36

2.Лабораторный практикум дисциплины

Содержание

Введение……………………………………………………………………22

2.1Лабораторная работа № 1…………………………………………………22

2.2Лабораторная работа № 2……………………………………………….27

2.3Лабораторная работа № 3………………………………………………...34

21

Введение

Предлагаемое учебное пособие является элементом системы информационно-предметного обеспечения процесса обучения по дисциплине «Прикладная механика».

Обучение в форме лабораторного практикума позволяет студентам глубже понять физическую сторону явлений, излагаемых в курсе Прикладной механики, осмыслить методы их расчетов и, что особенно важно, развивает самостоятельность и творческую инициативу.

2.1 Лабораторная работа № 1

Исследование структуры рычажных механизмов

Цель работы: освоение методики исследования структуры механизмов.

Краткие теоретические сведения

твердым телом и, соответственно, одним звеном.

Неподвижное звено механизма называют стойкой. В механизме рис. 1.1 стойка-корпус компрессора 0.

Входное звено - звено, которому задаётся движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение других звеньев. Входное звено механизма рис. 1.1- кривошип 1

Выходное звено - звено, совершающее движения, для выполнения которого предназначен механизм. Выходное звено механизма рис. 1.1 - поршень 3

Подвижное соединение двух звеньев называют кинематической парой. Кинематические пары механизма рис. 1.1: соединение кривошипа с корпусом,

22

соединение кривошипа с шатуном, соединение шатуна с поршнем, соединение поршня с корпусом.

Система звеньев механизма, соединенных между собой кинематическими парами, образует структурную цепь.

Структурные цепи подразделяются на плоские и пространственные,

разомкнутые и замкнутые, простые и сложные.

В плоской цепи все звенья движутся в плоскостях, параллельных одной и той же плоскости. Пример: механизм рис. 1.1.

Вразомкнутой цепи есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару. Пример: «рука» манипулятора. В замкнутой цепи все звенья входят в две или более кинематические пары. Пример: механизм рис. 1.1.

Впростых цепях каждое звено входит не более чем в две кинематические пары. В сложных цепях звенья входят в три и более кинематические пары.

Графическое изображение структурной цепи - структурная схема. Структурную схему выполняют с использованием условных обозначений по

ГОСТ 2.770-68. Звенья механизма обозначают в виде отрезков линий или неизменяемых геометрических фигур. Для обозначения неподвижности звена часть его контура покрывают штриховкой (рис. 1.2).

о

Рис.1.2

В обозначении кинематической пары должны быть отражены её функциональные признаки. Некоторые из обозначений кинематических пар приведены в таблице 1.1. Функциональное назначение кинематической пары, с одной стороны «удерживать» звенья в соприкосновении, с другой стороны, обеспечивать относительную подвижность. Этим функциям соответствует число налагаемых связей и число степеней свободы. По этим признакам пары классифицируют. Например, пара рис. 1.3

Разнообразие кинематических пар позволяет создавать различные по структуре (строению) механизмы. Структура механизма влияет на его кинематические характеристики.

Основными характеристиками структуры являются: тип цепи, число степеней свободы, наличие избыточных связей, наличие и тип структурных групп.

23

Одним из наиболее распространённых типов механизмов является рычажный механизм. Рычажным называют механизм с низшими кинематическими парами. Исследованию этого типа механизмов посвящена настоящая лабораторная работа.

Исследование механизма начинают с построения его структурной схемы. По результатам анализа структурной схемы делают заключение о типе структурной цепи механизма.

Число степеней свободы механизма и наличие избыточных связей определяют

P1 , P2 ... - число кинематических пар с одной, двумя и т.д. степенями свободы.

В механизм могут входить избыточные (повторные, дублирующие) связи, которые увеличивают жесткость конструкции, не изменяя подвижности механизма. Например, коленчатый вал четырехцилиндрового двигателя имеет три подшипника (см. рис. 1.4), хотя с точки зрения кинематики достаточно одного вращательного шарнира. В этом случае структурные формулы будут иметь следующий вид :

В уравнения (1.3) и (1.4) входят по два неизвестных W и q, поэтому их решение требует дополнительных исследований механизма. В зависимости от постановки задачи формулы могут быть использованы для определения числа степеней свободы механизма или наличия и числа избыточных связей. Избыточные связи превращают систему в статически неопределимую, кроме того, ужесточают требования к точности изготовления механизма (в примере рис. 1.4 – требуется обеспечить соосность подшипников).

Задача синтеза и анализа многозвенных механизмов существенно упрощается при использовании понятия структурной группы (группы Ассура). Структурной группой называют структурную цепь, число степеней свободы, которой равно нулю и которая не раскладывается на более простые цепи с таким же свойством.

Структурные группы обладают важными свойствами:

- структурная группа статически и динамически определима;

24

- присоединение (изъятие) структурной группы не изменяет числа степеней свободы механизма.

Первое свойство позволяет разложить схему механизма на структурные группы и произвести анализ последовательно по группам. Второе свойство позволяет производить синтез механизмов методом присоединения структурных групп к входным звеньям, не изменяя при этом числа степеней свободы механизма.

Сложность структурных групп определяется её классом и порядком. Класс группы равен числу кинематических пар, образующих наиболее сложный замкнутый контур входящих в группу звеньев, а порядок группы - числом внешних кинематических пар, которыми группа присоединяется к механизму. Пример структурных групп приведен на рисунке 1.5.

Поиск и выделение структурных групп следует начинать с наиболее простых.

Вопросы входного контроля

1.Дайте определение термина "механизм".

2.Дайте определение звена, кинематической пары. По каким признакам классифицируют кинематические пары?

3.Дайте определение структурной цепи, структурной схемы. Назовите типы цепей.

4.Что понимают под числом степеней свободы механизма?

5.По каким признакам определяют степень свободы механизма? Поясните физический смысл входящих в формулу буквенных обозначений и цифровых коэффициентов.

6.Какие связи называют избыточными? Как определяют число избыточных связей в механизме?

7.Дайте определение термина "структурная группа". Назовите основные свойства структурных групп. .

8.Чем определяется класс и порядок структурной группы? Как определяется класс механизма?

Оборудование, приборы, принадлежности

Модели механизмов, ГОСТ 2.770-68.

25

5.Назовите входное звено механизма, структурные группы, их класс и порядок.

6.Назовите класс механизма.

2.2 Лабораторная работа №2

Испытание образца на растяжение.

Цель работы – Изучение процесса растяжения образца из малоуглеродистой стали вплоть до его разрушения (разрыва), изучение диаграммы

растяжения, определение механических характеристик.

Краткие теоретические сведения

Испытание при осевом статическом растяжении образца является наиболее распространенным способом механических испытаний материала, что объясняется следующими преимуществами.

При одноосном растяжении в образце возникает однородное напряженное состояние. Во всех точках поперечного сечения рабочей части образца напряжения одинаковы и независимо от того, деформируется образец упруго или пластически, вычисляются по одной и той же формуле:

F A ,

где F – осевая сила, A – площадь поперечного сечения образца. Механические характеристики материалов, определяемые при испытании на

растяжение, считаются основными.

Испытание на статическое растяжение производится путем плавного непрерывного возрастающего нагружения образца круглого или прямоугольного сечения на испытательной машине. При этом процесс деформирования развивается обычно в такой последовательности: упругая деформация, упругопластическая деформация и разрушение.

Упругими деформациями тела называются такие, которые исчезают после снятия нагрузки, пластическими или остаточными – деформации, остающиеся после снятия ее.

В зависимости от поведения при статическом растяжении в условиях нормальной температуры материалы делят на пластичные и хрупкие. Пластичные материалы разрушаются лишь после значительной остаточной деформации. Такое деление в известной мере условно, так как, во-первых, не существует резкой границы между пластичными и хрупкими материалами; во-вторых, пластические свойства материала изменяются в зависимости от ряда условий (температура, скорость нагружения, вид напряженного состояния и др.).

При проведении испытания на растяжение записывается диаграмма растяжения образца, график зависимости удлинения образца от нагрузки F .

Различают два типа диаграмм (рис.2.1):

27