- •Материал для теоретического изучения дисциплины. Тема 1. «вводная лекция»
- •1.1.Содержание и задачи курса.
- •Тема 2. «структурный анализ механизмов»
- •2.1.Звенья и кинематические пары механизмов.
- •2.2.Кинематические цепи. Степень подвижности механизмов
- •Тема 3. «классификация передаточных механизмов»
- •3.1.Шарнирно-рычажные механизмы.
- •3.2.Фрикционные механизмы
- •3.2.1.Общие сведения
- •3.2.2.Упругое скольжение
- •3.2.3.Геометрическое скольжение
- •3.2.4.Кинематика фрикционных механизмов
- •3.2.5. Расчет фрикционных передач
- •3.3.Зубчатые механизмы
- •3.3.1.Общие сведения
- •3.3.2.Параметры цилиндрических прямозубых колес
- •3.3.3.Кинематика многоступенчатых передач с неподвижными осями.
- •3.3.4.Передаточное отношение многоступенчатых передач
- •3.4.Кинематика винтовых механизмов
- •3.5.Механизмы с гибкими звеньями.
- •Тема 4. «основы точности механизмов»
- •4.1. Ошибки механизмов и их деталей
- •4.2. Точность деталей и их соединений
- •4.2.1. Допуски линейных размеров
- •4.2.2. Посадки деталей
- •4.2.3. Шероховатость поверхности
- •4.2.4. Отклонения формы и расположения поверхностей
- •Тема 5. «основы расчетов звеньев механизмов на прочность и жесткость»
- •5.1. Деформации и напряжения. Метод сечений
- •5.2. Простейшие типы деформации стержней
- •5.3. Допущения, принимаемые при расчетах на прочность
- •5.4. Определение деформаций и напряжений при растяжении-сжатии
- •5.5. Определение механических свойств материалов. Диаграмма напряжений
- •5.6. Твердость материалов
- •5.7. Допускаемые напряжения. Условия прочности и жесткости конструкций
- •5.8. Напряжения в наклонных сечениях растянутых стержней
- •5.9. Закон парности касательных напряжений
- •5.10. Деформация сдвига
- •5.10.1. Напряжения и деформации при сдвиге
- •5.10.2. Расчет на сдвиг заклепочных (болтовых) соединений
- •5.11. Геометрические характеристики плоских сечений
- •5.11.1. Статические моменты сечения. Центр масс сечения
- •5.11.2. Моменты инерции сечений
- •5.11.3. Моменты инерции прямоугольника, круга
- •5.12. Кручение стержней с круглым поперечным сечением
- •5.12.1. Понятие о крутящем моменте
- •5.12.2. Определение напряжений при кручении стержней с круглым поперечным сечением
- •5.12.3. Определение деформаций при кручении стержней с круглым поперечным сечением
- •5.13. Изгиб прямолинейного стержня
- •5.13.1. Общие понятия о деформации изгиба
- •5.13.2. Определение опорных реакций изгибаемых стержней
- •5.13.3. Определение внутренних усилий при изгибе. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов
- •5.13.3. Определение деформаций при изгибе
- •5.14. Сложные деформации
- •5.14.1. Понятие о теориях прочности
- •5.14.2. Изгиб с кручением стержней круглого поперечного сечения
- •5.15. Местные напряжения
- •5.15.1. Концентрация напряжений
- •5.15.2. Контактные напряжения
- •5.16. Устойчивость сжатых стержней
- •5.16.1. Устойчивость равновесия сжатого стержня
- •5.16.2. Определение критической силы, задача Эйлера
- •5.17. Прочность при циклически изменяющихся нагрузках (напряжениях)
- •5.17.1. Понятие об усталости материалов
- •5.17.2. Характеристики усталостной прочности материалов. Предел выносливости
- •5.17.3. Влияние коэффициента асимметрии цикла на усталостную прочность. Диаграмма предельных циклов напряжений
- •5.17.4. Факторы, влияющие на предел выносливости
- •Тема 6. «Конструкционные материалы»
- •6.1. Требования к конструкционным материалам
- •6.2. Черные металлы
- •6.2.1. Чугуны
- •6.2.2. Стали
- •6.3. Цветные металлы и сплавы
- •6.3.1. Медь и ее сплавы
- •6.3.2. Алюминий и его сплавы
- •6.4. Пластмассы
- •6.5. Виды термической и химико-термической обработки стали
- •Тема 7. «Типовые Соединения деталей»
- •7.1. Разъемные соединения
- •7.1.1. Резьбовые соединения
- •7.1.2. Штифтовые соединения
- •7.1.3. Шпоночные соединения
- •7.1.4. Шлицевые соединения
- •7.1.5. Профильные соединения
- •7.2. Неразъемные соединения
- •7.2.1. Сварные соединения
- •7.2.2. Соединения пайкой
- •7.2.3. Заклепочные соединения
- •7.2.4. Клеевые соединения
- •7.2.5. Соединения заформовкой и запрессовкой
- •Тема 8. «Валы и оси»
- •8.1. Назначение, конструкции и материалы валов и осей
- •8.2. Расчет валов и осей
- •Тема 9. «опоры»
- •9.1. Подшипники скольжения
- •9.2. Подшипники качения
- •9.2.1. Классификация и устройство подшипников
- •9.2.2. Выбор подшипников качения
- •9.2.3. Посадки подшипников. Конструкции подшипниковых узлов
- •9.3. Специальные опоры
- •Тема 10. «Упругие элементы»
- •10.1. Назначение, классификация, основные свойства и материалы упругих элементов
- •10.2. Винтовые пружины
- •10.3. Плоские пружины
- •10.4. Мембраны, сильфоны и трубчатые пружины
- •10.5. Амортизаторы
- •Тема 11. «корпуса и несущие конструкции»
- •11.1. Корпуса
- •11.2. Несущие конструкции
- •Тема 12. «Муфты»
- •12.1. Назначение и классификация
- •12.2. Постоянные муфты
- •12.3. Управляемые муфты
- •12.4. Самоуправляемые муфты
- •Тема 13. «Зубчатые механизмы».
- •1 3.1. Параметры цилиндрических косозубых колес
- •13.2. Конструкции и материалы зубчатых колес
- •13.3. Конические зубчатые передачи
- •13.4. Червячные передачи
2.2.Кинематические цепи. Степень подвижности механизмов
При изучении движения механизма все звенья и кинематические пары изображают на схемах упрощенно. Условные изображения наиболее часто используемых кинематических пар 5-го и 4-го классов показаны: на рис. 2.3, а, б – вращательные пары с подвижными 2, 2 и неподвижным 0 звеньями; на рис. 2.3, в, г – поступательная; на рис. 2.3, д – винтовая; на рис. 1.3, е – пара 4-го класса в месте зацепления А зубчатых колес 1 и 2.
Звенья соединяются при помощи кинематических пар в кинематические цепи. В зависимости от характера движения звеньев различают плоские и пространственные кинематические цепи. Плоские цепи образуются звеньями, совершающими плоское движение; точки звеньев пространственных цепей описывают пространственные траектории.
Кинематические цепи делятся на простые и сложные. В простой цепи каждое звено входит не более чем в две кинематические пары (рис. 2.4, а). Различают замкнутые и незамкнутые, открытые кинематические цепи. В открытой кинематической цепи есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару (рис. 2.4, б); в замкнутой кинематической цепи все звенья входят не менее чем в две кинематические пары.
Механизм можно представить в виде кинематической цепи, имеющей обязательно одно неподвижное звено-стойку. Но не любая кинематическая цепь может быть механизмом. Известно, что важнейшим свойством любого механизма является его подвижность, которая оценивается степенью подвижности (свободы) механизма. Она равна числу независимых движений, которые нужно задать ведущему (ведущим) звену механизма, чтобы получить вполне определенное движение всех остальных подвижных звеньев. Степень подвижности механизма W должна быть не менее единицы и равна числу обобщенных координат механизма, т.е. числу независимых кинематических параметров (перемещений). В плоских механизмах ведущие звенья совершают обычно одно простое движение – вращательное или поступательное, поэтому для таких механизмов степень подвижности равна числу ведущих звеньев. Может быть одно или несколько ведущих звеньев. Если ведущее звено совершает вращение вокруг неподвижной оси, его положение определяется обобщенной координатой – углом поворота звена. Если же ведущее звено совершает поступательное движение, его положение определяется координатой линейного перемещения звена.
Рис. 2.4
а
б
Степень подвижности механизма можно определить из его структурной формулы, связывающей подвижность с числом звеньев, числом и классом кинематических пар. Пусть механизм состоит из k звеньев. Так как одно из звеньев (стойка) является неподвижным, количество подвижных звеньев механизма n = k – 1.
Рассмотрим пространственный механизм. Если бы звенья механизма не были связаны кинематическими парами, то общее количество простейших движений всех подвижных звеньев механизма равнялось бы 6n. Пусть в механизм входит: число пар 1-го класса Р1; число пар 2-го класса – Р2; число пар 3-го класса – Р3; число пар 4-го класса – Р4; и 5-го класса – Р5. Каждая кинематическая пара 1-го класса ограничивает одно простейшее движение, а все пары 1-го класса делают невозможными 1Р1 движений. Каждая пара 2-го класса ограничивает два простейших движения, а все пары 2-го класса – 2Р2 движений. Аналогично рассуждая, видим, что кинематические пары 3-го, 4-го и 5-го классов исключают соответственно 3Р3, 4Р4 и 5Р5 простейших движений подвижных звеньев механизма. Число независимых возможных движений пространственного механизма, состоящего из n подвижных звеньев, будет равно
W = 6n – 1Р1 – 2Р2 – 3Р3 – 4Р4 – 5Р5. (2.1)
Определим степень подвижности плоских механизмов, как наиболее распространенных. В плоском движении подвижные звенья, не связанные кинематическими парами, имели бы 3n степеней свободы (подвижности). Каждая кинематическая пара 5-го класса отнимает у звена два простейших движения, а каждая кинематическая пара 4-го класса – одно простейшее движение. Следовательно, кинематические пары 5-го класса отнимают у плоской кинематической цепи 2Р5 , а 4-го класса – 1Р4 степеней свободы. Степень подвижности плоского механизма в этом случае будет определяться по формуле
W = 3n – 2Р5 – Р4. (2.2)
Зависимости (2.1) и (2.2) по имени их авторов, называют соответственно формулами А.П. Малышева и П.Л. Чебышева. Они помогают оценить, можно ли использовать ту или иную кинематическую цепь в качестве структурной схемы механизма, а также число ведущих звеньев механизма. Так, для схем, рассмотренных на рис. 2.5, а, б, в, степень подвижности равна соответственно 0; 1 и 2. Кинематическая цепь, представленная на рис.2.5, а не может использоваться в виде схемы для преобразования движения, а число ведущих звеньев механизмов, приведенных на рис. 2.5, б, в должно быть соответственно равно 1 и 2.
Рис. 2.5
г
в
б
а
Преимущественное распространение получили механизмы с одной или двумя степенями подвижности. Встречаются механизмы, число степеней подвижности которых не соответствует условию (2.2). В общее число наложенных ограничений может войти некоторое число повторных (лишних) связей, введенных в механизм по различным причинам. В механизме шарнирного параллелограмма (рис. 2.5, б), имеющего W = 1, для увеличения жесткости к звену 2 и стойке присоединили дополнительно звено 4. Звено 4 и кинематические пары D и Е в действительности не изменили кинематики механизма, но сделали по формуле (2.2) степень подвижности W = 0. Связи, не влияющие на кинематику механизма, а формально уменьшающие его степень подвижности, называют пассивными. В некоторых механизмах есть звенья, относительные движения которых не влияют на кинематику механизма. Такие механизмы имеют «лишние» степени свободы. Вращение круглого ролика 3 кулачкового механизма на рис. 2.5, г не влияет на движения ни кулачка 1, ни звена 2, но формально создает лишнюю степень свободы (W = 2).