МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Н. М. Пузырев
Курсовое проектирование
по
теории механизмов и машин
Учебное пособие
Тверь 2003
УДК
Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: Учебное пособие. - /Н.М. Пузырев. –Тверь: ТГТУ, 2003. - с.
Учебное пособие предназначено для студентов механических специальностей высших учебных заведений, изучающих дисциплину «Теория механизмов и машин». Рассмотрены и пояснены на примерах решения задач анализа и синтеза механизмов, входящих в курсовой проект: кинематический и силовой анализ рычажных механизмов, синтез и анализ зубчатых механизмов, динамический анализ механизмов и расчет маховика. Приведена последовательность выполнения отдельных разделов курсового проекта с использованием графических, графоаналитических и аналитических методов.
Рецензенты:
профессор кафедры теории механизмов и машин и деталеймашин Тверского государственного технического университета, доктор технических наук, профессор Родионов Л.В.;
доктор физико-математических наук Мурцовкин В.А.
Тверской государственный технический университет 2003
Введение
Курсовое проектирование, являясь одним из важнейших элементов освоения дисциплины «Теория механизмов и машин» студентами механических специальностей высших учебных заведений, способствует закреплению теоретических знаний, полученных при изучении общих методов синтеза, структурного, кинематического и динамического анализа механизмов и машин.
Инженер-конструктор, владея теоретическим знаниями, должен знать и использовать современные методы расчета и конструирования высокопроизводительных и надежных машин и механизмов. Рационально спроектированная машина должна обладать высокими эксплуатационными, технологическими, производственными, экономическими и социальными показателями. Этого можно добиться только путем решения целого комплекса задач, стоящих перед проектировщиком.
Для их успешного решения студент – будущий инженер – должен владеть общими законами механики движения и механики деформируемого тела, полученными при изучении теоретической механики и сопротивления материалов, знать основные положения теории механизмов и машин, общие методы структурного, кинематического, силового и динамического анализа механизмов, методы синтеза, а также приобрести навыки в применении этих методов к исследованию и проектированию кинематических схем различных типов механизмов и машин.
Курсовой проект по теории механизмов и машин – первая самостоятельная работа по расчету машин, которую проводят студенты механических специальностей. Работа над ним способствует усвоению теоретического материала по теории механизмов и машин, развивает навыки в проведении простейших инженерных расчетов. При выполнении курсового проекта хорошо видна связь и взаимозависимость геометрических, кинематических и динамических расчетов механизмов. Выполняя их, студент может проследить влияние на изменение кинематики и динамики реальных геометрически форм и размеров звеньев, их масс и моментов инерции. Знания и навыки, полученные при курсовом проектировании по теории механизмов и машин, позволяют правильно оценивать условия работы деталей механизмов, конструированию и расчету которых студент обучается при изучении дисциплин «Детали машин», «Подъемно-транспортные машины» и других, углубляющих общеинженерную подготовку инженеров-механиков, а так же профилирующих дисциплин, определяющих их специальность или специализацию.
Одной из важнейших методических задач, решаемых при курсовом проектировании по теории механизмов и машин, является привитие навыков оформления инженерных расчетов, графического и текстового материала, соблюдения государственных стандартов, применения условных обозначений, составления расчетных схем.
Задания на курсовое проектирование индивидуальны для каждого студента, выдаются преподавателем и приведены в приложении к настоящему учебному пособию.
Студент должен спроектировать и исследовать привод, состоящий из основных видов механизмов, – рычажного, зубчатого и кулачкового.
Курсовой проект выполняется на 4 листах чертежной бумаги формата А1 (594х841), где располагаются графическая часть (кинематические схемы механизмов, графики, планы скоростей, планы ускорений, планы сил) и расчетная (формулы и результаты расчетов).
Единицы физических величин
и их применение в курсовом проектировании
При проведении и оформлении инженерных расчетов необходимо применять наименования и обозначения расчетных величин в соответствии с ГОСТ 8.417 – 81 «ГСИ. Единицы физических величин». Для механических измерений в нем предусмотрены три системные величины: длина, масса и время. Для этих величин приняты следующие основные единицы стандарта (единицы системы СИ): единица длины – метр (сокращенное обозначение – м), единица массы – килограмм (сокращенное обозначение – кг), единица времени – секунда (сокращенное обозначение – с). Дополнительной единицей является единица плоского угла – радиан (рад).
Вышеперечисленные основные единицы используются для образования других – производных – единиц (табл.).
Физические величины и единицы измерений,
используемые в механике
|
Физическая величина |
Единица измерений | ||
|
Наименование |
Обозначение |
Наименование |
Обозначение |
|
Длина Масса Время Угол плоский Перемещение точки Скорость линейная Скорость угловая Ускорение линейное
Ускорение угловое
Частота вращения Плотность материала
Момент инерции
Сила Момент силы Вращающий момент Работа Кинетическая энергия Мощность |
L, l, r, R m T, t S a
n
J
F, P, Q, G M T A E
N |
Метр Килограмм Секунда Радиан Метр Метр в секунду Радиан в секунду Метр на секунду в квадрате Радиан на секунду в квадрате Оборот в минуту Килограмм на кубический метр Килограмм на метр в квадрате Ньютон Ньютон-метр Ньютон-метр Джоуль Джоуль Ватт |
м кг с рад м м/с рад/с м/с2
рад/с2
об/мин кг/м3
кг. м2
Н (кг.м/с2) Нм Нм Дж (Нм) Дж (Нм) Вт (Дж/с)
|
Единицы, в целое число раз большие основных или дополнительных единиц, называют кратными, меньшие – дольными. Наиболее часто применяют следующие кратные и дольные единицы: 103 – кило (к), 106 – мега (или М), 10-3 – милли (или м), 10-6 – микро (или мк). Например: кН, мм, мкм.
Векторные физические величины (то есть такие, которые имеют величину и направление, например скорости, силы, моменты, ускорения) в данном учебном пособии будут выделены жирным шрифтом. Например, вектор скорости V, ускорения а и т.д.
Содержание листов (разделов) курсового проекта:
Лист 1. Кинематическое исследование шестизвенного рычажного механизма.
При выполнении данного раздела курсового проекта необходимо провести кинематическое исследование шестизвенного рычажного механизма двумя методами:
графическим методом (методом диаграмм), при котором строятся несколько совмещенных планов механизма, а также диаграммы перемещений, скоростей и ускорений исследуемого звена или исследуемой точки;
графоаналитическим методом (методом планов скоростей и ускорений), при котором строятся планы скоростей и ускорений механизма.
Лист 2. Силовое исследование шестизвенного рычажного механизма.
В данном разделе курсового проекта необходимо провести силовое исследование рычажного механизма методом планов сил, а также определить величину уравновешивающей силы Рур с использованием теоремы о «жестком» рычаге Н.Е. Жуковского.
Лист 3. Синтез и анализ зубчатого механизма.
Сначала необходимо провести синтез (проектирование) планетарной передачи, рассчитать геометрические размеры зубчатых колес и зубчатого зацепления, построить картину реечного зацепления (зацепления колеса с зуборезной рейкой), построить картину зацепления двух зубчатых колес и в заключение оценить качество спроектированного зацепления путем расчета величины коэффициента перекрытия.
Лист 4. Динамический анализ механизма и расчет маховика.
Динамический анализ механизма можно произвести методом приведения сил. При этом учитываются силы инерции и моменты сил инерции, силы веса звеньев, а также силы полезного сопротивления, действующие на выходное звено механизма. На основе данных динамического анализа проводится расчет размеров маховика, а затем оцениваются его регулирующие способности.
Ниже на конкретных примерах приводится последовательность выполнения курсового проекта.