08.04.2020 Техническая механика


Механика – одна из древнейших наук (от греческого mechanike (techne) - искусство построения машин).
Все, куда бы ни взглянул человек, связано с механикой. Без знаний законов механики, умения применять их на практике невозможно представить современного инженера.
Чтобы выполнить расчет на прочность изгибаемого элемента – валы, оси, балки, -  следует знать и правильно применять правила построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов. Эти знания необходимы для проверки правильности построения эпюр, определения критических точек, что позволяет избежать аварийных ситуаций на производстве.

 Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов;

В предыдущей лекции было установлено, что при прямом поперечном изгибе в поперечных сечениях бруса (балки) возникают два внутренних силовых фактора: поперечная сила Q и изгибающий момент М.
Поперечной силой Q называется равнодействующая внутренних касательных сил, возникающих в поперечных сечениях бруса.
Изгибающим моментом М называется результирующий момент внутренних нормальных сил, возникающих в поперечных сечениях бруса, взятый относительно нейтральной оси этого сечения.
Определяя поперечную силу   и изгибающий момент   в различных сечениях балки, мы видим, что их значения изменяются по длине балки в зависимости от вида нагрузок и места их приложения. При расчетах часто бывает важно знать изменение Q и Мz в сечениях по всей длине балки, а этого можно достичь построением графиков–эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Знание методики расчета конструкций на изгиб необходимо для организации качественной эксплуатации и эффективного проведения ремонтов горного оборудования в объёмах компетентности техника в его дальнейшей работе как специалиста.
Данный вид нагружения широко распространён на производстве. Вы, как специалисты, для обеспечения безаварийной работы предприятия, должны уметь определять пиковые нагрузки и при необходимости определить опасный участок нагружения и максимальную нагрузку на этом участке.
Предлагаю для наглядности посмотреть подборку видеосюжетов с оборудованием, для которого может возникнуть необходимость определения величины поперечных сил и изгибающих моментов.

Копровые шкивы
Копровые шкивы служат для поддержания и направления канатов от подъемной машины в ствол шахты. Изготавливаются из высокопрочных сталей с литым или штампованным ободом. Устанавливаются на подшкивной площадке шахтного копра. 
Конструкция копровых шкивов.
Основным элементом, воспринимающим нагрузку, является ось, опирающаяся на два подшипника. Для правильного выбора материала и площади поперечного сечения, обеспечивающих жесткость, запас прочности, необходимо определение величины поперечной силы и изгибающего момента по длине оси. Для выбора необходимого типа подшипников и расчета их срока службы необходимо определить нагрузки в опорах.
Схема распределения нагрузок
Основным элементом, воспринимающим нагрузку, является ось, опирающаяся на два подшипника. Для правильного выбора материала и площади поперечного сечения, обеспечивающих жесткость, запас прочности, необходимо определение величины поперечной силы и изгибающего момента по длине оси. Для выбора необходимого типа подшипников и расчета их срока службы необходимо определить нагрузки в опорах.
Схема распределения нагрузок
Насосы типа Д
Насосы типа Д - с горизонтальным валом одноступенчатые - предназначены для перекачивания воды из карьеров за пределы влияния радиуса водоотлива. При работе насоса и движении жидкости через рабочее колесо создается распределенная сила, воздействующая на вал и направленная перпендикулярно оси вала. Опорами ротора служат подшипники качения, воспринимающие нагрузку от вала.

Схема распределения нагрузок 
Насосы типа Д представляют собой корпус с горизонтальным разъемом по оси вала, в котором располагается вращающийся ротор опирающийся на подшипники качения.

Грузоподъемные машины
Грузоподъемные машины предназначены для подъема и перемещения грузов на незначительные расстояния в пространстве, ограниченном зоной промышленного предприятия, обслуживаемого машиной. В современном производстве широко применяют различные грузоподъемные машины, однако наибольшее распространение получили грузоподъемные краны.

Козловые краны
В зависимости от конструкции самого крана, данные подъемно-транспортные механизмы позволяют перемещать и складировать грузы разной массы и формы. Козловой кран используется только вне помещений. Рельсовый путь расположен на земле. Высота подъема груза колеблется от 7 до 38 метров, длина пролета между опорами от 10 до 80 метров.
Схема распределения нагрузок

Схема распределения нагрузок
Решение задачи
Решение задачи рассмотрим на примере кран-балки
Задача
На двух опорную балку действует сосредоточенная сила F=30 Н. Построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов для балки, изображенной на рисунке. Допускаемое нормальное напряжение [σ]= 160 МПа.
Рис. 1 Схема к расчету балки
Решение (Слайд 22).
Последовательно по участкам нагружения рассматриваем вну­тренние силовые факторы в сечениях. Силовые факторы определяем из условий равновесия отсеченной части. Для каждого участка за­писываем уравнения внутренних силовых факторов.
Используем известные правила:
 поперечная сила численно равна алгебраической сумме проекций внешних сил на ось Оу;
 изгибающий момент численно равен алгебраической сумме
моментов внешних сил, действующих на отсеченную часть, относительно нейтральной оси, совпадающей с осью Ох;
 принятые знаки поперечных сил и изгибающих моментов.

1.      Наносим оси координат;
2.      Наносим реакции в опорах;
3.      Определяем реакции в опорах из условия равновесия плоских сил.

Рис. 2 Схема к расчету балки

åМА=0
F*6 - RB*(6+4)=0
10 RB=6 F
RB= F*6 : 10=30*6:10=18 H
åМВ=0
-F*4 + RA*10=0
RA= F*4 : 10=12 H

4.      Проверка:
RA – F + RB =12-30+18=0
Следовательно, реакции в опорах RA и RB определены верно.

5.      Строим эпюру поперечных сил Qу.
Напомним, что границы участков нагружения — это сечения, в которых приложены внешние нагрузки.
Составляем уравнение реакции для I участка:
Q1= RA=12 H
Составляем уравнение реакции для II участка:
Q2=RA – F =12-30= - 18 H
Строим эпюру поперечных сил.
Рис. 3 Эпюра поперечных сил
Порядок построения эпюр остается преж­ним: масштабы эпюр выбираются отдельно, исходя из значений мак­симальных сил и моментов.
Графики обводятся толстой основной линией и заштриховыва­ются поперек. На графиках указываются значения поперечных сил, изгибающих моментов и единицы измерения

6.      Строим эпюру изгибающих моментов Ми.
Для построения эпюры балку необходимо разбить на участки.
I участок:
MA=0 Нм;
MC= RA * 6=12*6=72 Нм;
II участок:
MВ= RA * 10 – F * 4=12*10 – 30*4=0Нм;
Строим эпюру изгибающих моментов.
Рис. 4 Эпюра изгибающих моментов

7.      Определяем размер двутавровой балки:


где:  нормальное напряжение, Нм;
-момент сопротивления, см3.

8.      В соответствии с сортаментом принимаем размер двутавра: ГОСТ 8239-72


5.2 Правила построения эпюр.
Сформулируем правила построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.

Правила построения эпюр:

·         При сосредоточенной нагрузке эпюра поперечных сил Q изображается прямой, параллельно оси балки, а эпюра изгибающих моментов Ми наклонной прямой (Слайд 23);
·         При сосредоточенной нагрузке ¯эпюра Qу образует скачек, численно равный значению самой силы (Слайд 24);

·         При равномерно-распределенной нагрузке   эпюра Qу изображается наклонной прямой, а эпюра Ми параболой (Слайд 25);


·         Если на участках Qу<0, то изгибающий момент убывает,
если на участках Qу>0, то изгибающий момент возрастает,
если на участках Qу=0, то изгибающий момент постоянен (Слайд 26).


·         Сосредоточенный внешний момент M никак не отражается на эпюре Qу. На эпюре Ми, в месте приложения этого момента, имеется скачок на его величину (Слайд 27).



Закрепление изученного материала
Тестирование по изученному материалу (Приложение 1).


Комментарии

Популярные сообщения из этого блога

МДК 02.02 Управление испытанием холодильного оборудования (по отраслям) и контроль за ним преподаватель Хомбак А.Н.

МДК 02.02 Управление испытанием холодильного оборудования (по отраслям) и контроль за ним преподаватель Хомбак А.Н.

Холодильные агенты преподаватель А.Н. Хомбак