ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ ПО РЫБОЛОВСТВУ

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технической механики Методические указания

к выполнению курсовой работы

и контрольные задания

по курсу «Теория механизмов и машин»

для студентов инженерных специальностей

МУРМАНСК

2003

Составитель - Прыгунов Александр Иванович, д-р техн. наук, профессор кафедры технической механики Мурманского государственного технического университета

Методические указания рассмотрены и одобрены к изданию кафедрой технической механики 5 февраля 2003 года, протокол № 4

Введение

Методические указания и контрольные задания разработаны для обеспечения учебного процесса по дисциплине «Теория механизмов и машин (ТММ)» инженерных специальностей, в учебные планы которых входит данная дисциплина. Контрольные задания могут быть использованы так же при изучении курса «Механика» в части, касающейся разделов курса, по тематике связанных с ТММ. Они могут быть использованы при подготовке студентов как дневной, так и заочной форм обучения.

Работа состоит из двух частей. Из методических указаний к курсовой работе по «Теории механизмов и машин» для специальностей, по которым такая работа предусмотрена учебными планами, и из контрольных заданий по курсу (разделу) «Теория механизмов и машин», которые могут быть использованы при выполнении контрольных работ и расчётно-графических работ (РГР), если учебными планами предусмотрены такие формы контроля.

Традиционно курс ТММ делится на разделы, связанные с анализом механизмов (структурным, кинематическим и динамическим) и с их синтезом. Вопросы анализа механизмов частично рассматриваются в курсе «Теоретической механики» и, как правило, представлены в тематике курсовых работ и РГР по этому курсу. Поэтому основное внимание в данной работе уделено синтезу механизмов.

Тематика курсовой работы связана с кинематическим синтезом зацеплений на примере кулачкового механизма. В неё включены так же элементы динамического синтеза в связи с постановкой задачи оценки требуемой жёсткости пружины при силовом замыкании в кинематической паре. Тематика контрольных заданий охватывает кинематический и динамический синтез плоских четырёхзвенников, упрощённый кинематический синтез зацепления на примере кулачкового механизма с тарельчатым толкателем и динамический анализ машинного агрегата на примере турбогенератора.

Часть 1. Методические указания к курсовой работе «Синтез кулачкового механизма»

1. Объём и содержание работы

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

Расчетно-пояснительная записка объемом 5 - 7 листов формата А4 содержит:

- титульный лист;

- исходные данные для работы (приложение 1);

- структурную схему механизма;

- расчеты масштабов построений кинематических параметров;

- определение радиуса ролика (тарелки);

- подбор предварительного натяжения и жесткости замыкающей пружины (для механизмов с силовым замыканием);

- расчеты изменения угла давления в зависимости от угла поворота кулачка;

- список использованной литературы.

Графическая часть работы объемом I лист форма­та А2 включает в себя:

- графики зависимости перемещения толкателя S (угла по­ворота коромысла ), аналога скорости , аналога ускорения , угла давления  от угла поворота кулачка с указанием масштабов , получаемых путем вычислений;

- построения для графического определения минимального радиуса кулачка R_min (кроме механизмов с тарельчатым толкателем);

- построение теоретического (центрового) и практического профилей кулачка по методу обращенного движения.

1.2. Последовательность выполнения работы

1.2.1. По заданному закону изменения аналога ускорения от угла поворота кулачка построить графики аналога скорости и перемещения выходного звена в зависимости от угла повороте кулачка. Определить масштабы построений.

1.2.2. Определить основные размеры кулачкового механизма наименьших габаритов, учитывая допускаемый угол давления или условие выпуклости профиля кулачка.

1.2.3. Построить профиль кулачка по заданному закону движения толкателя (коромысла). Для механизмов, выходное звено которых снабжено роликом, предварительно построить центровой профиль кулачка и, определив графически минимальный радиус его кривизны _min, найти радиус ро­лика, для механизмов с тарельчатым толкателем предварительно следует назначить радиус тарелки из условия выпуклости профиля кулачка.

1.2.4. Для двухдисковых, геометрически замкнутых кулачковых механизмов следует сначала построить профиль основного кулачка (по п.п. 1.2.1-1.2.3.). Затем строят профиль замыкающего кулачка так, чтобы расстоя­ние между центрами роликов оставалось постоянным.

1.2.5. Для механизмов с силовым замыканием подобрать жесткость и предвари­тельное натяжение замыкающей пружины.

1.2.6. Построить график изменения угла давления в зависимости от угла поворота кулачка.

1.3. Методические указания к выполнению работы

1.3.1. Метод графического интегрирования подробно изложен, например, в работах [2], § 24; [3],§ 3.4. Графики следует строить по 8-12 точкам в каждой фазе движения. Рекомендуется использовать известные методы построения аналитических кривых синусоид, парабол и др. Положение полюсов графического интегрирования произвольно, однако оно определяет значения масштабов аналогов скорости и ускорения.

Масштаб по оси абсцисс

,

где - углы подъема, верхнего выстоя и опускания, рад; L - длина графика по оси абсцисс, мм.

Масштабы по оси ординат:

; ;

; ;

; ,

где Н₁, Н₂ - расстояния в миллиметрах от полюсов до начала координат при графическом интегрировании ускорения и скорости, соответственно; _max измерено в радианах; в квадратных скобках приведены измеренные длины соответствующих отрезков в миллиметрах.

1.3.2. При определении минимальных размеров кулачка из условия ограничения угла давления (см. [ I ], лекция 23) следует иметь в виду, что для кулачковых механизмов с коромыслом функция l = f , где l - длина коромысла строится на фазе удаления к центру вращения коромысла, если коромысло и кулачок вращаются в одну сторону, и от центра вращения коромысла, если коромысло и кулачок вращаются в разные стороны. Для кулачковых механизмов с роликовым толкателем, при вращении кулачка по направлению часовой стрелки величина на фазе удаления откладывается вправо. Вспомогательная кривая строится в принятом масштабе длин _l . Исходные данные для ее построения можно привести в табличной форме в расчетно-пояснительной записке. Для механизмов с тарельчатым толкателем минимальный радиус кулачка выбирается из условия выпуклости профиля кулачка .

1.3.3. Для кулачковых механизмов с роликовым выходным звеном способом обращения движения строится центровой профиль кулач­ка, а затем определяется допускаемая величина радиуса роли­ка r_p из условий

r_p 0,8_min r_p< 0,4R_min .

Минимальный радиус кривизны _min определяется графически (при­ближенно) как радиус окружности, проходящей через три точки, которые выбираются на участке профиля, где возможно получение минимального значения радиуса кривизны. После определения радиуса ролика строится практический (конструктивный) профиль кулачка как огибающая семейства окружностей радиусом r_p. Для кулачковых механизмов с тарельчатым толкателем профиль кулачка строится как огибающая последовательных положений та­релки толкателя относительно кулачка. При этом точки касания профиля кулачка с тарелкой толкателя должны находиться на расстоянии dS / d от оси движения толкателя, отсюда радиус тарелки следует назначать из условия .

1.3.4. При расчете жёсткости пружин в случае силового замыкания следует исходить из необходимости обеспечения достаточного превышения собственной частоты толкателя (коромысла) ₀ над частотой вращения кулачка _к, являющейся основной частотой вынуждающей силы, чтобы избежать влияния резонанса на кинематику толкателя. В расчётах следует принять _к / ₀  3, где _к = ( n_к / 30), n_к – частота вращения кулачка в об/мин. Жёсткость пружины толкателя может быть найдена из соотношения c_Т = m_Т ₀², где ₀ – собственная частота толкателя, назначенная из условия ₀  3_к; m_Т – масса толкателя, указанная в задании. Жёсткость пружины коромысла может быть найдена из соотношения c_К =(I_К ₀²) / l_п² , где ₀ – собственная частота коромысла, назначенная из условия ₀  3_к; I_К – момент инерции коромысла, указанный в задании; l_п – плечо действия силы упругости пружины, заданное структурной схемой механизма. Силу предварительного натяжения пру­жины следует принять равной наибольшей силе инерции действующей на толкатель (коромысло) в процессе его движения к кулачку.

1.3.5. Расчетно-пояснительная записка и лист графики оформляются в соответствии с требованиями ЕСКД со штампом и рамкой. Обозначение ВЗФ-3.01.08.00.ПЗ означает 3-й курс ВЗФ, 1-е задание, 8-й вариант, пояснительная записка. Шифр документации для листа графики в этом случае должен быть ВЗФ-3.01.08.01.

1.4. Защита курсовой работы

Курсовая работа предъявляется преподавателю для проверки правильности выполнения, а затем защищается студентом лично. Во время защиты студенту могут быть заданы любые вопросы, связанные с темой курсовой работы. По результатам защиты выставляется оценка.