Министерство образования и науки Российской Федерации ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ Технологий и компьютеризации машиностроения КАФЕДРА Конструирования и стандартизации в машиностроении УТВЕРЖДАЮ Председатель Методического Совета ИрГТУ _____________(____________) “_____”______________2008 г. УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА Направления подготовки: 130400 - Горное дело 190700 – Организация перевозок и управление на транспорте 261000 – Технология художественной обработки материалов 220300 – Автоматизированные технологии и производства 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии Специальности: 130402 - Маркшейдерское дело (ГГ) 130403 – Горные работы (ГО) 130404 – Подземная разработка месторождений полезных ископаемых (ГП) 130405 – Обогащение полезных ископаемых (ОП) 190701 – Организация перевозок и управления на транспорте (автомобильный транспорт) (ОАП) 190702 – Организация и безопасность движения (автотранспорт) (ОБД) 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям) (АТП, АМ) 140604 – Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов (ГА, ЭАПУ) 140606 – Электрический транспорт (ЭТ) 140611 – Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника (ЭКТ) Иркутск 2008 1. Цели и задачи дисциплины “Прикладная механика” – комплексная дисциплина. Она включает в себя разделы курсов: “Теория механизмов и машин”, “Сопротивление материалов ”, “Детали машин и основы конструирования”. Для достижения целостности дисциплины все разделы и темы должны излагаться с единых позиций механики, логически дополняя друг друга. Основными целями изучения дисциплины являются: дать студенту знания, умения и навыки по основам теории механизмов и машин, принципам инженерных расчётов и проектирования механических устройств в объёме необходимом для будущей профессиональной деятельности по своей специальности. В состав задач изучения дисциплины, поставленных перед студентом, входят: 1. Изучить: основы методов структурного, кинематического, силового и динамического анализа механизмов; принципы инженерных расчётов на прочность типовых элементов изделий. 1. Освоить: основы прочностных расчётов и конструирования деталей машин. 2. Получить: представление о последовательности проектирования изделий и основных стадиях выполнения конструкторской разработки; первичные навыки практического проектирования и конструирования механических устройств. 4. Формировать и развивать творческие начала личности при выполнении курсового проекта и углублённой проработке раздела курса в процессе самостоятельной работы. 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны: 1. Знать: основы устройства типовых механизмов и машин; основные методы определения кинематических характеристик звеньев и силовых факторов, действующих на звенья в процессе работы механизма; основные методы исследования напряжённо-деформированного состояния и выполнения расчётов на прочность типовых элементов; методы проектных и проверочных расчётов типовых деталей машин; последовательность проектирования изделий и основные стадии выполнения конструкторской разработки; основы обеспечения взаимозаменяемости элементов конструкции. 2. Уметь: пользоваться терминологией, принятой в различных разделах прикладной механики; 2 выбирать аналоги и прототипы конструкций при проектировании; выполнять инженерные расчёты и конструировать несложные типовые механические устройства, обеспечивая их работоспособность; разрабатывать конструкторскую документацию простых типовых деталей в соответствии с требованиями ЕСКД. 3. Иметь представление: о “жёсткой” и “упругой” расчётных моделях машин и механизмов; о компьютерных методах выполнения инженерных расчётов и конструирования; об инженерном проектировании, как о виде человеческой деятельности, требующей сложных проявлений разума. 3. Место дисциплины в структурно-логической схеме Учебного плана 1). Перечень дисциплин Учебного плана используемых при изучении прикладной механики: математика, информатика, физика, теоретическая механика, металловедение, начертательная геометрия, инженерная графика. 2). Результаты изучения Прикладной механики будут использоваться при изучении ряда специальных дисциплин, в которых рассматриваются устройства машины, механизма, аппараты и оборудование, специфичные для конкретных направлений и специальностей подготовки. Полученные навыки инженерного проектирования и конструирования будут востребованы при дипломном проектировании. 4. Информация о дисциплине из ГОС В таблице 1 приведено содержание дисциплины, предусмотренное ГОС (Государственным стандартом по общеобразовательной дисциплине (федеральный компонент)) для группы направлений и специальностей, в которых оно имеет небольшие отличия в содержательной части, и приведены дополнительные тексты из ГОСов для ряда направлений и специальностей, более подробно раскрывающие отдельные разделы дисциплины. 3 Таблица 1 Индекс 1 ОПД.Ф.02 ОПД.ф.03 ОПД.Ф.02 ОПД.02 ОПД.Ф.03 Наименование дисциплины и её основные разделы 2 Прикладная механика Машины и механизмы: структурный, кинематический, динамический и силовой анализ; синтез механизмов. Принципы инженерных расчётов: Расчётные модели геометрической формы, материала и предельного состояния, типовые элементы изделий; теория напряжённодеформированного состояния; механические свойства конструкционных материалов, расчёт несущей способности типовых элементов (расчёт на прочность при растяжении, изгибе, кручении, сложном виде деформаций стержней) Особенности проектирования изделий: виды изделий, требования к ним, стадии разработки. Сопряжение деталей. Технические измерения допуски и посадки, размерные цепи. Механические передачи трением и зацеплением. Валы и оси, соединения вал-втулка. Опоры скольжения и качения. Уплотнительные устройства. Упругие элементы. Муфты соединения деталей: резьбовые, заклёпочные, сварные, паяные, клеевые. Корпусные детали. Дополнительный текст из ГОС Основы теории механизмов: управление движения машины в дифференциальной форме и в форме уравнения работ, приведение масс, моментов инерции, сил, мощностей в механизмах; трение в кинематических парах; детали машин: критерии работоспособности деталей машин, основы расчёта и конструирования, техникоэкономические характеристики, область рационального применения. Расчёты на прочность при динамических нагрузках, механические колебания; устойчивость элементов конструкций 4 Направление 3 190700 ОБД, ОАП 140600 ЭТ, ЭАПУ, ЭКТ 220300 АМ, АТП 130400 ГП, ГГ, ГО, ОП 140600 ЭТ, ЭАПУ, ЭКТ Всего часов 4 172 180 75 100 180 5. Объём дисциплины и виды учебной работы Представлен по Учебным планам ИрГТУ в таблице 2 в часах. КП РГР 48 48 32 32 8 8 16 52 52 30 30 10 10 6 172 48 32 16 124 30 50 4 180 64 5 32 16 16 116 30 32 4 32 11 8 Экзамен Зачёт ПЗ Другие ЛБ Отчёт Всего ЛК Реферат Самостоятельная работа студента Аудиторные занятия Всего Всего часов Направление Семестр Таблица 2 4 4 8 8 + + 32 4 8 + 28 6 4 8 8 130400 ГГ, ГО, ГП, 6 100 5 100 ОП 190700 ОАП, ОБД 140600 ЭАП, ЭКТ, ЭТ 220300 АМ, АТП 75 64 32 3 + + 6. Содержание дисциплины 6.1 Разделы дисциплины и виды дисциплины приведены в таблице 3. Таблица 3 № п/п Раздел дисциплины Лекции ПЗ ЛБ 1 2 Машины и механизмы (основы теории механизмов и машин) Введение Структурный анализ Кинематический анализ Силовой анализ Динамический анализ Синтез механизмов Принципы инженерных расчётов (основы расчётов на прочность) Расчётные модели геометрической формы, материала и предельного состояния. Типовые элементы изделий Теория напряженно-деформированного состояния Механические свойства конструкционных материалов Расчёт несущей способности типовых элементов 3 4 5 + + + + 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2 2.1 2.2 2.3 2.4 5 + + + + + + + + + + + 1 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 2 Детали машины (особенности проектирования и конструирования изделий) Виды изделий. Требования к ним. Стадии разработки Механические передачи трением и зацеплением Сопряжение деталей. Допуски и посадки. Размерные цепи. Технические измерения Валы и оси. Соединения вал-втулка Опоры скольжения и качения Муфты. Упругие элементы Соединения деталей Корпусные детали Продолжение таблицы 3 3 4 5 + + + + + + + + + + + + + + 6.2 Содержание разделов дисциплины приведено в таблице 4. Таблица 4 № п/п Наименование раздела и темы аудиторных занятий Код ИрГТУ Специальности Вид ауд. занятий 1 1 2 3 4 1.1 1.2 1.3 1.4 Машины и механизмы Введение. Предмет и задачи курса; Машиностроение и ГГ, ГП, ОП, ГО, социально-экономическое развитие общества, ОАП, ОБД, ЭКТ, рабочие процессы и машины, основные ЭАПУ, ЭТ, АМ функциональные части машинного агрегата. Структурный анализ механизмов. Структура механизмов; звенья; кинематические пары и их классификация; кинематические цепи; методы построения стержневых механизмов. Зубчатые передачи; плоское эвольвентное зацепление, его параметры и свойства; многоструктурные передачи. Кинематический анализ механизмов. Определение положений звеньев; геометрические функции положения; определение скоростей и ускорений точек звеньев; кинематические диаграммы. Силовой анализ механизмов. Силы, действующие на звенья механизмов; активные силы и реакции кинематических пар; силы полезных и вредных сопротивлений, силы тяжести; уравнения кинетостатики; рычаг Жуковского; трения в кинематических парах; коэффициент полезного действия. 6 Лек Лек ПЗ ЛБ Лек ПЗ Лек ПЗ 1 1.5 1.6 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2 Динамический анализ. Динамическая модель машинного агрегата; кинетическая энергия звеньев, приведение масс и моментов энергии звеньев механизма; элементарная работа сил, приведение сил в механизмах; уравнение движения механизма в энергетической форме; дифференциальные уравнения движения; неравномерность движения машины; уравновешивание механизмов, статическое уравновешивание, неуравновешенность роторов и их балансировка. Машина, как упругая механическая система, колебания в ней. Синтез механизмов. Задачи синтеза механизмов с низшими и высшими кинематическими парами. Принципы инженерных расчётов Расчётные модели геометрической формы, материала и предельного состояния. Типовые элементы изделий. Гипотеза абсолютно твёрдого тела; деформируемое твёрдое тело, упругие и пластические деформации; гипотеза сплошности или однородное тело; изотропные или анизотропные тела; типовые расчётные схемы – стержни, пластины, оболочки. Теория напряжённо-деформированного состояния. Силы внешние и внутренние, метод сечений; напряжённое состояние, нормальное и касательное напряжения; линейная деформация и деформация сдвига; зависимость между напряжениями и деформациями, закон Гука. Механические свойства конструкционных материалов. Основные механические характеристики материалов; диаграмма растяжения стержня из малоуглеродистой стали; показатели прочности; технологические свойства. Расчёт несущей способности типовых элементов. Расчёт стержней на прочность по допускаемым напряжениям; расчётные и предельные напряжения, коэффициент запаса; Расчёт на прочность при растяжении (сжатии); прямой и косой изгиб, напряжения при изгибе, момент сопротивления изгибу, условие прочности; кручение стержня круглого и кольцевого поперечного сечения, напряжения, момент 7 Продолжение таблицы 4 3 4 Лек ПЗ Лек ГГ, ГП, ОП, ГО, ОАП, ОБД, ЭКТ, ЭАПУ, ЭТ, АМ, АТП, ТХМ Лек Лек Лек ПЗ Лек ПЗ 1 3 3.1 3.2 3.3 3.4 2 сопротивления кручению, условие прочности; сложный вид деформации стержня – совместный изгиб и кручение; критерии прочности при статическом нагружении; Контактная задача теории упругости; контакт двух цилиндров (задача Герца). Расчёты на прочность при динамических нагрузках; устойчивость сжатых стержней, формула Эйлера. Расчёт упругих систем при динамическом воздействии; вынужденные колебания, явление резонанса. Детали машин Виды изделий. Требования к ним. Стадии разработки. ЕСКД, технические объекты, сборочные единицы, детали; типовые детали; работоспособность; критерии работоспособности, виды нагружений, условия эксплуатации; расчётные модели деталей машин; основные этапы проведения ОКР, техническое задание; технико-экономическая характеристика. Механические передачи трением и зацеплением. Зубчатые передачи, классификация, силы в зубчатом зацеплении; виды разрушений, алгоритмы проектировочных и проверочных расчётов, конструкция и материалы зубчатых колёс, допускаемые напряжения; многоступенчатые передачи, разбивка общего передаточного отношения между ступенями. Фрикционные и ременные передачи, кинематические и силовые характеристики, области рационального применения. Сопряжение деталей. Допуски и посадки. Размерные цепи. Технические измерения, виды сопряжений, понятие о взаимозаменяемости; единая система допусков и посадок (ЕСДП), номинальный размер, точность размера (поле допуска) и виды посадок, система отверстия и вала, выбор допусков и посадок по ГОСТ и их обозначение на чертежах, размерные цепи; шероховатость поверхности. Линейные и угловые измерения; международная система единиц физических величин; методы измерений; виды контроля, калибры, автоматизация контроля. Валы и оси. Соединение вал-втулка. Конструкция валов, расчёт валов; шпоночные и шлицевые соединения, расчёт шпонок. 8 Продолжение таблицы 4 3 4 ЭТ, ЭАПУ, ЭКТ ГГ, ГП, ОП, ГО, ОАП, ОБД, ЭКТ, ЭАПУ, ЭТ, АМ, АТП, ТХМ Лек Лек ПЗ ЛБ Лек ПЗ ЛБ Лек ПЗ ЛБ 1 3.5 3.6 3.7 3.8 2 Опоры скольжения и качения. Виды подшипников, подшипники скольжения и качения, конструкция, работоспособность, выбор. Муфты. Упругие элементы, назначение, классификация муфт, конструкция; механические колебания при наличии упругих элементов. Соединения деталей. Разъёмные (шпоночные, шлицевые, резьбовые) и неразъёмные (сварные, паяные, клеевые); расчёт резьбовых соединений; расчёт сварных соединений. Корпусные детали. Конструкция корпусных деталей закрытых зубчатых передач; уплотнения, схемы смазки. Продолжение таблицы 4 3 4 Лек ПЗ ЛБ Лек Лек ПЗ Лек ПЗ ЛБ 6.3 Курсовое проектирование В процессе курсового проектирования студенты приобретают навыки практического конструирования механических устройств, убеждаются в компромиссном характере конструкции любой машины, уясняют необходимость многовариантности конструктивных решений. Тематика курсовых проектов “Разработка привода машинного агрегата”. В качестве машинного агрегата может быть взято следующее: ленточный транспортёр, лебёдка, смеситель, насосная станция, подъёмник и др. указанные в техническом задании (ТЗ) агрегаты на курсовое проектирование. Проект предусматривает разработку чертежей в объёме 1,5-2 листа формата А1, включая сборочный чертёж – 1 лист, чертежи деталей (зубчатое колесо, вал, вал-шестерня, крышка подшипника и т.д.) – 0,5-1 лист; а также текстовой документации: спецификации сборочной единицы и расчётнопояснительной записки. Расчётно-пояснительная записка должна иметь объём не менее 20-25 страниц. Конструкторская документация должна быть выполнена в соответствии с требованиями ЕСКД. Текстовая документация должна соответствовать требованиям ГОСТ 2.105-79 “Общие требования к текстовым документам” и стандарту ИрГТУ СТП-95. 6.4 Перечень тем расчётно-графических работ приведён в таблице 5 Таблица 5 № п/п 1 2 3 Номер раздела Тема расчётно-графической работы 1.2, 1.3 1.4 1.6 Структурный и кинематический анализ механизма Силовой анализ механизма Синтез зубчатого механизма Построение эпюр перерезывающих и изгибающих моментов. Определение опасного сечения и расчёт стержней Выбор электродвигателя и расчёт зубчатой передачи приводного механизма машинного агрегата 4 2.2, 2.3, 2.4 5 3.2, 3.4, 3.5 9 6.5 Лабораторный практикум Наименования лабораторных работ приведены в таблице 6. Таблица 6 № п/п Номер раздела 1 2 1 1.2 2 1.2 3 1.4 4 3.2 5 3.3 6 3.3 7 3.5 Наименования лабораторных работ 3 Структурный анализ плоских механизмов Моделирование нарезания зубчатых колёс эвольвентного профиля. Определение КПД механизмов Сборка и разборка редуктора с цилиндрическими зубчатыми колёсами. Допуски и посадки. Контроль размеров цилиндрических поверхностей. Измерение шероховатости поверхности Подшипники качения. Виды. Конструкция. Условные обозначения 6.6 Практические занятия Перечень практических занятий приведён в таблице 7 Таблица 7 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Номер раздела 1.2 1.2 1.3 1.4 2.4 2.4 2.4 3.2 3.2 3.3 Тема практических занятий Структурный анализ механизма. Расчёт параметров зубчатых колёс. Кинематический анализ механизма. Определение реакций в кинематических парах. Расчёт прочности стержней при растяжении, сжатии. Расчёт прочности стержней при кручении. Расчёт прочности стержней при изгибе. Выбор двигателя и кинематический расчёт приводного механизма машинного агрегата. Конструкция зубчатых колёс. Допуски и посадки. Размерные цепи. Расчёт и конструирование валов. 10 7. Обеспечение дисциплины 7.1 Информационно-библиотечное обеспечение 7.1.1. Основная литература 1. Иосилевич Г. Б., Строганов Г. Б., Маслов Г. С. Прикладная механика: учебник для немашиностроительных специальностей ВТУЗов. М: высшая школа, 1989.-351с. 2. Теория механизмов и машин: учебник для ВТУЗов / К. В. Фролов, С. А. Попов, А. К. Мусатов и др. Под ред. К. В. Фролова: – 2-е изд. перераб. и доп. М: высшая школа, 1998.-495с. 3. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: Учебник для студентов ВТУЗов. М: Издательство МГТУ им Н. Э. Баумана, 1999.-512с. 4. Иванов М. Н. Детали машин: Учебник для студентов ВТУЗов. М: Высшая школа, 1998.-383с. 5. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для технических специальностей ВУЗов. М: Высшая школа, 1998.-447с. 7.1.2 Дополнительная литература 6. Димов Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник. Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2002.-430с. 7. Чернилевский Д. В. Основы проектирования машин: Учебное пособие для студентов ВУЗов. М: УМ и ИЦ ”Учебная литература”, 1998.-472с. 8. Теория механизмов и машин. Конспект лекций. Составил П. В. Королёв – Иркутск. Издательство ИрГТУ, 2001.104с. 9. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя. В 3-х т. Т3. М: Машиностроение, 1994.-576с. 10. Журнал “Вестник машиностроения”. 7.1.3 Учебно-методическая литература 11. Теория механизмов и машин. Методические указания по выполнению лабораторных работ по синтезу зубчатых зацеплении для студентов машиностроительных специальностей. Составил М.Г. Руденко – Иркутск, издательство ИрГТУ, 1998.- 48с. 12. Детали машин и прикладная механика. Методические указания по выполнению лабораторных работ. Составили Ю. Н. Горнов, В.К.Еремеев, Е. Б. Таничева. – Иркутск, Издательство ИрГТУ 2001.-72с. 13. Расчёт зубчатых цилиндрических эвольвентных передач. Учебное пособие. Составил Г. В. Грудинин – Иркутск, ИрГТУ, 2002.-74с. 14. Прикладная механика. Методические указания по проведению практических занятий. В. И. Зайцев, Д. Х. Мангушев, Е.П.Луданова. Под общей редакцией В. И. Зайцева – Ангарск. АГТИ, 2002.-72с. 11 15. Задания на курсовой проект по деталям машин и прикладной механике. Кафедра КСМ ИрГТУ. Издательство 2002.-12с. 16. Метрология, стандартизация и сертификация. Методические указания по выполнению лабораторных работ. Составили Ю.В.Димов, А. В. Высоцкая – Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2002.-61с. 17. Нормирование точности. Задания и методические указания по выполнению РГР. Составили Ю. В. Димов, А. В. Высоцкая – 9-ое изд. перераб. – Иркутск, 1999.-56с. 7.2 Средства обеспечения освоения дисциплины Используются следующие средства: 1. Учебные кинофильмы 2. Контролирующе-обучающие (КОП-ТММ) и расчётные (ИР-ДМ) компьютерные программы. 3. Компьютерная графика при выполнении рабочих чертежей. 4. Плакаты 5. Учебные и лабораторные макеты, реальные механизмы и измерительные средства. 7.3 Материально-техническое обеспечение Учебный процесс обеспечен: Специализированными лабораториями Теории механизмов и машин (К-106), Стандартизации и технических измерений (Д-221), Деталей машин (И-223), оснащёнными лабораторными установками, макетами, учебными плакатами, испытательным оборудованием, измерительными приборами и инструментом. 12 Программа составлена в соответствии с Государственным производственным стандартом высшего профессионального образования по направлениям и специальностям подготовки, приведённым в таблице 8. Таблица 8 Направление Специальность 1 2 130402 – Маркшейдерское дело 130404 – Подземная разработка месторождений полезных ископаемых 130405 – Обогащение полезных ископаемых 130403 – Открытые горные работы 190701 – Организация перевозок и управление на транспорте 190702 – Организация и безопасность движения 140611 – Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника 140604 – Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов 140606 – Электрический транспорт 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям применения) 130400 – горное дело 190700 140600 220300 – Автоматизированные технологии и производства 13 Код ИрГТУ Дата утверждения ГОСа 3 ГГ ГП 4 ОП 3.03.00 ГО ОАП ОБД ЭКТ ЭАПУ ЭТ АМ, АТП Программу составил Чеботнягин В.М., доцент «_1_» сентябрь 2007г. Программа согласована с выпускающими кафедрами: Кафедра маркшейдерского дела Профессор, ктн Загибалов А.В. _______________ Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых Ктн, доцент, заслуженный инженер республики Бурятии Хороханов Ю.Б. _______________ Кафедра открытых горных работ Профессор, дтн Федорко В.П. _______________ Кафедра менеджмента на автомобильном транспорте Профессор, дтн Головных И.М, _______________ Кафедра теплоэнергетики Доцент, ктн Кудряшов А.Н, _______________ Кафедра электроники и телекоммуникационных систем Профессор, дтн Ченский А.Г _______________ Кафедра электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов Профессор, ктн Арсентьев О.В. _______________ Кафедра обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии Профессор, дтн Федотов К.В. _______________ Кафедра оборудования и автоматизации машиностроения Профессор, дтн Пономарев Б.Б. _______________ Кафедра электроснабжения и электротехники Член-корреспондент РАН, дтн, профессор Воропай Н.И. _______________ Кафедра электрические станции, сети и системы Федчишин В.В. _______________ Кафедра геммологии Профессор, дтн Лобацкая Р.И. _______________ 14 Кафедра геологическая съемка, поиск и разведка МПИ Профессор, дтн, Снетков В.И. _______________ Программа одобрена на заседании Кафедры Конструирования и стандартизации в машиностроении Протокол №____________ от «___» _______________2008г. Заведующий Кафедрой конструирования и стандартизации в машиностроении д.т.н. профессор Кузнецов. Н.К. ___________________ Программа одобрена на заседании Методической технологий и автоматизации машиностроения комиссии Факультета Протокол №____________ от «___» _______________2008г. Декан факультета технологии и компьютеризации в машиностроении д.т.н., профессор Кольцов В.П. «____» 15 200 г.