ТехМех метода Расчет вала на прочность Ляндзберг, Надольская 2008

Камчатский государственный технический университет

Кафедра теоретической механики

А.Р. Ляндзберг, Н.И. Надольская

МЕХАНИКА. ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

РАСЧЕТ ВАЛА НА ПРОЧНОСТЬ

Методические указания к выполнению самостоятельной и расчетно-графических (контрольных) работ для студентов технических специальностей

очной и заочной форм обучения

Петропавловск-Камчатский

2008

УДК 531.8:539.4(07) ББК 30.12

Л97

прочность: Методические указания к выполнению самостоятельной и расчетно-графических (контрольных) работ для студентов технических специальностей очной и заочной форм обучения / А.Р. Ляндзберг, Н.И. Надольская. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2008. – 31 с.

Методические указания составлены в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки специалистов по техническим специальностям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.

Рекомендовано к изданию решением учебно-методи- ческого совета КамчатГТУ (протокол № 5 от 21 марта 2008 г.).

УДК 531.8:539.4(07) ББК 30.12

© КамчатГТУ, 2008 © Ляндзберг А.Р., 2008

© Надольская Н.И., 2008

2

3

Введение

Впроцессе обучения студенты инженерных специальностей изучают ряд общепрофессиональных дисциплин. В их число входят: теоретическая механика, сопротивление материалов, теория механизмов и машин, детали машин и др. В некоторых случаях (как, например, у специальности «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования») данные дисциплины изучаются совместно, единым курсом под общим названием «Механика».

Всвою очередь, студенты технических специальностей изучают курс «Техническая механика», включающий в себя основные элементы всех названных дисциплин.

При изучении дисциплины «Механика» («Техническая механика») применяются ранее усвоенные студентами знания и навыки по основным разделам предшествующих дисциплин: высшей математике, начертательной геометрии, физике. Согласно учебному плану и рабочей программе изучения дисциплины предусматривается выполнение расчетно-графического или контрольного задания с целью качественного изучения, практического освоения и закрепления теоретического материала, приобретения практических навыков проведения инженерных расчетов.

Знания, полученные при изучении курса механики, впоследствии используются студентами при изучении специальных дисциплин, при выполнении расчетно-графических работ и курсовых проектов.

Настоящее методическое пособие предназначено для самостоятельного изучения материала и выполнения расчетнографического (контрольного) задания по теме «Расчет вала на прочность» курсантами и студентами дневной и заочной форм обучения инженерных и технических специальностей. Данное задание включает элементы всех общеинженерных дисциплин: теоретической механики (при расчете реакций опор вала), теории механизмов и машин (при определении кинематических параметров зубчатого зацепления), сопротивления материалов и деталей машин (непосредственно при расчете вала на прочность). Поэтому пособие может быть использовано как в курсе

4

изучения любой из данных дисциплин, так и при изучении обобщенного курса «Механика» («Техническая механика»).

Методическое пособие также может быть использовано как учебно-справочный материал по теме «Расчет вала на прочность» для студентов тех специальностей, у которых выполнение расчетно-графического или контрольного задания не предусмотрено, либо в курсе изучения иных инженерных дисциплин.

Общие организационно-методические указания по самостоятельному изучению предмета

Самостоятельная работа студента по предмету – неотъемлемая часть изучения дисциплины, обязательно предусмотренная учебными планами и рабочими программами. Даже в самом развернутом лекционном курсе невозможно детально охватить все вопросы, требующие изучения. Также и на практических занятиях возможно рассмотреть лишь типовые схемы расчетов, без учета особенностей проектирования конкретных механизмов. В этом случае задача студента – ориентируясь на аудиторный курс и полученное задание на расчетно-графическую (контрольную) работу, полностью освоить все разделы дисциплины с помощью учебной, методической литературы, самостоятельного решения задач и выполнения РГР (контрольной работы).

Главные требования при выполнении студентом самостоятельной работы – это последовательность и регулярность. Для их соблюдения рекомендуется создать и придерживаться плана работы, который можно составить согласно приведенным ниже методическим рекомендациям.

1). В течение недели, последующей за лекционным занятием, следует еще раз самостоятельно проработать изученные темы с помощью учебной литературы. Особое внимание обратить на сложные места и вопросы, прямо указанные преподавателем как подлежащие самостоятельному изучению. Причем нужно прежде всего уяснить существо каждого излагаемого вопроса, т.е. понять изложенное в учебнике, а не заучить наизусть.

Изучать материал рекомендуется по темам или по главам (параграфам) учебника. Сначала следует прочитать весь матери-

5

ал темы (параграфа), особенно не задерживаясь на том, что показалось не совсем понятным; часто это становится понятным из последующего. Затем надо вернуться к местам, вызвавшим затруднения, и внимательно разобраться в том, что было неясно. Особое внимание при повторном чтении следует обратить на формулировки соответствующих определений, теорем и т.п. (они обычно бывают набраны в учебнике курсивом или разрядкой); в точных формулировках, как правило, бывает существенно каждое слово и очень полезно понять, почему данное положение сформулировано именно так. Однако не следует стараться заучить формулировки; важно понять их смысл и уметь изложить результат своими словами.

Необходимо также понять ход всех доказательств (в механике они обычно не сложны) и разобраться в их деталях. Доказательства надо уметь воспроизводить самостоятельно, что нетрудно сделать, поняв идею доказательства; пытаться просто их «заучивать» не следует, никакой пользы это не принесет.

Закончив изучение темы, полезно составить краткий конспект, по возможности не заглядывая в учебник. При этом необходимо проверить, можете ли вы дать ответ на все вопросы программы курса по этой теме (осуществить самопроверку). Вопросы для самопроверки приведены в соответствующем разделе данного методического пособия; ими же можно пользоваться для самостоятельной подготовки к зачету (экзамену). Если ка- кие-то вопросы остались неясными, можно проконсультироваться с товарищами, а также задать их преподавателю во время практических занятий или на консультации.

2). При изучении курса особое внимание следует уделить приобретению навыков решения задач. Для этого, изучив материал очередной темы, надо обязательно разобраться в решениях соответствующих задач, обратив особое внимание на методические указания по их решению.

Если тема разбиралась на практическом занятии, первоначально проводится окончание начатых там расчетов, например, подстановка и просчет результатов в числовой форме. Далее следует попытаться самостоятельно решить несколько аналогичных задач, т.е. прорешать типовые задачи по теме, т.к. они обычно решаются путем применения базовых формул и предна-

6

значены для оттачивания расчетной методики. При успешном освоении всех промежуточных тем можно приступать к решению контрольной задачи, применяя расчетные методики к проектированию механизма, заданного в рамках расчетнографического (контрольного) задания.

Если какие-то вопросы остались неясными, можно, как и при изучении теоретического курса, проконсультироваться с товарищами или задать их преподавателю во время практических занятий или на консультации.

3). Не следует пытаться детально осваивать темы, еще не рассмотренные на лекционных занятиях, рекомендуется только общее ознакомление с ними по учебной литературе. Не следует также пытаться самостоятельно проводить расчеты по еще не изученным темам или расчеты по неизвестной методике: в обоих случаях требуется предварительная консультация с преподавателем.

4). Недопустимо откладывать изучение теоретических вопросов и проведение практических расчетов даже на неделю, поскольку это ведет к потере связи с аудиторным курсом и студент закономерно становится задолжником. Поэтому даже в случае отсутствия на занятиях по уважительной причине следует самостоятельно прорабатывать изученные там вопросы с помощью конспектов товарищей и учебной литературы, а при первой же возможности восстановить пропущенную тему на консультации у преподавателя.

5). В случае вынужденного длительного отсутствия на занятиях (болезнь, командировка и т.п.) следует по возможности ранее оповестить об этом преподавателя. В этом случае, как правило, студент совместно с преподавателем разрабатывают индивидуальный график самостоятельной работы студента, призванный помочь ему освоить семестровые теоретический и практический курсы вовремя и не допустить возникновения академической задолженности.

Все возникающие при самостоятельной работе вопросы (как учебно-методические, так и организационные) не следует откладывать, а необходимо сразу же решать с преподавателем.

7

Методические указания по выполнению расчетно-графической (контрольной) работы

В процессе обучения студенты выполняют расчетнографическую или контрольную работу, которая после проверки подлежит защите. Цель выполнения расчетно-графической (контрольной) работы – практическое освоение и закрепление теоретического материала, овладение основами конструкторской практики, приобретение практических навыков проведения инженерных расчетов, навыков составления и оформления рас- четно-пояснительных записок, привитие студентам навыков самостоятельной и научно-исследовательской работы, рационализации, изобретательства, пользования справочной литературой, ГОСТами, нормами и т.п.

Расчетно-графическая (контрольная) работа выполняется в сроки, установленные учебным планом специальности и рабочей программой изучения дисциплины, как правило, в течение учебного семестра. Ее невыполнение студентом в установленные сроки является основанием для его недопуска к сессии.

Задача расчетно-графической (контрольной) работы – выполнение расчета вала общего назначения на прочность. Она включает расчет реакций опор вала, определение кинематических характеристик зубчатого зацепления и нахождение необходимого диаметра вала из условия прочности по заданным нагрузкам.

Варианты исходных данных для выполнения расчетнографической (контрольной) работы выбираются студентом согласно индивидуальному шифру из таблицы с числовыми значениями. Правила выбора исходных данных следующие.

Определяется 4-значный шифр задания. Для студентов дневного отделения и студентов заочного факультета с новой нумерацией (типа 062815-ЗФ) это последние четыре цифры личного номера, т.е. номера студенческого билета или зачетной книжки. Например, для указанного выше номера 062815 шифр задания будет 2815.

Для студентов-заочников со старой нумерацией (типа 073СМс594) для получения четырехзначного шифра в начало личного номера добавляется еще одна цифра. Какая именно –

8

определяется по решению преподавателя: это может быть по-

следняя цифра номера группы (если полный номер 073СМс594,

то шифр варианта задания в этом случае будет 3594), повтор последней цифры личного номера (если полный номер

073СМс594, личный номер 594, то шифр варианта тогда будет 4594) или какая-то иная.

В отдельных случаях вариант задания может полностью назначаться преподавателем.

Определив шифр задания, нумеруем цифры по порядку. Например, если вариант 2815, то первая цифра – 2, вторая – 8, третья – 1, четвертая – 5. В таблице исходных данных находим:

-сверху, по столбцам – порядковый номер цифры (первая

–вторая – третья – четвертая);

-слева, по строкам – ее значение.

После чего на пересечении номера цифры и значения выбираем исходные данные. В качестве примера в таблице с исходными данными к расчетно-графической (контрольной) работе выделен вариант, соответствующий шифру 2815.

При выборе варианта следует обратить внимание на следующее:

-вторая, третья и четвертая цифра шифра отвечают каждая за несколько столбцов данных. Например, вторая цифра (в нашем примере это 8) определяет значения столбцов данных

«в [м]» и «с [м]»;

-номер схемы нагружения также выбирается из таблицы согласно столбцу «№ схемы», который определяется четвертой цифрой шифра. В примере выбора четвертая цифра равна 5, соответственно номер схемы – 2;

-если в условии стоит знак «минус», то указанная на схеме величина угла (либо, для других задач, направление действия нагрузки) откладывается в противоположную сторону.

Внимание! Работы, выполненные по исходным данным, не соответствующим шифру студента, не принимаются!

Порядок расчета вала приведен ниже, непосредственно в методических указаниях по выполнению расчетно-графической (контрольной) работы.

При вычислении любой величины сначала следует записать необходимую формулу в общем (буквенном) виде, потом ее

9

же – с подставленными цифрами, после чего указать результат. Промежуточные расчеты не опускать! Если результат после расчета требует изменения (либо если какая-то величина принимается без расчета) – следует указать: «Принимаем … [название величины] равной … по причине …».

Все расчеты выполняются в системе СИ. Допустимо использование кратных величин (кН, МПа, см, мм и т.д.) в условии или результатах, в том числе промежуточных. Необходимая точность проведения расчетов следующая: один знак после запятой принимается для сил и моментов, два знака после запятой

– для размеров (линейных величин), три знака – для тригонометрических функций.

Правила оформления работы приведены в следующем разделе методических указаний.

После выполнения оформленная и подписанная студентом расчетно-графическая (контрольная) работа представляется преподавателю на проверку.

Если в результате проверки выявлено невыполнение требований, предъявляемых к работе, то она возвращается студенту на доработку. При этом замечания преподавателя могут сообщаться студенту в устном или письменном виде (т.е. в виде рецензии) и носить обязательный или рекомендательный характер. Несущественные недостатки могут с разрешения преподавателя исправляться студентом непосредственно при защите расчетнографической (контрольной) работы путем ответов на дополнительные вопросы.

Правильно выполненная и оформленная работа допускается к защите. На защите студент отчитывается по проделанной работе и комплексно показывает полученные знания по дисциплине «Механика» («Техническая механика»). Процедура защиты устанавливается преподавателем, и, как правило, включает:

-изложение студентом общей последовательности и основных результатов выполненной работы;

-вопросы преподавателя и ответы студента относительно конкретных полученных в работе значений величин, порядка и смысла выполненного расчета и т.п.

Расчетно-графическая (контрольная) работа оценивается, как правило, по двухбалльной системе («зачтено»-«незачтено»).

10