Теория механизмов и механика машин. Курсовое проектирование (1000,00 руб.)

Стр.2

Стр.170

Стр.171

Стр.172

Стр.173

УДК 531.8(075.8) ББК 34.42 Ч-45 Издание доступно в электронном виде по адресу ebooks.bmstu.ru/catalog/225/book1869.html Рецензенты: заведующий кафедрой «Теория механизмов и машин» СПбПУ им. Петра Великого д-р техн. наук, профессор А.Н. Евграфов; доцент кафедры «Основы конструирования машин» МГТУ им. Н.Э. Баумана канд. техн. наук В.В. Лычагин Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия Чёрная, Л. А. Ч-45 Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование : учебное пособие / Л. А. Чёрная, Г. А. Тимофеев. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 172, [4] с. : ил. ISBN 978-5-7038-4939-2 В краткой форме изложены основные разделы дисциплины «Теория механизмов и машин», охватывающие структурный анализ и метрический синтез механизмов, их кинематическое и динамическое исследования, синтез зубчатых зацеплений и проектирование планетарных и кулачковых механизмов, позволяющие разработать алгоритмы как графоаналитического, так и численного их исследования. Приведены примеры выполнения листов курсового проекта с использованием математического пакета Mathсad и графических пакетов AutoCAD и «Компас». Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемому в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов 3-го курса машиностроительных специальностей, выполняющих курсовой проект (курсовую работу) по дисциплине «Теория механизмов и машин». УДК 531.8(075.8) ББК 34.42 ISBN 978-5-7038-4939-2 © Чёрная Л. А., Тимофеев Г. А., 2019 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Стр.2

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие .......................................................................................................................................... 3 Введение ................................................................................................................................................ 4 Часть I. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ С НИЗШИМИ КИНЕМАТИЧЕСКИМИ ПАРАМИ ................................................................................................................................. 5 Раздел 1. Метрический синтез плоских рычажных механизмов ........................................................... 7 1.1. Постановка задачи синтеза ...................................................................................................... 7 1.2. Кривошипно-ползунные механизмы ...................................................................................... 8 1.2.1. Типы и особенности кривошипно-ползунных механизмов .......................................... 8 1.2.2. Синтез механизма по двум заданным положениям кривошипа и ходу ползуна ......... 9 1.2.3. Синтез механизма по средней скорости движения ползуна и по заданному углу давления ............................................................................................................................ 10 1.3. Четырехшарнирные механизмы .............................................................................................. 11 1.3.1. Типы и особенности четырехшарнирных механизмов .................................................. 11 1.3.2. Определение длин звеньев по двум крайним положениям механизма ........................ 11 1.3.3. Определение длин звеньев по двум крайним положениям механизма и коэффициенту изменения средней угловой скорости коромысла ............................ 12 1.3.4. Определение длин звеньев по трем положениям механизма ....................................... 13 1.4. Четырехзвенные кулисные механизмы ................................................................................... 14 1.4.1. Типы и особенности четырехзвенных кулисных механизмов ...................................... 14 1.4.2. Синтез механизма с качающейся кулисой ..................................................................... 14 1.4.3. Синтез механизма с качающимся цилиндром ............................................................... 15 1.5. Шестизвенные механизмы ...................................................................................................... 16 1.5.1. Расчет координаты направляющей ползуна по заданному углу давления .................. 16 1.5.2. Синтез механизма по ходу ползуна и коэффициенту изменения его средней скорости ............................................................................................................................ 17 1.5.3. Синтез механизма с вращающейся кулисой .................................................................. 17 Раздел 2. Структурный и кинематический анализ плоских рычажных механизмов ............................. 19 2.1. Структурный анализ механизма .............................................................................................. 19 2.2. Кинематический анализ механизма ........................................................................................ 20 2.2.1. Постановка задачи кинематического анализа ............................................................... 20 2.2.2. Геометрические характеристики преобразования движения в механизме ................... 20 2.2.3. Кинематика входного звена механизма ......................................................................... 22 2.2.4. Метод векторных контуров в кинематике механизмов ................................................. 22 Раздел 3. Анализ движения машины под действием заданных сил ....................................................... 25 3.1. Анализ сил, действующих в машине ...................................................................................... 25 3.2. Механические характеристики двигателей ............................................................................. 25 3.3. Механические характеристики рабочих процессов ............................................................... 29 3.4. Аппроксимация и интерполяция данных в системе Mathcad ............................................... 30 3.5. Уравнения движения и динамическая модель машины ........................................................ 31 3.5.1. Уравнение Лагранжа. Динамическая модель машины .................................................. 31 3.5.2. Уравнение движения в дифференциальной форме ....................................................... 33 170

Стр.170

3.5.3. Характерные режимы движения машины ...................................................................... 34 3.5.4. Уравнение движения в интегральной форме ................................................................. 35 3.6. Динамика машины в установившемся режиме движения .................................................. 36 3.6.1. Условия поддержания установившегося движения ..................................................... 36 3.6.2. Расчет постоянного приведенного момента сил ......................................................... 37 3.6.3. Ограничение периодической неравномерности хода машины .................................. 38 3.6.3.1. Метод Мерцалова .................................................................................................. 38 3.6.3.2. Альтернативный метод расчета приведенного момента инерции первой группы звеньев ....................................................................................................... 41 3.6.4. Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика) .......... 42 3.6.5. Габаритные размеры и масса маховика ........................................................................ 42 3.7. Динамика машины в неустановившемся режиме движения ............................................... 43 3.7.1. Постановка задачи динамики машины при неустановившемся движении ............... 43 3.7.2. Исследование на базе уравнения движения в интегральной форме .......................... 44 3.7.3. Исследование на базе уравнения движения в дифференциальной форме ................ 45 3.7.4. Численное интегрирование обыкновенного дифференциального уравнения в системе Mathcad .......................................................................................................... 46 3.7.5. Режим движения «пуск-останов» .................................................................................. 48 Выводы .......................................................................................................................................... 50 Раздел 4. Кинетостатический силовой анализ механизма ................................................................... 51 4.1. Постановка задачи силового анализа ................................................................................... 51 4.2. Принцип Даламбера в силовом расчете механизмов ........................................................... 52 4.3. Формирование алгоритма кинетостатического силового расчета по группам .................. 53 4.3.1. Формальные правила и алгоритм расчета .................................................................... 53 4.3.2. Группа Ассура IIВВВ(2, 3) ................................................................................................ 54 4.3.3. Группа Ассура IIВВП(2, 3) ............................................................................................... 55 4.3.4. Группа Ассура IIВПВ(2, 3) ............................................................................................... 57 4.3.5. Группа Ассура IIПВП(2, 3) ............................................................................................... 59 4.3.6. Группа Ассура IIВПП(2, 3) ............................................................................................... 61 4.3.7. Первичный механизм IВ (0, 1) ....................................................................................... 63 Выводы .......................................................................................................................................... 64 Часть II. СИНТЕЗ МЕХАНИЗМОВ С ВЫСШИМИ КИНЕМАТИЧЕСКИМИ ПАРАМИ .......... 65 Раздел 5. Синтез трехзвенных плоских зубчатых зацеплений ............................................................ 67 5.1. Виды зубчатых передач и их свойства .................................................................................. 67 5.2. Исходный производящий контур инструмента и станочное зацепление .......................... 68 5.3. Геометрический расчет прямозубой эвольвентной передачи .............................................. 70 5.3.1. Расчет передачи при свободном выборе межосевого расстояния .............................. 70 5.3.2. Расчет передачи с заданным межосевым расстоянием ............................................... 71 5.4. Геометрический расчет косозубой эвольвентной передачи ................................................. 72 5.4.1. Расчет передачи при свободном выборе межосевого расстояния .............................. 72 5.4.2. Расчет передачи с заданным межосевым расстоянием ............................................... 74 5.5. Условия существования и качественные показатели передачи ........................................... 74 5.6. Выбор коэффициентов смещения ........................................................................................ 80 5.7. Построение профиля зуба прямозубого колеса, изготовляемого реечным инструментом ......................................................................................................................... 82 5.8. Построение рабочего зацепления ......................................................................................... 83 5.9. Расчет профиля зуба цилиндрического зубчатого колеса, нарезанного инструментом реечного типа ......................................................................................................................... 84 5.9.1. Вывод уравнения эвольвентной части профиля зуба .................................................. 84 5.9.2. Вывод уравнения переходной кривой профиля колеса .............................................. 85 Раздел 6. Проектирование планетарных зубчатых механизмов с цилиндрическими колесами .......... 87 6.1. Основные характеристики ..................................................................................................... 87 6.2. Общие условия кинематического синтеза ............................................................................ 89 6.3. Методика проведения кинематического синтеза ................................................................. 91 6.4. Критерии оптимальности ...................................................................................................... 93 171

Стр.171

Раздел 7. Проектирование кулачковых механизмов ............................................................................ 96 7.1. Задачи проектирования ......................................................................................................... 96 7.2. Выбор закона движения толкателя и построение кинематических диаграмм ................... 97 7.3. Метрический синтез кулачкового механизма ...................................................................... 102 7.3.1. Связь угла давления с характеристиками движения и параметрами механизма ....... 102 7.3.2. Механизм с поступательно перемещающимся толкателем ........................................ 104 7.3.3. Механизм с качающимся толкателем ........................................................................... 106 7.4. Кинематический синтез кулачкового механизма ................................................................ 109 Выводы .......................................................................................................................................... 111 Приложение 1. Метрический синтез плоских рычажных механизмов ............................................... 112 П1.1. Проектирование кривошипно-ползунного механизма по двум заданным положениям кривошипа и ходу ползуна ................................................................................................. 112 П1.2. Определение длин звеньев четырехшарнирного механизма по двум его крайним положениям ......................................................................................................................... 112 П1.3. Определение длин звеньев по двум крайним положениям механизма и коэффициенту изменения средней угловой скорости коромысла ............................................................ 113 П1.4. Определение длин звеньев по трем положениям механизма ........................................... 113 П1.5. Проектирование механизма с качающимся цилиндром .................................................. 114 Приложение 2. Проектирование механизма четырехтактного двигателя внутреннего сгорания ....... 117 П2.1. Метрический синтез механизма ......................................................................................... 117 П2.2. Кинематический анализ механизма ................................................................................... 118 П2.3. Определение сил, действующих в механизме ................................................................... 119 П2.4. Определение параметров динамической модели .............................................................. 121 П2.5. Решение задачи динамики .................................................................................................. 121 П2.6. Кинетостатический силовой анализ механизма ................................................................ 123 Приложение 3. Проектирование механизма строгального станка ..................................................... 127 П3.1. Метрический синтез механизма ......................................................................................... 128 П3.2. Кинематический анализ механизма ................................................................................... 128 П3.3. Определение сил, действующих в механизме ................................................................... 130 П3.4. Определение параметров динамической модели .............................................................. 131 П3.5. Решение задачи динамики .................................................................................................. 132 П3.6. Кинетостатический силовой анализ механизма ................................................................ 133 Приложение 4. Проектирование механизма пресса ........................................................................... 137 П4.1. Метрический синтез механизма ......................................................................................... 137 П4.2. Кинематический анализ механизма ................................................................................... 137 П4.3. Определение сил, действующих в механизме ................................................................... 138 П4.4. Определение параметров динамической модели .............................................................. 139 П4.5. Решение задачи динамики с учетом механической характеристики двигателя .............. 140 П4.6. Решение задачи динамики без учета механической характеристики двигателя ............. 141 Приложение 5. Проектирование механизма пневмоцилиндра ............................................................ 143 П5.1. Метрический синтез механизма ......................................................................................... 143 П5.2. Кинематический анализ механизма ................................................................................... 143 П5.3. Определение параметров динамической модели .............................................................. 145 П5.4. Решение задачи динамики .................................................................................................. 146 П5.5. Кинетостатический силовой анализ механизма ................................................................ 147 Приложение 6. Синтез кулачковых механизмов ................................................................................. 149 П6.1. Фазовые углы ....................................................................................................................... 149 П6.2. Кинематические диаграммы ............................................................................................... 149 П6.3. Кинематические функции контактной точки толкателя .................................................. 150 П6.4. Расчет основных параметров механизма с поступательно перемещающимся толкателем ........................................................................................................................... 150 П6.4.1. Геометрическая интерпретация формулы угла давления ......................................... 150 П6.4.2. Приближенный расчет основных параметров .......................................................... 151 П6.4.3. Точный расчет основных параметров ........................................................................ 151 П6.4.4. График угла давления ................................................................................................. 152 П6.4.5. Построение профиля кулачка .................................................................................... 153 172

Стр.172

П6.5. Расчет основных параметров механизма с качающимся толкателем .............................. 153 П6.5.1. Расчет координат центра вращения кулачка. Метод «линии уровня» .................... 153 П6.5.2. Геометрическая интерпретация формулы угла давления ......................................... 154 П6.5.3. График угла давления ................................................................................................. 15 4 Приложение 7. Примеры выполнения листов курсового проекта ...................................................... 156 Литература ........................................................................................................................................... 169

Стр.173