Детали машин и основы конструирования


А. Г. МУДРОВ, А. А. МУДРОВА








            ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ



Учебно-методическое пособие






















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 621.8 (075.8)
ББК 34.44
      М89



Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой основ конструирования Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева А. М. Арсланов;
доктор технических наук, профессор кафедры технической механики Казанского государственного энергетического университета Ю. С. Маркин





      Мудров, А. Г.
М89     Детали машин и основы конструирования : учебно-методиче      ское пособие / А. Г. Мудров, А. А. Мудрова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 236 с. : ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-0614-7

      Приводятся необходимые сведения из общетехнических дисциплин: теоретической механики, сопротивления материалов, теории машин и механизмов, - необходимые для повышения уровня знаний студентов. Дана методика проведения лабораторных работ с научно-исследовательским уклоном. Приведены задачи, рекомендации по их решению и примеры решений. Описаны способы эффективного изучения курса «Детали машин и основы конструирования» с помощью информационных технологий.
      Для студентов и преподавателей инженерно-технических специальностей.

УДК 621.8 (075.8)
ББК 34.44





ISBN 978-5-9729-0614-7 © Мудров А. Г., Мудрова А. А., 2021
                        © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                        © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................5

Глава 1. О ПОЗНАНИИ И МЫШЛЕНИИ..........................9
1.1. Возможности человека...............................9
1.2. Память, как ее улучшить...........................13
1.3. Об умственном труде...............................19
1.4. О мышлении, рассуждении и умозаключении...........23
1.5. Объяснение, понимание.............................32
1.6. О самообразовании.................................37

Глава 2. НЕБХОДИМЫЕ СВЕДЕНИЯ...........................47
2.1. О силе и связях...................................47
2.2. Основные положения статики........................54
  2.2.1. Три формы равновесия..........................54
  2.2.2. Решение статических и динамических задач......55
2.3. О коэффициентах трения............................58
  2.3.1. Приведенный коэффициент трения в клинчатом желобе.60
  2.3.2. Приведенный коэффициент трения в резьбе.......61
  2.3.3. Приведенный коэффициент трения во вращательной паре .... 62
  2.3.4. Приведенный коэффициент трения в подшипниках качения..............................................62
2.4. Передаточное отношение и передаточное число.......64
2.5. О коэффициенте полезного действия (КПД)...........65
2.6. О силах инерции...................................66
2.7. О прочности, напряжении, сечениях.................70
  2.7.1. Виды напряженных состояний....................75
  2.7.2. О теориях предельных напряженных состояний (теории прочности)...................................80
2.8. О формулах, выражениях, математических моделях....84
2.9. О графической информации..........................89

Глава 3. О ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ........................98
3.1. Теоретическая часть лабораторной работы...........99
3.2. Экспериментальная часть лабораторных работ.......115
  3.2.1. Количественный статистический анализ.........120
  3.2.2. Экспериментальная проверка...................127

Глава 4. ЗАДАЧИ И ИХ РЕШЕНИЕ..........................139
4.1. Стандартные задачи и их решение..................143
4.2. Нестандартные задачи и их решение................152


3

Глава 5. О ДОКАЗАТЕЛЬСТВЕ................166

Глава 6. ОБ ОБУЧЕНИИ.....................183

Глава 7. О КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КУРСА «ДЕТАЛИ МАШИН»........194

Глава 8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................209

БИБЛИОГРАФИЯ.............................213
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.................214
ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ............219


4

        ВВЕДЕНИЕ


      Умение мыслить, анализировать, делать выводы, решать задачи является одним из основных показателей уровня развития и глубины сознательного освоения студентами учебного материала той или иной дисциплины.
      Человек в своем развитии постоянно стремился расширить свои знания и обогатить память. Но многознание не научает мудрости - так говорил еще древнегреческий философ Гераклит. Мудрость заключается в знании оснований и причин и в особенности логических оснований принимаемых положений. Без способности обосновывать имеющиеся убеждения нет подлинного и твердого знания. Мудрость - это не просто обширные знания, но прежде всего умение рассуждать, применять знания и принимать правильные решения.
      На протяжении 36-летнего общения со студентами университета авторы убедились в отсутствии каких-либо навыков последовательного и доказательного мышления, в неумении решать, в общем-то, простые задачи, в отсутствии остаточных знаний по основным общетехническим дисциплинам, которые являются фундаментом в подготовке технических инженерных кадров.
      Взять хотя бы такой раздел, как решение задач, которые занимают во многих дисциплинах большую часть учебного времени. Обучению решению задач должно уделяться много внимания, но до сих пор, пожалуй, единственным методом такого обучения был показ способов решения определенных видов задач и практика овладения этими способами. Пособия по решению задач были построены в форме сборника задач с ответами и с некоторыми указаниями к ним.
      Психологические исследования проблемы обучения решению задач показывают, что основные причины несформированности у студентов общих умений и способностей в решении задач состоят в том, что студентам не даются необходимые знания о сущности задач и их решений. Поэтому они решают задачи, не осознавая должным образом свою собственную деятельность. У студентов не вырабатываются отдельно умения и навыки в действиях, входящих в общую деятельность по решению задач, и поэтому им приходится осваивать эти действия в самом процессе решения задач, что многим студентам не под силу, не развиваются и основы мышления.

5

      В связи с этим необходимо обратить внимание на основные принципы и операции человеческого мышления, изучаемых формальной логикой. Необходимо пробудить интерес студентов к мышлению, углублению стихийно складывающейся логической интуиции, выработке навыков последовательного и доказательного мышления. Здесь уместно привести высказывания Т. Эдисона по этому поводу: «Важнейшая задача цивилизации - научить человека мыслить», - короче и точнее не скажешь.
        Логика - наука о законах правильного мышления, о требованиях, предъявляемых к последовательному и доказательному рассуждению. Логические операции - определение, классификация, доказательство, опровержение, обобщение и т. п. - применяются каждым человеком в мыслительной деятельности. Но применяются неосознанно и с погрешностями, без отчетливого представления о всей глубине и сложности тех мыслительных действий, с которыми связан каждый, даже самый элементарный акт мышления.
      «Логика - великий преследователь темного и запутанного мышления; она рассеивает туман, скрывающий от нас наше невежество и заставляющий нас думать, что мы понимаем предмет, в то время когда мы его не понимаем. Я убежден, что в современном воспитании ничто не приносит большей пользы для выработки точных мыслителей, остающихся верными смыслу слов и предложений и находящихся постоянно настороже против терминов неопределенных и двусмысленных, как логика», - это слова Д.С. Милля.
      Здесь следует отметить и тот негативный факт, что из курса средней школы был убран предмет, преподававшийся еще 40 лет назад, -психология. Кстати, и в вузовской программе технических направлений практической психологии также нет места. Тогда как психология личности студента, межличностное общение играют огромную роль в становлении и человека, и специалиста.
      Помочь студенту понять самого себя - значит помочь ему сделать первый шаг к его, лично ему подходящему, образу жизни, общению, производственной деятельности.
      Однако и по сей день педагогика не нацеливает молодого человека на оценку собственных качеств и психологических пределов.
      Творчество в области личной психологии - одно из важнейших слагаемых человеческого фактора. Этому придется и надо учиться. От того, как каждый из студентов научится творить самого себя и за себя отвечать, зависит будущий облик специалиста, руководителя и общества в целом.

6

      Размышление над основными принципами и операциями мышления способствует развитию и совершенствованию не только собственно логических, но и других мыслительных навыков. Оно учит умению обобщать, абстрагироваться и сосредотачиваться, раскрывать замысел и композицию некоторого целого, связывать его части, выявлять главное и отделять его от второстепенного и побочного, усматривать необычное в обыденном и т. д.
      Понимание принципов мыслительной деятельности - одно из самых ценных наших знаний. Оно делает ум максимально точным и тонким в своем анализе, нетерпимым к любой фальши и нелогичности, неизменно последовательным в своих выводах. Все это сказывается на всех сторонах и теоретического, и практического приложения мышления.
      Вот что сказал по этому поводу А.С. Пушкин: «Я жить хочу, чтоб мыслить и страдать...».
      Большинство людей размышляют и рассуждают, не обращаясь за помощью к этой теории, и даже не подозревают о существовании таковой. Некоторые склонны даже считать свое мышление естественным процессом, требующим анализа и контроля не более, чем, скажем, дыхание или ходьба. Разумеется, это заблуждение. Наше стихийно сложившееся и неосознанное умение мыслить не всегда логически возможно. Логическая интуиция нуждается в прояснении, здесь важно помнить принцип: «Удваивай усилия, достигнув определенного успеха».
      Процесс изучения той или иной дисциплины определяет своей целью не только сообщение студенту той или иной суммы знаний, но и, самое главное, создание определенных умений пользования этими знаниями. Поэтому в высших учебных заведениях преподаватели обязаны не только сообщать студентам известные знания, но и научить их в какой-то степени владеть этими знаниями (владеть предметом).
      Сюда относится в первую очередь умение извлекать из формул и математических выражений ту информацию, которая в них заложена, а также какой смысл имеет каждый символ формулы, какую точность, какую размерность.
      Уметь свободно анализировать и применять математические выражения для ответов и практических целей, ибо любая из изучаемых дисциплин содержит много математических выражений.
      Необходимо научить студентов использовать лабораторные работы для углубления изучаемого материала, привить навыки научноисследовательских работ, умение обрабатывать экспериментальные опыты, давать обоснованные выводы и заключения.

7

      Кроме всего, ответы студентов на зачетах и экзаменах должны сопровождаться доказательными фактами и строиться логично, понятно и убедительно.
      Эта краткая работа адресуется студентам, желающим узнать о принципах мышления, об эффективных методах изучения учебных дисциплин и подходах к решению различных задач, встречающихся в курсе «Детали машин», а также других дисциплинах, умению делать доказательные ответы, умению видеть информацию, заложенную в формулах и графиках, и пользоваться ею при ответах и в дальнейшей производственной работе. Кроме этого, учебно-методическое пособие особо обращает внимание студентов на использование теоретических знаний в конкретных практических делах. Если кратко сказать техническим языком, то в пособии изложен «инструмент познания», владея которым можно добиться хороших результатов в своей деятельности.

8

Глава 1


        О ПОЗНАНИИ И МЫШЛЕНИИ

1.1. Возможности человека

      Прежде чем начать разговор о мышлении и связанных с ним процессах, считаем необходимым дать сведения о возможностях человека в этом направлении. Если задать вопрос любому из студентов, знаете ли Вы возможности человека, то ответ, скорее всего, будет неопределенным. Студент, как правило, не знает ни о своих личных резервах, ни о возможностях личности вообще. Все это мешает и тормозит работу над собой, совершенствование своих личных качеств, студент ошибочно считает, что это приходит само собой.
      Кроме этого, молодые люди зачастую и не знают, как работать над собой, как достичь высокого уровня в развитии мышления, внимания, памяти, воображения, воли и характера.
      Поэтому будет полезным и обязательным для студентов в краткой форме знать резервы и возможности человеческого организма в мыслительном процессе.
      Ученые единодушно полагают, что каждый человек владеет множеством в среднем равноценных возможностей, имеющихся в его организме в виде задатков. Спектр этих задатков столь широк, а число разнообразных специальностей столь велико, что практически каждый человек может найти свое призвание.
      В связи с этим можно с уверенностью утверждать, что бесталанных людей нет, а есть люди, занимающиеся не своим делом. Каждый человек обладает поистине огромными возможностями, заложенными в нем природой.
      Ярким примером этому может служить память, без которой трудно представить вообще жизнь человека. Если бы не было памяти, то человек не мог бы овладевать знаниями, приобретать навыки трудовой деятельности, планировать, использовать прошлый опыт людей. Без памяти развитие было бы невозможно.
      Мозг человека может усвоить громадное количество информации, ибо он состоит из 9-12 млрд нервных клеток, а каждая клетка имеет несколько тысяч контактных отростков, в которых фиксируется

9

информация. Это означает, что память человека способна вместить в себя примерно столько информации, сколько ее имеется в хранилищах Библиотеки им. В.И. Ленина.
      История знает немало людей, обладающих великолепной памятью, полученной либо как дар природы, либо выработанной путем тренировки. Например, композитор М.А. Балакирев точно воспроизвел мелодию П.И. Чайковского, услышанную 2 года назад. Художник Н.Н.Ге, посмотрев однажды комнату одного из петербургских дворцов, точно воспроизвел ее потом на картине [1].
      Утверждают, что великий полководец Александр Македонский знал в лицо всех солдат своего 30-тысячного войска.
      Выдающийся советский ученый А.Ф. Иоффе по памяти пользовался таблицей логарифмов. Академик С.А. Чаплыгин помнил номера всех телефонов, которыми он пользовался.
      Некто Э. Гаон дословно помнил 2500 прочитанных им книг, при этом он мог, не задумываясь, воспроизвести любой отрывок из любой книги.
      Композитор С.И. Танеев (учитель С.В. Рахманинова) однажды ради шутки оставил Рахманинова в другой комнате, когда приехал А.К. Глазунов сыграть только что написанную им новую симфонию. После исполнения в комнату вошел Рахманинов и без единой ошибки сыграл эту симфонию, вызвав немалое удивление Глазунова.
      Феноменальной музыкальной памятью отличался и Вольфганг Моцарт. Однажды отец взял маленького Вольфганга в Ватикан, где должно было исполняться духовное сочинение композитора Аллегри. Римский Папа ревниво оберегал это музыкальное произведение - строгая кара ждала того, кто перепишет ноты или просто покажет их постороннему.
      Напряженно слушал маленький Вольфганг это произведение, а ночью, когда отец спокойно спал, он записывал что-то в свою нотную тетрадь. Утром мальчик протянул отцу свою запись. Взглянув на ноты, отец побледнел - перед ним была точная запись услышанного вчера сложного многоголосного произведения композитора Аллегри.
      Феноменальной памятью отличался репортер одной из московских газет Шерешевский, который мог воспроизвести любой текст через неделю, месяц, год, несколько лет.
      Приведенные примеры показывают память как дар природы человеку, однако не стоит отчаиваться тем, кто не обладает такой великолепной врожденной памятью. При наличии волевых качеств любой человек путем систематической работы над собой может многократно увеличить возможности своей памяти, мышления и т. д.

10

      Удивительный пример необычайно больших компенсаторных возможностей человека при наличии волевых качеств характера дает нам жизнь замечательного скульптора Лины По, умершей в 1948 г. Будучи полностью слепой, она на ощупь создала более 100 замечательных скульптур.
      Немецкий археолог Генрих Шлиман, чтобы развить свою память, в течение многих лет ежедневно заучивал наизусть по нескольку страниц текста из различных книг и путем такой тренировки добился того, что за 6-8 недель мог освоить новый иностранный язык.
      Многие крупные шахматисты мира благодаря упорному труду могли играть в шахматы вслепую. Знаменитый русский шахматист А. Алехин мог играть вслепую одновременно на 40 досках.
      Венгерский шахматист Янош Флеш в 1960 г. установил рекорд, проведя сеанс одновременной игры вслепую на 52 досках. Против него играли 4 кандидата в мастера, 12 перворазрядников, остальные - шахматисты 2-го и 3-го разрядов. Игра продолжалась около 13 часов, в результате он выиграл 31 партию, 18 свел вничью и только 3 проиграл.
      Из других возможностей человека внимание привлекают наши органы чувств. Американские ученые обнаружили в области носовой полости человека скопление микрочастиц, поступающих из крови, с помощью которых люди могут улавливать магнитные силовые линии Земли, как это делают, например, птицы при миграции на большие расстояния. Однако люди не пользуются этим аппаратом и поэтому чувствительность его значительно притуплена. Но если человеку приходится часто использовать тот или иной анализатор, то развитие этого анализатора достигает больших высот. Например, мастера-шлифовальщики различают просветы в 0,6 микрона, тогда как обычный человек способен заметить просвет в 10 микрон. Опытные текстильщики различают до 100 оттенков черного цвета. Художники замечают отклонение в пропорциях сравниваемых предметов, когда оно не превышает 0,006 их величин.
      Приведенные примеры со всей очевидностью доказывают неисчерпаемые потенциальные возможности человека, которые раскрываются со всей полнотой у тех, кто верит в них, желает их развивать и делает это путем упорного систематического труда.
      Многие студенты, поступая в вузы, мечтают о большом успехе на своем жизненном пути. Однако не каждый достигает желаемого. В чем причина неуспеха? Их много. Многие молодые люди, встречаясь с трудностями, зачастую опускают руки, теряют веру в себя, легко отказываются от своих творческих планов и легко мирятся с создавшимся положением. Они считаю, что резервы их возможностей

11

полностью исчерпаны, недооценивают и, что главное, не развивают свои физические и умственные способности.
      Важно помнить о том, что человек может не только совершенствовать имеющийся потенциал, но и обогащать его, чему способствует пластичность высшей нервной деятельности. И.П. Павлов писал: «Главнейшее, сильнейшее и постоянно остающееся впечатление от изучения высшей нервной деятельности - это чрезвычайная пластичность этой деятельности, ее огромные возможности: ничто не остается неподвижным, неподатливым, а все всегда может быть достигнуто, изменяться к лучшему, лишь бы были осуществлены соответствующие условия».
      Чем раньше человек начнет работать над собой, тем больших успехов он достигнет в развитии своих органов и свойств личности, поскольку чем моложе организм, тем большей пластичностью (способностью к изменению и развитию) он обладает. Но необходимо помнить и о том, что начать работу над собой и добиться больших успехов никогда не поздно. Таланты, способности в той или иной деятельности, отрасли науки, искусства могут проявляться, а также развиваться и в юношеском, и в зрелом возрасте. Это должно служить стимулом для самосовершенствования себя с любого времени.
      Вот несколько убедительно подтверждающих примеров. Великого шведского ученого-натуралиста Карла Линнея в школе многие считали тупицей, который в жизни не поднимется выше карьеры сапожника. В 20 лет он окончил среднюю школу, и неизвестно, как бы сложилась судьба Линнея, если бы он не встретился с доктором Ротманом, который заметил увлечение Карла ботаникой и всячески поощрял его. Доктор Ротман сумел привить любовь к латинскому языку, который Карл не любил и не хотел изучать в школе. Интерес Линнея к естественным наукам помог освоить в совершенстве ненавистный ему латинский язык. Интерес, воля и целеустремленность сделали из посредственного ученика великого ученого.
      А вот что часто говорил отец Чарлзу Дарвину, считая его бездарным: «У тебя только и есть интерес, что к стрельбе, возне с собаками и ловле крыс. Ты будешь позором для себя и для всей семьи». Однако Дарвин не только окончил школу, но и стал ученым с мировым именем.
      Эйнштейн в детстве не проявлял способностей к физике и математике и был в школе отстающим учеником.
      Н.В. Гоголь в детстве не отличался литературными способностями, а его школьные сочинения оценивались весьма посредственно.

12