Задания и указания к КП по ТММ 29-09-09++

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ

ккурсовому проекту по дисциплине «Теория механизмов и машин» для студентов, обучающихся по направлению 6.090200 «Инженерная механика»

Утверждено методическим советом университета Протокол № ___ от _____________

Харьков ХНАДУ 2009

Задания и указания к выполнению курсового проекта по теории механизмов и машин для студентов, обучающихся по направлению 6.090200 «Инженерная механика».

/Сост. В. А. Перегон и др. – Харьков: ХНАДУ, 2009, - 38 с./

Составители: В. А. Перегон А. А. Коряк Д. И. Богдан

Кафедра деталей машин и теории механизмов и машин

2

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Цель проекта – закрепление знаний по основным разделам курса ТММ, а также получение практических навыков решения инженерных задач в области синтеза и анализа механизмов и машин. Курс ТММ изучается в 4-м и 5-м семестрах.

В настоящем издании содержится 11 заданий к курсовому проекту по теории механизмов и машин. Численные значения параметров заданий (по 10 вариантов в каждом) приведены в табл. 1 – 11. Задание на проект студенты получают в IV семестре при получении задания на РГР (расчетно-графическую работу). Результаты, полученные в РГР в дальнейшем используются в курсовом проекте.

Проект выполняется по графику, утвержденному деканом факультета. Прежде чем начать выполнение курсового проекта, студент должен усво-

ить теоретический материал тех разделов курса, на основе которых базируются ниже перечисленные этапы курсового проектирования:

1.Метрический синтез главного рычажного механизма проектируемой машины.

2.Динамическое проектирование механизмов машины по заданному коэффициенту неравномерности хода главного вала машины.

3.Определение сил давления в кинематических парах рычажного механизма с учетом ускоренного движения звеньев.

4.Проектирование планетарного зубчатого механизма по заданным схеме и передаточному отношению с учетом условий соосности, соседства и центросимметричной сборки с минимальными габаритами.

5.Проектирование кулачкового механизма, обеспечивающего заданный закон движения выходного звена с учетом условий действия сил.

6.Проектирование эвольвентного зубчатого зацепления со смещением из условия отсутствия подреза.

Требования к оформлению курсового проекта и его защите

Проект выполняется в объеме 4-х листов формата А1 графической части и расчетно-пояснительной записки на 20…25 страницах формата А4 с соблюдением всех требований ЕСКД.

Графические построения к каждому этапу проекта выполняются карандашом (или в AutoCAD) с сохранением всех вспомогательных линий построения, с обозначением всех величин, векторов, с проставлением принятых масштабов. Каждый лист проекта должен иметь соответствующую основную надпись (угловой штамп) (см. образцы оформления листов 1, 2, 3, 4 в ПРИЛОЖЕНИИ).

Расчетно-пояснительная записка пишется чернилами черного, синего или фиолетового цвета (или набирается в любом текстовом редакторе, например, в Word, на компьютере) на одной стороне листа писчей бумаги формата А4 с

3

рамкой и соответствующей основной надписью. Допускается не повторять однотипные основные надписи на третьей и последующих страницах, сохранив лишь в нижнем правом углу каждой такой страницы ее номер.

Записка должна иметь: титульный лист; индивидуальное задание на курсовое проектирование, выданное кафедрой (ксерокопию); оглавление (содержание) с указанием страниц; краткие пояснения к решениям и расчетам; список использованной литературы; приложения (сводные таблицы расчетных величин).

Примечание: Листы графической части проекта, выполненные в AutoCAD могут быть распечатаны на лазерном принтере в формате А3. В этом случае графическая часть проекта подшивается в ПРИЛОЖЕНИИ расчетно-

пояснительной записки.

Все необходимые для расчета уравнения и формулы обязательно пишутся вначале в общем виде, а затем в них подставляются числовые значения известных величин (без изменения последовательности величин в формуле или уравнении) и в конце приводится конечный результат расчета с указанием его размерности. Промежуточные результаты расчетов при этом исключаются.

Для повторяющихся однотипных вычислений записывается только первая строка расчетов (например, для одного положения механизма из 12…13ти), а результаты остальных однотипных расчетов представляются в табличной форме (в основном тексте записки или в приложениях).

На защите студент должен показать знание теории и общих методов исследования (анализа) и проектирования (синтеза) механизмов. Качество курсового проекта и результаты его защиты оцениваются дифференцированно.

ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из 4-х листов формата А1 и пояснительной записки, в которой приведены расчеты. Графическая часть и пояснительная записка должны быть оформлены с соблюдением всех требований ЕСКД.

Лист 1. Проектирование основного механизма и расчет момента инерции маховика.

1.Определение основных размеров механизма по заданным условиям.

2.Построение планов положений механизма (12 или более совмещенных положений) и планов скоростей для всех положений.

3.Приведение масс и сил. Построение графиков приведенного момента инерции звеньев механизма и приведенного момента сил.

4.Определение методом графического интегрирования избыточной работы внешних сил (с учетом сил веса звеньев).

5.Определение момента инерции звена приведения из условия обеспечения заданной равномерности движения маховика, а также расчет его основных размеров. (Задачу решить с помощью метода Виттенбауэра или метода Мерцалова).

4

Примечание: Звенья, массы и моменты инерции которых не даны, считать невесомыми.

Лист 2. Определение закона движения кривошипа и силовой расчет основного механизма для заданного положения.

1.Определение угловой скорости ведущего звена для всех положений механизма.

2.Определение углового ускорения кривошипа по уравнению движения в дифференциальной форме в заданном положении.

3.Построение плана скоростей и плана ускорений для заданного положения механизма с учетом вычисленных значений ω и ε кривошипа.

4.Определение линейных ускорений центров масс и угловых ускорений звеньев.

5.Построение картины силового нагружения механизма с учетом сил инерции и моментов сил инерции.

6.Выполнить силовой анализ групп Асура.

7.Выполнить силовой анализ кривошипа.

Лист 3. Проектирование кулачкового и планетарного механизмов.

1.Построение кинематических диаграмм движения толкателя (аналоги ускорения и скорости, а также перемещения толкателя) по заданному закону изменения аналога ускорения (иногда аналога скорости толкателя).

2.Определение основных размеров кулачкового механизма с учетом максимально допустимого угла давления.

3.Построение профиля кулачка (центрового и действительного).

4.Подбор чисел зубьев планетарного механизма по заданным условиям. Колеса редуктора нулевые, модуль колес принять равным единице. При вычерчивании кинематической схемы механизма масштаб выбрать из условия рационального заполнения листа.

5.Построение картины линейных и угловых скоростей планетарного механизма. Привести таблицу параметров механизма.

Лист 4. Проектирование зубчатой передачи.

1.Выполнение геометрического расчета эвольвентного зацепления (колеса нарезаются стандартным реечным инструментом). Для колес с чиcлом зубьев z<17 назначить смещение инструмента из условия отсутствия подреза ножки зуба.

2.Вычерчивание в масштабе зубчатого зацепления с контактом в полюсе зацепления с указанием основных размеров и элементов колес и передачи. Выделение и обозначение теоретического и рабочего участков линии зацепления, активных участков профилей зубьев. Определение степени перекрытия.

5

Методические указания к выполнению курсового проекта

Примечание: В данной работе даны краткие указания по вопросам проектирования механизмов. Ниже приведен список литературы, в котором перечислен ряд методических указаний по проектированию рычажных, планетарных, кулачковых и зубчатых механизмов ([6] - [11]). В этих методических указаниях подробно изложены вопросы проектирования механизмов и приведены примеры.

I. Динамический синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности хода машины (приложение - лист 1)

1.1. В левой половине листа построить планы положений механизма для 12-ти равностоящих положений кривошипа ОА и планы скоростей для всех положений механизма (обычные или повернутые на 900). За начальное (нулевое) положение принимается мертвое положение механизма, соответствующее началу рабочего хода машины. Кроме указанных выше 12-ти положений, необходимо построить второе мертвое положение, соответствующее концу рабочего хода, и в зависимости от схемы механизма и графика сил полезного сопротивления, потребуется построить дополнительные положения механизма. Дополнительными положениями могут быть положения, соответствующие началу и концу действия сил полезного сопротивления, максимальной скорости выходного звена и т. д.

Для выполнения построения планов положений механизма необходимо выбрать масштабный коэффициент длин, определяемый по формуле

μl = lOA / OA (м/мм), где lOA – действительная длина кривошипа в м; ОА – отре-

зок, изображающий кривошип на чертеже, в мм.

При построении планов скоростей длину отрезка, изображающего скорость точки А входного звена, рекомендуется принимать pVa =100 мм,

где

pVa – отрезок, изображающий скорость точки А на плане скоростей.

1.2. Выполнить приведение масс. За звено приведения принять входное звено (кривошип ОА) рычажного механизма, считая

JпрΣ = JпрI + JпрII ,

где JпрΣ

- суммарный приведенный момент инерции механизма,

JпрI =const - приведенный момент инерции звеньев I– й группы (в I-ю

группу включаются звенья, установленные на главном валу механизма, а также звенья, связанные с главным валом постоянным передаточным отношением, то есть такие звенья, как валы и зубчатые колеса редуктора, муфты, ротор элетродвигаеля, маховик и т. п.);

6

JпрII =var - приведенный момент инерции звеньев II– й группы (во II-ю

группу включаются шатуны, ползуны, коромысла, кулисы и другие звенья рычажного механизма).

Для каждого положения механизма приведенный момент инерции звеньев II-й группы механизма находится по формуле

					2
n			VSi				ωi	2
JпрII = ∑ mi						+ JSi				,
			ω				ω
i =1
			1				1

где mi

–

масса i-го звена;

JSi

–

момент инерции i-го звена относительно оси, проходящей через

центр масс Si звена;

ωi –

угловая скорость i-го звена;

ω1 –

угловая скорость 1-го звена (кривошипа);

VSi –

скорость центра масс i-го звена.

Отношения скоростей определяются из планов скоростей, например:

ω

ab l

VS 2

pV s2

2

=

OA

;

=

×lOA .

ω1

w1

pV a

pV a lAB

При построении графика приведенного момента инерции звеньев II– й группы от угла поворота кривошипа JпрII = f (ϕ) ось ординат рекомендуется на-

правлять горизонтально, т. е. строить этот график повернутым на 900 (см. приложение - лист 1).

1.3. Выполнить приведение сил. Для технологических машин график приведенного момента сил сопротивления построить по заданной диаграмме сил производственного сопротивления с учетом сил тяжести звеньев, а приведенный момент движущих сил считать постоянным. Приведенную силу сил сопротивления и сил тяжести определяется методом Жуковского. Момент приведенной силы определяется по формуле:

Mпрс = Pncр ×lOA ,

где Pпр- приведенная сила, в ньютонах ; lOA - длина кривошипа, в метрах.

Приведенная сила приложена в точке А и направлена перпендикулярно кривошипу. Значение и знак приведенной силы находится из условия равенства моментов приведенной силы и сил приведения (силы сопротивления и силы тяжести) относительно полюса рычага Жуковского (полюса плана скоростей).

При построении графика Mпр = f (ϕ) приведенный момент сил сопротив-

ления считается положительным, если его направление совпадает с направлением вращения кривошипа, и отрицательным – при несовпадении указанных направлений.

7

Приведенный момент движущих сил M прд (с целью упрощения решения задачи принимается M прд = const ), находится из условия равенства работы этого

момента работе приведенного момента сил сопротивления за один цикл движения (например, за один оборот кривошипа):

2π

M прд × 2p = ∫ M прс × dj ,

0

т. е. из условия равенства площадей, изображающих эти работы

График приведенного движущего момента для двигателей внутреннего сгорания строится по заданной индикаторной диаграмме с учетом сил тяжести звеньев, а приведенный момент сил сопротивления в этом случае считается постоянным и определяется из условия равенства работ сил движущих и сил сопротивления за цикл. . Для четырехтактных ДВС один цикл движения совершается за два оборота.

Примечание: Все машины условно можно разделить на две группы. Это машины орудия (как в этой работе) и машины двигатели. В последнем случае выполняется приведение не сил сопротивления, а движущих сил (по индика-

торной диаграмме), а из условия установившегося движения находят

2π

M прc × 2p = ∫ M прд × dj .

0

Аналогично принимается допущение M прc = const .

1.4. Определить работу приведенных моментов сил движущих и сил сопротивления за цикл. Для построения графика изменения кинетической энергии E = A = E(ϕ) поступают следующим образом. Находят изменение кинетической энергии на отдельных участках - оно равняется разности работ приведенных моментов движущих сил и сил сопротивления.

1.5.По графикам JпрII = f (ϕ) и E = E(ϕ) построить диаграмму «энергия– масса» путем графического исключения параметра.

1.6.Для определения момента инерции маховика Jм по заданному коэф-

фициенту неравномерности вращения кривошипа δ следует провести касательные к графику «энергия– масса» под углами ψmax и ψmin с осью абсцисс (осью приведенного момента инерции), тангенсы которых определяются по формулам

	tgψmax	=	μJ	ωср2 (1+ δ) ,	tgψmin	=	μJ	ωср2 (1− δ) ,
			2μE				2μE

где - ωср – средняя угловая скорость кривошипа.

Искомый момент инерции маховика находится из выражения

8

							I	kl ×mE
	J		= J I	− J			Jпр =
		M			1	,		w2	d ,
			пр
								ср

где kl – отрезок в мм, отсекаемый проведенными касательными на оси ординат диаграммы «энергия– масса»;

JпрI - приведенный к кривошипу момент инерции звеньев I-й группы;

J1 - приведенный к кривошипу момент инерции главного вала 1 механизма, редуктора и ротора электродвигателя.

II. Динамический анализ рычажного механизма (приложение - лист 2)

2.1.Определить угловую скорость звена приведения ω1 во всех j-х положениях механизма по формуле:

	w1 j	=		2 ×(E0 + DAj )			,
				JпрI	+ JпрII j

где E0 – кинетическая энергия механизма в начальном положении (положение «0»);

Aj - избыточная работа внешних сил в j-м положении механизма;

JпрII j - приведенный к кривошипу момент инерции звеньев II-й группы в j-м положении механизма,

j – порядковый номер положения механизма.

Примечание: По согласованию с руководителем курсового проектирова- ния при динамическом анализе механизма можно принять допущение:

ω1=ωср=const.

В этом случае силовой анализ кривошипа проводится иначе - определя- ется уравновешивающая сила или уравновешивающий момент.

2.2. Определить угловое ускорение звена приведения ε1 в положении механизма, соответствующем заданному углу ϕ1 , по уравнению движения в диф-

ференциальной форме

M

д

- M c

- 0,5w2

×(dJ II

/ dj)

M

Σ

- 0,5w2

×(dJ II

/ dj)

e1 =

пр

пр

1

пр

=

пр

1

пр

JпрI + JпрII

JпрI + JпрII

.

2.3. В верхней левой части листа вычертить в масштабе схему механизма для заданного положения входного звена, а также построить план скоростей и план ускорений.

2.4.По ускорениям центров масс WSi и угловым ускорениям звеньев

εi определить их инерционные нагрузки: главные векторы сил инерции, прило-

9

женные в центрах масс звеньев Si, Pиi = −mi W Si и главные моменты сил инер-

ции M иi = −JSi εi . Здесь mi – масса i– го звена; JSi – центральный момент инерции i – го звена.

2.5. К звеньям механизма приложить все внешние силы (силы сопротивления и силы тяжести), силы и моменты сил инерции.

2.6 Расчленить механизм на структурные группы (группы Ассура) и исходный механизм (кривошип со стойкой).

2.7. Выполнять силовой расчет групп Ассура в обратном порядке по отношению к наслоению групп Ассура, т. е. начинать расчет надо с самой дальней структурной группы и заканчивать – входным звеном.

Для определения сил реакций в кинематических парах следует рассмотреть условное равновесие согласно принципу Даламбера систем сил и моментов сил, действующих на структурные группы. Для этого для каждой группы необходимо составить уравнения моментов сил, уравнения сил и построить планы сил. При построении планов сил векторы сил одного звена группы рекомендуется складывать последовательно, а затем переходить к сложению сил второго звена.

2.8. Сделать проверку точности выполненного кинетостатического анализа рычажного механизма по лишнему уравнению равновесия звена приведения (кривошипа ОА) SM 0 = 0 :

M прд ± M иI ± R2−1 × h = DM (® 0),

где M иI = JпрI ×e1 – момент сил инерции звеньев I-й группы;

R2-1 – сила реакции в точке А (2-го звена на 1-е); h – плечо действия R2-1 относительно точки 0; M – абсолютная ошибка уравнения равновесия.

При этом относительная погрешность

M % может быть оценена в % по

формуле:

DM % =

2 × DM

×100% £ 10% ,

M +

M +

+

M −

где

- модуль (абсолютная величина) суммы положительных членов

левой части уравнения равновесия ∑M 0 = 0 ;

M −

- модуль суммы отрицательных членов левой части уравнения равно-

весия.

10