Методическая разработка занятия "Расчеты на прочность и жесткость при кручении"
методическая разработка

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СМОЛЕНСКИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫЙ КОЛЛЕДЖ

имени Е.Г. Трубицына»

Методическая разработка

учебного занятия по дисциплине «Техническая механика»

тема: «Расчеты на прочность и жесткость при кручении»

        Смоленск, 2020 г.

Введение

Качество образования сегодня рассматривается как важнейший фактор устойчивого развития страны. Модификация социально-экономических условий диктует системе среднего профессионального образования необходимость обеспечения высокого качества подготовки специалистов. Инновационный подход в образовании требует от преподавателя постоянно искать способы роста результативности обучения. Для этого используются в разных видах учебной деятельности инновационные методы, которые активизируют студентов, повышают интерес к занятиям, понимание и усвоение учебного материала.

    Для лучшего усвоения студентами учебного материала по дисциплине «Техническая механика»  используются активные и интерактивные методы обучения. Техническая механика - наука об общих методах исследования свойств механизмов и их проектировании. Целевое назначение дисциплины - готовить студентов к изучению дисциплин, связанных с решением технических задач проектирования и эксплуатации механизмов и машин.

При изучении технической механики решаются задачи:

- изучение общих принципов определения силовых нагружений, которые воспринимают элементы конструкции;

- овладение методами расчета конструкций, механизмов и узлов машин на прочность, жесткость, устойчивость;

- расчет деталей и узлов, осуществляющих передачу движения в машинах.

Одно из требований ФГОС и рабочей программы по дисциплине - умение выполнять основные виды расчетов.  В разделе «Сопротивление материалов» в теме «Кручение» основными видами расчетов являются:          

- расчет на прочность (проектировочный, проверочный, нагрузочный),

- расчеты на жесткость (проектировочный, проверочный, нагрузочный).

Методическая разработка предназначена для проведения занятия по  теме «Кручение» в группах студентов, обучающихся по специальностям 23.02.07  Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей, 23.02.04 Техническая эксплуатация подъемно- транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям).

Тема учебного занятия: «Расчет на прочность и жесткость при кручении» предусмотрена федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС СПО) по дисциплине «Техническая механика». Данное занятие является завершающим по теме «Кручение». На занятии демонстрируется применение активных и интерактивных методов обучения.

 Знания методики расчетов деталей, передающих вращательное движение, полученные на занятиях, помогут будущим специалистам качественно организовать техническое обслуживание и ремонт автотранспортных средств.

План занятия

        Тема занятия: «Расчеты на прочность и жесткость при кручении»

Цели занятия:

Методические цели занятия:

-создать условия для применения знаний  по методике расчета деталей машин на прочность и жесткость;

- продемонстрировать использование элементов проектно-исследовательской деятельности на занятии;

- продемонстрировать использование средств ИКТ в обучении технической механики.

Образовательные:

- обобщить и систематизировать знания по теме «Кручение»

- закрепить знания о деформации кручения;

- закрепить  умения выполнять расчеты на прочность и жесткость при кручении;

- больше узнать о методах расчетов.

Развивающие:

- развивать логическое мышление, познавательную активность студента, способности к анализу действия и критически оценивать результаты действия;

- развивать самооценку.

Воспитательные:

- воспитывать   ответственность за свои действия, требовательность к себе и товарищам, добросовестное отношение к выполняемому заданию.

Тип занятия: обобщающее занятие с элементами проектно-исследовательской деятельности

Вид занятия: комбинированный

Методы обучения: обучение в сотрудничестве, элементы проектно-исследовательской деятельности, ИКТ.

Формы работы: групповая, индивидуальная.

Методы контроля: тестовое задание, оценка презентации результата группового исследовательского проекта.

Формирование основных знаний и умений

Студенты должны

знать:

методики решения задач по   сопротивлению материалов;

методику проведения прочностных расчетов деталей машин;

уметь: 

производить расчеты на прочность при кручении;

выбирать рациональные формы поперечных сечений;

производить проектировочный и проверочный расчеты валов.

Формируемые компетенции (их части):

ОК 01. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам.

ОК 02. Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности.

ОК 03. Планировать и реализовывать собственное профессиональное и личностное развитие.

ОК 04. Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами.

ОК 09. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

Оснащение занятия: компьютер, проектор, экран, карточки с тестовыми заданиями.

Методическое обеспечение: 1. Техническая механика. Курс лекций, В.П.Олофинская, Москва, ИД» Форум- ИНФРА-М».; 2015

Межпредметные связи: математика. (Решение уравнений с одним неизвестным, извлечение кубических корней)

Внутрипредметные связи: раздел «Детали машин». Валы и оси.

Этапы занятия:

1.Организационный момент, мотивация.

2. Проверка усвоения ранее изученного материала.

3. Введение в тему занятия.

4. Основная часть (презентация исследовательских проектов).

5. Оценивание результатов.

6. Подведение итогов занятия.

7.  Рефлексия.

8.  Домашнее задание.

Технологическая карта урока

Сценарий занятия

1. Организационный момент

Преподаватель: Здравствуйте! Мы завершаем изучение темы «Кручение». Сегодня у нас обобщающее занятие «Расчеты на прочность и жесткость при кручении»

Мы сегодня заглянем в прекрасный мир технических расчетов и посмотрим, как они участвуют в нашей жизни.

Откройте рабочие тетради, запишите дату и тему занятия: «Расчеты на прочность и жесткость при кручении».

        2. Проверка усвоения ранее изученного материала

Преподаватель: Прежде чем мы перейдем к основной части нашего занятия, вам предстоит пройти тест на повторение ранее изученного материала.

После выполнения обменяйтесь тетрадями, самостоятельно проверьте ответы по ключу и поставьте оценку своему товарищу.

Критерии оценивания теста:

-оценка «отлично» выставляется студенту, если даны правильные ответы на все 5 вопросов теста;
оценка «хорошо» - если даны правильные ответы на 3-4 вопроса теста;
оценка «удовлетворительно» - если даны правильные ответы на 2 вопроса теста;
оценка «неудовлетворительно» - если дано менее двух правильных ответов.

После взаимопроверки тестов, на экран выводятся правильные ответы. (Приложение 4)

Преподаватель отвечает на возникшие вопросы.

Преподаватель: Подведем итоги теста. Поднимите руки, кто получил «5»,»4», «3», «2». Я рада, что мы справились с тестом и можем двигаться дальше.

        3. Введение в тему занятия.

Итак, тема занятия: «Расчеты на прочность и жесткость при кручении»

Сейчас попробуем определить цели сегодняшнего занятия.

Предполагаемые ответы студентов:

- закрепить знания о деформации кручения;

- закрепить умения выполнять расчеты на прочность и жесткость при кручении;

- больше узнать о методах расчетов.

После ответов студентов цели занятия появляются на экране. (Приложение 1)

Для дальнейшей работы нам необходимо вспомнить формулы расчетов на прочность и жесткость при кручении и записать их на доске.

4. Основная часть занятия (презентация исследовательских проектов)

Тему «Кручение» мы изучали 7 занятий. Все это время каждая творческая группа дома работала над своим проектом. Ребята помогали друг другу, учились друг у друга и осваивали технологию проектной работы. Такая совместная деятельность позволила создать интересные проекты, хорошо подготовить к публичной защите результаты своей работы.

Ознакомьтесь с планом выступления творческих групп (Приложение 2)

Вам предстоит ответственная работа, с которой вы обязательно справитесь. В процессе выступления вы должны внимательно слушать и оценивать выступление. В конце выступления можете задать вопросы выступающим.

Студенты 3-х творческих групп выступают с проектами. (Приложение 6)

Каждая творческая группа выполняла определенный вид расчета.

1-я творческая группа.

Задание: 

Для передачи какой мощности при частоте вращения 240 об/мин рассчитан вал диаметром d=38мм, если []= 40МПа 

2-я  творческая группа.

Задание:

 В поперечных сечениях стального вала возникает крутящий моментМк=2000 Н∙м, диаметр валаd=65 мм, модуль сдвигаG=0,8∙105 Н/мм2. Проверить прочность и жёсткость вала, если допускаемое напряжение []=40Н/мм2, а допускаемый угол закручивание [φ]=0,85°/м

3-я творческая группа.

Задание: 

Определить диаметр вала для передачи мощности P=50 кВт при частоте вращения n=300 об/мин, если []=30 Н/мм2 и []=0,3 град/м.G=0,8∙105Н/мм2

Мы прослушали очень интересные проекты и благодарим всех за проделанную работу. Проекты ребят помогли нам лучше усвоить методику расчетов.

Ребята, какие возникли вопросы к выступающим?

Студенты задают вопросы, указывают на недочеты в расчетах.

5. Оценивание результатов

Давайте попробуем оценить результаты работы.

На экране критерии оценки (Приложение 3).

Студенты оценивают работу каждой творческой группы и выставляют оценки

1 -я творческая группа- оценка 5;

2-я творческая группа – оценка 5;

3-я творческая группа- оценка 5

6. Подведение итогов занятия

Сегодня на занятии по теме «Расчеты на прочность и жесткость при кручении» мы закрепили знания методов расчетов на прочность и жесткость при кручении и отработали навыки проведения расчетов. Цели занятия достигнуты.

7. Рефлексия

А сейчас оцените свои знания по данной теме. На листочке предлагается начертить шкалу от 0 до 100, точкой отметить на шкале ваш уровень усвоения.

Подумайте и решите для себя, как вы оцениваете наше занятие:

Если вы считаете, что  время было потрачено зря, вам было скучно, нарисуйте на листочке треугольник.

Если вы нашли что-то полезное для себя, нарисуйте квадрат.

Если вы считаете, что сегодня вы были участником важного дела, приобрели опыт, знания, нарисуйте круг.

У каждого студента на столе заранее заготовлен маленький листок. Эти листки сразу после ответов собирают два студента группы, подсчитывают результаты и делают вывод.

8. Домашнее задание

Дома: Заполнить таблицу (Приложение 5)

Формулы, применяемые при расчетах на прочность и жесткость при кручении        

Спасибо за работу.

Приложения

Материал, выводимый на экран

Приложение 1. Цели занятия:

- закрепить знания о деформации кручения;

- закрепить  умения выполнять расчеты на прочность и жесткость при кручении;

- больше узнать о методах расчетов

Приложение 2. План выступления творческих групп

1.Расчеты на прочность при кручении. Нагрузочный расчет.

 1-я творческая группа.

2. Расчеты на прочность при кручении. Проверочный расчет и  

 2-я творческая группа.

3. Расчеты на жесткость при кручении. Проектировочный расчет.  

 3-я творческая группа.

 Приложение 3. Критерий оценки

Оценка «5»- правильно выбрана методика расчета, точно выполнены расчеты, указаны единицы измерения величин, сделаны выводы.

Оценка «4»- правильно выбрана методика расчета,  имеются математические ошибки в выполненных расчетах, указаны единицы измерения величин, сделаны выводы.

Оценка «3»- правильно выбрана методика расчета,  имеются математические ошибки в выполненных расчетах, не все величины имеют единицы измерения, сделаны выводы.

 Приложение 4. Коды правильных ответов        

Приложение 5. Домашнее задание

Формулы, применяемые при расчетах на прочность и жесткость при кручении

Приложение 6. Проекты

1-я творческая группа

Для передачи какой мощности при частоте вращения 240 об/мин рассчитан вал диаметром d=38мм, если []= 40МПа

Решение

1. Мощность определяется по формуле:

                                        ;        

Т -  вращающий момент;

2.Определяем угловую скорость вращения.

3. Вращающий момент равен крутящему моменту. Крутящий момент определяем из условия прочности при кручении.

                              Мк = Wp · [τ]

4.Определяем момент сопротивления кручению.

5. Определяем крутящий момент.

6. Вычисляем мощность.

Ответ:  Данный вал рассчитан для передачи мощности 11 кВт

2-я творческая группа

В поперечных сечениях стального вала возникает крутящий моментМк=2000 Н∙м, диаметр валаd=65 мм, модуль сдвигаG=0,8∙105 Н/мм2. Проверить прочность и жёсткость вала, если допускаемое напряжение []=40Н/мм2, а допускаемый угол закручивание [φ]=0,85°/м

Решение

Прочность вала проверяем по формуле

Для проверки жесткости вычисляем значение полярного момента инерции

Диаметр вала удовлетворяет и условию прочности и условию

3-я творческая группа

Определить диаметр вала для передачи мощности P=50 кВт при частоте вращения n=300 об/мин, если []=30 Н/мм2 и []=0,3 град/м.G=0,8∙105Н/мм2

Решение

1. Определим вращающий момент Т

2. Определим крутящий момент Мк

3. Определим d вала

        мм

4. Определим диаметр из условия жесткости

        []=

                округлим d=80 мм

5. Из полученных значений диаметра необходимо взять больший.

Раздаточный материал

Количество вариантов- 5

Число заданий по количеству студентов