Лабораторна робота №4

Лабораторна робота №4

ВИПРОБУВАННЯ НА СТИСК СТАЛІ, ЧАВУНУ І ДЕРЕВА

Методичні вказівки до лабораторної роботи № 4

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

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.png

 

4..4.1.png 

2.3.2 Розрахунок валів з умови міцності і жорсткості

Розрахунок валів на міцність ведуть по допустимим напруженням при крученні.

Умова міцності :

4..2.1.png

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

Умова жорсткості:

4..4.png

 

4..4.1.1.png

4..5.png

[j] - допустимий кут закручування;

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

     l – погонна довжина валу ;

     Мmax – максимальне значення внутрішнього  моменту.

Звідки  діаметр вала дорівнює: 4..5.1.png

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).

 

Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного

Кафедра «Технічна механіка та комп’ютерне проектування ім. професора В.М. Найдиша»

Звіт по лабораторній роботі № 4

з дисципліни «Технічна механіка»

 

ВИПРОБУВАННЯ НА КРУЧЕННЯ СТАЛІ ТА ЧАВУНУ

 

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

Зміст роботи: дослідити поведінку сталі і чавуну при крученні. Ознайомитись з методикою визначення основних характеристик міцності сталі та чавуну при крученні.

 

         1 Ескізи зразків

4.1.1.png

4.1.2.png4.1.2tab.png4.1.2.1tab.png4.2.1.1..png4.2.1.1.2.png4.1.3tab.png4.1.3.png

4  Контрольні запитання

 

4.1 Який зв’язок між навантаженням та деформацією на початку випробування?

____________________________________________________

 

4.2 Чому руйнування чавунного зразка відбувається при меншому куті закручування в порівнянні зі стальним?

_____________________________________________________

 

4.3 Під дією яких напружень здійснились руйнування стального та чавунного зразків при крученні?

_____________________________________________________

 

4.4 Де виникають максимальні дотичні напруження у поперечному перерізі зразка при крученні?

_____________________________________________________

 

 

Роботу виконав____________/______________________

                       (підпис)                   (П.І.Б. студента)

 

Відмітка про залік _______________/________________

                           (підпис)   (дата)        (П.І.Б. викладача)

 

 

4 Критерії оцінювання лабораторної роботи

 

 Максимальна оцінка складає 10 балів. Оцінювання здійснюється шляхом тестування (письмового або за допомогою ПЕОМ) у відсотках від кількості вірних відповідей. Мінімальна сприйнятлива кількість вірних відповідей складає 60%  тобто 6 балів.

 

Тести до теми «Випробування сталі та чавуну на кручення»

 

1 Які зразки використовують при випробуванні матеріалів на кручення?

а) круглого перерізу;

б) прямокутного перерізу;

в) кільцевидного;

г)трикутного.2-5.png

   6  Як змінюються лінійні розміри зразка при крученні?

а) не змінюються;

б) діаметр зменшується, довжина зростає;

в) діаметр зростає, довжина зменшується;

г) діаметр та довжина зростають.

7 Які матеріали підкоряються закону Гука?

а) сталь;

б) чавун;

в) і сталь і чавун;

г) обидва не підкорюються.

4.8test.png

9 Діаграма кручення записується для того, щоб:

а) визначити основні механічні характеристики міцності і пластичності матеріалів;

б) визначити основні механічні характеристики міцності матеріалів;

в) визначити основні механічні характеристики пластичності матеріалів;

г) визначити деформації.

10 Кут повороту одного перерізу відносно другого називається:

а) кутом закручування φ;

б) кутом нахилу;

в) кутом зсуву γ;

г) кутом повороту.

13 Які основні показники визначають по діаграмі кручення для стального зразка?

а) крутильні моменти, відповідні і границі пропорційності і границі текучості;

б) крутильний момент, відповідний границі пропорційності;

в) крутильний момент, відповідний границі текучості;

г) кут закручування.

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

а) під кутом 45 градусів;

б) паралельно осі зразка;

в) перпендикулярно осі зразка;

г) під кутом 20 градусів.

15 Як відбулось руйнування сталевого зразка при крученні і під дією яких напружень?

а) зріз під дією дотичних напружень τ;

б) відрив під дією нормальних напружень σ;

в) зсув вздовж осі зразка від дотичних напружень τ;

г) сколювання вздовж осі зразка від дотичних напружень τ.

16  Як відбулось руйнування чавунного зразка і під дією яких напружень?

а) відрив під дією нормальних напружень σ;

б) зсув під дією дотичних напружень τ;

в) зріз вздовж осі зразка від дотичних напружень τ;

г) сколювання вздовж осі зразка від дотичних напружень τ.

17 Як розподілені дотичні напруження по площині круглого перерізу?

а) по прямолінійному закону;

б) по параболічному закону;

в) однакові по всій площині;

г) по довільному закону.

18 Зсув, коли в поперечних перерізах виникають тільки дотичні напруження, називається:

а) чистим;

б) поперечним;

в) повздовжнім;

г) плоский.

19 Величина, що характеризує жорсткість матеріалу при деформації зсуву називається:

а) модуль пружності ІІ-го роду  G ;

б) модуль пружності І-го роду (модуль Юнга) Е ;

в) нормальне напруження σ;

г) дотичне напруження τ .

20 У скільки разів зменшиться максимальне напруження в поперечному перерізі зразка при крученні, якщо його діаметр збільшити у 2 рази?

а) в 3 рази;

б) в 2 рази;

в) в 6 раз;

г) в 10 разів.

21 Чи буде справедливим закон Гука при крученні, коли напруження не перевищує границі пропорційності?

а) так;       

б) ні;

в) не обов’язково;

г) частково.

22 Мірою пластичності матеріалу при крученні є:

а) відносний кут закручування;

б) відносне остаточне подовження;

в) повний кут закручування зразка;

г) відносне остаточне звуження.

23 В яких точках поперечного перерізу зразка при крученні дотичні напруження приймають найбільші значення?

а) в крайніх точках перерізу;

б) в середній точці перерізу;

в) має постійне значення по всьому перерізу;

г) на нейтральній лінії.

24 Властивість опиратись деформації, тобто змінювати форму та розміри перерізу називається:

а) жорсткістю;

б) пружністю;

в) міцністю;

г) стійкістю.

25  Яка поведінка сталі при крученні?

а) закручується на відносно великий кут закручування і руйнується під дією дотичних напружень;

б) закручується на відносно невеликий кут закручування і руйнується під дією нормальних напружень;

в) не закручується, а зрізується  вздовж осі зразка від дії дотичних напружень τ;

г) закручується, не руйнується.

 

26 Що належить до механічних характеристик пластичності при крученні?

а) повний кут закручування і відносний кут закручування;

б) відносне остаточне подовження;

в) відносне остаточне звуження;

г) переміщення перерізу зразка.

 

27 Деформація кручення викликається:

а) парою сил, що лежать у площинах, перпендикулярних до вісі стержня;

б) парою сил, що лежать у площинах, паралельних до вісі стержня;

в) зосередженою силою;

г) парою довільних сил.

 

28 Момент внутрішніх сил, що виникає в будь-якому перерізі валу при крученні і повертає цей переріз навколо поздовжньої осі називається:

а) крутильний момент;

б) згинальний момент;

в) зосереджений момент;

г) переломний момент.

 

29 В яких розрахунках використовують модуль пружності ІІ-го роду?

а) в розрахунках на кручення;

б) в розрахунках на розтяг;

в) в розрахунках на згин;

г) в розрахунках на стиск.

30 Що таке границя пропорційності?

а) це напруження, при якому матеріал підкоряється закону Гука;

б) це напруження, при якому не виникають пластичні деформації;

в) це напруження, при якому утворюється шийка зразка

г) це напруження, при якому матеріал не підкоряється закону Гука.

31 Що таке границя текучості?

а) це напруження, при якому  з’являються пластичні деформації;

б) це напруження, при якому зразок видовжується без збільшення навантаження;

в) це напруження, при якому утворюється шийка зразка;

г) це напруження, при якому  зразок руйнується.

32 Яка одиниця вимірювання відносного кута закручування?

а) град/мм;

б) %;

в) град;

г) мм.

33 Як позначається модуль пружності ІІ роду (модуль зсуву)?

а) G;

б) Е;

в) μ;

г) ε.

34 Від чого залежить модуль пружності ІІ роду G?

а) від властивостей матеріалу;

б) від навантаження;

в) від розмірів деталі;

г) від термообробки.

35 Який фізичний зміст модуля пружності ІІ роду G матеріалу?

а) характеризує жорсткість;

б) характеризує міцність;

в) характеризує стійкість;

г) характеризує марку матеріалу.