Сборник расчетно-практических работ

СБОРНИК РАСЧЕТНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

для самостоятельной работы

по учебной дисциплине «Техническая механика»

для студентов специальностей среднего профессионального образования

г. Чернушка – 2016

СБОРНИК РАСЧЕТНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ для самостоятельной работы по дисциплине «Техническая механика по программе подготовки специалистов среднего звена 21.02.01 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 21.02.02 Бурение нефтяных и газовых скважин, 21.02.03. Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ (базовой подготовки), 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).

- Чернушка: ГАПОУ «Краевой политехнический колледж», 2017. – 50с.

Составитель: Трегубова Ольга Павловна, преподаватель ГАПОУ «Краевой политехнический колледж»

617830, г.Чернушка, ул. Юбилейная, 10

ГАПОУ «Краевой политехнический колледж», 2017

Содержание

Пояснительная записка
СТАТИКА
Расчетно-практическая работа №1. Тема: «Плоская система сходящихся сил»».
Расчетно-практическая работа №2. Тема: «Плоская система произвольнорасположенных сил»
Методические указания по подготовке к контрольной работе №1
КИНЕМАТИКА
Расчетно-практическая работа №3. Тема: «Кинематика точки»
Методические указания по подготовке к контрольной работе №2
ДИНАМИКА
Практическая работа №4. Тема: «Метод кинетостатики для материальной точки»
Методические указания по подготовке к контрольной работе №2
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Расчетно-практическая работа №5. Тема: «Растяжение и сжатие»
Расчетно-практическая работа №6 Тема: «Кручение»
Методические указания по подготовке к контрольной работе №3
ДЕТАЛИ МАШИН
Практическая работа №7 Тема: «Разъемные соединения»
Практическая работа №8 Тема: «Механические передачи»
Методические указания по подготовке к контрольной работе №4

Пояснительная записка

Сборник расчетно-практических работ для самостоятельной работы составлен в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по программам подготовки специалистов среднего звена по специальностям 21.02.01 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, 21.02.02 Бурение нефтяных и газовых скважин, 21.02.03. Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ (базовой подготовки), входящих в состав укрупненной группы специальностей 21.00.00 Прикладная геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия, а также для специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).

Учебная дисциплина «Техническая механика» устанавливает базовые знания для освоения специальных дисциплин.

В результате освоения учебной дисциплины студент должен:

уметь:

- определять напряжения в конструкционных элементах;

- определять передаточное отношение;

- проводить расчет и проектировать детали и сборочные единицы общего назначения;

- проводить сборочно-разборочные работы в соответствии с характером соединений деталей и сборочных единиц;

- производить расчеты на сжатие, срез и смятие;

- производить расчеты элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость;

- собирать конструкции из деталей по чертежам и схемам;

- читать кинематические схемы.

знать:

- виды движений и преобразующие движения механизмы;

- виды износа и деформаций деталей и узлов;

- виды передач; их устройство, назначение, преимущества и недостатки, условные обозначения на схемах;

- кинематику механизмов, соединения деталей машин, механические передачи, виды и устройство передач;

- методику расчета конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформации;

- методику расчета на сжатие, срез и смятие;

- назначение и классификацию подшипников;

- характер соединения основных сборочных единиц и деталей;

- основные типы смазочных устройств;

- типы, назначение, устройство редукторов;

- трение, его виды, роль трения в технике;

- устройство и назначение инструментов и контрольно-измерительных приборов, используемых при техническом обслуживании и ремонте оборудования.

Формируемые компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды, за результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Учебная дисциплина «Техническая механика» базируется на знаниях и умениях, полученных при изучении физики и математики, является базовой для дисциплин профессионального цикла.

Программа курса рассчитана на 174 часа учебных и 87 часов самостоятельной работы.

Решение задач способствует лучшему пониманию и закреплению теоретических знаний. Задания желательно выполнять непосредственно после изучения соответствующей темы, такая последовательность будет способствовать лучшему закреплению знаний.

Методические рекомендации к выполнению заданий по алгаритмам.

При выполнении задания по заданному алгаритму, необходимо:

1) изучить краткие теоретичекие сведения по теме задания;

2) прочитать источник литературы, соответсвующий теме задания, указанный в перечне;

3) изучить алгаритм по теме задания;

4) изучить прмеры выполнения типовых заданий;

5) оформить выполнение задания в тетради для самостоятельных работ. Запись должна содержать номер задания, условие задания, решение, полный ответ, проверку (если необходимо), вывод (если необходимо);

6) сдать работу преподавателю в соответствии с установленным сроком.

СТАТИКА

Задание.

Определить усилия в стержнях кронштейна от приложенной внешней силы (рис. 10). Трением в блоке пренебречь. Данные для своего варианта взять из таблицы 1.

Рисунок 10.

Таблица 1.

Вариант	FТ, кН	Углы, град.	Вариант	FТ, кН	Углы, град.
	a	b	g	a	b	g

Расчетно-практическая работа №2.

Пример решения задачи.

Определить опорные реакции балки, лежащей на двух опорах. Данные своего варианта взять из таблицы.

Дано: F = 102 кН; q = 4 кН/м; М = 8 кН·м; а₁ = 1 м; а₂ = 2 м; а₃ = 1 м

Определить: R_Ах; R_Аy; R_Ву

Рисунок 12.

Решение:

1) Составим расчетную схему (рис. 12)

2) Составим уравнения равновесия для системы параллельных сил в соответствии с первой формой уравнений равновесия (2):

;

;

;

3) Решим их относительно неизвестных:

из 1-го уравнения:

из 2-го уравнения:

Проверка:

Для проверки правильности решения задачи примем уравнение, которое не использовалось при решении:

;

0 = 0, следовательно опорные реакции определены правильно.

Задание.

Определить опорные реакции балки лежащей на 2-ух опорах (рис.13). Данные своего варианта взять из таблицы 2.

Рисунок 13

Таблица 3

Вариант	F, кН	q, кН/м	М, кН*м	а1, м	а2, м	а3, м
				0,6	1,5	0,4
				0,2		0,2
				0,4		0,4
				1,5		1,5
				1,2		1,4
				1,5		1,4
				1,6	2,2	1,6
				1,5	1,6	1,5
				1,3	1,4	1,3
				1,2	1,6	1,2
				1,3	1,6	1,3
				1,2		1,2
				1,2		1,4
				1,1		1,3
				1,2		1,5
				1,1		1,4
				1,5		1,3
				1,4	2,2	1,2
				1,3	2,4	1,2
				1,4	2,4	1,4
				0,5		0,2
				0,7	2,2	0,4
				0,8	1,4	0,3
				1,0	0,8	0,2
				1,2	1,2	0,5
				0,4	1,6	0,7
				0,7	1,8	0,6
				0,8		1,2
				1,0	2,2	0,6
				1,4	1,6	0,8

Методические указания по подготовке к контрольной работе №1

Раздел: Статика

Время выполнения:4 часа

Контрольная работа является одной из составляющих учебной деятельности студента по овладению знаниями по технической механике. К ее выполнению необходимо приступить только по­сле изучения тем дисциплины.

Целью контрольной работы является определения качества усвоения лекционного материала и части дисциплины, предназначенной для самостоятельного изучения.

Задачи, стоящие перед студентом при подготовке и написании контрольной работы:

1) закрепление полученных ранее теоретических знаний;

2) выработка навыков самостоятельной работы

Контрольные выполняются студентами в аудитории, под наблюдением преподавателя. Тема контрольной работы известна и проводится она по сравнительно недавно изученному материалу.

По содержанию работа включает теоретический материал, задачи, тесты, расчеты. Выполнению контрольной работы предшествует инструктаж преподавателя.

Ключевым требованием при подготовке контрольной работе выступает творческий подход, умение обрабатывать и анализировать информацию, делать самостоятельные выводы, обосновывать целесообразность и эффективность предлагаемых рекомендаций и решений проблем, чётко и логично излагать свои мысли. Подготовку контрольной работы следует начинать с повторения соответствующего раздела учебника, учебных пособий по данной теме и конспектов лекций.

КИНЕМАТИКА

Тема: «Кинематика точки»

Цель задания.

1) Научиться определять параметры кинематического движения точки по заданному уравнению движения.

2) Научиться строить кинематические графики.

Время выполнения:8 часов.

Для выполнения задания необходимо знать:

Основной задачей кинематикиявляется изучение общих законов движе­ния материальных точек и твердых тел без учета причин, их вызывающих. Кинематика отвечает на вопрос: как движется тело.

Механическое движение — это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Любое механическое движение характеризуется следующими парамет­рами:

Траектория движения — это линия, вдоль которой движется тело. В за­висимости от траектории движение может быть прямолинейным и криволиней­ным.

Путь s — это расстояние, пройденное телом вдоль линии траектории (рис. 14).

Рисунок 14

Перемещение S— это направленный отрезок прямой, соединяющий на­чальное и конечное положение тела (см. рис. 14).

Скорость v — это величина, характеризующая быстроту изменения прой­денного пути за единицу времени:

Касательное ускорениеа_τ — это величина, которая характеризует быст­роту изменения величины скорости за единицу времени:

Рисунок 15.

Касательное ускорение всегда направлено по линии вектора скорости (рис. 15).

Нормальное ускорениеа_п — это величина, которая характеризует изме­нение направления вектора скорости:

(5)

где r — радиус кривизны траектории. Полное ускорение

Нормальное ускорение всегда направлено по радиусу к центру кривизны траектории (рис. 16).

Рисунок 15

Виды движения точки в зависимости от ускорения:

1) равномерное — это движение точки с постоянной по величине скоростью. Ха­рактеризуется следующими величинами:

v = s/t = const; s = vt; a_τ=0; a_n = v²/r. (6)

Равномерное движение можно изобра­зить графически (рис. 16).

Рисунок 16

Рисунок 17

2) равнопеременное , равноускоренное, равнозамедленное — это движение точки с постоянным касательным ускорением. Характеризуется следующи­ми величинами (рис. 17):

(7)

; (8)

Методические рекомендации к выполнению задания.

1) Продифференцировать заданное уравнение движения, чтобы получить уравнение скорости

(9)

2) Продифференцировать уравнение скорости, чтобы получить значение касательного ускорения:

(10)

3) Составить свободную таблицу числовых значений S, υ, a_t при значениях времени t от 0 до 4 с.

4) Построить графики S, υ, a_t выбрав масштабы для изображения по осям ординат, а также одинаковой для всех графиков масштаб времени по оси абсцисс.

Пример выполнения задания.

Точка движется прямолинейно согласно уравнению S = 17t – 2t² м. Построить графики расстояний, скорости и ускорения для первых пяти секунд движения.

1) Определим закон изменения скорости движения точки.

(11)

Υ = (17t-2t²)' = 17-4t, м/с (12)

2) Определим ускорение точки

(13)

а_t = (17 – 4t)' = -4 м/с²

Поскольку ускорение постоянное, т.е. a_t = const, следовательно движение точки является равнопеременным (равнозамедленным).

3) Составим свободную таблицу значений S, υ, a_t, для первых пяти секунд движения

Таблица 4

t, с
S=17t - 2t2, м
υ=17 - 4t, м/с						-3
аt=-4 м/с2	от времени не зависит

4) Построим графики S, υ, a_t, выбрав масштаб.

Рисунок 15

Рисунок 16

Рисунок 17

Если условно принять ускорение свободного падения g ≈ 10 м/с² и пренебречь сопротивлением воздуха, то можно сказать, что графики описывают движение материальной точки (камня, например), брошенного вертикально вверх со скоростью υ₀ = 17 м/с.

Задание.

Построить графики пути, скорости и ускорения точки, движущейся прямолинейно согласно закону для первых пяти секунд движения. Данные из своего варианта взять из таблицы 4.

Таблица №4

Вариант	Уравнение движения точки	Вариант	Уравнение движения точки
1.	S= 20t-5t2	16.	S= 16t-5t2
2.	S= 20t-4t2	17.	S= 16t-4t2
3.	S= 20t-3t2	18.	S= 16t-3t2
4.	S= 20t-2t2	19.	S= 16t-2t2
5.	S= 19t-5t2	20.	S= 15t-5t2
6.	S= 19t-4t2	21.	S= 15t-4t2
7.	S= 19t-3t2	22.	S= 15t-3t2
8.	S= 19t-2t2	23.	S= 15t-2t2
9.	S= 18t-5t2	24.	S= 14t-5t2
10.	S= 18t-4t2	25.	S= 14t-4t2
11.	S= 18t-3t2	26.	S= 14t-3t2
12.	S= 18t-2t2	27.	S= 14t-2t2
13.	S= 17t-5t2	28.	S= 13t-5t2
14.	S= 17t-4t2	29.	S= 13t-4t2
15.	S= 17t-3t2	30.	S= 13t-3t2

Методические указания по подготовке к контрольной работе №2

Раздел:Кинематика

Время выполнения:2 часа

Контрольная работа является одной из составляющих учебной деятельности студента по овладению знаниями по технической механике. К ее выполнению необходимо приступить только по­сле изучения тем дисциплины.

Целью контрольной работы является определения качества усвоения лекционного материала и части дисциплины, предназначенной для самостоятельного изучения.

Задачи, стоящие перед студентом при подготовке и написании контрольной работы:

3) закрепление полученных ранее теоретических знаний;

4) выработка навыков самостоятельной работы

Контрольные выполняются студентами в аудитории, под наблюдением преподавателя. Тема контрольной работы известна и проводится она по сравнительно недавно изученному материалу.

По содержанию работа включает теоретический материал, задачи, тесты, расчеты. Выполнению контрольной работы предшествует инструктаж преподавателя.

Ключевым требованием при подготовке контрольной работе выступает творческий подход, умение обрабатывать и анализировать информацию, делать самостоятельные выводы, обосновывать целесообразность и эффективность предлагаемых рекомендаций и решений проблем, чётко и логично излагать свои мысли. Подготовку контрольной работы следует начинать с повторения соответствующего раздела учебника, учебных пособий по данной теме и конспектов лекций.

ДИНАМИКА

Практическая работа №4.

«Метод кинетостатики для материальной точки»

Цель:

1) Проверить степень усвоения темы «Метод кинетостатики для материальной точки.

2) Научиться решать задачи динамики, применяя принцип Даламбера (кинетостатики).

Время выполнения: 8 часов.

Для выполнения задания необходимо знать:

Механическая работа — это процесс перемещения тела под действием приложенной силы.

Работа при поступательном движении равна произведению силы на пе­ремещение и на косинус угла между ними (рис. 18):

(14)

Рисунок 18.

Работа силы тяжестиравна произведению силы тяжести на высоту (рис. 19):

(15)

Рисунок 19

Величина работы зависит от угла между направлением силы и перемеще­нием:

1) если α = 0° ( рис 20, a), W = FS

2) если α= 180° ( рис20, б), W = - FS

3) если α= 90° ( рис 20, в), W = 0.

Рисунок 20

Работа силы трения определяется по следующим формулам:

а) если тело движется горизонтально (рис. 21),

(16)

Рисунок 21

Сила трения (величина, возникающая в ре­зультате взаимодействия двух трущихся поверхностей)­

(17)

где R _n — сила нормального давления ; f — коэффициент трения скольжения, величина которого зависит от свойств трущихся поверхностей.

б) если тело движется по наклонной плоскости (рис. 22),

W = - F_тр S = - mg cosα f S (18)

(19)

Рисунок 22

Работа при вращательном движении (рис. 23) определяется по формуле

W = F S = F r φ, или W = М φ (20)

где

s = r φ,

M = M₀ (F) = F r.

За единицу работы принимается 1 Дж: 1Дж =1Нм.

Рисунок 23

Мощность при поступательном движении

Р = W /t = F S cosα/t = Fv cosα (21)

Если a = 0, то P=Fv.

Мощность при вращательном движении

P = W/t = M φ/t = M ω (22)

КПД машин и механизмов — это величина, которая показывает, какая часть от всей выполненной работы расходуется полезно:

(23)

где

W_nonл , W_затр — полезная и затраченная работа;

Р _пол , Р _затр — полезная и затраченная мощность.

За единицу мощности принимается 1 Вт: 1 Вт = 1 Дж/с.

Методические указания к выполнению задания.

1) Составить расчетную схему согласно условию, записать, что дано и что требуется определить.

₂₎ Расставить все активные, реактивные силы и силу инерции F_уб.

3) Приложить ось координат.

4) Составить уравнение равновесия, спроектировать все силы на ось.

5) Вычислить неизвестную величину F_уб из уравнения и определить скорость движения.

6) Написать ответ.

Пример решения задачи.

С какой скоростью мотоциклист должен проехать по выпуклому мосту, радиус кривизны которого равен 25 м, чтобы в самой верхней точке моста сила давления мотоцикла на мост была в три раза меньше его общей с мотоциклом силы тяжести?

Решение.

1)

Y

Х0

А

Составим расчетную схему, на которой покажем активную силу ( ), реактивную силу и силу инерции .

Дано:

r = 25 м

R = = , Н

n = 3

_________________________

Определить: υ - ?

Рисунок 24.

2) Спроектируем все силы на ось Y:

ΣF_iy = 0; F_уб + R – F_т = 0.

3) Поскольку необходимо определить скорость движения мотоциклиста, а она входит в формулу центральной силы следовательно выразим F_уб:

F_уб. = F_т - R

4) Выразим все величины через исходные данные для расчета

5) Сокращая на величину массы получаем:

6) Определим скорость движения:

Ответ: υ = 12,8 м/с

Задание.

С какой скоростью мотоциклист должен проехать по выпуклому мосту, радиус кривизны которого задан, чтобы в самой верхней точке моста сила давления мотоциклиста на мост была в n раз меньше (из таблицы) его общей с мотоциклистом силы тяжести. Данные своего варианта взять из таблицы 5.

Таблица №5

Вариант	r, м	n	Вариант	r, м	n

Методические указания по подготовке к контрольной работе №2

Раздел: Динамика

Время выполнения:2 часа

Контрольная работа является одной из составляющих учебной деятельности студента по овладению знаниями по технической механике. К ее выполнению необходимо приступить только по­сле изучения тем дисциплины.

Целью контрольной работы является определения качества усвоения лекционного материала и части дисциплины, предназначенной для самостоятельного изучения.

Задачи, стоящие перед студентом при подготовке и написании контрольной работы:

1) закрепление полученных ранее теоретических знаний;

2) выработка навыков самостоятельной работы

Контрольные выполняются студентами в аудитории, под наблюдением преподавателя. Тема контрольной работы известна и проводится она по сравнительно недавно изученному материалу.

По содержанию работа включает теоретический материал, задачи, тесты, расчеты. Выполнению контрольной работы предшествует инструктаж преподавателя.

Ключевым требованием при подготовке контрольной работе выступает творческий подход, умение обрабатывать и анализировать информацию, делать самостоятельные выводы, обосновывать целесообразность и эффективность предлагаемых рекомендаций и решений проблем, чётко и логично излагать свои мысли. Подготовку контрольной работы следует начинать с повторения соответствующего раздела учебника, учебных пособий по данной теме и конспектов лекций.

СОРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Тема: «Растяжение и сжатие»

Цель:

1) закрепитьосновные понятия сопротивления материалов деформация растяжения сжатия;

2) производить расчеты на сжатие;

3) производить расчеты элементов конструкций на прочность;

4) строить эпюры напряжений.

Время выполнения: 8 часов.

Для выполнения задания необходимо знать:

Растяжением или сжатием называется такой вид деформации, при кото­ром в поперечном сечении бруса возникает один ВСФ — продольная сила N. Она равна алгебраической сумме проекций на про­дольную ось внешних сил, действующих на отсеченную часть бруса:

(23)

Так как величина продольных сил в разных сечениях бруса неодинакова, то строится эпюра продольных сил. Эпюра продольных сил - график, показывающий изменения ве­личины продольных сил в сечении бруса по его длине.

Последовательность построения эпюр продольных сил:

1. Разбиваем брус на участки, ограниченные точками приложения сил (нумерацию участков ведем от незакрепленного конца).

2. Используя метод сечений, определяем величину продольных сил в се­чении каждого участка.

3. Выбираем масштаб и строим эпюру продольных сил, т.е. под изобра­жением бруса (или рядом) проводим прямую, параллельную его оси, и от этой прямой проводим перпендикулярные отрезки, соответствующие в выбран­ном масштабе продольным силам (положительное значение откладываем вверх (или вправо), отрицательное — вниз (или влево)).

Под действием продольных сил в поперечном сечении бруса возникает нормальное напряжение, которое определяется по формуле:

(24)

где

А — площадь поперечного сечения участка.

Гипотеза плоских сечений устанавливает, что при растяжении (сжатии) сечение бруса остается плоским и перпендикулярным линии действия силы. Закон Гука при растяжении - нормальное напряжение, возникающее в поперечных сечениях при растяжении в пределах упругости, прямо пропорционально продольной деформации:

(25)

где

Е — коэффициент пропорциональности, который называется модулем упругости.

Он характеризует жест­кость материала, из которого изготовлен элемент конструкции. Для различных материалов его значения определены экспериментально.

Закон Гука для определения деформации растяжения:

(26)

где

— абсолютное изменение продольных размеров;

l₀ — первоначальные размеры элемента;

ЕА — величина, характеризующая жесткость сечения бруса.

Условие прочности при растяжении: рабочее напряжение должно быть меньше или равно допускаемому напряжению, т.е.

(27)

Используя это условие, можно выполнить три вида расчетов на прочность при растяжении.

1) Проверочный — проверка прочности: по заданной рабочей нагрузке и заданному размеру сечения определяем рабочее напряжение и сравниваем его с допускаемым напряжением. Если - удовлетворяет условию проч­ности , если - не удовлетворяет условию проч­ности

2) Проектный — подбор размера сечения по заданной рабочей нагрузке и допускаемому напряжению: (например для вала) -

3) Проверочно-уточненный— определение допускаемого значения рабочей нагрузки по заданному размеру сечения и допускаемому напряжению. (например для круглого бруса):

Задание(подставь и посчитай)

Определение деформации растяжения – сжатия ступенчатого бруса.

Построить эпюры продольных сил и нормальных напряжений для на­груженного стального винта(3) съёмника подшипников (рис. 25). Определить удлинение (укорочение) винта, если Е_ст= 2 ·10⁵ МПа.

Рисунок 25

Дано: F₁ = кН; F₂ = кН ; F₃ = кН ;

А₁ = 2 см² = 2 ·10² мм² ; А₂ = 4 см² = 4 ·10² мм² ; Е_ст = 2 ·10⁵ МПа ; l₀₁ = 100 мм ; l₀₂ = 50 мм ; l₀₃ = 200 мм ; l₀₄ = 150 мм

Определить: ∆l

Решение.

1) Определяем продольные силы и строим их эпюру:

2) Определяем величину нормальных напряжений и строим их эпюру:

3) Используя видоизмененный закон Гука, определяем удлинение бруса:

∆l = ∆l₁ + ∆l₂ + ∆l₃ + <