КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

Программа, методические указания и контрольные задания

для студентов заочной формы обучения

направления 190600.62

Составитель Н. П. Курышкин

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 11 от 29.05.2013

Рекомендованы к печати учебно-

методической комиссией

направления 190600.62

Протокол № 15 от 04.06.2013

Электронная копия находится

в библиотеке КузГТУ

Кемерово 2013

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Курс теории механизмов и машин, рассматривающий общие методы исследования и проектирования механизмов и машин, входит в общетехнический цикл дисциплин, формирующий знания инженеров по конструированию, изготовлению и эксплуатации механизмов и машин.

Большое значение имеет курс для подготовки бакалавров-инженеров, так как знание видов механизмов, их структурных, кинематических и динамических свойств необходимо для понимания принципов работы как отдельных механизмов, так и их взаимодействия в машине.

Теория механизмов и машин является основой для последующего изучения специальных дисциплин, посвящённых проектированию, изготовлению и эксплуатации машин различных отраслей техники.

Курс изучается два семестра. Учебная работа по изучению курса включает усвоение теоретического материала по учебникам, решение задач двух контрольных работ, выполнение курсового проекта, сдачу зачёта и экзамена. При работе с учебником рекомендуется составлять конспект, содержащий основные положения и выводы теории. После изучения соответствующих разделов курса целесообразно разобрать примеры решения типовых задач и самостоятельно решить ряд задач (список литературы см. ниже). Выполненные контрольные работы высылаются на кафедру для рецензирования. Задания на курсовой проект и методические указания по его выполнению выдаются на кафедре дополнительно.

Во время сессии читаются лекции по основным разделам курса и выполняются лабораторные работы. К зачёту и экзамену допускаются студенты, сдавшие и защитившие контрольные работы и выполнившие лабораторные работы.

ПРОГРАММА

Основные понятия теории механизмов и машин. Предмет науки. Определение машины, механизма, звена механизма, кинематической пары. Виды машин, механизмов, звеньев, кинематических пар.

Структурный анализ и синтез механизмов.Число степеней свободы механизма, структурная формула механизма. Избыточные связи в механизмах. Синтез механизмов без избыточных связей. Структурная формула для плоской модели механизма. Группы Ассура. Структурный синтез по Ассуру. Синтез рычажных механизмов по положениям звеньев и по методу приближения функций. Синтез направляющих механизмов. Методы оптимизации в синтезе механизмов с применением ЭВМ.

Кинематический анализ рычажных механизмов.Задачи кинематического анализа механизмов. Определение скоростей и ускорений разложением движения (построением планов скоростей и ускорений) для двухзвенных групп Ассура. Метод векторных контуров. Определение координат. Определение скоростей и ускорений. Метод преобразования координат. Уравнения преобразования координат в пространстве. Матричная форма преобразования.

Кинематический анализ зубчатых механизмов. Классификация. Определение передаточных отношений в механизмах с неподвижными осями колёс – рядовых и ступенчатых. Планетарные механизмы: картина линейных и угловых скоростей; аналитическое определение передаточного отношения. Дифференциалы: графическое и аналитическое определение скорости выходного звена замкнутого дифференциала.

Кинематический анализ и синтез зубчатых зацеплений. Основная теорема зацепления. Плоское зацепление. Центроиды зацепления. Эвольвента окружности и её свойства. Уравнения эвольвенты. Элементы и свойства эвольвентного зацепления. Методы образования зубьев: метод копирования, метод обката. Исходный контур. Модуль. Параметры колеса, образованного производящей рейкой: радиус делительной и основной окружностей; радиус окружности впадин; минимальное число зубьев и минимальное смещение из условия неподрезания ножки зуба; толщина зуба по делительной и произвольной окружности. Параметры зацепления: инволюта угла зацепления; межцентровое расстояние; радиусы окружностей вершин зубьев; коэффициент перекрытия. Блокирующие контуры. Цилиндрические косозубые зацепления: образование эвольвентного зацепления; торцевой и нормальный модуль; коэффициент перекрытия; образование зацепления Новикова. Червячное зацепление: образование зацепления; виды червяков.

Анализ и синтез кулачковых механизмов.Виды кулачковых механизмов и их параметры. Кинематический анализ кулачковых механизмов. Угол давления кулачковых механизмов, определение радиуса начальной окружности кулачка. Профилирование кулачка. Выбор закона движения толкателя кулачкового механизма.

Динамический анализ и синтез механизмов.Силовой расчёт по заданному движению механизма. Определение сил инерции. Обоснование необходимости расчёта по группам Ассура. Расчёт двухзвенных групп. Теорема Жуковского. Проверка силового расчёта с помощью «рычага Жуковского».

Приведение сил и масс. Уравнение движения звена приведения в интегральной и дифференциальной форме. Определение скорости звена приведения по диаграмме Виттенбауэра. Условие установившегося движения. Коэффициент неравномерности движения звена приведения. Анализ факторов, влияющих на неравномерность, определение момента инерции маховика.

Уравновешивание вращающихся звеньев. Балансировка роторов. Статическое замещение масс. Статическое уравновешивание рычажных механизмов.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин. – М.: Альянс, 2008 . – 640 с.

2. Ермак, В. Н. Теория механизмов и машин (краткий курс) [Электронный ресурс]: учеб. пособие / ФГБОУ ВПО "Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева". – Кемерово, 2011. – 164 с. режим доступа:

http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90546&type=utchposob:common

3. Ермак, В. Н. Теория механизмов и машин (курсовое проектирование) [Электронный ресурс]: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по машиностроит. направлениям подготовки / В. Н. Ермак, Н. П. Курышкин; ГОУ ВПО "Кузбас. гос. техн. ун-т". – Кемерово, 2010. – 194 с. режим доступа:

http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90471&type=utchposob:common

Дополнительная литература

1. Левитская, О. Н., Курс теории механизмов и машин / О.Н. Левитская, Н.И. Левитский – Москва.: Высш. шк., 1985. – 279 с.

2. Ермак, В. Н. Практикум по теории механизмов и машин в среде MatLab [Электронный ресурс]: учеб. пособие / ГОУ ВПО "Кузбас. гос. техн. ун-т". – Кемерово, 2009. – 86 с. режим доступа:

http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90392&type=utchposob:common

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Контрольная работа № 1 состоит из трёх задач. В первой задаче проводится структурный анализ и синтез четырёхзвенного рычажного механизма, во второй – аналитически и графически определяется передаточное отношение планетарного зубчатого механизма, в третьей – выполняется графический анализ эвольвентного зацепления.

Вариант задания (схемы механизма) выбирается по последней цифре шифра зачётной книжки студента, а вариант числовых значений определяется предпоследней цифрой шифра.

Задача 1

Определить число избыточных связей рычажного механизма (табл. 1) и устранить их алгебраическим методом. Представить новую схему того же механизма без избыточных связей (в табл. 1 размеры звеньев и центры масс S_i указаны для задач контрольной работы №2). Схему начертить при любом значении угла j₁.

Задача 2

Определить передаточное отношение u_1H планетарного механизма (табл. 2), если заданы числа зубьев всех зубчатых колёс (табл. 3). Результат проверить графически с помощью картины распределения линейных скоростей, считая, что все колёса изготовлены с нулевым смещением. Модуль всех колёс – 5 мм.

Таблица 1

0	1
2	3
	5
6	7
	9

Таблица 2

0	1
2	3
4	5
6	7
8	9

Таблица 3

№ схемы	Обозна- чение	Вариант числовых данных
	z1	15	17	16	19	21	20	24	18	25	17
z2	17	25	18	24	20	21	19	16	17	15
z2¢	14	22	15	21	17	18	16	13	14	12
z3	46	64	49	64	58	59	59	47	56	44
	z1	24	27	22	26	20	28	30	36	34	32
z2	21	19	16	17	15	20	24	18	25	17
z2¢	25	23	20	21	19	24	28	22	29	21
z3	20	23	18	22	16	24	26	32	30	28
	z1	48	50	52	54	40	56	60	46	62	64
z2	18	16	17	19	12	19	16	17	20	21
z2¢	20	19	20	23	15	21	18	20	24	25
z3	50	53	55	58	43	58	62	49	66	68
	z1	59	59	47	56	44	58	64	49	46	64
z2	18	16	13	14	12	17	21	15	14	22
z2¢	21	19	16	17	15	20	24	18	17	25
z3	20	24	18	25	17	21	19	16	15	17
	z1	17	18	20	19	17	15	16	21	24	25
z2	50	54	60	61	58	62	46	64	67	70
z2¢	55	60	65	70	74	72	54	71	78	80
z3	22	24	25	28	33	25	24	28	35	35
	z1	24	16	17	20	17	25	21	15	19	18
z2	40	36	35	42	38	52	45	34	41	38
z2¢	28	20	24	25	22	30	27	21	29	25
z3	44	40	42	47	43	57	51	40	51	45
	z1	40	57	47	40	44	42	43	51	45	51
z2	21	30	25	20	28	24	22	27	25	29
z2¢	34	52	42	36	40	35	38	45	38	41
z3	15	25	20	16	24	17	17	21	18	19
	z1	21	20	23	20	28	14	22	17	25	29
z2	64	59	66	59	69	57	64	56	58	64
z2¢	25	17	24	18	21	20	16	19	15	17
z3	18	22	19	21	20	23	26	20	18	18
	z1	18	26	20	19	18	18	20	23	21	22
z2	15	16	21	24	25	17	19	20	18	17
z2¢	58	64	69	66	64	64	56	57	59	59
z3	25	22	28	23	21	29	17	14	20	20
	z1	17	14	20	21	23	28	22	25	29	20
z2	47	64	56	58	64	64	59	66	59	69
z2¢	20	18	17	22	19	21	16	23	17	22
z3	50	68	53	59	60	57	53	64	47	71

Задача 3

Вариант 0

Достроить картину эвольвентного зацепления двух зубчатых колёс, изготовленных стандартной рейкой без смещения (x₁=x₂=0) (рис. 1):

- построить линию зацепления;

- найти положение полюса зацепления, записать выражение передаточного отношения u₁₂;

- построить начальные, делительные и основные окружности;

- построить угол зацепления и записать его величину.

Рис. 1

Вариант 1

Достроить картину зацепления производящего реечного контура с нарезаемым зубчатым колесом, если задан радиус r_b основной окружности нарезаемого колеса (рис. 2):

- построить линию зацепления;

- найти полюс зацепления;

- построить делительную окружность колеса и начальную прямую рейки;

- определить, какое колесо нарежется: с положительным, с отрицательным или с нулевым смещением.

Рис. 2

Вариант 2

Достроить картину зацепления производящего реечного контура с нарезаемым зубчатым колесом, если задан радиус r делительной окружности (рис. 3):

- найти полюс зацепления и построить начальную прямую рейки;

- построить линию зацепления и основную окружность;

- определить знак коэффициента смещения (x>0, x<0).

Вариант 3

Достроить картину эвольвентного равносмещённого зацепления двух зубчатых колёс (x₁=-x₂), (рис. 1):

- построить линию зацепления;

- найти положение полюса зацепления, записать выражение u₁₂;

- построить начальные, делительные и основные окружности;

- построить угол зацепления и записать его величину.

Вариант 4

Достроить картину зацепления производящего реечного контура с нарезаемым зубчатым колесом, если известно, что коэффициент смещения x=0 (рис. 4):

- найти полюс зацепления;

- построить линию зацепления;

- построить делительную окружность колеса и начальную прямую рейки;

- построить основную окружность нарезаемого колеса.

Рис. 4

Вариант 5

Достроить картину эвольвентного зацепления двух зубчатых колёс, изготовленных с положительным смещением (x₁>0, x₂>0), (рис. 1):

- построить линию зацепления;

- найти положение полюса зацепления, записать выражение u₁₂;

- построить начальные и основные окружности;

- построить угол зацепления и определить, какое из трёх выражений (a_w < 20^o, a_w = 20^o, a_w > 20^o) является правильным для данного зацепления.

Вариант 6

Достроить картину эвольвентного зацепления двух зубчатых колёс, изготовленных с отрицательным смещением (x₁ < 0,

x₂ < 0), (рис. 1):

- построить линию зацепления;

- найти положение полюса зацепления, записать выражение u₁₂;

- построить начальные и основные окружности;

- построить угол зацепления и определить, какое из трёх выраже ний (a_w < 20^o, a_w = 20^o, a_w > 20^o) является правильным для данного зацепления.

Вариант 7

Достроить картину зацепления производящего реечного контура с нарезаемым зубчатым колесом (рис. 5):

- построить линию зацепления и основную окружность;

- найти полюс зацепления, построить начальную прямую рейки и делительную окружность нарезаемого колеса;

-какое из трёх выражений (x > 0, x = 0,

x < 0) является правильным для данного зацепления?

Определить также угловую скорость нарезаемого колеса w, если известна линейная скорость рейки v.

Вариант 8

Достроить картину зацепления производящего реечного контура с нарезаемым зубчатым колесом (рис. 6):

- построить линию зацепления и основную

окружность;

- найти полюс зацепления, построить начальную прямую рейки и делительную окружность нарезаемого колеса;

-какое из трёх выражений (x>0, x=0, x<0) является правильным для данного зацепления?

Определить также угловую скорость нарезаемого колеса w, если известна линейная скорость рейки v.

Вариант 9

Достроить картину зацепления производящего реечного контура с нарезаемым зубчатым колесом (рис. 7), если указанные линейные скорости построены в одном масштабе:

- найти полюс зацепления;

- построить начальную прямую рейки и делительную окружность нарезаемого колеса;

- построить линию зацепления и основную окружность нарезаемого колеса.