Н. П. Курышкин Прикладная механика

1

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Курс прикладной механики, рассматривающий общие методы исследования, проектирования и конструирования механических систем, входит в общетехнический цикл дисциплин, формирующий знания инженеров по проектированию, изготовлению и эксплуатации механизмов и машин. Изучая этот курс, студенты знакомятся с общими методами исследования механизмов, с конструкциями, областью применения и расчетом механических передач, соединений, деталей и узлов машин и механизмов общего назначения, получают навыки в расчетноконструкторских работах.

Курс прикладной механики изучают студенты немеханических специальностей. Он является комплексным и включает теорию механизмов и машин и детали машин.

Учебная работа по изучению курса включает усвоение теоретического материала по учебникам, решение задач двух контрольных работ и сдачу зачёта или экзамена. При работе с учебником желательно составлять конспект, в котором записывать 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.

Во время сессии читаются лекции по основным разделам курса и проводятся практические занятия. К зачёту или экзамену допускаются студенты, сдавшие и защитившие контрольные работы.

2.ПРОГРАММА КУРСА

2.1.Теория механизмов и машин

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 звень-

2

ев 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. Плоское зацепление. Основная теорема зацепления. 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

3

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 жёстких роторов. Статическое замещение масс. Статическое уравновешивание рычажных механизмов.

2.2. Детали машин Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин.

Методы расчета на прочность по допускаемым напряжениям и коэффициенту запаса прочности. Понятие о долговечности и надежности.

Соединения. Назначение соединений, применяемых в узлах машин

имеханизмов. Классификация соединений. Разъемные и неразъемные соединения и их краткая характеристика.

Заклепочные соединения. Схема выполнения заклепочного соединения, конструкция, типы и материалы заклепок. Область применения, типы заклепочных швов.

Сварные соединения. Сварка: область применения, достоинства и недостатки сварных соединений. Основные виды сварки, применяемые для соединения деталей и узлов машин и механизмов. Виды сварных соединений и типы сварных швов. Классификация сварных швов по направлению воспринимаемой нагрузки. Расчет на прочность стыковых и угловых швов.

Шпоночные и шлицевые (зубчатые) соединения. Назначение и область применения шпоночных и шлицевых соединений. Конструкции шпонок и шлицев, материалы и допускаемые напряжения. Достоинства

инедостатки, разновидности и расчет шпоночных и шлицевых соединений.

Резьбовые соединения: назначение, достоинства и недостатки. Область применения резьбовых соединений. Основные виды резьбовых деталей. Резьбы и их классификация. Основные геометрические пара-

4

метры цилиндрической резьбы. Стандартные резьбы и их параметры. Расчет болтов, винтов и шпилек при статических нагрузках.

Механические передачи. Назначение и роль передач в машинах и механизмах. Классификация передач по способу передачи движения. Параметры, характеризующие механические передачи (основные и производные).

Зубчатые передачи. Достоинства, недостатки зубчатых передач. Классификация по конструктивным признакам. Условия работы зуба в зацеплении. Понятие о контактных напряжениях и напряжениях изгиба. Виды повреждения зубчатых передач. Силы в зацеплении зубчатых передач (цилиндрических и конических). Расчет цилиндрических зубчатых передач на контактную прочность и изгиб. Особенности конструкции и расчета косозубых, шевронных и конических зубчатых передач. Материалы, термическая обработка и смазка зубчатых передач. Редукторы. Виды зубчатых редукторов и основы их расчета и конструирования.

Червячные передачи. Основное отличие червячной передачи от зубчатой. Достоинства, недостатки и область применения червячных передач. Классификация червячных передач по конструктивным признакам. Виды червяков, применяемых в червячных передачах. Геометрия и кинематика червячной передачи. Силы в зацеплении червячной передачи. Материалы и смазка червячных передач. Расчет на прочность червячных передач. Червячные редукторы.

Ременные передачи. Назначение, общая схема, достоинства, недостатки и область применения ременных передач. Классификация ременных передач по поперечному сечению ремня. Конструктивные схемы выполнения ременных передач. Критерии работоспособности ременных передач.

Цепные передачи. Общая схема выполнения, достоинства, недостатки, область применения цепных передач. Детали цепных передач (цепи и звездочки). Основные причины выхода из строя и критерии работоспособности цепных передач. Геометрический и кинематический расчет цепных передач. Расчет на износостойкость цепных передач.

Валы и оси. Назначение, область применения осей и валов. Классификация осей и валов по назначению и по конструктивным признакам. Основные термины и определения (цапфа, шип, шейка, пята, галтель, фаска). Материалы, применяемые для изготовления осей и валов. Критерии работоспособности и расчета осей и валов. Расчет осей и валов на статическую прочность.

5

Подшипники качения. Достоинства, недостатки, область применения и классификация подшипников качения. Виды разрушения подшипников качения. Критерии работоспособности и методы расчета подшипников качения по динамической и статической грузоподъемности.

Подшипники скольжения. Назначение, область применения и классификация подшипников скольжения. Требования, предъявляемые к подшипникам скольжения. Режим работы подшипников скольжения в зависимости от условий смазки. Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения. Расчет подшипников скольжения в режиме полужидкостного трения.

Муфты. Назначение механических муфт приводов. Классификация муфт. Конструкция и характеристика постоянных, сцепных и комбинированных муфт. Выбор стандартных и нормализованных муфт. Примеры расчета упругих , компенсирующих и предохранительных муфт.

3.СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

3.1.Литература по теории механизмов и машин

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

2.Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. – М.: Наука, 1988.– 638 с.

3.Артоболевский И.И. Сборник задач по теории механизмов и машин / И.И. Артоболевский, Б.В. Эдельштейн. – М.: Наука, 1973. – 254 с.

3.2.Литература по деталям машин

1.Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высш. шк., 1986. – 280 с.

2.Детали машин в примерах и задачах / Под ред. С.Н. Ничипорчи-

ка. – Минск: Высш. шк., 1981. – 431 с.

6

4. КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Цель выполнения контрольных работ – закрепление теоретического материала соответствующих разделов курса, приобретение навыков работы со справочной нормативно-технической литературой и изучение основ проектирования машин и механизмов общего назначения. По курсу прикладной механики выполняют две контрольные работы, содержащие по три задачи. Первая контрольная работа включает задачи теории механизмов и машин, вторая – деталей машин.

Контрольные работы следует выполнять в отдельной тетради, оставляя поля для замечаний рецензента. На титульном листе работы необходимо четко указать фамилию и инициалы студента, номер зачетной книжки, название дисциплины, номер работы и дату отправки в университет.

Решение задач и пояснения к ним следует излагать аккуратно, сопровождая в случае необходимости ссылками на литературу; чертежи и схемы выполнять в тетради по ходу решения задачи.

Контрольные работы, выполненные без соблюдения этих правил или выполненные не по своему варианту, не рецензируются и возвращаются студенту. При получении прорецензированных, но не зачтенных работ студенту следует исправить ошибки, отмеченные рецензентом, и прислать работы на повторное рецензирование. Все исправления необходимо делать в той же тетради, в которой была выполнена данная работа. При работе над ошибками в случае необходимости следует добавлять в тетрадь нужное количество листов. Не рекомендуется стирать ошибки, отмеченные рецензентом.

4.1. Контрольная работа № 1

Контрольная работа № 1 состоит из трёх задач разделов теории механизмов и машин. В первой задаче проводится структурный анализ манипулятора промышленного робота, во второй – выполняется кинематический анализ четырёхзвенного рычажного механизма методом планов скоростей и ускорений, в третьей – производится динамический анализ (силовой расчёт) того же механизма.

Вариант кинематической схемы механизма выбирается по последней цифре номера зачётной книжки студента, а вариант числовых дан-

7

ных (если они предусмотрены условием задачи) определяется предпоследней цифрой номера.

Задача № 1

Определить число степеней свободы пространственного механизма манипулятора промышленного робота (табл. 1).

Задача № 2

Для схемы четырёхзвенного механизма (табл. 2) методом планов определить:

-скорости и ускорения всех обозначенных точек;

-угловые скорости и ускорения всех звеньев.

Центры масс звеньев находятся на их середине. Длина кривошипа АВ во всех заданиях – 0,1 м, его угловая скорость ω1=10 с-1, угловое ускорение ε1=200 с-2. Размеры звеньев, приведённые на схеме, представлены в метрах. Положение кривошипа определяется углом ϕ1 (табл. 3).

Задача № 3

Используя исходные данные и результаты решения задачи № 2, произвести силовой расчёт механизма:

-определить реакции во всех кинематических парах;

-найти уравновешивающий (движущий) момент, приложенный к кривошипу.

Во всех заданиях силу полезного сопротивления Fпс=80 Н приложить к выходному звену в точке C и направить в сторону, противоположную скорости этой точки. Массы и моменты инерции звеньев относительно центров масс принять равными, соответственно:

-кривошипа m1=3 кг, JS1=0,005 кг м2;

-других звеньев-рычагов (шатуна, кулисы, коромысла) mi=6 кг, JSi=0,01 кг м2;

-ползуна или кулисного камня mi=0,5 кг, JSi=0.