Инженер начинается в шлоле

Технические условия. 1. Удельный вес мусора 2,5 т/м3. 2. Емкость ящика должна быть больше необходимой на 20% (чтобы мусор не высыпался). 3. Для подъема лебедкой ящик должен иметь крюки. 4. Для передвижения по земле ящик должен иметь управление и колеса на шариковых подшипниках. 5. Дно ящика должно для быстрой выгрузки мусора откидываться на две половины дистанционным устройством. Пример 2. В пионерском лагере надо построить пешеходный мостик (рис. 25) через ров шириной 3 м. Ширина мостика 1 м (чтобы могли одновременно пройти двое). Требуется определить размеры деревянных брусьев, несущих на себе настил мостика, исходя из условий обеспечения прочности. Решение. При проведении расчета необходимо учесть максимальную возможную нагрузку. Считаем, что на мостике могут одновременно столпиться 20 человек взрослых. Принимаем допускаемое напряжение для дерева (сосны) — 100 кг/см2. Из условий прочности находим необходимый момент сопротивления по формуле: Мостик конструируем из двух брусьев — балок с настилом из досок. Требуемый момент сопротивления каждого бруса-балки Используем брусья прямоугольного сечения с отношением сторон Округленно принимаем а=80 мм; £=160 мм. Настил делаем из досок толщиной 30 мм, шириной 150— 200 мм. Доски настила расчетом не проверяем, так как и без того ясно, что прочность их будет обеспечена. Задание № 10. Сконструировать для описанного мостика перила по обеим его сторонам. Технические условия. Обеспечить необходимую прочность, считая, что на перила с одной стороны мостика могут облокотиться одновременно до четырех взрослых человек и что за них может схватиться при падении случайно споткнувшийся прохожий (динамическая нагрузка). Выбрать наиболее рациональную форму сечения перил.

Если какой-либо элемент конструкции растягивать (или сжимать) силой Ркг(в системе СИ-ньютонов), в нем возникнут внутренние напряжения, которые легко найти по формуле: При инженерных расчетах приходится определять сечение конструктивного элемента по заданной или вычисленной нагрузке. Размеры сечения установить легко, если известно допускаемое напряжение выбранного ддя конструкции материала или если известен коэффициент запаса прочности. Обычно допускаемые напряжения для статической (I) и динамической (II) нагрузок различны (табл. 1). Надо иметь в виду, что большинство применяемых в технике материалов (за исключением чугуна и бетона) сжатию сопротивляются гораздо хуже, нежели растяжению. Пример. Юные техники пионерского лагеря взялись изготовить для колхозной фермы подъемный кран-укосину грузоподъемностью в одну тонну для разгрузки автомашин (рис. 17). Просчитать на прочность составляющие кран стержни. Пользуясь правилом разложения сил, определяем, что наклонный стержень 1 будет растянут силой 2000 кг, а горизонтальный стержень 2 — сжат силой 1740 кг. Стержень изготовлен был из стали СтЗ; ее допускаемое напряжение при динамической нагрузке 300 кг/см2. Исходя из этого, найдем поперечное сечение стержня : а дальше вести расчет, как обычно. Но на конечный результат это не повлияло бы). Напряжение растяжения в технике иногда называют разрывным напряжением, но это не совсем верно. Разрывное напряжение — это уже предел прочности материала, напряжение разрушения. Его можно считать разновидностью напряжения растяжения, предельным случаем растяжения. Заклепки, болты, оси шарниров, шпонки и многие другие детали работают в условиях, при которых действующие на них силы стремятся перерезать их, сдвинуть одну часть детали относительно другой. Познакомимся с примером расчета на прочность при сдвиге. Пример. В пионерском лагере решили построить качели с платформой в виде четырехместной лодки (рис. 18). Тре- Перерезывание (сдвиг) бует<ся рассчитать диаметр оси шарнира, на котором лодка подвешена к перекладине (см. узел «А»). Материал оси — сталь СтЗ. Лодка рассчитана на 4 человека, но может случиться так, что в лодку набьются сколько влезет. Будем считать, что влезет втрое больше, то есть 12 человек, и все взрослые. Средний вес взрослого человека принимаем равным 80 кг, вес лодки — 100 кг. Полная нагрузка на оба шарнира составит: 12X80+100=1060 кг (10,6 кН в системе СИ), а нагрузка на один шарнир 530 кг (5,3 кН в системе СИ). с)та сила стремится перерезать ось шарнира по двум плоскостям (аа и бб). Допускаемое напряжение на срез обычно принимаем равным 0,8 от допускаемого напряжения на разрыв. Учитывая, что нагрузка в данном случае динамическая, допускаемое напряжение на разрыв принимаем равным 300» кг/см2. Следовательно, допускаемое напряжение на срез составит: 0,8×300=240 кг/см2 (или 23,5 МПа). Суммарная (общая) площадь сечения по двум плоскостям должна составить: Площадь сечения по одной плоскости, то есть площадь сечения оси шарнира: Такой диаметр оси шарнира обеспечивает ему необходимую прочность, но, учитывая, что качели строят на открытом воздухе, металл подвергается действию атмосферных осадков и ржавеет, а кроме того, ось нередко будут забывать смазывать, и она постепенно будет истираться, принимаем с запасом: Этот диаметр оси обеспечит ее прочность на перерезывание (сдвиг). Передача нагрузки на ось шарнира происходит путем нажатия на него стенок отверстия проушины шарнира, поэтому необходимо произвести проверку шарнира еще и на смятие. Поверхность отверстия проушины, работающей на смятие, принимаем равной произведению диаметра оси на толщину проушины. Примем толщину проушины равной диаметру оси, тогда «сминаемая» поверхность Допускаемое напряжение смятия обычно принимают в два раза больше допускаемого напряжения на разрыв, что в нашем случае составит: и значительно меньше допускаемого, то опасности разрушения шарнира от смятия поверхности оси и стенок проушины нет. Деревянные детали в строительстве часто соединяют при помощи врубок. Они также подвер
гаются деформации сдвига. Дерево — материал неоднородный, одним и тем же деформациям оно оказывает различное сопротивление в зависимости от того, как направлены действующие силы по отношению к волокнам. Сопротивление скалыванию вдоль волокон значительно больше сопротивления скалыванию поперек волокон. Это необходимо учитывать при соединении деталей врубкой, располагая их так, чтобы силы были направлены (рис. 19) вдоль волокон.

КВАДРАТ 12 КВАДРАТ НА РЕБРЕ НИМИ ПОЛЫИ КВАДРАТ   ФОРМА СЕЧЕНИЯ полый КРУГ СИММЕТРИЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНИКОВ СИММЕТРИЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНИКОВ. изгибе, также зависят от величины изгибающего момента: чем он больше, тем больше деформация, следовательно, больше и внутренние напряжения. Рассмотрим пример, известный каждому: через узкую канаву (расстояние между опорами мало) переброшена доска. Если ступить на нее вблизи опоры, доска почти не прогнется, а если начать двигаться вдоль доски, то по мере удаления от опоры и увеличения изгибающего момента будет увеличиваться и деформация доски. Если ширина канавы значительная, то переход по этой доске становится опасным, так как материал может не выдержать возникших напряжений, и доска сломается. Чтобы предотвратить поломку, либо заменяют доску (балку) более толстой, либо устанавливают дополнительно промежуточные опоры и тем уменьшают величину пролета. Однако величина деформаций, а следовательно, и внутренних напряжений зависит не только от величины изгибающего момента, но также от размеров и формы поперечного сечения балки и направления действия силы. Эти факторы (размеры и форма поперечного сечения) определяют способность балки сопротивляться действию изгибающих сил и называются моментом сопротивления. Он измеряется в см3 и обозначается обычно буквой W. Формулы для определения моментов сопротивления некоторых простейших фигур приведены в таблице № 2. Оказывается, если доску, которая так угрожающе прогибается под ногами человека, переходящего канаву, положить на ребро, то момент ее сопротивления резко возрастет, способность сопротивляться действию изгибающего момента увеличится, а деформация уменьшится и переход по той же самой доске станет безопасным. В технике, и особенно в строительстве, балки применяются очень широко. Поэтому для них инженеры разработали такие формы сечений, которые позволяют при наименьшем расходе материала получить балки с наибольшим моментом сопротивления. Металлургическая промышленность выпускает для народного хозяйства готовые балки из стали различной формы и размера (см. рис. 27). Моменты сопротивления для них приводятся в справочниках. Величина момента сопротивления фигуры определяется относительно оси симметрии. Так, для прямоугольного сечения со сторонами б и 12 см (рис. 23) момент сопротивления Формулы для расчета балок с различной нагрузкой приведены в таблице 1. Пример 1. Строители грузили мусор на автомобиль-самосвал вручную. Юные техники подшефной школы взялись механизировать эту малопроизводительную работу, применив лебедку с электромотором грузоподъемностью в одну тонну (рис. 24). Блок подвесили на деревянный (сосновый) брус, опорами для которого стали стены двух соседних зданий. Ящик для мусора установили на землю под блоком. После заполнения мусором ящик поднимали; под него подъезжал самосвал, ящик опускали в кузов, потом подцепляли за днище и опрокидывали. Такая несложная механизация значительно облегчила труд строителей и позволила сократить простои машины под погрузкой в несколько десятков раз. Проверим расчеты юных техников, проведенные ими для деревянной балки. Балка лежит на двух опорах. Нагрузка сосредоточенная, приложена в середине пролета. Расстояние между опорами 5 м (500 см). По таблице 1 находим изгибающий момент: Допускаемое напряжение изгиба для сосны равно 100 кг/см2. Следовательно, прочность балки в данном случае обеспечена с хорошим запасом. Для дальнейшего ускорения и облегчения работы использованную юными техниками конструкцию ящика следует усовершенствовать, поэтому предлагаем