Министерство сельского хозяйства
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Самарская государственная
сельскохозяйственная академия»
Кафедра «Механика и инженерная графика»
А. З. Брумин, Д. Н. Котов
Теория механизмов и машин
Методические указания для выполнения
расчетно-графической работы
Кинель
РИЦ СГСХА
2014
1
Стр.1
УДК 621.01
ББК 34.41
Б-89
Брумин, А. З.
Б-89 Теория механизмов и машин : методические указания для
выполнения расчетно-графической работы / А. З. Брумин,
Д. Н. Котов. – Кинель : РИЦ СГСХА, 2014. – 72 с.
В учебном издании приведены основные понятия и определения
по структурному анализу механизмов, представлена последовательность
решения графическим методом кинематического и кинетостатического
анализа рычажных механизмов, геометрического и кинематического
расчета зубчатого зацепления. Представлены задания на расчетнографическую
работу, включающие схемы и исходные данные для
проектирования рычажного механизма.
Методические указания предназначены для студентов
инженерного факультета, обучающихся по направлению подготовки:
«Агроинженерия», профили подготовки: «Технические системы
в агробизнесе», «Технический сервис в агропромышленном комплексе»
и «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»,
профиль подготовки: «Автомобили и автомобильное хозяйство».
© ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА, 2014
© Брумин А. З., Котов Д. Н., 2014
2
Стр.2
Оглавление
Предисловие……………………………………………………….…. 4
1. Задания к расчетно-графической работе……………………… 5
1.1. Общие указания к решению задач…………………………. 5
1.2. Оформление расчетно-графической работы………………. 7
1.3. Критерии оценки…………………………………………… 9
2. Основы структурного анализа рычажных механизмов……… 16
3. Кинематический анализ методом построения планов……….. 22
3.1. План положений механизма…………….…………………. 23
3.2. Определение скоростей и ускорений точек и звеньев
механизма……………………………..…………………….. 24
4. Кинетостатический анализ рычажных механизмов
графо-аналитическим методом…….…………………………… 30
5. Геометрический и кинематический расчет зубчатого
зацепления………………………………………………………. 33
5.1. Общие сведения…………………………………………….. 33
5.2. Геометрический расчет зубчатого зацепления…………... 34
5.3. Качественные показатели зацепления……………………. 38
5.4. Кинематический расчет зубчатого механизма……………. 41
6. Пример выполнения расчетно-графической работы…………. 43
6.1. Пример задания на РГР…………………………………….. 43
6.2. Структурный и кинематический анализ рычажного
механизма…………………………………………………… 44
6.3. Кинетостатический анализ рычажного механизма………. 52
6.4. Геометрический и кинематический расчет зубчатого
механизма
57
Рекомендуемая литература…………………………………………. 66
Приложения………………………………………………………… 67
3
Стр.3
Предисловие
В рабочей программе дисциплины «Теория механизмов
и машин», разработанной на кафедре «Механика и инженерная
графика», предусмотрено выполнение расчетно-графической
работы. Расчетно-графическая работа выполняется студентами
в часы самостоятельной работы по изучению данной учебной
дисциплины.
Цель выполнения расчетно-графического работы состоит
в приобретении студентами знаний и умений использования
теоретических знаний для решения практических задач по
исследованию и проектированию механизмов, применяемых
в
механизации
производственных
процессов
сельскохозяйственных работ.
В процессе выполнения данной расчетно-графической работы
у студентов формируются следующие профессиональные
компетенции:
- способность разрабатывать и использовать графическую
техническую документацию;
- готовность к участию в проектировании новой техники
и технологии;
-
готовность к выполнению элементов расчетнопроектировочной
работы по созданию и модернизации систем
и средств эксплуатации транспортно-технологических машин
и комплексов.
В методических указаниях приведены сведения по
теоретическим вопросам основ структурного, кинематического
и динамического анализа рычажных механизмов, требования по
оформлению расчетно-графической работы и пример ее
выполнения.
Задания на выполнение расчетно-графической работы
содержат структурные схемы рычажных и зубчатых механизмов и
таблицы числовых значений параметров.
Номер задания и варианта назначается студентам
преподавателем в начале изучении дисциплины. Студенты, не
выполнившие расчетно-графическую работу, к сдаче зачета не
допускаются.
4
Стр.4
1. Задания к расчетно-графической работе
1.1. Общие указания к решению задач
Предлагается 4 темы заданий, содержащих по 10 вариантов
числовых значений параметров рычажных кривошипно-ползунных
механизмов разного типа сборки и многоступенчатых зубчатых
механизмов. Номер темы и варианта задания выдается студентам
преподавателем-руководителем расчетно-графической работы
(РГР) на начальных занятиях изучения курса «Теория механизмов
и машин». Расчетно-графическая работа включает решение трех
задач в указанной ниже последовательности их выполнения.
1.1.1. Структурное и кинематическое исследование
рычажного механизма
Данная задача выполняется в следующем порядке:
1. Структурное исследование рычажного механизма. Определить
число звеньев, число и класс кинематических пар, степень
подвижности механизма, класс и вид структурных групп, записать
формулу строения механизма;
2. Определение положений механизма. Начертить тонкими
линиями (в масштабе длин звеньев
положений механизма. В положении 1
0,005 м мм ) схему
механизма в 12 равноотстоящих положениях входного
(начального) звена. Такое построение называется планом
, указанном в задании для
РГР, начертить схему механизма толстыми сплошными линиями.
3. Определение скоростей. В положении 1
скоростей в приемлемом масштабе
скорости точек A, S2
и шатуна 2 2
.
4. Определение ускорений. В положении 1
ускорений в приемлемом масштабе
абсолютные ускорения точек A, S2
шатуна 2 2
.
Графические построения планов механизма, скоростей
5
начертить план
a . Определить линейные
и B, угловое ускорение
начертить план
v . Определить линейные
и B, угловые скорости кривошипа 1 1
Стр.5
и ускорений выполнить на листе формата А4 карандашом или на
компьютере в графическом редакторе «КОМПАС». Масштабы
планов следует выбирать так, чтобы на этом листе осталось место
для графических построений задачи кинетостатического расчета
механизма.
1.1.2. Кинетостатическое исследование рычажного механизма
Данная задача РГР выполняется в следующем порядке:
1. Определить силы тяжести, силу инерции и момент сил
инерции шатуна 2 и ползуна 3;
2. Пользуясь формулой строения механизма, составленной при
решении первой задачи РГР, начертить в масштабе расчетную
схему структурной группы Ассура;
3. Составить уравнения кинетостатики структурной группы
механизма и определить методом построения планов сил реакции
12
R и
R во вращательной кинематической паре А
43
и в поступательной паре С;
4. Начертить в масштабе
расчетную схему входного
(начального) звена рычажного механизма, показать действие сил
без соблюдения масштаба сил;
5. Составить уравнения кинетостатики входного звена
и определить методом построения плана сил реакцию 41R во
вращательной кинематической паре О1
, а также
уравновешивающую силу ypF , приложенную в точке А под углом
900
сил выбрать так, чтобы эти чертежи уместились на свободном
месте листа формата А4, где размещены чертежи первой задачи.
1.1.3. Геометрический и кинематический расчет
зубчатого механизма
Данная задача выполняется в следующей последовательности:
1. Ознакомиться с исходными данными зубчатого механизма
и выяснить наличие коэффициентов смещения режущего
инструмента, при нарезании зубьев изображенных на схеме
6
к кривошипу 1.
Масштабы графических построений расчетных схем и планов
Стр.6
зубчатых колес; выяснить: есть ли необходимость выбора какойлибо
величины этого коэффициента по условию устранения
подреза ножек зубьев данных колес;
2. Определить геометрические размеры пары нулевых зубчатых
колес внешнего зацепления, у которых коэффициенты смещения
равны нулю;
3. Определить коэффициенты показателей качества зацепления
указанной пары зубчатых колес внешнего зацепления:
коэффициенты заострения вершин зубьев, коэффициенты
перекрытия, коэффициенты скольжения, коэффициенты давления;
4. Определить передаточное отношение 14u и частоту вращения
n4 выходного звена 4, если частота вращения входного звена 1
равна 1n данной в первой строке таблиц 1-4 исходных данных.
Начертить на листе А4 в масштабе уменьшения или увеличения
фрагмент одного из зубчатых колес, размеры которого определены
в ходе геометрического расчета.
1.2. Оформление расчетно-графической работы
Расчетно-графическая работа состоит из расчетнопояснительной
записки формата А4 на 10-12 страницах
и графической части на 2 листах формата А4.
Расчетно-пояснительная записка составляется по требованиям
государственного стандарта на оформление текстовой части
проектной документации. Текст пишется на одной стороне листа
чернилами одного цвета или печатается с расстоянием между
строками 10 мм и с полями слева 30 мм, вверху и внизу 15 мм,
справа 10 мм. Сокращение слов и их замена знаками не
допускается за исключением установленных
ГОСТ 2.216–68.
Заголовки разделов и подразделов выделяются написанными
более крупным шрифтом, а от основного текста разделяются
пробелами. Разделы нумеруются арабскими цифрами,
отделенными от названия точками. Номер подраздела отделяется
от его названия и номера раздела точками. Введение и заключение
не нумеруются.
Расчетные формулы записывают в буквенных обозначениях
с экспликацией, в которой приводят наименование каждой
величины, входящей в формулу, и единицу СИ. Номер формулы
7
Стр.7
состоит из номера раздела и порядкового номера, разделенных
точкой. Он записывается на правом краю страницы и заключается
в скобки (см. любую формулу настоящего пособия). Затем
в формулу подставляют числовые значения и приводят результаты
вычислений с указанием единицы СИ. Буквенные обозначения
единиц СИ, входящих в произведение, следует отделять точками
на середине строки, например: Нм. При применении косой черты
обозначения единиц СИ числитель и знаменатель следует
помещать в строку, а произведение в знаменателе заключать
в скобки: мм/(мс-2
).
Для повторяющихся вычислений записывается расчетная
формула, расчет в одной позиции, а результаты расчетов в других
позициях механизмов представляются в табличной форме. Каждая
таблица должна иметь заголовок, отражающий содержание
таблицы, а также заголовки боковиков и граф, содержащих
единицу измерения величин. Номер таблицы записывают справа
и выше её заголовка. Он состоит из номера раздела, точки
и порядкового номера таблицы в данном разделе
Основной текст записки должен быть кратким, четким, но
достаточным для точного и конкретного отражения содержания
расчетов, графических построений и выводов. В записке должны
быть ссылки на используемые литературные источники, список
которых приводят в конце брошюры. Порядок подшивки
брошюры таков: титульный лист (прил. 1), задание на расчетнографическую
работу (прил. 2), реферат (прил. 3), оглавление
(прил. 4), введение, основной текст записки, заключение, список
использованной литературы и источников.
Титульный лист заполняется чертежным шрифтом
карандашом (тушью) или печатается.
Страницы нумеруют арабскими цифрами, начиная
с титульного листа до последнего листа записки. На титульном
листе номер не ставят.
Графические построения выполняются на отдельном листе
чертежной бумаги формата А4 с соблюдением стандартов
графической части проектной документации.
Диаграммы, изображающие функциональные зависимости
двух или более переменных величин в системе координат,
выполняются согласно ГОСТ Р 50-77-88 . Координатные оси
8
Стр.8