Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Техническая механика

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 707076.02.01
Доступ онлайн
от 452 ₽
В корзину
Изложены основы теоретической механики с элементами теории механизмов и машин и сопротивления материалов. Приводятся практические занятия по основным разделам курса, включающие краткие теоретические сведения, задачи для аудиторного решения и домашних заданий, а также примеры решения типовых задач. Составлен словарь терминов и определений. Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования последнего поколения. Предназначено для учащихся учреждений среднего профессионального образования. Может быть полезно студентам технических специальностей учреждений высшего образования.
10
121
247
Завистовский, В. Э. Техническая механика : учебное пособие / В.Э. Завистовский. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 376 с. — (Среднее профессиональное образование). - ISBN 978-5-16-015256-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/1190673 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
ТЕХНИЧЕСКАЯ 
МЕХАНИКА

В.Э. ЗАВИСТОВСКИЙ

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано 
Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия 
для учебных заведений, реализующих программу среднего 
профессионального образования по техническим специальностям
(протокол № 5 от 11.03.2019)

УДК 531/534(075.32)
ББК 30.12я723
 
З13

Завистовский В.Э.
З13 
 
Техническая механика : учебное пособие / В.Э. Завистовский. — 
Москва : ИНФРА-М, 2021. — 376 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-16-015256-1 (print)
ISBN 978-5-16-107726-9 (online)
Изложены основы теоретической механики с элементами теории механизмов и машин и сопротивления материалов. Приводятся практические 
занятия по основным разделам курса, включающие краткие теоретические 
сведения, задачи для аудиторного решения и домашних заданий, а также 
примеры решения типовых задач. Составлен словарь терминов и определений.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования последнего 
поколения.
Предназначено для учащихся учреждений среднего профессионального 
образования. Может быть полезно студентам технических специальностей 
учреждений высшего образования.

УДК 531/534(075.32)
ББК 30.12я723

Р е ц е н з е н т ы:
Чигарев А.В., доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической механики Белорусского национального технического университета;
Соколовская В.П., преподаватель высшей категории Минского государственного профессионального колледжа 

ISBN 978-5-16-015256-1 (print)
ISBN 978-5-16-107726-9 (online)
© Завистовский В.Э., 2019

ПРЕДИСЛОВИЕ

’’Техническая механика” является комплексной учебной дисциплиной и включает в себя основные положения теоретической 
механики с основными понятиями из теории механизмов и машин, сопротивления материалов и деталей машин. В данном 
учебном пособии изложены основы первых двух составляющих 
предмета -  теоретической механики и сопротивления материалов, являющиеся теоретическими основами расчетов. Раздел 
“Общие сведения о механизмах”, а также некоторые дополнительные темы раздела “Сопротивление материалов”, не входящие в типовую учебную программу курса, включены в учебное 
пособие для обеспечения подготовки по всем техническим специальностям средних специальных учебных заведений, включая 
технологические и агротехнические, а также с целью возможности его использования при двухуровневой системе подготовки 
специалистов, в частности, при получении первой ступени высшего образования.

Автором предпринята попытка в рамках единого учебного 
пособия предложить как учащимся и студентам, так и преподавателям помимо теоретического курса достаточно обширный перечень практических занятий, которые могут быть легко трансформированы в расчетно-графические работы в соответствии с профилем специальности.

В основу изложения теоретической части дисциплины положен принцип межпредметной интеграции, при котором элементы 
общеинженерных и специальных дисциплин должны конструироваться из элементов знаний фундаментальных дисциплин путем их укрупнения. При таком подходе к организации учебнопознавательной деятельности обеспечивается непрерывность и 
преемственность в изучении дисциплин, отсутствие дублирования материала.

Тематика практических занятий, носящая рекомендательный 
характер, соответствует типовой учебной программе.

Автор выражает глубокую признательность за ценные замечания и советы по улучшению содержания учебного пособия рецензентам -  доктору физико-математических наук, профессору А.В. 
Чигареву (Белоруский национальный технический университет) 
и преподавателю высшей категории В.П. Соколовской (Минский 
государственный политехнический колледж), а также инженеру 
кафедры механики Полоцкого государственного университета 
С.В. Жаворонок за техническую помощь в оформлении рукописи.

Автор заранее весьма признателен отдельным лицам и коллективам учебных заведений за критические замечания и пожелания, которые будут учтены в дальнейшей работе.

3

ВВЕДЕНИЕ

Определение и основные задачи курса. Механикой называют область науки, цель которой -  изучение движения и напряженного состояния деталей машин и аппаратов, строительных 
конструкций и трубопроводов, сплошных сред и т.п. под действием приложенных к ним сил.

Механику принято делить на теоретическую и прикладную. 
Они диалектически взаимосвязаны и взаимозависимы. В теоретической механике устанавливаются общие закономерности изучаемых объектов вне связи их с конкретными приложениями. 
Техническая механика является частью прикладной механики.

Под термином техническая механика понимают область 
механики, посвященную изучению движения и напряженного состояния реальных технических объектов — строительных конструкций, деталей машин и т.п. с учетом основных закономерностей, установленных в теоретической механике.

Курс технической механики решает следующие учебные задачи:

• формирование представлений об общих методах проектирования на примере механических систем;

• получение сведений о различных разделах механики, основных гипотезах и моделях механики и границах их применения;

• приобретение первичных навыков практического проектирования и конструирования с использованием современных компьютерных технологий.

Техническая механика -  учебная дисциплина, представляющая собой основу общетехнической подготовки учащихся средних специальных учебных заведений и студентов колледжей. 
Курс технической механики 
базируется на таких математических, естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплинах, как математика, информатика, физика, инженерная и машинная графика, материаловедение, технология конструкционных материалов.

Техническая механика -  комплексная дисциплина. Она включает в себя разделы курсов "Теоретическая механика", "Теория 
механизмов и машин", "Сопротивление материалов", "Детали 
машин". Темы этих дисциплин разработаны с единых позиций, с 
учетом междисциплинарных связей и логически дополняют друг 
друга.

Цель изучения дисциплины -  заложить основу общетехнической подготовки учащихся и студентов, необходимую для последующего изучения специальных технических дисциплин, а также

4

дать знания и навыки в области механики, необходимые при эксплуатации машин и приборов.

Учащийся, изучивший курс "Техническая механика", должен 
знать:

• связи различных разделов технической механики с другими общенаучными техническими дисциплинами;

• основные положения статики конструкций, кинематики и 
динамики механических систем и машин;

• основы расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах нагружения;

• критерии прочности, конструкции и методы расчета деталей и механизмов общего назначения и основы их проектирования;

должен уметь:
• пользоваться терминологией, характерной для различных 
разделов технической механики;

• выбирать расчетную схему и проводить соответствующие 
расчеты типовых элементов конструкций и деталей машин;

• проектировать и конструировать типовые элементы конструкций и машин, получать оценки их прочности и жесткости;

иметь навыки:
• использования справочной литературы и стандартов;
• выбора аналогов и прототипа конструкций при проектировании;

• проведения инженерных расчетов по сопротивлению материалов, теории механизмов и деталям машин;

• оформления проектной и конструкторской документации в 
соответствии с требованиями ЕСКД.

Современные инженерные конструкции, машины, приборы и 
сооружения изготавливают и строят по разработанным проектам. 
В проекте указывают материалы элементов конструкций и деталей машин, их размеры, приводится технология их изготовления. 
Эти данные опираются на знания свойств материалов и предполагаемых на него воздействий. Надежность конструкции обеспечивается при условии сохранения прочности, жесткости и устойчивости.

Техническая механика тесно связана с физикой, раскрывающей природу и механизмы деформаций и разрушения твердых 
тел, и с материаловедением, исследующим механические свойства материалов. Изучение технической механики строится на базе 
знания общих законов механики.

В современном мире технические устройства, высокоэффективные технологии и технический прогресс играют решающую 
роль. Поэтому каждому специалисту, чья деятельность связана с 
техникой и технологией, знание механики просто необходимо.

5

Краткие сведения из истории развития механики. История 
механики как науки о машинах и механизмах начинается с очень 
глубокой древности. Уже в эпоху неолита и бронзового века появилось колесо, несколько позже -  рычаг и наклонная плоскость. 
Регулярное применение рычага и наклонной плоскости начинается в связи со строительными работами в древневосточных государствах. Первые египетские пирамиды строились примерно за 
три тысячи лет до нашей эры. При сооружении храмов, колоссальных статуй и обелисков вес отдельных глыб достигал десятков и даже сотен тонн. Такие глыбы из каменоломен доставлялись на место сооружения храма на специальных салазках. В каменоломнях для отрыва каменных глыб от породы служил клин. 
К рычагу и клину в эллинистическую эпоху, начавшуюся на рубеже IV-III вв. до н.э., добавляются еще блок и винт. Вращательные движения преобразовывали с помощью систем зубчатых колес. Более сложные механические орудия — водяное колесо, червячная передача, винт, насос и т.д. -  применялись сравнительно 
редко.

В эпоху расцвета Римской империи и тем более в эпоху ее 
упадка в механике все более значительную роль начинает играть 
"ремесленная" традиция. Утрачивается интерес к теоретическим 
построениям, содержание трактатов сводится к набору простейших правил действия простых машин. Под "механикой" понималось только архитектурно-строительное и инженерное искусство.

Начало возрождения теоретического направления относится к 
VIII-IX вв. и связано с развитием науки в странах Ближнего и 
Среднего Востока. В "Книге знаний" Абу Али Ибн-Сина (980- 
ЮЗ? гг.) рассматриваются пять простых машин, а также их комбинации; приводятся конкретные примеры применения описанных машин и их комбинаций для поднятия грузов. В X-X1I вв. в 
Европе большое развитие получили водяные и ветряные мельницы. Тогда же появились и механические часы. Немаловажное 
значение для накопления знаний о законах природы имели изготовление военного снаряжения, кораблестроение, градостроительство, устройство крупных гидротехнических сооружений.

Основные достижения механики в эпоху Возрождения связаны с именами Николая Кузанского, Леонардо да Винчи, Стевина, 
Коперника, Тартальи, Бенедетти, Кардано, Кеплера и др.

Картина мира, нарисованная наукой в XVII в., требовала конкретизации, дополнения и изменения. На первый план выступает 
динамика, так как именно она позволила статике слиться с экспериментальными исследованиями того времени. Основная серия открытий связана с именами Г. Галилия (1564-1642 гг.), открывшего закон инерции и сформулировавшего законы падающих тел и законы качания маятника, И. Ньютона (1643-1727 гг.),

6

сформулировавшего основные законы классической механики, //. 
Эйлера (1707-1783 гг.), которому принадлежат важные работы 
по математическому анализу, оптике, баллистике и др., Ж. Л. Лагранжа (1736-1813 гг.), заложившего основы аналитической механики, Э. Торричелли (1608-1647 гг.), открывшего закон истечения жидкости из сосуда, Х.Гюйгенса (1629-1695 гг.), который 
ввел понятия центробежной и центростремительной силы и моментов инерции, исследовал движение математического и физического маятника, Р. Декарта (1596-1650 гг.), заложившего основы аналитической геометрии, впервые широко использовавшего понятие о переменной величине, Б. Паскаля (1623-1662 гг.), 
изобретателя суммирующей машины, открывшего один из основных гидростатических законов, Г.В. Лейбница (1646-1716 
гг.), известного разработкой дифференциального и интегрального исчисления, Д. Бернулли (1700-1782 гг.), который вывел основное уравнение стационарного движения идеальной жидкости, 
Ж.Л. Даламбера (1717-1783 гг.), сформулировавше>о один из 
основных принципов механики, СД. Пуассона (1781-1840 гг.), 
чьему перу принадлежат важные работы по аналитической и небесной механике, теории упругости, математической физике и 
различным разделам математики.

Русские ученые принимали деятельное участие в разработке 
многих актуальных проблем механики, а в решение некоторых 
их них внесли основной вклад.

Пафнутий Львович Чебышев (1821-1894 гг.) -  русский математик и механик. Ему принадлежат классические открытия в 
теории чисел, теории вероятностей, теории механизмов.

Иван Всеволодович Мещерский (1859-1935 гг.) -  основоположник механики тел переменной массы. Его работы явились основой для решения многих проблем реактивной техники.

Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935 гг.) -  русский ученый и изобретатель, основоположник современной ракетодинамики, теории реактивных двигателей и учения о межпланетных сообщениях.

Алексей Николаевич Крылов (1863-1945 гг.) -  математик, механик и кораблестроитель. Основоположник теории корабля, автор многих важных работ по теории магнитных и гироскопических 
компасов, 
артиллерии, 
математике, 
истории 
физикоматематических наук.

Николай Егорович Жуковский (1847-1921 гг.) -  основоположник современной гидродинамики и аэродинамики.

Д.И. Журавский (1821-1891 гг.) -  основоположник русской 
школы мостостроения. Первым разработал теорию расчета мостовых ферм и вывел формулу для расчета изогнутых балок на изгиб при наличии в них скалывающих (касательных) напряжений.

7

Термин "машина" в механике и в особенности в истории механики имел неоднозначный смысл. Машины или так называемые "простые машины" до XVIII в. означали приспособления для 
подъема тяжестей или перемещения грузов по поверхности. В 
мануфактурный период развития промышленности встречаются 
машины, занимающие как бы промежуточное положение между 
"простыми машинами" и современными машинами, обладающими тремя составными частями: более или менее Сложным исполнительным механизмом, передаточным механизмом и двигателем.

После завершения промышленного переворота развитие механики и ее специальных отраслей связано с запросами машинного производства, объектом исследования является машина в 
современном значении этого термина.

Возникновение механики машин связано с работами Л. Эйлера, Л. Карно, Г. Монжа. К концу второго десятилетия X X  в. теория механизмов вполне сложилась как специальная механическая 
дисциплина, выработавшая свой круг проблем, свои методы. У 
истоков русских работ по теории механизмов и машин лежит научное творчество П.Л. Чебышева, Н.Е. Жуковского, Л.В. Ассура, 
Н.И. Мерцалова, В.П. Горячкина, Д.П. Рузского и др.

В советский период решением проблем теории механизмов и 
машин начал заниматься Иван Иванович Артоболевский, ставший впоследствии признанным организатором и руководителем 
советской школы теории машин. Советскую школу механики 
обогатили труды А.А. Благонравова, Н.И. Колчина, Л.Г. Лойцян- 
ского, А.И. Лурье, А.П. Малышева, А.П. Иванова, Н.Г.Бруевича, 
С.И. Кожевникова, В.В. Добровольского, В.Н. Кудрявцева, В.А. 
Гавриленко, П.О. Сомова, Н.М. Беляева и многих других.

В Беларуси в связи с быстрым развитием новых отраслей -  
автомобилестроения, тракторостроения, станкостроения -  и в целях решения теоретических и практических задач, стоящих перед 
промышленностью в целом, в 1957 г. был создан Институт машиноведения АН БССР. Основным научным направлением работ 
института было развитие теории автоматических процессов в 
машиностроении, теории расчета и проектирования автоматического оборудования для машиностроения. В настоящее время он 
называется "Объединенный институт машиностроения НАН 
Беларуси ". Именно с его деятельностью, в основном, связано 
развитие в Беларуси механики машин, механизмов и материалов. 
Основателями современной белорусской школы механиков являются В.Н. Трейер, И.С. Цитович, В.А. Белый и др. В настоящее 
время плодотворная работа М.С. Высоцкого, Ю.М. Плескачевско- 
го, П.Л. Мариева,, О.В. Берестнева, Л.Г. Красневского, А.Т. 
Скойбеды, Л.А. Сосновского, Б.М. Хрусталева, А.В. Чигарева и

8

многих других вносит существенный вклад в развитие научных 
школ механики.

Понятия машины, механизма и прибора. В технике широко применяют различные механические системы, которые разделяют на машины, механизмы и приборы.

М ашиной называют совокупность взаимосвязанных звеньев, 
предназначенную для преобразования энергии или движения, накопления и переработки информации с целью повышения производительности, замены или облегчения физического и умственного труда человека. Это определение отражает всевозможные 
разновидности машин, действие которых основано на различных 
физических принципах.

Машины делят на две группы: машины-двигатели и рабочие 
машины. Машинами-двигателями называют такие машины, в которых один вид энергии (электрической, тепловой, сжатой пружины и т.п.) преобразуется в энергию движения исполнительных 
органов рабочих машин. К рабочим машинам относят машины, 
предназначенное для облегчения и замены физического труда 
человека по изменению формы, свойств, состояния, размеров и 
положения обрабатываемых материалов и объектов.

Многочисленные разновидности машин отличаются осуществляемыми с их помощью производственными процессами. Их 
сходство определяется наличием в машинах механизмов, предназначенных для передачи и преобразования движения.

Механизмом 
называют 
совокупность 
взаимосвязанных 
звеньев, допускающую их относительное движение и предназначенную для преобразования заданного движения одного или нескольких из них в требуемое движение остальных.

К приборам относят системы, служащие для передачи и преобразования движения и предназначенные для регистрации и регулирования физических и технологических процессов производства, технических измерений, приема и передачи различной 
информации и сигналов и др.

Машины характеризуются общими и специфическими параметрами. К общим параметрам относят производительность, 
скорости рабочих движений выходных звеньев, мощность привода, коэффициент полезного действия, массу и габаритные размеры; к специфическим -  параметры, которые характерны для 
конкретного вида машин.

Приводы машин и приборов по виду применяемой для их действия энергии бывают электрические, внутреннего сгорания, 
пневматические, гидравлические, пружинные и др.

Все основные характеристики и параметры машин указываются в техническом паспорте, которым снабжают машину.

9

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Теоретическая механика -  наука об общих законах механического движения и механического взаимодействия материальных 
тел. В теоретической механике рассматривается движение не реально существующих тел, а некоторых абстрактных моделей, отражающих только определенные общие свойства реальных физических тел. К числу таких моделей относятся материальная 
точка и абсолютно твердое тело, движение которых и рассматривается в курсе теоретической механики.

В основе теоретической механики лежит система законов и 
аксиом, являющихся следствием и обобщением многовековых 
наблюдений над явлениями природы и специальных опытов.

Теоретическая механика служит научным фундаментом для 
многих технических дисциплин. Ее методами и приемами пользуются при всех технических расчетах, связанных с проектированием и эксплуатацией машин и различных сооружений; она 
имеет большее значение для всех разделов техники и естествознания и особенно в авиации, машиностроении, приборостроении, автоматике и т.п. Помимо общеобразовательного значения, 
изучение теоретической механики играет важную роль в формировании будущего специалиста, ибо, чем лучше и глубже будут 
усвоены основные положения, чем сознательней и свободней 
учащиеся будут пользоваться ее методами, тем легче и продуктивнее будет для них переход к изучению специальных технических дисциплин.

Теоретическая механика условно делится на три раздела: 
статику, кинематику и динамику. В статике изучаются условия 
равновесия материальных тел под действием сил. В кинематике 
рассматриваются геометрические свойства движения тел вне зависимости от действующих на них сил. Динамика изучает движение в зависимости от физических факторов, обусловливающих 
его.

10

Доступ онлайн
от 452 ₽
В корзину