Раздел 2. Сопротивление материалов

Тема 2.1. Основные положения. Деформируемое тело; упругость и пластичность. Основные задачи сопротивления материалов. Предварительные понятия о расчетах на прочность, жесткость и устойчивость. Основные гипотезы и допущения, применяемые в сопротивлении материалов о свойствах деформируемого тела и характере деформации. Принцип независимости действия сил. Понятие о брусе, оболочке и пластике.

Метод сечений. Применение метода сечений для определения внутренних силовых факторов, возникающих в поперечных сечениях бруса.Напряжение полное, нормальное и касательное.

Тема 2.2. Растяжение и сжатие. Продольные силы и их эпюры. Гипотеза плоских сечений. Нормальное напряжение в поперечных сечениях бруса. Продольная и поперечная деформации при растяжении (сжатии). Закон Гука. Модуль продольной упругости. Коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона). Жесткость сечения и жесткость бруса. Анализ напряженного состояния при одноосном растяжении (сжатии). Максимальные касательные напряжения.

Испытание материалов на растяжение и сжатие при статическом нагружении. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали и ее характерные параметры: пределы пропорциональности, текучести, прочности (временное сопротивление). Характеристики пластических свойств: относительное остаточное удлинение и относительное поперечное сужение. Условный предел текучести. Диаграммы растяжения хрупких материалов. Механические свойства пластических и хрупких материалов при сжатии.

Действительный и требуемый (заданный, допускаемый) коэффициенты запаса прочности по пределу текучести и по пределу прочности. Основные факторы, влияющие на выбор требуемого коэффициента запаса прочности. Условие прочности. Допускаемое напряжение; условие прочности, выраженное через допускаемое напряжение. Расчеты на прочность: проверочные (проверка прочности, определение допускаемой нагрузки), проектные (определение требуемых размеров поперечного сечения бруса).

Тема 2.3. Кручение. Срез, основные расчетные предпосылки, расчетные формулы. Расчеты на срез и смятие соединений болтами, поставленными в отверстия без зазоров, штифтами и т. п. Деформация сдвига и ее исследование на примере кручения тонкостенной трубы. Чистый сдвиг. Закон Гука для сдвига. Модуль сдвига. Кручение прямого бруса круглого поперечного сечения. Крутящий момент; построение эпюр. Основные гипотезы. Напряжения, возникающие в поперечных сечениях бруса. Угловые перемещения. Полярные моменты инерции и сопротивления для круга и кольца. Расчеты на прочность и жесткость.Статические моменты сечений. Осевые, центробежный и полярный моменты инерции. Главные центральные моменты инерции прямоугольного, кругового, кольцевого и составных сечений, имеющих не менее одной оси симметрии.

Тема 2.4. Изгиб. Основные понятия и определения; классификация видов изгиба; прямой изгиб, чистый и поперечный; косой изгиб, чистый и поперечный. Внутренние силовые факторы при прямом изгибе – поперечная сила и изгибающий момент. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределения нагрузки. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов. Зависимость между изгибающим моментом и кривизной оси бруса. Жесткость сечения при изгибе. Нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях бруса при чистом изгибе. Расчеты на прочность при изгибе. Осевые моменты сопротивления. Рациональные формы поперечных сечений балок; выполненных из материалов, одинаково и различно сопротивляющихся растяжению и сжатию.

Вопросы для самоподготовки

К теме 2.1.

1. Каковы основные задачи раздела «Сопротивление материалов»?

2. Что такое деформация?

3. Какие деформации называют упругими и какие – пластичными?

4. Какие деформации не допустимы при нормальной работе конструкций?

5. Что называется прочностью, жесткостью и устойчивостью детали или конструкции?

6. В чем сущность расчетов на прочность и жесткость?

7. В чем сущность метода сечений?

8. Можно ли установить закон распределения внутренних сил по проведенному сечению методами статики?

9. Сколько внутренних факторов может возникнуть в поперечном сечении бруса?

10. Что называется напряжением в данной точке сечения? Каковы единицы напряжения?

11. Какая существует зависимость между напряжениями r, s и t?

К теме 2.2.

1. В каком случае прямые брусья называют стержнями?

2. Как нагрузить прямой стержень, чтобы он испытывал только растяжение?

3. Что называется эпюрой продольных сил бруса?

4. Как строится эпюра продольных сил?

5. Как определить нормальное напряжение в поперечном сечении бруса?

6. Что называется эпюрой нормальных напряжений?

7. Какие поперечные сечения бруса называют опасными?

8. Что такое модуль продольной упругости и какова его размерность?

9. Какая величина в формуле Гука характеризует жесткость материала?

10. Зависит ли нормальное напряжение от материала бруса и формы поперечного сечения?

11. Зависит ли удлинение бруса от его материала?

12. Какова цель механических испытаний материалов?

13. Какой вид имеет диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали и серого чугуна?

14. Что называется пределами пропорциональности, текучести и прочности на условной диаграмме растяжения образца из низкоуглеродистой стали?

15. До какого предельного напряжения, являющегося механической характеристикой пластичного материала, можно нагружать образец, не опасаясь появления пластической деформации?

16. В каком случае в пластичных материалах можно получить наклеп? 

17. Что такое фактический коэффициент запаса прочности?

18. Какие факторы влияют на выбор требуемого коэффициента прочности?

19. Что такое допускаемое напряжение?

20. Какие расчеты можно выполнить из условия прочности?

К теме 2.3.

1. Какова зависимость между допускаемыми напряжениями растяжения, среза и смятия?

2. По каким формулам производят расчет на срез и смятие?

3. По какому сечению (продольному или поперечному) проверяют на срез призматические шпонки?

4. На каких допущениях основаны расчеты на смятие?

5. Как определяется площадь смятия, если поверхность смятия цилиндрическая, плоская?

6. Что такое чистый сдвиг?

7. Какой величиной характеризуется деформация сдвига?

8. Какая зависимость существует между передаваемой валом мощностью, вращающим моментом и угловой скоростью?

9. Как определяется крутящий момент в продольном сечении?

10. Каков закон распределения касательных напряжений по площади поперечного сечения при кручении?

11. Какая разница между крутящим и вращающим моментами? 

12. Что является геометрическими характеристиками сечения вала при кручении?

13. Какая существует зависимость между величинами E, и G характеризующими упругие свойства материалов?

14. По какой формуле определяется деформация при кручении?

15. Что такое полярный момент инерции сечения бруса? По какой формуле определяется полярный момент инерции круга?

16. Что такое полярный момент сопротивления? Как он определяется для кольца?

17. Каковы геометрические характеристики сечений при деформации среза, кручения и изгиба?

18. Что такое статический момент сечения?

19. Чему равен статический момент сечения относительно центральной оси?

20. Что такое центробежный момент инерции?

21. Каковы единицы осевого момента инерции?

22. Какова связь между моментами инерции относительно параллельных осей, из которых одна является центральной?

23. Какова зависимость между осевыми и полярными моментами инерции данного сечения?

24. Какие оси, проведенные в плоскости сечения, называют главными?

25. Как определяют осевые моменты инерции сложных сечений?

К теме 2.4.

1. Какие внутренние силовые факторы возникают в поперечных сечениях бруса при его прямом поперечном изгибе?

2. Как следует нагрузить брус, чтобы получить: а) чистый прямой изгиб; б) поперечный прямой изгиб?

3. Что называется поперечной силой в поперечном сечении бруса и чему она численно равна?

4. Что такое эпюра поперечных сил и как она строится?

5. Что называется изгибающим моментом в поперечном сечении бруса и чему он численно равен?

6. Сформулируйте правило знаков для поперечных сил и изгибающих моментов.

7. Какими дифференциальными зависимостями связаны между собой изгибающий момент, поперечная сила, интенсивность равномерно распределенной нагрузки?   

8. На каких допущениях основаны выводы расчетных формул при изгибе?

9. Каков характер деформаций, возникающих при изгибе?

10. В чем сущность гипотез и допущений при изгибе?

11. Как меняются нормальные напряжения при изгибе по высоте сечения бруса?

12. Что такое жесткость сечения при изгибе?

13. Как определить напряжения в поперечном сечении при прямом изгибе?

14. Что такое осевой момент сопротивления и каковы его единицы?    

15. Какие виды расчетов можно производить из условия прочности при изгибе?

16. Какие формы поперечных сечений рациональны для балок из пластичных материалов?

Раздел 3. Детали машин

Тема 3.1. Основные положения. Цели и задачи раздела «Детали машин». Основные определения. Механизм и машина. Классификация машин. Детали машин и их классификация.Роль стандартизации в повышении качества продукции и развитии научно-технического программа.Требования, предъявляемые к машинам и их деталям. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин: прочность и жесткость.

 Общие сведения о передачах. Вращательное движение и его роль в машинах и механизмах. Назначение передач в машинах. Принцип работы и классификация передач. Основные кинематические и силовые соотношения для механических передач.

Фрикционные передачи. Фрикционные передачи, их назначение и классификация. Достоинства, недостатки и область применения фрикционных передач. Цилиндрическая передача гладкими катками. Основные геометрические и кинематические соотношения. Силы в передаче. Основные сведения о расчете передачи на контактную прочность и износостойкость.

Зубчатые передачи. Общие сведения о зубчатых передачах: достоинства и недостатки, область применения. Классификация зубчатых передач. Основная теорема зацепления (без вывода). Зацепление двух эвольвентных зубчатых колес: основные элементы и характеристики зацепления; взаимодействие зубьев. Стандартные параметры зубчатого зацепления без смещения. Материалы зубчатых колес. Виды разрушения зубьев.

Прямозубые цилиндрические передачи. Основные геометрические соотношения. Силы, действующие в зацеплении. Основы расчета зубьев на контактную усталость и усталость при изгибе; исходное положение расчета, расчетная нагрузка, формулы проверочного и проектного расчетов. Краткие сведения о выборе основных параметров, расчетных коэффициентов и допускаемых напряжений. Косозубые и шевронные цилиндрические передачи. Основные геометрические соотношения. Силы, действующие в зацеплении. Особенности расчета непрямозубых передач.

Основные параметры и расчетные коэффициенты. Конические передачи. Основные геометрические соотношения и силы в зацеплении.

Червячные передачи. Общие сведения о червячных передачах: достоинства и недостатки, область применения. Материалы червяков и червячных колес. Геометрические соотношения в червячной передаче. Передаточное число. Силы, действующие в зацеплении. КПД червячной передачи. Основы расчета зубьев на контактную усталость и усталость при изгибе. Формулы проверочного и проектного расчетов. Расчет вала червяка на жесткость. Краткие сведения о выборе основных параметров, расчетных коэффициентов и допускаемых напряжений. Тепловой расчет червячного редуктора.

Ременные передачи. Основные сведения о ременных передачах: устройство, достоинства и недостатки, область применения. Классификация ременных передач: типы приводных ремней и их материалы, способы натяжения ремня, основные геометрические и кинематические соотношения. Силы и напряжения в ремне, скольжение ремня на шкивах. Критерий работоспособности и понятие о расчете ременной передачи.

Цепные передачи. Общие сведения о цепных передачах: устройство, достоинства и недостатки, область применения. Приводные цепи и звездочки. Краткие сведения о подборе цепей и их проверочном расчете.

Соединения деталей машин

Неразъемные соединения. Сварные соединения: достоинства, недостатки, область применения. Основные типы сварных швов. Краткие сведения о расчете сварных соединений при осевом нагружении. Клеевые соединения: достоинства и недостатки, область применения.

Резьбовые соединения. Винтовая линия, винтовая поверхность и их образование. Основные типы резьб, их стандартизация, сравнительная характеристика и область применения, конструктивные формы резьбовых соединений. Стандартные крепежные изделия. Основы расчета резьбовых соединений при постоянной нагрузке. Материалы и допускаемые напряжения.

Валы, оси, шпоночные и зубчатые соединения. Валы и оси, их назначение, конструкции и материалы. Оси вращающиеся и неподвижные. Основы расчета валов и осей на прочность и жесткость. Типы шпоночных соединений и их сравнительная характеристика. Типы стандартных шпонок. Подбор шпонок и проверочный расчет соединения. Зубчатые (шлицевые) соединения, область применения.

Подшипники. Подшипники и подпятники скольжения: назначение, типы, область применения. Материалы деталей подшипников. Условные расчеты подшипников скольжения. Классификация подшипников качения и обзор основных типов по ГОСТу. Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности.

Муфты. Муфты, их назначение и краткая классификация. Краткие сведения о подборе муфт.

Вопросы для самоподготовки

Кразделу 3

1. Каковы задачи раздела «Детали машин»?

2.  Что называется машиной?  

3.  Какие признаки характеризуют машину?

4.  Какая разница между машиной и механизмом?

5.  Что следует понимать под деталью и сборочной единицей?

6. Какие требования предъявляются к машинам?

7. Что следует понимать под надежностью машин и их деталей и каковы их основные критерии работоспособности

8.  Как классифицируют механические передачи по принципу действия?    

9.  Каково назначение механических передач?

10. Почему вращательное движение наиболее распространено в механизмах и машинах?

11. Для чего применяют промежуточную передачу между двигателем и рабочей машиной?

12. По каким формулам определяют кинематические и силовые соотношения в передачах?

13. Как определяется передаточное отношение?

14. Какие виды фрикционных передач вы знаете? Каковы их достоинства и недостатки.

15. Какие устройства называют вариаторами? Каковы их достоинства и недостатки?

16. Каковы достоинства и недостатки зубчатых передач?

17. По каким признакам классифицируют эти передачи?

18. В каких случаях применяют открытые зубчатые передачи?

19. Какие передачи называют закрытыми? 

20. Какие вы знаете основные параметры зубчатой пары?

21. Каковы достоинства и недостатки косозубой передачи по сравнению с прямозубой?

22. Каково назначение конических зубчатых передач?

23. Каковы недостатки конической зубчатой передачи по сравнению с цилиндрическими?

24. Какими достоинствами и недостатками обладают червячные передачи по сравнению с зубчатыми?

25. В каких случаях применяют червячные передачи?

26. Из каких материалов изготавливают червяк и червячное колесо?

27. Как выбирают число заходов червяка?

28. Зависит ли КПД червячной передачи от числа витков червяка?

29. Какая передача называется ременной?

30. Какие применяют типы ремней?

31. Какими достоинствами и недостатками обладают ременные передачи по сравнению с другими видами передач.    

32. Каковы достоинства и недостатки цепных передач?

33. Какие различают виды приводных цепей?

34. Что является основным критерием работоспособности цепных передач?

35. Для чего применяют натяжные устройства в цепных передачах?

36. Какие соединения называются резьбовыми?

37. Как классифицируются резьбы по геометрической форме и по назначению?

38. Каковы достоинства болтового соединения?

39. В каких случаях применяют шпильки.

40. Какие материалы применяют для изготовления резьбовых деталей.

41. Какая разница между валом и осью?

42. Что называется шипом, шейкой и пятой?

43. Какие материалы применяют для изготовления валов и осей

44. Что называется подшипником?

45. Какие различают типы подшипников скольжения?

46. Какими достоинствами и недостатками обладают подшипники скольжения?

47. Из каких деталей состоят подшипники качения?

48. Для чего применяется сепаратор?

49. Каковы достоинства и недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения?

50. Как различают группы муфт по принципу действия и характеру работы