Применение технической механики на практике реферат
Обновлено: 02.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Подготовил преподаватель Зайнилова И.В.
Вопросами экспериментального изучения разделов технической механики, в частности, сопротивления материалов в образовательном процессе техникума я занимаюсь длительное время. По итогам наблюдений пришла к выводу.
В средних технических учебных заведениях эксперименты для количественной оценки упругих деформаций и соответственно напряжений в типовых элементах конструкций, рассматриваемых в процессе теоретического обучения, не проводятся из-за отсутствия доступного лабораторного оборудования и измерительной аппаратуры. В большинстве учебных заведений плановые лабораторные занятия заменяются практическими, где решают задачи и делают расчеты далекие от опытов. Проводятся лабораторные работы, но они носят лишь описательный поверхностный характер.
Лабораторная база технической механики в последнее время с каждым годом изменяется не в лучшую сторону: происходит сокращение вспомогательного персонала — штатных лаборантов, нет никакого оборудования и т.д.
Как показал мой опыт, надежными и простыми являются малогабаритные тензометрические лабораторные установки, позволяющие проводить нужные эксперименты и обобщать результаты измерений за короткий промежуток времени.
Видение развития лабораторной базы по технической механике заключается в следующем.
Каждое учебное заведение необходимо укомплектовать автономной учебной тензометрической лабораторией с включением экспериментальных установок, обеспечивающих опытное изучение: коэффициента Пуассона и коэффициента концентрации напряжений и т.д.
Предлагаемый комплект экспериментального оборудования позволяет сопоставлять и сравнивать результаты расчета напряжений по известным формулам и находить их тензометрическим методом в нагруженных элементах конструкций. В зависимости от объема излагаемого материала перечень оборудования может быть сокращен или же расширен.
Тензометрический метод может быть применен для изучения силовых факторов отдельных деталей машин: винтовых пружин, болтовых, клеммных соединений, элементов цепной передачи и т.д.
Учебная тензометрическая лаборатория должна быть снабжена современным цифровым измерителем упругих деформаций.
В образовательном процессе предпочтение, при возможности, должно отдаваться исследованию реальных элементов конструкций (деталей), заимствованных у существующих технических и строительных изделий, наиболее часто встречающихся в будущей профессиональной деятельности обучающихся.
Головным разработчиком и изготовителем тензометрического лабораторного оборудования мог бы быть Башкирский государственный аграрный университет. У него имеется большой практический опыт разработки, исследования и внедрения тензометрического лабораторного оборудования в вузах и техникумах.
При наличии хорошей лабораторной базы и её эффективном применении можно вести речь об экспериментальном изучении технической механики в учебном заведении.
Механизмы, входящие в состав любой машины или прибора, весьма разнообразны. С точки зрения их функционального назначения они делятся на следующие виды: механизмы двигателей и преобразователей; передаточные механизмы; исполнительные механизмы; механизмы настройки, подачи, транспортирования; механизмы управления, контроля и регулирования.
Механизмы решают задачи преобразования одних видов движений в другие, например, вращательного в поступательное, и задачи изменения скорости при сохранении вида движения, например, уменьшение числа оборотов двигателя до числа оборотов основного ведомого (рабочего) звена. В последнем случае одним из основных параметров механизма является передаточное отношение i, которое определяется как отношение угловых скоростей ведущего и ведомого k-го звеньев механизма, т.е. i1,k = n1 / nk, или i1,k = ω1 / ω k, где угловая скорость звеньев задается в оборотах за минуту (n) или в радианах за секунду (ω = 2πn / 60). Если механизм служит для понижения угловой скорости, его называют редуктором, если для повышения – мультипликатором.
Механизмы, служащие для передачи вращательного движения с преобразованием скорости (фрикционные, зубчатые), называют также передачами.
В зависимости от конструктивных особенностей и способа передачи движения между подвижными звеньями механизмы делят на шарнирно-рычажные; фрикционные; зубчатые; кулачковые; винтовые; с гибкими звеньями. Рассмотрим подробнее зубчатые и фрикционные виды механизмов, учитывая их конструктивные особенности.
1.Зубчатые механизмы
1.1 Возможности по преобразованию вида движения, изменению скорости, достоинства, недостатки зубчатых механизмов.
Зубчатые механизмы служат для преобразования вращательного движения ведущего звена и передачи моментов сил.
Достоинства: постоянство заданного передаточного отношения, компактность, высокий КПД (0,92 … 0,98); наличие небольших сил давления на валы и опоры; высокая надежность; удобство эксплуатации.
Недостатки: сложность и высокую точность изготовления и сборки, наличие шума при работе (особенно при больших окружных скоростях), невозможность плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения ведомого звена.
1.2Классификация зубчатых передач; возможности, достоинства, недостатки разных видов зубчатых передач.
Зацепление зубчатых колес можно кинематически представить как качение без скольжения друг по другу двух поверхностей, называемых начальными. Для цилиндрических передач это цилиндры, для конических – конусы. Точку качения начальных поверхностей определяют как полюс зацепления.
По числу пар зацепляющихся колес зубчатые передачи бывают одно-, двух- и многоступенчатыми.
По профилю зубьев: очертания зуба в плоскости поперечного сечения профиль зуба; эвольвентные, циклоидальные, круговые (зацепление Новикова).
По взаимному расположению осей их делят на цилиндрические – с параллельными осями (а), конические – с пересекающимися осями (д), на червячные (з), винтовые (и) – со скрещивающимися в пространстве осями.
Зацепление зубчатых колес может быть внешним и внутренним (г).
Реечные зубчатые передачи (к) преобразуют вращательное движение в поступательное или наоборот.
По расположению зубьев относительно образующих начальной поверхности колеса зубчатые передачи делят на прямозубые (а) и косозубые (б, в), шевронные (в) и с круговым зубом (ж).
а
к
з и
Прямозубыми называются колеса (передачи), направление каждого зуба которых совпадает с образующей начальной поверхности (цилиндра или конуса).
Косозубыми называются зубчатые колеса, направление каждого зуба которых составляет некоторый постоянный угол с образующей начальной поверхности.
Обладают рядом достоинств по сравнению с прямозубыми: благодаря наличию угла наклона зубья вступают в зацепление по своей длине постепенно, что обеспечивает более равномерную и плавную работу, и, естественно, снижение шума механизма вследствие большего коэффициента перекрытия. У косозубых колес минимальное число зубьев при котором не происходит подрезания, меньше, чем у прямозубых. Косозубые передачи позволяют подобрать при заданном межосевом расстоянии за счет изменения угла наклона пару колес со стандартным модулем.
К недостаткам косозубых передач следует отнести более сложное изготовление колес по сравнению с прямозубыми и появление дополнительного осевого усилия, передаваемого на опоры. Для устранения осевого усилия можно применять шевронные зубчатые колеса. Венец шевронного колеса состоит из участков с правым и левым направлением зубьев. Зубья такого колеса могут быть нарезаны на одном ободе или венец состоит из жесткого соединения двух косозубых колес с разным направлением наклона зубьев. Шевронные колеса сложнее в изготовлении косозубых.
Шевронными называются колеса (в), зубчатый венец которых образуется из двух рядов косых зубьев противоположного направления.
Для устранения осевого усилия можно применять шевронные зубчатые колеса. Венец шевронного колеса состоит из участков с правым и левым направлением зубьев. Зубья такого колеса могут быть нарезаны на одном ободе или венец состоит из жесткого соединения двух косозубых колес с разным направлением наклона зубьев. Шевронные колеса сложнее в изготовлении косозубых.
Конические колеса могут быть прямозубыми, косозубыми и с круговым зубом (д, е, ж).
Конические зубчатые колеса применяют для передачи вращательного движения между валами, оси которых пересекаются под некоторым углом.
Преимущественно применяют прямозубые конические колеса и только тогда, когда нельзя использовать цилиндрические. Это объясняется большей сложностью изготовления и сборки конических передач. Одно из колес конических передач из-за пересечения осей валов располагается консольно, что создает дополнительные трудности при конструировании опор. Кроме того, валы и опоры нагружаются не только радиальными, но и осевыми силами. Применение более сложных опор приводит к снижению КПД и к большему шуму, чем при применении цилиндрических передач.
Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зубьев. Во-первых, эвольвентное зацепление мало чувствительно к отклонениям межосевого расстояния, не нарушается правильность зацепления. Во-вторых, профиль зубьев инструмента для нарезания эвольвентных зубчатых колес может быть прямолинейным, сравнительно простое изготовление и контроль инструмента и колес, одним инструментом можно нарезать колеса с разным числом зубьев. Траекторией точки контакта эвольвентных профилей зубьев является прямая линия.
По характеру своей работы передачи могут быть реверсивные и нереверсивные. По конструктивному выполнению корпуса зубчатые передачи бывают открытыми и закрытыми. Открытые не имеют защиты от попадания пыли и грязи, закрытые передачи имеют жесткий корпус и работают в масляной ванне.
По величине окружной скорости различают передачи – тихоходные (до 3 м/с), средних скоростей (3 … 15 м/с) и быстроходные (свыше 15 м/с).
Червячные передачи применяют, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются под углом 90°.
Достоинством червячных передач по сравнению с зубчатыми является возможность получить большие передаточные отношения (числа) в одной ступени, до 80 в силовых передачах и до нескольких сотен в кинематических. Червячным редукторам присущи также бесшумность в работе; высокая плавность зацепления; компактность; свойство самоторможения, заключающееся в невозможности передачи вращения от колеса к червяку, что позволяет исключать из привода тормозные устройства; надежность и простота эксплуатации.
Недостатками червячных передач являются большое относительное скольжение сопряженных поверхностей в зацеплении; большие потери на трение; малый КПД; значительный нагрев зацепляющихся элементов в силовых передачах, что требует специальных мер для дополнительного охлаждения; высокая сложность и точность изготовления и сборки.
Планетарными называют многозвенные механизмы, в которых обязательно есть зубчатые колеса с движущимися геометрическими осями.
Планетарные передачи позволяют получать большие передаточные отношения при малых габаритах и массе механизма, снимать с одной (центральной) оси движения с разными угловыми скоростями. Планетарные механизмы широко используются в шкальных отсчетных устройствах ,где подвижное центральное колесо связывают со шкалой грубого отсчета, а водило – со шкалой точного отсчета; в механизмах настройки. Недостатками планетарных передач являются повышенное требование к точности изготовления, относительно большой мертвый ход, уменьшение КПД с ростом передаточного отношения.
Волновые зубчатые механизмы имеют ряд достоинств: большие передаточные отношения (50 … 250 в одноступенчатой передаче) при малых габаритах и массе; высокие точность и плавность вследствие уменьшения общей ошибки при большом числе зацепляющихся зубьев и минимальный мертвый ход; высокий КПД (0,7 … 0,9) благодаря малым скоростям скольжения в зацеплении; возможность передачи вращательного движения в герметически закрытое пространство или через непроницаемую перегородку. Двухступенчатая схема волновой передачи позволяет получать передаточные отношения до нескольких тысяч.
По сравнению с планетарными передачами волновые имеют большие КПД, точность и меньший мертвый ход.
К недостаткам волновых передач относятся сложность изготовления и невозможность получения малых передаточных отношений (меньше 50).
Применяются волновые передачи в кинематических и силовых приводах с большим передаточным отношением; в отсчетных устройствах повышенной точности; как привод для передачи движения в герметизированное пространство.
1.3Геометрические параметры цилиндрических прямозубых колес и передач. Передаточное отношение (число) зубчатых передач.
Рассмотрим элементы зубчатых колес (рис.2), находящихся в зацеплении, в плоскости, перпендикулярной к оси вращения. По высоте снаружи зубья ограничены окружностью выступов диаметром da, изнутри – окружностью впадин диаметром df. Боковые поверхности полного профиля зуба очерчены эвольвентами противоположных ветвей. Эвольвента представляет собой траекторию произвольной точки прямой, перекатывающейся без скольжения по окружности, называемой основной. Положительная ветвь эвольвенты получается при перекатывании производящей прямой против хода часовой стрелки, отрицательная – по ходу часовой стрелки. С увеличением радиуса основной окружности до бесконечности (зубчатая рейка) эвольвента превратится в прямую. Часть бокового профиля зуба очерчивается по переходной кривой, служащей плавным переходом от эвольвенты к окружности впадин. Наличие переходной кривой делает зуб более прочным у основания. При зацеплении одного колеса с другим появляется начальная окружность радиусом rw. Это окружность одного зубчатого колеса, перекатывающаяся без скольжения по окружности (поверхности) второго из зацепляющихся колес. Расстояние между одноименными профилями соседних зубьев по дуге окружности называется окружным шагом и обозначается pt. Значение этого параметра по начальным окружностям должно быть одинаковым у находящихся в зацеплении колес. Пользуясь шагом зацепления, можно выразить длину любой окружности колеса, умножив шаг на число зубьев z:
где t – индекс соответствующей окружности, например, pa, da или pf, df.
Величина pt выражается несоизмеримым числом, так как в правую часть условия (17) входит число π. Это затрудняет выбор размеров колес при их проектировании и изготовлении. Поэтому основным параметром принят не шаг, а отношение его к числу π. Эта величина называется модулем зацепления mt:
Шаг и модуль имеют индекс той окружности, по которой они измерены. Величины модулей для снижения номенклатуры и унификации режущего и контролирующего инструмента стандартизированы. Чаще всего согласно стандартам ограничиваются следующими значениями модуля (в миллиметрах): 0,05; 0,06; 0,08; 0,1; 0,12; 0,15; 0,20; 0,25; 0,3; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0. Окружность, по которой модуль имеет расчетное стандартное значение, называется делительной. Диаметр ее обозначается d, она является базовой для определения элементов зубьев и их размеров. Шаг и модуль по делительной окружности обозначают соответственно р и m.
Диаметр делительной окружности
Для наиболее распространенных неисправленных по высоте (нулевых) колес начальная и делительные окружности совпадают и передаточное отношение для пары таких колес будет равно
Помимо шага по дуге окружности различают и угловой шаг (центральный угол, соответствующий шагу по дуге). За время контакта одной пары зубьев колесо повернется на угол перекрытия. Для обеспечения непрерывности передачи движения от ведущего к ведомому колесу необходимо, чтобы до выхода из контакта данной пары зубьев в зацепление вступила очередная пара зубьев. Это условие будет соблюдаться, если угловой шаг колеса меньше угла перекрытия. Отношение угла перекрытия к угловому шагу, называют коэффициентом перекрытия зубчатой передачи εγ. Допустимым считается значение εγ ≥ 1,2.
Часть зуба высотой ha, заключенную между окружностью выступов и делительной окружностью, называют головкой зуба, а часть зуба высотой hf, заключенную между делительной окружностью и окружностью впадин, – ножкой зуба. Основные геометрические параметры зубчатого колеса – диаметры выступов da и впадин df, общая высота зуба h, высота головки ha и ножки hf, толщина зуба s и ширина впадин е между зубьями – выражаются через основной параметр зубчатой передачи – модуль m, по ГОСТ 9587-68.
Зубчатые передачи в приборостроении обычно используют не как силовые для передачи значительных моментов сил, а как кинематические для получения требуемых скоростей вращения. Зубчатую передачу в этом случае не рассчитывают на прочность, модуль выбирают из стандартного ряда по конструктивным соображениям. Применение малых модулей позволяет уменьшить габариты колес и увеличить плавность передачи при сохранении габаритов за счет увеличения числа зубьев. При заданном диаметре стоимость колес с уменьшением модуля возрастает, но повышается точность работы зубчатой пары, КПД таких передач 0,94 . 0,98.
Высота головки зуба ha = ha*∙m, где ha* – коэффициент высоты головки, который в соответствии со стандартом равен единице (ha* = 1), а высота головки равна модулю (ha = m). Высота ножки зуба hf = (ha* + c*)m, где с = с*m – величина радиального зазора (см. рис. 3.7) между зубьями колес, находящихся в зацеплении; с* – коэффициент радиального зазора, который зависит от величины модуля: с* = 0,5 при m ≤ 0,5 мм, с* = 0,35 при 0,5 3 ), к уменьшению массы конструкции в 4 . 5 раз.
Недстатки - пластмассы значительно хуже, чем металлы, сопротивляются переменным нагрузкам; они подвержены тепловому, световому и атмосферному старению – процессу самопроизвольного необратимого изменения свойств; многие из пластмасс гигроскопичны.
Из пластмасс изготавливают зубчатые и червячные колеса, шкивы, подшипники, ролики, корпуса, зубчатые ремни, ручки управления и другие детали. Производство пластмасс развивается интенсивнее, чем таких традиционных материалов, как металлы. Это объясняется удешевлением изготовления, улучшением ряда основных параметров механизмов: уменьшением веса и инерционности звеньев, потерь на трение, повышением быстродействия.
Основная цель данной статьи состоит в том, чтобы рассмотреть источники роста теоретической механики как фундаментальной науки, сосредоточив главное внимание на взаимодействиях механики с техническими потребностями общества, обусловленными развитием современной техники.
Ключевые слова
Текст научной работы
В настоящее время теоретическая механика, являясь в большей степени фундаментальной дисциплиной, в свою очередь есть научная основа развития современных отраслей техники. Развитие машиностроения вызвало развитие как теоретической механики, так непосредственно связанных с ней дисциплин: теория механизмов и машин, сопротивление материалов, детали машин.
Теоретическая механика является научным фундаментом в наиболее передовых отраслях, таких как авиастроение и ракетостроение. Под воздействием запросов авиационной и ракетной техники существенно развивались следующие разделы: механика тел переменной массы, теория гироскопических явлений, специальная теория относительности.
Первые теоретические исследования в задачах связанных с движение тел переменной массы принадлежат Д. Бернулли и Л. Эйлеру. Эйлер вывел уравнение поступательного движения объекта переменной массы и уравнение вращательного движения тела переменного состава около неподвижной оси.
Главным в работах Эйлера явилось получение выражения реактивной силы установившегося поступательного движения тела переменной массы и момента реактивных сил относительно данной оси. В работах К.Э. Циолковского главное внимание уделялось проблеме космического полета ракеты. Он разработал основные принципы создания летательного реактивного аппарата и проанализировал условия межпланетного полета. Исследования движения небесных тел, масса которых меняется из-за падения метеоритов на их поверхность принадлежит И.В. Мещерскому. Автор решил задачу построения общей теории, на основе которой можно было бы исследовать частные случаи движения тел переменной массы. Важнейшими работами И.В. Мещерского в построении общей теории движения тел переменной массы было рассмотрение одновременного присоединения и исключения частиц от основной движущейся материальной точки и исследование вращения твердого тела переменной массы вокруг неподвижной оси.
Для понимания гироскопических явлений Л. Эйлером были выведены кинематические и динамические уравнения, описывающие вращение твердого тела около центра масс и неподвижной точки. Ж. Лагранж нашел общее решение уравнения Эйлера для твердого тела, у которого моменты относительно двух главных осей равны, центр масс смещен относительно точки опоры вдоль третьей главной оси. Позднее в конце девятнадцатого века произошло зарождение гироскопической техники: гирогоризонта, гироскопа направления, гироскопического компаса. В наши дни уже более совершенные гироскопические приборы нашли свое применение в авиационной технике, в частности в самолете амфибии Бе-200ЧС, находящийся на вооружении в подразделениях МЧС России. Самолет оснащен комплексом пилотажно-навигационного оборудования и средств связи, которые обеспечивают навигацию и управление в любых метеоусловиях. Самолет предназначен для доставки в район бедствия спасателей и средств пожаротушения, сдерживание распространения средних и крупных пожаров.
В настоящее время на законах теоретической механики, а именно статики и кинематики строится теория движения пожарного автомобиля, где проводится анализ ряда эксплуатационных свойств: тягово-скоростных, тормозных, устойчивости движения, маневренности, управляемости, плавности хода.
Тяговые силы ведущих колес определяют тягово-скоростные свойства пожарного автомобиля. Тягово-скоростные свойства оцениваются величиной удельной мощности, которая выражается отношением мощности двигателя к полной массе автомобиля.
Сопротивление качению колеса с пневматической шиной по недеформируемой дороге возникает за счет затрат энергии на деформацию шины, напротив сопротивление качению колеса по деформируемой дороге возникает за счет затрат энергии на деформацию грунта и на преодоление сил трения между колесом и грунтом. Сила сопротивлению качению колес пожарного автомобиля является суммой сил сопротивлению качения всех колес и прямо пропорциональна коэффициенту сопротивления качению и нормальной реакции поверхности каждого колеса.
Практически для определения тех или иных эксплуатационных свойств автомобиля одним из основных параметров являются нормальные реакции опорной поверхности колес. Следует отметить, что величины нормальных реакций определяются правилами статики путем составления уравнений равновесия произвольной плоской системы сил.
Таким образом, законы и методы теоретической механики являются руководством к грамотному решению практических задач в технических вопросах, где взаимодействие науки механики с рядом областей современной техники базируется на основе колоссального опыта всего человечества. Новые научные открытия и достижения должны находить свое отражение и в преподавании курса теоретической механики, обновляя и пополняя содержание этой дисциплины.
Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.
Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов
Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит
Бесплатные доработки и консультации
Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки
Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа
Техподдержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему
Строгий отбор экспертов
Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы ![]()
Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован
Последние размещённые задания
Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн
Другое, Документооборот в органах государственной власти и местного самоуправления
Срок сдачи к 5 мар.
Нужно решать задачи 10 вариант
Решение задач, Математика
Срок сдачи к 28 февр.
На графике исходное рыночное равновесие соответствует точке А (s – 29
Решение задач, Экономика
Срок сдачи к 26 февр.
Анализ финансовых результатов
Тест дистанционно, анализ финансово-хозяйственной деятельности
Срок сдачи к 26 февр.
Renga и БИМ моделирование
Срок сдачи к 2 мар.
Другое, Управление государственным и муниципальном имуществом, государтсвенное право
Срок сдачи к 7 мар.
Решить нужно сейчас, нужны только ссылки на нормативно правовые.
Решение задач, Право
Срок сдачи к 26 февр.
Тестирование по химии
Тест дистанционно, Химия
Срок сдачи к 26 февр.
Процессуальные издержки в уголовном процессе
Курсовая, уголовно-процессуальное право
Срок сдачи к 5 мар.
Тема: Исследование свойств древесины северных районов красноярского.
Статья, Проектная подготовка в строительстве, строительство
Срок сдачи к 28 февр.
выполнить индивидуальное задание
Отчет по практике, право социального обеспечения
Срок сдачи к 28 февр.
Решение задач, Бухгалтерский учет
Срок сдачи к 17 апр.
Помощь в оформление
Курсовая, Конституционное право России
Срок сдачи к 28 февр.
Сделать 4 вариант из документа
Срок сдачи к 26 февр.
Разработка рекомендаций по выведению российских молочных продуктов на рынок КНР
Срок сдачи к 12 мар.
тема "Оценка деятельности следователя при расследовании преступлений.
Курсовая, уголовное право и уголовный процесс
Срок сдачи к 12 мар.
Исполнительная власть в государстве
Курсовая, Теория государства и права
Срок сдачи к 31 мар.
Решить 4 задачи по бухгалтерскому учёту.
Решение задач, Бухгалтерский учет
Срок сдачи к 26 февр.
Размещенные на сайт контрольные, курсовые и иные категории работ (далее — Работы) и их содержимое предназначены исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении Работ и их содержимого принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие в связи с использованием Работ и их содержимого.
Читайте также: