книги / Теория механизмов и машин задания, упражнения и задачи к курсовому проекту
..pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
А.Е. Кобитянский, А.В. Шафранов
ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН: ЗАДАНИЯ, УПРАЖНЕНИЯ И ЗАДАЧИ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Учебно-методическое пособие
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2020
1
УДК 531.8 ББК 30.12 К554
Рецензенты:
д-р техн. наук, заместитель генерального директора по науке И.Б. Шендеров
(Пермский научно-исследовательский технологический институт); д-р техн. наук, профессор В.Я. Беленький
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Кобитянский, А.Е.
К554 Теория механизмов и машин: задания, упражнения и задачи к курсовому проекту : учеб.-метод. пособие / А.Е. Кобитянский, А.В. Шафранов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2020. – 116 с.
ISBN 978-5-398-02330-5
Изложены требования к основным этапам выполнения курсового проекта по теории механизмов и машин и приведены многовариантные задания к нему.
Представлены вопросы, упражнения, задачи, которые могут предлагаться в процессе сдачи экзамена, выполнения лабораторных работ и при защите курсового проекта.
Предназначено для студентов инженерно-технических специальностей.
УДК 531.8 ББК 30.12
ISBN 978-5-398-02330-5 |
© ПНИПУ, 2020 |
2
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. |
Цели и задачи выполнения курсового проекта |
|
по предмету «Теория механизмов и машин» ...................................................... |
4 |
|
2. |
Характеристика содержания и требований к выполнению |
|
и защите курсового проекта .................................................................................. |
5 |
|
3. |
Общие требования к оформлению курсового проекта ................................... |
6 |
|
3.1. Требования к пояснительной записке ...................................................... |
6 |
|
3.2. Примерный план пояснительной записки ............................................... |
8 |
|
3.3. Требования к оформлению чертежей проекта ...................................... |
13 |
4. |
Примерный перечень вопросов, упражнений и задач |
|
для подготовки к экзамену и защите курсового проекта ................................. |
14 |
|
|
4.1. Первый лист проекта: структурный и кинематический |
|
|
анализ стержневого механизма ..................................................................... |
14 |
|
4.2. Второй лист проекта: силовой анализ рычажного механизма ............ |
26 |
|
4.3. Третий лист проекта: кинематический расчет зубчатого |
|
|
механизма и проектирование зацепления зубчатых колес ......................... |
34 |
|
4.4. Четвертый лист проекта: проектирование |
|
|
кулачкового механизма................................................................................... |
41 |
|
4.5. Пятый лист проекта: расчет маховика. |
|
|
Определение истинного закона движения механизма................................. |
47 |
5. |
Варианты заданий на курсовой проект........................................................... |
51 |
Список литературы ............................................................................................ |
115 |
3
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ПРЕДМЕТУ «ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН»
Предмет «Теория механизмов и машин» изучает общие методы исследования механизмов и машин в связи с их анализом и синтезом.
Для инженерно-технических специальностей, в частности для машиностроительных, включает в себя теоретический лекционный курс, практические, лабораторные работы и курсовой проект [1–8]. Курсовой проект – одна из первых расчетно-проектных работ, базирующаяся на сведениях, полученных студентами при изучении естественнонаучных и общетехнических дисциплин: математики, физики, теоретической механики, начертательной геометрии, инженерной графики, информатики и др.
Впроцессе выполнения проекта формируются навыки системного подхода к анализу и синтезу конкретных механизмов машин и приборов различного назначения с применением современных графических, аналитических методов и компьютерных технологий.
Выполнение курсового проекта способствует подготовке студентов к выполнению проекта по деталям машин и специальным дисциплинам.
Предлагаемое пособие включает в себя контрольные вопросы, упражнения и задания по курсовому проекту. Вопросы и упражнения позволяют осуществить подготовку к экзамену, к сдаче лабораторных и практических работ и непосредственно к защите курсового проекта.
Структура проекта: графическая часть (пять листов в формате А1) и рас- четно-пояснительная записка, выполненные по соответствующим стандартам.
Вкачестве тем предлагается исследование и проектирование механизмов технологических, энергетических, транспортных машин и загрузочных устройств.
4
2.ХАРАКТЕРИСТИКА СОДЕРЖАНИЯ И ТРЕБОВАНИЙ
КВЫПОЛНЕНИЮ И ЗАЩИТЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Задания к курсовому проекту содержат название темы, краткое описание назначения и работы механизмов, машины и функций их исполнительных органов. Каждое задание снабжено значениями исходных данных и имеет 10 вариантов.
Темы основных листов проекта:
1-й лист «Структурный и кинематический анализ плоского шарнирнорычажного механизма».
2-й лист «Силовой расчет механизма».
3-й лист «Кинематический анализ зубчатого механизма и проектирование зацепления зубчатых колес».
4-й лист «Синтез кулачкового механизма».
5-й лист «Расчет маховика и определение истинного закона движения механизма».
Выполненный курсовой проект должен содержать графическую часть и оформленную пояснительную записку к каждому листу.
Результаты собеседования по каждому разделу фиксируются и подписываются руководителем проекта.
К защите курсового проекта допускаются студенты, выполнившие все этапы задания.
В процессе защиты студент должен изложить основные задачи исследования, ответить на поставленные вопросы и обосновать приемы и методы графических и аналитических расчетов.
5
3.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
3.1.Требования к пояснительной записке
1.Записка размещается на листах формата A4 с одной стороны.
2.По периметру листа оставляются поля вверху, внизу и справа 10 мм,
аслева не менее 25 мм.
3.Титульный лист пояснительной записки (титульный лист) представлен на рис. 1 согласно образцу.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Кафедра «Инновационные технологии машиностроения»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по ТММ
Задание № _________ Вариант № ________
Студента гр._______________
__________________________
Руководитель проекта
__________________________
Пермь 2020
Рис. 1. Образец титульного листа
6
4.Записка должна иметь наименование разделов задания. Каждый раздел начинается с описания его исходных данных. Раздел начинается с новой страницы. Номер раздела обозначается римской или арабской цифрой.
Например: 1. Структурный и кинематический анализ рычажного механизма.
Каждый раздел делится на подразделы (1.1, 1.2, 1.3, …). Например: 1.1. Структурный анализ рычажного механизма.
5.Все расчеты в записке должны сопровождаться соответствующими схемами в произвольном масштабе.
6.Страницы записки нумеруются.
7.Таблицы, приведенные в записке, должны иметь название и номер.
8.Определение необходимых параметров сопровождается краткой их характеристикой с записью расчетной формулы. Далее приводятся численные значения величин, входящих в формулу в той последовательности, в которой они записаны.
Пример:
aСВn |
VCB2 |
|
42 |
32 |
м с-2 . |
|
l |
0,5 |
|||||
|
|
|
|
|||
|
CB |
|
|
|
|
Численные значения определяемой величины (результаты) даются с указанием размерности. Формулы можно нумеровать, если в записке необходимо делать на них ссылки.
Например: (1.6) первый раздел, формула 6.
9. Пояснительная записка завершается списком литературы, а оглавление с указанием разделов и номеров страниц размещается после титульного листа.
Каждый литературный источник должен иметь свой порядковый номер с указанием автора (фамилия, инициалы), названия книги, под чьей редакцией, номера тома (т. 2), части (4.3), выпуска (вып. 1). В выходных данных указывают: место издания (без слова «город»), издательство (изд-во), год издания (без слова «год»), количество страниц (251 с.).
Например: Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин / под ред. К.В. Фролова. 6-е изд., стер М.: Высш. шк., 2008. 351 с., ил.
Если книга написана несколькими авторами, то либо приводят все фамилии (в последовательности, указанной в титуле), либо только фамилию и инициалы первого автора, после чего пишут и др. Если автор не указан (сб. статей и др.), то начинают с названия книги, а далее указывают те же элементы и в той же последовательности, что и при ссылке на книгу под фамилией одного автора.
7
3.2.Примерный план пояснительной записки
1.Структурный и кинематический анализ механизма
Исходные данные:
1.1.Структурный анализ механизма.
1.2.Решение задачи о положениях. Определение начального положения
механизма и построение положений звеньев механизма.
1.3.Исследование механизма графическим методом. Построение кинематических диаграмм.
1.4.Решение задач о скоростях и ускорениях. Исследование кинематики механизма методом планов скоростей и ускорений:
а) построение планов скоростей; б) построение планов ускорений.
1.5.Определение угловых скоростей и ускорений звеньев механизма.
1.6.Построение годографа скорости и ускорения характерных точек звеньев (центра тяжести звена и др.).
Примечание. Результаты исследований механизма по п. 1.4 свести
втабл. 1.1; 1.2; 1.3; 1.4, по п. 1.5 – в табл. 1.5; 1.6.
Таблица 1.1
Значение длин отрезков на плане скоростей, мм
Отрезок |
|
|
|
Положение |
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|
3 |
… |
11 |
|
|
|
||||||
pb |
|
|
|
|
|
|
|
pc |
|
|
|
|
|
|
|
ps2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2
Значение скоростей характерных точек звеньев механизмов, м с–1
Скорость |
|
|
|
Положение |
|
|
|
точки |
0 |
1 |
2 |
|
3 |
… |
11 |
VB |
|
|
|
|
|
|
|
VC |
|
|
|
|
|
|
|
VS2 |
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
Таблица 1.3
Значение длин отрезков на плане ускорений, мм
|
Отрезок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Положение |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|
|
|
3 |
|
… |
11 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.4 |
||
|
Значение ускорений характерных точек звеньев механизмов, м с–2 |
||||||||||||||||||
|
Ускорение |
|
|
|
|
|
|
|
Положение |
|
|
|
|
||||||
|
точки |
|
0 |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
… |
11 |
|
||||
|
aB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
aC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.5 |
||
|
Значение угловых скоростей звеньев механизма, рад с–1 |
|
|
||||||||||||||||
|
Угловая |
|
|
|
|
|
|
Положение |
|
|
|
|
|||||||
|
скорость звена |
0 |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
… |
11 |
|
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.6 |
||
|
|
|
|
|
Значение угловых ускорений звеньев, рад с–2 |
|
|
||||||||||||
|
Угловое |
|
|
|
|
|
|
|
Положение |
|
|
|
|
||||||
|
ускорение |
|
|
0 |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
… |
11 |
|
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Кинетостатический расчет механизма (силовой расчет)
Исходные данные:
2.1.Определение сил инерции и моментов от сил инерции звеньев ме-
ханизма.
2.2.Определение реакций в кинематических парах наиболее удаленной структурной группы.
9
2.3.Определение реакций в кинематических парах последующих структурных групп.
2.4.Расчет входного (ведущего) звена и определение потребной мощности двигателя.
2.5.Определение уравновешивающей силы или момента методом рычага Н.Е. Жуковского.
Примечание. Порядок определения реакций в кинематических парах структурных групп по п. 2.2 и 2.3 рекомендуется, например, свести в табл. 2.1,
2.2и т.д.
Таблица 2.1
Порядок расчета структурной группы 22
№ |
Определяемый параметр |
Уравнение равновесия |
№ звена |
||||||||||||
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
34 |
|
|
|
0 |
4 |
|||
|
|
|
|
R |
M |
||||||||||
2 |
|
|
34n , |
|
|
|
34, |
|
|
|
|
0 |
4 и 5 |
||
|
R |
R |
R |
05 |
P |
||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
4 |
|
|
|
|
R |
54 |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.2 |
|
|
|
|
|
|
Порядок расчета структурной группы 21 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Определяемый параметр |
Уравнение равновесия |
|
№ звена |
||||||||||||
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
R1 2, |
|
|
0 3 |
|
|
|
0 |
|
2, 3 |
||||
|
|
R |
M |
|
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
12n , |
|
|
|
|
|
0 |
|
2, 3 |
||
|
|
|
R |
R |
03 |
P |
||||||||||
3 |
|
|
|
|
32 и т.д. |
|
|
0 |
|
2 |
||||||
|
R |
P |
3. Кинематический анализ зубчатого механизма и проектирование зацепления зубчатых колес
Исходные данные:
3.1.Кинематический расчет зубчатой передачи.
3.2.Выбор коэффициентов смещения. Определение размеров зубчатого зацепления.
3.3.Построение внешнего неравносмещенного зубчатого зацепления.
3.4.Определение качественных показателей зацепления ( γ , ).
3.5.Построение инструментального зацепления без смещения рейки.
3.6.Построение инструментального зацепления со смещением рейки. Примечание. Значение параметров зубчатого зацепления по п. 3.2
рекомендуется свести в табл. 3.1, по п. 3.4 в табл. 3.2.
10