ВВЕДЕНИЕ. При проектировании машин, механизмов, конструкций и сооружений, при решении технических задач инженеры

При проектировании машин, механизмов, конструкций и сооружений, при решении технических задач инженеры, конструкторы и проектировщики сталкиваются с необходимостью иметь экспериментальные данные, на основе которых можно было бы построить теорию и внести тем самым определенные обобщения в анализ конкретных конструкций. К числу таких исходных экспериментальных данных относятся законы сухого трения в статике, законы И. Ньютона в динамике, закон Р. Гука в сопротивлении материалов, теория зацепления в деталях машин. Основными характеристиками материалов при этом являются коэффициенты трения скольжения f и качения k, масса m, модуль упругости Е, коэффициент Пуассона m, межосевое расстояние а_w и т.д.

Понятно, что в зависимости от свойств материала эти величины меняются. Так, например, коэффициенты трения зависят от шероховатости, твердости и природы соприкасающихся поверхностей, модуль упругости и коэффициент Пуассона в первую очередь зависят от материала и в некоторой степени от условий термической и механической обработки, межосевое расстояние механических передач – от материала звеньев и термической обработки.

Кроме того, для решения практических задач необходимо иметь и числовые характеристики прочностных свойств материалов. Так, при изучении процессов гибки и штамповки нужны числовые показатели, характеризующие способность материала пластически деформироваться, а при расчете пружин – наоборот, надо знать показатели упругой деформации и т.д. В ряде случаев надо иметь данные о способности материала противостоять действию контактных напряжений (расчет механических передач), действию высоких температур (расчет двигателей внутреннего сгорания), работать при переменных нагрузках (расчет валов и осей) и прочее.

В связи с этим создано много различных видов испытаний материалов, при помощи которых удается получить наиболее важные их характеристики, находящие прямое применение в расчетной практике. Основными и наиболее распространенными являются испытания на растяжение и сжатие, поэтому наибольшее количество лабораторных работ связано с применением машин, обеспечивающих проведение испытаний материалов на растяжение и сжатие. Эти машины подробно описаны в отдельной главе.

Государственный образовательный стандарт среднего профессионального образования Российской Федерации, формирующий требования подготовки специалистов, включает в обязательный минимум изучения дисциплины «Техническая механика» выполнение пяти – восьми лабораторных работ, основная часть которых приходится на раздел «Сопротивление материалов». В них излагаются методы определения механических свойств материалов при статических нагрузках.

Однако, по убеждению автора, изучение полного курса технической механики невозможно без включения лабораторных работ по теоретической механике и деталям машин.

В методических указаниях предложены 10 тем лабораторных работ, из них две по теоретической механике, семь по сопротивлению материалов и одна по деталям машин. В зависимости от специальности и технической оснащенности лаборатории преподаватель сам может выбрать основные лабораторные работы.

Пособие приведено в соответствие с существующими стандартами, а буквенные обозначения физических величин соответствуют Международному стандарту и рекомендациям ИСО.

При проведении лабораторных работ используются следующие обозначения физических величин:

А – площадь поперечного сечения бруса;

f – коэффициент трения скольжения;

k – коэффициент трения качения;

X_Cк, Y_Cк – координаты центров тяжести фигур, составляющих сечение;

X_C, Y_C – координаты центра тяжести сечения;

Р – мощность;

F – сосредоточенная сила;

М – сосредоточенный момент пары сил;

Q_y, Q_z – поперечные силы, направленные вдоль осей y, z;

М_к – крутящий момент в поперечном сечении бруса;

М_и – изгибающий момент в поперечном сечении бруса;

s – нормальное напряжение (общее обозначение);

τ – касательное напряжение (общее обозначение);

s_см – нормальное напряжение при смятии;

[s], [τ] – допускаемые нормальное и касательное напряжения;

∆ℓ – абсолютное удлинение (абсолютная линейная деформация);

e – относительное удлинение (относительная линейная деформация);

γ – угол сдвига (относительная угловая деформация);

Е – модуль упругости первого рода (модуль Юнга)

G – модуль упругости при сдвиге (модуль упругости второго рода);

m – коэффициент Пуассона;

δ – перемещение сечения бруса при растяжении или сжатии;

φ – угол поворота поперечного сечения при кручении;

θ – угол поворота поперечного сечения балки при изгибе;

S_x, S_y – статические моменты сечения относительно осей x, y;

J_y, J_z – моменты инерции сечения относительно осей y, z;

W_y, W_z, W_p – осевые и полярный моменты сопротивления сечения

F_кр – критическая сила;

s_кр – критическое напряжение;

λ – гибкость стержня;

а_w – межосевое расстояние зубчатых и червячных передач;

d₁, d₂ – диаметры делительных окружностей шестерни и колеса;

d_a1, d_a2 – диаметры окружностей выступов шестерни и колеса;

d_f1, d_f2 – диаметры окружностей впадин шестерни и колеса;

b₁ – ширина шестерни;

b₂ – ширина зубчатого колеса

Примечание. В лабораторных работах могут быть использованы также и другие обозначения и символы, пояснение которых приводится в тексте.