Теоретичні основи динаміки машин

Мета вивчення дисципліни – є формування у здобувачів освіти фундаментальних знань про закони руху механічних систем, уміння аналізувати та розраховувати коливальні процеси в елементах машин, а також здатність оцінювати їхню динамічну стійкість. Дисци-пліна спрямована на оволодіння методами побудови математичних моделей, дослідження гармонічних, параметричних, вимушених та автоколивань, визначення власних частот і форм коливань, а також способів зменшення динамічних навантажень і забезпечення надій-ної роботи машин та механізмів у різних умовах експлуатації.
Практичне значення та використання отриманих знань – знання, отримані в рамках курсу «Теоретичні основи динаміки машин», мають важливе практичне значення для май-бутніх фахівців у галузі прикладної механіки та машинобудування. Вони дозволяють здобу-вачам освіти: аналізувати динамічну поведінку машин і механізмів, визначати умови вини-кнення коливань, резонансу, автоколивань і нестійкості; передбачати та зменшувати дина-мічні навантаження, що є основою для підвищення надійності, безпеки та довговічності те-хнічних систем; проектувати конструкції, стійкі до коливань, що особливо важливо у тран-спортному, авіаційному, енергетичному та верстатобудуванні; оптимізувати характеристи-ки машин, підбираючи параметри жорсткості, маси та демпфування для забезпечення необ-хідних експлуатаційних властивостей; ефективно діагностувати причини відмов, пов’язаних із вібраціями, резонансними режимами та динамічною нестійкістю; застосовувати сучасні методи математичного моделювання, аналізу коливальних процесів та розрахунку систем із розподіленими параметрами.
Отримані знання є фундаментальними для здобувачів освіти, які прагнуть створюва-ти високонадійні, безпечні та конкурентоспроможні машини та механізми у сучасному ма-шинобудуванні. Дисципліна спрямована на формування здатності розуміти та управляти динамічними процесами, що робить її надзвичайно важливою для майбутніх інженерів-практиків.
Тематика та види навчальних занять
Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Вступ до динаміки машин. Основні поняття та визначення. Число ступенів свободи механічної системи. Основна задача динаміки. Класифікація коливань: періодичні, неперіодичні, майже періодичні. Класифікація коливань за видом деформації: поздовжні, поперечні, крутильні».
Лекція 2. «Способи утворення механічних моделей з скінченним числом ступенів свободи».
Лекція 3. «Позиційні та відновлювальні сили. Визначення позиційних сил. Роль від-новлювальних сил (сили пружності) у вільних коливаннях».
Лекція 4. «Вимушені коливання систем з одним ступенем свободи: Диференціальне рівняння руху».
Лекція 5. «Силове збудження коливань. Коливання під дією одиничного поштовху (раптово прикладеної сили). Графік руху та максимальне зміщення»
Лекція 6. «Кінематичне збудження коливань. Збудження коливань рухом точки кріп-лення пружини. Зведення рівняння кінематичного збудження до стандартного вигляду».
Лекція 7. «Загальний розв'язок стандартного диференціального рівняння. Метод варі-ації довільних сталих. Формула загального розв'язку та визначення постійних інтегруван-ня».
Лекція 8. «Дія неперіодичної збурюючої сили: Лінійно зростаюча сила. Закон руху та його складові (синусоїдальна та лінійна функції)».
Лекція 9. «Дія повільно змінюваних сил. Оцінка динамічної поправки до статичного відхилення. Умова, за якої навантаження можна вважати статичним»
Лекція 10. «Дія швидко зникаючих (короткочасних) сил. Умова, за якої максимальне відхилення досягається після зникнення сили. Оцінка дії кратковійної сили її імпульсом»
Лекція 11. «Дія гармонічної сили: Усталений режим коливань та динамічний коефі-цієнт»
Лекція 12. «Явище резонансу та антивібраційні заходи. Зменшення динамічного кое-фіцієнта при великій частоті збудження (антирезонанс)».
Лекція 13. «Коливання при амплітуді збурюючої сили, що залежить від частоти. Приклад: обертання неурівноваженого ротора».
Лекція 14. «Коливання при дії двох гармонічних сил з близькими частотами (биття)».
Лекція 15. «Дія довільної періодичної збурюючої сили. Метод розкладання в ряд Фур'є»
Практичні заняття
Практичне заняття № 1 «Розрахунок систем з одним ступенем свободи та вільні ко-ливання».
Мета заняття: Засвоєння основних понять і визначень, практичне ознайомлення з ме-тодиками визначення власних частот при крутильних і згинальних коливаннях найпрості-ших систем.
Практичне заняття № 2. «Згинні коливання консолі».
Мета заняття: Визначити технічну та циклічну частоту власних коливань жорсткої консолі з одним ступенем свободи та встановити ступінь впливу різних параметрів (довжи-ни, маси, жорсткості поперечного перерізу) на циклічну частоту.
Практичне заняття № 3. «Коливання шарнірної балки».
Мета заняття: Встановити залежності між частотою власних коливань та положенням маси на сталевій балці двотаврового перерізу №20 з шарнірним спиранням по кінцях.
Практичне заняття № 4. «Згинальні коливання рам».
Мета заняття: Встановити залежність між положенням маси на лівій стійці та влас-ною частотою згинальних коливань для статично визначної та статично невизначної рам однакової геометричної конфігурації та жорсткості. Шляхом порівняльного аналізу отрима-них залежностей оцінити вплив статичної невизначеності на динамічні характеристики конструкції.
Практичне заняття № 5. «Визначення характеристик динамічної системи верстата».
Мета заняття: Ознайомитись з основними поняттями динаміки верстатів. Провести розрахунок і визначити основні характеристики динамічної системи верстата.
Практичне заняття № 6. «Визначення динамічних характеристик шпиндельного вузла токарного верстата».
Мета заняття: Вивчити послідовність розрахунку динамічних характеристик шпин-дельного вузла. Ознайомитись з послідовністю побудови перехідної характеристики елеме-нтів верстатів..
Практичне заняття № 7. «Дослідження вимушених коливань механічної системи з одним ступенем вільності».
Мета заняття: Визначення динамічної поведінки механічної системи з одним ступе-нем вільності під дією зовнішньої періодичної сили, визначення умов виникнення резонан-су, аналіз впливу параметрів системи (жорсткості, маси та демпфування) на амплітуду та характер коливань, а також встановлення критеріїв забезпечення стійкої та безпечної робо-ти механізму в режимі вимушених коливань.
Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання
Контрольні заходи здійснюються у формі поточного та підсумкового контролю.
Для денної форми здобуття освіти
Підсумковий контроль з навчальної дисципліни проводиться після завершення її ви-вчення з метою встановлення досягнення здобувачем вищої освіти заявлених програмних результатів навчання і оцінювання рівня цих досягнень. Форма підсумкового контролю за-лік.
Формою проведення поточного контролю є дві модульні контрольні роботи за кожну з яких здобувач вищої освіти отримує 30 балів. За виконання кожної 7 практичних робіт здобувач вищої освіти отримує 40 балів. Мінімальна оцінка, яка дозволяє здобувачеві отри-мати «зараховано» – 60 балів. Максимальна оцінка 100 балів. У випадку, коли здобувач про-тягом семестру набрав більше 60 балів, він отримує «зараховано».