PrikladnayaMekhanika

Ковальов С.В. Єрмаков П.П.

ПРИКЛАДНА МЕХАНІКА

ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

2010

2

Прикладна механіка. Лабораторні роботи // Ковальов С.В., Єрмаков П.П. – Дніпропетровськ: ДВНЗ «УДХТУ». – 2010. – 228 с.

Укладачі: С.В. Ковальов, канд. хім. наук, П.П. Єрмаков, доктор техн. наук.

Навчальне видання

Прикладна механіка. Лабораторні роботи

Укладачі: КОВАЛЬОВ Станіслав В’ячеславович, ЄРМАКОВ Петро Петрович

Редактор Л.М.Тонкошкур Коректор О.О.Чибук

Підписано до друку . .2010. Формат 60×84 1/16. Папір ксерокс. Друк різограф. Умов.-друк. арк. ___. Облік.-вид. арк. 1,96. Тираж 100 прим. Замовлення № __. Свідоцтво ДК № 303 від 27.12.2000.

УДХТУ, 49005, м. Дніпропетровськ-5, проспект Гагаріна, 8.

Видавничо-поліграфічний комплекс ІнКомЦентру

		3
	ЗМІСТ
ВСТУП	.............................................................	8
....................................................................................................................		7
РОЗДІЛ 1.	ОСНОВИ КОНСТРУЮВАННЯ
1.1. Вступ до основ конструювання .........................................................		9
	..................................................................	8
1.2. Основні поняття і визначення курсу ...........................................		10
1.3. Основні принципи і етапи розробки машин .........................................		12
1.4. Поняття про автоматизоване проектування
1.5. Системний підхід при проектуванні ......................................................		13
	........................................................	13
1.6. Вимоги до машин і критерії їх якості ...........................................		14
1.7. Умови нормальної роботи деталей і машин ..........................................		16
1.8. Загальні принципи розрахунків на міцність
1.9. Класифікація деталей машин
	...................................................................	17
1.10. Контрольні питання ............................................		19
	................................................................................	17
1.11. Лабораторна робота №1. Технічні виміри
РОЗДІЛ 2.	ОПІР МАТЕРІАЛІВ ..............................................	23
	............................................................................	23
2.1. Вступ і основні поняття опору матеріалів ...........................		25
2.2. Метод перетинів для визначення внутрішніх зусиль		....29
2.3. Епюри внутрішніх зусиль при розтягуванні-стисненні і крученні
2.4. Епюри внутрішніх зусиль при прямому вигині
	.....................................	33
2.5. Поняття про напруження і деформації.....................................................		43
	...................................................	39
2.6. Пружність і пластичність. Закон Гука .......................		48
2.7. Механічні характеристики конструкційних матеріалів
2.8. Основні поняття теорії надійності конструкцій ............................		60
	....................................	55
2.9. Розтягування (стиснення) призматичних стрижнів
2.10. Напруження і деформації при крученні призматичних стрижнів
кругового поперечного перетину
	...................................................................	67
2.11. Розрахунок валів ................................................................................		73
	......................................................................................	72
2.12. Контрольні питання

		4
2.13. Лабораторна робота №2. Дослідження взаємозв'язку навантаження
та деформації стрижня ............................................................		82
	.....................................................................................	74
РОЗДІЛ 3.	МЕХАНІЧНІ ПЕРЕДАЧІ
3.1. Передачі за допомогою тертя
	...................................................................	82
3.1.1. Фрикційні передачі ................................................................................		82
3.1.2. Пасові передачі.......................................................................................		84
3.2. Передачі зачепленням
	...............................................................................	92
3.2.1. Циліндричні зубчасті передачі..............................................................		92
3.2.2. Планетарні зубчаті передачі................................................................		113
3.2.3. Хвильові зубчаті передачі....................................................................		114
3.2.4. Зачеплення Новікова............................................................................		115
3.2.5. Конічні зубчаті передачі......................................................................		117
3.2.6. Черв'ячні передачі................................................................................		123
3.2.7. Ланцюгові передачі..............................................................................		126
3.3. Контрольні питання.................................................................................		127
3.4. Лабораторна робота №3. Дослідження тягової здатності і коефіцієнта
корисної дії пасової передачі
	.........................................................................	129
3.5. Лабораторна робота №4. Вивчення і паспортизація циліндричного
зубчастого редуктора .................................		140
	.....................................................................................	135
3.6. Лабораторна робота №5. Обмір зубчастих коліс
3.7. Лабораторна робота №6. Побудова евольвентних профілів зубчастих
коліс за методом обкатування
	......................................................................	144
РОЗДІЛ 4.	ВАЛИ І ОСІ .........................................................................	151
	......................................................................................	151
4.1. Основні види валів і осей
4.2. Розрахунок валів
	.......................................................................................	152
4.2.1. Попередній розрахунок валів ..............................................................		153
4.2.2. Уточнюючий розрахунок валів ...........................................................		153
4.2.3. Розрахунок валу на витривалість ........................................................		154
4.3. Контрольні питання.................................................................................		155

			5
4.4. Л		изначення критичної частоти обертання
абораторна робота №7. В
вала	................................................................................		159
....................................................................................................................			155
РОЗДІЛ 5.	ПІДШИПНИКИ .............................................................................		159
5.1. Підшипники ковзання...............................................................................			161
5.2. Підшипники кочення.................................................................................			172
5.3. Контрольні питання		.......	173
5.4. Лабораторна робота №8. Випробування підшипників кочення
РОЗДІЛ 6.	МУФТИ ...................................................................................		179
	............................................................................................		179
6.1. Класифікація муфт
6.2. Жорсткі муфти .................................................................................			181
	..........................................................................................		181
6.3. Компенсуючі муфти
6.4. Рухомі муфти ............................................................................................			183
	.............................................................................................		182
6.5. Пружні муфти ......................................................................................			184
6.6. Фрикційні муфти .................................................................................			185
6.7. Контрольні питання		..................	186
6.8. Лабораторна робота №9. Дослідження запобіжних муфт
РОЗДІЛ 7.	З’ЄДНАННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ...................................................		195
		....................................................	195
7.1. Нероз’ємні з’єднання деталей машин
7.1.1. Зварні з’єднання...................................................................................			195
7.1.2. Заклепувальні з’єднання......................................................................			200
7.2. Роз'ємні з'єднання
	....................................................................................		202
7.2.1. Різьбові з’єднання ................................................................................			202
7.2.2. Штифтові з’єднання.............................................................................			211
7.2.3. Шпонкові з’єднання.............................................................................			212
7.2.4. Шліцьові з’єднання..............................................................................			213
7.3. Контрольні питання		..........	216
	.................................................................................		215
7.4. Лабораторна робота № 10. Дослідження ККД гвинтової пари
РОЗДІЛ 8.	Пружні елементи в машинах
		.......................................................	219
ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК
	............................................................................		222

	6
БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК
..........................................................................	224
ДОДАТКИ
..........................................................................................................	227

7

ВСТУП

Посібник по курсу «Прикладна механіка» написано в погодженні з програмою з прикладної механіки для технологічних спеціальностей вищих навчальних закладів напрямку 6.051301 «Хімічна технологія та інженерія», 6.051401 «Біотехнологія» та 6.120201 «Фармація». Він розрахован на студентів, які пройшли курс інженерної графіки, матеріалознавства, фізики, вищої математики та інших загальноінженерних дисциплін, на базі яких виконуються розрахунки і проектування деталей машин та апаратів.

В навчальному посібнику розглянуті загальні теоретичні питання основ конструювання, опору матеріалів, а також деталей машин. Значна увага надана проектуванню і розрахунку передач, валів, підшипників, муфт, з’єднань деталей машин.

Набуттю практичних навиків інженерної праці допомагає виконання лабораторних робіт паралельно з читанням теоретичного курсу. У посібнику викладена методика та порядок виконання робіт, наведені креслення, опис і схеми установок, а також наведені характеристики застосованої вимірювальної техніки.

Методика та зміст лабораторних робіт підпорядковані основній меті – удосконаленню підготовки студентів з курсу «Прикладна механіка», надання їм практичних навиків у здійсненні експериментів, пов’язаних з дослідженнями та вирішенням поставлених задач.

Приведені у цьому посібнику роботи дозволяють висвітлити всі вузлові питання курсу і за своїм змістом розраховані на самостійну проробку, якій в умовах навчання за кредитно-модульною системою приділяється значна увага.

8

РОЗДІЛ 1. ОСНОВИ КОНСТРУЮВАННЯ

1.1.Вступдоосновконструювання

Сучасне суспільство відрізняється від первісного використанням машин. Застосування предметів, що підсилюють можливості рук (палиці, камені), і особливе освоєння додаткових джерел енергії (вогнище, кінь) не тільки

дозволило людству вижити, але і забезпечило надалі перемогу над перевершуючими силами природи.

Життя людей, навіть найвідсталіших племен, тепер неможливе без різних механічних пристроїв і пристосувань (греч. "механа" – хитрість).

І хоча різні механічні хитрощі використовувалися вже в давньому Єгипті при будівництві пірамід, серйозно говорити про застосування машин можна лише з епохи промислової революції XVIII століття, коли винахід парової машини (рис.1.1) дав гігантський технологічний ривок і сформував сучасний світ в його теперішньому вигляді (рис.1.2).

Рис. 1.1. Парова машина Уатта (1774 р.)	Рис. 1.2. Цех сучасного хімічного
	підприємства

З того часу намітилися основні закономірності будови і функціонування механізмів і машин, склалися найбільш раціональні і зручні форми їх складових частин – деталей. В процесі механізації виробництва і транспорту, у міру збільшення навантажень і складності конструкцій, зросла потреба не тільки в інтуїтивному, але і в науковому підході до створення і експлуатації машин.

У провідних університетах Заходу вже з 30-х років XIX століття, а в Санкт-Петербурзькому університеті з 1892 року читається самостійний курс

"Деталі машин". Без цього курсу [6-9,11,13,15,19,20-24,35,45] і тепер неможлива підготовка інженера-технолога будь-якої спеціальності.

9

1.2.Основніпоняттяівизначеннякурсу

Визначимо базові поняття [21] на самому початку роботи для систематизації учбового матеріалу і щоб уникнути двозначного тлумачення.

Розташуємо поняття по ступеню складності.

ДЕТАЛЬ – (франц. detail – шматочок) виріб, виготовлений з однорідного по найменуванню і марці матеріалу без застосування складальних операцій

(ГОСТ 2.101-68).

ЛАНКА – одна чи група деталей, які рухаються як одне ціле. СКЛАДАЛЬНА ОДИНИЦЯ – виріб, складові частини якого підлягають

з'єднанню на підприємстві-виготівнику за допомогою складальних операцій

(ГОСТ 2.101-68).

ВУЗОЛ – закінчена складальна одиниця, що складається з деталей загального функціонального призначення.

МЕХАНІЗМ – система деталей, призначена для передачі і перетворення руху [].

АПАРАТ – (лат. apparatus – частина) прилад, технічний пристрій, пристосування, зазвичай якась автономно-функціональна частина складнішої системи.

АГРЕГАТ – (лат. aggrego – приєднувати) уніфікований функціональний вузол, що володіє повною взаємозамінністю.

МАШИНА – (греч. "махина" – величезна, грізна) це пристрій, який виконує механічний рух для перетворення енергії, матеріалів та інформації з метою заміни або полегшення фізичної і розумової праці людини [13]. Машина характерна наявністю джерела енергії і вимагає присутності оператора для свого управління. Відомий німецький економіст К. Маркс відмітив, що всяка машина складається з рухового, передавального і виконуючого механізмів.

АВТОМАТ – (греч. "аутомотос" – саморушний) машина, що працює за заданою програмою без оператора.

РОБОТ – (чешск. robot – працівник) машина, що має систему управління, яка дозволяє їй самостійно ухвалювати виконавські рішення в заданому діапазоні.

Процес розробки машин має складну, розгалужену, неоднозначну структуру і зазвичай називається широким терміном ПРОЕКТУВАННЯ – створення прообразу об'єкту, що представляє у загальних рисах його основні параметри. Під КОНСТРУЮВАННЯМ деякі автори розуміють весь процес від ідеї до виготовлення машин, деякі – лише завершальну стадію його підготовки

[12, 24, 25, 43]. Але у будь-якому випадку мета і кінцевий результат конструювання – створення робочої документації (ГОСТ 2.102-68), по якій можна без участі розробника виготовляти, експлуатувати, контролювати і ремонтувати виріб.

Тут також потрібно дати базові поняття:

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ – документ, що складається спільно замовником і розробником, містить загальне уявлення про призначення, технічні характеристики і принциповий пристрій майбутнього виробу.

10

ТЕХНІЧНА ПРОПОЗИЦІЯ – додаткові або уточнені вимоги до виробу, які не могли бути вказані в технічному завданні (ГОСТ 2.118-73).

ТВОРЧІСТЬ – специфічна матеріальна або духовна діяльність, що породжує щось нове або нову комбінацію відомого.

ВИНАХІД – нове рішення технічної задачі, що дає позитивний ефект.

ЕСКІЗУВАННЯ – процес створення ескізу (франц. es quisse – з роздумів),

попереднього малюнка або нарису, що фіксує задум і що містить основні контури створюваного об'єкту.

КОМПОНОВКА – розташування основних деталей, вузлів, складальних одиниць майбутнього об'єкту.

РОЗРАХУНОК – чисельне визначення швидкостей, прискорень, зусиль, напруження і деформацій в деталях, встановлення умов їх нормальної роботи; виконується в міру необхідності на кожному етапі конструювання.

КРЕСЛЕННЯ – точне графічне зображення об'єкту, що містить повну інформацію про його форму, розміри і основні технічні умови виготовлення.

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА– текстовий документ (ГОСТ 2.102-68), що містить опис пристрою і принципу дії виробу, а також технічні характеристики, економічне обґрунтування, розрахунки, вказівки по підготовці виробу до експлуатації.

СПЕЦИФІКАЦІЯ – текстовий табличний документ, що визначає склад виробу (ГОСТ 2.102-68).

ЕСКІЗНИЙ ПРОЕКТ – перший етап проектування (ГОСТ 2.119-73), коли встановлюються принципові конструктивні і схемні рішення, що дають загальні уявлення про пристрій і роботу виробу.

ТЕХНІЧНИЙ ПРОЕКТ – завершальний етап проектування (ГОСТ 2.12073), коли виявляються остаточні технічні рішення, що дають повне уявлення про виріб.

РОБОЧИЙ ПРОЕКТ – повний комплект робочої документації (текстовою і графічною ГОСТ 2.102-68; 2.106-68), в якій міститься повна інформація про конструкцію, виготовлення, експлуатацію і ремонт машини.

1.3.Основніпринципиіетапирозробкимашин

Машини, як і інші вироби, виготовляються тільки за проектом, який, у будь-якому випадку, є сукупністю графічних і текстових документів. Правила і порядок розробки, оформлення і звернення цих документів встановлюється комплексом стандартів – Єдиною системою конструкторської документації (ЄСКД), розробленої в 70-і роки XX сторіччя в СРСР [13].

Проектування машин виконують в декілька стадій, встановлених ГОСТ 2.103-68. Для одиничного виробництва це:

1.Розробка технічної пропозиції по ГОСТ 2.118-73.

2.Розробка ескізного проекту по ГОСТ 2.119-73.

3.Розробка технічного проекту по ГОСТ 2.120-73.

4.Розробка документації для виготовлення виробу.