Актуальность разработки курса лекций по дисциплине «Механика». Раздел «Детали машин»

№81-1,

педагогические науки

Раздел дисциплины Механика - Детали машин является основополагающим для последующего изучения других общетехнических и специальных учебных дисциплин. Доступность изучаемых в ходе данных разделов учебных вопросов способствует формированию соответствующих компетенций у обучающихся. В работе описаны основные понятия, которые следует учитывать при разработке соответствующих курсов лекций.

Похожие материалы

Курсы лекций по дисциплине «Механика» разрабатываются с целью оказания методической помощи обучающимся в изучении дисциплины с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего образования и выполняет основные функции:

  • информационно-методическую, которая позволяет получить представление о целях, содержании, общей стратегии обучения, воспитания и развития обучающихся средствами учебной дисциплины «Механика»;
  • организационно-планирующую, которая предусматривает изучение дисциплины «Механика», структурирование учебного материала, определение его количественных и качественных характеристик;
  • методическую, которая позволяет преподавателю механики реализовать собственный подход в части тематического планирования курса и структурирования учебного материала, определения последовательности и путей его изучения.

Учебная дисциплина «Механика» в системе высшего образования занимает одно из приоритетных мест, обеспечивает надлежащий уровень подготовленности человека в области безопасности жизнедеятельности в техносфере, безопасности технологических процессов и производств, защиты в чрезвычайных ситуациях, пожарной безопасности.

Учебная дисциплина «Механика» реализует единый подход для теоретической и практической подготовки будущих специалистов к применению знаний при решении вопросов безопасности жизнедеятельности в техносфере, безопасности технологических процессов и производств, защиты в чрезвычайных ситуациях, пожарной безопасности.

Прообразы многих Детали машин известны с глубокой древности, самые ранние из них — рычаг и клин. Более 25 тыс. лет назад человек стал применять пружину в луках для метания стрел. Первая передача гибкой связью была использована в лучковом приводе для добывания огня. Катки, работа которых основана на трении качения, были известны более 4000 лет назад. К первым деталям, приближающимся по условиям работы к современным, относятся колесо, ось и подшипник в повозках. В древности и при строительстве храмов и пирамид пользовались воротами и блоками. Платон и Аристотель (4 в. до н. э.) упоминают в своих сочинениях о металлических цапфах, зубчатых колёсах, кривошипах, катках, полиспастах. Архимед применил в водоподъёмной машине винт, по-видимому, известный и ранее. В записках Леонардо да Винчи описаны винтовые зубчатые колёса, зубчатые колёса с вращающимися цевками, подшипники качения и шарнирные цепи. В литературе эпохи Возрождения имеются сведения о ремённых и канатных передачах, грузовых винтах, муфтах. Конструкции Детали машин совершенствовались, появились новые модификации. В конце 18 — начале 19 вв. широкое распространение получили заклёпочные соединения в котлах, конструкциях ж.-д. мостов и т.п. В 20 в. заклёпочные соединения постепенно вытеснялись сварными. В 1841 Дж. Витвортом в Англии была разработана система крепёжных резьб, явившаяся первой работой по стандартизации в машиностроении. Применение передач гибкой связью (ремённой и канатной) было вызвано раздачей энергии от паровой машины по этажам фабрики, с приводом трансмиссий и т.д. С развитием индивидуального электропривода ремённые и канатные передачи стали использовать для передачи энергии от электродвигателей и первичных двигателей в приводах лёгких и средних машин. В 20-е гг. 20 в. широко распространились клиноремённые передачи. Дальнейшим развитием передач с гибкой связью являются многоклиновые и зубчатые ремни. Зубчатые передачи непрерывно совершенствовались: цевочное зацепление и зацепление прямобочного профиля со скруглениями было заменено циклоидальным, а потом эвольвентным. Существенным этапом было появление круговинтового зацепления М. Л. Новикова. С 70-х годов 19 в. начали широко применяться подшипники качения. Значительное распространение получили гидростатические подшипники и направляющие, а также подшипники с воздушной смазкой.

Материалы Детали машин в большой степени определяют качество машин и составляют значительную часть их стоимости (например, в автомобилях до 65—70%). Основными материалами для Детали машин являются сталь, чугун и цветные сплавы. Пластические массы применяют как электроизолирующие, антифрикционные и фрикционные, коррозионно-стойкие, теплоизолирующие, высокопрочные (стеклопласты), а также как обладающие хорошими технологическими свойствами. Резины используют как материалы, обладающие высокой упругостью и износостойкостью. Ответственные Детали машин (зубчатые колёса, сильно напряжённые валы и др.) выполняют из закалённой или улучшенной стали. Для Детали машин, размеры которых определяются условиями жёсткости, используют материалы, допускающие изготовление деталей совершенных форм, например незакалённую сталь и чугун. Детали машин, работающие при высоких температурах, выполняют из жаростойких или жаропрочных сплавов. На поверхности Детали машин действуют наибольшие номинальные напряжения от изгиба и кручения, местные и контактные напряжения, а также происходит износ, поэтому Детали машин подвергают поверхностным упрочнениям: химико-термической, термической, механической, термо-механической обработке.

Детали машин должны с заданной вероятностью быть работоспособными в течение определённого срока службы при минимально необходимой стоимости их изготовления и эксплуатации. Для этого они должны удовлетворять критериям работоспособности: прочности, жёсткости, износостойкости, теплостойкости и др. Расчёты на прочность Детали машин, испытывающих переменные нагрузки, можно вести по номинальным напряжениям, по коэффициентам запаса прочности с учётом концентрации напряжений и масштабного фактора или с учётом переменности режима работы. Наиболее обоснованным можно считать расчёт по заданной вероятности и безотказной работы. Расчёт Детали машин на жёсткость обычно осуществляют из условия удовлетворительной работы сопряжённых деталей (отсутствие повышенных кромочных давлений) и условия работоспособности машины, например получения точных изделий на станке. Для обеспечения износостойкости стремятся создать условия для жидкостного трения, при котором толщина масляного слоя должна превышать сумму высот микронеровностей и др. отклонений от правильной геометрической формы поверхностей. При невозможности создания жидкостного трения давление и скорости ограничивают до установленных практикой или ведут расчёт на износ на основе подобия по эксплуатационным данным для узлов или машин того же назначения.

«Детали машин» — раздел дисциплины «Механика», являющийся составной частью технической механики, изучается после изучения ее других составных частей. В этой дисциплине рассматриваются различные виды соединений деталей машин и аппаратов; валы, оси, их опоры и соединения; подшипники, муфты, передачи вращательного движения и приводы, -типовые конструкции и математические методы расчета усилий, напряжений и основных размеров.

Раздел дисциплины имеет самостоятельное значение как формирующая модель инженера, работающего в машиностроительной промышленности, а также помогающая работающему в этой промышленности экологу ознакомиться с машинами и механизмами производств и очистных сооружений.

В результате изучения дисциплины "Детали машин" курсанты и студенты должны:

  • знать и уметь рассчитывать сварные и резьбовые соединения, механические передачи, подшипники, оси, валы и их опоры;
  • получить практические навыки расчета редукторов;
  • иметь представление о соединении элементов конструкций заклепками, пайкой, шпонками, шлицами, посадкой с натягом, о фрикционных, цепных и волновых механических передачах.

Для успешного усвоения материала раздела «Детали машин» дисциплины «Механика» студенты ранее изучают такие следующие разделы других дисциплин:

  • разделы математики: элементы векторной алгебры и аналитической геометрии, дифференциальное исчисление функций одной и несколько переменных, дифференциальные уравнения и системы, определенный, криволинейные и кратные интегралы;
  • раздел физики: физические основы классической механики;
  • надежность технических систем;
  • законы постоянного тока;
  • общие теоремы динамики: об изменении количества движения; об изменении кинетического момента; об изменении кинетической энергии;
  • расчет усилий в стержнях, балках и других элементах изделий и прочностные расчеты.

Для обеспечения эффективности образовательного процесса по механике рекомендуется использовать:

  • разнообразные виды организации учебных занятий, в том числе с использованием компьютерных технологий;
  • различные виды учебной деятельности обучающихся, включая практическую, проектную и исследовательскую;
  • оптимальные средства и методы оценки качества образовательного процесса.

Список литературы

  1. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. – М.: Высшая школа, 2001.
  2. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. – СПб.: Лань, 2002.
  3. Воронков И.М. Курс теоретической механики. – М.: Наука, 1966.
  4. Гернет М.М. Курс теоретической механики. – М.: Высшая школа, 1987.