Теория механизмов и машин

Выписка из ГОС ВПО по направлению подготовки дипломированного специалиста - специальности 110301.65 –
«Механизация сельского хозяйства» и специальности 110304.65 «Технология обслуживания и ремонта машин в
агропромышленном комплексе».
ОПД.Ф.02.02
Теория механизмов и машин
140
Основные понятия теории механизмов и машин; основные виды механизмов;
структурный анализ и синтез механизмов; кинематический анализ и синтез
механизмов; кинетостатический анализ механизмов; динамический анализ и
синтез механизмов; колебания в механизмах; линейные уравнения в механизмах;
нелинейные уравнения движения в механизмах; колебания в рычажных и
кулачковых механизмах; вибрационные транспортеры; вибрация; динамическое
гашение колебаний; динамика приводов; электропривод механизмов;
гидропривод механизмов; пневмопривод механизмов, выбор типа приводов,
синтез рычажных механизмов; методы оптимизации в синтезе механизмов с
применением ЭВМ; синтез механизмов по методу приближения функций; синтез
передаточных механизмов; синтез по положениям звеньев; синтез направляющих
механизмов
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСА
ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ:
1. Изучение общих принципов построения механизмов, анализа и синтеза механизмов и машин.
Требования к уровню освоения разделов дисциплины.
Студент должен:
знать:
- основные виды механизмов, их кинематические и динамические характеристики;
- принцип работы отдельных механизмов и их взаимодействие в машине;
- общие теоретические основы анализа и синтеза механизмов и машин;
- основы возникновения колебаний и вибраций в механизмах и методы гашения колебаний;
уметь:
- находить оптимальные параметры отдельных механизмов по заданным кинематическим и динамическим
свойствам;
- производить расчѐт для обоснования подбора двигателя к рабочей машине;
- рассчитывать энергетический баланс;
- осуществлять регулирование хода машин и их виброзащиту.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНДА ВРЕМЕНИ
Распределение часов по учебному плану
Семестр
Количество часов
Аудиторные занятие
Форма контроля
Самостоятельная
Всего
Лекции
Практические
работа
4
14
14
36
64
Зачет
5
18
18
42
76
КП, Экзамен
ИТОГО:
32
32
78
140
3.1Содержание дисциплины.
№
Раздел дисциплины
Виды занятий
Лекции
1.
Вводные положения
2.
Структура механизмов
3.
Кинематический анализ и
синтез механизмов
Лабораторные
работы
-
Самостоятельная работа
Всего часов
1
Практические
занятия
-
-
1
1
1
2
2
6
4
6
3
17
30
4.
4.1.
5.
Статика и динамика
машин
12
4
3
20
39
2
1
4
10
17
12
6
2
27
47
32
18
14
76
140
Колебания в механизмах
Синтез механизмов
Всего часов:
3.2 Содержание разделов дисциплины.
№
3.2.1.
Тема лекции
Вводные положения
3.2.2.
Структура механизмов
3.2.2.1.
Основные понятия и определения
3.2.2.2.
Структурный анализ и синтез
механизмов
3.2.3
Содержание лекции
Теория механизмов и машин (ТММ) – научная основа создания
новых машин. История развития ТММ. Содержание
дисциплины и еѐ значение для инженерного образования.
Машина, механизм, звено. Кинематическая пара,
кинематическая цель, их классификация.
Определение
подвижных
замкнутых
и
разомкнутых
кинематических цепей. Структурная формула пространственной
кинематической цепи. Прочие механизмы. Образование
механизмов методом наслоения структурных групп Ассура.
Заменяющие механизмы.
1
1
Кинематический анализ
механизмов
3.2.3.1.
1
Методы кинематического
исследования
Кинематические характеристики. Кинематика входных и
выходных звеньев. Передаточные функции.
3.2.3.2.
3.2.3.3.
Объѐм,
часов
1
2
Графические методы определения
кинематических характеристик
плоских механизмов
Аналитические методы
определения кинематических
характеристик стержневых
механизмов
Планы положений. Кинематические диаграммы. Графическое
дифференцирование и интегрирование. Планы скоростей и
ускорений. Анализ кинематических характеристик.
Определение функций и передаточных функций звеньев и точек
замкнутых кинематических цепей методом замкнутых
векторных контуров.
Математический анализ кривошипно - ползунного механизма.
2
3.2.4.
Динамический анализ и синтез
механизмов
3.2.4.1.
Задачи и методы динамики
Силы действующие в машинах, и их классификация.
машин. Кинетостатический анализ кинетическая энергия и работа сил, действующих в машинах.
механизмов
Задачи кинетостатического анализа механизмов. Определение
сил инерции звеньев. Статическая определимость внутренних
сил прочного механизма.
Определение реакций в кинематических парах графическим
методом. Уравновешивающая сила. Приведѐнная сила. Метод
Н.Е. Жуковского.
2
3.2.4.2.
Движение машинного агрегата
под действием заданных сил.
Нелинейные уравнения движения
в механизмах.
3
3.2.4.3.
Колебания в механизмах.
3.2.4.4.
Уравновешивание и виброзащита
машин.
Приведение сил, масс; моментов инерции. Эквивалентные
механизмы. Одномассовая модель машинного агрегата.
Уравнения движения машины. Режимы движения машин.
Установившиеся движения. Неравномерность хода машины при
установившемся движении. Пути снижения неравномерности
движения. Назначения маховиков. Определение момента
инерции маховика методом Н.И. Мерцалова. Расчѐт размеров
маховиков. Регулирование хода машин. Постановка задачи.
Кинетостатика центробежного регулятора. Устойчивость
регулятора. Нечувственность регулятора.
Колебания в рычажных и кулачковых механизмах.
Фрикционные колебания. Вибрация. Безударные вибрационные
транспортѐры. Вибрационные транспортѐры с подбрасыванием
груза.
Статическое и динамическое уравновешивание сил инерции
звеньев. Статическая и динамическая балансировка
вращающихся звеньев. Уравновешивание машин на
фундаменте. Уравновешивание кривошипно-ползунного
1
2
механизма противовесами. Виброуравновешивание машин.
Виброзащита машин. Гасители колебаний.
3.2.4.5.
Трение в механизмах и к.п.д.
машины.
Трение в кинематических парах. Трение в резьбах. Условия
самоторможения. Расчѐт максимального к.п.д. К.п.д. машины.
К.п.д. машинных агрегатов при различных схемах соединений
машин. Учѐт сил трения при расчѐте механизмов.
1
3.2.5.
Синтез основных видов
механизмов
3.2.5.1.
Проектирование кинематических
схем механизмов.
Постановка задач и этапы синтеза. Параметры, основные и
дополнительные условия синтеза. Целевые функции и
ограничения. Методы оптимизации в синтезе механизмов с
применением ЭВМ.
1
3.2.5.2.
Проектирование кинематических
схем механизмов с низкими
кинематическими парами.
Функциональные возможности рычажных механизмов. Условия
существования кривошипа в плоских четырѐхзвенных
механизмах. Синтез механизмов по методу приближения
функции. Синтез по положениям звеньев. Синтез направляющих
механизмов.
1
3.2.5.3.
Проектирование кулачковых
механизмов.
Схема кулачковых механизмов. Выбор закона движения
выходного звена. Силы, действующие в кулачковых
механизмах. Определение угла давления. Определение
основных размеров. Построения профиля кулачка. Определение
радиуса ролика.
2
3.2.5.4.
Проектирование зубчатых
механизмов.
3.2.5.4.1.
Основная теорема зацепления.
Полюс зацепления и центриды звеньев. Нормаль, угла давления.
Скорость скольжения сопряжѐнных профилей. Формирование
поверхностей кинематической пары по Оливье.
1
3.2.5.4.2.
Синтез плоских зубчатых
механизмов.
Виды зубчатых передач. Эвольвента окружности, еѐ свойства и
уравнение. Элементы эвольвентного зубчатого колеса.
Элементы и свойства эвольвентного зацепления. Коэффициенты
перекрытия. Изготовление эвольвентных зубчатых колѐс.
Станочное зацепление. Подрезание зубьев по основанию.
Минимальное число зубьев на колесе. Расчѐт коэффициентов
корреации. Геометрический расчѐт плоского эвольвентного
зацепления. Качественные показатели зубчатой передачи.
3
3.2.5.5.
Синтез многозвенных зубчатых
механизмов.
3.2.5.5.1.
Синтез многозвенных зубчатых
механизмов с неподвижными
осями.
Рядовое зацепление. Ступенчатый ряд, паразитный ряд.
Определение передаточного отношения механизма. Подбор
чисел зубьев.
1
Синтез многозвенных зубчатых Синтез планетарных механизмов. Аналитические и
механизмов с подвижными осями. геометрические методы кинематического анализа. Условия
соосности, соседства, сборки. Подбор числа зубьев методом
сомножителей. Структура и кинематика дифференциалов.
2
3.2.5.5.2.
Приводы механизмов.
3.2.6.
Динамика приводов. Динамическая схема механизмов. Вид
механизмов, соединѐнных последовательно и параллельно.
Электропривод, гидропривод, пневмопривод, механизмов.
Типовые схемы приводов. Характеристики электродвигателей,
насосов. Учѐт сопротивления и потерь в схемах гидропривода,
пневмопривода.
3
Всего часов:
32
4.1. Практические занятия
№
Тема
№
П.З.
Содержание занятий
Объѐм часов,
5 семестр
1
1
Кинематический расчѐт кривошипно-кулисного механизма. Синтез механизмов.
4
2
2
Динамическая модель механизма. Приведение сил и масс. Уравнения движения.
5
Расчет маховика.
3
Силовой расчет быстроходного кривошипно – коромыслового механизма. Рычаг
2
Жуковского Н.Е.
3
4
Расчѐт эвольвентного прямозубого зацепления цилиндрических колѐс. Качество
3
зацепления.
4
5
Расчет сложных зубчатых механизмов.
4
18
4.2. Лабораторные работы
№
Тема
№
Л.Р.
Содержание занятий
Объѐм часов,
4 семестр
1
2
3
4
1
1
Структурный анализ механизмов. Составление структурных и кинематических схем.
2
2
2
Определение к.п.д. винтовых пар. Определение КПД машинных агрегатов для
различных способов соединения.
3
3
3
Образование эвольвентных профилей зубьев методом обкатки. Качественные
показатели зацепления; коэффициент удельных скоростей скольжения; коэффициент
перекрытия.
3
4
4
Статическая и динамическая балансировка роторов.
4
5
5
Анализ и синтез кулачковых механизмов
2
14
4.3. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
На тему: « Проектирование и исследование основных видов механизмов, объединѐнных в систему машины или еѐ
агрегата».
Цель курсового проектирования – развитие навыков самостоятельного решения конкретных инженерных задач,
связанное с исследованиями проектированием машин для специальности: «Автомобили и автомобильное хозяйство».
Задание на курсовой проект является комплексным, предусматривающим проектирование и исследование основных
видов механизмов, объединенных в систему конкретной машины. Студенты получают задание из сборника,
разработанного кафедрой.
Курсовой проект по объѐму состоит из шести разделов на 4 листах чертежей форматом А1 (или на форматах А2; А3;
А4 встроенных в расчетно-пояснительную записку по ходу выполнения) и на 33…45 страницах расчѐтно-пояснительной
записки. Объѐм разделов, и сроки выполнения приведены в таблице 4. При выполнении студент еженедельно получает
консультации руководителя проекта.
Содержание курсовых проектов:
Объем
Наименование разделов
Сроки
Графическая Пояснительная Трудоемкость, выполнения,
часть,
записка,
формат А1
страниц
часов
5 семестр
Выдача задания.
1.Структурный и кинематический анализ рычажного
неделя,
2
1
8…10
6
4
1
8…10
8
6
3.Кинетостатический расчет рычажного механизма.
0,5
4…6
6
10
4.Синтез кулачкового механизма
0,5
7…9
5
15
5.Синтез эвольвентной передачи
0,5
4…6
4
12
6.Синтез и анализ планетарного механизма
0,5
4…5
4
15
6
17…18
40
18
механизма.
2.Динамический анализ и расчет маховика рычажного
механизма.
Оформление и защита проекта.
Всего:
4
35…46
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
Основная литература
1.
Теория механизмов и механика машин: / Под ред. К.В. Фролова. - 5-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2005.-496 с.:
ил
2.
Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука. 1990. – 590 с.
3.
Теория механизмов и машин: Учебник для ВТУЗов/ К.В. Фролов, С.А. Попов и др.: Под ред. К.В. Фролова – М.:
Высшая школа 2003-496 c.: ил.
4.
Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. М.: Высш. шк. 1985.-280 с.
5.
Левитский Н.И. Колебания в механизмах. М.: Наука. 1988. – 336 с.
6.
Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по ТММ. М.: Высшая школа, 2003, с
Дополнительная литература:
7. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин.: Учебник для ВТУЗов-4-е изд., переработанное и доп. –М.: Наука.
1988 – 640 с.: ил.
8. Федотов Г.Д. Краткий курс лекций по теории механизмов и машин. Ульяновск, ГСХА, 2008, 63с.
9. Федотов Г.Д., Адакин В.А.Практикум по теории механизмов и машин. УГСХА, 2008,110 с.
10. Федотов Г.Д., Киреева Н.С., Методические указания по изучению дисциплины и выполнению курсового
проекта по ТММ. УГСХА, 2006, с.
11. Федотов Г.Д., Адакин В.А.Задания для курсового проекта по ТММ. Ульяновск, ГСХА, 2008, 52С.
6. Материально – техническое обеспечение дисциплины.
Аудитория для проведения лабораторных и практических занятий (№ 312)
ТММ-35М – установка для динамического уравновешивания ротора.
ТММ-1М – станок балансировочный лабораторный – 2 шт.
ТММ - 41 – приборы для образования профилей эвольвентных зубьев методом обкатки.
Прибор для изготовления бумажных заготовок для колѐс ТММ – 31.
Комплект настольных моделей механизмов.
Плакаты – 40 шт.
Видеофильмы к лабораторным работам – 9: зубчато рычажные механизмы ; зубчатые механизмы приборов;
лабораторные работы по ТММ; синтез расчѐтных механизмов; плоское зацепление и элементы эвольвентной передачи;
статическая балансировка роторов; балансировка гибких роторов; промышленные работы; методы измерения
параметров машин и механизмов.
Телевизор + видеомагнитофон .
Установка для определения КПД винтовых пар.
Комплект профилей кулачков.
Модели сложных зубчатых механизмов.
Модель внешнего зубчатого эвольвентного зацепления.
7. Перечень вопросов к экзамену.
1. Предмет ТММ и его значение для техники.
2. История развития науки о машинах.
3. Основные понятия и определения ТММ: машина, механизм, кинематическая пара, кинематическая цепь.
4. Классификация кинематических пар.
5. Условное изображение кинематических пар и звеньев плоских механизмов.
6. Классификация кинематических цепей.
7. Структурная формула П.Л. Чебышева для оценки степени подвижности плоской кинематической цепи.
8. Замена высших кинематических пар в плоских механизмах.
9. Основной принцип образования рычажных механизмов (общие закономерности).
10. Группы Ассура и их классификация.
11. Местные подвижности и избыточные связи в механизмах.
12. Последовательность структурного анализа и классификация механизмов.
13. Основные задачи и методы кинематического исследования механизмов.
14. Общие положения кинематики плоских механизмов.
15. Определение скоростей и ускорений звеньев групп 2-го класса (1-го, 2-го, 3-го, 4-го и 5-го видов).
16. Основные свойства планов скоростей.
17. Основные свойства планов ускорений.
18. Основные задачи динамики механизмов и машин.
19. Классификация сил, действующих на звенья механизма. Механический к.п.д. машин.
20. Определение сил инерции звеньев механизма.
21. Условия статической определимости плоских кинематических цепей.
22. Принцип кинетостатики при силовом расчете механизмов. Последовательность силового расчета механизма.
23. Общие замечания к силовому расчету механизмов 2-го класса.
24. Силовой расчет групп Ассура 2-го класса (1-го, 2-го, 3-го, 4-го и 5-го видов).
25. Силовой расчет начального звена механизма.
26. Основные задачи и методы исследования движения машин и механизмов.
27. Динамическая модель механизма.
28. Кинетическая энергия механизма с одной степенью подвижности. Приведенная масса и приведенный момент
инерции механизма.
29. Приведенная сила и приведенный момент сил механизма.
30. Две динамические модели приведения механизма.
31. Уравнение движения машины в энергетической форме.
32. Дифференциальное уравнение движения машины.
33. Режимы движения машины. Коэффициент неравномерности хода при неравномерном вращении главного вала
машины.
35. Динамический анализ движения машинного агрегата при установившемся режиме. Причины неравномерности
хода.
36. Назначение маховика и определение его момента инерции.
37. Общие положения об уравновешивании механизмов.
38. Условия "статической" и моментной уравновешенности механизмов.
39. Уравновешивание рычажных механизмов по способу замещающих масс. Условия размещения массы звена по
замещающим точкам.
40. Статическое уравновешивание масс шарнирного четырехзвенника.
41. Статическое уравновешивание масс кривошипно-ползунного механизма.
42. Уравновешивание сил инерции жестких роторов (краткая теория вопроса). Виброзащита машин.
43. Статический и моментный дисбаланс ротора. Условия динамической уравновешенности ротора.
44. Зубчатые механизмы и их классификация.
45. Основные геометрические элементы зубчатого венца, их обозначения и определения. Шаг зацепления.
Модуль зацепления. Делительная окружность.
46. Передаточное отношение зубчатых механизмов. Цилиндрическая зубчатая передача.
47. Многозвенные зубчатые механизмы. Рядовые зубчатые редукторы.
48. Ступенчатые зубчатые механизмы с неподвижными осями колес.
49. Планетарные зубчатые механизмы, их классификация.
50. Основной закон зацепления (теорема Виллиса).
51. Эвольвента круга, ее свойства и уравнения в параметрической форме.
52. Методы изготовления зубчатых колес.
53. Реечный исходный производящий контур, его основные параметры.
54. Станочное зацепление заготовки с реечным инструментом.
55. Проектирование зубчатой передачи эвольвентного зацепления с учетом качественных показателей.
56. Свойства эвольвентного зацепления.
57. Явление подрезания ножки и заострение головки зуба.
58. Кулачковые механизмы, их классификация, достоинства и недостатки.
59.Задачи и методы кинематического исследования плоских кулачковых механизмов.
60. Метод обращения движения (метод инверсии) для определения кинематических характеристик относительного движения
пары звеньев.
61. Удары в кулачковом механизме.
62. Угол давления и его роль в силовом анализе кулачкового механизма.
63. Роликовый толкатель. Условие качения ролика по кулачку и обоснование размера радиуса ролика.
64. Построение планов скоростей кривошипно-ползунных механизмов. Пример.
65. Построение планов ускорений кривошипно-ползунных механизмов. Пример.
66. Построение планов скоростей кулисных механизмов. Пример.
67. Построение планов ускорений кулисных механизмов. Пример.
68. Графическое дифференцирование кинематических диаграмм методом хорд. Расчет масштабов.
69. Графическое интегрирование кинематических диаграмм методом хорд. Расчет масштабов.
70. Угол давления в кулачковом механизме. И его связь с размерами кулачка.
71. Трение в кинематических парах стержневых механизмов.
72. Трение в резьбах. Условие самоторможения.
73. Виды трения. Двойственная природа трения.
74. Законы ускорения толкателя в кулачковых механизмах. Их анализ и характеристика.
75. Построение профиля кулачка при работе с поступательно движущимся роликовым толкателем.
76. Колебание в рычажных и кулачковых механизмах.
77. Вибрация. Вибрационные транспортѐры. Примеры.
78. Пути снижения вибраций и колебаний.
79. Динамика приводов. Выбор типа приводов.
80. Синтез рычажных механизмов по положениям зубьев.
81. Регулирование хода машин.
82. К.П.Д. механизмов при последовательном и параллельном соединениях.
83. Учѐт сил трения при кинетостатическом расчѐте механизмов.
84. Устройство автомобильного дифференциала.
85. Уравновешивание кривошипно-ползунного механизма Д.В.С.
86. Регулирование хода машин. Общая постановка задачи регулирования.
87. Кинетостатика центробежного регулятора.