Сделай Сам Свою Работу на 5

Классификация кинематических пар

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ

И МАШИН

Учебное пособие

Самара

Самарский государственный технический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра "Механика"

 

Е.К. КИЧАЕВ, А.М. ЛАШМАНОВ,
П.Е. КИЧАЕВ, Л.А. ДОВНАР

 

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ

И МАШИН

Учебное пособие

 

 

Самара

Самарский государственный технический университет

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

 

УДК 621. 01

К 46

 

Кичаев Е.К.

К 46 Теория механизмов и машин: учеб. пособ. 2-е издание, перераб. / Е.К. Кичаев, А.М. Лашманов, П.Е. Кичаев, Л.А. Довнар. – Самара: Самарс. Гос. техн. ун-т, 2012. – 232 с.: ил.

 

ISBN 978-5-7964-1499-6

 

Описаны методы структурного, кинематического и динамического анализа рычажных механизмов. Рассмотрены основные принципы синтеза зубчатых механизмов. Материал изложен с учетом требований и стандартов; представлены как графоаналитические, так и аналитические методы определения параметров механизмов и машин.

Предназначено для студентов технических вузов при решении самостоятельных практических работ и выполнении курсового проекта по теории механизмов и машин. Оно также может быть рекомендовано для студентов дневной и заочной форм обучения по направлениям 130500, 150000, 190000, 200500, 280000 при изучении курса «Теория механизмов и машин».

 

УДК 621. 01

К 46

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, доц. В.А. Дмитриев

 

 

ISBN 978-5-7964-1499-6 © Е.К. Кичаев, А.М. Лашманов,

П.Е. Кичаев, Л.А. Довнар, 2012

© Самарский государственный

технический университет, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие………………………………………………………………..
Введение…………………………………………………………………….
1. Календарный план освоения курса……………………………………..
2. Теоретический курс……………………………………………………...
2.1. Лекция №1. Структурный анализ механизмов…………………
2.2. Лекция №2. Кинематический анализ механизмов……………...
2.3. Лекция №3. Силовой анализ механизмов……………………….
2.4. Лекция №4. Динамический анализ механизма…………………
2.5. Лекция №5. Виброзащита машин. ………………………………
2.6. Лекция №6. Уравновешивание машин………………………….
2.7. Лекция №7. Общие методы синтеза механизмов…………........
2.8. Лекция №8. Проектирование прямозубых цилиндрических зубчатых передач…………………………………...  
2.9. Лекция №9. Проектирование беззазорного зацепления……….
2.10. Лекция №10. Кинематика зубчатого зацепления……………..
2.11. Лекция №11. Разновидности зубчатых зацеплений…………..
2.12. Лекция №12. Проектирование кулачковых механизмов……..
2.13. Лекция №13. Трение в кинематических парах………………..
2.14. Лекция №14. Расчет коэффициента полезного действия…….
2.15. Лекция №15. Изнашивание твердых тел………………………
2.16. Лекция №16. Роботы-манипуляторы…………………………..
2.17. Лекция №17. Кинематика роботов-манипуляторов ………….
2.18. Лекция №18. Основы теории машин-автоматов……………...
3. Курсовой проект……………………………………………………........
3.1. Альбом заданий…………………………………………………...
3.2. Методические указания………………………………………….
3.3. Пример оформления расчетно-пояснительной записки и графической части………………………...  
3.4. Перечень вопросов, выносимых на защиту проекта…………...
4. Оценка знания курса………………………………………………….....
Заключение…………………………………………………….............
Приложения………………………………………………………………...
Библиографический список………………………………………………..

ПРЕДИСЛОВИЕ



Теория механизмов и машин (ТММ) является первой общетехнической дисциплиной. Согласно учебным планам 5 поколения при подготовке бакалавров сокращаются учебные часы на общетехнические дисциплины, что создает затруднение для их успешного освоения. Подобная тенденция коснулась и курса ТММ. Так, например, для машиностроительных направлений односеместровый лекционный курс ТММ составляет 17 аудиторных часов с параллельным выполнением курсового проекта. В худшем положении находятся студенты факультетов дистанционной и заочной форм обучения. Обилие литературы по ТММ, как в теоретическом, так и в практическом аспектах, создает студентам затруднение в ее оптимальном выборе при выполнении самостоятельных контрольных работ, курсовых проектов и при подготовке к экзаменам. Единственным способом облегчения и улучшения качества в освоении предмета являются интерактивные методы обучения, которые требуют создания новых методических продуктов.

Данное пособие является одним из шагов в этом направлении, позволяя студентам в интерактивной форме на примере кривошипно-ползунных механизмов рассмотреть алгоритмы определения их параметров традиционными графоаналитическими и современными аналитическими методами.

Предлагаемое пособие не претендует на полноту изложения курса ТММ и не подменяет классические учебники, а является как бы «Путеводителем» при самостоятельном изучении предмета.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Теория механизмов и машин (ТММ) – наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин (анализ) и проектирования их схем (синтез). Излагаемые в ТММ методы являются общими и не зависят от целевого назначения механизмов и машин.

Механизм – это система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других тел относительно одного из них, принятого неподвижным.

Машина – устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

Машины разделяются на:

а) двигатель – преобразующий один вид энергии в другой, например, двигатель внутреннего сгорания (ДВС);

б) рабочую машину – потребляющую энергию извне и совершающую полезную работу. Например, станки, прессы, насосы, конвейеры, качалки и т.д. В качестве исполнительного механизма рабочей машины часто используют рычажные механизмы.

Машинным агрегатом называют объединение двигателя и рабочей машины.

 

1. КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ОСВОЕНИЯ КУРСА

  № п/п недели
2.1. Лекция №1. Введение. Структурный анализ механизмов. Самоконтроль Рубежный контроль Выдача курсовой работы согласно п. 3.1 2.2. Лекция №2. Кинематический анализ механизмов Самоконтроль Рубежный контроль Готовность 1 листа курсового проекта 2.3. Лекция №3. Силовой анализ механизмов Самоконтроль Рубежный контроль 2.4. Лекция №4. Динамический анализ механизмов Самоконтроль Рубежный контроль Готовность 2 листа курсового проекта 2.5. Лекция №5. Виброзащита машин Самоконтроль Рубежный контроль 2.6. Лекция №6.Уравновешивание машин Самоконтроль Рубежный контроль 2.7. Лекция №7. Общие методы синтеза механизмов Самоконтроль Рубежный контроль Готовность 3 листа курсового проекта 2.8. Лекция №8. Проектирование прямозубых цилиндрических зубчатых передач Самоконтроль Рубежный контроль 2.9. Лекция №9. Проектирование беззазорного зацепления Самоконтроль Рубежный контроль Готовность 4 листа курсового проекта 2.10. Лекция №10. Кинематика зубчатого зацепления Самоконтроль Рубежный контроль 2.11. Лекция №11. Разновидности зубчатых зацеплений Самоконтроль Рубежный контроль 2.12. Лекция №12. Проектирование кулачковых механизмов Самоконтроль Рубежный контроль 2.13. Лекция №13. Трение в кинематических парах Готовность расчетно-пояснительной записки Самоконтроль Рубежный контроль 2.14. Лекция №14. Расчет коэффициента полезного действия Самоконтроль Рубежный контроль 2.15. Лекция №15. Изнашивание твердых тел Готовность курсового проекта к защите Самоконтроль Рубежный контроль 2.16. Лекция №16. Роботы-манипуляторы Самоконтроль Рубежный контроль 2.17. Лекция №17. Кинематика роботов-манипуляторов Защита курсового проекта Самоконтроль 2.18. Лекция №18. Основы теории машин-автоматов Самоконтроль Рубежный контроль Итоговый контроль   17-18

 

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КУРС

2.1. Лекция №1. Структурный анализ механизмов

Рассмотрим в качестве примера кривошипно-ползунный механизм (рис. 2.1), который лежит в основе двигателей внутреннего сгорания поршневых компрессоров и насосов, ковочных машин и прессов и т.д. Несмотря на специфические требования, они все имеют одинаковые зависимости, описывающие их структуру, геометрию, кинематику и динамику, что и является предметом изучения курса ТММ

 
 


 

Р и с . 2.1. Пример плоского механизма с низшими парами

 

Схема машины:

1 – двигатель

2 – передаточный механизм

3 – исполнительный механизм

4 – регулятор

 

В качестве передаточного механизма используют фрикционные, цепные и зубчатые передачи.

Основными элементами механизма являются звенья и кинематические пары. Звеном называется одно или несколько жестко соединенных твердых тел, входящих в состав механизма. Основные типы звеньев механизмов представлены в прил. 1. Звенья разделяются на входные и выходные. Входное звено – звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев. Выходное звено – звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Звенья могут быть упругими (пружины, мембраны), гибкими (ремни, цепи, канаты), жидкими и газообразными (масло, вода, воздух). Кинематической парой называется подвижное соединение двух звеньев. Звенья пары могут соприкасаться по поверхностям, линиям и точкам. В зависимости то этого пары называются высшими (касание по линии или точке) и низшими (касание по поверхности). Существование пар обеспечивается условиями замыкания, сохраняющими постоянство контактов звеньев. Замыкание бывает геометрическим (обычно низшие пары) и силовым. Различают пары плоские, когда относительное движение звеньев происходит в параллельных плоскостях, и пространственные.

Основные виды механизмов – это рычажные, зубчатые и кулачковые. Рычажный механизм – это механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары. Зубчатый механизм (зубчатая передача) – передаточный механизм, в котором подвижными звеньями являются зубчатые колеса, образующие со стойкой или водилом вращательные или поступательные пары. Кулачковый механизм – механизм, в состав которого входит кулачок. Кулачок имеет рабочую поверхность переменной кривизны и образует с взаимодействующим с ним звеном высшую пару.

Кинематической цепью называют связанную систему звеньев, образующую кинематические пары. Открытая цепь – та, в которой имеются звенья, входящие в одну кинематическую пару (рис. 2.2).

Замкнутая цепь – это цепь, у которой все звенья входят не менее чем в две пары. Механизм представляет собой частный вид кинематической цепи, у которой одно звено обращено в стойку, а движение выходных звеньев вполне определяется заданным движением входных (исключение для механизмов манипуляторов). Механизмы бывают пространственные и плоские; рычажные, когда звенья образуют лишь низшие пары; шарнирные, когда имеются лишь вращательные пары. Кинематические цепи разделяют на классы в зависимости от числа условий связи, налагаемых на относительное движение двух звеньев. Тело в пространстве имеет шесть степеней свободы. Если обозначить число связей налагаемых кинематической парой через U, то

W = 6 – U, (2.1)

где W – относительное число степеней свободы двух звеньев.

 

Р и с. 2.2. Механизм манипулятора

 

Кинематические пары обозначаются как Р1, Р2, …, Р5, т.е. пары 1, 2, …, 5 классов. Примеры различных кинематических пар представлены в табл. 1.2.

Степень свободы пространственных кинематических цепей определяется по формуле Малышева (1923):

W = 6 n – 5 p5 – 4 p4 – 3 p3 – 2 p2 - p1 = 6 n - i×Pi, (2.2)

где n – число подвижных звеньев.

Степень подвижности плоской кинематической цепи подсчитывается по формуле Чебышева (1869):

W = 3 n – 2 p5 p4 = 3 n - (i-3)Pi. (2.3)

Примечание: на плоскости существуют только пары 4 и 5 классов, причем пары 5 класса являются низшими, т.е. касание звеньев происходит по поверхности. Это могут быть вращательные и поступательные пары. Каждая низшая пара рнп накладывает два условия связи, а высшая рвп одно.

Формула (2.3) верна лишь для статически определимых систем.

Согласно формуле Чебышева плоский кривошипно-ползунный механизм (рис. 2.1) имеет степень подвижности W = 1. За счет погрешностей при изготовлении и сборке возможны натяги в кинематических парах и деформации звеньев, т.е. возникают избыточные контурные связи q, число которых можно определить, если рассматривать механизм как пространственный. В рассмотренном механизме

q = W – 6n + 5p5 = 1 - 6×3 + 5×4 = 3.

Для исключения этих трех избыточных связей следует применять более подвижные цилиндрические и сферические кинематические пары. Например, если пару в т.А представить как цилиндрическую, а в т.В как сферическую, то q = 1 - 6×3 + 5×2 + 4×1 + 3×1 = 0, и механизм становится статически определимым.

Часто при структурном и кинематическом анализе плоский механизм рассматривают лишь с низшими парами, используя замену высших пар на низшие. Правило следующее: любая высшая кинематическая пара может быть заменена одним дополнительным звеном с двумя низшими парами, причем, длина этого звена равна суммарному радиусу кривизны сопряженных поверхностей высшей пары. Составляя схему нового механизма, конструктор должен в самой начальной стадии проектирования правильно выбрать ее структуру, убедиться в ее работоспособности. Структурный синтез проводится без определения размеров звеньев и базируется на учении о кинематических парах, степенях свободы кинематических цепей.

В 1911 году профессор Л.В. Ассур дал рациональную классификацию плоских механизмов, которая позволила все плоские механизмы разбить на классы, для которых возможны единые методы кинематических и динамических расчетов. Согласно методике Ассура и уточнению И.И. Артоболевского любой механизм может быть получен путем подсоединения к базовым (звено со стойкой) групп Ассура. Основное свойство группы – равенство степени подвижности нулю. Базовые механизмы отнесены к первому классу (турбины, электродвигатели, цилиндр с поршнем…). Согласно формуле (2.3) при Wгр= 0 соотношение звеньев и низших кинематических пар следующее:

n
рнп
Кл.

 

Класс механизма определяется по наиболее высокому классу групп Ассура, входящих в механизм.

Основной прием структурного анализа механизма состоит в том, что от механизма (начиная от выходного звена) отсоединяется простейшая группа Ассура (диада), т.е. два звена и три кинематические пары, после чего оставшаяся часть должна составлять замкнутую кинематическую цепь. В противном случае нужно отсоединять более сложные группы. Операцию повторяют до тех пор, пока не останутся базовые механизмы, а их количество равно степени подвижности механизма. Различные виды групп Ассура и примеры механизмов, получающихся при их присоединении к базовому механизму, представлены в табл. 2.2. Порядком группы является число кинематических пар, которыми группа подсоединяется к механизму.

Таблица 2.1

Классификация кинематических пар

Наименование пары Класс пары Подвижность Схема пары Условные обозначения
Точечная
Линейная  
Плоская

 

Окончание табл. 2.1

Наименование пары Класс пары Подвижность Схема пары Условные обозначения
Сферическая
Цилиндрическая
Винтовая
Поступательная
Вращательная

Таблица 2.2



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.