Контрольные вопросы

1. Основные понятия, гипотезы и допущения

2. Внешние силы. Определение внутренних сил методом сечений.

3. Напряжения. Основные понятия. Нормальные и касательные.

4. Растяжение и сжатие. Основные понятия. Внутренние силы и напряжения.

5. Деформации при растяжении и сжатии.

6. Расчеты на прочность. Три задачи, решаемые с помощью условия прочности.

7. Закон Гука, упругость, пластичность, хрупкость.

8. Механические характеристики материалов при растяжении (сжатии).

9. Построение эпюр напряжений, удлинений при растяжении (сжатии).

10. Сдвиг (срез). Нагрузки, напряжения, закон Гука.

11. Пример расчета заклепочных соединений.

12. Кручение. Построение эпюр крутящих моментов.

13. Кручение. Определение напряжений в любой точке поперечного сечения. Полярные моменты инерции и сопротивления вала.

14. Кручение. Закон Гука. Расчет на прочность

15. Кручение. Расчет на жесткость.

16. Построение эпюр напряжений и углов закручивания.

17. Изгиб. Типы опор балок и определение опорных реакций. Внутренние усилия. Построение эпюр изгибающих моментов.

18. Изгиб. Напряжения, деформации.

19. Изгиб. Условие прочности. Три задачи, решаемые с помощью условия прочности.

20. Сложные случаи напряжения. Внецентренное растяжение (сжатие). Косой изгиб.

21. Совместное действие изгиба с кручением.

22. Продольный изгиб. Основные понятия.

23. Метод Эйлера для определения критических сил.

24. Пределы применимости формулы Эйлера. Формула Ясинского.

25. Три типа задач, решаемые из условия прочности.

26. Расчет на устойчивость сжатых стержней.

27. Динамическое действие нагрузок.

28. Явление усталости, предел выносливости.

29. Теории прочности, используемые при расчете валов на совместное действие изгиба с кручением.

30. Пути повышения усталостной прочности. Конструктивные и технологические мероприятия.

3.3. Теория механизмов и машин

Тема 1. Основные понятия теории механизмов и машин

Теория механизмов и машин – научная дисциплина, которая изучает строение (структуру), кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом (И. И. Артоболевский)

Цель теории механизмов и машин – анализ и синтез типовых механизмов и их систем.

Анализ – исследование кинематических и динамических свойств уже существующего механизма по заданной схеме.

Синтез – проектирование схемы механизма по заданным свойствам.

Задачи теории механизмов и машин – разработка общих методов исследования структуры, геометрии, кинематики и динамики типовых механизмов и их систем.

Типовыми механизмами называются простые механизмы, имеющие при различном функциональном назначении широкое применение в машинах, для которых разработаны типовые методы и алгоритмы синтеза и анализа.

Деталь – элемент конструкции, не имеющий в своем составе внутренних связей (состоящий из одного твердого тела).

Звено – твердое тело или система жестко связанных твердых тел (может состоять из одной или нескольких деталей) входящая в состав механизма.

Различают следующие виды звеньев:

Входные звенья – звенья, которым сообщается заданное движение и соответствующие силовые факторы (силы или моменты);

Выходные звенья – звенья, на которых получают требуемое движение и силы.

Простые звенья – звенья, состоящие из одной детали;

Сложные звенья – звенья, состоящие из нескольких, жестко скрепленных друг с другом и совершающих одно и тоже движение.

Узел – несколько деталей, связанных между собой функционально, конструктивно или каким-либо другим образом.

Связи – отношения между элементами, предназначенные для передачи материала, энергии или информации между элементами. Связи могут осуществляться с помощью различных физических средств: механических соединений, жидкостей, электромагнитных или других полей, упругих элементов. Механические соединения могут быть подвижными (кинематические пары) и неподвижными. Неподвижные соединения делятся на разъемные (винтовые, штифтовые) и неразъемные (сварные, клеевые).

Механизмом называется система, состоящая из звеньев и кинематических пар, образующих замкнутые или разомкнутые цепи, которая предназначена для передачи и преобразования перемещений входных звеньев и приложенных к ним сил в требуемые перемещения и силы на выходных звеньях.

Кинематическая пара – подвижное соединение двух звеньев, допускающее их определенное относительное движение.

Кинематическая цепь – система звеньев, образующих между собой кинематические пары.

Машины и их классификация. Машина – техническое устройство, выполняющее преобразование энергии, материалов и информации с целью облегчения физического и умственного труда человека, повышения его качества и производительности.

Существуют следующие виды машин:

1. Энергетические машины – машины, преобразующие энергию одного вида в энергию другого вида. Эти машины бывают двух разновидностей:

двигатели, которые преобразуют любой вид энергии в механическую (например, электродвигатели преобразуют электрическую энергию, двигатели внутреннего сгорания преобразуют энергию расширения газов при сгорании в цилиндре);

генераторы, которые преобразуют механическую энергию в энергию другого вида (например, электрогенератор преобразует механическую энергию паровой или гидравлической турбины в электрическую).

2. Рабочие машины – машины, использующие механическую энергию для совершения работы по перемещению и преобразованию материалов. Эти машины тоже имеют две разновидности:

• транспортные машины – машины, которые используют механическую энергию для изменения положения объекта (его координат);

• технологические машины – машины, использующие механическую энергию для преобразования формы, свойств, размеров и состояния объекта.

3. Информационные машины – машины, предназначенные для обработки и преобразования информации. Они подразделяются на:

• математические машины – машины, преобразующие входную информацию в математическую модель исследуемого объекта;

• контрольно-управляющие машины – машины, преобразующие входную информацию (программу) в сигналы управления рабочей или энергетической машиной.

4. Кибернетические машины – машины, управляющие рабочими или энергетическими машинами, которые способны изменять программу своих действий в зависимости от состояния окружающей среды (т.е. машины, обладающие элементами искусственного интеллекта).

Классификация кинематических пар. Кинематические пары классифицируются по следующим признакам:

1. По виду места контакта (места связи) поверхностей звеньев:

• низшие пары – пары, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары скольжения);

• высшие пары – пары, в которых контакт звеньев осуществляется по линиям или точкам (пары, допускающие скольжение с перекатыванием).

2. По относительному движению звеньев, образующих пару:

• вращательные;

• поступательные;

• винтовые;

• плоские;

• сферические.

3. По способу замыкания (обеспечения контакта звеньев пары):

• силовое (за счет действия сил веса или силы упругости пружины рис. 3.3.1, а);

• геометрическое (за счет конструкции рабочих поверхностей пары рис. 3.3.1, б).

а б

Рис. 3.3.1

4. По числу условий связи, накладываемых на относительное движение звеньев (число условий связи определяет класс кинематической пары).

5. По числу подвижностей в относительном движении звеньев.

Число ограничений (S), накладываемых кинематической парой на движение одного звена относительно другого и зависящих от способа соединения звеньев, называется условиями связи. Если одно из звеньев кинематической пары остановить и связать с неподвижной системой координат (стойкой или корпусом), то для второго звена число степеней свободы (Н) в относительном движении (подвижность пары) будет равно Н = 6 – S.

По числу степеней свободы кинематические пары подразделяются на одноподвижные (Н = 1, S = 5), двухподвижные (Н = 2, S = 4), трехподвижные (Н = 3, S = 3), четырехподвижные (Н = 4, S = 2) и пятиподвижные (Н = 5, S = 1).

При S = 0 кинематические пары не существуют, так как два тела независимы друг от друга.

При S = 6 два тела не имеют относительного движения и превращаются в одно звено.

Рис. 3.3.2

Виды одноподвижных кинематических пар:

• п оступательная кинаметическая пара (рис. 3.3.2, а) – кинематическая пара, с геометрическим замыканием, допускает лишь прямолинейное возвратно-поступательное относительное движение;

• вращательная (рис. 3.3.2, б) – кинематическая пара с геометрическим замыканием по цилиндрической поверхности, допускает вращательное движение одного звена относительно другого звена;

• винтовая (рис. 3.3.2, в) – кинематическая пара, в которой поступательное движение вдоль оси связано определенной зависимостью с вращательным движением вокруг оси.

Виды двухподвижных кинематических пар:

• цилиндрическая (рис. 3.3.2, г) – кинематическая пара, с геометрическим замыканием, допускает независимые вращательное и поступательное относительные движения звеньев;

• сферическая (рис. 3.3.2, д) кинмаетическая пара с пальцем, который перемещается в кольцевом пазу, допускает поворот вокруг оси пальца и поворот относительно оси, перпендикулярной плоскости кольцевого паза и проходящей через центр сферы.

Виды трехподвижных кинематических пар:

• сферическая (шаровой шарнир) (рис. 3.3.2, е) – кинематическая пара с геометрическим замыканием, допускает три независимых относительных вращения звеньев вокруг осей х, у, z;

• плоскостная (рис. 3.3.2, ж) – кинематическая пара с силовым замыканием силой тяжести звена, допускает два поступательных движения вдоль осей х и у и вращательное вокруг оси z.

Четырехподвижная кинематическая пара: цилиндр-плоскость (рис. 3.3.2, з) – кинематическая пара,в которой происходит движение цилиндра относительно плоскости или вращение вокруг осей х и y и скольжение вдоль осей х и у.

Пятиподвижная кинематическая пара: шар–плоскость (рис. 3.3.2, и) – кинематическая пара, в которой происходит, движение шара относительно плоскости, три вращения вокруг осей х, у, z и скольжение по плоскости вдоль осей х и у. Поступательное движение шара вдоль оси z вниз невозможно, так как ограничено плоскостью, а при движении вверх происходит отрыв шара от плоскости, и кинематическая пара перестает существовать. Требует силового замыкания.