пособие тмм умо

Е.К. КИЧАЕВ, А.М. ЛАШМАНОВ, П.Е. КИЧАЕВ, Л.А. ДОВНАР

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧННОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

Самара 2007

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСИКЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Е.К. КИЧАЕВ, А.М. ЛАШМАНОВ, П.Е. КИЧАЕВ, Л.А. ДОВНАР

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

Самара 2007

2

2.3.Лекция №3. Силовой анализ механизмов…………………………………. 20

2.4.Лекция №4. Динамический анализ механизмов…………………………... 25

2.5.Лекция №5. Виброзащита машин. Уравновешивание……………………. 29

2.6.Лекция №6. Проектирование зубчатых передач…………………………... 34

3.1Альбом заданий………………………………………………………………. 51

3.2Методические указания…………………………………………………….... 62

3.3Пример оформления расчетно-пояснительной записки и графической части…………………………………………………………. 89

3.4Перечень вопросов, выносимых на защиту работы……………………….. 115

4.Оценка знания курса………………………………………………………………... 118 Приложения……………………………………………………………………………. 119

Библиографический список…………………………………………………………… 123

4

ПРЕДИСЛОВИЕ Сложившаяся ситуация в университетах по сокращению часов на общетехни-

ческие дисциплины создает затруднение для успешного освоения студентами изучаемого материала. Подобная тенденция коснулась и курса «Теория механизмов и машин» (ТММ). Так, например, для машиностроительных специальностей

151001, 151002, 151003 и др. односеместровый лекционный курс составляет 17 аудиторных часов с параллельным выполнением 5-ти листового курсового проек-

та. В худшем положении находятся студенты факультетов дистанционного и заочной формы обучения. Обилие литературы по ТММ как в теоретическом так и в практическом аспектах создает студентам затруднение в соответствующем выборе для выполнении самостоятельных контрольных работ, курсовых проектов и при подготовке к экзаменам. Единственным способом облегчения и улучшения качества в освоении предмета является интерактивные методы обучения, которые требуют создания новых методических продуктов.

Данное пособие является одним из шагов в этом направлении, позволяя сту-

дентам в интерактивной форме на примере кривошипно-ползунных механизмов рассмотреть алгоритмы определения их параметров традиционными графоанали-

тическими и современными аналитическими методами.

Предлагаемое пособие не претендует на полноту изложения курса ТММ и не подменяет классические учебники, а является как бы «Путеводителем» при самостоятельном изучении предмета.

5

6

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КУРС

2.1.Лекция №1. Введение

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 ме-

ханизмов 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 компрес-

соров 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.

0

Р и с . 2.1. Пример плоского механизма с низшими парами

Машина – устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

Схема машины:

Машины разделяются на:

Двигатель- преобразующий один вид энергии в другой, например, двигатель внутреннего сгорания (ДВС);

7

Рабочая машина – потребляющая энергию извне и совершающая полезную работу. Например, станки, прессы, насосы, конвейеры, качалки и т.д. В качестве исполнительного механизма рабочей машины часто используют рычажные меха-

низмы.

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, входя-

щих в состав механизма. Основные типы звеньев механизмов представлены в приложении 1. Звенья разделяются на входные и выходные. Входное звено – зве-

но, 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 точ-

кам. В зависимости то этого пары называются высшими и низшими (касание по поверхности). Существование пар обеспечивается условиями замыкания, сохра-

няющими 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. Ры-

чажные механизм – это механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары. Зубчатый ме-

ханизм (зубчатая передача) - передаточный механизм, в котором подвижными звеньями являются зубчатые колеса, образующие со стойкой или водилом враща-

тельные или поступательные пары. Кулачковый механизм – механизм, в состав которого входит кулачок. Кулачок имеет рабочую поверхность переменной кри-

визны и образует с взаимодействующим с ним звеном высшую пару. Кинематической цепью называют связанную систему звеньев, образующую

кинематические пары. Открытая цепь та, в которой имеются звенья, входящие в

8

Кинематические пары обозначаются как Р1, Р2, …, Р5, т.е. пары 1, 2, …, 5 классов. Примеры различных кинематических пар представлены в таблице 1.2.

Степень свободы пространственных кинематических цепей подсчитывается по формуле Малышева (1923г.)

i 1

где n – число подвижных звеньев.

Степень подвижности плоской кинематической цепи подсчитывается по формуле Чебышева (1869г.)

i 4

Примечание: на плоскости существуют только пары 4 и 5 классов, причем пары 5 класса являются низшими, т.е. касание звеньев происходит по поверхности. Это могут быть вращательные и поступательные пары. 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 (рис.2.1) имеет степень подвижности W = 1. За счет погрешностей при изготовле-

нии 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

9

1

1

1

2

10