- •Материал для теоретического изучения дисциплины. Тема 1. «вводная лекция»
- •1.1.Содержание и задачи курса.
- •Тема 2. «структурный анализ механизмов»
- •2.1.Звенья и кинематические пары механизмов.
- •2.2.Кинематические цепи. Степень подвижности механизмов
- •Тема 3. «классификация передаточных механизмов»
- •3.1.Шарнирно-рычажные механизмы.
- •3.2.Фрикционные механизмы
- •3.2.1.Общие сведения
- •3.2.2.Упругое скольжение
- •3.2.3.Геометрическое скольжение
- •3.2.4.Кинематика фрикционных механизмов
- •3.2.5. Расчет фрикционных передач
- •3.3.Зубчатые механизмы
- •3.3.1.Общие сведения
- •3.3.2.Параметры цилиндрических прямозубых колес
- •3.3.3.Кинематика многоступенчатых передач с неподвижными осями.
- •3.3.4.Передаточное отношение многоступенчатых передач
- •3.4.Кинематика винтовых механизмов
- •3.5.Механизмы с гибкими звеньями.
- •Тема 4. «основы точности механизмов»
- •4.1. Ошибки механизмов и их деталей
- •4.2. Точность деталей и их соединений
- •4.2.1. Допуски линейных размеров
- •4.2.2. Посадки деталей
- •4.2.3. Шероховатость поверхности
- •4.2.4. Отклонения формы и расположения поверхностей
- •Тема 5. «основы расчетов звеньев механизмов на прочность и жесткость»
- •5.1. Деформации и напряжения. Метод сечений
- •5.2. Простейшие типы деформации стержней
- •5.3. Допущения, принимаемые при расчетах на прочность
- •5.4. Определение деформаций и напряжений при растяжении-сжатии
- •5.5. Определение механических свойств материалов. Диаграмма напряжений
- •5.6. Твердость материалов
- •5.7. Допускаемые напряжения. Условия прочности и жесткости конструкций
- •5.8. Напряжения в наклонных сечениях растянутых стержней
- •5.9. Закон парности касательных напряжений
- •5.10. Деформация сдвига
- •5.10.1. Напряжения и деформации при сдвиге
- •5.10.2. Расчет на сдвиг заклепочных (болтовых) соединений
- •5.11. Геометрические характеристики плоских сечений
- •5.11.1. Статические моменты сечения. Центр масс сечения
- •5.11.2. Моменты инерции сечений
- •5.11.3. Моменты инерции прямоугольника, круга
- •5.12. Кручение стержней с круглым поперечным сечением
- •5.12.1. Понятие о крутящем моменте
- •5.12.2. Определение напряжений при кручении стержней с круглым поперечным сечением
- •5.12.3. Определение деформаций при кручении стержней с круглым поперечным сечением
- •5.13. Изгиб прямолинейного стержня
- •5.13.1. Общие понятия о деформации изгиба
- •5.13.2. Определение опорных реакций изгибаемых стержней
- •5.13.3. Определение внутренних усилий при изгибе. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов
- •5.13.3. Определение деформаций при изгибе
- •5.14. Сложные деформации
- •5.14.1. Понятие о теориях прочности
- •5.14.2. Изгиб с кручением стержней круглого поперечного сечения
- •5.15. Местные напряжения
- •5.15.1. Концентрация напряжений
- •5.15.2. Контактные напряжения
- •5.16. Устойчивость сжатых стержней
- •5.16.1. Устойчивость равновесия сжатого стержня
- •5.16.2. Определение критической силы, задача Эйлера
- •5.17. Прочность при циклически изменяющихся нагрузках (напряжениях)
- •5.17.1. Понятие об усталости материалов
- •5.17.2. Характеристики усталостной прочности материалов. Предел выносливости
- •5.17.3. Влияние коэффициента асимметрии цикла на усталостную прочность. Диаграмма предельных циклов напряжений
- •5.17.4. Факторы, влияющие на предел выносливости
- •Тема 6. «Конструкционные материалы»
- •6.1. Требования к конструкционным материалам
- •6.2. Черные металлы
- •6.2.1. Чугуны
- •6.2.2. Стали
- •6.3. Цветные металлы и сплавы
- •6.3.1. Медь и ее сплавы
- •6.3.2. Алюминий и его сплавы
- •6.4. Пластмассы
- •6.5. Виды термической и химико-термической обработки стали
- •Тема 7. «Типовые Соединения деталей»
- •7.1. Разъемные соединения
- •7.1.1. Резьбовые соединения
- •7.1.2. Штифтовые соединения
- •7.1.3. Шпоночные соединения
- •7.1.4. Шлицевые соединения
- •7.1.5. Профильные соединения
- •7.2. Неразъемные соединения
- •7.2.1. Сварные соединения
- •7.2.2. Соединения пайкой
- •7.2.3. Заклепочные соединения
- •7.2.4. Клеевые соединения
- •7.2.5. Соединения заформовкой и запрессовкой
- •Тема 8. «Валы и оси»
- •8.1. Назначение, конструкции и материалы валов и осей
- •8.2. Расчет валов и осей
- •Тема 9. «опоры»
- •9.1. Подшипники скольжения
- •9.2. Подшипники качения
- •9.2.1. Классификация и устройство подшипников
- •9.2.2. Выбор подшипников качения
- •9.2.3. Посадки подшипников. Конструкции подшипниковых узлов
- •9.3. Специальные опоры
- •Тема 10. «Упругие элементы»
- •10.1. Назначение, классификация, основные свойства и материалы упругих элементов
- •10.2. Винтовые пружины
- •10.3. Плоские пружины
- •10.4. Мембраны, сильфоны и трубчатые пружины
- •10.5. Амортизаторы
- •Тема 11. «корпуса и несущие конструкции»
- •11.1. Корпуса
- •11.2. Несущие конструкции
- •Тема 12. «Муфты»
- •12.1. Назначение и классификация
- •12.2. Постоянные муфты
- •12.3. Управляемые муфты
- •12.4. Самоуправляемые муфты
- •Тема 13. «Зубчатые механизмы».
- •1 3.1. Параметры цилиндрических косозубых колес
- •13.2. Конструкции и материалы зубчатых колес
- •13.3. Конические зубчатые передачи
- •13.4. Червячные передачи
Материал для теоретического изучения дисциплины. Тема 1. «вводная лекция»
1.1.Содержание и задачи курса.
Цель курса «Техническая механика» – ознакомить студентов немашиностроительных специальностей с классическими видами механизмов и их возможностями по преобразованию и получению требуемых перемещений, общими методами оценки параметров движения без учета и с учетом сил, действующих на звенья механизмов, требованиями к точности и прочности составляющих механизмов, с конструкционными материалами и их свойствами; типовыми соединениями деталей, деталями и узлами механизмов; с геометрическими, точностными и прочностными расчетами отдельных передаточных механизмов.
Термины и условные обозначения, применяемые в пособии, даны в соответствии с действующими стандартами и рекомендациями Международной организации по стандартизации (ИСО).
Для замены, облегчения труда человека, повышения его производительности используют машины. Это устройства для обработки, преобразования материалов, энергии и информации с помощью определенных целесообразных механических движений. В технологических машинах изменяются размеры, форма и состояние (твердое, жидкое и др.) обрабатываемых объектов. В транспортных машинах происходит перемещение различных объектов с требуемой скоростью. В энергетических и информационных машинах происходит преобразование соответственно энергии или вводимой информации для контроля, регулирования и управления движением.
Машина выполняет свои функции с помощью определенных механических движений. Носителем этих движений является механизм. Механизмом называют искусственно созданную систему подвижно соединенных тел (звеньев), предназначенную для преобразования заданного движения одного или нескольких из них в требуемое движение остальных. Машина состоит из сочетания механизмов. Механизмы (силовые) могут использоваться и для преобразования сил, действующих на звено (звенья) в требуемые силы.
Тема 2. «структурный анализ механизмов»
2.1.Звенья и кинематические пары механизмов.
Подвижно соединенные между собой части механизма называют звеньями. Звеном может быть одна или несколько неподвижно соединенных между собой деталей.
В состав любого механизма входят как неподвижное звено (стойка), так и подвижные звенья. К стойке относят элементы неподвижной системы механизма, например, корпус и детали, жестко связанные с ним. Подвижное звено, независимо от количества входящих в него деталей, образует жесткую систему, для которой характерен одинаковый вид движения.
В механизме различают звенья ведущие, которые получают движение от внешних источников энергии, и ведомые – все остальные подвижные звенья, получающие определенное движение от ведущих звеньев. Закон движения ведущих звеньев обычно задан. Движение ведомых звеньев исследуется по отношению к неподвижной системе жестко связанных тел, к стойке. В принтере, например, к стойке следует отнести корпус печатающего устройства, все детали и платы, жестко связанные с ним. Ведомое звено, совершающее требуемое движение, которое получают с помощью механизма, называют рабочим.
Звенья механизмов могут обладать различными физическими свойствами. Наряду с абсолютно твердыми звеньями, в механизмах используются упругие и гибкие звенья, характеризующиеся возможностью изменения своей формы, размеров. В качестве упругих звеньев применяют различного вида пружины, мембраны, металлорезиновые соединения. К гибким звеньям относятся ремни, ленты, пассики, нерастяжимые нити и т.д.
При изучении движения механизма звенья изображают упрощенно без учета многих особенностей конструкции (ГОСТ 2.770-74). Так, на рис. 2.1, а изображены звенья типа вала, стержня, ползуна. Для указания неподвижности любого звена часть его контура покрывают штриховкой (рис. 2.1, б). Неподвижное соединение частей звена и неподвижное соединение детали с валом показано соответственно на рис. 2.1, в и рис. 2.1, г.
а
б в
г
а б
в г
Рис. 2.1
Основными признаками механизма являются подвижность звеньев и определенность в преобразовании их движений.
Подвижные звенья входят в соединение между собой или с неподвижным звеном так, что имеется возможность движения одного звена относительно другого. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой.
Поверхности, линии, точки, по которым одно звено соприкасается с другим, образуя кинематическую пару, называют элементами пары.
Кинематические пары накладывают на относительные движения звеньев ограничения, зависящие от способа соединения звеньев пары. Известно, что всякое свободное твердое тело имеет 6 степеней свободы, которые можно представить в виде простейших движений: три вращения вокруг координатных осей и три поступательных перемещения вдоль этих осей (рис. 2.2, а). Присоединением звеньев механизма друг к другу ограничиваются некоторые из указанных движений. Ограничения, накладываемые на относительные движения звеньев, входящих в кинематическую пару, называются условиями связи в кинематических парах. Очевидно, что число ограничений может быть только целым и должно быть меньше шести, так как в противном случае звенья теряют относительную подвижность и кинематическая пара переходит в неподвижное соединение звеньев. Число условий связи не может быть меньше единицы, ибо в этом случае звенья не соприкасаются и кинематическая пара перестает существовать.
Для удобства анализа структуры механизмов кинематические пары классифицируют по различным признакам.
В зависимости от числа отнятых кинематической парой независимых возможных перемещений звеньев, т.е. от числа отнятых степеней свободы, пары делятся на пять классов; порядок класса соответствует числу ограничений движения. На рис. 2.2, б, в показаны соответственно пары 3-го и 4-го классов, а на рис. 2.2, г, д, е изображены пары 5-го класса (поступательная, вращательная, винтовая). Кинематические пары 5-го класса имеют наибольшее распространение, поскольку они являются основой направляющих поступательного и вращательного движений.
По характеру относительного движения звеньев кинематические пары делят на плоские и пространственные. Точки звеньев, входящих в плоские пары, могут двигаться в одной или параллельных плоскостях. К плоским кинематическим парам относятся пары только 5-го и 4-го классов, так как свободное тело, совершающее плоское движение, имеет только три степени свободы, три возможные простейшие движения: два поступательных вдоль координатных осей плоскости и вращательное – в плоскости движения. Точки звеньев пространственных пар при движении описывают пространственные кривые.
а
б
в
г
д
е
Рис. 2.2
в
г
д
е
а
Рис. 2.3
б
По характеру соприкосновения звеньев в кинематической паре последние делят на низшие и высшие. Низшими называют такие пары, в которых соприкосновение звеньев между собой происходит по поверхности (рис. 2.3). В высших кинематических парах соприкосновение звеньев происходит по линии или в точке. Преимуществом высших пар является возможность воспроизводить достаточно сложные относительные движения, меньшие потери на трение. Достоинством низших пар является способность их элементов воспринимать и передавать значительные нагрузки при меньшем износе. Высшие пары образуются боковыми поверхностями зубьев колес, находящихся в зацеплении, роликами фрикционных передач, кулачком и толкателем. В плоских механизмах высшая пара относится к четвертому классу, ее называют парой качения со скольжением.
По способам замыкания, т.е. обеспечения постоянного соприкосновения элементов, кинематические пары классифицируют на геометрически незамкнутые (силовые) и замкнутые. В первых – пара существует за счет прижатия одного звена к другому силами тяжести, упругости пружин, электромагнитного притяжения. В геометрически замкнутых парах соприкосновение звеньев обеспечивается геометрическими формами элементов (рис. 2.3, б–е).