Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебное пособие 914

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
656.11 Кб
Скачать

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра автоматизированного оборудования машиностроительного производства

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольных работ по дисциплине

«Физические основы обработки материалов резанием» для студентов направления подготовки бакалавров 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» (профиль «Металлообрабатывающие станки и комплексы») заочной формы обучения

Воронеж 2012

Составители: д-р техн. наук С.Ю. Жачкин, ст. преп. Ю.Э. Симонова

УДК 621.91.02(07)

Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Физические основы обработки материалов резанием» для студентов направления подготовки бакалавров 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» (профиль «Металлообрабатывающие станки и комплексы») заочной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. С.Ю. Жачкин, Ю.Э. Симонова. Воронеж, 2012. 25 с

В методических указаниях изложены требования и общие вопросы по выполнению контрольных работ, составлены задания с необходимыми исходными данными. Выполнение задания дает возможность получения навыков в конструировании и расчетах режущих инструментов с учетом физических особенностей процесса обработки и использованием государственных стандартов, учебной и справочной литературы.

Предназначены для студентов 2 курса.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD 97 и содержатся в файле 01.doc.

Табл.2 Ил. 2. Библиогр. 7 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Л.А. Иванов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой профессор, В.М. Пачевский

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012

2

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа по курсу «Физические основы обработки металлов резанием» имеет своей целью закрепить теоретические знания, научить студентов самостоятельно решать инженерные задачи по расчету типового и специального режущего инструментов с использованием стандартных методик.

При выполнении контрольной работы студенты решают задачи по выбору типа и конструкции инструмента, материала его режущей части, назначению оптимальных геометрических и конструктивных параметров инструмента при работе в условиях автоматизированного производства с учетом физических особенностей процесса обработки материалов.

В работе могут быть отражены вопросы исследовательского характера: изменение точности при обработке деталей в зависимости от переточек инструмента, влияние геометрических параметров инструмента на точность обработки, точность позиционирования инструмента, способы повышения стойкости инструмента и др.

2.СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

ИТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ

Контрольная работа включает: расчет геометрических параметров, обеспечивающих заданные физические параметры обработки режущими инструментами.

Предлагаемые задания разделены на 2 группы. Каждая группа состоит из пятнадцати вариантов. Задания выдаются преподавателем индивидуально.

Исходные данные, необходимые для проектирования, но не указанные в задании, выбираются самостоятельно по рекомендованной литературе.

Выполненная контрольная работа должна состоять из расчетно-пояснительной записки.

3

Расчетно-пояснительная записка выполняется на писчей бумаге формата А4 и должна содержать задание на проектирование; оглавление; расчет инструмента; список литературы и стандартов.

Расчетная часть должна включать расчет параметров инструмента, требуемых по заданию; обоснование выбора размеров и конструктивных особенностей инструмента, которые не подлежат расчету; обоснование выбора материала и геометрических параметров режущей части инструмента. Расчеты и обоснования должны быть конкретными, при необходимости содержать поясняющие рисунки, их следует подтверждать ссылками на соответствующие литературные источники с указанием страниц, номеров таблиц и т.д.

Графическая часть (при необходимости) выполняется на отдельных листах. Форматы, масштабы изображений и общие требования графического материала должны соответствовать стандартам ЕСКД.

3. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Контрольная работа № 1.

П о и с к

о п т и -

м а л ь н ы х р а з м е р о в

д е р ж а в к и т о -

к а р н о г о о т р е з н о г о р е з ц а .

 

Выражения для поперечной силы и изгибающего момента в каком либо сечении рациональнее всего получать, используя метод сечений. С этой целью державку разрезают (мысленно) в выбранном сечении на две части и, рассматривая равновесие любой части, получают выражения для Qy и M x .

Отметим, что с целью уменьшения вероятности ошибки, желательно составлять уравнения равновесия таким образом, чтобы каждое содержало только одну неизвестную – Qy , или M x .

Державку разделяют на участки, в пределах которого внешнюю нагрузка постоянна или меняется монотонно. Ис-

2

пользуя метод сечений, на каждом участке получают выражения для Qyi и M xi . При этом для каждого участка можно вы-

бирать свою систему координат. Заметим, что поскольку Qyi и M xi связаны с внешними силами дифференциальными зави-

симостями, приведенными в учебниках по сопротивлению материалов:

 

dQyi

qi

Zi

,

dM xi

Qyi

,

(1)

 

dZi

dZi

 

 

 

 

 

 

 

то после получения выражений для Qyi и M xi

полезно

провести их проверку, используя зависимости (1). Перемещения державки при изгибе определяются уг-

лом поворота поперечного сечения и прогибом v – вертикальным перемещением. Их положительные направления показаны на рис.1. Прогиб и угол поворота связаны между собой и внутренними силовыми факторами. Между ними имеют место дифференциальные зависимости:

 

d

 

 

M x

;

 

dV

 

;

(2)

 

dZ

 

EI x

 

dZ

 

 

 

 

 

 

После интегрирования согласно зависимостям (2) полу-

чаем выражения для перемещений на каждом участке:

 

 

i = Сi +

M x i

dZ , V i = Di iZi +

 

 

 

M x i

 

dZ dZ .

E I x

li

 

E I x

 

 

 

 

 

 

 

 

li

 

 

 

li

 

 

Проинтегрировав выражения для и V

на каждом из

на n участков, имеем 2n постоянных интегрирования, для нахождения которых необходимо решать систему из 2 n алгебраических уравнений. Более простое решение получаем, составляя единые для всей державки выражения для Qy и M x с

использованием функции Хевисайда H Z Zk . функция Хе-

висайда – разрывная функция, определяемая следующим образом :

3

 

0

при

Z

Zk

H Z Zk

0.5

при Z Zk , причем,

 

1

при

Z

Zk

Z

H Z Zk dZ Z Zk .

0

В этом случае при известном выражении изгибающего момента для всей державки условия стыковки между участками выполняются автоматически и тогда после интегрирования необходимо определять всего две постоянных (для статически определимой державки) из условий закрепления державки.

Пример выполнения работы.

Дано: а 1,5м, b

2м, с 3м, М 20кНм, q 10kHм .

160МПа, Е

2,1 105 МПа .

4

Построение диаграмм поперечных сил Т и изгибающих мо-

ментов М И .

Следует соблюдать масштаб изображаемых величин. Реакции:

 

mA

 

 

RB 2b P 2b c M q a 2b c

 

a

2b c

a 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

2

2

3

20

10

1,5

2

2

3

1,5

2

2

1,5

 

1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

37,19 kH .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

R

 

2b P c M q a 2b c

 

 

a

2b

c

c 0

,

 

B

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

3

20

10

1,5

2

2

3

1,5

2

2

1,5

3

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

2

 

32,81kH .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка:

Y RA

RB P q a

2b

c

32,81

37,19

15

10 8,5 0

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение диаграмм Т и М И .

 

 

 

 

 

Сечение 1. (правая часть)

0

 

 

х

с

 

3м ,

 

 

 

Из уравнений равновесия:

 

 

Y

0,

 

 

 

mC

0 следует

 

 

 

 

 

T

 

P

 

q

 

 

 

x

 

15

10

х ,

 

 

 

 

 

(прямая)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M И

 

P х

 

 

 

q

х 2

 

15 х

10 х 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. (парабола)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Парабола имеет экстремум (мак-

 

 

 

 

 

симум или минимум), где еѐ про-

 

 

 

 

 

изводная равна нулю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dM

 

T

0

 

 

 

 

P

 

q

x0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

P

15

 

 

 

1,5 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( М И )хо

15 1,5

10 1,5

2

 

11,25кНм

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вначале следует построить диаграмму Т , затем, видя распределение касательных функции М И , изобразить еѐ.

Результаты вычислений, по которым строятся диаграммы, рекомендуется представлять таблицей.

Сечение 2. (правая часть) 0 х 2b 4м ,

6

Координату сечения отсчитываем от опоры.

T

P

RB

q

ñ

õ

 

 

15

37,19

10

c

x

42,19

10

3 x

M И

P

c

x

RB

x

 

q

x

c 2

15

3

x

37,19

x

10

3

x 2

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Текущую координату сечения можно отсчитывать от конца

 

 

стержня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом:

 

 

 

 

 

c

х*

 

c

2b ,

 

 

 

 

 

 

 

 

T

P

RB

q х

 

15 37,19

10 х

 

42,19

 

10

х ,

 

 

M И

P х

RB

х

с

 

 

q х 2

15

х

37,19

х 3

 

 

10 х 2

.

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Сечение 3. (левая часть): 0

х

а

1,5м ,

 

 

 

 

 

 

 

 

T q х 10 х

M И

q х 2

10 х 2

2

 

2

 

Изображение изогнутой оси державки.

Без количественной оценки перемещений поперечных сечений державки еѐ изогнутую ось изображаем по распределению изгибающих моментов по длине, зная, что в опорных уст-

7

ройствах возможен поворот и линейные перемещения отсутствуют (если опоры не перемещаются), а в защемлении отсутствуют оба перемещения. Необходимо учитывать: положитель-

ному моменту соответствует положительная кривизна и наоборот; смена кривизны (точка перегиба), где изгибающий момент равен нулю; кривизна там больше, где больше изгибающий момент.

Определение размеров поперечного сечения стержня из условия прочности:

 

М И

yМАХ

.

МАХ

J Z

 

 

 

Геометрические характеристики поперечного сечения.

Изгиб осуществляется относительно главной центральной оси Z, положение которой необходимо определить. Сечение образовано из двух элементарных фигур: прямоугольника и полукруга, для которых геометрические характеристики обычно известны:

A1

2b b,

yc

0,5b;

J z

 

2b

b3

 

,

12

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

r 2

0,8b 2

, y

 

4 r

4 0,8b

,

J

0,1098 r 4 0,1098 0,8b 4

 

 

 

 

c2

 

 

 

2

2

 

 

2

 

3

 

3

 

 

 

 

z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим положение центра тяжести всего сечения относительно вспомогательной оси (см. рисунок):

8