ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 92
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
27
Лабораторная работа № 1.5
Цель работы.
1. Определение величины нормальных напряжений в сечении балки в условиях чистого изгиба и сравнение экспериментально по- лученной эпюры напряжений с теоретической.
2. Определение прогиба и угла поворота сечения балки.
Задание.
1. Определить величину нормальных напряжений в пяти точ- ках по высоте сечения двутавровой балки.
2. По полученным данным построить эпюру напряжений, сравнить экспериментальную эпюру с теоретической.
3. Определить величину прогиба середины балки и угол пово- рота ее опорного сечения, сравнить эти значения с теоретическими.
Последовательность проведения работы
1. Записать в отчет параметры испытуемой балки.
2. Нагрузить балку последовательно задавая усилие 2 кН по шкале динамометра.
3. После каждого шага нагружения записывать числовые зна- чения в окне измерителя деформаций и отсчеты по шкалам индикато- ров часового типа №№1,2в таблицу 1.7.
Таблица 1.7.
Результаты эксперимента
F
Δ
F
Т
1
ΔТ
1
Т
2
ΔТ
2
Т
3
ΔТ
3
Т
4
ΔТ
4
Т
5
ΔТ
5
Т
У1
ΔТ
У1
Т
У2
ΔТ
У2
ΔТ
ср1
ΔТ
ср2
ΔТ
ср3
ΔТ
ср4
ΔТ
ср5
ΔТ
У
ср1
ΔТ
У
ср2
28 4. Обработка экспериментальных данных.
4.1.Результаты эксперимента
4.1.1. Нормальные напряжения:
4.1.2.Прогиб середины балки:
4.1.3.Угол поворота опорного сечения:
4.2.Теоретические данные
4.2.1.Приращение изгибающего момента в расчетном сечении:
4.2.2. Нормальные напряжения:
4.2.3. Прогиб середины балки:
4.2.4. Угол поворота опорного сечения:
5. Построить эпюры нормальных напряжений по высоте се- чения балки по данным опыта и по теории.
6. Сравнить прогиб в середине пролета и угол поворота опор- ного сечения по данным опыта и по теории.
29
Контрольные вопросы
1. Что называется балкой?
2. Какой вид нагружения называется изгибом?
3. Какой изгиб называется чистым?
4. Что такое нейтральная линия (ось)?
5. Какие внутренние усилия возникают в поперечных сечениях балки при чистом изгибе?
6. Что такое изгибающий момент M
х
? Как определяется M
х через внешние силы?
7. Как вычисляется изгибающий момент в поперечном сечении бал- ки?
8. По какой формуле определяются нормальные напряжения в попе- речном сечении балки при чистом изгибе и как они изменяются по высоте балки?
10. Что называется упругой линией балки?
11. Какие виды перемещений получают поперечные сечения балки при изгибе балок?
12. Что называется прогибом балки?
13. Какая зависимость между прогибами и углами поворота сечений балки?
14. Запишите основное дифференциальное уравнение изогнутой оси балки.
15. Что называют углом поворота сечения балки?
16. Что называется жесткостью сечения при изгибе?
17. Как из основного (приближенного) дифференциального уравне- ния изогнутой оси балки получаются выражения углов поворота и прогибов ее сечений?
18. Почему при определении прогибов балки можно пользоваться приближенным дифференциальным уравнением изогнутой оси бал- ки?
19. Из каких граничных условий определяются постоянные интегри- рования при нахождении прогибов балки?
20. Что представляет собой уравнение метода начальных параметров?
30
Часть 2. Исследование деталей и узлов механизмов
Исследование деталей и узлов механизмов является важным этапом формирования знаний для принятия верных конструкторских решений при проектировании.
Механизм – это часть машины, преобразующая движение од- ного или нескольких тел в требуемое движение других тел. Элемент механизма, изготавливаемый из материала одной марки без примене- ния сборочных операций, называется деталью. Узел (сборочная еди- ница) – комплекс деталей, собранных посредством сборочных опера- ций отдельно от других составных частей и совместно выполняющих определенные функции.
Машина, как правило, состоит из множества отдельных деталей и узлов, и выход из строя хотя бы одного из них может привести к прекращению работы машины в целом. Это обстоятельство требует от разработчика глубоких знаний и практического опыта при приня- тии конструкторских решений. Машина – устройство, выполняющее преобразование движения, энергии, материалов и информации. В за- висимости от функций, которые они выполняют, машины подразде- ляются на энергетические, транспортные, технологические, информа- ционные и специальные.
СОСТАВЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА
Теоретическое введение
Составление кинематической схемы механизма
Механизм – это система тел, предназначенная для преобразова- ния движения одного или нескольких тел в требуемое движение дру- гих тел. Одно или несколько жестко соединенных твердых тел, вхо- дящих в состав механизма, называют звеном. Звено, принимаемое за неподвижное, называется стойкой.
Кинематической парой называется соединение двух соприка- сающихся звеньев, допускающее их относительное движение.
31
Совокупность поверхностей, линий, точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару, называется элементом звена.
Узел сопряжения – это совокупность поверхностей, линий, то- чек звена, по которым оно в данный момент соприкасается с другим звеном, образуя кинематическую пару. Узел сопряжения – это часть элемента звена, которая непосредственно соприкасается с другим звеном.
а б
Рис. 2.1. Образованные звеньями кинематические пары, элементы и узлы сопряжения звеньев
Элементами звеньев четырехподвижной кинематической пары
(показанной на рис. 2.1, а) служат наружная цилиндрическая поверх- ность одного звена и плоскость второго. Узлами сопряжения являются два отрезка прямых, принадлежащие элементам звеньев и находящиеся в непосредственном контакте. Для кинематической пары (приведен- ной на рис. 2.1, б) элементы звеньев – это наружная и внутренняя ци- линдрические поверхности. Для втулки узел сопряжения и элемент кинематической пары совпадают – это ее внутренняя цилиндрическая поверхность. Для вала узлом служит та часть элемента звена (его внешней цилиндрической поверхности), которая в данный момент непосредственно контактирует с узлом сопряжения втулки.
Кинематические пары бывают высшие и низшие. Низшие кине-
матические пары – это пары, звенья которых соприкасаются по по- верхности (узлы сопряжения представляют собой поверхности).
Низшие кинематические пары бывают вращательные и поступатель- ные и в плоских механизмах допускают только одну подвижность.
Высшие кинематические пары – это такие пары, звенья которых имеют контакт по линии или в точке (узлы сопряжения звеньев – точ- ки или линии).
32
Совокупность звеньев, соединенных кинематическими па- рами, представляет собой кинематическую цепь. Кинематические цепи подразделяются на простые и сложные, замкнутые и не- замкнутые.
Механизмы, применяющиеся в инженерной практике, обра- зованы замкнутыми кинематическими цепями. Поэтому механиз-
мом называется замкнутая кинематическая цепь, в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев (ведущих) относительно стойки все остальные звенья (ведомые) совершают однозначно определенные движения.
Для изучения механизма необходимо знать число и виды кинематических пар, число звеньев, их основные размеры и вза- имное расположение. Все это изображается на кинематической схеме механизма условными обозначениями пар и звеньев. Ус- ловные обозначения установлены ГОСТ 2.770. Основные виды звеньев даны в табл. 2.1.
Кинематическая схема – это модель механизма, отражаю- щая его строение и основные геометрические свойства его звень- ев. Кинематическая схема может отражать строение механизма в масштабе или без соблюдения масштаба.
В первом случае кинематическая схема должна показывать все параметры, необходимые для кинематического исследования ме- ханизма (длины звеньев, расстояния между центрами шарниров, расстояния до неподвижных направляющих, углы между плечами звеньев и т.д.). Конструктивные особенности механизма на кине- матических схемах не показывают, чтобы не усложнять чертеж.
Используя размеры звеньев и метод засечек, кинематиче- скую цепь механизма вычерчивают в масштабе на чертеже или с помощью какого-либо графического пакета
(КОМПАC,
AutoCAD).
На рис. 2.2 показана кинематическая схема плоского шарнирно- рычажного механизма для преобразования вращательного движения в поступательное. Схема вычерчена в масштабе для выбранного поло- жения начального звена I. Масштабный коэффициент длины кинема- тической схемы механизма
1
= 0,004 м/мм.
33
Таблица 2.1
Основные виды звеньев, используемых в механизмах
Наимено- вание
Определение
Внешний вид и условное обозначение на кинематической схеме
Стойка
Звено, принимаемое за непод- вижное.
Криво- шип
Вращающееся звено рычажно- го механизма, которое может совершать полный оборот во- круг неподвижной оси.
Коро- мысло
Вращающееся звено рычажно- го механизма, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси.
Кулиса
Звено рычажного механизма, вращающееся вокруг непод- вижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару.
Ползун
Звено рычажного механизма, образующее поступательную пару со стойкой.
Шатун
Звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями.
Кулачок
Звено, имеющее элемент выс- шей пары, выполненный в виде поверхности переменной кри- визны.
34
Рис. 2.2. Кинематическая схема механизма
Масштабный коэффициент длины
l
определяется как отноше- ние реальной длины звена l
ОA
(в метрах) к длине отрезка ОА (в милли- метрах), изображающего звено на кинематической схеме, например
,
l
= l
ОA
/ОА. На примере этого механизма рассмотрим порядок структур- ного анализа по Ассуру. Параметры звеньев для построения кинемати- ческой схемы механизма приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Параметры звеньев механизма
Координаты неподвижных звеньев, мм
Длина подвижных звеньев, мм
a
b
c
l
OA
l
AC
l
AB
l
BD
0,16
–
–
0,1 0,4 0,2 0,24
Анализ звеньев и кинематических пар изучаемого механизма представлены в таблицах 2.3 и 2.4 соответственно.
35
Таблица 2.3.
Таблица звеньев механизма
№ звена
Наименование звена
O
Стойка, направляющая
I
Кривошип
II
Шатун
III
Ползун
IV
Шатун
Таблица 2.4.
Таблица кинематических пар
№ пары
Звенья, ее образующие
Наименование
1
(0 1
;I)
Вращательная
2
(I;II)
Вращательная
3
(II;IV)
Вращательная
4
(II;III)
Вращательная
5
(0 2
;III)
Поступательная
6
(IV;V)
Вращательная
7
(0 3
;V)
Поступательная
Структурный анализ механизма по Ассуру
Строение плоского рычажного механизма по Л.В. Ассуру опре- деляет методику его кинематического и силового расчетов. Поэтому очень важно уметь проводить структурный анализ механизма. По клас- сификации Ассура, каждый плоский рычажный механизм, т.е. меха- низм с низшими кинематическими парами, состоит из начального ме- ханизма и структурных кинематических групп.
Рис. 2.3. Варианты начальных механизмов
36
Начальным механизмом называется кинематическая цепь, со- держащая стойку и связанные с ней одноподвижными кинематически- ми парами начальные звенья (рис. 2.3). В качестве начальных звеньев обычно принимаются входные звенья механизма (рис. 2.4), т.е. звенья, которым сообщается заданное движение. Начальный механизм обла- дает степенью подвижности w, равной степени подвижности меха- низма в целом.
Рис. 2.4. Механизмы и их входные звенья
Механизмы, образованные присоединением нескольких групп к начальному механизму, обладают степенью подвижности, равной подвижности начального механизма. Присоединенные группы Ассура имеют нулевую подвижность и не изменяют подвижность механизма.
Структурной кинематической группой, или группой Ассура, называется простейшая кинематическая цепь, имеющая нулевую под- вижность относительно тех звеньев, к которым она присоединяется, поэтому число кинематических пар группы связано с числом ее звеньев соотношением
. Группа Ассура является статиче- ски определимой кинематической цепью.
Простейшая группа Ассура состоит из двух звеньев и трех ки- нематических пар и называется группой 2-го класса. Существует пять видов структурных групп 2-го класса (табл. 2.5).
Класс группы равен числу её внутренних кинематических пар, образующих замкнутый контур.