коэффициенты в общее уравнение движения.

2. Определить уравнения скорости и ускорения груза.

3. Определить полное число оборотов шкива.

4. Определить нормальное и касательное ускорения точки на ободе шкива в указанные моменты времени.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается принцип кинетостатики?

2. Могут ли при поступательном движении тела траектории его точек не прямыми линиями?

3. Равна ли скорость перемещения груза скоростям точек на ободе вращающегося шкива?

4. Как повлияет на скорость груза увеличение диаметра шкива при неизменной угловой скорости?

5. Какое ускорение (касательное или нормальное) характерно для точек вращающегося тела?

Пример выполнения

Для перемещения груза применена барабанная лебедка, привод которой состоит из электродвигателя 1 и редуктора 2 (понижает угловую скорость вала двигателя до требуемой на барабане). Барабан 3 служит для преобразования вращательного движения в поступательное движение груза. Диаметр барабана d = 0,2 м, а уравнение его вращения φ = 30t + 6t . Для момента времени t = 0,5 с, определить все кинематические характеристики движения барабана, точки на его ободе, а также груза. Направление движения груза – вверх.

1. Определяем кинематические характеристики движения барабана. Угол поворота барабана за время t φ1 = 30*0,5 + 6*0,5 = 16,5 рад.

Угловая скорость барабана w = = (30t + 6t )´ = 30 + 12t ≠ const – движение неравномерное. При t = 0,5 с получим w = 30 + 12*0,5 = 36 рад/с

Угловое ускорение барабана ε = = (30 + 12t)´ = 12 рад/с =const. Так как ускорение положительно и постоянно, то барабан вращается равноускоренно.

2. Кинематические характеристики движения любой точки на ободе барабана, например точки

А, определяются через угловые характеристики движения барабана.

Для момента времени t получим: расстояние, пройденное точкой s = φ r = 16,5 *0,1 = 1,65 м

Скорость точки v = w *r = 36*0,1 = 3,6 м/с; касательное ускорениеa = εr = 12*0,1 = 1,2 м/с ; нормальное ускорение а = w r = 36 *0,1 = 130 м/с .

3. Кинематические характеристики груза равны соответствующим характеристикам любой точки тягового троса, а значит, и точки А, лежащей на ободе барабана.

Литература:

Таблица 3.1

Вариант	Параметр
	а, м/с .	в, м/с	с, м	r, м	t , м	t , м
1	2	0	3	0,2	1	3
2	0	3	4	0,4	2	4
3	3	4	0	0,6	1	3
4	0	2	5	0,8	2	4
5	3	0	2	0,5	1	3
6	3	4	0	0,4	2	4
7	2	0	4	0,3	1	3
8	0	3	2	0,2	2	4
9	4	4	0	0,8	1	3
10	0	2	3	0,6	2	4
11	0	2	2	0,2	2	3
12	3	0	3	0,4	3	5
13	4	3	4	0,6	2	3
14	2	0	0	0,8	3	5
15	0	3	2	0,5	2	3
16	4	3	0	0,4	3	5
17	0	2	3	0,3	2	3
18	3	0	2	0,2	3	5
19	4	4	4	0,8	2	3
20	2	0	0	0,6	3	5
21	2	2	0	0,2	1	3
22	0	3	3	0,4	2	4
23	3	4	4	0,6	1	3
24	0	3	2	0,8	2	4
25	3	2	0	0,5	1	3
26	3	0	4	0,4	2	5
27	2	3	0	0,3	1	3
28	0	2	3	0,2	2	5
29	4	4	4	0,8	1	3
30	0	4	2	0,6	2	5

Рис. 3.3

Цель работы: определить характеристики баллистической траектории движения тела, выявить от чего они зависят.
Оборудование: ОПП “Виртуальная лаборатория”.
Ход работы: (каждому учащемуся выдана брошюра для проведения практической работы, в которой описывается последовательность проведения работы).
Порядок выполнения работы:
1. Изучить теорию по баллистическому движению и ответить на вопросы:
1). Что такое баллистика и баллистическое движение?
2). Какая модель используется для описания баллистического движения?
3). Как записывается закон баллистического движения в координатной форме (по осям Ох и Оу)?
4). По каким формулам вычисляются скорость и проекции скорости движения в любой точке траектории тела, брошенного под углом к горизонту?
5). Как сила сопротивления влияет на характер баллистического движения (дальность полета, максимальную высоту подъема, форму траектории)?
6). По каким формулам вычисляются дальность полета и максимальная высота подъема тела, брошенного под углом к горизонту?

 

2. Рассчитайте максимальную высоту подъема и дальность полета снаряда по формулам.


Длину пушки принять равной 20 м, при этом g = 9,81 м/с².
Результаты измерений занести в таблицу 1.
В таблице 1 приведены произвольные значения величин.
Таблица 1

Номер опыта	Угол, град.	Скорость, м/с	Без сопротивления воздуха
			хмах	умах
1.	25	60
2.	25	130
3.	25	200
4.	7	100
5.	14	100
6.	22	100

3. Сделайте соответствующие выводы о зависимости дальности полета и высоты подъема от начальной скорости снаряда и угла наклона пушки.
4. Задайте исходные данные вылета снаряда: скорость и угол наклона пушки к горизонту (взять из табл. 1).
5. Проведите моделирование стрельбы. Сравните полученные значения параметров траектории с рассчитанными ранее.
6. Изменяя исходные данные полета снаряда, повторите моделирование несколько раз.
7. Задайте коэффициент сопротивления воздуха при движении в нем снаряда.
8. Занесите результаты в таблицу 2.
9. Сделайте соответствующие выводы.

Таблица 2

Номер опыта	Угол, град.	Скорость, м/с	Без сопротивления воздуха		С сопротивлением воздуха
			хмах, м	умах, м	хмах, м	умах, м
1.	25	60
2.	25	130
3.	25	200
4.	7	100
5.	14	100
6.	22	100

 

Рисунок 1
Сначала моделирование стрельбы производится в идеальных условиях в безвоздушном пространстве (рис. 2).

Рисунок 2
Перетаскивая курсор, они могут посмотреть, как изменяются координаты тела, проекции скорости на координатные оси, модуль и направление скорости при подъеме и падении тела, брошенного под углом к горизонту (рис. 3 и 4).

Рисунок 3

Рисунок 4
Изменяя начальную скорость тела при фиксированном угле, под которым тело брошено к горизонту (рис. 5) и, изменяя угол при фиксированной начальной скорости (рис. 5 и 6), учащиеся могут сделать выводы о зависимости координат от начальной скорости и угла, под которым тело брошено к горизонту.

Рисунок 5
ту (рис. няются координаты тела при подъеме и падении тела.

Рисунок 6

При этом они наглядно могут убедиться, как изменяется траектория движения тела при наличии сопротивления воздуха; как и на сколько, изменяются скорость и координаты тела в реальных условиях в отличие от идеальных условий (рис. 7,8,9,10).

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10

Практическая работа №6

Пример 1.

Даны кривошипно-ползунный механизм, длины звеньев которого – кривошипа и шатуна – L_OA и L_AB соответственно, и угловая скорость кривошипа .

Определитьскорости и ускорения ползуна при различных положениях кривошипа.

Решение.

Выбираем масштабы длин , м/мм, где AO – длина отрезка, мм, изображающая кривошип длиной L_ОА на строящемся плане механизма; эта длина выбирается произвольно с учётом того, что совмещённые планы механизма должны разместиться на отведённом месте чертежа, а сам масштаб длин был бы удобен для дальнейших расчётов.

Вычисляем длину отрезка , мм, изображающего шатун на плане механизма. При построении совмещенных планов механизма используют метод засечек (рис. 3.1).

Для построения графиков скоростей и ускорений (рис. 3.1) выбираются полюсные расстояния h_u и h_a, где h_u – полюсное расстояние при построении графика скоростей, которое выбирается произвольной длины; рекомендуется его величину выбирать в пределах h_u =30…40 мм; h_a – полюсное расстояние при построении графика ускорений; его рекомендуется принимать в пределах h_a =30…40 мм.

Масштабы времени, скорости и ускорения вычисляют по формулам, вывод которых приводится ниже.

Масштаб времени можно вычислить по формуле

,

где Т – период одного оборота кривошипа, с; L_X – длина отрезка между точками 1 и 1 на графике (диаграмме) перемещений, мм.

Так как период Т можно вычислить по формулам

, или , с,

где – угловая скорость кривошипа, 1/с; n₁ – частота вращения кривошипа, об/мин, то масштаб времени

, с/мм.

Масштаб скорости можно вывести из условия, что скорость исследуемой точки является производной перемещения S по времени:

.

Здесь предполагается, что масштаб перемещений и масштаб времени являются постоянными величинами.

Так как , то , отсюда

, .

Масштаб ускорения, вывод которого аналогичен предыдущему, вычисляется по формуле

, .

Для определения величины скорости или ускорения в каком-либо положении точки В необходимо длину ординаты соответствующего графика умножить на масштаб или соответственно.

Рис. 3.1. Совмещённые планы механизма, графики перемещений, скоростей и ускорений

Рис.3.2

 

Модуль скорости точки можно определить по формуле: , а линия действия этого вектора будет перпендикулярная отрезку .

Модуль скорости точки можно определить по формуле: , а линия действия этого вектора будет перпендикулярная отрезку .

Модуль скорости точки можно определить по формуле: , а линия действия этого вектора будет перпендикулярная отрезку .

- мгновенный центр вращения.

Видно, что модули скоростей точек , и пропорциональны длинам отрезков , и , то есть: .

Многоугольник подобен многоугольнику , так как он образован взаимно перпендикулярными и пропорциональными прямыми. Поэтому рис.3.2 представляет собой план скоростей треугольника , то есть треугольник является планом скоростей треугольника .

План скоростей жёсткого звена – геометрическое место точек концов векторов абсолютных скоростей любых точек звена, если они построены из одной общей точки , называемой полюсом плана скоростей.

План скоростей всегда строится в масштабе. В дисциплине «Теория машин и механизмов» масштаб имеет размерность, поэтому его принято называть масштабным коэффициентом: , .

План скоростей подобен самому звену, и повёрнут на девяносто градусов в сторону мгновенного вращения.

Если план скоростей жёсткого звена подобен своему звену, то план скоростей механизма не подобен самому механизму, так как в отличие от жёсткого звена механизм есть изменяемая подвижная система.

План скоростей механизма – совокупность планов скоростей отдельных звеньев, построенных из одной общей точки , называемой полюсом плана скоростей.

Пример 2.

Дано: , и (рис.3.3).

Требуется определить: .

Зададимся неким масштабным коэффициентом .

Рис.3.3

Решение:

Для построения плана скоростей механизма существуют различные методы, наиболее распространённым из которых является метод векторных уравнений, разработанный советскими учёными.

Модуль скорости точки можно определить по следующей формуле: . Линия действия вектора скорости точки перпендикулярна звену , а сам вектор направлен в сторону вращения звена .

Допустим, что точка не закреплена, и представим себе, что все точки звена совершают переносное движение со скоростью , то есть . С одной стороны , с другой стороны .

Вернём точку на действительную траекторию , для чего придадим точке скорость относительного вращательного движения около точки со скоростью относительного движения .

На плане скоростей векторы, исходящие из полюса скоростей являются векторами абсолютных скоростей соответствующих точек, а векторы, которые не проходят через полюс плана ускорений, являются относительных скоростей соответствующих точек. Отрезок является планом скоростей звена , а отрезок является планом скоростей звена .

 

Рис.3.4

Модуль вектора нормального ускорения точки можно найти по формуле: . Линия действия этого вектора будет перпендикулярна звену .

Модуль вектора тангенциального ускорения точки можно найти по формуле: . Линия действия этого вектора будет параллельна звену .

План ускорений механизма, как и план скоростей, не подобен самому механизму, и является совокупностью планов ускорений отдельных звеньев, построенных из одного полюса плана ускорений .

 

Пример 3.

Заданы геометрические параметры всех звеньев и угловая скорость , которая является постоянной величиной.

Требуется определить ускорение точки .

Рис.3.5

 

Решение:

Построение плана скоростей.

Скорости точек и равны нулю, поэтому на плане скоростей точки и совпадают с полюсом плана скоростей (рис.3.6).

Рис.3.6

 

Модул