Торайгырова Кафедра «Механика и нефтегазовое дело» - реферат

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра «Механика и нефтегазовое дело»

Методические рекомендации и указания

по дисциплине «Теория механизмов и машин»

для студентов специальности 5В071300 – «Транспорт, транспортная техника и технологии»

Составитель:

ст. преподаватель

кафедры МиНГД

Сарымов Е.К.

Павлодар

Цель дисциплины «Теория механизмов и машин» заключается в формировании у студентов знаний в области общих методов исследования и проектирования механизмов, необходимых для создания машин, устройств, приборов, автоматических устройств и комплексов, отвечающих современным требованиям эффективности, точности, надежности и экономичности.

1 Организационно-методические указания

1.1 Цель дисциплины «Теория механизмов и машин» заключается в формировании у студентов знаний в области общих методов исследования и проектирования механизмов, необходимых для создания машин, устройств, приборов, автоматических устройств и комплексов, отвечающих современным требованиям эффективности, точности, надежности и экономичности.

Задачи изучения дисциплины

- дать студентам знания по основным положениям структурного, кинематического и динамического анализа механизмов и машин;

- привить прочные навыки синтеза механизмов и машин, применяемых по данной специальности;

В результате изучения дисциплины студент должен

Знать:

- основы построения механизмов и машин;

- методы структурного, кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов;

- формулировки основных понятий, теорем, принципов теории механизмов и машин.

В результате изучения дисциплины студент должен

Уметь:

- составлять кинематические схемы механизмов и машин;

- проектировать рациональные схемы механизмов;

- выполнять кинематические исследования графическим и аналитическим методами для различных механизмов (зубчатых, планетарных, рычажных и т.д.);

- составлять динамические модели машин и механизмов;

- выполнять динамический анализ различных механизмов и машин;

- выполнять метрический синтез механизмов (рычажных, зубчатых, кулачковых и т.д.);

- проводить экспериментальные исследования кинематики и динамики машин и механизмов;

- определять качественные характеристики машин и механизмов и делать заключения о их работоспособности.

1.2 Объем и сроки изучения курса

Курс «Теория механизмов и машин» общим объемом 39 часов (1 кредит) изучается в течение 2,3 семестра: 3 часов лекционных занятий, 3 часов практических занятий. На самостоятельную работу отводится 39 часов, из них 6 часов на СРСП.

1.3. Основные виды занятий и особенности их проведения при изучении дисциплины

Программой курса предусмотрено проведение лекционных и практических занятий, лабораторных работ, а также проведение консультаций для всех видов выше указанных занятий

1.3.1. Лекционные занятия

Лекционные занятия проводятся в объеме 3 часов (по расписанию)

1.3.2. Практические работы

Практические работы проводятся в компьютерных классах в объеме 3 часов (по расписанию).

1.3.3 Курсовая работа

В период учебной сессии студенты получают задание на курсовую работу и приступают к ее выполнению согласно графика, в межсессионный период проводятся консультации по разделам курсовой работы.

1.3.4. Самостоятельная работа

Самостоятельная работа подразумевает подготовку студентов к лекционным и практическим занятиям, на основании материалов лекций и рекомендованных программой учебников и учебных пособий. Студент может самостоятельно доделывать практические работы по дисциплине, если он не успевает выполнить их в классе, так как процесс изучения новых программных средств достаточно трудоемок и требует самостоятельной работы в разном объеме у разных студентов.

1.4. Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов при изучении курса

Теоретический материал, который студент слушает на лекциях, должен быть усвоен им в ходе подготовки к практическим работам, промежуточным и итоговым аттестациям. Для успешного выполнения практических работ необходимо усвоить материал тем: _1__, _2__, _3__, _4__, __5__.

1.5. Виды контроля знаний студентов и их отчетности по дисциплине

Текущий контроль за выполнением самостоятельной работы осуществляется преподавателем на лекциях и консультациях.

Изучение курса завершается сдачей курсовой работы и экзаменом, который включает проверку теоретических и практических знаний студента.

Экзамен (100 баллов) проводится по тестовым заданиям.

2. Содержание курса

2.1 Содержание лекционных занятий

Главная цель теоретического лекционного курса, представляющего собой совокупность лекционных занятий, - сформировать у студентов системное представление об изучаемом предмете, дать студентам теоретические знания, обеспечить усвоение будущими специалистами методов анализа и синтеза основных типов механизмов.

Все содержание дисциплины разбито на разделы и темы, охватывающие логически завершенный материал.

Тема 1 Общие положения

Роль машиностроения в осуществлении научно-технического прогресса. Основные задачи в области создания новых механизмов и машин. Содержание дисциплины и её значение для инженерного образования. Связь теории механизмов и машин с другими областями знаний. Роль отечественных и зарубежных ученых в создании научных школ. Перспективы развития науки о механизмах и машинах. Основные проблемы в теории механизмов и механике машин.

Тема 2 Основы строения механизмов

Основные понятия теории механизмов и машин. Машина. Механизм, как основа транспортных и других машин. Звено механизма. Кинематическая пара, кинематическая цепь. Классификация кинематических пар. Число степеней свободы механизмов. Обобщённые координаты механизма. Начальные звенья.

Тема 3 Кинематическое исследование механизмов

Кинематика входных и выходных звеньев, передаточные функции и отношения механизма. Метод векторного замкнутого контура для определения кинематических характеристик плоских рычажных механизмов. Метод планов скоростей и ускорений при кинематическом исследовании рычажных, кулачковых и сложных зубчатых механизмов.

Тема 4 Силовой расчет механизмов

Условие статической определимости механизма и его структурных групп. Аналитический метод силового расчёта механизмов. Определение уравновешивающей силы по теореме Н.Е. Жуковского.

Тема 5 Динамическое исследование механизмов

Силы, действующие в машинах, механизмах и их характеристика. Режимы движения механизмов. Динамическая модель механизма. Приведение сил и моментов. Приведенная масса и приведённый момент инерции. Уравнение движения механизма и звена динамической модели в форме энергии и в форме моментов (энергетической и дифференциальной форме).

Тема 6 Статическая характеристика машинного агрегата и устойчивость его движения

Общая постановка задачи, средняя скорость машины и её коэффициент неравномерности. Связь между приведённым моментом инерции, приведёнными силами и коэффициентом неравномерности движения механизма.

Общая постановка задачи, средняя скорость машины и её коэффициент неравномерности. Связь между приведённым моментом инерции, приведёнными силами и коэффициентом неравномерности движения механизма.

Тема 7 Уравновешивание вращающихся масс, статическое и динамическое уравновешивание механизмов

Неуравновешенность механизмов и её виды. Статическое уравновешивание механизмов.

Тема 8 Трение износ, механический КПД механизмов

Природа сил трения. Внутреннее и внешнее трение. Трение скольжения, качения, покоя.

Тема 9 Синтез механизмов с низшими кинематическими парами

Входные и выходные параметры и этапы синтеза механизмов. Целевые функции, ограничения и дополнительные условия синтеза. Условие существования кривошипа в четырёхзвенном механизме.

Тема 10 Цилиндрические зубчатые передачи

Общие сведения, классификация. Основная теорема зацепления. Геометрические элементы зубчатых колёс. Элементы и свойства эвольвентного зацепления. Дуга зацепления, угол зацепления, коэффициент перекрытия. Подрезание и заострение профилей зубьев. Особенности зубчатых передач внутреннего зацепления. Реечное зацепление.

Тема 11 Пространственные зубчатые передачи

Общие сведения. Кинематика и геометрия конической передачи. Нарезание конических зубчатых колёс методом обкатки. Применение винтовых и угловых зубьев на конических колёсах. Кинематика и геометрия червячной передачи. Понятие о зацеплении червячных передач. Особенности зацепления глобоидной червячной передачи.

Тема 12 Многозвенные зубчатые механизмы

Последовательный ряд зубчатых колёс с кратным зацеплением. Последовательный ряд зубчатых колёс с паразитными колёсами в зубчатых передачах с неподвижными осями. Планетарные зубчатые механизмы.

Тема 13 Синтез кулачковых механизмов

Виды и назначение кулачковых механизмов. Законы движения выходного звена и способы их задания при проектировании механизма. Угол давления и его влияние на действие сил в механизме, на его размеры и надёжность.

Тема 14 Виброактивность ивиброзащита машин, промышленные роботы и манипуляторы

Источники колебаний и объекты виброзащиты. Влияние механических воздействий на технические объекты. Анализ действия вибраций. Основные методы виброзащиты. Виброзащитные системы с одной степенью свободы.

2.2 Содержание практических занятий

целью практических занятий является закрепление, углубление и расширение полученных на лекциях знаний; привить студентам навыки в расчетах и проектировании, в использовании справочной литературы, учебных пособий; проконтролировать усвоение студентами лекционного материала. Углубление знаний и приобретение навыков достигается решением примеров расчета с элементами исследования.

Тема 2 Основы строения механизмов

Структура механизмов. Кинематические пары. Преобразование механизмов.

Рычажные, зубчатые, зубчато-рычажные, кулачковые механизмы, комбинированные механизмы, манипуляторы.

Тема 3 Кинематическое исследование механизмов

Кинематический анализ графоаналитическим методом. Построение планов положений,

скоростей и ускорений для рычажных механизмов.

Тема 4 Силовой расчет механизмов

Силовой расчет кривошипно-ползунного, кривошипно-коромыслового механизмов графическим методом. Определение реакций в кинематических парах и уравновешивающей силы.

Тема 7 Уравновешивание механизмов

Статическое уравновешивание кривощипно-ползунного, шарнирно-рычажного механизмов методом замещающих масс.

Тема 12 Многозвенные зубчатые механизмы

Определение передаточного отношения в сложном многоступенчатом зубчатом механизме, выполненном на базе последовательно соединенных рядных и планетарных механизмов. Графический и аналитический методы определения передаточного отношения в планетарном механизме. Выбор чисел зубьев и числа сателлитов в планетарных механизмах. Кинематика зубчатого дифференциала. Замкнутые дифференциальные механизмы. Бесступенчатые передачи с замкнутым дифференциалом.

2.3 Содержание СРС

Самостоятельная работа студентов заключается в закреплении теоретических знаний, полученных на лекциях, подготовке к лабораторным и практическим занятиям, оформлении отчетов, выполнении домашней работы и более глубоком изучении разделов курса.

Содержание СРС

Темы, предлагаемы е студентам для самостоятельного изучения

Тема 2 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Структурный анализ и синтез механизмов. Образование рычажных механизмов методом наслоения структурных групп;

- Локальные и структурные избыточные связи. Контурные избыточные связи и синтез механизмов с оптимальной структурой.

Рекомендуемая литература: [3] стр. 11-23.

Тема 3 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Метод векторного замкнутого контура для определения кинематических характеристик плоских рычажных механизмов;

- Метод планов скоростей и ускорений при кинематическом исследовании кулачковых и сложных зубчатых механизмов.

Рекомендуемая литература: [3] стр. 27-53.

Тема 4 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Аналитический метод силового расчёта механизмов;

- Особенности силового расчета кулисных механизмов;

- Силовой расчет механизмов высокого класса

Рекомендуемая литература: [1] стр. 51-53.

Тема 5 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Закон изменения скорости механизма, нагруженного силами, зависящими только от положения механизма. Закон изменения скорости механизма, нагруженного силами, зависящими только от скорости. Закон изменения скорости механизма, нагруженного силами и моментами, зависящими как от положения, так и от скорости механизма.

Рекомендуемая литература: [1] стр. 151-153.

Тема 6 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Определение момента инерции маховика по диаграмме энергомасс;

- Определение момента инерции маховика по уравнению моментов;

- Определение момента инерции маховика при движущем моменте, зависящем от скорости.

Рекомендуемая литература: [1] стр. 154-169.

Тема 7 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Моментное уравновешивание. Неравномерность ротора и её виды;

- Динамическая балансировка роторов при проектировании. Статическая и динамическая балансировка изготовленных роторов.

Рекомендуемая литература: [3] стр. 141-143.

Тема 8 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Действие сил в кинематических парах с учётом сил трения. Трение в поступательной, во вращательной кинематических парах. Трение качения и трение скольжения в высших кинематических парах;

- Механический КПД. Определение КПД типовых механизмов.

Рекомендуемая литература: [1] стр. 51-53.

Тема 9 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Синтез механизма по заданным положениям входного и выходного звеньев, с учётом допустимых углов давления;

- Синтез рычажных механизмов по коэффициенту изменения средней скорости ведомого звена.

Рекомендуемая литература: [1] стр. 351-353.

Тема 10 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Кинематика сопряжённых профилей. Геометрический расчет цилиндрических прямозубых зубчатых передач со смещением;

- Кинематика и геометрия цилиндрической косозубой передачи. Передачи Новикова и область их применения.

Рекомендуемая литература: [1] стр. 241-258.

Тема 11 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Общие сведения. Кинематика и геометрия конической передачи. Нарезание конических зубчатых колёс методом обкатки;

- Применение винтовых и угловых зубьев на конических колёсах. Кинематика и геометрия червячной передачи. Понятие о зацеплении червячных передач. Особенности зацепления глобоидной червячной передачи.

Рекомендуемая литература: [1] стр. 258-356.

Тема 12 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Графический и аналитический метод определения передаточного отношения в планетарном механизме. Выбор чисел зубьев и числа сателлитов в планетарных механизмах. Кинематика зубчатого дифференциала;

- Замкнутые дифференциальные механизмы. Бесступенчатые передачи с замкнутым дифференциалом.

Рекомендуемая литература: [3] стр. 151-153.

Тема 13 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Определение основных размеров механизма по критериям допустимого угла давления и выпуклости профиля;

- Определение координат профиля кулачка по заданному закону движения ведомого звена. Выбор размеров ролика толкателя. Заменяющие механизмы;

- Обеспечение силового замыкания высшей кинематической пары при ускоренном движении толкателя. Условие качения ролика.

Рекомендуемая литература: [4] стр. 95-126.

Тема 14 Вопросы, подлежащие рассмотрению

- Динамическое гашение колебаний. Поглотители колебаний с вязким и сухим трением. Виды манипуляторов и промышленных роботов;

- Структура кинематических цепей манипуляторов. Классификация движений захвата. Влияние расположения кинематических пар манипулятора на его манёвренность.

Рекомендуемая литература: [3] стр. 250-267.

2.5 Содержание курсовой работы

Курсовая работа по теории машин и механизмов по объёму включает 2 листа чертежей формата А1, выполненных на миллиметровой бумаге и расчётно-пояснительную записку формата А4, оформленную в соответствии с требованиями ЕСКД.

Задание на курсовую работу является комплексным, предусматривающим проектирование и исследование основных видов механизмов, объединённых в систему какой-либо машины или устройства. Оно должно учитывать специальность, по которой обучается студент. Задания на домашнюю работу выдаётся преподавателем. Курсовая работа выполняется после изучения теоретического материала. В процессе выполнения работы по «Теории машин и механизмов» студент должен получить практические навыки по применению основных положений и выводов теории к решению конкретных технических задач. Выполненная работа рецензируется преподавателем с последующей ее защитой.

2.5.1 Содержание графической части курсовой работы:

-Кинематический и кинетостатический анализ рычажного механизма;

- Синтез зубчатых механизмов.

Графические построения к каждому разделу работы выполняются на отдельном форматах А1 карандашом с соблюдением всех требований ЕСКД. На чертежах обязательно сохранить все вспомогательные построения, делать соответствующие надписи и проставлять принятые масштабные коэффициенты с размерностью. Каждый лист проекта должен иметь основную надпись. Пояснительная записка пишется на одной стороне листа писчей бумаги формата А4 с полями слева 20 мм, справа 5 мм. Все станицы нумеруются. Записка должна иметь титульный лист, задание, выданное кафедрой, условие и числовые данные к каждому разделу, пояснения к решению и расчетам, в конце список используемой литературы и оглавление. Все необходимые математические зависимости пишутся в общем виде с последующей подстановкой числовых значений и указания конечного результата с размерностью. Для повторяющихся вычислений записывается расчетная формула, а результаты проставляются в табличной форме.

Содержание листов курсовой работы

Лист 1 Кинематический и кинетостатический анализ рычажного механизма.

Построить планы положений механизма для 8-ми положений кривошипа;

Построить один план скоростей (для рабочего хода), один план ускорений;

Определить линейные и угловые скорости и ускорения всех точек и звеньев механизма;

Определить инерционные нагрузки, действующие на звенья механизма.

Для заданного положения механизма вычертить в масштабе структурные группы и указать силы, приложенные к его звеньям.

Методом планов сил определить реакции во всех кинематических парах механизма.

Найти уравновешивающий момент (силу) на звене приведения механизма методом планов сил и методом рычага Н.Е.Жуковского.

Лист 2 Построение картины эвольвентного зацепления, проектирование кинематической схемы планетарного механизма

Учитывая условия соосности, соседства и сборки подобрать числа зубьев всех колёс планетарного механизма, считая, что Z₁ >17, и колёса нулевые.

Рассчитать начальные диаметры и вычертить схему планетарного механизма в 2-ух проекциях с построением картины распределения окружных скоростей.

Выполнить геометрический расчёт внешнего зацепления пары колёс эвольвентного профиля с неподвижными осями, нарезанных стандартной инструментальной рейкой. При выборе коэффициентов смещения рейки обеспечить отсутствие подреза ножек зубьев. Учесть, что у равносмещенного зацепления коэффициенты смещения сопряжённых колёс одинаковы по величине, но противоположны по знаку, а при заданном межосевом расстоянии коэффициенты смещения для отдельных колес должны обеспечивать предварительно найденное суммарное значение коэффициентов смещения.

Построить картину внешнего зацепления. Изобразить по три зуба каждого колеса, линию и дугу зацепления, рабочие участки профилей зубьев, определить значения коэффициентов относительного скольжения и построить картину относительных скольжений профилей зубьев. Масштаб построения зацепления выбирается таким, чтобы высота зуба на чертеже была не менее 60мм.

Построить картину реечного зацепления с простановкой размеров рейки и нарезного колеса.

2.5.2 График выполнения курсовой работы

Литература

Основная литература

1. И.И. Артоболевский «Теория механизмов и машин. –М., 2002 г. – 683 с.

2. С.А. Попов, Г.А. Тимофеев «Курсовое проектирование по теории механизмов механике машин». –Москва, 2002 г. – 362 с.

3. К.В. Фролов «Теория машин и механизмов», для вузов –М., 2001г. – 421с.

Дополнительная литература

4. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин– М., 2004 г.-327 с.

5. Гавриленко Г.С. Теория механизмов – «Высшая школа», 2000 г. -544 с.

6. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. – М., 2002 г.-576 с.

7. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин– М.: Наука, 2000 г. -489 с

8. Попык К.Г. Динамика автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высшая школа, 2000г. – 173 с.

9. Юдин В.А., Петрокас Л.В. Теория механизмов и машин – М., 2007 г. –289 с.