Министерство образования Республики Беларусь

Могилевский государственный университет продовольствия

Кафедра прикладной механики

Лабораторные работы

Учебно-методическое пособие

к лабораторным работам по теории механизмов и машин

для студентов специальностей

1- 36 09 01 Машины и аппараты пищевых производств

1 – 36 20 01 Низкотемпературная техника

Дневной и заочной формы получения образования

Могилев 2011

УДК 621.01

ББК 34.41

П58

Р е ц е н з е н т ы : д.т.н., профессор Белорусско-Российского

университета Л. А.Борисенко ; к.т.н., доцент кафедры прикладной

механики УО «МГУП» В.П. Пахадня

Р е к о м е н д о в а н о научно-методическим советом УО «МГУП»

С о с т а в и т е л и:

В. Н. Попов

Ф. К. Горюнова

Теория механизмов и машин: учебн.-метод. Пособие / сост. В. Н. Попов,

П58 Ф. К. Горюнова. – Могилев: МГУП, 2011. -308 с.

ISBN 978-985-6979-07-4

УДК 621.01

ББК 34.41

ISBN 978-985-6979-07-4 © Учреждение образования

«Могилевский государственный

университет продовольствия», 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа № 1. Составление структурных схем механизмов и исследование их структуры……………………..…….…………..………..4

2. Лабораторная работа № 2. Уравновешивание ротора с известным расположением неуравновешенных масс …... ……………..………….....12

3. Лабораторная работа № 3. Образование эвольвентных профилей зубьев методом обкатки……….…………………………..…………….................19

4. Лабораторная работа № 4. Кинематический анализ зубчатых механизмов с неподвижными осями зубчатых колес ....................................................26

5. Лабораторная работа № 5. Кинематический анализ зубчатых механизмов с подвижными осями зубчатых колес .........................................................30

6. Лабораторная работа № 6. Кинематический анализ кулачковых механизмов .......................…………………………………………………..34

7. Лабораторная работа № 7. Определение технических характеристик робота-манипулятора ..……………… ……….………………..…….........42

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Составление структурных схем механизмов и исследование их структуры

Цель работы - овладение практическими навыками в составлении структурных схем механизмов и ознакомление с методом их структурного анализа.

Механизм представляет собой систему тел, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других твердых тел.

Проектирование нового механизма (синтез) или исследование существующего механизма (анализ) начинают с составления структурной схемы механизма.

Структурная схема механизма представляет собой графическое изображение этого механизма, указывающее с помощью условных обозначений стойку, подвижные звенья, кинематические пары и их взаимное расположение.

Звеном называется твердое тело или несколько твердых тел, жестко соединенных между собой, входящие в состав механизма.

Стойка - это неподвижное звено механизма или звено, принимаемое за неподвижное.

По структурному признаку различают входные, выходные и промежуточные звенья.

Входным называется звено, которое связано с источником питания.

Выходным называется звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм.

Остальные подвижные звенья называются промежуточными. Размеры звеньев и их конструктивная форма на структурной схеме не учитывается. Звенья нумеруются арабскими цифрами.

Кинематической парой называется соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение. Кинематические пары на структурных схемах обозначаются буквами латинского алфавита.

По числу условий связи кинематические пары делятся на пять классов: пяти-, четырех-, трех-, двух- и одноподвижные пары, накладывающие на относительное движение соединяемых парой звеньев соответственно одно, два, три, четыре и пять условий связи. Например, кинематическая пара "шар-плоскость" накладывает на относительное движение звеньев одну СВЯЗЬ и относится к пяти подвижным парам (1-й класс); сферическая пара накладывает три связи (3-й класс ); зубчатая, кулачковая, цилиндрическая пары накладывают по четыре связи, относятся к двум подвижным парам (4-ый класс); вращательная и поступательная пары накладывают по пять связей и носятся к одноподвижным кинематическим парам (5-й класс).

Совокупность поверхностей, линий и отдельных точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару, называется элементом кинематической пары.

По условию соприкасания звеньев, образующих кинематическую пару, все кинематические пары делятся на два вида: низшие и высшие.

Низшей кинематической парой называется такая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено постоянным соприкасанием ее элементов по поверхности. К низшим парам относятся: вращательная, поступательная, цилиндрическая, сферическая и др.

Высшей парой называется кинематическая пара, в которой требуемое отноcительное движение звеньев может быть получено только соприкасанием ее элементов по линиям и точкам. К высшим парам относятся: зубчатая, кулачковая и др.

Кинематической цепью называется связанная система звеньев, 'образующих между собой кинематические пары. Кинематические цепи бывают замкнутые и незамкнутые.

3амкнутой называется кинематическая цепь, в которой каждое звено входит не менее чем в две кинематические пары. Если в кинематической цепи есть звенья входящие только в одну кинематическую пару, то такая цепь называется незамкнутой.

Незамкнутые кинематические цепи используются для проектирования схем манипуляторов, имитирующих некоторые движения руки или ноги человека. Большинство же механизмов образовано из замкнутых кинематических цепей.

Механизмы делятся на плоские и пространственные.

Плоским называется механизм, в котором точки звеньев описывают траектории, находящиеся в одной плоскости или параллельных плоскостях. Если же траектории точек звеньев располагаются в пересекающихся плоскостях, то механизм называется пространственным.

Условные обозначения элементов машины и механизмов установлены ГОСТ

2.770 -68. Наиболее распространенные обозначения приведены в таблице 1.1. Задачами структурного анализа механизмов являются:

1. Определение числа степеней свободы механизма.

2. Разложение механизма на структурные группы.

3. Определение класса механизма и составление структурной формулы.

Степень свободы W механизма (степень подвижности) показывает число

степеней свободы его звеньев относительно стойки.

Число степеней свободы пространственных механизмов определяется по формуле А.П. Малышева:

W = 6n - 5Р₅ - 4Р₄ - 3Р₃ - 2Р₂ – Р₁ , (1.1)

где n - число подвижных звеньев механизма;

P₁, Р₂, Р₃. P₄, P₅ - число соответственно пяти-, четырех·, трех-, двух- и одноподвижныx кинематических пар.

Число степеней свободы плоских механизмов определяется по формуле Л. П, Чебышева:

W= 3n -2Р₅ - Р₄; (1.2)

Если в механизме есть повторяющиеся связи (или зависимые), которые называются избыточными или пассивными, то при определении степени свободы механизма их нужно учитывать:

- для пространственных механизмов

W=6n - 5Р₅ - 4Р₄ - 3Р₃ - 2Р₂ – Р₁ +q; (1.3)

- для плоских механизмов

W=3n - 2Р₅ - Р₄ +q , (1.4)

где q - число избыточных связей.

В плоских механизмах число ведущих звеньев равно числу степеней свободы механизма. Ведущее звено, образующее со стойкой вращательную или поступательную пару, называется механизмом первого класса (рисунок 1.1). Следовательно, число механизмов I класса также равно числу степеней свободы механизма. При разложении механизма на структурные группы условно отсоединяют механизм (механизмы) I класса, а оставшуюся часть механизма раскладывают на простейшие структурные группы.

1.1 - Механизмы первого класса

Структурной группой (группой Ассура) называется кинематическая цепь, которая, будучи подсоединенной к стойке, имеет степень свободы равную О. В плоском рычажном механизме звенья соединяются только вращательными и поступательными парами. Тогда уравнение структурной группы имеет вид:

3n-2Р₅ =0, (1.5)

где n - число подвижных звеньев;

Р₅ - число одноподвижных пар.

Из уравнения следует: , т. е. в структурную группу должно входить

только четное число звеньев.

Структурные группы делятся на классы и порядки.

Класс структурной группы определяется по числу внутренних кинематических пар, входящих в замкнутый контур данной структурной группы. Исключение составляет двухповодковая группа (диада), которая условно отнесена ко второму классу (таблица 1.2).

Порядок структурной группы определяется по числу внешних кинематических пар.

Внешними называются кинематические пары, которые подсоединяют структурную группу к стойке, механизму I класса и к другим структурным группам.

Класс механизма определяется по классу старшей структурной группы, входящей в его состав. Если в состав плоского механизма входят высшие кинематические пары, то их нужно заменить через низшие и только потом раскладывать механизм на структурные группы.

Высшую кинематическую пару заменяют добавочным звеном с двумя кинематическими парами 5 -ого класса. Добавочное звено располагают по нормали к соприкасающимся поверхностям, а пары 5 -ого класса - в центрах кривизны элементов высшей пары (рисунок 1.2).

Соединение стержней:

а) жесткое

б) вращательная пара

Соединение стержня с неподвижной опорой:

а) шарнирное

б) с шаровым шарниром

Ползун в неподвижных направляющих

Качающийся ползун

Кривошибно-кулисный механизм с врощающейся кулисой

Толкатели для кулачковых механизмов

Пальцевые, тарельчатые, роликовые

Кулачки дисковые

Передача зубчатая внешнего зацепления

Передача зубчатая внутреннего зацепления

Передача зубчатая коническая

Передачи зубчатые со скрещивающимися осями: а) червячная с цилиндрическим червяком

б) винтовая

Передача зубчатая реечная

Винт, передающий движение

Гайка на винте, передающем движение

Рисунок 1.2 – Замена высших кинематических пар

Результаты структурного анализа служат исходными данными для кинематического и силового анализа механизмов.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с механизмом. Медленно вращая входное звено механизма, проследить движение остальных звеньев, установить, какими кинематическими парами соединены, установить неподвижные элементы кинематических пар. При этом нужно быть очень внимательным, чтобы не допускать ошибки: относительные перемещения могут быть настолько малыми, что могут остаться незамеченными, и кинематическую пару можно принять за жесткое соединение и не заметить, что детали соединены жестко. Выбрать положение механизма, при котором лучше всего видно относительное расположение звеньев.

2. Начертить структурную схему.

3. Пронумеровать все звенья, в том числе и стойку, арабскими цифрами (ведущее звено цифрой 1), определить характер движения звеньев (таблица 1.3); кинематические пары обозначить заглавными буквами латинского алфавита. Составить таблицу кинематических пар (таблица 1.4).

4. Определить число степеней свободы по формуле (1.2) Проверить правильность полученного результата, сравнив W механизма с числом входных звеньев в данном механизме.

5. 3аменитъ каждую высшую кинематическую пару через добавочное звено и две кинематические пары 5-го класса (вращательные и поступательные пары).

Таблица 1.3 – Звенья механизма

№ подвижных звеньев	1	2	3	…	…
Характер движения звена

Таблица 1.4 – Кинематические пары механизма

Обозначение кинематической пары	А	В	…	…
Наименование кинематической пары
Звенья, составляющие пары
Класс пары
Вид пары(низшие, высшие)

6. Разложить механизм на структурные группы. Для облегчения этой задачи предварительно вычертить заменяющую схему механизма.

Для этого необходимо:

• ползуны, кулисные камни, звенья сложной конфигурации заменить поводками (рычагами);

• поступательные пары заменить вращательными;

• звенья, которые соединяются с тремя другими, изобразить в виде

• треугольного контура, с четырьмя другими - в виде четырехугольного контура и т.д. (воспользоваться таблицей 1.4.).

В первую очередь отделить механизмы I класса, число которых равно числу степеней свободы механизма W. Оставшуюся часть механизма разделить на наиболее простые структурные группы, причем, начинать отсоединение групп лучше с наиболее удаленных от механизма I класса звеньев.

7. Записать структурную формулу строения механизма и определить его класс.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется механизмом, звеном, кинематической парой, элементом

звена, кинематической цепью, кинематическим соединением?

2. Как подразделяются кинематические пары по числу условий связи?

3. Какие кинематические пары относятся к низшим и какие к высшим?

4. Какие механизмы называются рычажными?

5. Какое звено называется входным и какое выходным звеном?

6. Какие механизмы называются плоскими и какие пространственными?

7. Какие задачи решаются в структурном анализе механизмов?

8. Как рассчитать степень подвижности плоского и степень подвижности пространственного механизма?

9. Что называется механизмом I класса?

10. Что называется структурной группой, какова формула структурной группы.

11. Какое число звеньев входит в структурную группу?

12. Как определяется класс и порядок структурной группы?

13. Как определяется класс механизма?

14. Какие связи называются пассивными?

15. Что представляет собой лишние степени свободы?

16. Каким образом высшие пары можно заменить кинематическими цепями с низшими парами?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2