Lash_r7
.pdf
А.М. Лашманов, Е.В. Лашманова, А.И. Шимаров, Е.К. Кичаев
ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
Мультимедийное учебное пособие
Самара – 2010
0
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСИКЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
А.М. Лашманов, Е.В. Лашманова, А.И. Шимаров, Е.К. Кичаев
ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
Самара 2010
УДК 621. 01 Л61
Рецензенты: д-р техн. наук В.Б. Балякин д-р техн. наук Ю.Э. Сеницкий
Лашманов А. М.
Л 61 Основы теории механизмов и машин: мультимед. учеб. пособ. [электр. изд-е]/ А.
М. Лашманов, Е.В. Лашманова, А.И. Шимаров., Е.К. Кичаев. – Самара: Самар. гос. техн.
ун-т, 2010. – 62 с.: ил. + 1 CD-ROM.
Пособие включает в себя компакт-диск и краткое описание его содержания на бумажном носителе. Рассмотрены методы структурного, кинематического и динамического анализа рычажных механизмов. Показаны основные принципы синтеза зубчатых и кулачковых механизмов. Материал изложен с учетом современных требований и стандартов; представлены как графоаналитические, так и аналитические методы определения параметров механизмов и машин.
Рекомендуется студентам технических вузов заочной и дистанционной форм обучения при решении самостоятельных практических работ, а также выполнении курсового проекта по теории механизмов и машин.
Системные требования: Intel/AMD 1.0 GHz, Windows ХР (32 Bit), 1 Gb RAM, 128 MB Graphics-card, Sound card, CD-drive. Office 2003/ХР.
Автозапуск. Работает с CD-ROM.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного технического университета
УДК 621. 01 Л61
А.М.Лашманов, Л.В.Лашманова,
А.И. Шимаров, А.К. Кичаев, 2010
Самарский государственный
технический университет, 2010
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие………………………………………………….……………. |
4 |
|
1. |
Календарный план освоения курса………………………………… |
5 |
2. |
Теоретический курс……………………………………………………. |
6 |
2.1. Лекция 1. Введение. Структурный анализ механизмов……….. |
6 |
|
2.2. Лекция 2. Кинематический анализ механизмов………………… |
|
|
13 |
2.3. Лекция 3. |
Силовой анализ механизмов………………………….. |
|
22 |
2.4. Лекция 4. |
Динамический анализ механизмов………….............. |
|
27 |
2.5. Лекция 5. |
Виброзащита машин. Уравновешивание……………. |
|
32 |
2.6. Лекция 6. |
Проектирование зубчатых передач…………............. |
|
38 |
2.7. Лекция 7. Кинематика зубчатого зацепления……………………
44
2.8. Лекция 8. Кулачковые механизмы…………………………………
51
Заключение………………………………………………………………… 54
Библиографический список……………………………………………… 54
Приложение. Основные требования к выполнению курсовой рабо- 55
ты……………………………………………………………………………
Основным темам теоретического курса посвящены сле- |
|
дующие видеофрагменты мультимедийного пособия: |
|
1. |
Кинематические звенья |
2. |
Рычажные механизмы |
3. |
Кулачковые механизмы |
4. |
Фрикционные механизмы |
5. |
Зубчатые механизмы |
6. |
Механизмы с гибкой связью |
7. |
Оси, валы, подшипники, муфты |
8. |
Прогиб валов и критическая частота вращения |
9. |
Причины прогибов и вибраций |
10. |
Балансировка роторов |
Для их просмотра щелкните ЗДЕСЬ по соответствую- |
|
щему заголовку раздела. |
|
|
3 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс «Теория механизмов и машин» (ТММ) является дисциплиной фундаментальной подготовки бакалавров, инженеров и магистров неэлектрических специальностей.
Сложившаяся ситуация в университетах по сокращению часов на общетехнические дисциплины создает затруднение для успешного освоения студентами изучаемого материала. Подобная тенденция коснулась и курса «Теория механизмов и машин» (ТММ).
Имеющаяся литература по ТММ сложна для изучения в относительно короткий срок как в теоретическом так и в практическом аспектах. Это создает студентам затруднения при выполнении самостоятельных контрольных работ, курсовых проектов и при подготовке к экзаменам. Одним из способов повышения качества освоения предмета является использование интерактивных методов обучения, которые требуют создания новых методических материалов.
Данное мультимедийное пособие является одним из шагов в этом направлении, позволяя студентам на примере кривошипно-ползунных механизмов рассмотреть алгоритмы определения их параметров современными графоаналитическими и аналитическими методами.
Кроме теоретических сведений по ТММ, пособие содержит также видеофрагменты, рисунки и дикторский текст по этому курсу. Оно не подменяет классические учебники, а является дополнением к ним при самостоятельном изучении предмета. В видеоматериалах, включённых в пособие, сделан акцент на физических процессах, происходящих в механизмах различного назначения.
Пособие не требует инсталляции, необходима лишь установка на компьютер программы Adobe Reader для чтения имеющихся на CD учебных материалов – работает непосредственно с компакт-диска.
Технические требования для компьютера: операционная система Windows 98/XP/Vista; 512 Мб ОЗУ; 128 Мб DirectX9-совместимая видеокарта; Di- rectX9-совместимая звуковая карта; CD-ROM.
После установки CD в дисковод компьютера на монитор выводится титульный кадр учебного пособия.
|
|
Указанные видеофрагменты можно также посмотреть, используя |
||
|
|
|||
|
гиперссылки, расположенные в теоретических разделах. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
||
|
Календарный план освоения курса |
|
|
|
|
|
|
№ п/п, |
Содержание |
№ |
|
недели |
|||
|
|
||
1 |
Лекция 1. Основные понятия и определения. |
2 |
|
Структурный анализ механизмов. |
|||
|
|
||
|
|
|
|
2 |
Самоконтроль |
3 |
|
|
|
|
|
3 |
Рубежный контроль |
3 |
|
|
|
|
|
4 |
Выдача курсовой работы |
4 |
|
|
|
|
|
5 |
Лекция 2. Кинематический анализ механизмов |
4 |
|
|
|
|
|
6 |
Самоконтроль |
5 |
|
|
|
|
|
7 |
Рубежный контроль |
5 |
|
|
|
|
|
8 |
Выполнение 1 листа курсовой работы |
6 |
|
|
|
|
|
9 |
Лекция 3. Силовой анализ механизмов |
6 |
|
|
|
|
|
10 |
Самоконтроль |
7 |
|
|
|
|
|
11 |
Рубежный контроль |
7 |
|
|
|
|
|
12 |
Лекция 4. Динамический анализ механизмов |
8 |
|
|
|
|
|
13 |
Выполнение 2 листа курсовой работы |
8 |
|
|
|
|
|
14 |
Самоконтроль |
9 |
|
|
|
|
|
15 |
Рубежный контроль |
9 |
|
|
|
|
|
16 |
Лекция 5. Виброзащита машин |
10 |
|
|
|
|
|
17 |
Выполнение 3 листа курсовой работы |
10 |
|
|
|
|
|
18 |
Самоконтроль |
11 |
|
|
|
|
|
19 |
Рубежный контроль |
11 |
|
|
|
|
|
20 |
Лекция 6. Геометрия зубчатого зацепления |
12 |
|
|
|
|
|
21 |
Выполнение расчетно-пояснительной записки |
12 |
|
|
|
|
|
22 |
Самоконтроль |
13 |
|
|
|
|
|
23 |
Рубежный контроль |
13 |
|
|
|
|
|
24 |
Лекция 7. Кинематика зубчатого зацепления |
14 |
|
|
|
|
|
25 |
Готовность курсовой работы к защите |
14 |
|
|
|
|
|
26 |
Самоконтроль |
15 |
|
|
|
|
|
27 |
Рубежный контроль |
15 |
|
|
|
|
|
28 |
Лекция 8. Кулачковые механизмы |
16 |
|
|
|
|
|
29 |
Защита курсовой работы |
16-17 |
|
|
|
|
|
30 |
Самоконтроль |
17 |
|
|
|
|
|
31 |
Рубежный контроль |
17 |
|
|
|
|
|
32 |
Итоговый контроль |
18-19 |
|
|
|
|
5
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КУРС
Лекция 1. Основные понятия и определения
Теория механизмов и машин (ТММ) – наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин (анализ) и проектирования их схем (синтез). Излагаемые в ТММ методы являются общими и не зависят от целевого назначения механизмов и машин.
Механизм – это система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других тел относительно одного из них, принятого неподвижным.
Рассмотрим в качестве примера кривошипно-ползунный механизм (рис. 2.1), который лежит в основе двигателей внутреннего сгорания, поршневых компрессоров и насосов, ковочных машин и прессов и т.д. Не смотря на специфические требования, они все имеют одинаковые зависимости, описывающие их структуру, геометрию, кинематику и динамику, что и является предметом изучения курса ТММ.
1 А
S2 |
2 |
1 |
3 |
|
В |
О ω1 
0
Р и с. 2.1. Пример плоского механизма с низшими парами: 0, 1, 2, 3 –
звенья механизма; О, А, В – кинематические пары; 1 – угловая координата
кривошипа; 1 – угловая скорость
Машина – устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.
Машины разделяются на следующие виды:
Двигатель –- преобразующий один вид энергии в другой, например, двигатель внутреннего сгорания (ДВС);
Рабочая машина – потребляющая энергию извне и совершающая полезную работу. Например, станки, прессы, насосы, конвейеры, качалки и др.
6
В качестве исполнительного механизма рабочей машины часто используют рычажные механизмы.
Машинным агрегатом называют объединение двигателя и рабочей машины. В качестве передаточного механизма используют фрикционные, цепные и зубчатые передачи.
Структурный анализ механизмов
Основными элементами механизма являются звенья и кинематические пары.
Звеном называется одно или несколько жестко соединенных твердых тел, входящих в состав механизма. Основные типы звеньев механизмов представлены в приложении 1. Звенья разделяются на входные и выходные.
Входное звено – звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев.
Выходное звено – звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Звенья могут быть упругими (пружины, мембраны), гибкими (ремни, цепи, канаты), жидкими и газообразными (масло, вода, воздух).
Кинематической парой называется подвижное соединение двух звеньев. Звенья пары могут соприкасаться по поверхностям, линиям и точкам. В зависимости то этого пары называются высшими и низшими (касание по поверхности). Существование пар обеспечивается условиями замыкания, сохраняющими постоянство контактов звеньев. Замыкание бывает геометрическим (обычно низшие пары) и силовым. Различают пары плоские, когда относительное движение звеньев происходит в параллельных плоскостях, и пространственные.
Основные виды механизмов – это рычажные, зубчатые и кулачковые. Рычажный механизм – это механизм, звенья которого образуют только
вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары. Зубчатый механизм (зубчатая передача) – передаточный механизм, в
котором подвижными звеньями являются зубчатые колеса, образующие со стойкой или водилом вращательные или поступательные пары.
Кулачковый механизм – механизм, в состав которого входит кулачок. Кулачок имеет рабочую поверхность переменной кривизны и образует с взаимодействующим с ним звеном высшую пару.
Кинематической цепью называют связанную систему звеньев, образующую кинематические пары. Открытая цепь имеет звенья, входящие в
7
одну кинематическую пару (рис. 2.2). В замкнутой цепи звенья входят не менее чем в две пары.
Механизм представляет собой частный вид кинематической цепи, у которой одно звено обращено в стойку, а движение выходных звеньев определяется заданным движением входных (исключение для манипуляторов).
|
Механизмы бывают различных видов: |
|
|
|
пространственные и плоские; |
О |
|
рычажные, когда звенья образуют |
лишь низшие пары; |
||
шарнирные, когда имеются лишь вра-
1 |
щательные пары. |
|
Кинематические цепи разделяют на классы в |
2 |
А |
зависимости от числа условий связи, нала- |
|
|
гаемых на относительное движение двух |
Взвеньев. Тело в пространстве имеет шесть
3 |
степеней свободы. Если обозначить число |
|
|
||
|
связей налагаемых кинематической парой че- |
|
|
рез U, то |
|
Р и с. 2.2. Механизм |
W = 6 – U, |
(2.1) |
манипулятора |
где W – относительное число степеней двух |
|
|
звеньев. |
|
Кинематические пары обозначаются как Р1, Р2, …, Р5, т.е. пары 1, 2, …, 5 классов. Примеры различных кинематических пар представлены в табли-
це 1.2.
На плоскости существуют только пары 4 и 5 классов, причем па-
ры 5 класса являются низшими, т.е. касание звеньев происходит по поверхности. Это могут быть вращательные и поступатель-
ные пары.
Степень свободы пространственных кинематических цепей подсчитывается по формуле Малышева
5 |
|
W = 6 n – 5 p5 – 4 p4 – 3 p3 – 2 p2 - p1 = 6 n - i Pi , |
(2.2) |
i 1
где n – число подвижных звеньев.
Степень подвижности плоской кинематической цепи подсчитывается по формуле Чебышева
5 |
|
W = 3 n – 2 p5 – p4 = 3 n - (i-3)Pi . |
(2.3) |
i 4
8
Каждая низшая пара рнп накладывает два условия связи, а высшая рвп одно. Формула (2.3) верна лишь для статически определимых систем.
Согласно формуле Чебышева, плоский кривошипно-ползунный механизм (см. рис. 2.1) имеет степень подвижности W = 1. За счет погрешностей при изготовлении и сборки возможны натяги в кинематических парах и деформации звеньев, т.е. возникают избыточные контурные связи q, число которых можно определить, если рассматривать механизм как пространственный
q = W – 6n + 5p5 = 1 - 6 3 + 5 4 = 3
Для исключения этих трех избыточных связей следует применять более подвижные цилиндрические и сферические кинематические пары. Например, если пару в т. А представить как цилиндрическую, а в т. В как сферическую, то q = 1 - 6 3 + 5 4 + 3 1 = 0, и механизм становится статически определимым.
Таблица 2.1
Классификация кинематических пар
Наимено- |
Класс |
Под- |
|
Условные |
вание па- |
пары |
виж- |
Схема пары |
обозначения |
ры |
|
ность |
|
|
|
|
|
n |
1 |
Точечная |
1 |
5 |
|
|
t n t |
2 |
|||
|
|
|
|
1 |
Линейная |
2 |
4 |
|
2 |
|
|
|
|
|
Плоская |
3 |
3 |
|
1 |
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Сфериче- |
3 |
3 |
|
2 |
ская |
|
|||
|
|
|
|
9