Filimonov_KP_TMM

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный технический университет – УПИ» Нижнетагильский технологический институт (филиал) УГТУ-УПИ

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

Методические указания к курсовому проектированию для студентов машиностроительных специальностей всех форм обучения

Нижний Тагил

2008

УДК 621.01

Составители: И.Е. Филимонов, П.А. Прокудин Научный редактор: докт. техн. наук, проф. М.А. Никитин

Теория механизмов и машин [Электронный ресурс] : метод. указания к курсовому проектированию по дисциплине «Теория механизмов и машин» / сост. И.Е. Филимонов, П.А. Прокудин. – Нижний Тагил : НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2008. – 64 с.

В данных методических указаниях приведены требования по содержанию курсового проекта и методика его выполнения. Для каждого раздела курсового проекта приведены примеры выполнения графической и расчетной части.

Указания предназначены для использования студентами всех форм обучения машиностроительных специальностей.

Библиогр.: 5 назв. Табл. 9. Рис. 17.

Подготовлено кафедрой «Прикладная механика».

© И.Е. Филимонов, П.А. Прокудин

2

						ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение												4
1.	Цель курсового проекта											4
2.	Задачи курсового проекта											4
3.	Задание на проектирование											4
4.	Содержание доклада при защите курсового проекта											5
5.	Критерии оценки за курсовой проект											5
6.	Содержание листов курсового проекта											6
7.	Вопросы для подготовки к защите проекта											8
8.	Методические указания для выполнения курсового проекта											10
Библиографический список												63

3

В В Е Д Е Н И Е

Курсовой расчетно-графический проект является необходимой формой индивидуальной самостоятельной работы студентов. Он подводит итог практическому усвоению учебного материала по курсу «Теория механизмов и машин».

1. Цель курсового проекта

Для заданного машинного агрегата провести решение задач синтеза и анализа и расчета типовых механизмов: рычажного, простого зубчатого, планетарного и кулачкового.

2.Задачи курсового проекта

•метрический синтез основного рычажного механизма;

•динамический анализ закона движения основного механизма машины энергетическим методом;

•силовой расчет основного механизма методом кинетостатики;

•синтез цилиндрической эвольвентной зубчатой передачи по качественным показателям (с построением схемы станочного зацепления, построением профиля зуба шестерни методом обкатки и вычерчиванием схемы зацепления колес);

•синтез планетарного зубчатого механизма (подбор чисел зубьев колес) и его кинематический анализ;

•метрический синтез плоского кулачкового механизма по допустимому углу давления с построением профиля методом обращенного движения.

3.Задание на проектирование

Задание на курсовой проект или техническое задание на проектирование содержит следующую информацию: наименование машины, ее назначение и функциональная структура (определены основные типовые механизмы и их связи). Для динамического исследования заданы массы и моменты инерции звеньев механизма, закон изменения внешних сил с указанием экстремальных значений (или условия для определения закона изменения и значений сил), указание режима работы машинного агрегата (если это не очевидно из ее функциональной» назначения), начальная или средняя скорость главного вала машины (вала кривошипа) и его коэффициент неравномерности вращения. Для метрического синтеза механизма даны некоторые размеры звеньев механизма и условия для определения остальных (углы давления в КП, коэффициенты неравномерности средней скорости выходного звена и др.). В некоторых заданиях приведены циклограммы работы основного и вспомогательных механизмов.

4

Кроме того, приводятся следующие данные:

для зубчатой передачи - числа зубьев колес и модуль (возможны варианты - число зубьев одного из колес и передаточное отношение, межосевое расстояние и передаточное отношение), угол наклона линии зуба, параметры исходного контура;

для планетарного механизма - структурная схема механизма, передаточное отношение (возможный вариант – общее передаточное отношение и либо числа зубьев колес зубчатой передачи, либо ее передаточное отношение), число сателлитов;

для кулачкового механизма - структурная схема механизма, типовой закон движения толкателя с указанием фазовых углов (обычно в виде зависимости ускорения или второй передаточной функции от угла поворота кулачка), максимальный ход толкателя, допустимый угол давления. В некоторых заданиях дано: радиус ролика или радиус скругления толкателя, диаметра вала, на котором устанавливается кулачок, эксцентриситет (для толкателя с поступательным движением), межосевое расстояние и длина коромысла (для толкателя с вращательным движением).

4. Содержание доклада при защите курсового проекта:

При защите проекта студент делает краткий доклад, в котором должно быть отражено:

•Цели и задачи курсового проекта в целом, назначение исследуемой машины и ее функциональных основных частей (указать какие типовые механизмы входят в состав машины и какие функции они выполняют).

•По каждому из листов курсового проекта необходимо сформулировать постановку задачи, указать используемый метод ее решения (не путать методы составления уравнений, описывающих расчетную модель, со способом решения этих уравнений), указать результаты решения и дать их анализ.

•В конце доклада сформулировать заключение по работе, в котором отражены результаты синтеза и анализа механизмов машины.

5.Критерии оценки за курсовой проект:

1.Графическая часть проекта:

• Оценка «отлично» выставляется студентам в том случае, если проект выполнен на высоком качественном уровне, в том числе в расчетно-пояснительной записке, с соблюдением всех правил ЕСКД, ГОСТ 2.319-81 «Правила выполнения диаграмм» и ГОСТ 2.703-68 «Правила выполнения кинематических схем», а также рекомендаций РАН по терминологии и обозначениям в курсе «Теории механизмов и машин» ;

5

•Оценка «хорошо» - выполнены вышеуказанные требования, с несущественными погрешностями в качестве графического исполнения;

•Оценка «удовлетворительно» – графическая часть проекта выполнена на минимально допустимом по качеству уровню;

•Графическая часть работы не удовлетворяющая оценке 3 должна быть переделана студентом.

2. Защита проекта:

•Оценка «отлично» выставляется студентам в том случае, если при защите студент успешно отвечает более чем на 80% заданных вопросов, демонстрируя при ответе знание как основной, так и дополнительной литературы по курсу;

•Оценка «хорошо» - если при защите студент успешно отвечает более чем на 60% заданных вопросов, демонстрируя при ответе знание основной литературы по курсу;

•Оценка «удовлетворительно» – если при защите студент успешно отвечает более чем на 50% заданных вопросов, демонстрируя при ответе знание основной литературы по курсу при наводящих вопросах со стороны комиссии.

Защита проекта проводится в утвержденных кафедрой комиссиях, в состав которой обязательно входит преподаватель - руководитель проекта. Форма защиты выбирается членами комиссии (публичная защита с вывешиванием листов проекта, опрос по листам проекта, ответ по билетам и т.д.). Студент, не защитивший проект, допускается к повторной защите не ранее чем через два дня. Третья защита курсового проекта проводится в комиссии расширенного состава.

6. Содержание листов курсового проекта

1 лист. Синтез и анализ зубчатых механизмов

На листе изображаются кинематические схемы зубчатых передач и зацеплений, диаграммы и графики, иллюстрирующие решение задачи синтеза эвольвентной зубчатой передачи и планетарного механизма:

1. Диаграммы качественных показателей pb = f (P1P2 ) (график зон двухпарного зацепления), VS = f (ω1,ω2,P0K) (график скоростей скольжения в зацеплении), λ1,λ2 = f (P0K ) (график коэффициентов удельных скольжений),

построенные по результатам расчета геометрии цилиндрической эвольвентной зубчатой передачи при назначенных значениях коэффициентов смещения X1, X2.

6

2.Схема эвольвентного зацепления для спроектированной зубчатой передачи с указанием основных параметров зубчатых колес и передачи по ГОСТ.

3.Кинематическая схема спроектированного планетарного редуктора.

4.Основные результаты проектирования зубчатой передачи и планетарного механизма привести на листе в таблице.

2 лист. Синтез и анализ кулачкового механизма

На листе изображаются диаграммы, графики и схемы, которые иллюстрируют решение задачи синтеза кулачкового механизма:

1.Вычерчивается исходная диаграмма второй передаточной функции (аналогов ускорения толкателя), а также графики первой передаточной функции (аналогов скорости толкателя) и перемещения толкателя функции угла поворота кулачка.

2.Строится диаграмма зависимости перемещения от первой передаточной функции, вычерчивается область возможных центров вращения кулачка и наносится принятый центр вращения кулачка с указанием выбранного радиуса базовой окружности.

3.Методом обращенного движения строятся теоретический и действительный профили кулачка. Возможно построение профилей по вычисленным в полярных координатах точкам этих профилей.

4.Для проверки правильности построения профилей определяются углы давления, и строитсядиаграммаугладавления.

3 лист. Кинематическийанализрычажного(технологического) механизма

1.На листе изображаются: план механизма в выбранном масштабе для двенадцати положениймеханизма, начинаяотодногоизкрайних.

2.Строятсяпланыскоростей иускоренийдляодногоиздвенадцатиположений(желательно нарабочемходу).

3.Изображаются диаграммы перемещения, скорости и ускорения рабочего звена рычажногомеханизма, вычисленныепопрограммеТММANALYZER.

4.Сравнение результатов кинематических расчетов по планам и компьютерным расчетам изображаютсяввидетаблицы.

4 лист. Силовойанализрычажного(технологического) механизма

1.На перемещение рабочего звена наносится график рабочей нагрузки и определяется величинаинаправлениерабочейнагрузкивкаждомиздвенадцатиположениймеханизма.

2.На листе также изображаются для выбранного положения расчетные схемы групп Ассура

сприложенныминагрузкамиипланысилдляэтихгрупп.

7

3.Для сравнения найденных реакций по плану сил с компьютерными расчетами реакций в кинематических парах, вычисляем их по программе ТММ ANALYZER, на листе изображается таблицасравнения.

4.Дляначальногозвенарабочегомеханизматакжеизображаетсяплансил.

7.Вопросы для подготовки к защите проекта

7.1. Вопросы к 1-му листу

1.Перечислите и дайте определение каждому из вычисленных параметров зубчатого зацепления.

2.Назовите геометрическое место точек контакта сопряженных зубьев.

3.Каково влияние коэффициентов смещения зацепляющихся колес на толщину зубьев, межосевое расстояние, торцевый коэффициент перекрытия.

4.Что такое торцевый коэффициент перекрытия.

5.Почему возникает скольжение в зубчатой передаче. Как определить скорость скольжения.

6.Что такое коэффициент удельного скольжения, и для чего он используется.

7.Изобразите кинематические схемы наиболее распространенных планетарных механизмов.

8.Каковы условия существования планетарных механизмов.

9.Объясните методику подбора чисел зубьев зубчатых колес для планетарных механизмов по заданному передаточному числу.

10.Каковы особенности в косозубом зацеплении колес по сравнению с прямозубым зацеплением.

7. 2. Вопросы ко 2-му листу

1.Каково функциональное назначение кулачковых механизмов в технологических и транспортных машинах.

2.Перечислите основные законы движения толкателя (для аналога ускорения

толкателя) в кулачковом механизме.

3.Что такое аналоги скоростей и аналоги ускорений, каковы их единицы измерения.

4.Назовите фазы движения в кулачковом механизме.

5.По какому критерию определяется радиус базовой окружности кулачка.

6.Какой эффект вносит эксцентриситет толкателя в кулачковом механизме.

7.Как определить радиус ролика на толкателе.

8.Опишите методику определения построения профиля кулачка методом обращенного движения и методом аналитического расчета.

8

9.Каково влияние угла давления на работоспособность механизма. На каком участке цикла работы кулачкового механизма он имеет наименьший КПД.

10.Изобразите основные кинематические схемы кулачковых механизмов.

7.3. Вопросы к 3-му листу

1.Что такое коэффициент изменения средней скорости хода механизма и что им оценивают.

2.Как построить планы скоростей для основных рычажных механизмов: кривошипнокоромыслового, кривошипно-ползунного и кривошипно-кулисного.

3.Как определить угловые скорости и угловые ускорения рычажных звеньев по планам скоростей и ускорений.

4.Где возникает ускорение Кориолиса и как определить его величину и направление.

5.В чем суть метода замкнутых векторных контуров для задач кинематического анализа.

6.Изобразите существующие группы Ассура второго класса.

7.Сформулируйте принцип синтеза плоских рычажных механизмов.

8.Какова связь между аналогами скорости точки и самой скоростью, между аналогом ускорения и самим ускорением.

9.Что такое масштабный коэффициент, где он используется и как с его помощью перейти от изображаемой на плане или графике величине к действительной величине.

10.Сформулируйте и запишите условия существования основных рычажных механизмов.

7.4. Вопросы к 4-му листу

1.Назовите некоторые виды технологических сопротивлений (рабочих нагрузок). Как направлен вектор рабочей нагрузки в пространстве.

2.Как определяются величина и направление силы инерции и момента сил инерции.

3.Что такое рабочий и холостой ходы механизма и как они назначаются для основных рычажных механизмов.

4.Сформулируйте принцип подвижного равновесия в механизмах (принцип Даламбера) и для чего он используется в задачах силового расчета.

5.Запишите уравнения равновесия в векторном виде для диад рычажного механизма в Вашем задании.

6.Когда возникают дополнительные реакции на ползуне и как они определяются.

7.Какие силовые факторы действуют на начальное звено рычажного механизма.

9

8.Как определить усилие в зацеплении зубчатого механизма, установленного между двигателем и рычажным (технологическим) механизмом.

9.Каково влияние неравномерности вращения кривошипа на нагрузки, действующие на звенья (в том числе на кривошип), а также на реакции в кинематических парах.

10.Что представляет собой маховик, где он устанавливается и для чего предназначен.

8.Методические указания для выполнения курсового проекта

1.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭВОЛЬВЕНТНОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ

1.1.ИСХОДНЫЙ И ИСХОДНЫЙ ПРОИЗВОДЯЩИЙ КОНТУРЫ

При изготовлении цилиндрических эвольвентных зубчатых колес по методу обкатки зуборезный инструмент должен иметь параметры, соответствующие теоретическому исходному производящему контуру пли исходному производящему контуру (рис. 1.1, а). Этот контур, как контршаблон, должен заполнять впадины исходного контура заготовки (рис. 1.1, б) с сохранением радиального зазора между линией вершин исходного и линией впадин производящего контура.

На исходном контуре различают делительную прямую 1—1, перпендикулярную к осям симметрии зубьев (на делительной прямой толщина зуба равна ширине впадины). Часть зуба, расположенная между делительной прямой и прямой вершин, называется делительной головкой зуба, а между делительной прямой и прямой впадин — делительной ножкой зуба. Расстояние между двумя одноименными (двумя правыми или левыми) профилями двух соседних зубьев по делительной или другой параллельной ей прямой называется шагом р исходного контура. Линейная величина, в π раз меньшая шага, называется модулем: m = p /π . Параметры исходного контура определяются в долях модуля

(СТ СЭВ 308—76). Высота делительной головки зуба исходного контура ha = ha* m , где — ha* коэффициент высоты головки.

Если взять два исходных контура одного модуля и зубья одного из них ввести во впадины второго, то между прямыми вершин и прямыми впадин останется зазор,

называемый радиальным: C = C* m , где C * — коэффициент радиального зазора.

Угол α между боковой стороной трапеции исходного контура и осью зуба называют углом главного профиля исходного контура.

10