Курс теории механизмов и машин

Содержание

Введение	4
1 Входные параметры и схемы  проектируемых механизмов	6
2 Структурный анализ механизма	8
2.1 Структурный анализ рычажного  механизма	8
3 Кинематический анализ рычажного  механизма	11
3.1 Определение положений звеньев  и точек механизма	11
3.2 Определение скоростей точек  и звеньев механизма	12
3.3 Определение ускорений точек  и звеньев механизма	14
4 Силовой анализ рычажного механизма	16
4.1 Силовой анализ группы Ассура 4-5	16
4.2 Силовой анализ группы Ассура 2-3	18
4.3 Силовой анализ начального звена	19
5 Синтез зубчатого механизма	20
5.1 Синтез планетарного редуктора	20
5.2 Картины линейных и угловых скоростей зубчатого механизма	21
Список использованной литературы	23

 
Введение

 
Введение

 

Курс теории механизмов и машин является переходной ступенью в цепи механической подготовки инженера – он опирается на фундаментальные знания, полученные студентом при изучении математики, физики, теоретической механики и является базой для изучения последующих практических (специальных) дисциплин механического цикла (прежде всего для курса «Детали машин и основы конструирования»).

Цель ТММ - анализ и синтез типовых механизмов и их систем.

Задачи ТММ: разработка общих методов исследования структуры, геометрии, кинематики и динамики типовых механизмов и их систем.

Типовыми механизмами будем называть простые механизмы, имеющие при различном функциональном назначении широкое применение в машинах, для которых разработаны типовые методы и алгоритмы синтеза и анализа.

В каждом варианте функционального назначения при проектировании необходимо учитывать специфические требования к механизму. Однако математические зависимости, описывающие структуру, геометрию, кинематику и динамику механизма при всех различных применениях будут практически одинаковыми. Главное или основное отличие ТММ от учебных дисциплин изучающих методы проектирования специальных машин в том, что ТММ основное внимание уделяет изучению методов синтеза и анализа, общих для данного вида механизма, независящих от его конкретного функционального назначения. Специальные дисциплины изучают проектирование только механизмов данного конкретного назначения, уделяя основное внимание специфическим требованиям. При этом широко используются и общие методы синтеза и анализ, которые изучаются в курсе ТММ.

Основные разделы курса ТММ

- структура механизмов  и машин;

- геометрия механизмов  и их элементов;

- кинематика механизмов;

- динамика машин и механизмов.

Связь курса ТММ с общеобразовательными, общеинженерными и специальными дисциплинами.

Лекционный курс ТММ базируется на знаниях полученных студентом на младших курсах при изучении физики, высшей и прикладной математики, теоретической механики, инженерной графики и вычислительной техники. Знания, навыки и умение приобретенные студентом при изучении ТММ служат базой для курсов детали машин, подъемно-транспортные машины, системы автоматизированного проектирования, проектирование специальных машин и основы научных исследований.

Курс ТММ является основой для последующего изучения специальных видов машин.

В целях лучшего усвоения теоретического материала и приобретения навыков самостоятельного решения практических инженерных задач студенты выполняют курсовую работу по теории механизмов и машин. В курсовой работе решается комплексная задача проектирования и исследования взаимосвязанных механизмов, которые являются составными частями машины. В процессе выполнения работы у студентов вырабатываются навыки в проектировании шарнирно-рычажных, зубчатых и других механизмов. Пособие содержит основные разделы курса теории механизмов и машин и способствует закреплению и углублению теоретических знаний.

 

1 Техническое задание  на курсовую работу

 

1.1 Входные параметры и  схемы проектируемых механизмов

 

Рисунок 1– Схема рычажного механизма

 

 

Рисунок 2– Схема зубчатого механизма

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Входные параметры

Параметры	Обозначения	Значения
Размеры звеньев рычажного механизма	x , м	0,09
	y , м	0,08
	lO1А , м	0,18
	lO2B , м	0,25
	lBC=2lBS4, м	0,75
Массы звеньев рычажного механизма	m1, кг	11
	m3, кг	5,2
	m4, кг	13
	m5, кг	26
Моменты инерции звеньев	Js3, кг×м2	0,28
	Js4, кг×м2	0,5
Сила резания	FC, Н	600
Число зубьев	z7	20
	z8	30
Модуль простой передачи	m1, мм	5
Угловая скорость электродвигателя   Угловая скорость кривошипа	ωдв, рад/с	100
	ω1, рад/с	4,7
Модуль планетарного редуктора	m2, мм	4

 

 

 

2 Структурный  анализ механизма  

2.1 Структурный анализ рычажного механизма

 

Изобразив структурную схему механизма (рисунок 6), пронумеруем все его звенья, начиная со звена, которому задается движение, указанное стрелкой. В механизме пять подвижных звеньев (n=5), последней цифрой обозначаем стойку 6.

 

Рисунок 6 – Структурная схема рычажного механизма

 

 

Определим вид движения звеньев:

1 – кривошип – начальное  звено;

2 – ползун;

3 – кулиса;

4 – шатун;

5 – ползун;

6 – стойка;

 

Определим число и вид кинематических пар. Кинематические пары обозначим буквами О1, А, А’, О2, В, С, С’. Выпишем виды кинематических пар:

 

 О1 (1,6) – вращательная пара V-го класса;

А(2,1) – вращательная пара V-го класса;

А’(2,3) – поступательная пара V-го класса;

О2 (3,6) – вращательная пара V-го класса;

 В(3,4) – вращательная пара V-го класса;

С(4,5) – вращательная пара V-го класса;

С’(5,6) – поступательная пара V-го класса.

Число пар V-го класса равно семи ( ).

Степень подвижности механизма определим по формуле П.Л. Чебышева:

.

Разделим механизм на группы Ассура. За начальное звено примем звено 1. Начальное звено 1 и стойка 6 - это механизм I-го класса (рисунок  7).

Степень подвижности для механизма I-го класса:

 

W=3n-2p5-p4=3*1-2*1=1

 

Рисунок 7 - Механизм I-го класса

Наиболее удаленной от начального звена является группа Ассура, образованная звеньями 4-5. Эта группа II-го класса, 2 порядка, 2 вида (рисунок 8). Затем выделяем группу Ассура, образованную звеньями 2-3. Эта группа II-го класса, 2 порядка, 2 вида (рисунок 9).

Степень подвижности для группы Асура II-го класса:

 

W=3n-2p5-p4=3*2-2*3=0

 

Степень подвижности:

W=3n-2p5-p4=3*2-2*3=0

 

 

 

Формула образования механизма: I (1,6)→ II (2,3)→II (4,5)

Поскольку механизм не содержит групп Ассура выше второго класса, следовательно, весь механизм относится ко II-му классу. Его название - шестизвенный кривошипно-ползунный механизм II класса.

 

3. Кинематический анализ рычажного механизма

3.1 Определение  положений звеньев и точек  механизма

 

План механизма строим для двенадцати (поворачивая кривошип на 300 от одного из крайних положений), используя метод засечек.. Построение начнём с выбора длины отрезка кривошипа (36 мм),обозначим через О1A длину отрезка кривошипа в миллиметрах а через lО1A - истинную длину кривошипа в метрах, составив отношение истинной длины к длине отрезка получим значение масштабного коэффициента.

 

 

По значению ml находим длины отрезков остальных звеньев механизма в миллиметрах. Для этого истинные длины звеньев в метрах делим на масштаб mi..

 

Таблица 2 – Длины отрезков с учетом масштабного коэффициента, мм

 

lO1A	lAO2	lO1B	lBC	x	y
36	37	50	150	18	16

 

 

Отрезком O1A, как радиусом, изображаем окружность с центром в точке O1.

 

Из точки О2 проводим окружность радиусом О2В. Из точки В проводим дугу ВС, так как ползун движется по оси ХХ, то точка пересечения засечек и оси даст точку С.

 

Далее строим план положений. За исходное нулевое выбираем первое положение механизма. Последующие положения строим через 30° поворота кривошипа.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Определение  скоростей точек и звеньев  механизма

Введем обозначения: υА1-скорость точки А принадлежащей звену 1; υА2-скорость точки А принадлежащей ползуну 2; υА3-скорость точки А принадлежащей звену 3

          Т.к. угловая скорость кривошипа задана скорость точки А1 определяется по формуле:

Далее выбираем полюс плана скоростей и на плане скоростей для данного положения механизма изображаем скорость точки А1 отрезком . Тогда масштабный коэффициент скорости определим по формуле:

 

Движение точки А представляет собой сумму переносного и относительного движения.

    , ,

Из выбранного нами полюса направляем перпендикулярно АB в сторону , длиной pа, затем из точки a1 на плане скоростей проводим ,а из полюса проводим , точка их пересечения и будет искомой точкой а3.

Точка В на плане скоростей определяется из соотношения:

 

 Далее из полюса  проводим горизонтальную прямую, а из точки b перпендикулярно CB строим направляющую вектора - пересечение прямой и направляющей обозначим точкой c, которая будет являться концами векторов и .

Выпишем скорости тоски С

Замерив длины векторов на плане скоростей и учитывая  масштабный коэффициент плана скоростей вычислим численные значения скоростей точек для 9-го положения

 

Теперь можно найти угловые скорости звеньев:

(по часовой стрелке)   (по часовой стрелке)

 

Таблица 3 – Размеры векторов скоростей

мм	ра3	а3а2	рb	pc= рs5	bc	рs4
1	33	31	52	54	19	52
2	32	31	79	65	60	66
3	46	19	168	29	165	88
4	42	25	138	137	1	137
5	37	32	87	53	57	63
6	40	30	53	14	49	25
7	44	25	50	4	49	22
8	48	15	43	9	41	22
9	50	5	41	12	35	25
10	49	7	39	25	25	30
11	48	16	39	31	39	14
12	43	25	46	46	0	23