Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Опытное определение параметров реальных механизмов и машин

Методические указания к лабораторным работам по ТММ

Омск

Издательство ОмГТУ

2010

Составитель И. Л. Рязанцева, доцент, канд. техн. наук

Методические указания к выполнению лабораторных работ по ТММ предназначены для студентов механических специальностей (130501, 140401, 150202, 150801, 151002, 190202) и направлений бакалаврской подготовки (150400.62, 160100.62) всех форм обучения. Тематика лабораторных работ соответствует содержанию государственных образовательных стандартов (ГОС) и рабочих программ этих специальностей и направлений подготовки.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского госу­дар­ственного технического университета

© ГОУ ВПО «Омский государственный

технический университет», 2010

Предисловие

В теоретическом курсе дисциплины «Теория механизмов и машин» (ТММ) рассматриваются общие методы анализа и синтеза механизмов, закладываются научные основы построения современных машин, изучаются методы их теоретического и экспериментального исследования.

Лабораторные работы по ТММ нацелены на закрепление теоретических знаний, получаемых студентами в ходе изучения дисциплины, приобретение некоторых навыков экспериментальных исследований, получение представлений о технике и методах их проведения.

В методических указаниях приведен только тот минимум лабораторных работ, который проводится в настоящее время по ТММ в Омском государственном техническом университете со студентами механических специальностей и направлений бакалаврской подготовки. Этот минимум обусловлен учебными планами специальностей и направлений подготовки.

Лабораторные работы охватывают следующие разделы дисциплины: структурный анализ плоских рычажных механизмов; кинематический анализ рычажных механизмов; геометрия и методы изготовления эвольвентных прямозубых колес; уравновешивание вращающихся звеньев (роторов); определение коэффициента полезного действия механизма.

По каждой лабораторной работе дано краткое изложение теории вопроса, приведено описание конструкции лабораторной установки, содержатся методики проведения работы и обработки результатов натурного исследования.

Лабораторная работа № 1 структурный анализ механизма

Цель работы: по модели механизма, смонтированной на планшете, вычертить в масштабе его кинематическую схему, измерить и нанести кинематические размеры, выполнить структурный анализ.

Механизм – кинематическая цепь с одним неподвижным звеном, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких звеньев в требуемые движения других звеньев.

Для исследования движения звеньев механизма надо знать его структуру: количество и классы кинематических пар; количество подвижных звеньев; кинематические размеры; количество структурных групп (групп Ассура), их класс, порядок, последовательность присоединения к исходному механизму.

Кинематическая схема вычерчивается по смонтированной на планшете модели механизма с использованием стандартных изображений звеньев и кинематических пар, примеры которых приведены на рис. 1.

Кинематические размеры подвижных звеньев – расстояния между центрами шарниров стержневых звеньев. Они измеряются с помощью линейки с точностью до 1 мм. Ползуны не имеют кинематических размеров. Для измерения кинематических размеров стойки следует выбрать систему координат, в ней измерить координаты неподвижных шарниров и размеры, определяющие положение неподвижных направляющих.

Рис. 1. Условные изображения кинематических пар 5 класса:

а, в, г – вращательных; б – поступательных

Чтобы разобраться в строении механизма, надо по формуле П.Л. Чебышева [1, 2] вычислить подвижность механизма:

,

где n – количество подвижных звеньев; P₅, P₄ – количество кинематических пар пятого и четвертого классов соответственно.

Подвижность определяет количество ведущих звеньев.

Далее вычерчивается структурная схема механизма (рис. 2), на которой звенья изображаются простыми геометрическими фигурами, а все кинематические пары 5-го класса – как простые шарниры. Если звено входит в две кинематические пары (т.е. соединяется с двумя звеньями), то его изображают отрезком прямой, в три кинематические пары – треугольником, в четыре кинематические пары – четырехугольником. Причем положение и размеры этих фигур на кинематической схеме выбираются произвольно.

Рис. 2. Структурная схема механизма

На структурной схеме выделяются исходный механизм, состоящий из стойки и ведущих звеньев, и структурные группы. Структурная группа (группа Ассура) – простейшая кинематическая цепь, число звеньев и кинематических пар в которой связаны соотношением

или .

Надо стремиться сначала выделить группы II класса как более простые (рис. 3а). Если это не удается, то следует пытаться выделить группы более высоких классов – III (рис. 3б, в), IV (рис. 3г).

Во всех случаях надо помнить следующее.

Стойка образует с ведущим звеном (или звеньями) исходный механизм и не может входить в структурную группу.

Каждое звено может входить только в одну структурную группу.

После выделения очередной структурной группы все элементы ее кинематических пар должны быть присоединены к исходному механизму или предыдущим структурным группам, т.е. должна получиться замкнутая кинематическая цепь. Если это условие не выполняется, то выбранная группа звеньев не является структурной группой.

Рис. 3. Некоторые виды структурных групп: а – II класса, 2 порядка;

б – III класса, 3 порядка;­­ в – III класса, 4 порядка; г – IV класса, 2 порядка

На заключительном этапе составляется формула строения механизма. Члены этой формулы представляют собой дроби, в числителе которых указываются номера звеньев, входящих в исходный механизм или структурную группу, а в знаменателе – их класс и порядок. Исходный механизм всегда имеет первый класс. Направление передачи движения от исходного механизма к структурным группам или от одной структурной группы к другой в формуле строения обозначается стрелкой. Формула строения механизма, структурная схема которого приведена на рис. 2, имеет вид

В соответствии с формулой строения механизм является механизмом третьего класса. Класс механизма определяется классом наиболее сложной структурной группы.