Материал: 1798

2

УДК 621.031 ББК 30.12 Р 86

Рецензенты: д-р техн. наук, проф.В.Д. Белый д-р техн. наук, проф. В.Н. Тарасов

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия по дисциплине «Механика» для специальностей 061111 «Производственный менеджмент», 240400 «Организация дорожного движения», 060813 «Экономика и управление на предприятиях транспорта».

Руппель А.И. КРАТКИЙ КУРС МЕХАНИКИ: учеб. пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2002. – 209 с.

В настоящем пособии кратко изложены основы теоретической механики, теории механизмов и машин, сопротивления материалов и деталей машин. Теоретические положения и выводы формул даны в единой методической системе, которая дает наглядность и раскрывает физическую сущность явлений. Приводятся примеры решения задач. Пособие предназначено для студентов немеханический специальностей стационарной и заочной форм обучения.

Табл. 12. Ил.125. Библ. 14 назв.

3

В В Е Д Е Н И Е

Необходимость в создании учебного пособия, в котором отражены все разделы механики: теоретическая механика, сопротивление материалов, теория механизмов и машин и детали машин, возникла в связи с тем, что вузовские учебники по перечисленным дисциплинам очень объемные и не соответствуют программе подготовки менеджера, инженера-экономиста и т. д.

Учебное пособие написано в соответствии с рабочей программой по «Основам механики», рассмотренной на заседании кафедры деталей машин и утвержденной на методическом совете факультета «Технологические и транспортные» машины. Оно состоит из четырех разделов: 1. Основы теоретической механики. 2. Основы теории механизмов и машин. 3. Основы сопротивления материалов. 4. Детали машин.

Главное назначение курса «Основы механики» – ознакомить с основными понятиями и методами анализа, присущими машиностроению, чтобы в дальнейшей практической деятельности будущие менеджеры и экономисты нашли общий язык с механиками. Объем учебника краток и определен малым временем, отводимым на данный курс, поэтому неизбежно неполное изложение разделов. Теоретический материал в учебном пособии иллюстрируется рисунками и примерами решения задач. В пособии принята международная система единиц физических величин

(СИ).

Учебное пособие по механике предназначается для немашиностроительных вузов, у которых на изучение механики отводится сравнительно небольшое количество часов.

Современное человечество вооружено техникой, которая окружает нас повсюду и выполняет самую разнообразную полезную работу. Техника

– это машины и приборы, которые используют различные явления природы и заставляют их служить человеку. Каждое устройство состоит из разных частей, выполняющих свои функции. Основу всех машин и многих аппаратов составляет механическая часть, которая состоит из корпуса и движущихся тел, связанных между собой. Кроме механической части, в машине имеются электрическая, гидравлическая, пневматическая и другие части. Бывают немеханические машины, например, ЭВМ, которые не содержат механической части. В большинстве современных машин происходит преобразование электрической, тепловой, химической энергии в механическую. Для этого служат электродвигатели (электромоторы), двигатели внутреннего сгорания, электрохимические аккумуляторы и др.

Механическая часть машины, состоящая из твердых тел (деталей) и предназначенная для выполнения полезной работы, называется

4

механизмом. Эта часть машины является объектом изучения в нашем курсе.

Если из твердых тел (деталей) построить механизм, то нужно их соединить друг с другом, чтобы обеспечить их заданные относительные движения. Подвижные соединения соприкасающихся деталей называют кинематическими парами, а соединяемые ими детали - звеньями. Система звеньев, подвижно связанных между собой, образует кинематическую цепь. Механизм представляет собой кинематическую цепь, используемую для выполнения полезной механической работы. Примерами могут служить подъемные краны, автомобили, тракторы, дорожные машины, станки, прессы, молоты, насосы, вентиляторы и многое другое.

Несмотря на большое разнообразие механизмов и машин, они состоят из сравнительно небольшого числа однотипных деталей: корпусов, валов, зубчатых колес, рычагов и т.д., для которых применяют одни и те же методы расчета и анализа в казалось бы далеких друг от друга отраслях техники. Это делает механику с ее разделами универсальной общеобразовательной технической дисциплиной, необходимой каждому инженеру. В нашем курсе мы будем изучать не специальные, а универсальные наиболее распространенные механизмы и их детали.

Изучение данного курса позволяет обоснованно выбирать и эксплуатировать различные технические средства, применяемые в различных промышленных и транспортных предприятиях, а также иметь представление о расчете и проектировании этих средств.

Задачами дисциплины являются:

Получение основ знаний общих законов движения и равновесия материальных тел.

Освоение основных методов расчета элементов конструкций и машин на прочность и жесткость.

Ознакомление с устройством простых механизмов и машин. Краткий курс механики базируется на общенаучных дисциплинах:

математике, физике, инженерной графике и др. Знания, полученные в данном курсе, могут быть использованы в специальных дисциплинах, изучающих оборудование, с которым будут сталкиваться студенты в своей практической работе.

5

Часть I. ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

1. СТАТИКА

1.1.Основные понятия статики

1.1.1. Статика и ее задачи

Статика – это раздел механики, изучающий равновесие тела под действием сил. Силы бывают статические и динамические. Статические силы постоянны во времени, к ним относят силу пружины, силу постоянного давления жидкости или газа, силу электромагнитного поля и т.д. Инерционные или динамические силы возникают в результате ускоренного или криволинейного движения. (Вспомним торможение автобуса или его крутой поворот.) Эти силы изучаются в динамике.

Статика решает две основные задачи:

Замену приложенных к телу сил одной равнодействующей силой (сложение и разложение сил).

2.Определение условия равновесия тел под действием сил (определение величины и направления уравновешивающей силы).

Прикладные задачи статики:

Определение реакций в опорах строительных конструкций. Определение усилий в элементах конструкций.

3.Определение равновесия и устойчивости конструкций и т.д.

1.1.2. Абсолютно твердое тело и материальная точка

Все тела в статике рассматриваются абсолютно твердыми, не изменяющими свою форму и размеры под действием сил. Дело в том, что изменения эти настолько малы, что ими можно пренебречь, т.к. они не влияют на условия равновесия тел.

В том случае, когда размеры тела не имеют значения в задаче, для удобства изучения в механике тело можно рассматривать как материальную точку, в которой сосредоточена вся масса тела. Так, например, при изучении движения планет, полета снаряда, движения автобуса по дороге и т.д. их считают материальными точками, так как их размеры малы по сравнению с траекторией движения.

1.1.3.Сила и ее векторное изображение

Сила, действующая на тело, возникает в результате действия какого-либо поля (например, сила веса) или при взаимодействии одного