|
Читайте также: |
Е.В. Поезжаева
Теория механизмов и механика систем машин в задачах и решениях
Учебное пособие
Допущено УМО вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Пермь 2010
УДК 621.01.001.63 + 621:658.512.22.011.56](075.6)
ББК 34.42я73
П46
Рецензенты:
В.Ф. Олонцев – профессор ПИЖД УрГУПС;
Б.С. Юшков – профессор ПГТУ
Поезжаева, Е.В.
П46 Курсовое проектирование по теории механизмов и механике систем машин / Е.В. Поезжаева. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 449 с.
ISBN 978-5-398-00437-3
Изложены основы теории механизмов и машин. Пособие ориентировано на применение современной вычислительной техники, в нем представлены алгоритмы расчетов в графической и аналитической формах проектирования механизмов и машин. Представлены методики проектирования структурной и кинематической схем механизма по основным и дополнительным условиям, а также силовой анализ механизма с учетом геометрии масс звеньев при движении их с ускорением. Рассмотрена динамика машин с защитой механизмов от механических колебаний. Даны методика проектирования зубчатых передач и определение их качественных показателей. Разработан анализ механизмов с прерывистым движением выходного звена и синтез кулачковых механизмов.
Содержание соответствует Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования и методическим требованиям, предъявляемым к учебным изданиям.
УДК 621.01.001.63 + 621:658.512.22.011.56](075.6)
ББК 34.42я73
ISBN 978-5-398-00437-3 Ó ГОУ ВПО «Пермский
государственный технический
университет», 2010
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................................................................................. 9
1. СТРОЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ.................................................................................... 22
1.1. Теоретическая часть.............................................................................................. 22
1.2. Структурная формула механизма...................................................................... 26
1.3. Принцип образования механизмов.................................................................... 28
1.4. Эквивалент высшей кинематической пары....................................................... 31
1.5. Избыточные связи.................................................................................................. 32
1.6. Алгоритм проведения структурного анализа плоского механизма………...34
1.6.1. Примеры решения задач
1.6.2. Задачи по структурному анализу механизмов
1.7. Структурный синтез манипулятора.................................................................... 37
2. СИНТЕЗ РЫЧАЖНО-ШАРНИРНЫХ МЕХАНИЗМОВ...................................... 39
2.1. Общие понятия........................................................................................................ 39
2.2. Примеры проектирования шарнирного четырёхзвенника............................ 40
2.3. Примеры проектирования кривошипно-ползунного механизма................. 42
2.4. Примеры проектирования механизма с качающейся кулисой.................... 44
2.5. Примеры проектирования механизма с вращающейся кулисой................. 46
2.6. Примеры проектирования механизма зубострогального полуавтомата... 48
2.7. Примеры проектирования механизма манипулятора.................................... 51
2..8. Задачи по синтезу рычажных механизмов
3. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА................................................. 53
3.1. Кинематика групп Ассура.................................................................................... 53
3.2. Алгоритмы для расчёта кинематики групп Ассура........................................ 56
3.2.1. Решение задачи о положениях группы 2 \.............................................. 57
3.2.2. Решение задачи о скоростях группы 2 \.................................................. 58
3.2.3. Решение задачи об ускорениях группы 2Х............................................................ 58
3.2.4. Решение задачи о положениях группы 22.............................................. 59
3.2.5. Решение задачи о скоростях группы 22................................................................... 60
3.2.6. Решение задачи об ускорениях 22................................................................................ 61
3.2.7. Решение задачи о положениях группы 23.............................................................. 61
3.2.8. Решение задачи о скоростях группы 23................................................................... 62
3.2.9. Решение задачи об ускорениях группы 23............................................................ 62
3.2.10. Решение задачи о положениях группы 24............................................ 63
3.2.11. Решение задачи о скоростях группы 24................................................................ 63
3.2.12. Решение задачи об ускорениях группы 24......................................................... 64
3.2.13. Решение задачи о положениях группы 25........................................................... 65
3.2.14. Решение задачи о скоростях группы 25................................................................ 65
3.2.15. Решение задачи об ускорениях 25................................ :............................... 66
3.3. Кинематика начального звена.............................................................................. 67
3.3.1. Решение задачи кинематики начального звена первого типа............ 67
3.3.2. Решение задачи кинематики начального звена второго типа............ 67
3.4. Кинематика двух вспомогательных задач......................................................... 69
3.4.1. Решение задач кинематики для вспомогательной
задачи первого типа.................................................................................... 70
3.4.2. Решение задач кинематики для вспомогательной
задачи второго типа.................................................................................... 70
3.5. Определение координаты, проекций скоростей
и ускорений центров масс звеньев...................................................................... 71
3.6. Функция положения и её производные.............................................................. 73
3.6.1. Пример кинематического расчёта механизма
строгального станка..................................................................................... 75
3.7. Кинематический анализ манипулятора............................................................. 79
3.8. Графоаналитический метод кинематического исследования
рычажных механизмов.......................................................................................... 82
3.8.1. Определение предельных положений механизма
(графический метод)................................................................................... 82
3.8.2. Построение плана положений механизма............................................. 85
3.9. Примеры расчёта рычажных механизмов графоаналитическим
методом кинематического исследования.......................................................... 89
3.9.1. Механизм шарнирного четырёхзвенника ABCD................................... 89
3.9.2. Кривошипно-ползунный механизм ABC................................................. 92
3.9.3. Кулисный механизм ABC............................................................................ 96
3.9.4. Пятизвенный стержневой механизм...................................................... 100
3.10. Алгоритмы кинематического анализа рычажных механизмов................ 103
3.11. Задачи по кинематическому анализу механизмов
4. КИНЕТОСТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА
ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ................................................................ 118
4.1. Силы, действующие на звенья механизма...................................................... 119
4.2. Задачи силового расчёта..................................................................................... 119
4.3. Условия, налагаемые структурой механизмов на определение
усилий в кинематических парах........................................................................ 120
4.4. Условия равновесия структурной группы...................................................... 123
4.5. Порядок силового расчёта механизма............................................................ 123
4.6. Определение уравновешивающее силы методом Жуковского
(рычаг Жуковского)............................................................................................. 124
4.7. Рекомендуемая последовательность выполнения кинетостатического
расчёта механизма................................................................................................. 126
4.8. Силовой расчёт вибрационного механизма...........,...................................... 127
4.8.1. Определение сил инерции звеньев и моментов пары сил................ 127
4.8.2. Определение реакций в кинематических парах структурной
группы II класса 2-го вида (звенья 5 и 4).............................................. 130
4.8.3. Определение реакций в кинематических
парах структурной группы....................................................................... 134
4.8.4. Силовой расчёт ведущего звена............................................................. 136
4.8.5. Определение уравновешивающего момента с помощью
рычага Жуковского................................................................................... 137
4.8.6. Определение потребной мощности двигателя.................................... 138
4.9. Силовой расчёт строгального станка............................................................... 138
4.9.1. Определение сил инерции звеньев........................................................ 140
4.9.2. Определение реакций в кинематических парах
структурной группы 222(звенья 5 и 4)................................................... 140
4.9.3. Определение реакций в кинематических парах структурной
группы 23 (звенья 3 и 2)......................................................................... 142
4.9.4. Силовой расчёт ведущего звена.......................................................... 144
4.9.5. Определение уравновешивающей силы (Fy)
с помощью рычага Жуковского.......................................................... 145
4.10. Принцип виртуальных перемещений для силового расчёта.................... 147
4.10.1. Условия статической определимости групп Ассура.................... 149
4.10.2. Аналитическая статика групп Ассура второго класса................. 151
4.11. Последовательность силового расчёта аналитическим методом........... 163
4.11.1. Пример силового расчёта..................................................................... 164
4.11.2. Задачи по силовому расчету механизмов
5. ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА.................................................... 168
5.1. Основные данные для динамического анализа............................................. 170
5.2. Связь между коэффициентом неравномерности и моментом
инерции маховика................................................................................................ 171
5.3. Построение графика избыточных работ.......................................................... 173
5.4. Построение графика кинетической энергии звеньев
и приведённого моментов инерции механизма............................................. 176
5.5. Алгоритм расчёта момента инерции маховика
по методу Н.И. Мерцалова................................................................................. 177
5.6. Расчёт момента инерции по методу Ф. Виттенбауэра
(с помощью диаграммы энергомоментов)..................................................... 178
5.6.1. Диаграмма моментов (T-f(Jn))................................................................ 178
5.6.2. Алгоритм расчёта момента инерции маховика
по методу Ф. Виттенбауэра..................................................................... 179
5.7. Определение основных размеров маховика................................................... 182
5.8. Дисковый маховик................................................................................................ 183
5.9.. Примеры по динамическому исследованию механизма нефтяного оборудования 188
5.9.1. Структурный анализ механизма............................................................. 188
5.9.2. Построение положений звеньев механизма........................................ 189
5.9.3. Исследование механизма методом планов скоростей
и ускорений................................................................................................. 190
5.9.4. Кинетостатический расчет механизма.................................................. 192
5.9.5. Определение кинетической энергии..................................................... 196
5.9.6. Определение приведенной массы.......................................................... 197
5.9.7. Определение мгновенной мощности сил трения............................... 197
5.10. Задачи по динамическому анализу механизмов
6. СИНТЕЗ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ........................................................ 199
6.1. Виды кулачковых механизмов........................................................................... 199
6.1.1. Рабочий процесс кулачкового механизма........................................... 202
6.2. Задачи проектирования кулачковых механизмов......................................... 204
6.2.1. Установление целесообразного закона движения
ведомого звена........................................................................................... 204
6.2.2. Профилирование кулачка........................................................................ 204
6.3. Законы движения ведомых звеньев.................................................................. 205
6.3.1. Параболический закон............................................................................. 205
6.3.2. Косинусоидальный закон........................................................................ 208
6.3.3. Синусоидальный закон............................................................................ 210
6.3.4. Построение графиков зависимостей dS/d(p =/((p) и S=f(q>)
при заданном законе изменения ускорений........................................ 212
6.4. Определение минимальных размеров кулачкового механизма................ 215
6.4.1. Определение минимальных размеров кулачкового механизма
с поступательно движущимся толкателем.......................................... 215
6.5. Построение профиля кулачка............................................................................ 219
6.6. Определение размеров ролика толкателя....................................................... 221
6.7. Определение минимальных размеров кулачка с коромыслом.................. 221
6.8. Определение минимальных размеров кулачка с плоским толкателем....224
6.8.1. Метод «Задача Геронимуса».................................................................. 224
6.9. Метод суммирования ординат графиков........................................................ 226
6.10. Примеры решения задач по проектированию кулачкового механизма аналитическим методом.......................................................................................................................... 228
6.10.1. Рекомендуемая последовательность
проектирования кулачкового механизма...................................................... 228
6.10.2 Кинематический анализ кулачкового механизма............................. 230
6.10.3. Профилирование кулачковой шайбы
для механизма с плоским толкателем.............................................................. 233
6.10.4. Профилирование кулачковой шайбы для механизма
толкателем, оканчивающимся остриём или роликом.................................. 235
6.10.5. Профилирование кулачковой шайбы для механизма
с коромыслом........................................................................................................ 237
6.11. Задачи по исследованию кулачковых механизмов
7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭВОЛЬВЕНТНОЕО ЗУБЧАТОГО
ЗАЦЕПЛЕНИЯ.............................................................................................................. 241
7.1. Назначение зубчатых передач и требования к ним...................................... 241
7.2. Эвольвента и её свойства.................................................................................... 242
7.3. Линия зацепления, угол зацепления................................................................ 243
7.4. Основные размеры нормальных зубчатых колёс.......................................... 245
7.5. Сопряжённые точки, рабочие участки............................................................. 247
7.6. Дуга зацепления, коэффициент перекрытия................................................... 249
7.7. Удельное скольжение эвольвентных профилей............................................ 251
7.8. Подрезание зубьев эвольвентного профиля................................................... 251
7.9. Выбор расчётных коэффициентов смещения................................................. 252
7.10. Построение картины зацепления.................................................................... 264
7.10.1. Пример построения картины зацепления
7.11. Пример построения картины инструментального зацепления................ 266
8. КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ПЕРЕДАТОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ
8.1.Передаточное отношение зубчатой передачи
8.2.Кинематика Рядовых Передач
8.3. Кинематика планетарных передач
8.4.Замкнутые дифференциальные передачи
8.5. Передача с коническими колесами
8.6. Метод планов линейных и угловых скоростей
8.7 Специальные передаточные (планетарные) механизмы
8.8 Сравнительный анализ передачи
с неподвижными осями и планетарной передачи
8.9 Определение передаточного отношения планетарных
механизмов различных схем
8.10 Передаточные отношения рядовых зубчатых передач
8.11 Эпициклические соединения зубчатых колес
8.12 Комбинированные соединения
8.13 Проектирование одноступенчатых планетарных зубчатых передач
8.14 Задачи по кинематическому исследованию передаточных механизмов
9. Колебательные процессы в механизмах.
9.1. Виды колебаний звеньев механизмов.
9.2 Характеристики свободных колебаний звеньев.
9.3 Характеристики вынужденных колебаний звеньев
9.4 Особенности колебаний вращающихся звеньев
9.5 Особенности колебаний поступательно
движущихся звеньев.
9.6 Демпфирование свободных колебаний звеньев
9.7 Демпфирование вынужденных колебаний звеньев
10. Трение
10.1 Трение в поступательной паре
10.2 Трение во вращательной паре.
10.3 Особенности жидкостного трения во вращательной паре.
11. УРАВНОВЕШИВАНИЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
11.1 Общие сведения
11.2 Статическое уравновешивание рычажных механизмов.
11.3 Задачи на уравновешивание рычажных механизмов
12. УРАВНОВЕШИВАНИЕ РОТОРОВ
12.1. Статическая неуравновешенность ротора
12.2. Моментная неуравновешенность ротора.
12.3. Приведение неуравновешенности ротора к двум плоскостям коррекции.
12.4. Уравновешивание ротора.
12.5. Балансировка роторов.
12.5.1 Балансировка ротора при известном распределении масс.
12.6 Пример уравновешивания роторов
13. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМОВ
13.1. Коэффициенты полезного действия рычажных механизмов
13.2. Коэффициент полезного действия зубчатого механизма.
Потери на трение
13.3. Коэффициент полезного действия системы механизмов
13.4. Коэффициент полезного действия планетарного редуктора
13.5. Задачи на коэффициент полезного действия механизмов
14. ОСНОВЫ ВИБРОЗАЩИТЫ МАШИН
14.1 Основные методы виброзащиты. Виброизоляция
14.2 Случай силового возбуждения
14.3. Этапы решения задач виброзащиты
14.4 Кинематическое возбуждение т<<М
14.5. Динамическое гашение колебаний
15. AВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
15.1 Основные сведения об автоматическом регулировании.
15.2 Регулирование
16. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................... 289
17. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
К ЗАЩИТЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ.................................................................... 290
Введение
Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям безопасности обслуживания и создания наилучших условий для обслуживающего персонала, а также эксплуатационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям. Поэтому необходимо изучить основные положения теории машин и общие методы кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов, а также приобрести навыки в применении этих методов к исследованию и проектированию кинематических схем механизмов и машин различных типов.
Книга содержит задачи по исследованию и проектированию машин, состоящих из сложных и простых в структурном отношении механизмов (шарнирно-рычажных, кулачковых, зубчатых и др.).
Решение задач способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических знаний, а также применению этих знаний в комплексном решении конкретной инженерной задачи по исследованию и расчету механизмов и машин; оно развивает у студента творческую инициативу и самостоятельность, повышает его интерес к изучению дисциплины и прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы.
Задача, требующая самостоятельного разрешения, состоит в подборе недостающих параметров по некоторым наперед заданным условиям, вытекающим из требований технологического процесса либо из других рациональных условий (повышение износоустойчивости, уменьшение размеров, времени холостого хода и т.п.). Так, например, при синтезе кинематической схемы рабочей машины или двигателя требуется по заданному коэффициенту изменить скорость хода машины или по заданному значению угловой скорости ведущего звена, а также по другим данным определить недостающие основные размеры и т.д. В состав большинства задач входят, кроме шарнирно-рычажных механизмов, также кулачковые и трансмиссионные механизмы – приводы, предназначенные для передачи движения к исполнительным органам.
Вопросы синтеза и анализа привода связаны с вопросами геометрического синтеза зубчатого зацепления (геометрия и кинематика зубчатых передач).
Определение основных элементов зацепления приведено для нормального и исправленного эвольвентного зацепления. Расчет исправленной передачи необходим не только для устранения подрезания и заострения зуба, но и для улучшения эксплуатационных качеств эвольвентного зацепления.
В современных машинах и приборах широкое применение получили также кулачковые механизмы. При проектировании рабочего профиля кулачка по заданной схеме кулачкового механизма исходят из технологических, динамических и других требований, предъявляемых к машине.
При проектировании кулачкового механизма, кроме задачи профилирования кулачка, обеспечивающего воспроизведение заданного закона движения, приходится определять еще и рациональные размеры механизма. Выбор этих размеров, т.е. определение области возможного расположения центра вращения кулачка, обусловливается не только конструктивными соображениями, но и предельными значениями заданного угла передачи, при которых создаются благоприятные условия работы проектируемого кулачкового механизма. Для оценки работы механизма и проверки отдельных его параметров спроектированный кулачковый механизм должен быть подвергнут анализу с целью установления динамических свойств, а также степени точности и правильности воспроизведения им заданного закона движения.
Кроме того, при решении задачи кинематического анализа шарнирно-рычажного механизма необходимо произвести его структурный анализ, т.е. выяснить характер кинематических пар, подсчитать их число и число подвижных звеньев и определить описываемые точками этих звеньев траектории. В результате этого анализа после отбрасывания всех цепей наслоения должен получиться механизм 1-го класса, содержащий неподвижное и начальное звено, закон движения которого задан в предположении однократной степени подвижности механизма.
Структурный анализ дает возможность определить порядок и методы кинематического исследования. Задачи кинематики комплексно связаны с задачами кинетостатики. Произведенный структурный анализ позволяет решить задачу кинетостатического расчета исследования, т.е. начиная расчет с последней, считая от ведущего звена, группы Ассура и кончая ведущим звеном.
Кинетостатический расчет дает возможность определить реакции в кинематических парах, уравновешивающий момент или уравновешивающую силу на ведущем звене и усилия, действующие на отдельные звенья механизма. Эти усилия необходимы при расчете звеньев на прочность и определении их рациональных конструктивных форм.
Динамический анализ должен заканчиваться определением мощности двигателя, если проектируется рабочая машина. В некоторых случаях для спроектированной машины вместо момента инерции маховика целесообразно определить коэффициент неравномерности движения механизма.
В процессе решения задач используется теоретическая часть по всем разделам теории механизмов и механики систем машин.
Дата добавления: 2015-08-18; просмотров: 218 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Глава 11. Государственный надзор и контроль за соблюдением обязательных требований | | | Задание 5. Дополните утверждения, НЕ используя карты атласа. |