Теория механизмов и машин

Бакиров Ж.Б., Старостин В.П., Таженова Г.Д., Безкоровайный П.Г.

Методические указания и задания к контрольным работам по дисциплинам «Механика», «Прикладная механика», «Теоретические основы машиноведения» для всех специальностей студентов очной и заочной форм обучения. Караганда: Издательство КарГТУ, 2011, 68с.

В методических указаниях представлены задания, включающие следующие разделы: теория механизмов и машин, детали машин. По каждому заданию приведен пример расчета. Имеется справочная информация в виде таблиц и даны базовые формулы по основным разделам. Разработаны контрольные вопросы для освоения теоретической части соответствующих разделов.

Рецензент – член Редакционно-издательского совета КарГТУ Тутанов С.К.,д.т.н., профессор

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

© Карагандинский государственный технический университет, 2011

Содержание

Введение………………………………………………………….…………………..4

Программа курса……………………………………………………….………….....5

1 Теория механизмов и машин………………………………………….………..…5

2 Детали машин……………………………………………………………………...5

Список использованных источников.……………………………………………..14

Задание 1. Структурный анализ плоских шарнирно- рычажных

шестизвенных механизмов…….………………………………………………….15

Задание 2. Сварные и резьбовые соединения…………………………………….20

Задание 3. Зубчатые, червячные, ременные и цепные передачи………………..36

Задание 4. Передачи винт-гайка, валы, подшипники, шпоночные и

шлицевые соединения…..………………………………………………………….53

Введение

Цель выполнения задания:Дать общие сведения по расчету и конструированию машин, позволяющие квалифицированно эксплуатировать различные технические средства с учетом специфики каждой специальности.

Задачи: Освоить расчеты на прочность простых элементов машин, изучить общие принципы построения механизмов, деталей и их проектирования, ознакомиться с основами стандартизации и взаимозаменяемости.

Содержание:дисциплины «Механика», «Прикладная механика», «Теоретические основы машиноведения» включают в себя основные разделы теоретической механики, теории механизмов и машин, сопротивления материалов и деталей машин.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

- иметь представление об общих методах исследования и проектирования элементов механизмов, являющихся составной частью машин, оборудования и приборов и об основах расчета деталей узлов и машин;

- знать основные виды механизмов, методы их расчета и проектирования;

- понимать принципы работы отдельных механизмов и их взаимодействие в машине;

- уметь выбирать расчетные схемы, проводить расчеты на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций, проектировать механические передачи;

- приобрестипрактические навыки по расчету деталей и узлов механизмов и машин.

В каждом задании представлены 18 схем задач. Обязательной для выполнения является та задача контрольного задания, номер которой соответствует сумме последних двух цифр шифра, и тот вариант этой задачи, который соответствует последней цифре шифра студента (шифром является номер зачетной книжки).

Примеры выполнения и оформления контрольных работ даны в каждом задании.

Желательно выполнение контрольных работ в соответствии с ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам изложены в фирменном стандарте «Правила оформления учебной документации. Общие требования к текстовым документам СМК ФС 1.1 02-2004».

Программа курса

Теория механизмов и машин

Классификация машин и механизмов. Основные понятия и определения в теории механизмов. Структура и классификация кинематических пар и механизмов. Кинематические цепи и их классификация. Структурная формула механизма. Лишние степени свободы и пассивные связи. Замена высших пар низшими в плоских механизмах. Структурная классификация плоских механизмов.

Кинематическое исследование механизмов. Определение положений звеньев механизма и построение траекторий точек. Определение скоростей и ускорений графоаналитическими методами. Кинематические диаграммы и годографы. Кинематическое исследование плоских зубчатых механизмов. Эвольвентное зацепление и его параметры. Кулачковые механизмы.

Кинематический расчёт плоских механизмов. Силы, действующие в механизмах. Определение давлений в кинематических парах.

Контрольные вопросы

1 Какие новые виды машин и автоматов возникли и получают дальнейшее развитие в условиях НТР?

2 Что такое АВМ, ЦВМ, дисплей, АСУ, манипулятор, робот?

3 Приведите определение звена, кинематической пары, кинематической цепи.

4 Назовите основные плоские кинематические пары, объясните деление пар на высшие и низшие, покажите возможные и невозможные движения звеньев пар относительно друг друга. Приведите пример пространственной пары.

5 Какие кинематические цепи, замкнутые или незамкнутые, используют обычно для механизмов? Приведите определение механизма.

6 Объясните физический смысл числовых коэффициентов в структурной формуле. Почему большинство механизмов должно иметь одну степень свободы? Можно ли в механизме с одной степенью свободы изменить положение звеньев, не меняя положения входного звена?

7 Приведите пример пространственного механизма и покажите на нем движение звеньев, отличающее его от плоского механизма.

Детали машин

Критерии работоспособности машин и их деталей. Механические передачи. Зубчатые передачи. Классификация. Основы расчета. Конические и червячные передачи. Классификация. Назначение. Особенности расчета. Валы и оси. Классификация. Расчет.

Подшипники. Классификация. Расчет.

Ременные передачи. Классификация. Область применения. Плоскоременная и клиноременная передача. Особенности расчета.

Разъемные соединения. Резьбовые соединения. Классификация. Область применения. Расчет.

Шпоночные и шлицевые соединения. Классификация. Область применения. Расчет.

Неразъемные соединения. Сварные соединения. Классификация. Область применения. Расчет. Заклепочные соединения.

Контрольные вопросы

1 Какова роль машин в повышении производительности труда?

2 Основные критерии работоспособности деталей машин и их значение.

3 В чем сущность расчетов деталей машин на прочность, жесткость, устойчивость, износостойкость, виброустойчивость и теплостойкость?

4 Каковы методы выбора допускаемых напряжений и запасов прочности в машиностроении и в чем их сущность?

5 Какие факторы влияют на выбор допускаемых напряжений и запасы прочности в машиностроении?

6 Что такое стандартизация? Какое значение она имеет в машиностроении?

7 Какими путями достигают снижение стоимости машин при их проектировании и изготовлении?

8 Какими способами достигают экономичность машины при ее эксплуатации?

9 Каковы основные направления повышения надежности и долговечности деталей машин?

2.1 Соединения

2.1.1 Заклепочные соединения

1 Какие различают заклепки по назначению и по форме их головок? Из какого материала их изготавливают?

2 Какие заклепочные швы различают по назначению и по конструкции?

3 По какому диаметру производится расчет заклепок на прочность? Какой диаметр указывается в спецификации на заказ заклепок?

4 Что учитывается коэффициентом прочности заклепочного шва?

5 Какая существует зависимость между диаметром заклепки и толщиной листа?

6 Как рассчитывают прочные и прочноплотные заклепочные швы?

7 Как выбирают допускаемые напряжения при знакопеременных нагрузках?

2.1.2 Сварные соединения

1 Что называют сварным швом?

2 Какие виды сварки получили распространение в промышленности?

3 Как выполняют электродуговую сварку?

4 Укажите типы сварных швов.

5 Как рассчитывают стыковые сварные швы?

6 Как рассчитывают угловые сварные швы: лобовые, флаговые и комбинированные?

7 Как рассчитывают сварной шов, подверженный действию изгибающего момента?

8 Как рассчитывают сварные соединения, испытывающие действие крутящего момента?

9 Как рассчитывают сварные швы при переменных нагрузках?

10 Как рассчитывают сварные швы соединений, работающих на сложное сопротивление?

11 Каковы преимущества сварных конструкций по сравнению с клепаными, литыми и коваными?

2.1.3 Шпоночные и шлицевые соединения

1 Каково назначение шпонок и какие их типы различают по ГОСТу?

2 Назовите области применения различных типов шпонок?

3 Как определяют размеры шпонок?

4 Как рассчитывают призматические и сегментные шпонки?

5 Что такое шлицевые (зубчатые) соединения и какими преимуществами они обладают по сравнению со шпоночными?

6 Укажите виды шлицевых (зубчатых) соединений и область их применения?

7 Как определяют размеры шлицевых соединений и как их рассчитывают?

8 В каких случаях применяют профильные соединения?

2.1.4 Резьбовые соединения

1 Какие различают типы резьбы по назначению и по геометрической форме и какие из них являются стандартными?

2 Какие существуют виды резьбы по числу заходов и по направлению наклона витков?

3 Почему для болтов применяют треугольную резьбу?

4 Какие различают виды метрической резьбы?

5 Почему метрическая резьба с крупным шагом имеет преимущественное применение?

6 Когда применяют резьбу с мелким шагом? Прямоугольную, трапецеидальную, упорную и круглую резьбы?

7 Какие различают болты и винты по форме головок и какие из них нормализованы ГОСТом?

8 Какие различают болты, винты и шпильки по назначению и по конструкции?

9 Какие гайки, шайбы и гаечные замки различают по конструкции и какие из них нормализованы ГОСТом?

10 Из какого материала выполняют болты, винты, шпильки, гайки, шайбы и гаечные замки?

11 Какие устройства применяют для разгрузки болта от действующей поперечной силы?

12 Когда применяют шпильки и винты вместо болтов?

13 Как рассчитывают болты, винты, шпильки при действии на них статических нагрузок в различных случаях нагружения?

14 Как рассчитывают болт, винт и шпильку при действии на них переменных нагрузок? Высоких температур?

15 Какова методика расчета групп болтов?

16 Как рассчитывают болты клеммовых соединений?

17 Как определяют допускаемые напряжения для болтов, винтов и шпилек при расчете их на прочность?

2.2 Передачи

2.2.1 Зубчатые передачи

1 Каково назначение передач и виды их применения в машинах?

2 Какие различают виды зубчатых передач и где их применяют?

3 Каковы основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами?

4 Почему эвольвентное зацепление имеет преимущественное применение?

5 Какие различают виды зубьев и где их применяют?

6 Что такое модуль зацепления и расчетный модуль зубьев? Какие модули различают для косых, шевронных и криволинейных зубьев?

7 Как определяют начальный и делительный диаметры зубчатого колеса?

8 Как вычисляют диаметры вершин и впадин зубьев?

9 По какому модулю определяют делительные диаметры зубчатых колес с косыми, шевронными и криволинейными зубьями?

10 Что такое коэффициент перекрытия и каково его минимальное значение?

11 Какое минимальное значение числа зубьев допускается для одной пары различных видов зубчатых передач?

12 Какие различают виды передач со смещением и как они осуществляются?

13 Какое минимальное передаточное число допускается для одной пары различных видов зубчатых передач?

14 Какие потери имеются в зубчатой передаче и чему равен ее КПД?

15 Как определяют силы давления на валы со стороны колес в различных видах зубчатых передач?

16 Из какого материала изготовляют зубчатые колеса и их зубья?

17 Какие виды термической и химико – термической обработки зубьев применяют для их упрочнения?

18 Какие степени точности изготовления зубчатых передач имеют преимущественное распространение, и какие из них применяют в передачах общего машиностроения?

19 По каким причинам зубчатые передачи выходят из строя и соответственно по каким напряжениям производится расчет их зубьев на прочность?

20 Как производится расчет зубьев на изгиб? На контактную прочность?

21 По какому модулю зацепления производится расчет на прочность зубьев конических зубчатых колес?

22 По какому зубчатому колесу производится расчет зубьев на контактную прочность и по какому – на изгиб?

23 Как устроены планетарные зубчатые передачи, каковы их достоинства и где их применяют?

24 Что представляет собой волновая зубчатая передача и какими достоинствами она обладает?

25 Что представляет собой зацепление Новикова? Каковы достоинства и недостатки его и где его применяют?

26 Что такое зубчатый редуктор?

27 Какие различают виды зубчатых редукторов по числу пар передачи, по форме колес, по форме зубьев и по расположению валов?

28 Как осуществляется смазка зубьев зубчатых колес?

2.2.2 Червячные передачи

1 Какие различают виды червячных передач?

2 Как устроены и как работают червячные передачи?

3 Чем вызвано широкое распространение червячных передач с архимедовым червяком и какие еще профили червяков применяются?

4 Назовите достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с зубчатыми.

5 Укажите области применения червячных цилиндрических и глобоидных передач.

6 Какая существует зависимость между передаточным числом, числом заходов червяка и числом зубьев червячного колеса?

7 Из каких материалов изготовляют червяки и червячные колеса?

8 Укажите причины выхода из строя червячных передач и критерии их работоспособности.

9 Как определяется КПД червячной передачи и при каких условиях получается ее самоторможение?

10 Назовите основные факторы, влияющие на величину КПД. Укажите случаи, при которых КПД достигает максимальной величины.

11 Как производится расчет зубьев колес червячных цилиндрических передач на контактную прочность?

12 В чем особенности расчета глобоидных передач?

13 Какие силы действуют в червячной передаче и как их определяют?

14 Как производится проверка тела червяка на прочность? То же на жесткость?

15 Каковы способы охлаждения червячных передач? Методика теплового расчета.

16 Как осуществляется смазка червячных передач?

17 Перечислите наиболее употребительные конструкции червячных редукторов с различными схемами исполнения.

2.2.3 Цепные передачи

1 Каковы достоинства и недостатки цепных передач и область их применения?

2 Какие различают виды приводных цепей и какие из них нормализованы ГОСТами?

3 Какие потери мощности имеются в цепной передаче и чему равен ее КПД?

4 Каким образом определяют размеры приводных цепей и как находят диаметры и числа зубьев звездочек?

5 Из какого материала изготавливают звездочки и приводные цепи?

6 Укажите причины, по которым цепные передачи выходят из строя?

7 Изложите методику расчета приводных цепей на прочность и долговечность?

8 Чем вызваны динамические нагрузки в цепных передачах, и как их определить?

9 Как определяют силу давления на вал со стороны звездочки цепной передачи?

10 В чем преимущество зубчатой цепи по сравнению с втулочной и роликовой?

11 Укажите виды смазки цепных передач и условия их применения.

12 Какие основные типы цепных вариаторов нашли применение в промышленности?

2.2.4 Ременные передачи

1 Какие различают виды ремней по форме поперечного сечения?

2 Из каких материалов изготавливают плоские и клиновые ремни?

3 Какие плоские и клиновые ремни нормализованы ГОСТами?

4 Каковы достоинства и недостатки отдельных типов ремней?

5 Где применяют прорезиненные, кожаные, хлопчатобумажные, шерстяные и нейлоновые плоские ремни?

6 Какие различают виды ременных передач и где их применяют?

7 Каковы достоинства и недостатки ременной передачи по сравнению с другими передачами?

8 Как определяют передаточное число ременной передачи с учетом проскальзывания ремня?

9 Как определяют силы натяжения ветвей ремня?

10 Как определяют силу давления на вал со стороны шкива?

11 От чего зависит коэффициент трения между ремнем и шкивом?

12 Как влияет на величину окружного усилия коэффициент трения?

13 Каковы потери мощности в ременной передаче и чему равен ее КПД?

14 Как рассчитывают плоские и клиновые ремни по их тяговой способности?

15 Как рассчитывают ремни на долговечность?

16 Какова методика расчета плоскоременной и клиноременной передачи?

17 Из каких материалов изготавливают шкивы?

18 Для чего у некоторых шкивов плоскоременных передач обод делают выпуклым?

19 Какого поперечного сечения выполняют спицы чугунных и сварных шкивов? Как рассчитывают спицы шкивов?

20 Какие различают виды ременных вариаторов, как они устроены и где их применяют?

2.2.5 Передачи винт – гайка

1 Назовите основные достоинства и недостатки передачи винт – гайка и укажите области применения этой передачи.

2 Из каких материалов изготавливают гайки?

3 Как рассчитывают резьбу и размеры гайки домкрата?

4 Как проверяют резьбу передачи на износостойкость?

5 На какую деформацию и по какой зависимости проверяют длинные винты, подверженные сжимающей нагрузке?

2.3. Детали, обслуживающие вращательное движение

2.3.1 Валы и оси

1 Как устроены оси и валы, для чего они предназначены и из каких материалов их изготавливают?

2 Какая разница между осью и валом?

3 Укажите факторы, влияющие на выбор допускаемого напряжения на изгиб.

4 Какие различают виды валов?

5 Что называют шипом, шейкой и пятой?

6 Какие различают по конструкции шипы, шейки и пяты и где применяют их различные виды?

7 Как рассчитывают оси на прочность?

8 В каких случаях можно рассчитывать валы только на кручение?

9 Как рассчитывают оси и валы на жесткость? На выносливость?

10 Что такое критическое число оборотов вала?

11 Когда необходимо рассчитывать вал на критическое число оборотов?

2.3.2 Подшипники качения

1 Из каких деталей состоят подшипники качения?

2 Из каких материалов изготовляют шарики, ролики, кольца и сепараторы подшипников качения?

3 Каковы достоинства и недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения?

4 Какие различают виды подшипников качения по форме тел качения и по направлению воспринимаемой ими нагрузки?

5 Что представляют собой стандартные размеры серии подшипников качения?

6 Какие различают серии подшипников качения и когда их применяют?

7 Какие различают основные виды шарико- и роликоподшипников по конструкции и где их применяют?

8 Каковы особенности конструкции и работы игольчатых подшипников? Где их применяют?

9 Каковы достоинства и недостатки шарикоподшипников по сравнению с роликоподшипниками?

10 Для чего применяют смазку в подшипниках качения и как она осуществляется?

11 Какие виды уплотняющих устройств применяют в подшипниках качения и где именно?

12 Как рассчитывают подшипники качения на долговечность по динамической грузоподъемности и как их подбирают по ГОСТу?

13 Как определяют динамическую грузоподъемность подшипников качения?

14 Как определяют эквивалентную динамическую нагрузку подшипников качения?

15 Чем ограничиваются предельные скорости вращения подшипников?

16 Как производится монтаж и демонтаж подшипников качения?

17 Где применяют подшипники качения, отдельные детали которых изготовляют из пластмасс?

2.3.3 Муфты

1 Какие различают классы, группы, подгруппы и виды муфт по принципу их действия?

2 На какие виды подразделяют неразъемные муфты?

3 Как устроены втулочная и фланцевая муфты? Где их применяют и как производится их проверочный расчет на прочность?

4 Как устроена и работает зубчатая муфта и как она подбирается по ГОСТу?

5 Как устроены крестовые муфты – кулачководисковая и с плавающим вкладышем? Где их применяют?

6 Какие различают типы шарнирных муфт? Какие из них нормализованы ГОСТом? Как они устроены, как работают и как определяют их размеры?

7 Какие различают виды упругих муфт? Где их применяют и какие нормализованы ГОСТом?

8 Какие различают виды фрикционных муфт? Как они устроены и как они работают?

9 Как рассчитывают дисковые, конусные и многодисковые фрикционные муфты?

10 Как устроены, где применяют и как рассчитывают предохранительные муфты? Обгонные муфты?

11 Укажите принцип работы и области применения гидравлических и электромагнитных муфт.

Список использованной литературы

1 Романов М.Я. Сборник задач по деталям машин. М., Высш. школа, 1984.

2 Ицкович Г.М. Сборник задач по примерам расчета по ДМ. М., 1975.

3 Гузенков П.Г. Краткий справочник к расчетам ДМ. М., Высш. школа, 1987.

4 Черновский Курсовое проектирование по ДМ. М., Машиностроение, 1987.

5 Вереина Л.И. Техническая механика. М., Академия, 2003.

6 Эрдеди А.А. Техническая механика. М., Высш. школа, 2001.

7 Аркуша А.И. Техническая механика. М., Высш. школа, 2003.

8 Аркуша А.И. Руководство к решению задач по теоретической механике. М., 2003.

9 Ицкович Г.М. Руководство к решению задач сопротивлению материалов. М., 1999.

10 Артоболевский И.И. Сборник задач по теории механизмов и машин. М., 1975.

11 Иосилевич Г.Б., Строгонов Г.Б., Маслов Г.С. Прикладная механика: Учебн. для ВУЗов/Под редакцией Г.Б. Иосилевича. – М.:Высш. школа, 1989.

13 Фирменный стандарт. Правила оформления учебной документации. Общие требования к текстовым документам СМК ФС 1.1 02-2004. Караганда.

14 Сапрыкин В.Н. Техническая механика. Ростов на Дону, Харысов, 2003.

15 Мариенко С.И. Прикладная механика. Ростов на Дону, 2006.

16 Джамай В.В. Прикладная механика. М., 2004.

17 Олофинская В.П. Техническая механика. Сборник тестовых заданий. М., 2004.

18 Олофинская В.П. Техническая механика. Курс лекций с вариантами практических и тестовых заданий. М.,2003.

19 Олофинская В.П. Детали машин. Курс лекций с тестовыми заданиями. М., 2006.

Задание 1