Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория механизмов и машин. Методические рекомендации
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
МГАВТ
Кокорева О.Г.
ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ
И МАШИН
Методические рекомендации
Альтаир–МГАВТ
Москва
2015
УДК 621.8.
Кокорева О. Г.
Теория механизмов и машин. Методические рекомендации.— М.: Аль-
таир–МГАВТ, 2015.— 47 с.
Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по
дисциплине «Теория механизмов и машин» предназначены для студентов
направления подготовки 190600.62 «Эксплуатация транспортно-
технологических машин и комплексов» (профиль «Эксплуатация
перегрузочного оборудования портов и транспортных терминалов») и
специальности 190109.65 «Наземные транспортно-технологические средства»
специализация «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины».
Содержат теоретические положения по теме и целям лабораторных работы с
необходимыми математическими зависимостями и экспериментальную часть, ко-
торая включает в себя описание приборов (установок), порядок выполнения рабо-
ты, состав отчёта, контрольные вопросы и библиографический список.
Рецензент — доцент к.т.н. К. С. Никулин.
Рекомендованы к изданию учебно-методическим советом МГАВТ.
Рассмотрены и рекомендованы к изданию кафедрой «Портовых подъём-
но-транспортных машин и робототехники» МГАВТ (протокол №7 от
17.03.2014г.)
Ответственность за оформление и содержание представленных к изда-
нию материалов несут автор и кафедра.
© МГАВТ, 2015
© Кокорева О. Г., 2015
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1. Лабораторная работа №1 Структурный анализ и синтез механизмов . 5
2. Лабораторная работа №2 Кинематический анализ и синтез зубчатых
механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3. Лабораторная работа №3 Построение эвольвентного профиля зубьев
колес способом обкатки и синтез эвольвентной зубчатой передачи . . . 25
4. Лабораторная работа №4 Динамическая балансировка ротора . . . . 37
5. Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3
4
ВВЕДЕНИЕ
Квалификация специалиста водного (речного и морского) транспорта со-
стоит в умении ставить и решать задачи по совершенствованию технической
эксплуатации и ремонта, а также модернизации эксплуатирующейся техники.
Эти навыки студент может приобрести, выполняя на должном уровне ла-
бораторные работы по курсу «Теория механизмов и машин», сочетая теорети-
ческие знания с их практическим приложением в лабораторных работах.
Изучая дисциплину «Теория механизмов и машин», студенты получают
начальные сведения о структуре, кинематике и динамики механизмов, их ана-
лизе и синтезе.
Настоящие методические указания предусматривают выполнение лаборатор-
ных работ по основным видам механизмов — рычажным, зубчатым и кулачковым.
Методические указания содержат достаточно полную теоретическую часть, по-
дробные указания по методике выполнения работы, по составлению отчёта о работе, контрольные вопросы и библиографический список.
5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
Структурный анализ и синтез механизмов
Выполнение машиной её важнейшей функции по преобразованию энер-
гии, материалов и (или) информации неразрывно связано с передачей и преобразованием механического движения.
Оно реализуется в машине различными механизмами. Согласование дей-
ствия всех механизмов в составе единого кинематического цикла машины вы-
полняется системой автоматического управления (САУ). В зависимости от вида
требуемого действия механизмы должны иметь соответствующее строение
(структуру), которая наглядно изображается в виде структурной схемы.
Цели лабораторной работы — изучение структуры механизмов и её эле-
ментов, методики составления структурной схемы с оценкой особенностей ме-
ханизма (по его схеме), методики проведения структурного анализа механизмов
и проектирования механизма с оптимальной структурой.
1. Строение механизмов. Элементы структуры
1.1 Механизм состоит из многих деталей, которые могут быть соединены
друг с другом подвижно или неподвижно.
ЗВЕНО — деталь или совокупность нескольких деталей, соединенных в
одну кинематически неизменяемую систему (т.е. неподвижно): рычаг, вал, вал с
закреплёнными на нём зубчатыми колёсами и т.п. В зависимости от назначения
механизма его звенья могут иметь функциональные названия: кривошип, ша-
тун, кулиса, зубчатое колесо, кулачок и т.д.
В механизме выделяют звенья:
- подвижные и одно, принимаемое за неподвижное — стойку (корпус, ос-
нование, станина и т.п.);
- из подвижных — входное и выходное звено. Входным является звено,
которому сообщается извне заданное движение и входной силовой фактор (мо-
мент, сила). Выходным считается звено, на котором получают требуемое дви-
жение и требуемый силовой фактор (момент, сила).
Обычно входное звено принимают за начальное, которое образует со
стойкой начальный двухзвенник
6
1.2. Кинематические свойства механизма определяются свойствами его
Si
x
6
Si
x
3
i
кинематических пар.
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ПАРА (КП) — подвижное соединение двух сопри-
касающихся звеньев.
1.2.1 Отдельно взятое звено в пространстве имеет шесть степеней свобо-
ды. Но в составе КП оно, находясь в контакте с другим звеном, утрачивает воз-
можность того или иного относительного движения. Такое ограничение дви-
жения звена в КП называют наложенной связью S. В зависимости от формы
соприкасающихся элементов звеньев и способа их соединения в КП этих связей
может быть 1≤S≤5. По числу наложенных связей КП делятся на пять классов с
номером класса N=S.
В пространственном механизме число оставшихся у звена КП степеней
свободы (подвижностей) составит
. (1)
В плоском механизме звенья совершают движение в одной плоскости.
Каждое звено, как свободное тело, имеет в плоскости при степени свободы.
Подвижность КП плоского механизма составит
. (2)
По числу
различают КП:
- в пространственном механизме: одно-, двух-, трёх-, четырёх- и пятипо-
движные;
- в плоском механизме — одно- и двухподвижные.
1.2.2.кинематические пары делятся также на высшие и низшие:
- в низшей КП элементами (частями) соприкосновения звеньев постоянно
являются поверхности;
- в высшей КП элементами соприкосновения звеньев постоянно являются
линии и точки.
1.3. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ — система звеньев, образующих между
собой кинематические пары. Они подразделяются на:
- плоские и пространственные;
- простые и сложные. В сложной цепи имеются звенья, образующие бо-
лее двух КП;
- замкнутые и незамкнутые. В простой замкнутой цепи все звенья входят
в две КП.
7
1.4. Функционально законченной кинематической цепью является механизм.
Элементы
Обозначение в схеме
1. Звенья:
а) кривошип, шатун, коромысло, вал, ось, и
т.д.
б) кулиса
в) ползун
г) ферма
д) звенья из неподвижно соединённых дета-
лей:
- вал-втулка, диск
- вал-кулачок
- вал-зубчатое колесо
ж) стойка (неподвижное звено)
2. Кинематические_пары_
одноподвижные (5-го_класса):
а) вращательная 1 В [100]
б) поступательная 1 П [010]
в) винтовая 1 ВИ [001]
МЕХАНИЗМ — система твёрдых тел, подвижно связанных путём сопри-
косновения и движущихся определённым, требуемым образом относительно
одного из них, приятого за неподвижное (стойку). Механизмы классифициру-
ются в зависимости от видов звеньев и КП в них (т.е. по конструктивным при-
знакам), а также по функциональному назначению [1,§3.6].
1.5. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МЕХАНИЗМА — схема содержащая стойку,
подвижные звенья, подвижные звенья, кинематические пары с обозначением их
вида и подвижности и определяющая взаимное расположение этих элементов.
Структурную схему выполняют с использованием условных обозначений
звеньев и КП по ГОСТ 2.770.- 68 (табл.1).
Таблица 1
8
Элементы
Обозначение в схеме
3. Кинематические_пары_
двухподвижные(4-го_класса):
а) цилиндрическая 2 Ц [110]
б) линейная плоская:
- зубчатая 2 Л [110]
- кулачковая 2 Л [110]
в) сферическая с пальцем 2сп
[200]
4. Кинематические пары
трёхподвижные(3-го_класса):
а) сферическая 3 С [300]
б) линейная 3 Л [120]
в) плоскостная 3 Пл [120]
5.Кинематические пары
четырёхподвижные (2-го класса)
а) линейная пространственная
4 Л [220]
цилиндр- плоскость
6. Кинематическая пара
пятиподвижная(1-го класса)
-точечная 5 Т [320]
шарплоскость
);qppppp(n)qS(nW
i
i
54321
5
1
234566
);qpp(n)qS(nW
i
i
21
2
1
2233
521
,...,, ррp
2. Структурный синтез и анализ механизмов
2.1 Структурные формулы механизмов
Структурную схему составляют для существующего или проектируемого
механизма с целью выявить его особенности при передаче механического движе-
ния. При этом используют структурные формулы для числа степеней свободы [1]:
- пространственного механизма
(3)
-плоского механизма
(4)
В формулах: n — число подвижных звеньев механизма;
число одно-, двух,…,пятиподвижных кинематических пар (КП); q — показатель
совершенства структуры механизма:
- при q=0: механизм — статически определимая, оптимальная система с самоустанавливающимися звеньями, собирается без деформации звеньев и натягов в КП;
—
9
- при q=0:механизм имеет q избыточных (повторяющихся) связей в КП,
);ppppp(nWq
543210
43456
);pp(nWq
210
23
статически неопределим, его сборка возможна только при деформации звеньев
и натягах в КП, увеличены силы трения в КП и их износ, снижаются КПД и
долговечность, удорожается изготовление механизма;
- при q<0: механизм имеет q избыточных подвижностей отдельных звеньев, которые могут быть допустимы и полезны.
Для оценки механизма по его структурной схеме из формул (3),(4) нахо-
дят параметр q:
- для пространственного механизма
(5)
- для плоского механизма
(6)
В технике преимущественно механизмы с одним начальным (входным)
звеном. Соответственно этому, число степеней свободы основной структурной
схемы таких механизмов (при q=0) составляет в формулах (5),(6) W0=1, а их
начальное звено имеет одну обобщённую координату.
2.2 Структурный синтез механизмов
Структурным синтезом называют проектирование оптимальной струк-
турной схемы механизма без избыточных связей. Возможные варианты схем
должны удовлетворять уравнениям (5) и (6) при значениях q=0 и W0=1. Эти
условия выполняются путём подбора необходимых кинематических пар
(табл.1).
Для структурного синтеза используют два метода:
1. Метод теории графов с применением ЭВМ [2] – для синтеза одноподвижных плоских рычажных механизмов.
2. Метод наслоения (присоединения) к начальному двухзвеннику (стой-
ка+ начальное звено) структурных групп (групп Ассура) с нулевой подвижно-
стью Wсг=0. Тогда у механизма W=Wo+0+0+…+0, где Wo число степеней свободы начального двухзвенника. Структурные группы (СГ) разделяются по
классам, порядкам и видам (табл.2).
10
2.3. Структурный анализ механизмов
Схема группы
Класс группы
Порядок группы
Вид группы
II 2 ВВВ
II 2 ВВП
II 2 ВПВ
III
3
ВВВВВВ
11 mр
m
Структурный анализ выполняется обратно синтезу для существующих меха-
низмов или для проверки оптимальности вновь проектируемого механизма.
При структурном анализе необходимо составить структурную схему ме-
ханизма, выделив в нём звенья и кинематические пары, установить вид кинема-
тических пар, найти число степеней свободы механизма, разложить его на
структурные группы и составить формулу строения механизма.
Таблица 2
3. Экспериментальная часть
Лабораторная работа выполняется с использованием моделей механизмов.
3.1.Порядок выполнения лабораторной работы
3.1.1. Ознакомиться с устройством механизма, определить его назначение.
3.1.2. Выделить стойку, подвижные звенья, кинематические пары (КП).
Выделить начальное (входное) звено механизма. Для правильного определения
числа КП в плоских шарнирах следует использовать соотношение
где
— число соединяемых в шарнире звеньев.
,
3.1.3. Составить структурную схему механизма:
-схему вычертить в виде развёртки с соблюдением соотношения размеров
условных изображений звеньев (табл.1) и их действительных размеров на модели;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]