Учебник состоит из трех разделов и содержит основные сведения по теоретической механике, сопротивлению материалов, деталям машин и механизмов в объеме программы по «Технической механике» для немашиностроительных техникумов. Изложение иллюстрировано числовыми примерами.
Раздел сопротивления материалов изложен по новой структурной схеме, отличающейся единым подходом к решению задач на прочность и жесткость. Раздел деталей машин и механизмов написан с учетом новой терминологии, обозначений параметров и методики расчета, регламентированных действующими стандартами.
Книга предназначена для учащихся очных и заочных техникумов немашиностроительных специальностей, изучающих предмет «Техническая механика» по программе 190—220 учебных часов.
Тябт 10 итттт 4RI fiufin 9fi нячп «
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................. 10
Введение .................................... 11
Раздел первый ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
Часть первая
СТАТИКА ......................................., 22
Глава 1
Основные понятия и аксиомы статики .................... 22
§ 1.1. Основные понятия статики .................... 22
§ 1.2. Аксиомы статики.......................... 23
§ 1.3. Следствия из аксиом......... . ................ 25
§ 1.4. Виды связей и их реакции .................... 26
Глава 2
Сходящиеся силы . . ............................, 30
§ 2.1. Система сходящихся сил на плоскости. Приведение системы
сходящихся сил к равнодействующей .............. 30
§ 2.2. Аналитический способ нахождения равнодействующей..... 31
§ 2.3. Условия равновесия системы сходящихся сил в геометрической
и аналитической формах...................... 33
§ 2.4. О методике решения задач на равновесие............ 35
§ 2.5. Система сходящихся сил в пространстве............. 39
Глава 3
Теория пар сил ................................ 41
§ 3.1. Момент силы относительно точки................. 41
§ 3.2. Пара сил. Момент пары сил на плоскости ........... 42
§ 3.3. Теорема об эквивалентных парах................. 44
§ 3.4. Теорема о сложении пар сил на плоскости. Условие равновесия
плоской системы пар........................ ,46
§ 3.5. Некоторые сведения из теории пар в пространстве....... 49
Глава 4
Произвольная система сил........................ • . 50
§ 4.1. Произвольная система сил на плоскости. Лемма Пуансо ... 50 § 4.2. Приведение произвольной плоской системы сил к заданному
центру. Главный вектор и главный момент системы сил .... 51 § 4.3. Частные случаи приведения плоской системы сил. Теорема
Вариньона .............................. 53
1* 3
§ 4.4. Условия равновесия произвольной плоской системы сил. Различные формы уравнений равновесия .............. 55
§ 4.5. Система параллельных сил на плоскости. Различные формы
уравнений равновесия....................... 62
§ 4.6. Произвольная система сил в пространстве. Главный вектор* и
главный момент. Момент силы относительно оси....... . 67
§ 4.7. Уравнения равновесия произвольной системы и системы параллельных сил в пространстве.................... 69
§ 4.8. Задачи статически определенные и статически неопределенные 72
Глава 5
Равновесие при наличии сил трения скольжения. Понятие о трении качения ....................... ...... ........ 74
§ 5.1. Законы трения скольжения.................... 74
§ 5-2. Угол и конус трения, область равновесия ........... 76
§ 5.3. Трение качения........................... 79
Глава 6
Центр системы параллельных сил. Центр тяжести тела . ......... 80
§ 6.1. Координаты центра системы параллельных сил......... 80
§ 6.2. Центр тяжести........................... 81
§ 6.3. Методы нахождения координат центра тяжести. Положение
центра тяжести простейших фигур и линий........... . 83
§ 6.4. Центр тяжести фигур сложной формы.............. 87
Часть вторая
КИНЕМАТИКА..................................... gg
Глава 7
Кинематика точки .............................. 89
§ 7.1. Способы задания движения точки ................ 90
§ 7.2. Скорость точки ...................'........ 93
§ 7.3. Ускорение точки.......................... 96
§ 7.4. Равномерное и равнопеременное движение точки. Прямолинейное движение точки. Кинематические графики....... 103
Глава 8
Простейшие виды движения твердого тела...........•...... 109
§ 8.1. Поступательное движение твердого тела............. 109
§ 8.2. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Равномерное и равнопеременное вращение................. НО
§ 8.3. Линейные скорости и ускорения точек вращающегося тела . . 114
Глава 9
Сложное движение точки .........................• 116
§ 9.1. Относительное, переносное и абсолютное движение ...... 116
§ 9.2. Теорема о скорости точки в сложном движении ........ 117
Глава 10
Плоскопараллельное движение твердого тела ..........,..., 120
§ 10.1. Разложение плоскопараллельного движения на поступательное и вращательное. Независимость угловой скорости от выбора полюса ............................... 121
§ 10.2. Скорость точки плоской фигуры.................. 123
§ 10.3. Мгновенный центр скоростей и распределение скоростей течек
плоской фигуры .......................... 124
§ 10.4. Сложение вращений вокруг параллельных осей........ 129
Часть третья
ДИНАМИКА....................................... 133
Глава 11
Введение в динамику материальной точки................. 133
§ 11.1. Аксиомы динамики точки. Две задачи динамики........ 133
§ 11.2. Принцип Даламбера. Силы инерции.............. 137
Глава 12
Работа и мощность.............................. '42
§ 12.1. Работа силы на прямолинейном участке пути. Графический
способ нахождения работы.................... 142
§ 12.2. Работа переменной силы на криволинейном участке пути.
Теорема о работе равнодействующей.............. 144
§ 12.3. Мощность. Коэффициент полезного действия. Работа и мощность при вращательном движении............... 149
Глаза 13
Общие теоремы динамики точки....................... '53
§ 13.1. Теорема об изменении количества движения.......... 153
§ 13.2. Теорема об изменении кинетической энергии ......... 156
Глава 14
Элементы динамики системы точек и твердого тела ............ 158
§ 14.1. Основные динамические величины................ 159
§ 14.2. Общие теоремы динамики системы.........'....... 164
§ 14.3. Основное уравнение динамики для вращательного движения
тела................................. 170
Раздел второй СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Глава 1
Основные положения............................. 174
§ 1.1. Основные задачи сопротивления материалов .......... 174
§ 1.2. Сопротивление материалов и теоретическая механика ..... 175
§ 1.3. Понятие о деформации упругой и пластической. Основные
гипотезы и допущения....................... 176
§ 1.4. Реальный объект и расчетная схема............... 178
§ 1.5. Силы внешние и внутренние ................... 179
| 1.6. Метод сечений. Основные виды деформаций........... 180
§ 1,7. Напряжение............................. 183
Глава 2
Эпюры внутренних силовых факторов при различных видах деформаций 185
§ 2.1. Эпюры продольных сил при растяжении и сжатии ...... 185
§ 2.2. Зпюры крутящих моментов.................... 188
§ 2.3. Поперечные силы и изгибающие моменты при изгибе..... 190
§ 2.4. Дифференциальные зависимости между интенсивностью распределенной нагрузки, поперечной силой и изгибающим моментом................................ 192
§ 2.5. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов для простейших случаев нагружсния балки.................. 193
§ 2.6. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов по
характерным точкам........................ 200
Глава 3
Растяжение и сжатие............................ 206
§ 3.1. Напряжения в поперечных сечениях бруса........... 206
§ 3.2. Напряжения в наклонных сечениях............... 209
§ 3.3. Деформация при растяжении и сжатии. Закон Гука ..... 211
§ 3.4. Перемещение поперечных,сечений.................. 213
И 3.5. Статически неопределимые системы................ 217
§ 3.6. Монтажные и температурные напряжения в статически неопределимых системах.......................... 219
§ 3.7. Работа внешних сил и потенциальная энергия упругой деформации ............................. . . . . 221
Глава 4
Кручение ................................... 223
§ 4.1. Чистый сдвиг............................ 223
§ 4.2. Практические расчеты на срез и смятие............. 226
§ 4.3. Напряжения и перемещения при кручении бруса круглого
поперечного сечения ........................ 230
§ 4.4. Полярный момент инерции и полярный момент сопротивления
для круга и кольца ........................ 235
§ 4.5. Потенциальная энергия деформации............... 237
§ 4.6. Расчет цилиндрических винтовых пружин растяжения и сжатия 238
Глава 5
Геометрические характеристики плоских сечений ............, 241
§ 5.1. Статические моменты плоских сечений.............. 242
§ 5.2. Осевые и центробежные моменты инерции............ 243
§ 5.3. Связь осевых моментов инерции фигуры с полярным. Связь между осевыми моментами инерции относительно параллельных
осей ................................. 244
§ 5.4. Главные оси и главные моменты инерции............ 245
§ 5.5. Главные моменты инерции простейших фигур ......... 246
§ 5.6. Вычисление моментов инерции составных сечений, имеющих
ось симметрии............................. 247
Глава 6
Прямой изгиб ................................ 251
§ 6.1. Основные понятия. Классификация видов изгиба ....... 251
§ 6.2, Напряжения при чистом изгибе. Потенциальная энергия деформации ................................ 252
§ 6.3. Моменты сопротивления сечений простейших фигур...... 255
§ 6.4. Напряжения при поперечном изгибе............... 256
§ 6.5. Угловые и линейные перемещения при прямом изгибе .... 261
§ 6.6, Графо-аналитический метод определения перемещений..... 266
Глава 7
Механические испытания материалов.............>«»..., 273
§ 7.1. Цель испытаний. Виды испытаний................ 273
$ 7.2. Статические испытания материалов на растяжение....... 274
§ 7.3. Диаграмма растяжения малоуглеродистой, стали. Характерные точки диаграммы. Диаграмма растяжения хрупких материалов ...,,..,,, ................. ..... 275
§ 7.4. Оценка прочностных и пластических свойств материалов по
диаграммам растяжения...................... 278
§ 7.5. Закон разгрузки и повторного нагружен»!я........... 279
§ 7.6. Испытание на сжатие . .'..................... 280
§ 7.7, Испытание на кручение...................... 281
Глава 8
Расчеты на прочность и жесткость ..................... 283
§ 8.1. Понятие'о предельных напряжениях............... 283
§ 8.2. Расчетные напряжения...........,........... 234
§ 8.3. Коэффициент запаса прочности. Условие прочности...... 284
$ 8.4. Допускаемые напряжения..................... 286
<§ 8.5. Расчеты на жесткость....................... 287
§ 8.6. Три вида расчетов на прочность и жесткость.......... 283
§ 8.7. Особенности расчета на прочность брусьев, выполненных из
хрупких материалов ........................ 297
Глава 9
Косой изгиб. Изгиб с растяжением (сжатием) бруса большой жесткости 302
§ 9.1. Косой изгиб............................. 302
§ 9.2. Пространственный изгиб бруса круглого поперечного сечения .................................. 307
§ 9.3. Изгиб с растяжением (сжатием) бруса большой жесткости.
Внецентренное растяжение (сжатие) ............... 309
Глаза 10
Изгиб и кручение .............................. 313
§ 10.1. Основные понятия о напряженном состоянии в точке .... 314 § 10.2. Определение главных напряжений при изгибе с кручением................................. 317
§ 10.3. Предельные напряженные состояния .............. 320
§ 10.4. Гипотезы прочности и их использование............ 321
Глава 11
Сопротивление усталости .......................... 327
§ 11.1. Циклы напряжений........................ 328
§ 11.2. Предел выносливости материала................. 33!
§ 11.3. Факторы, влияющие на снижение предела выносливости
материалов............................. 332
§ 11.4. Коэффициент запаса усталостной прочности.......... 335
Глава 12
Устойчивость центрально сжатых стержней ................ 338
§ 12.1. Понятие о потере устойчивости упругого равновесия..... 338
§ 12.2. Формула Эйлера для различных случаев закрепления стержней ................................. 340
§ 12.3. Критические напряжения. Пределы применимости формулы
Эйлера............................... 34^
§ 12.4. Формула Ясинского........................ 343
§ 12.5. Три вида расчетов на устойчивость............... 344
Раздел третий
ДЕТАЛИ МАШИН
Глава 1
Основные положения............................. 348
§ 1.1. Введение в курс «Детали машин». Основные виды изде
лий .................................. 348
§ 1.2. Основные требования, предъявляемые к конструкциям деталей ................................., 350
§ 1.3. Некоторые замечания по вопросам расчета деталей...... 352
7
Часть первая
СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И .МЕХАНИЗМОВ ..........-,.... 355
Глава 2
Неразъемные соединения .......................... 355
§ 2.1. Заклепочные соединения...................... 355
§ 2.2. Сварные соединения. Общие сведения ы основы расчета .... 357
§ 2.3. Соединения пайкой и склеиванием................ 362
Глава 3
Разъемные соединения ............................ 365
§ 3.1. Резьбовые соединения. Общие сведения . . . .......... 365
§ 3.2. Силовые соотношения в винтовых парах и их к. п. д...... 371
§ 3.3. Расчет резьбовых соединений................... 376
§ 3.4. Шпоночные и шлицевые соединения............... 385
§ 3.5. Штифтовые, штыковые и профильные соединения........ 392
§ 3.6. Соединение деталей с гарантированным натягом........ 395
Часть вторая
ПЕРЕДАЧИ....................................... 399
Глава 4
Общие сведения о передачах. Фрикционные передачи........... 39Э
§ 4.1. Назначение и классификация передач .............. 399
§ 4.2. Силовые и кинематические соотношения в передачах ..... 402
§ 4.3. Фрикционные передачи. Общие сведения, кинематические и силовые зависимости ......................... 405
§ 4.4. Основы прочностного расчета фрикционных передач...... 409
Глава 5
Ременные передачи .............................. 415
§ 5.1. Общие сведения........................... 415
§ 5.2. Основы расчета ременных передач................ 420
Глава 6
Цепные передачи ............................... 427
§ 6.1. ОЗщиз сзэдзния........................... 427
§ 6.2. Основы расчета цепных передач ................. 432
Глава 7
Зубчатые передачи ............................... 437
§ 7.1. Общие сведения........................... 437
§ 7.2. Основные параметры и кинематика эвольвентной зубчатой передачи ................................ 443
§ 7.3. Основы расчета на прочность цилиндрических прямозубых
передач................................ 447
§ 7.4. Цилиндрические передачи с косыми и шевронными зубьями 454
§ 7.5. Конические зубчатые передачи.................. 460
§ 7.6. Планетарные и волновые передачи................ 465
§ 7.7. Зубчатые передачи с зацеплением Новикова .......... 470
Глава 8
Передача винт — гайка............................ 472
§ 8.1. Общие сведения........................... 472
§ 8.2. Основы расчета передачи винт — гайка ............. 474
я
Глава 9
Червячные передачи............................. 477
<; д.). Общие сведения........................... 477
§ 9.2. Основы прочностного расчета червячных передач........ 483
Глава 10
Общие сведения о редукторах и некоторых других механизмах ..... 489
•§ 10.1. Редукторы ........................;.• • • • ^89
§ 10.2. Основные определения составных частей механизмов. Классификация кинематических пар ................... 493
§ 10.3. Кинематические цепи и их структурный анализ........ 497
§ 10.4, Конструктивно-функциональная классификация механизмов 499
Часть третья
ДЕТАЛИ И СБОГ-ОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ....... 509
Глава 11
Еалы и оси .................................. 509
§ 11.1. Общие сведения о валах и осях................. 509
§ 11.2. Основы расчета валсв на прочность и жесткость....... 512
Глава 12
Опоры осей и валов.................•............ 518
§ 12.1. Общие сведения.......................... 518
§ 12.2. Подшипники скольжения..................... 5)9
§ 12.3. Подшипники качения. Общие сведения............. 523
§ 12.4. Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности ................................ 527
§ 12.5. Конструирование подшипниковых узлов. Смазывание и уплотнение подшипников ........................ 532
Глава 13
Муфты...................................... 538
§ 13.1. Общие сведения. Постоянные муфты . . . -............ 538
§ 13.2. Сцепные муфты .......................... 542
