Методические указания и контрольные задания




Скачать 352.53 Kb.
НазваниеМетодические указания и контрольные задания
страница1/3
Дата публикации14.10.2013
Размер352.53 Kb.
ТипМетодические указания
skachate.ru > Право > Методические указания
  1   2   3


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра механизации, автоматизации и энергоснабжения строительства


ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

Методические указания и контрольные задания

Утверждены редакционно-

издательским советом

университета 21 января 2008 г.


САМАРА 2009

Составитель: Александр Геннадьевич Ленивцев

УДК 621.01
Теория механизмов и машин: методические указания и контрольные задания /сост. А..Г. Ленивцев; Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. Самара, 2009. – 33с.

Методическе указания включают основные разделы программы: структура механизмов, анализ механизмов, синтез механизмов и основы теории механизмов и машин, а так же задания для выполнения контрольных работ. Данные методические указания предназначены для студентов специальностей 270113 «Механизация и автоматизация строительства» (2 курс, 4 семестр), 330400 «Пожарная безопасность» (3 курс, 6 семестр.)

Настоящие методические указания не могут быть полностью или частично воспроизведены, тиражированы (в том числе ксерокопированы) и распространены без разрешения Самарского государственного архитектурно-строительного университета.
© Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2009

^ Общая часть

Учебная дисциплина «Теория механизмов и машин» базируется на механико-математической подготовке студентов, обеспеченной предшествующими курсами: «Математика», «Теоретическая механика», «Информатика».

ТММ – первый предмет, который вводит студентов в круг общих и специальных машиностроительных дисциплин и является базой для подготовки студентов к слушанию специальных курсов.

Следовательно, ТММ в вузах является тем фундаментом, на котором строится техническое образование будущего инженера.

В процессе изучения этой дисциплины студент должен:

- изучить общие методы исследования (анализа) и проектирования (синтеза) механизмов и машин;

- научиться понимать общие принципы взаимодействия механизмов в машине;

- научиться системному подходу к проектированию механизмов и машин, нахождению оптимальных параметров механизмов по заданным условиям работы;

- получить навыки анализа и синтеза механизмов с использованием ЭВМ.

^ Основные понятия и определения
Теория механизмов и машин – наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Анализ механизмов состоит в исследовании их структуры, кинематических и динамических свойств по заданной схеме механизма.

^ Структурный анализ заключается в изучении строения механизмов, его оптимальности, рациональности.

Кинематический анализ – исследование движения звеньев и точек механизмов независимо от сил, вызывающих это движение, с учетом только фактора времени. При кинематическом анализе определяются: перемещение, траектории движения, скорость и ускорение точек и звеньев механизмов.

При динамическом анализе определяют силы, действующие в механизме, их влияние на звенья и на режимы движения механизмов.

Синтез механизмов состоит в проектировании схем, обеспечивающих заранее заданные структурные, кинематические и динамические свойства механизмов.

Структурно-кинематическая схема ме­ханизма - изображение механизма с помощью условных обозначений, содержащее общую информацию о размерах и количестве звеньев, количестве кинематических пар, способе соединения звеньев и ви­дах возможных движений в пространстве.

Звеном механизма называется одно или несколько твердых тел, соединенных неподвижно. Здесь имеются в виду как абсолютно твер­дые, так и деформируемые и гибкие тела.

Звенья механизма могут быть подвижными и неподвижными отно­сительно выбранной системы координат. Неподвижное звено называется стойкой. В каждом механизме всегда есть одно (и только одно) неподвижное звено.

Звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм, называется выходным. Выходное звено обычно соединено с исполнительным органом машины либо с входным зве­ном другого механизма.

Звено, которому сообщается движение от двигателя или выходного звена другого механизма, называется входным звеном.

Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное дви­жение, называется кинематической парой.

Система звеньев, образующих между собой кинематические пары, называется кинематической цепью.

Кинематическая цепь замкнута, если каждое ее звено входит не менее чем в две кинематические пары.

Цепь разомкнута, если в ней есть звено, входящее только в одну кинематическую пару.

Используя понятие «кинематическая цепь», можно дать еще одно определение механизму:

Механизмом называется замкнутая кинематическая цепь, пред­назначенная для преобразования заданного движения одного или нескольких входных звеньев в требу­емое движение остальных звеньев.

Кинематической парой называется соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение.

По характеру соприкосновения элементов кинематические пары подразделяют на низшие, в которых звенья между собой контактируют по поверхности, и высшие – звенья контактируют по линиям или в точках.

По числу условий связи ^ S наложенных на относительные движения звеньев (или) кинематические пары делятся на 5 классов.

Для свободного тела в пространстве число степеней подвижности равно шести. Степени подвижности ^ Н и число условий связи S наложенных на относительные движения звеньев связаны соотношением

, где S = 1…5.

При S = 6 кинематическая пара становится жестким соединением, а при S = 0 кинематической пары не существует, а два звена движутся независимо друг от друга в пространстве.

^ Класс кинематической пары определяют по числу наложенных условий связи S (таблица 1):

При S = 1 кинематическая пара 1-го класса имеет 5 степеней подвижности (пятиподвижная) – шар, перекатывающийся со скольжением по плоскости. Из шести движений возможны пять, Н=5. Движение шара вверх-вниз исключено, так как в этом случае кинематическая пара перестает существовать;

при S = 2 пара ^ 2-го класса четырехподвижная - цилиндр на плоскости. Возможны четыре движения – скольжения вдоль осей X и Y и вращения вокруг осей X , Z. Н = 4;

при S = 3 пара ^ 3-го класса трехподвижная - сферический шарнир. Возможны вращения вокруг осей X,Y Z. Н = 3 ;

при S = 4 пара 4-го класса двухподвижная - втулка на валике. Возможны два относительных движения, например, валика – вращения вокруг и скольжение вдоль оси x. Н = 2;

при S = 5 пара ^ 5-го класса одноподвижная – вращательная (цилиндрический шарнир), поступательная (ползун с направляющей), винтовая, состоящая из винта и гайки, Н = 1.

Кинематические пары передают нагрузку и движение. Они часто определяют работоспособность и надежность механизма и машины в целом. Поэтому правильный выбор вида пары, ее формы и размеров, а также конструктивных материалов и условий смазывания имеет большое значение при проектировании и эксплуатации машин.

Система звеньев, соединенных с помощью кинематических пар, называется кинематической цепью. Примеры на рисунках 2 и 3.






Рисунок 2. Замкнутая цепь Рисунок 3. Незамкнутая цепь

Таблица 1. Виды кинематических пар

Класс

Число

связей S

Число

степеней

свободы H


Виды кинематических пар

Первый

Второй

Третий



I



1



5



3В + 2П






II


2


4



2 В + 2П



3В + 1П




III




3


3



1В + 2П



2В + 1П






IV


4



1 В

1 П;
2 В;
1 В

1 П










V


5


1 В;
1 П;
1 П













В зависимости от строения различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. В замкнутой цепи (рисунок 2) каждое звено входит не менее чем в две кинематические пары, в незамкнутой (открытой) цепи (рисунок 3) имеются звенья (1 и 5), входящие лишь в одну кинематическую пару (например: робот, гидроэкскаватор).

Плоской называется цепь, подвижные точки которой движутся в параллельных плоскостях.

Цепь является пространственной, если подвижные точки ее звеньев описывают траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях.
Таблица 2. Примеры конструктивного выполнения кинематических пар




Вопросы для самоконтроля

Что называется структурно-кинематической схемой механизма?

^ Что называется звеном механизма?

Сколько неподвижных звеньев может быть в механизме?

Чем отличаются входные и выходные звенья?

Что называется кинематической парой?

^ Что такое кинематическая цепь?

Чем отличаются замкнутая и разомкнутая кинематические цепи?

По какому признаку кинематические пары делятся на классы?

По какому признаку кинематические пары делятся на высшие и низшие?

^ Что называют структурным анализом и структурным синтезом ?

Почему возможно только 5 классов кинематических пар?

Приведите примеры кинематических пар каждого класса.

Структурные формулы кинематической цепи

Представим себе, что пространственная кинематическая цепь состоит из К звеньев. Общее число степеней свободы, которы­ми обладали эти звенья до их соединения кинематическими пара­ми, равно 6К. Ранее уже установлено, что каждая кинематическая пара на­лагает на относительное движение звеньев столько связей (ли­шает их стольких степеней свободы), каков ее класс. Кроме это­го, одно звено в механизме всегда неподвижно, т.е. число сте­пеней свободы его равно 0.

Таким образом, число степеней свободы (степень подвижности) пространственной кинематической цепи относительно стойки равно

,

где k – число звеньев кинематической цепи включая стойку;

p(1-5) – число кинематических пар соответствующего класса.

.

Это структурная формула пространственной кинематической цепи или формула Сомова – Малышева.

Кинематическая цепь (механизм), на которую не наложены общие для всех звеньев связи, называется кинематической цепью (механизмом) нулевого семейства.

Если на механизм нулевого семейства наложить три общие связи, т.е. лишить все звенья механизма 3-х степеней свободы (например, перемещения по направлению оси Z, вращения вокруг осей X и У ), то получим плоский механизм или механизм 3-го семейства.

Плоским называется механизм, точки звеньев которого описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях.

Для плоских механизмов степень подвижности определяется по формуле Чебышева

W = 3n– p4– 2p5,

где n – число подвижных звеньев;

p4 - число кинематических пар 4-го класса;

p5 - число кинематических пар 5-го класса.

Число степеней подвижности механизма показывает, сколько входных звеньев в данном механизме.

Вопросы для самоконтроля

Что рассчитывается по структурной формуле кинематической цепи?

^ Запишите формулу Сомова-Малышева. Структурной формулой какой цепи она является?

Почему пространственный механизм называют механизмом нулевого семейства?

^ Как получить механизм третьего семейства?

Запишите структурную формулу механизма третьего семейства.

Что показывает рассчитанное по структурной формуле механизма число степеней подвижности?

Кинематические характеристики механизмов
^ Основные задачи кинематического анализа механизма состоят в определении перемещений, скоростей и ускорений его ведомых звеньев по заданному закону движения входного (ведущего) звена.
^ Графический метод планов положений, скоростей и ускорений
Среди графических методов наиболее распространены:

а) метод кинематических диаграмм, отражающих законы движения в виде графиков функций по времени: перемещения точки Sk = S(t), ее скорости Vk = V(t) и ускорения ak = a(t);

б) метод планов положений, скоростей и ускорений.

Графические методы отличаются наглядностью, поэтому особенно приемлемы в учебных задачах, но менее точны. Однако степень точности достаточна для решения многих инженерных задач.

При графическом методе кинематического анализа механизмов длин звеньев, перемещения точек, их скорости и ускорения изображают в масштабах e, s, v, a.

^ Планом положений механизма называется графическое изображение взаимного расположения звеньев, соответствующее выбранному моменту времени движения.

Если построить, например, 12 последовательных положений механизма, можно наглядно проследить за движением его звеньев и траекторию его точек. Например, это можно увидеть на плане положений кривошипно–шатунного механизма (рисунок 4), построенном в масштабе e = lАВ / АВ (м/мм).


Рисунок 4.
^ Начальным или крайним называют положение звена, c которого начинается отсчет его движения в одном направлении.

Скорости точек и звеньев механизма определяются построением планов скоростей. Метод основан на графическом решении векторных уравнений скоростей.

^ Планом скоростей называется построенный в масштабе v (м/с/мм) чертеж, на котором изображены в виде отрезков векторы, равные по модулю и по направлению скоростям различных точек звеньев механизма в рассматриваемый момент времени.

Для построения плана скоростей должны быть известны кинематическая схема, формула строения механизма и закон движения ведущего звена.

В качестве примера рассмотрим движение кривошипно – ползунного механизма (рисунок 5). Для заданного положения 1 механизма известны угловые скорости 1 и ускорение 1 ведущего звена. Требуется найти линейные скорости точек А, В, S2 и угловую скорость звена 2.

Рисунок 5.




Рисунок 6.
Решение задачи выполняется на основе теоремы о сложении скоростей при сложном движении точки:

Абсолютная скорость точки Va равна геометрической сумме переносной Ve и относительной скоростей Vr.

Va =Ve +Vr. (1)

Построение плана скоростей начинается с анализа движения входного звена – кривошипа 1 с переходом к анализу структурных групп по последовательности их присоединения. По формуле строения механизма I (1,4)  II (2,3) начнем с определения скорости точки А звена 1, затем перейдем к определению скоростей точек В, S2 и других точек присоединенной структурной группы 2 класса, состоящей из звеньев 2 и 3.

Скорость точки А кривошипа 1 можно описать уравнениями:

VA1 =VO1 +VAO1 VA1= VAO1. (2)
  1   2   3

Похожие:

Методические указания и контрольные задания iconОбщие методические указания методические указания и контрольные задания...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания и контрольные задания для студентов заочной...
Методические указания и контрольные задания составлены в соответствии с учебной программой
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания и контрольные задания для студентов-заочников...
Методические указания и контрольные задания разработаны по программе, утвержденной
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания и контрольные задания для студентов-заочников строительных специальностей
Строительная механика: Методические указания и контрольные задания. Ботвиньева И. П. /Норильский индустриальный институт Норильск,2012....
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания по выполнению и оформлению контрольных заданий контрольные задания
Английский язык: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников технических специальностей/ Сибгути. Новосибирск,...
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания и контрольные задания по курсу «Экономическая теория»
Методические указания и контрольные задания для студентов неэкономических специальностей
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания и контрольные задания для студентов очной и...
Разработка технологического процесса термической обработки. Методические указания и контрольные задания. Екатеринбург, Изд. Ургсха,...
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания, программа и контрольные задания
Физическая и коллоидная химия: методические указания, программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического...
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания, программа и контрольные задания
Физическая и коллоидная химия: методические указания, программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического...
Методические указания и контрольные задания iconМетодические указания, программа и контрольные задания
Физическая и коллоидная химия: методические указания, программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
skachate.ru
Главная страница