Посібник

Лабораторна робота № 4

 

ВИПРОБУВАННЯ СТАЛІ ТА ЧАВУНУ НА КРУЧЕННЯ

 

Методичні вказівки до лабораторної роботи № 4

 

Мета роботи - дослідження поведінки сталі і чавуну при крученні та визначення основних характеристик міцності.

 

1 ВКАЗІВКИ З ПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ

1.1 Завдання для самостійної підготовки

Під час підготовки до роботи з’ясувати, чим відрізняються деформація кручення  від деформації розтяг – стиск, яки при цьому в перерізах валу виникають напруження і яки навантаження треба прикласти , щоб виникла  ця деформація.

1.2 Питання для самопідготовки

1.2.1 Які зразки використовують при випробуванні матеріалів на кручення?

1.2.2 Як змінюються лінійні розміри зразка при крученні?

1.2.3 Які матеріали підкоряються закону Гука при крученні?

1.2.4 У яких координатах записується на випробувальній машині діаграма кручення?

1.2.5 Який матеріал - сталь, або чавун краще опирається крученню?

1.2.6 Як відносно осі зразка діють дотичні напруження в поперечному перерізі при крученні?

1.2.7 Як відносно осі зразка при крученні чавуну діють головні нормальні напруження?

1.2.8 Закон розподілу напружень по перерізу вала?

1.2.9  Під дією якого навантаження виникає деформація кручення?

1.2.10 Як визначають діаметр внутрішнього отвору вала?

1.2.11 З якою метою виконують внутрішній отвір вала?

1.2.12 Умова міцності та жорсткості при кручені вала?

1.2.13 Як визначають максимальне напруження в перерізі вала?

1.2.14  Чим характеризується жорсткість вала?

1.2.15 Як визначають внутрішні моменту в перерізі вала?

1.2.16 Чим відрізняється модуль пружності ІІ роду від модуля Юнга ?

1.3 Рекомендована література

1 Механіка матеріалів і конструкцій. Лаб. роботи. Навч. посібник для вузів / Цурпал І.А., Пастушенко С.І. і др.- Київ: Аграрна освіта, 2001.-272 с.

2 Цурпал І.А. Механіка матеріалів і конструкцій /І.А.Цурпал - К.: Вища освіта, 2005. -367 с.

 

2 ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

2.1 Програма роботи

2.1.1 Вимірити діаметр зразка не менше, ніж в трьох місцях.

2.1.2 Підготувати діаграмний апарат випробувальної машини КМ-50 до роботи.

2.1.3 Включити випробувальну машину КМ-50 і довести зразок  до  руйнування.

2.1.4 Після випробувань опрацювати діаграму кручення, тобто визначити механічні характеристики матеріалів.

2.1.5 Замалювати ескізи зруйнованих зразків.

2.1.6 Відповіді на контрольні запитання по темі роботи повинні бути по суті запитання, точними і короткими.

2.1.7 Повністю заповнений і правильно оформлений звіт з лабораторної роботи підписується виконавцем і зараховується у формі співбесіди викладачем.

2.2 Оснащення робочого місця

2.2.1 Методичні вказівки

2.2.2 Наочні стенди, навчальна та технічна література

2.3 Теоретичні відомості

2.3.1 Кручення валів

Деформація кручення виникає при дії на брус пар сил, що лежать у площині, перпендикулярних до його осі. Поперечне навантаження, яке зміщено відносно осі стрижня, також викликає момент, що крутить, але в цьому випадку в поперечному перетині крім внутрішніх крутильних  моментів виникають поперечні сили та згинальні моменти.

Для визначення внутрішніх крутильних моментів, що виникають у перетинах вала, використовується метод перетинів, при цьому для наочного уявлення про характер розподілу і значення моментів по довжині валу, будують епюри моментів з використанням правила знаків.

Зовнішній момент, що крутить, вважається позитивним, якщо він спрямований проти годинної стрілки і негативним по годинній стрілки.

Залежність  зовнішніх моментів від потужності і числа обертів двигуна.

Як відомо, основними параметрами, які характеризують любий механічний і електричний привід, є потужність і число обертів двигуна. Тому переданий  крутильний момент визначається по цих параметрах. І виражається він залежністю:

                                    (4.1)

де    - крутильний момент, (Н∙м)

N - потужність (Вт)

- кутова швидкість (рад/с).

2.3.2 Розрахунок валів з умови міцності і жорсткості

Розрахунок валів на міцність ведуть по допустимим напруженням при крученні.

Умова міцності :

                               (4.2)

де  - полярний момент опору, мм³.

                                               (4.3)

Звідки діаметр вала дорівнює:

Для забезпечення нормальної роботи вала необхідно, щоб його деформації не перевищували допустимих, тому вали перевіряють на жорсткість.

Умова жорсткості:

                     (4.4)

де  - полярний момент інерції, мм⁴;

                                                (4.5)

[j] - допустимий кут закручування;

[j] =0,0026 … 0,0053 рад - для різних умов роботи

     l – погонна довжина валу ;

     М_max – максимальне значення внутрішнього  моменту.

Звідки  діаметр вала дорівнює:

2.4 Оснащення робочого місця

- зразки для іспитів;

- штангенциркуль 0-200 мм, лінійка;

- методичні вказівки по виконанню лабораторної роботи;

- звіт з лабораторної роботи;

- калькулятор.

2.5 Інструкція з охорони праці

2.5.1 Загальні вимоги

До даної лабораторної роботи допускаються студенти, які пройшли інструктаж по техніці безпеки при проведенні лабораторних робіт на кафедрі «Технічна механіка та комп’ютерне проектування ім. професора В.М. Найдиша», що й зареєстровано записом у відповідному журналі.

2.5.2 При підготовці до лабораторної роботи:

- до початку лабораторної роботи кожен студент зобов’язаний ознайомитися з правилами безпеки при виконанні роботи, знати де у лабораторії знаходиться аптечка і засоби пожежогасіння;

- не починати виконання експериментальної частини роботи без відповідного розпорядження викладача.

2.5.3 Під час виконання роботи:

- не тримати на робочому місці сторонні предмети;

- не переходити самовільно на інші робочі місця і не пересуватися без потреби, по лабораторії;

- не застосовувати мірильний інструмент не за призначенням;

- не скупчуватись навколо робочого місця, дбати про вільні проходи до аптечки та інвентарю пожежогасіння;

2.5.4 Після закінчення експериментальної частини роботи:

- розташувати натурні зразки, наочні посібники і інструмент на робочому місці у тому порядку, як вони були розміщені перед початком роботи;

- здати робоче місце лаборанту або викладачу.

2.5.5 У разі виникнення пожежі необхідно негайно проінформувати викладача або лаборанта, подзвонити по номеру 101.

 

2.6 Вказівки по виконанню роботи

2.6.1 При формулюванні понять “деформація” потрібно слідкувати за тим, щоб це формулювання повністю відображало б фізичну суть даного поняття, було точним, без лишніх слів і повторень.

2.6.2 При наведенні класифікації типів та видів деформацій треба поділити її по суті та змісту .

2.6.3 При наведені деформації, що виникають в зразку в процесі навантаження треба поділити їх  на пружні та залишкові.

2.6.4 При відповіді на питання  про  зниження  навантаження для чавуна треба пояснити вплив його якісних характеристик на хрупкість.

2.6.5 При формулюванні висновків по лабораторній роботі слід дати аналіз усього процесу іспиту зразка.

2.6.6 Відповіді на контрольні запитання по темі роботи повинні відображати ступінь засвоєння учбового матеріалу, бути по суті запитання, точними і короткими.

2.6.7 Повністю заповнений і правильно оформлений звіт з лабораторної роботи підписується виконавцем і зараховується у формі співбесіди викладачем.

 

3 Звітність по роботі

Звіт з лабораторної роботи оформлюється на спеціальному бланку розробленому кафедрою ТМКП ім. професора В.М. Найдиша і містить необхідні положення для виконання лабораторної роботи (форма звіту додається).