Решение тренировочных заданий

Пример 4.1

Определить реакции связей балки, показанной на рисунке. В точке А балка имеет неподвижную шарнирную опору, в точке В – подвижную шарнирную опору на катках. На балку действует силы Р=5 кН; пара сил с моментом М = 2 кНм, равномерно распределена нагрузка интенсивностью q = 1 кН/м. Все действующие силы и размеры показаны на рисунке 4.1

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.1

Решение

1. Объектом равновесия является балка АВ. На нее действует плоская система сил, поэтому выбираем плоскую систему отсчета, прямоугольные оси координат XAY.

2. На балку действуют: сосредоточенная сила Р, пара сил с моментом М, распределенная нагрузка q. Заменим распределенную нагрузку равнодействующей сосредоточенной силой:

Q = q*a1 =1Н

Эта сила приложена в середине участка ДА.

3. На балку наложены связи: в точке А шарнирно- неподвижная опора, в точке В- шарнирно- подвижная опора.

Отбрасываем связи и заменяем их реактивными силами. Реакция шарнирно- неподвижной опоры в точке А лежит в плоскости ^ оси шарнира (в плоскости чертежа), направление ее зависит от направления и величины активных сил, поэтому раскладываем ее на составляющие по координатным осям Ах и Ау –RA- (ХА, УА). Реакция опоры в точке В направлена

по нормалям к опорной поверхности. Силы, направленные под углом к осям координат, разложим на составляющие, параллельные осям:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Расчетная схема приведена на рис.4.2.

Таким образом, балка находится под действием плоской системы сил.

D
Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.2

4. Для плоской системы сил можно составить три не зависимых уравнения равновесия, в задаче три неизвестных силы ХА, УА, RB- задача статически определима.

5. Уравнения равновесия:

S Fix =0; XA-Pcos 45°-RBsin30°=0 (1)

S Fiy =0; YA-Q –Psin45° +RBcos30°=0 (2)

SMA(Fi) =0; Решение тренировочных заданий - student2.ru (3)

из уравнения (3):

Решение тренировочных заданий - student2.ru

из уравнения (1):

Решение тренировочных заданий - student2.ru

из уравнения (2):

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Направление вектора RA определим по направляющим косинусам:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Если в значении реактивной силы получаем знак “минус”, это значит, что реактивная сила направлена в сторону противоположную принятой по схеме.

Ответы: RA = 5,87 кН, RB = 2,85 кН

Пример 4.2

Даны уравнения движения точки в плоскости XY:

X= -2 cos Решение тренировочных заданий - student2.ru , Y=2 sin Решение тренировочных заданий - student2.ru

(X, Y- в см, t – в с).

Определить:

ü уравнение траектории точки;

ü скорость и ускорение точки, а также ее касательное и нормальное ускорения и радиус кривизны траектории при t=1 с.

Решение:

1. Для определения уравнения траектории точки у=f(x) необходимо исключить из заданных уравнений движения время t. Поскольку t входит в аргументы тригонометрических функций, где один аргумент вдвое больше другого, используем формулу:

cos 2α =1-2 sin2α или cos Решение тренировочных заданий - student2.ru , (1)

Из уравнений движения находим выражения функций:

cos Решение тренировочных заданий - student2.ru sin Решение тренировочных заданий - student2.ru

Полученные значения функций подставляем в равенства (1).

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Окончательно находим следующее уравнение траектории точки (рис.4.3)

Решение тренировочных заданий - student2.ru X=(y+1)2+1

 
 
  2. Скорость точки найдем по ее проекциям на координатные оси:   vx= Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru   Решение тренировочных заданий - student2.ru
Решение тренировочных заданий - student2.ru

 

Рис.4.3

при t1=1 c: v1x=1,11 см/с, v1y=0,73 см/с, v1=1,33 см/с

3. Аналогично найдем полное ускорение точки

Решение тренировочных заданий - student2.ru .

и при t1=1 c:

Решение тренировочных заданий - student2.ru , Решение тренировочных заданий - student2.ru

4.Касательное ускорение Решение тренировочных заданий - student2.ru найдем, дифференцируя по времени равенство V2=Vx2+Vy2. Получим:

Решение тренировочных заданий - student2.ru и Решение тренировочных заданий - student2.ru .

Числовые значения величин Vx, Vy, ax, ay, входящих в правую часть выражения, определены выше. Подставив эти значения, найдем, что при t1=1 c Решение тренировочных заданий - student2.ru .

5.Нормальное ускорение точки найдем из равенства Решение тренировочных заданий - student2.ru откуда Решение тренировочных заданий - student2.ru . Подставляя найденные числовые значения a1 и a1τ, получим, что при t1=1 c, a1n=0,58 см/с2.

6. Радиус кривизны траектории определим из выражения Решение тренировочных заданий - student2.ru ,

или Решение тренировочных заданий - student2.ru Подставляя числовые значения V1 и a1n, найдем, что при t1=1 c, ρ1=3,05 cм.

Ответ: V1=1,33 см/с, a1=0,88 см/с2, Решение тренировочных заданий - student2.ru

a1n=0,58 см/с2, ρ1=3,05 cм.

Пример 4.3

Определить скорость, касательное, нормальное и полное ускорение точки М механизма, показанного на рисунке 4.4 в момент времени t =10. Груз 1 опускается по закону S=0,4(t3 +2t) м, R1=0,1 м; R 2=0,15 м; R3=0,3 м; R4=0,6м.

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.4

Решение

1. Скорость точки В нити (скорость точки В колеса) равна:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

2. Угловая скорость ступенчатого колеса 2

Решение тренировочных заданий - student2.ru

3. Скорость точки А

Решение тренировочных заданий - student2.ru

4. Угловая скорость колеса 3

Решение тренировочных заданий - student2.ru

5. Угловое ускорение колеса 3

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

6. Cкорость точки М

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

При t=2c: VM=(6*22-4)0,15=3 м/с

7. Нормальное ускорение точки М (рис. 4.5)

Решение тренировочных заданий - student2.ru

При t=2c; Решение тренировочных заданий - student2.ru

8. Тангенциальное ускорение точки М

Решение тренировочных заданий - student2.ru

При t=2c: Решение тренировочных заданий - student2.ru

9. Полное ускорение точки М

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис. 4.5

Ответы: VМ=3 м/с; Решение тренировочных заданий - student2.ru =3.6 м/с2; Решение тренировочных заданий - student2.ru =60 м/с2; Решение тренировочных заданий - student2.ru 60.1 м/с2

Пример 4.4

В механической системе (Рис.4.6) определить скорость груза 2, в момент времени, когда груз 1 переместится на величину S1=1м, если m1= 4кг, m2=2кг, m3=3кг, радиусы ступенчатого шкива R3=20см, r3=10см. Сила F, приложенная к грузу 1 изменяется по закону F=70 (1+S) (Н), коэффициент трения скольжения груза 1- f1=0,12. Масса шкива равномерно распределена по его объему.

Дано:

m1=4; m2=2 кг; m3=3 кг; R3=20 см; r3=10 см ; F=70 (1+S) (н); f1=0,12; S1=1 м.

Определить V2

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.6

Решение

1. Для решения задачи применим теорему об изменении кинетической энергии системы

Решение тренировочных заданий - student2.ru , (1)

В начальный момент система находилась в покое - TO =0.

Уравнение (1) принимает вид: Решение тренировочных заданий - student2.ru

2. Определим T1

T – кинетическая энергия системы в момент времени, соответствующий перемещению груза 1- на S1

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru - кинетическая энергия груза 1, перемещающегося поступательно.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Выразим V1 через скорость груза 2.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru - кинетическая энергия груза 2, перемещающегося поступательно.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru - кинетическая энергия шкива 3, вращающегося вокруг неподвижной оси 0. Решение тренировочных заданий - student2.ru - момент инерции шкива относительно оси вращения.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Выразим угловую скорость ω3 через скорость груза 2.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Окончательно имеем:

Решение тренировочных заданий - student2.ru . (2) Определим сумму работ всех внешних сил, действующих в системе на перемещениях, соответствующих S1. Выразим все перемещения через S1.

Покажем на схеме все внешние силы системы – Решение тренировочных заданий - student2.ru – силы тяжести элементов; Решение тренировочных заданий - student2.ru – сила трения груза 1; Решение тренировочных заданий - student2.ru –нормальные реакции опорных поверхностей, Решение тренировочных заданий - student2.ru – движущаяся сила.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Работа силы тяжести Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Дж

g =10 м/с2 - принимаем для всех расчетов.

Работа силы тяжести P2-AP2

Решение тренировочных заданий - student2.ru Дж Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Работа силы тяжести P3- Ap3 = 0 , т.к. точка приложения этой силы

неподвижна.

Работа силы Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Дж

Работа силы трения Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Работы реакций, Решение тренировочных заданий - student2.ru так как эти силы перпендикулярны перемещениям.

Окончательно: Решение тренировочных заданий - student2.ru =28,3-34,6+105-3,4=95,3 Дж , (3)

4. Выражения (2) и (3) подставляем в уравнение (1)

Решение тренировочных заданий - student2.ru , Решение тренировочных заданий - student2.ru м/с

Ответ: Скорость груза 2 в момент времени, соответствующий перемещению S1

Решение тренировочных заданий - student2.ru м/с

Пример 4.5

Груз массой m, получив в точке А начальную скорость V0, движется в изогнутой трубе АВС, расположенной в вертикальной плоскости. На участке АВ на груз кроме силы тяжести действуют сила Решение тренировочных заданий - student2.ru и сила сопротивления среды Решение тренировочных заданий - student2.ru . С достигнутой на участке АВ скоростью груз в точке В переходит на движение по участку ВС. На этом участке на груз кроме силы тяжести действует сила F, направленная по линии движения груза (ось X) и сила трения скольжения. Коэффициент трения f. Найти закон движения груза на участке ВС (рис. 4.7).

 
Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.7

Дано: m=1,6 кг, V0=18 м/с, Q=4 Н, R=0,4V Н,

t1=2 с, f=0,2, F=4cos (4t) Н

Определить: закон движения на участке ВС, т.е. x=f(t)

Решение

1.Рассмотрим движение груза на участке АВ, считая его материальной точкой. На груз действует: Решение тренировочных заданий - student2.ru - сила тяжести, Решение тренировочных заданий - student2.ru - реакция опоры, силы Решение тренировочных заданий - student2.ru и Решение тренировочных заданий - student2.ru .

Проведем ось АZ по направлению движения груза и составим дифференциальное уравнение в проекциях на эту ось.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru (1)

Решим полученное дифференциальное уравнение методом разделения переменных, предварительно выполнив необходимые преобразования.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Для сокращения записи подставим числовые значения:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Разделим переменные и проинтегрируем:

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru (2)

Определим постоянную интегрирования С1 по начальным условиям:

t = 0, VZ0=18 м/с.

Подставим эти значения переменных в уравнение (2):

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Уравнение (2) примет вид:

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Преобразуем уравнение:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Из равенства логарифмов

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Скорость в точке В, для которой t=2с, получим:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

2. Рассмотрим движение груза на участке ВС. На груз действует сила: Решение тренировочных заданий - student2.ru - сила тяжести, Решение тренировочных заданий - student2.ru - сила трения, Решение тренировочных заданий - student2.ru - реакция опоры и заданная сила Решение тренировочных заданий - student2.ru .

Покажем действующие на тело силы на схеме, при этом учтем, что сила трения направлена противоположно движению тела.

Составим дифференциальное уравнение движения груза в проекциях на ось X:

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru (3)

Определим силу трения:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Для определения силы N запишем дифференциальное уравнение движения груза в проекциях на ось Y Решение тренировочных заданий - student2.ru .

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Так как при движении тела вдоль оси X координата Y не изменяется (т.е. Y=const), то Решение тренировочных заданий - student2.ru и, следовательно, Решение тренировочных заданий - student2.ru .

Запишем это равенство в соответствии со схемой сил

N-P=0, откуда N=P=mg; Fтр=fmg.

Уравнение (3) примет вид

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Разделим переменные и проинтегрируем:

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru (4)

Начальные условия для участка ВС: t=0, VX=VB=6,95 м/с.

Подставим начальные условия в уравнение (4) 6,95=С2

Учитывая, что Решение тренировочных заданий - student2.ru и С2=6,95, уравнение (4) примет вид:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru (5)

Определяем С3 из начальных условий: t=0, X0=0

0=-0,156+С3; С3=0,156

Окончательно уравнение примет вид

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Ответ: Закон движения груза на участке ВС

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Пример 4.6

Однородный стержень длиной ℓ, массой m прикреплен под углом α к вертикальному валу (рис.4.8), вращающемуся с постоянной угловой скоростью ω═const. Вал закреплен в подпятнике А и в цилиндрическом подшипнике В. Отрезки АК=КВ=а. Определить реакции связей балки.

Дано: m, ℓ, а, α, ω═const

Определить реакции связей А и В.

Решение.

Решение тренировочных заданий - student2.ru Строим расчетную схему.

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Применим для решения принцип Даламбера. Изобразим действующие на систему силы: силу тяжести Решение тренировочных заданий - student2.ru , реакции связей Решение тренировочных заданий - student2.ru силы инерции элементов однородного стержня. Так как вал вращается равномерно, то элементы стержня имеют только нормальные ускорения Решение тренировочных заданий - student2.ru , где rK- расстояние элементов стержня от оси вращения. Силы инерции элементов стержня направлены от оси вращения и численно равны

Решение тренировочных заданий - student2.ru Рис.4.8 Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.8
Решение тренировочных заданий - student2.ru
Рис.4.8
Эпюра сил инерции элементов стержня образует треугольник.

Полученную систему параллельных сил заменим равнодействующей, равной главному вектору этих сил.

Решение тренировочных заданий - student2.ru ,

где Решение тренировочных заданий - student2.ru - вектор ускорения центра масс стержня

Линия действия равнодействующей Решение тренировочных заданий - student2.ru должна проходить через центр тяжести эпюры сил инерции.

Центр тяжести треугольника находится на расстоянии 2/3 его высоты от вершины (или 1/3 от основания).

Таким образом, равнодействующая сила инерции стержня численно равна

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Вектор силы Решение тренировочных заданий - student2.ru приложен в т. Д, находящейся на расстоянии 2/3ℓ от точки К.

Полученная система сил Решение тренировочных заданий - student2.ru уравновешена.

Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru , (1)

Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru (2)

Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru (3)

Решим полученную систему уравнений. Из уравнения (2): YA=P=mg.

Из уравнения (3):

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru .

Из уравнения (1)

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Ответ: Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Пример 4.7

Для заданной схемы нагружения стержня постоянного сечения ( рис.4.9 )при F=5,0 кН

1) – построить эпюры внутренних сил;

- построить в общем виде эпюры напряжений;

- определить опасный участок;

- из условия прочности (smax = [s]) = 120 МПа определить размер сечения;

- определить напряжения на участках стержня и построить эпюры напряжений стержня.

2) определить размеры равнопрочного стержня и экономию материала при равнопрочном стержне.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.9

Решение.

1. Разбиваем стержень на три участка: A׳B, BC, CD.

2. Определяем внутренние силы на каждом участке стержня.

N1 = N(AB) =F = 5,0 kH

N2 = N(BC) = F-1,5F = -2,5 kH

N3 = N(CD) = F-1,5F+1,2F = 0,7F = 3,5kH

3. Определяем напряжения на каждом участке.

s(1) = Решение тренировочных заданий - student2.ru

s(II) = Решение тренировочных заданий - student2.ru

s(III) = Решение тренировочных заданий - student2.ru

4. Определяем опасный участок.

Опасный участок АВ, где действует сила N1=Nmax=F=5,0 kH

5. Из условия прочности определим площадь сечения.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Принимаем А= 50 мм2

6. Определяем численные значения напряжений

Решение тренировочных заданий - student2.ru s(1)= Решение тренировочных заданий - student2.ru

s(2)= Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

s(3)= Решение тренировочных заданий - student2.ru

По полученным данным строим эпюру напряжений

7. Определяем перемещения на участках стержня

Е- модуль продольной упругости, Е= 2×105 МПа (для стали)

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

По полученным данным строим эпюру перемещений.

8. По полученным данным определяем размеры сечений равнопрочного стержня, у которого напряжения на каждом участке si=[s], i = 1,2,3.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

9. Определяем экономию материала в равнопрочном стержне.

Вес стержня с постоянным сечением, g - удельный вес.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Вес равнопрочного стержня.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Пример 4.8

Для заданной схемы нагружения вала (рис.4.10):

- построить эпюры крутящих моментов;

- найти опасные сечения ;

- определить диаметр вала из условия прочности;

- определить углы закручивания на участках вала, построить эпюру углов закручивания ;

- проверить вал на жесткость, если [q]=1 Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

M=50 кHм, [t]=80МПа, а=1,0 м

Решение

1. Разбиваем вал на участки: 1-й – АВ, 2-й – ВС, 3-й – СД.

Рассмотрим 1-й участок АВ

Проводим сечение 1-1 и рассмотрим равновесие отсеченной части и определяем крутящий момент в сечении 1-1

Мk1 = М

Проводим сечение 2-2 и определяем крутящий момент в сечении 2-2

Mk2=M-3M=-2M

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.10

Крутящий момент в сечении 3-3

Mk3=M-3M+1,5M=-0,5M

По полученным данным строим эпюру “Mk

2. Определяем опасное сечение. Опасными сечениями являются все сечения участка 2, где Mmax= [Mk] = 2M=100 kHм

3. Определяем диаметр вала из условия прочности

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Откуда полярный момент сопротивления

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru = Решение тренировочных заданий - student2.ru

Принимаем d=190 мм

Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru

4. Определяем углы закручивания на участках вала

Решение тренировочных заданий - student2.ru , где:

li – длина участка : a; 1,5а; 0,8а

G – модуль упругости при сдвиге

G= 0,8 × 105 МПа

Jr - полярный момент инерции вала

Jr =

угол закручивания на участке 3:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

угол закручивания на 2-ом участке:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

угол закручивания на 1-ом участке:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

5. Определяем относительные углы закручивания

Решение тренировочных заданий - student2.ru Q1= Решение тренировочных заданий - student2.ru

Q1<[Q]; 0,28<1

Q2= Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru условие жесткости выполняется

6. Определим диаметр вала из условия прочности

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Округляем диаметр d = 130 мм.

Применяем диаметр вала d=190мм,удовлетворяющий условиям прочности и жесткости

Пример 4.9

При заданной схеме нагружения стальной балки двутаврового сечения (рис.4.11)

- построить эпюры Q(x) и M(x)

- определить величины заданных внешних нагрузок q, F и M.

Дано: Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru МПа; Решение тренировочных заданий - student2.ru м; двутавр №18

Решение:

1. Определяем опорные реакции

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru =0,6а

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru ; 0,6q-2q+2,5q-1,1q=0; Решение тренировочных заданий - student2.ru . Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.11

2. Разбиваем балку О на 3 участка (АС; СD; DB)

Участок АС(0 £ x1 £ a)

Q(x1) = RA - q× x1; M(x1) = RA × x1 – q× x1 Решение тренировочных заданий - student2.ru

x1=0; Q(0) = RA = 0,6q x1=0; M(0) = 0

x1=a; Q(a) = RA – qa = 0,6q-q =-0,4q x1=a; M(a) = 0,6q× 1-q Решение тренировочных заданий - student2.ru

Находим Мmax. RA - q Решение тренировочных заданий - student2.ru =0; Решение тренировочных заданий - student2.ru

M(x1)max=0,6q× 0,6 - Решение тренировочных заданий - student2.ru

Участок CD (a £ x2 £ 2a)

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru = Решение тренировочных заданий - student2.ru

= Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Участок DB (0 £ x3 £a)

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

По полученным результатам строим эпюры Q и M. В точке d эпюры изгибающих моментов.

Решение тренировочных заданий - student2.ru , Решение тренировочных заданий - student2.ru - это опасное сечение (при а=1м).

По заданной величине допустимого напряжения [s] = 150 МПа определяем величины предельных нагрузок.

Для двутавра №18 Решение тренировочных заданий - student2.ru ( по таблицам сортамента)

Решение тренировочных заданий - student2.ru kH×м

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Пример 4.10

Для заданной схемы нагружения стержня, у которого:

l = 6м; F = 700kH ; [s] = 160МПа; ( рис.4.12)

Найти: а, Fкр

Решение:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Рис.4.12

1. Определяем осевые моменты инерции:

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru

2.Определяем радиус инерции сечения: Решение тренировочных заданий - student2.ru

Площадь сечения Решение тренировочных заданий - student2.ru =0,433а2

Решение тренировочных заданий - student2.ru =0,204а

3.Определяем размер сечения из условий устойчивости:

- Первое приближение: принимаем jо = 0,5

Площадь сечения Решение тренировочных заданий - student2.ru

Сторона сечения Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru

Радиус инерции сечения: Решение тренировочных заданий - student2.ru

Гибкость стержня:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

m- коэффициент приведенной длины стержня; m = Решение тренировочных заданий - student2.ru = 0,5

Решение тренировочных заданий - student2.ru

По таблице 1.13, Дарков и Шпиро, “Сопротивление материалов”

- j = f(l); j1= 0,58

- Второе приближение: Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru 136 мм

Решение тренировочных заданий - student2.ru ; Решение тренировочных заданий - student2.ru

Следовательно, при а=136 мм стержень удовлетворяет условию устойчивости.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

- Определяем критическую силу:

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Определяем коэффициент запаса по устойчивости: Решение тренировочных заданий - student2.ru

Пример 4.11

Определить длину l сварного соединения в нахлестку двух стальных листов толщиной d= 5,0 мм и шириной а = 100 мм, растягиваем силами F = 25 кН.

Решение

При расчете предполагаем, что распределение срезывающих сварку напряжений равномерное: Решение тренировочных заданий - student2.ru , S – площадь сечения среза.

Площадь сечения среза при наличии лобового фланговых швов

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Условие прочности сварочного соединения Решение тренировочных заданий - student2.ru ,

где Sл – площадь среза лобового шва

Sл = 2а× 0,7d,

а – длина шва

SФ – площадь среза фланговых швов

SФ = 2х× 0,7d,

х – длина флангового шва

Решение тренировочных заданий - student2.ru , Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru , где Решение тренировочных заданий - student2.ru

Принимаем х = 20 мм

l = а + х = 100 +20 = 120 мм.

Пример 4.12

Две стальных листа соединены заклепками. Определить число заклепок, на срез Решение тренировочных заданий - student2.ru = 80 МПа, диаметр заклепки dз = 8,0 мм, сила сдвига Q = 35 кН. Проверить прочность заклепки смятие, если толщина листа h = 7,0 мм.

Решение

1. Из условия прочности на срез определяем поверхность среза

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

2. Определяем число заклепок n

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Принимаем n = 9 заклепок.

3. Проверяем прочность заклепки на смятие

Решение тренировочных заданий - student2.ru Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru 69 МПа < 160 МПа

Условие прочности на смятие выполняется.

Пример 4.13

Рассчитать винт домкрата, а так же определить его КПД. Резьба самотормозящая упорная грузоподъемность Fа = 150 кН, l = 1,0 м, винт – сталь 35 гайка – чугун подпятник – шариковый.

Решение.

1. Определим диаметр винта из условия износостойкости, приняв

[sсм] =6 МПа, yн = 1,8 , yh = 0,75

(yн и yh ) – коэффициент высоты гайки и резьбы.

Решение тренировочных заданий - student2.ru

2. По таблицам стандарта выбираем резьбу

85 х 12 : d = 85 мм, р = 12 мм шаг резьбы

d1 = 64, 2 мм, d2 = 76 мм, h = 9 мм (коэффициенты резьбы), коэффициент трения ¦ = 0,1

Угол подъема резьбы

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Решение тренировочных заданий - student2.ru , что обеспечивает запас самоторможения.

3. Число витков: Решение тренировочных заданий - student2.ru

H = Z×p=12×12 = 144 мм

4. КПД домкрата (при наличии слабой смазки в винте) ¦ = 0,1

Решение тренировочных заданий - student2.ru

Пример 4.14

Определить основные размеры цилиндрической фрикционной передачи привода транспортера. Передаваемая мощность Р, w1 и w2 угловые скорости ведущего и ведомого катков.

Дано: Р = 1,5 квт

w1 = 90 с-1

w2 = 30 с-1

Решение

1. Выбираем материалы катков: ведущий каток – текстолит ПТК, ведомого (большего) катка – чугун С4 – 18.

2. Передаточное число фрикционной передачи

Решение тренировочных заданий - student2.ru

3. Вращающий момент на ведущем валу

Решение тренировочных заданий - student2.ru Н/м

4. Задаемся коэффициент ширины катка Yа =0,3, коэффициент запаса сцепления k = 1,3.

5. Допускаемое контактное напряжение для текстолитовых катков [sн] = 100 МПа, коэффициент трения текстолита по чугуну ¦ = 0,3. Модули упругости текстолита Е1 = 7×103 Мпа, чугуна Е2 = 1,1 × 105 МПа.

Приведенный модуль упругости:

Решение тренировочных заданий - student2.ru Мпа

6. Находим межосевое расстояние

Решение тренировочных заданий - student2.ru мм

7. Определяем основные размеры катков:

- диаметр ведущего катка D1 = 2a/(u+1)=2×106/(3+1)=53мм

- диаметр ведущего катка D2 = D1 ×u = 53×3 = 159 мм

- ширина катков b2 = ya×a = 0,3×106=32 мм

b1 = b2 + 3 = 32+3 = 35 мм.

Тесты по дисциплине

Решение тренировочных заданий - student2.ru 1. Какой вектор силового многоугольника является равнодействующей силой?

а) F1 ; б) F2 ; в) F3 ; г) F4.

2. Момент пары сил М=104 Нм, F=26 Н. Чему равно расстояние АВ?

 
  Решение тренировочных заданий - student2.ru

а) 2м ; б) 4м; в) 6м; г) 8м.

3. Чему равен момент результирующей пары?

 
  Решение тренировочных заданий - student2.ru

а) 5 Нм; б) 9 Нм; в) 31 Нм; г) 45 Нм.

4. Сколько неизвестных сил можно определить, используя уравнения равновесия пространственной произвольной системы сил?

а) 2; б) 3; в) 4; г) 6.

5. Закон движения точки S=2 + 0.1t3. Какой движение совершает точка?

а) Равномерное; б) Равноускоренное; в) Равнозамедленное;

г) Неравномерное

6. Закон движения точки S = 0,5 t2 +2 t. Чему равна начальная скорость?

а) 0,5 м/с; б) 2 м/с; в) 2,5 м/с; г) 3,5 м/с.

7.Тело вращается со скоростью w = 2pt. Какое движение совершает тело?

а) Равномерное; б) Равноускоренное; в) Равнозамедленное ; г) Переменное.

8. К двум материальным точкам массой m =2 кг, m =8 кг приложены одинаковые силы. Какое отношение ускорений точек?

а) a1 = 0,5 a2; б) a1 = 2 a2 ; в) a1 = 4 a2 ; г) a1 = 8 a2.

9. Тело массой 8 кг движется по закону S = 2,5 t2. Какая сила действует на тело?

а) 16 Н ; б) 20 Н ; в) 40 Н ; г) 80 Н.

Решение тренировочных заданий - student2.ru 10. Точка движется по окружности ускоренно. Выберите возможное направление силы инерции.

       
    Решение тренировочных заданий - student2.ru
  Решение тренировочных заданий - student2.ru

а) б) в )

11. Выберите условие прочности при кручении.

а) τmax = Mк-max / Wρ ≤ [τ]; б) τmax = Mк-max · Wρ; в) τmax = Q / A ≤ [τ] .

12. Выберите условие жесткости при кручении.

а) θmax = Mк / G · Jρ ; б) θmax = G · Jρ / Mк ; в) θmax = φ / l .

13. Выберите условие прочности при изгибе.

а) σmax = Mmax / Wρ; б) σmax = Mmax / Wρ; в) σmax = Mmax / Wρ .

14. Определите размерность напряжений.

а) МПа; б) Н / м2 ; в) Н · м.

15. Что характеризует деформацию изгиба?

а) угол поворота сечения «θ»; б) прогиб сечения «у»; в) «θ» и «у».

16. Назовите предел выносливости.

а) σ-1 > σв ; б) σ-1 < σв ; в) σ-1 = τ-1 .

17. Назовите виды циклов нагружения.

а) симметричный, асимметричный, пульсационный;

б) растяжение-сжатие.

18. Из перечисленных деталей назовите детали, которые относятся к группе деталей соединения.

а) муфты; б) шпонки; в) заклепки; г) подшипники; д) валы.

19. Перечислите основные критерии работоспособности детали.

а) прочность; б) жесткость; в) долговечность; г) теплостойкость; д) Виброустойчивость.

20. Какой вид неразъемного соединения стальных деталей имеет в настоящее время наибольшее распространение?

а) заклепочное; б) сварное.

21. На какой вид деформации рассчитывают заклепку? а) срез, растяжение и сжатие; б) срез, смятие; в) срез, растяжение.

22. Зубчатые (шлицевые) соединения проверяют по условию:

прочности на а) изгиб; б) кручение; в) смятие; г) срез.

23. Какое из приведенных отношений называют передаточным числом одноступенчатой передачи?

а) Решение тренировочных заданий - student2.ru ; б) Решение тренировочных заданий - student2.ru ; в) Решение тренировочных заданий - student2.ru .

24. Какой модуль принимают стандартным при расчете косозубой зубчатой передачи?

а) mn;; б) mt; в) oба.

25. Определите передаточное число червячной передачи, если число зубьев колеса равно 30, число витков червяка – 2.

а) 60; б) 15; в) 1/5; г) oпределить нельзя.

26. Укажите возможные варианты сочетания материалов для червяка и червячного колеса.

а) сталь – чугун; б) чугун – чугун; в) бронза – сталь; г) сталь – бронза;

д) чугун – бронза.

27. Как рассчитывают подвижные оси на прочность?

а) только на изгиб; б) только на кручение; в) на совместное действие изгиба и кручения.

28. Как классифицируют подшипники качения по характеру нагрузки, для восприятия которой они предназначены?

а) особо легкая, легкая, средняя, средняя широкая, тяжелая серия;

б) радиальные, радиально-упорные, упорные, упорно –радиальные;

в) шариковые, роликовые конические, игольчатые и т.д.;

г) самоустанавливающиеся, несамоустанавливающиеся;

д) однородные, двухрядные, четырехрядные.

Ответы на тесты по разделам

Раздел “Теоретическая механика”: 1. – в); 2. – б); 3. – б); 4. – б); 5. – а); 6. – б); 7. – в); 8. – б); 9. – а); 10. – б).

Раздел “Сопротивление материалов”: 1. – а); 2. – в); 3. – а); 4. – б); 5. – б); 6. – а); 7. – в); 8. – б); 9. – а).

Раздел “Детали машин”: 1. – а); 2. – а); 3. – а); 4. – а); 5. – а); 6. – а); 7. –а); 8. – а); 9. – а); 10. – а); 11. – а).

Список рекомендуемой литературы

Основная:

1. Яблонский А.А., Никифоров В.М. Теоретическая механика.- М.: Высшая школа, 2006.

2. Яковенко Г.Н. Краткий курс теоретической механики. .- М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006.

3. Аркуша А.И. Техническая механика. . - М.: Высшая школа, 2008.

4. Вольмир А.С., Григорьев Ю.П., Станкевич А.И. Сопротивление материалов : Изд-во: Дрофа,2007.

5. Межецкий Г.Д., Загребин Г.Г., Решетник Н.Н. и др. Сопротивление материалов : Изд-во: Дашков и Ко, 2008.

6. Михайлов А.М. Сопротивление материалов : Изд-во Академия. 2009.

7. Подскребко М.Д. Сопротивление материалов. Практикум по решению задач. - М.: Высшая школа, 2009.

8. Копнов В.А., Кривошапко С.Н. Сопротивление материалов. Руководство для решения задач и выполнения лабораторных и расчетно-графических работ. - М.: Высшая школа, 2009.

9. Сапунов В.Т. Классический курс сопротивления материалов в решениях задач. Изд-во: ЛКИ, 2008.

10. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин. - М.: Высшая школа, 2007.

11. Вагнер В.А.,Звездаков В.П., Тюняев А.В. и др. Детали машин. - М.: Машиностроение, 2007.

12. Чернилевский Д.В. Детали машин и основы конструирования. М.: Машиностроение, 2006.

13. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Машиностроение, 2006.

14. Куклин Н.С., Куклина Г.С., Житков В.К. Детали машин. - М.: Высшая школа, 2007.

15. Вереина Л.И. Техническая механика: Изд-во Академия. 2008.

Дополнительная:

16. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики.- М.: Высшая школа,2001, (все годы издания).

17. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики.-М.:2002, (все годы издания).

18. Дарков А. В., Шпиро Г. С. Сопротивление материалов.- М.: Высшая школа, 1989, (все годы издания).

19. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов.- М.: Наука, 1986, (все годы издания).

20. Степин П. А. Сопротивление материалов.-М: Высшая школа, 1995, (все годы издания).

21. Шевелев И. А., Мозжухина Г. Л. Основы расчета на прочность, Углич, 2003.

22. Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1991.

23. Решетов Д.Н. Детали машин. -М.: Машиностроение, 1989.

24. Чернавский С.А. и. др. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Машиностроение, 1987.

25.Детали машин. Учебно-практическое пособие для студентов специальностей 1706 и 2713 п.ф.о. и с.ф.о. 3 и 4 курса. - М.: МГУТУ, 2009, 60 с. Изд. № 4980.

26.Балакин Ю.А., Буторин Л.В. Детали машин. Рабочая программа, методические документы, тематика курсовых проектов для студентов спец. 290601 , 260602 п.ф.о. и с.ф.о. М.: МГУТУ, 2009, 32 с. Изд. № 5056.

27.Дунаев П.Ф., Леликова О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа, 2006. 399 с.

28.Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Высшая школа, 2006. 432 с.

Для замечаний

Буторин Леонид Васильевич

Вахтанов Сергей Игоревич

Шевелев Иван Андреевич

Механика

Учебно-практическое пособие

Подписано к печати:

Тираж:

Заказ №: -

Наши рекомендации