 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ
| Физический смысл производной
Если точка движется вдоль оси x и ее координата изменяется по закону S(t), Итак: 14. Совокупность множества матеpиальных частиц обpазуют систему матеpиальных точек. Если система матеpиальных частиц такова, что движение каждой ее точки зависит от положения остальных точек, то она называется механической системой матеpиальных точек. Условия, огpаничивающие свободу движения точек системы, называют связями (гибкие, идеально гладкие, шаpниpные). Все силы, действующие на систему несвободных точек, можно разделить на активные (вызывающие движение системы) и пассивные (pеакции связей). Кpоме того, силы делятся на внешние и внутpенние. В н е ш н и м и называют силы, действующие на движущуюся механическую систему извне и ей не пpинадлежат ( 15. Работа силы - мера действия силы, зависящая от численной величины и направления силы F и от перемещения s точки её приложения. Если сила F численно и по направлению постоянная, а перемещение прямолинейно, то работа А = F·scosα, где α — угол между направлениями силы и перемещения.
16. Мощность —это работа, выполняемая в единицу времени: P=W/t. Мощность при поступательном движении: P = Fvcpcosα, где F — модуль силы, действующей на тело; vср — средняя скорость движения тела. Средняя мощность при поступательном движении равна произведению модуля силы на среднюю скоF рость перемещения и на косинус угла между направF лением силы и скорости.
Коэффициент полезного действия. Любая машина и механизм, совершая работу, тратит часть энергии на преодоление сопротивлений. Кроме полезной работы, машина совершает еще и дополнительную работу. Отношение полезной работы к полной работе или полезной мощности ко всей затраченной мощности называется коэффициентом полезного действия (КПД): η=
Полезная работа (мощность) расходуется на движение с заданной скоростью и определяется по формулам: W = F Scosα; P = F vcosα; W = Mврv, P = Mврω. Затраченная мощность больше полезной на величину мощности, идущей на преодоление трения в звеньях машины, на утечки и подобные потери. Чем выше КПД, тем совершеннее машина.
17. К основным механическим свойствам материалов относятся. Прочность— это способность материала не разрушаться под нагрузкой. Жесткость — способность незначительно деформироваться под нагрузкой. Выносливость— способность длительное время выдерживать переменные нагрузки. Устойчивость — способность сохранять первоначальную форму упругого равновесия. Вязкость — способность воспринимать ударные нагрузки. В соответствии с механическими свойствами материалов применяются следующие виды расчетов: Расчет на прочность обеспечивает стойкость конструкции к разрушению. Расчет на жесткость обеспечивает деформации конструкции под нагрузкой в пределах допустимых норм. Расчет на выносливость обеспечивает необходимую долговечность элементов конструкции. Расчет на устойчивость обеспечивает сохранение необходимой формы равновесия и предотвращает внезапное искривление длинных стержней. Для обеспечения прочности конструкций, работающих при ударных нагрузках (при ковке, штамповке и т. д.), производятся расчеты на удар. 1. Материалы являются однородными, т. е. в любой точке материалы имеют одинаковые физико-химические свойства. 2. Материалы представляют сплошную среду — кристаллическое строение и микроскопические дефекты не учитываются. 3. Материалы изотропны — механические свойства не зависят от направления нагружения. 4. Материалы обладают идеальной упругостью — полностью восстанавливают форму и размеры после снятия нагрузки. Допущения о характере деформации. Все материалы под нагрузкой деформируются, т. е. меняют форму и размеры. Характер деформации можно проследить при испытании материалов на растяжение. Перед испытанием цилиндрический образец закрепляется в захватах разрывной машины, растягивается и доводится до разрушения. При этом фиксируется зависимость между приложенным усилием и деформацией. Получают график, называемый диаграммой растяжения.
18. Растяжение или сжатие - называют вид нагружения, при котором в поперечном сечении бруса возникает только один внутренний силовой фактор продольная сила.
19. Диаграмма растяжения характеризует поведение конкретного образца, но отнюдь не обобщенные свойства материала. Для получения характеристик материала строится условная диаграмма напряжений, на которой откладываются относительные величины – напряжения ?=F/A0 и относительные деформации ?=?l/l0 (рис. 1.3), где А0, l0 – начальные параметры образца. Условная диаграмма напряжений при растяжении позволяет определить следующие характеристики материала : ?пц – предел пропорциональности – напряжение, превышение которого приводит к отклонению от закона Гука. После наклепа ?пц может быть увеличен на 50-80%; ?у – предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05%. Напряжение ?у очень близко к ?пц и обнаруживается при более тонких испытаниях. В данной работе ?у не устанавливается; ?т – предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформаций при постоянной нагрузке. Иногда явной площадки текучести на диаграмме не наблюдается, тогда определяется условный предел текучести, при котором остаточные деформации составляют ?0,2% (рис. 1.4); ?пч ( ?в) – предел прочности (временное сопротивление) – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке; ?р – напряжение разрыва. Определяется условное ?ур и истинное ?ир=Fh/Аш , где Аш – площадь сечения "шейки" в месте разрыва. Определяются также характеристики пластичности – относительное остаточное удлинение ? = (l1 – l0) 100% / l0, где l1 – расчетная длина образца после разрыва и относительное остаточное сужение? = (А0 - Аш) 100% / А0. По диаграмме напряжений можно приближенно определить модуль упругости I рода E=?пц/?=tg?, причем после операции наклепа ?пц возрастает на 20-30%. Работа, затраченная на разрушение образца W, графически изображается на рис. 1.2 площадью диаграммы OABDEO3. Приближенно эту площадь определяют по формуле W = 0,8?Fmax??lmax. Удельная работа, затраченная на разрушение образца, говорит о мере сопротивляемости материала разрушению w = W/V, где V = A0?l0 – объем рабочей части образца. По полученным прочностным и деформационным характеристикам и справочным таблицам делается вывод по испытуемому материалу о соответствующей марке стали.
20. Механические свойства определяются способностью материала противостоять различным внешним физическим воздействиям: прочность при сжатии, изгибе, ударе, кручении; твердость, пластичность, упругость, истираемость и другие. Прочность– способность материала сохранять свою структуру и свойства под действием сжимающих, растягивающих, скручивающих, изгибающих, ударных и других сил. Твердость определяется величиной сопротивления материала при вдавливании в него более твердого тела. Твердость определяется по шкале Мооса, таким образом что один из материалов чертит, а другой чертится испытуемым образцом Истираемость– потерянная масса материала с одного квадратного метра площади. Износ – разрушение материала при одновременном действии ударных и истирающих сил. Износ оценивается в процентном отношении потерянной массы к общей массе материала Сопротивление удару определяется работой, затраченной на разрушение единицы объема материала Деформацией называется изменение геометрических форм и линейных размеров материала под действием внешних сил. Разделяют упругую и пластическую деформацию: Упругая деформация наблюдается у материалов, которые восстанавливают свою первоначальную форму и размер после снятия нагрузки (например, минеральная вата обладает свойством упругой деформации) Пластическая деформация не позволяет полностью восстановить исходную форму. Упругость – свойство материала восстанавливать первоначальную форму после снятия действия внешних сил. Пределом упругости считается величина силы, после которой исходная форма уже не может полностью восстановиться. В зависимости от типа материала, при расчете его предела упругости допускается различная величина остаточной деформации. Пластичность материала определяет его способность изменять форму при действии внешних сил, не трескаясь и не разрушаясь. По свойству пластичности разделяют хрупкие (при давлении материал разрушается уже при очень малых деформациях) и пластичные материалы. К хрупким материалам относят камень, к пластичным – металл.
21. Расчёты на прочность ведутся по условиям прочности - неравенствам, выполнение которых гарантирует прочность детали при данных условиях. 22. Срез - это непосредственное разрушение материала стержня, происходящее в результате деформации сдвига. Под сдвигом понимается, угловая деформация или вид напряженного состояния – чистый сдвиг. смятие — это поверхностное сжатие, которое может быть общим и местным. Общее смятие возникает тогда, когда сжимающая сила действует на всю поверхность элемента, местное — когда сила действует на часть поверхности элемента. Прочность и деформативность элементов при смятии существенно зависят от угла смятия. Угол смятия а — это угол между направлениями действия сминающей силы и волокон древесины. При смятии вдоль волокон под углом а= 0° стенки клеток работают в наиболее благоприятных условиях, и древесина имеет прочность и деформативность, как и при сжатии вдоль волокон. Расчетное сопротивление древесины смятию в этом случае Rc== 13 или 15 МПа. 23. Круче́ние — один из видов деформации тела. Возникает в том случае, если нагрузка прикладывается к телу в виде пары сил в его поперечной плоскости. При этом в поперечных сечениях тела возникает только один внутренний силовой фактор — крутящий момент. На кручение работают пружины растяжения-сжатия и валы. При деформации кручения смещение каждой точки тела перпендикулярно к её расстоянию от оси приложенных сил и пропорционально этому расстоянию. Угол закручивания цилиндрического стержня в границах упругих деформаций под действием момента T может быть определён из уравнения закона Гука для случая кручения
Отношение угла закручивания φ к длине
24. Изгиб — вид деформации, при котором происходит искривление осей прямых брусьев или изменение кривизны осей кривых брусьев. Изгиб связан с возникновением в поперечных сечениях бруса изгибающих моментов. Прямой изгиб возникает в случае, когда изгибающий момент в данном поперечном сечении бруса действует в плоскости, проходящей через одну из главных центральных осей инерции этого сечения. В случае, когда плоскость действия изгибающего момента в данном поперечном сечении бруса не проходит ни через одну из главных осей инерции этого сечения, называется косым. Если при прямом или косом изгибе в поперечном сечении бруса действует только изгибающий момент, то соответственно имеется чистый прямой иличистый косой изгиб. Если в поперечном сечении действует также и поперечная сила, то имеется поперечный прямой или поперечный косой изгиб. Часто термин «прямой» в названии прямого чистого и прямого поперечного изгиба не употребляют и их называют соответственно чистым изгибом и поперечным изгибом. 25.При осевом нагружении стержня в его поперечных сечениях возникают нормальные напряжения сжатия, которые возрастают по мере увеличения нагрузки. Нормальные напряжения, соответствующие критической силе, называются критическими: В последнюю формулу входят две геометрические характеристики площади сечения стержня: минимальный момент инерции Таким образом, Безразмерная величина Определяя значение критической силы, Эйлер исходил из рассмотрения упругой линии изогнутого стержня, поэтому формула Отсюда Стоящая в правой части неравенства постоянная для данного материала безразмерная величина называется предельной гибкостью: Таким образом, применимость формулы Эйлера определяется условием Формула Эйлера применима только в тех случаях, когда гибкость стержня больше или равна предельной гибкости того материала, из которого он изготовлен. 26.С технической точки зрения опорные закрепления конструкций весьма разнообразны. При формировании расчетной схемы все многообразие существующих опорных устройств схематизируется в виде ряда основных типов опор, из которых наиболее часто встречаются: шарнирно-подвижная опора, шарнирно-неподвижная опора и жесткое защемление, или заделка В шарнирно-подвижной опоре возникает одна опорная реакция, перпендикулярная опорной плоскости. Такая опора лишает опорное сечение одной степени свободы, то есть препятствует смещению в направлении опорной плоскости, но допускает перемещение в перпендикулярном направлении и поворот опорного сечения.
27. Деталь - это изделие, полученное из однородного по марке материала без сборочных операций. Сборочная единица - изделие, полученное с помощью сборочных операций. Механизм - комплекс деталей и сборочных единиц, созданных с целью выполнения определённого вида движения ведомого звена с заранее заданным движением ведущего звена. Машина – это комплекс механизмов, созданный с целью превращения одного вида энергии в другой, либо для совершения полезной работы, с целью облегчения человеческого труда. Валы и оси Вал - это деталь, предназначенная для поддержания других деталей с целью передачи вращательного момента. В процессе эксплуатации вал испытывает изгиб и кручение. Ось - это деталь предназначенная только для поддержания на неё насаженных других деталей, в процессе работы ось испытывает только изгиб. Муфты - это устройства, предназначенные для соединения валов с целью передачи вращательного момента и обеспечивающие остановку узла без выключения двигателя, а так же предохраняющие работу механизма при перегрузках .Неразъёмные соединении. Неразъёмные соединения - это такие соединения деталей, которые невозможно разобрать без разрушения деталей, входящих в это соединение. К ним относятся: заклёпочные, сварные, паяные, клеевые соединения. Сварочные соединения Сварка - это процесс соединения деталей путём их нагрева до температуры плавления, либо пластической деформацией с целью создания неразъёмного соединения 28. .Каждая строительная машина состоит из: рабочего оборудования, непосредственно выполняющего технологическую операцию; ходового оборудования для передвижения машины (у стационарных и переносных машин оно отсутствует); силового оборудования (двигателя или группы двигателей), приводящего в движение рабочее и ходовое (у самоходных машин) оборудование; передаточных механизмов (трансмиссии), связывающих рабочее и ходовое оборудование с силовым; системы управления для включения, выключения, реверсирования и изменения скоростей механизмов и рабочего органа машины; рамы (обычно стальной, сварной конструкции), несущей на себе все узлы и механизмы машины Основное силовое оборудование, применяемое в современных строительных машинах: электродвигатели постоянного и переменного тока с питанием от внешней силовой сети (стационарные, переносные и передвижные машины); двигатели внутреннего сгорания— карбюраторные и дизели (последние наиболее распространены), устанавливаемые преимущественно на передвижных (самоходных) строительных машинах (стреловые краны, погрузчики, экскаваторы и др.). Электродвигатели отличаются удобством пуска и управления, простотой реверсирования, экономичностью и пригодностью для индивидуального привода отдельных механизмов машин. К преимуществам двигателей внутреннего сгорания относится их автономность от внешнего источника энергии.
29. Машина – техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. Деталь – часть машины, изготавливаемая без сборочных операций. Узел – детали, собранные в одно целое. Механизм – сборочная единица, предназначенная для преобразования движения. Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции. Критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость, коррозионная стойкость, надежность. Прочность – способность детали выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или возникновения пластических деформаций. Нагрузка бывает – статическая, усталостная, ударная => разный расчет критериев. Т.к. нагрузка различна, при переменной нагрузке учитывается вид нагружения путем введения эмпирических коэффициентов. Способы повышения прочности: 1) избежать изгибных напряжений, стараться, чтоб деталь работала на растяжение, либо на сжатие 2) выбор рациональной формы изделия 3) избежание концентраторов напряжений 4) создание в детали начального напряжения обратного знака. Жесткость — способность деталей, сборочных единиц сопротивляться изменению формы под действием нагрузок. Жесткость вызвана собственными упругими деформациями деталей, приближенно вычисляемыми по формулам сопротивления материалов и контактными деформациями (перемещениями), определяемыми при начальном контакте деталей по линии или в точке по формулам Герца, а при начальном контакте по площади — с помощью экспериментальных зависимостей. Методы повышения жесткости: 1) введение дополнительных конструктивных элементов 2) оптимальная форма сечения образца 3) применение материалов с высокими модулями упругости.
30. Износостойкость — это способность материала оказывать сопротивление стиранию. В результате износа изменяются размеры деталей, увеличиваются зазоры, возникают дополнительные динамические нагрузки. Большой износ может привести даже к поломке детали. Износ деталей снижается с повышением твердости и понижением шероховатости трущихся поверхностей. Для повышения износостойкости деталей применяют смазку, термическую и химико-термическую обработку рабочих поверхностей, для изготовления деталей применяют антифрикционные материалы и т. п. Расчет деталей на износ заключается в определении для трущихся поверхностей соответствующих допускаемых давлений. Теплостойкость. При нагреве стальных деталей до температуры 300—400° С, а деталей из цветных сплавов и пластмасс — до температуры 100—150° С значительно снижаются механические свойства их и возникает явление ползучести. При чрезмерном нагреве значительно ухудшаются свойства смазочных масел, увеличивается износ, изменяются зазоры, появляются дополнительные динамические нагрузки. Для определения влияния нагрева машины на ее работу выполняют тепловые расчеты. Виброустойчивость — это способность конструкции работать в заданном диапазоне режимов без недопустимых колебаний. Вибрация чаще всего появляется в результате недостаточной жесткости деталей машин, неуравновешенности вращающихся масс, повышения рабочих скоростей и т. д. Вибрация вызывает дополнительные переменные напряжения, создает шум, ухудшает качество работы машины, а в случае резонанса может вызвать усталостные разрушения деталей и машины. Безотказность— свойство изделия сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Основным показателем безотказности является вероятность безотказной работы в течение заданного времени или заданной наработки. 31. С т а л ь – железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2%. Для изготовления разных деталей используют углеродные и легированные конструкционные стали. Наиболее проста и очевидна классификация по основному компоненту:
32. Враща́тельное движе́ние — вид механического движения. При вращательном движении материальной точки она описывает окружность. При вращательном движении абсолютно твёрдого тела все его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей и называемой осью вращения. Ось вращения может располагаться внутри тела и за его пределами. Ось вращения в данной системе отсчёта может быть как подвижной, так и неподвижной. Например, в системе отсчёта, связанной с Землёй, ось вращения ротора генератора на электростанции неподвижна. При выборе некоторых осей вращения, можно получить сложное вращательное движение — сферическое движение, когда точки тела движутся по сферам. При вращении вокруг неподвижной оси, не проходящей через центр тела или вращающуюся материальную точку, вращательное движение называется круговым. 33. Корпусные детали – это детали, обеспечивающие взаимное расположение деталей узла и воспринимающие основные силы, действующие в машине. Такие детали имеют сложную форму. Корпусные детали включают в себя бобышки, фланцы, ребра, стенки и т.д., которые в конечной конструкции объединены в одно целое. Корпус редуктора является его базовой деталью, габаритные размеры которой определяются видом передаточных механизмов, составляющих редуктор; числом, размерами и относительным расположением деталей этих механизмов во внутренней полости корпуса; принятой системой смазывания зацеплений зубчатых колес редуктора и его подшипниковых узлов. Корпуса редукторов имеют коробчатую конструкцию, как правило, довольно сложной конфигурации. Изготовляют корпусные детали литьем, сваркой или комбинированным способом. На выбор последнего влияет ряд факторов: нагруженность деталей, их количество, весовые характеристики и др. При большом объеме однотипных изделий и незначительной их нагруженности предпочтительнее литье; для единичного и мелкосерийного производства при значительнойнагруженности деталей и жестких требованиях по массе больше подходит сварка. Весьма эффективен комбинированный способ, позволяющий значительно упростить и удешевить изготовление корпусных деталей, особенно со сложной конфигурацией. В общем случае назначение того или иного способа производится после сравнительного технико-экономического расчета. Основными критериями надежности корпусных деталей являются прочность, жесткость, износостойкость и долговечность. В большинстве случаев корпусные детали имеют сложную конфигурацию с множеством усиливающих элементов (ребер, бобышек и т. п.). Это значительно усложняет расчеты на прочность и жесткость. Детально они изучаются в специальных курсах. Расчеты ведутся методами сопротивления материалов, теории упругости, в ответственных случаях прочность и жесткость определяются экспериментально. 34. Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания или поглощения механической энергии. Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон). Стальные пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3). (Рессора) Рессо́ра— упругий элемент подвески транспортного средства. Рессора передаёт нагрузку от рамы или кузова на ходовую часть и смягчает удары и толчки при прохождении по неровностям пути. 35. Неразъемным называют такое соединение деталей и узлов, разборка которого невозможна без повреждения деталей. Часто неразъемные соединения используют для получения деталей сложной формы и геометрии из простых дешевых элементов. К неразъемным относят сварные, паяные, заклепочные, клеевые и формовочные соединения.
36.разъемными называют соединения, разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей изделия. Разъемные соединения могут быть как подвижными, так и неподвижными. Наиболее распространенными в машиностроении видами разъемных соединений являются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и профильные. 37. Подшипник скольжения, опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Конструкции подшипников разнообразны и определяются конструкцией машины. В простейшем случае подшипник представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины. Основным элементов подшипника скольжения является вкладыш, который устанавливается в корпусе подшипника или непосредственно в станине или раме машины. В процессе работы трущиеся поверхности цапфы и вкладыша находятся в состоянии относительного скольжения. |
).
где: 
— геометрический полярный момент инерции; 
— длина стержня;G — модуль сдвига.
Деформация кручения является частным случаем деформации сдвига.
, или после подстановки значения критической силы из формулы, 
.
и площадьA. Частное от деления 
представляет собой величину, имеющую единицу площади м2, см2, мм2. Поэтому линейную величину 
называют минимальным радиусом инерции сечения.
и последняя формула принимает вид 
или 
.
называется гибкостью стержня. Она характеризует сопротивляемость стержня потере устойчивости; с увеличением гибкости уменьшается сопротивляемость стержня потере устойчивости. Заметим, что гибкость 
стержня не зависит от материала стержня, а определяется его длиной, формой и размерами сечения.
справедлива только в пределах применимости закона Гука, инача говоря, до тех пор, пока критическое напряжение не превышает предела пропорциональности материала стержня, т. е. при условии 
.
.
.
.