Т. В. ВЕЛЬГОДСКАЯ

СТРУКТУРНЫЙ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И

СИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПЛОСКОГО РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

О

МСК 2014

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

________________________

Т. В. Вельгодская

СТРУКТУРНЫЙ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И

СИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПЛОСКОГО РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория механизмов и машин»

Омск 2014

УДК 621.01:621.8

ББК 34.412

В28

Структурный, кинематический и силовой анализ плоского рычажного механизма. Проектирование зубчатой передачи: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория механизмов и машин». 2-е изд., перераб. / Т. В. Вельгодская; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2014. 51 с.

Изложены вопросы теории, описаны методики структурного, кинематического и силового анализа плоского рычажного механизма и порядок проектирования зубчатой прямозубой передачи с эвольвентным профилем зуба.

Предназначены для студентов третьего курса очной и заочной форм обучения механического, теплоэнергетического и электромеханического факультетов.

Библиогр.: 3 назв. Табл. 3. Рис. 11. Прил. 4.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Р. Ведрученко;

канд. техн. наук, доцент И. Л. Рязанцева.

__________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение….………………………………………………………………………. 1. Общие положения…………………………………………………………….. 1.1. Содержание работы……………………………………………………… 1.2. Выбор варианта и последовательность выполнения работы…………. 2. Структурный анализ плоских рычажных механизмов……………………... 2.1. Основные понятия и определения………………………………………. 2.2. Определение степени подвижности и класса плоских рычажных механизмов………………………………………………………………………. 3. Кинематическое исследование плоских рычажных механизмов…………. 3.1. Задачи и методы кинематического исследования механизмов……….. 3.2. Построение планов положений механизмов…………………………… 3.3. Построение траекторий точек…………………………………………… 3.4. Определение скоростей точек механизма методом планов скоростей.. 3.5. Определение ускорений точек механизма методом планов ускорений. 4. Силовое исследование плоских рычажных механизмов…………………… 4.1. Задачи силового исследования механизмов……………………………. 4.2. Определение сил, действующих на звенья механизма ..………………. 4.3. Определение реакций в кинематических парах механизма методом планов сил………………………………………………………………………... 5. Проектирование зубчатой прямозубой передачи с эвольвентным профилем зуба……………………………………………………………………….. 5.1. Определение размеров зубчатой передачи…………………………… 5.2. Вычерчивание элементов передачи …….…….…..…….……..……….. 5.3. Построение активной части линии зацепления и рабочих участков профилей зубьев обоих колес…………………………………………………. 5.4. Определение качественных показателей зацепления………………….. 6. Рекомендации к оформлению курсовой работы...…………………….......... 7. Вопросы для подготовки к защите курсовой работы...…………………….. 8. Разделы курса для подготовки к экзамену ………………………………….

5 6 6 6 7 7 11 13 13 15 16 16 19 22 22 23 26 29 29 31 34 36 38 40 41

Библиографический список…………………………………………………….. Приложение 1. Схемы механизмов для выполнения курсовой работы..……. Приложение 2. Варианты исходных данных для выполнения курсовой работы...……...………………………………………………..………………. Приложение 3. Образец оформления титульного листа курсовой работы….. Приложение 4. Образцы оформления реферата, введения и заключения к курсовой работе…..………………………………………………………….

42 43 45 47 49

ВВЕДЕНИЕ

Теория механизмов и машин – наука об общих методах структурного, кинематического, динамического анализа и синтеза различных механизмов. Данные методы применяются для проектирования любого механизма.

Базовыми дисциплинами для изучения теории механизмов и машин являются математика, физика, теоретическая механика. В свою очередь теория механизмов и машин является базовой для изучения деталей машин, технологии транспортного машиностроения, робототехники и других дисциплин, изучаемых в вузе на старших курсах.

Наряду с изучением дисциплины «Теория механизмов и машин» для студентов третьего курса предусматривается обязательное выполнение курсовой работы по этой дисциплине, так как это способствует не только закреп-лению и углублению теоретических знаний, но и применению этих знаний на практике.

В настоящее время с применением ЭВМ механизмы проектируются более рациональными, с высокой точностью, так как подбирать необходимые параметры можно на стадии проектирования.

Для курсовой работы предлагаются фрагменты из механизмов двигателя внутреннего сгорания, гайковыталкивающего аппарата, пресса СП-2, привода качающегося конвейера, камнедробилки и др.

Выполненная курсовая работа должна быть дифференцированно защищена на кафедре, после этого студент допускается к сдаче экзамена.

Настоящие методические указания предназначены для студентов третьего курса очного и заочного обучения механического, теплоэнергетического и электромеханического факультетов.

1. Общие положения

1.1. Содержание работы

Прежде чем приступить к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория механизмов и машин», следует изучить соответствующие вопросы, изложенные в рекомендуемой литературе. Курсовая работа представляет собой комплексную задачу, охватывающую многие разделы данной дисциплины, решение которой приводится в расчетно-пояснительной записке и в виде графических построений.

1.2. Выбор варианта и последовательность выполнения работы

Курсовая работа должна быть выполнена в соответствии с вариантом и требованиями, предъявляемыми к оформлению расчетно-пояснительной записки.

Номер схемы механизма для выполнения курсового проекта выбирается из прил. 1 по четвертой цифре шифра зачетной книжки студента, а вариант исходных данных – из прил. 2 по пятой.

Если последние цифры шифра 1 и 2, то принимается вариант 1, если 3 и 4 – вариант 2, если 5 и 6 – вариант 3, если 7 и 8 – вариант 4, если 9 и 0 – вариант 5.

Например: шифр зачетной книжки – 18734: схема – 3, вариант – 2; если шифр – 07956: схема – 5, вариант – 3; если шифр – 17021: схема – 2, вариант – 1.

Выбрав из прил. 1 и 2 схему и исходные данные, следует приступать к выполнению работы. Задание состоит из двух частей, в первой части следует выполнить анализы плоского рычажного механизма, во второй – спроектировать зубчатую передачу.

В первой части работы требуется:

1) вычертить механизм в заданном положении, выбрав масштабный коэффициент длины;

2) выполнить структурный анализ;

3) построить планы положений механизма для двенадцати равноотстоящих друг от друга положений кривошипа;

4) начертить траектории всех точек механизма, в том числе и точек цент-ров тяжести звеньев;

5) построить план скоростей для заданного положения механизма и определить значения скоростей всех его точек, значения и направления угловых скоростей звеньев;

6) начертить план ускорений для заданного положения механизма и определить значения ускорений всех его точек, значения и направления угловых ускорений звеньев;

7) определить значения и направления всех сил, действующих на звенья механизма, и, построив план сил, определить реакции в кинематических парах;

8) выполнить расчет ведущего звена;

9) построить рычаг Жуковского.

Во второй части работы требуется:

1) выполнить геометрический расчет цилиндрической прямозубой передачи с эвольвентным профилем зуба и определить передаточное число;

2) вычертить по данным расчета зацепление (в три зуба на каждом колесе) с контактом в полюсе зацепления;

3) выделить активный участок линии зацепления и рабочие участки профилей зубьев обоих колес;

4) вычислить теоретическое значение коэффициента перекрытия;

5) определить значение действительного коэффициента перекрытия по данным вычерченного зацепления и сравнить его с теоретическим (относительная ошибка допускается в пределах 5 %);

6) построить диаграммы относительного скольжения.

Курсовая работа перед защитой обязательно представляется на кафедру для рецензирования.

2. Структурный анализ плоских рычажных механизмов

2.1. Основные понятия и определения

В современной технике применяется много разных по устройству механизмов, предназначенных для воспроизведения определенного движения.

Механизм – замкнутая кинематическая цепь, у которой при заданных законах движения ведущих звеньев остальные совершают определенные движения. Механизм состоит из отдельных элементов, которые называются звеньями.

Два звена, соединенные между собой подвижно, образуют кинемати-ческую пару. Кинематические пары во многом определяют работоспособность машины, так как через них передаются усилия от одного звена другому; в этих же кинематических парах возникает трение, и они изнашиваются.

Кинематические пары различают по характеру соприкосновения звеньев: пару называют низшей, если элементы звеньев соприкасаются только по поверхности, и высшей – если по линии или в точке.

Из низших кинематических пар часто используются поступательные, вращательные и винтовые, их преимущество – в возможности передачи больших сил; из высших кинематических пар – точечные (шарик в подшипнике качения) и линейные (зубья колес касаются по линии), их применение позволяет уменьшить трение в машинах и получить нужные и разнообразные законы движения выходного звена механизма путем придания определенной формы звеньям, образующим пару.

Примером механизма с низшими кинематическими парами может быть кривошипно-ползунный механизм, который является основным в поршневых

машинах (двигатели внутреннего сгорания, компрессоры). Конструкция и кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма приведены на рис. 2.1, где звено 1 – кривошип, 2 – шатун, 3 – ползун, 4 – стойка (станина). Звено 1 соединяется со стойкой 4 вращательной кинематической парой I, звено 2 – со звеньями 1 и 3 – вращательными кинематическими парами II и III, а звено 3 (ползун) – со звеном 4 – поступательной парой IV.

Рис. 2.1

р4Проектирование механизма поперечно-строгального станка и привода с цилиндрическим соосным редуктором. Расчет узлов цистерны. р4 Рис. 2.2		Примером механизма с высшей кинематической парой является кулачковый механизм (рис. 2.2). Форма кулачка 1 определяет закон движения толкателя 2. Кулачок с толкателем образуют высшую кинематичес-кую пару (р4), кулачок со стойкой 3 – низшую вращательную пару I, толкатель 2 со стой- кой 3 – низшую поступательную пару II. Каждое отдельно взятое
Рис. 2.3	звено в пространстве может со вершать шесть движений: три поступательных (П) – вдоль координатных осей и три вращательных (В) – вокруг этих осей (рис. 2.3). Кинематическая пара ограничивает движение звеньев, т. е. исключает какие-то движе-ния из шести. Эти ограничения называются связями S. В зависи-

мости от количества связей пары подразделяют на пять классов (табл. 2.1). Номер класса совпадает с числом связей, налагаемых парой.

Кинематические пары связывают звенья между собой. Связанная система звеньев, образующих кинематические пары, называется кинематической цепью. Цепь может быть плоской, если ее звенья движутся в параллельных плоскостях, и пространственной, если ее звенья движутся по пространственным кривым. Число степеней свободы кинематической цепи относительно одного из звеньев условно называется степенью подвижности W.

Таблица 2.1

Характеристики кинематических пар