Лабораторные работы по технической механике
Лабораторная работа №1.
Испытание материалов на растяжение
|
Цель работы:
|
1.
Изучить поведение
материала при растяжении до разрушения.
2.
Получить диаграмму
растяжения, установить механические характеристики материала образца, предел
прочности, предел текучести, остаточное относительное удлинение при разрыве.
|
|
Оборудование:
|
1.
Разрывная машина РМП –
100
2.
Набор образцов
3.
Штангель-циркуль
|
Порядок
выполнения работы
1.
Образец укрепить в
захватах машины.
2.
Штангель-циркулем измерить
длину образца.
3.
Включить машину.
4.
В процессе испытания
образца записывать показания приборов, измеряющих величину силы нагружения и
удлинения образца.
5.
В момент разрыва образца
выключить машину.
6.
Измерить длину образца
после разрыва и диаметр в месте сужения.
7.
Данные наблюдений и
измерений записать в таблицу.
8.
Построить диаграмму
растяжения.
Размер образцов.
|
Материал
|
Начальный диаметр мм.
|
Начальная длина мм.
|
Площадь сечения мм. А
|
|
Сталь
Алюминий
|
0,5
1,6
|
130
150
|
0,19
2,01 мм2
|
Расчетные формулы:
1.
Площадь поперечного
сечения А0 = Пd2 /4;
2.
Предел прочности: δпл
= Fпл. /A0. Где Fпл. – нагрузка, соответствующая пределу прочности.
3.
Предел текучести:δT = Fт/A0. Где Fт -
нагрузка, соответствующая пределу текучести.
4.
Относительное удлинение: ξ=
(L-L0 /L)*100%
Таблица результатов.
|
№
|
Материал
образца
|
Нагрузка
при текучести
|
Нагрузка
при разрыве.
|
Абсолютное
удлинение.
|
Предел
текучести.
|
Предел
прочности
|
Относительное
удлинение.
|
|
1
2
|
Сталь
Алюминий
|
180
360
|
200
|
8
9
|
947
179
|
1052
189
|
6,2
6
|
5.
Диаграмма растяжения:
Вывод с предельной работы.
Вывод:
диаграмма растяжения (зависимость напряжения от абсолютного удлинения)
показывает, что стальной образец прочнее чем алюминиевый. Можно наблюдать в
разрывной машине пределы прочности и текучести для испытуемых материалов.
Лабораторная работа №2.
Тема:
испытание материала на сжатие.
Цель: определить
предел прочности дерева поперек и вдоль волокон.
Таблица измерения.
|
Размер образца.
|
Вдоль волокон.
|
Поперек волокон.
|
|
h
|
12 мм
|
13 мм
|
|
b
|
11
|
15
|
|
δ
|
11
|
11
|
|
A
|
121 мм2
|
165 мм2
|
Пусть:
Р=20 кг/см2
F=PAпорш d
Aпорш = π Dn2 /4=3.14*402 /4=12.56см2
F=20*12.56*10=2512H
Для Р=5кг/см2
δ = F/A =
|
2512/121
628/165
|
Таблица испытаний.
|
Вид испытаний
|
Давление по манометру
|
Разрушающая сила
|
Предел прочности
|
|
Вдоль волокон
|
20
|
2512Н
|
20,8МПа
|
|
Поперек волокон
|
5
|
628Н
|
3,8МПа
|
Расчетные формулы:
1.
Площадь сечения образца
А=b*δ
2.
Разрушающая сила Fmax = Р*Аn *10 (Н)
3.
Площадь поршня An
=πD2/4
4.
Предел прочности δb=Fmax /A
Вывод: Предел
прочности для образца поперек волокон составляет 3,8МПа, а вдоль 20,8МПа. Вид
дерева можно узнать по табличному значению 12,3МПа.
Лабораторная работа №3.
Цель:
Определить предел прочности на срез различных материалов.
1.
Схема приспособления
для испытания на двойной срез.
|
Данные об образцах
|
№1 Круглый образец
|
№2 Плоский образец
|
№3 Плоский образец
|
Примечание
|
|
Материал
|
Al
|
Al
|
Сталь
|
|
|
Диаметр
|
1,5 мм
|
−
|
−
|
|
|
Площадь среза
|
3,53 мм2
|
47,1 мм2
|
15,7 мм2
|
|
|
Толщина плоского образца
|
−
|
1,5 мм
|
0,5 мм
|
|
Таблица испытаний.
|
№ образца материала
|
Р манометра
|
Срывающая сила
|
Предел прочности
|
|
№1
|
3
|
377
|
106,9МПа
|
|
№2
|
18
|
2261
|
48 МПа
|
|
№3
|
34
|
4270
|
272 МПа
|
Схема гидравлического пресса.
Вывод:
характеристика материала допускаемой касательного напряжения при срезе, по
результатам двух опытов для Al = 77.4МПа, Стали = 272МПа.
Лабораторная работа № 4.
Тема: Испытание
материалов на кручение.
Цель:
Определить модуль сдвига материалов образца опытным путем.
d
= 6 mm
L
= 1130 mm
R
= 33 mm
D
= 100 mm
Таблица наблюдений и вычислений.
|
№
|
Нагрузка
|
Дуга поворота
|
Угол закручивания
|
Модуль сдвига
|
|
1
|
1
|
100
|
0,4
|
0,012
|
740*104 МПа
|
|
2
|
2
|
200
|
0,75
|
0,022
|
8,08*104 МПа
|
|
3
|
3
|
300
|
1,1
|
0,033
|
8,08*104 МПа
|
Ма=F*d
Dδ=100мм
Jp=127.17
мм4
G=8.885
H/мм3
Вывод: Материал
стержня – легированная сталь с модулем сдвига 7,85*104 МПа
Лабораторная работа № 5.
Тема:
Испытание винтовой цилиндрической пружины.
Схема, эскиз, размеры пружины.
|
D=DH
–d,
|
D – средний диаметр пружины
DH –
наружный диаметр
d
– диаметр проволоки
|
|
F=kx
δ=εF
ε=ΔL/L
|
ε – относительное удлинение
E – модуль продольной упругости материала
|
λт=9FD3n/Gd4 средний
диаметр пружины
D=42
мм
G=8*104МПа
N=7
|
№
|
Нагрузка
|
Практическая осадка
|
Теоретическая осадка
|
Отклонение
|
|
1
|
4,5
|
0,9
|
0,909
|
0,9%
|
|
2
|
9
|
1,8
|
1,818
|
0,9%
|
|
3
|
13,5
|
2,7
|
2,727
|
0,9%
|
График осадки.
Вывод: Осадка
пружины прямо пропорционально приложенной нагрузке, это небольшие нагрузки и
для них соблюдается закон Гука.
Лабораторная работа № 6.
Тема: Испытание
двухопорных балок на изгиб.
Цель:
Опытное определение величины прогиба балки, сравнение с теоретическими
значениями.
Схема установки.
|
№
|
Нагрузка
|
Действительный прогиб
|
Теоретический прогиб
|
Изгибающий момент
|
Напряж. изгиба
|
ΔF
|
|
1
|
9
|
2.3
|
2.46
|
2318
|
13.9
|
6,5
|
|
2
|
18
|
4.9
|
4.91
|
4635
|
27.8
|
0,2
|
|
3
|
27
|
7.3
|
7.37
|
6959
|
41.7
|
0,9
|
Вывод: Прогиб
балки практически совпадает с теоретическими, в пределах небольших погружений
он прямопропорционален приложенной нагрузки.
Лабораторная работа № 7.
Тема: Цилиндрические
редукторы.
Цель:
Ознакомление с конструкцией редуктора и назначением его деталей.
|
Наименование параметров и единиц измерения
|
Обозначения и способ определения
|
Результаты измерения
|
|
Число зубьев
|
Z1
Z2
Z3
Z4
|
14
58
20
54
|
|
Передаточное число
|
u1= Z2/ Z1
u2= Z4/ Z3
|
4,14
2,7
|
|
Межосевое расстояние
|
aω
|
9,5 мм
|
|
Диаметр окружностей выступов 1 и 2 ступени
|
da1
da2
da3
da4
|
40 мм
150
55
135
|
|
1)
|
3)
|
|
Модуль зацепления 1 и 2 ступени
|
m1= da1
m2= da2/ Z2+2
|
Для ведомого колеса
|
|
Ширина венцов колеса
|
b1
b2
|
25 мм
|
|
Межосевое расстояние
|
aω=d1+d2/2
|
90 мм
|
Вывод: Колеса касаются друг друга окружностью делительных диаметров они
проставлены на чертеже, модуль зацепления для такого редуктора 2,5.
Лабораторная работа № 8.
Тема: Червячные
редукторы.
Цель:
Ознакомление с конструкцией и его назначением, составление кинематической
схемы.
Оборудование и принадлежности.
1.
Червячный редуктор с
верхним расположением червяк – 1 комплект
2.
Червячный редуктор с
нижним расположением. – 2 комплекта.
3.
Штангель-циркуль с
пределами от 0 до 125 мм и от 0 до 320 мм.
4.
Разводной ключ, гаечный
ключ, отвертка, молоток.
|
№
|
Наименование параметра и его размеры
|
Обозначение
|
Способ определения
|
Численное значение величин.
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
1
|
Число
заходов витков
|
z1
|
сосчитать
|
1
|
|
2
|
Число
зубьев
|
z2
|
сосчитать
|
40
|
|
3
|
Передаточное
число
|
u
|
u=z2/2
|
40
|
|
4
|
Диаметр
окружности и впадин
|
da1
|
замерить
|
47
|
|
5
|
Диаметр
окружности выступов колес
|
da2
|
замерить
|
138
|
|
6
|
Осевой
модуль зацепления
|
m
|
m= da2/ z2+2
|
округлить по ГОСТу
|
|
7
|
Диаметр
делительной окружности
|
d1,d2
|
d1=q+m
d2=z2+m
|
40,62
5130
|
|
8
|
q
|
q= (da1/m)-2
|
12,5
|
|
9
|
Диаметр
окружности впадин
|
df1,df2
|
df=m*(q*2.4)
|
32,825
122,2
|
|
10
|
Осевой
шаг червяка
|
p
|
p=m*π
|
10,205
|
|
11
|
Угол
подъема винтовой линии
|
γ
|
tyγ= m*π
|
0,08
|
|
12
|
Межосевое
расстояние
-делительное
-расчетное
|
d
a
|
замерить
|
77,2
85,3125
|
|
13
|
Длина
нарезанной
|
b1
|
замерить
|
98
|
|
14
|
Ширина
венца колеса
|
b2
|
замерить
|
35
|
Вывод: Межосевое расстояние отличается от замеренного на 10%, вычисленные
размеры смотри на чертеже.
Лабораторная работа № 9.
Тема: Расчет
привода рабочей машины.
Цель:
Определение передаточных чисел всех передач общего передаточного числа, общего
КПД, а также линейной скорости всех валов вращающегося момента вала рабочей
машины.
Схема привода:
Порядок выполнения работы:
1.
Передаточное число всех
передач
2.
общее передаточное число u=uзуб*uрем*uцеп =1,972
3.
Общее КПД η=ηрем*ηзуб*ηпод
=0,848
4.
Мощность валов. Р1 =
50 Вт; Р2 =47 Вт; Р3 =45,12 Вт;Р4 = 42,41 Вт.
5.
Угловые скорости. ω1
=62,8 рад/с;ω2 =82,2 рад/с; ω3 =49,34 рад/с; ω4
=31,832.
6.
Угловая и линейная
скорость рабочей машины. ω=31,845 рад/с; ν=0,398 м/с
7.
Вращающий момент на валу
эл. двигателя и вала рабочей машины. М4=1,332Нм; М1=0,795Нм
8.
Окружное усилие рабочей
машины/сила натяжения каната.
Вывод: Изучены
кинематические характеристики привода рабочей машины, выигрыш во вращающем
моменте на валу рабочей машины. Подъемный механизм способен поднимать груз до
106,5 Н со скоростью 0,398Н/с.