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;
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;
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
Отправить комментарий