- •Кафедра «Теория механизмов и машин» теория механизмов и машин конспект лекций
- •Лекция 31. Пространственные зубчатые передачи.
- •1.2. Механизмы современной техники.
- •1.3. Задачи и основные методы теории механизмов и машин.
- •План лекции
- •1. 5. 2 Классификация кинематических пар по числу связей.
- •1.5.3 Степень подвижности кинематической цепи.
- •5. 7 Избыточные связи.
- •1. 5. 5 Образование механизма из кинематической цепи.
- •1. 5. 6 Принцип образования механизмов по Ассуру.
- •1. 5. 6 Принцип образования механизмов по Ассуру.
- •План лекции
- •1. 5. 7 Избыточные связи
- •1. 5. 8 Классификация механизмов по общим свойствам.
- •1.5.9 Виды механизмов.
- •Тема 2
- •Лекция 4 План лекции
- •2. 2 Графический метод кинематического анализа - метод кинематических диаграмм.
- •2. 2. 1 Определение положений звеньев, построение траекторий точек и кинематических диаграмм.
- •2. 2. 2 Графическое дифференцирование.
- •2.2.3 Графическое интегрирование.
- •2.3.1 Построение планов скоростей.
- •2.3.2 Построение планов ускорений.
- •2.5 Метод преобразования координат.
- •2.5.1. Определение положений точек в незамкнутых кинематических цепях.
- •2.5.2 Определение положений точек в замкнутых кинематических цепях.
- •2. 14 Преобразование координатных систем.
- •2 .5.4 Уравнения преобразования координат для конкретных кинематических пар,
- •5. 5 Определение положения захвата пространственного манипулятора в неподвижной системе координат.
- •Лекция 8
- •2.5.6 Определение положения точек в плоских механизмах
- •2.5.7 Определение положений точек, скоростей и ускорений
- •2.5.6 Определение положений точек в плоских механизмах векторным методом.
- •2.5.7 Определение угловых скоростей и ускорений звеньев и линейных скоростей и ускорений точек плоских механизмов. Аналоги скоростей и ускорений.
- •3.1. Введение в динамику машин.
- •3.2.1 Классификация сил.
- •3.1 Введение в динамику машин.
- •3.2. Силы, действующие в машинах.
- •3.2.1 Классификация сил.
- •Внешние и внутренние силы.
- •2. Силы движущие и силы сопротивления.
- •3.2.2 Определение сил инерции.
- •3.4.Кинетостатический расчет механизмов.
- •3.4.1 Задачи кинетостатики механизмов.
- •3.4.2 Условия статической определимости групп звеньев.
- •3.4.3 Графоаналитический метод кинетостатического расчета групп второго класса.
- •2. Группа 2-го вида
- •3.4.4 Аналитический метод кинетостатического
- •3.4.5 Кинетостатика ведущего звена.
- •3.4.4 Аналитический метод кинетостатического
- •Лекция 12. План лекции.
- •3.5.1 Трение в поступательных кинематических
- •3.5.2 Трение во вращательной кинематической паре.
- •3. 6. Передача работы и мощности. Кпд машин. Коэффициент потерь.
- •3.6.1 Кпд поступательной кинематической пары.
- •3.6.3. Определение кпд механизма.
- •3.6.4 Кпд соединенных машин.
- •3.7.1 Общие условия уравновешивание вращающихся масс.
- •3.7.2 Статическое уравновешивание.
- •Уравновешивание в общем случае или динамическое уравновешивание.
- •3.7.4 Статическая и динамическая балансировка вращающихся масс.
- •3.7.6. Уравновешивание шарнирного четырехзвенника.
- •3.8. Движение машин под действием заданных сил.
- •3.8.1. Режимы движения машины.
- •3.8.2. Характеристика внешних сил.
- •Кинетическая энергия звеньев и работа сил, действующих в машинах.
- •Приведение сил и масс .Динамические модели машины.
- •Определение приведенных моментов инерции и моментов сил кривошипно-ползунного механизма.
- •Приведение сил и масс. Динамические модели машины.
- •3.8.5 Определение приведенных моментов инерции и моментов сил кривошипно – ползунного механизма.
- •Лекция 16.
- •3.8.7. Уравнения движения машины в форме интеграла энергии.
- •3.8.8 Уравнения движения в дифференциальной форме.
- •Разрешим уравнение (3.57) относительно углового ускорения
- •3.8.13 Определение момента инерции маховика.
- •3.8.16 Уравнения движения машины с учетом упругости звеньев.
- •Тема 4. Общие методы синтеза механизмов. (4 часа).
- •План лекции
- •4. 1. Основные задачи и метода синтеза.
- •4. 2. Основные и дополнительные условия синтеза. Ограничения при синтезе.
- •4. 3. Методы оптимального синтеза.
- •4. 4. Синтез механизмов на основании заданной целевой функции.
- •4. 5. Интерполяционный метод синтеза механизмов.
- •Лекция 20.
- •4.6. Синтез механизмов методом наилучшего приближения функций.
- •4.7. Метод квадратичного приближения.
- •4.6. Синтез механизмов методом наилучшего приближения функций.
- •4.7. Метод квадратичного приближения.
- •Тема 5 Синтез плоских рычажных механизмов (4 часа) Лекция 21 План лекции
- •5.1 Основные условия и ограничения при синтезе.
- •5.2 Синтез четырехзвенного кривошипно-коромыслового. Механизма по трем положениям, аналитическим методом.
- •5.3 Синтез четырехзвенного кривошипно-коромыслового механизма по двум крайним положениям коромысла, коэффициенту изменения средней скорости и допускаемому углу давления.
- •5.1 Основные условия и ограничения при синтезе.
- •5.2 Синтез четырехзвенного кривошипно-ползунного коромыслового механизма по трем положениям аналитическим методом.
- •5.3 Синтез четырехзвенного кривошипно-коромыслового механизма по двум крайним положениям коромысла, коэффициенту изменения средней скорости и допускаемому углу давления.
- •План лекции
- •5.4.L Синтез кривошипно-коромыслового механизма.
- •5.4.2 Синтез кривошипно-ползунного механизма.
- •5.4.З Синтез кулисного механизма.
- •9.2. Фазы движения толкателя
- •9.3. Обоснование выбора закона движения
- •Лекция 24. План лекции.
- •6.4. Кинематический анализ кулачковых механизмов.
- •6.5 Синтез кулачковых механизмов.
- •6.6 Проектирование по кинематическим параметрам. Построение профиля кулачка при поступательном движении толкателя.
- •6.4 Проектирование по динамическим параметрам. Определение текущих углов давления. Аналог скорости
- •Лекция 25 План лекции.
- •6.10. Графическое определение текущих углов давления.
- •6.11 Аналитический метод определения основных размеров кулачкового механизма по заданному допускаемое углу давления.
- •6.12. Силовой расчет кулачкового механизма.
- •Глава 7. Синтез зубчатых зацеплений. (12 часов).
- •7.2. Основная теорема зацепления. Полюс зацепления. Центроиды колес.
- •7.3. Цилиндрическая эвольвентная зубчатая передача..
- •7.1 Виды зубчатых механизмов
- •7.2. Основная теорема зацепления. Полюс зацепления. Центроиды колес.
- •7.3. Цилиндрическая эвольвентная зубчатая передача.
- •Окружность
- •Окружность
- •5. Эвольвента - кривая без перегибо Лекция 27. План лекции
- •7.4. Элементы эвольвентного зубчатого колеса
- •Элементы и свойства эвольвентного зацепления
- •7.6 Коэффициент перекрытия
- •7.4. Элементы эвольвентного зубчатого колеса
- •7.5 Элементы и свойства эвольвентного зацепления
- •7.6. Коэффициент перекрытия
- •Лекция 28. План лекции
- •7.7. Интерференция зубьев. Условие отсутствия заклинивания
- •7.8. Внутреннее зацепление (рис.7.9)
- •7.9. Реечное зацепление (рис.7.10)
- •7.10. Изготовление зубчатых колес.
- •Лекция 29. План лекции
- •Смещение исходного контура и его влияние на форму нарезаемых зубьев.
- •Определение размеров колеса
- •7.14. Толщина зуба по произвольной окружности.Условие отсутствия заострения
- •7.15. Условие отсутствия подрезания
- •7.16 Эвольвентное беззазорное зацепление. Определение межосевого расстояния и угла зацепления. Воспринимаемое и уравнительное смещение.
- •7.17 Проектирование зубчатых передач. Выбор коэффициента смещения.
- •7.18 Косозубая цилиндрическая передача,
- •7.17 Проектирование зубчатых передач. Выбор коэффициента смещения.
- •7.18 Косозубая цилиндрическая передача.
- •7.21 Передачи с перекрещивающимися осями.
- •7.21.1 Винтовая передача.
- •7.21.2 Червячная передача.
- •Тема 8. Синтез механизмов с подвижными осями. Лекция 32.
- •Кинематическое исследование планетарных механизмов графическим методом Куцбаха – Смирнова.
- •Тема 9. Основы теории машин - автоматов. ( 4 часа)
- •План лекции:
- •9.1.2. Управление от копиров.
- •9.1.3. Следящий привод.
- •Промышленные роботы
- •9.3. Рабочий объем манипулятора и классификация движений захвата
- •9.4. Влияние расположения кинематических пар манипулятора на его маневренность
- •9.5 Структурный синтез манипуляторов
- •9.6 Зоны обслуживания, угол и коэффициент
- •Список литературы.
1.2. Механизмы современной техники.
Механизмом называют механическую схему, предназначенную для получения требуемого движения одного или нескольких тел. Главное назначение создаваемого механизма - осуществление технологической операции в результате движения его элементов. Механизмы составляют кинематическую основу современных машин и приборов. Они являются составной частью машин-двигателей (турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветро и электродвигатели), рабочих машин (станков, полиграфических и текстильных машин, счетных машин, роботов, кранов, конвейеров, насосов и т.д.), приборов контроля и управления (гироскопы, регуляторы) и передаточных устройств (редукторы, вариаторы).
Примерами современных механизмов могут служить:
1. Самонастраивающиеся механизмы, дающие возможность автоматически менять функции рабочих органов в соответствии с оптимальным технологическим процессом.
2. Механизмы медицинских аппаратов, реализующие функции органов человека (искусственные почки, легкие, массажёр сердца и др.)
3. Механизмы манипуляторов и роботов, имитирующие движение человеческой руки и дающие возможность осуществить рабочие процессы в средах вредных для человека, повысить производительность труда.
4. Механизмы учетной техники (перфораторы, ЦПУ и др.).
1.3. Задачи и основные методы теории механизмов и машин.
Основные задачи курса ТММ - установление общих принципов, по которым строится механизм, разработка научных положений и технических приемов синтеза и анализа схем механизмов. В связи с этим задачами ТММ являются:
1. Задачи исследования свойств разрабатываемых или существующих механизмов и машин - это анализ схем механизмов и машин.
2. Задачи проектирования новых механизмов и машин - это синтез.
Методы синтеза и анализа схем являются обязательной первичной частью проектирования всякого механизма. Это обстоятельство ставит ТММ в один ряд с такими общеинженерными дисциплинами как "Сопротивление материалов", "Детали машин" и другие, которые в совокупности определяют фундамент знаний в области механики, необходимый современному инженеру-машиностроителю.
Разделение задач ТММ на анализ и синтез носит условный характер, так как выбор схемы механизма для проектирования и определения её параметров часто выполняют путем сравнительного анализа различных механизмов. Этот сравнительный анализ возможных вариантов механизма составляет основу синтеза с использованием ЭВМ. В этом отражено действие категорий диалектики.
Еще недавно методы анализа и синтеза механизмов базировались главным образом на графических приемах, т.к. они очень наглядны и дают простое решение самых сложных задач.
Аналитические методы, связанные с громоздкими математическими выражениями, редко применялись на практике. Однако, в связи с развитием вычислительной техники аналитические методы анализа и синтеза стали вытеснять графические, так как дают более точное решение.
Цели научно-технической революции, применение ЭВМ стимулировали развитие методов поиска оптимальных решений. Одним из важнейших направлений курса ТММ стало изучение методов проектирования механизмов и оптимизация решений на основе качественных критериев.
Результаты исследования позволяют совершенствовать механизмы и создавать рациональные конструкции машин. Таким образом, ТММ является научным фундаментом оптимизационного проектирования механизмов и машин.
Проблемы ТММ разнообразны, их модно сгруппировать по трем разделам: структура и анализ механизмов; синтез механизмов; теория машин-автоматов. В первом разделе рассматриваются вопросы анализа (исследования) механизмов, позволяющие определить их структуру, закон движения выходного звена по заданному закону ведущего звена или по внешним силам, методы силового расчета.
Во втором разделе изучаются методы проектирования по заданным схемам, условиям или свойствам.
Третий раздел посвящен системам управления механизмов и машин-автоматов.
Особенностью ТММ является то, что она рассматривает лишь механическую часть разнообразных машин без рассмотрения происходящих в них рабочих процессов. Это означает, что рассматривается лишь механическое взаимодействие (механическая связь). Электрические, гидравлические и другие связи не учитываются. ТММ рассматривает как кинематические, так и динамические явления в механизмах и машинах.
Кинематический анализ и синтез выполняют, как правило, для отдельной машины или механизма. Динамический анализ и синтез подразумевает рассмотрение совокупности механизмов, связанных в единый машинный агрегат (например: расчет маховика). Кинематическому и динамическому анализу и синтезу в курсе ТММ предшествует структурный анализ и синтез.
Научные основы и технические приемы, изучаемые в ТММ, базируются на общих законах теоретической механики. Однако курс ТММ использует эти законы для разработки не только методов анализа механизмов, но такие и их синтеза (проектирования). В этом заключается инженерная направленность курса ТММ - его главное отличие от курса теоретической механики, в которой задачи синтеза отсутствуют.
1.4. Этапы механизации и автоматизации производства.
Для создания научных основ ТММ механизация развивалась за счет интуиции и индивидуальных способностей отдельных самоучек.
В настоящее время модно выделить следующие этапы механизации:
1. Создание одно-операционных механизмов машин для механизации одной технологической операции.
2. Соединение комплекса механизмов в рабочую машину для выполнения нескольких технологических операций - технологического процесса. В связи с этим рабочей машину называют комплекс механизмов, используемой для механизации технологического процесса. Кроме рабочих машин существуют: транспортные, информационные, управляющие, машины-двигатели, машины-роботы, Понятие машины сформулировал И.И.Артоболевский: "Машиной называется устройство, выполняющее механическое движение для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения или замены физического или умственного труда человека".
В зависимости от принципа построения различают:
агрегат - рабочая машина, объединенная с двигателем;
полуавтомат - машина, в которой выполнение каждой технологической операции осуществляется особым механизмом без участия человека, а человеком осуществляется только контроль и управление.
Машину-автомат получают механизируя процессы контроля и управления производства. В свете сказанного автомат- это система механизмов и устройств, где полностью механизированы процессы передачи, преобразования и использования энергии, материалов и информации»
Совокупность автоматов, транспортных, загрузочных устройств и их синхронная работа образует автоматическую линию.
Применение автоматов, автоматических линий направлено на механизацию и автоматизацию производства»
Отличие механизации от автоматизации заключается в том, что:
- при механизации за человеком сохраняется функция контроля и управления;
- при автоматизации эти функции передаются специальным устройствам, человек осуществляет только наладку, пуск, общий контроль.
Дальнейшая автоматизация ведет к внедрению роботов, манипуляторов, станков с числовым программным управлением, к автоматическому производству (безлюдному) т.е. цехам-автоматам»
Задача обслуживания ряда машин, входящих в состав автоматической линии перемещения обрабатываемого объекта по сложной траектории, выполняется промышленными роботами. Промышленным роботом называют автоматизированную систему, моделирующую некоторые функции руки человека, обладающего необходимыми для этого механизмами и системами преобразования информации.
Промышленный робот, таким образом, является элементом комплексной автоматизации производства» Они успешно выполняют погрузочно-разгрузочные работы, передаточные операции.
Создание механических роботов, руки которых совершают сложные пространственные движения для выполнения необходимых операций и имеют несколько степеней свободы, представляет задачу, основанную на современных методах теории оптимального синтеза автоматического управления и информации. Программа работы промышленного робота записывается на магнитный носитель и допускает ее быстрое изменение.
Промышленные роботы обеспечивают большую маневренность при изменении характера технологического процесса,
Для работы на вредных производствах применяют копирующие манипуляторы, т.е. механические системы, копирующие движения рук.
В манипуляторах с автоматическим управлением, имеющих несколько степеней свободы (от 7 до 10), движения дополнительных органов осуществляется на основе заданной программы.
Лекция 2.