Королев П.В. к.т.н., доцент кафедры «Конструирование

Министерство образования Российской Федерации
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ Технологии и компьютеризации в машиностроении
КАФЕДРА Конструирования и стандартизации в машиностроении
УТВЕРЖДАЮ
Председатель Методической
комиссии ________________
факультета
_______________ ( __________________ )
«______» ________________ 2002 г.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
(Наименование дисциплины в соответствии с ГОС)
Направление подготовки: 651700 ОПД.Ф.02.01.
(номер и наименование направления)
Специальность: МТМ.
Иркутск 2002
1. Цели и задачи дисциплины.
Ускорение экономического роста страны и реформы, которые
планируются в экономике, после затяжного спада в отечественной
промышленности, вступление России во Всемирную торговую организацию
и планируемое открытие границ, зависимость бюджета страны от мировых
цен на сырье, планируемое с 2003 года Министерством образования РФ
пересмотр структуры приема в вузы и конкурсное распределение
государственного задания на подготовку специалистов требует перехода к
формированию инженеров широкого профиля, сочетающих глубокие,
фундаментальные знания с обстоятельной практической подготовкой,
ориентированной на конкретную отрасль промышленности.
Основной дисциплиной общеинженерного цикла, обеспечивающей
такую подготовку инженера, является теория механизмов и машин (ТММ).
Основными целями изучения дисциплины являются:
научить будущих инженеров широкого профиля знаниям и
практическим умениям общих методов исследования и
проектирования схем механизмов, необходимых для создания
машин, установок, приборов, автоматических устройств и
комплексов, отвечающих мировым требованиям по
эффективности, точности, экономичности и надежности,
научить будущих инженеров самостоятельному критическому
мышлению, анализу не только механизмов, но и тенденций
развития техники и промышленности в целом,
прививать будущим инженерам любовь и гордость за свою
страну на конкретных примерах из ее истории, объясняя
причины нынешнего тяжелого экономического положения,
разъясняя пути и способы возрождения страны.
В состав задач изучения дисциплины входят: - дать знания:
о строении основных видов механизмов, кинематических и
динамических характеристиках,
о методах виброзащиты человека и машины,
об управлении движением систем механизмов и машин,
о методах оптимизационного синтеза механизмов с
применением ЭВМ.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Исходя из требований государственного стандарта по
общеобразовательной дисциплине теория механизмов и машин к
уровню подготовки выпускника,
студент должен знать:
основные виды механизмов
динамические характеристики,
и
их
кинематические
и
понимать принцип работы отдельных механизмов и их
взаимодействие в машине,
методы виброзащиты человека и машины,
динамику приводов,
студент должен уметь:
проводить структурный анализ и синтез механизмов,
определять передаточные отношения редукторов ,
находить кинематические и динамические параметры
заданных механизмов и машин и оптимальные параметры
проектируемых механизмов по заданным кинематическим и
динамическим свойствам с использованием ЭВМ,
проектировать зубчатые и кулачковые механизмы,
выбирать оптимальный тип приводов,
студент должен иметь представление:
о тенденциях развития и основных методах проектирования
робототехнических комплексов,
о современной технике измерения кинематических и
динамических параметров машин,
о методах планирования эксперимента при выборе
оптимального варианта конструкции механизма,
о методах решения изобретательских задач (теория решения
изобретательских задач – ТРИЗ).
-
3. Место ТММ в структурно-логической схеме Учебного плана.
ТММ опирается на большой ряд дисциплин Учебного плана, используемых
при изучении ТММ:
математика,
начертательная геометрия,
инженерная графика,
информатика,
физика,
теоретическая механика.
Дисциплина ТММ обеспечивает преемственность знаний при переходе от
общеобразовательных дисциплин к профилирующим дисциплинам. Перечень
дисциплин Учебного плана, в которых будут использоваться результаты
изучения ТММ:
технологическое оборудование, механизация и автоматизация
в производстве, обработке и переработке материалов и
нанесения покрытий.
4. Информация о дисциплине из ГОС.
Индекс
Наименование дисциплины и их основные разделы
Теория механизмов и машин:
Всего
часов
ОПД.Ф.02.01 Специальность: 651700 МТМ, ………………….……..
68
Основные понятия теории механизмов и машин.
Основные виды механизмов. Структурный анализ и
синтез механизмов. Кинематический анализ и синтез
механизмов.
Кинетостатический
анализ.
Динамический анализ и синтез механизмов.
Колебания в механизмах. Линейные уравнения в
механизмах. Нелинейные уравнения движения в
механизмах. Колебания в рычажный и кулачковых
механизмах. Пневмопривод механизмов. Выбор типа
приводов. Синтез рычажных механизмов. Методы
оптимизации в синтезе рычажных механизмов с
применением ЭВМ. Синтез механизмов по методу
приближения
функций.
Синтез
передаточных
механизмов. Синтез по положениям звеньев. Синтез
направляющих механизмов.
№
п/п
1.
1.1.
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.1.5.
1.2.
2.
5. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Всего
часов
Специальность: 651700 ОПД.Ф. 02.01
МТМ
Общая трудоемкость дисциплины
68
Аудиторные занятия
34
Лекции
17
Практические занятия
17
Семинары
--Лабораторные занятия
--Другие виды аудиторных занятий
--Самостоятельная работа студента
34
Курсовой проект (или работа)
--Расчетно-графические работы
17
Рефераты
17
Другие виды самостоятельной работы студентов
--Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
зачет
Семестры
4
6. Содержание дисциплины.
Пути достижения ранее сформулированных целей дисциплины ТММ
реализуются в форме лекций, практических занятий, исследовательской
работы студентов, а также в форме самостоятельной работы студентов,
заключающейся в проработке материала лекционного курса, подготовке к
практическим занятиям, выполнения расчетно-графической работы и
написания рефератов.
Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется при
выполнении практических работ, расчетно-графической работы и написания
рефератов. Окончательной формой контроля являются зачет.
№
п/п
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
6.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
Раздел дисциплины
Лекции ПЗ/С
2
Основные понятия теории механизмов и машин
Основные виды механизмов.
Структурный анализ и синтез механизмов.
Кинематический анализ и синтез механизмов.
Кинетостатический анализ механизмов.
Динамический анализ и синтез механизмов.
Колебания в механизмах.
Линейные уравнения в механизмах.
Нелинейные уравнения движения в механизмах.
Колебания в рычажных и кулачковых
механизмах.
Пневмопривод механизмов.
Выбор типа приводов.
Синтез рычажных механизмов.
Методы оптимизации в синтезе механизмов с
применением ЭВМ.
Синтез механизмов по методу приближения
функций.
Синтез передаточных механизмов.
Синтез по положениям звеньев.
Синтез направляющих механизмов.
3
4
6.2. Содержание разделов дисциплины.
1. Основные понятия теории механизмов и машин:
история развития ТММ,
вопросы, которые изучает дисциплина ТММ,
понятия: машина, механизм, звено, кинематическая пара.
ЛБ
5
2. Основные виды механизмов:
плоские и пространственные механизмы,
степень подвижности плоских и пространственных
механизмов.
3. Структурный анализ и синтез механизмов:
классификация кинематических пар,
пассивные связи,
лишние степени свободы,
замена высших кинематических пар на низшие,
принцип образования плоских механизмов,
классификация групп Ассура,
алгоритм структурного анализа механизма.
4. Кинематический анализ и синтез механизмов:
цель и задачи кинематического анализа механизма,
понятие масштаба в ТММ,
графическое дифференцирование и интегрирование,
графические, аналитические и графо-аналитические методы
определения скоростей и ускорений звеньев механизма.
5. Кинетостатический анализ механизмов:
цель кинетостатического анализа механизма,
классификация сил, действующих на звенья механизма,
методы силового расчета механизма,
порядок силового расчета механизма,
порядок силового расчета групп Ассура,
порядок силового расчета ведущего звена,
теорема о жестком рычаге Жуковского,
статическое уравновешивание вращающихся масс.
6. Динамический анализ и синтез механизмов:
цель динамического анализа механизма,
тахограмма механизма,
коэффициент неравномерности хода механизма,
понятие приведенной массы и приведенной силы,
диаграмма Виттенбауэра,
определение момента инерции маховика.
7. Колебания в механизмах:
классификация,
характеристики,
роль в технике.
8. Линейные уравнения движения в механизмах:
постановка задачи о движении машинного агрегата под
действием заданных сил.
9. Нелинейные уравнения движения в механизмах:
постановка задачи, методы решения.
10. Колебания в рычажных и кулачковых механизмах:
причины возникновения колебаний,
методы устранения и гашения колебаний.
11.Пневмопривод механизмов:
классификация,
области применения.
12.Выбор типа приводов:
сравнительные характеристики типов приводов.
13.Синтез рычажных механизмов:
задачи синтеза,
теорема Робертса-Чебышева.
14.Методы оптимизации в синтезе механизмов с применением ЭВМ:
применение теории планирования эксперимента.
15.Синтез механизмов по методу приближения функций:
теория функций, наименее отклоняющихся от нуля, и
применение ее в области синтеза, направляющих механизмов
(метод П.Л. Чебышева),
синтез механизмов, приближенно воспроизводящих движение
звена с постоянной скоростью.
16.Синтез передаточных механизмов:
классификация механизмов передач,
классификация зубчатых механизмов,
определение передаточных отношений редукторов,
основная теорема зацепления,
требования предъявляемые к профилям зубьев зубчатых
колес,
основные размеры нулевых зубчатых колес,
эвольвента окружности и ее свойства,
ненулевые зубчатые колеса,
методы выбора коэффициентов смещения инструментальной
рейки,
качественные показатели зацепления.
17.Синтез по положениям звеньев:
области применения,
выбор типа механизма и его размеров.
18.Синтез направляющих механизмов:
области применения,
выбор типа механизма и его размеров.
6.3. Тематика курсовых проектов.
Не предусматривается.
6.2. Лабораторный практикум.
Не предусматривается.
6.3. Практические занятия.
№
п/п
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Номер раздела Наименование практических работ
дисциплины
2
3
3.
Составление структурных схем механизмов.
Определение класса механизмов по Ассуру.
4.
Определение кинематических характеристик
механизмов.
5.
Определение реакций в кинематических парах
механизмов.
6.
Определение момента инерции и размеров
маховика механизмов.
16.
Расчет параметров зубчатых колес.
17.
Определение минимальных размеров кулачковых
механизмов.
7. Рекомендуемое обеспечение дисциплины.
7.1. Нормативное сопровождение.
Примерный перечень эталонов качества подготовки специалистов:
знать, уметь, применять на практике полученные в ИрГТУ
знания и умения,
самостоятельно решать возникающие инженерные задачи,
формулировать проблемные инженерные задачи, ставить их
перед подчиненными и контролировать результаты работ.
7.2. Методическое обеспечение дисциплины.
Кинематический анализ механизмов. Методические указания к
лабораторной
работе
по
теории
механизмов
и
машин
для
машиностроительных специальностей. Составил Е.В. Глушко.- Владивосток:
изд-во ДВГТУ, 1999.-16 с.
Теория механизмов, машин и манипуляторов. Учебное пособие для
машиностроительных специальностей вузов./ И.П. Филонов, П.П.
Анципорович, В.К. Акулич.- Минск: Дизайн ПРО, 1998.- 655 с.
Теория механизмов и машин. Методические указания по выполнению
лабораторных работ по синтезу зубчатых зацеплений для студентов
машиностроительных специальностей. Составил М.Г. Руденко.- Иркутск,
изд-во ИрГТУ, 1998.-48 с.
Теория механизмов и машин. Методические указания по выполнению
курсовой работы для машиностроительных специальностей. Составила Т.М.
Ратинер.- Иркутск: изд-во ИрГТУ, 1997.- 53 с.
7.3. Информационно-библиотечное обеспечение.
7.3.1. Основная литература.
Теория механизмов и машин. Конспект лекций. Составил П.В.
Королев.- Иркутск: изд-во ИрГТУ,-2001.- 104 с
Попов СА., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории
механизмов и машин: Учебное пособие для втузов./ Под ред. К.В. Фролова.3-е изд., стер.- М.: Высш. шк., 1999.- 350 с.
Теория механизмов и механика машин. Учебник для втузов. / К.В.
Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др. Под ред. К.В. Фролова.- 2-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998.- 495 с.
7.3.2. Дополнительная литература.
Грудинин Г.В. Динамический расчет приводов. Учебное пособие.
/ ИрГТУ.- Иркутск: изд-во ИрГТУ, 1996.- 67 с.
Ивович В.А., Днищенко В.Я. Защита от вибрации в машиностроении.М.: Машиностроение, 1990.- 271 с.
7.3.3. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Обучающе-тестирующая программа по курсу «Теория механизмов и
машин», разработанная под руководством к.т.н., доцента П.В. Королева в
2000 г., используемая в компьютерном классе кафедры КСМ.
Демонстрационная программа по разделу курса ТММ (кинематический
анализ и синтез механизмов), разработанная под руководством к.т.н., доцента
П.В. Королева в 2001 г., используемая в компьютерном классе кафедры
КСМ.
Диафильмы, слайды, аудио- и видеофильмы в учебном процессе не
предусматриваются.
7.3.4. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
В учебном процессе используется специализированная лаборатория по
теории механизмов и машин (аудитория К-106) и компьютерный класс в
аудитории к-110а.
Установки, стенды и основные приборы используются в лаборатории
по теории механизмов и машин (аудитория К-106).
7.3.5. Методические рекомендации по организации изучения
дисциплины.
Методические рекомендации преподавателю по организации изучения
курса дисциплины теория механизмов и машин разработаны совместно со
студентами к.т.н., доцентом П.В. Королевым и доложены на ХХ111 научнотехнической конференции военно-научного общества Иркутского военного
авиационного инженерного ордена Красной Звезды института в 2000 году.
Рекомендации приведены ниже в тексте.
УДК 378.147.
Методологические вопросы преподавания курса «Теории
машин и механизмов» для студентов механических специальностей
в Иркутском государственном Техническом Университете.
Королев П.В. к.т.н., доцент кафедры «Конструирование и
стандартизация в машиностроении» (КСМ) ИрГТУ.
Анализ успеваемости показал, что 80 % студентов 1-2 курсов не может
организовать свою работу в период между сессиями. Поэтому на кафедре
проходит апробацию методика преподавания курса «ТММ», которая
основывается на рейтинговой системе обучения и включает ряд этапов.
Первый этап - подготовка к лекциям. Студентам заранее выдается
раздаточный материал, в котором напечатаны: схемы, рисунки, формулы из
будущей лекции, но без текстового материала. Они обязаны самостоятельно
проработать будущую лекцию по учебникам и очень кратко вписать
пояснения.
Второй этап - усвоение теоретического материала изучаемого раздела.
По каждому разделу подготовлено до 100 теоретических вопросов. На этом
этапа происходит закрепление в памяти пройденного материала, заучивание
определений, алгоритмов, развитие навыков решения простых задач.
Третий этап - контрольная работа, во время которой студент
самостоятельно решает сложные задачи или часть своего курсового проекта,
применяя теоретические знания для решения практических задач.
На каждом этапе знания студента оцениваются по 5-ти бальной шкале.
В течении семестра студенты группы после изучения каждого раздела
ранжируется по степени убывания набранных баллов. Деканат извещает
родителей неуспевающих студентов, что позволяет в большинстве случаев
принять меры и не доводить дело до исключения студента из университета.
Успевающие студенты награждаются специальными медалями с
текстовым сообщением для родителей об успехах их сына или дочери. Очень
быстро студенты привыкают к ранжированному списку группы и ведут
борьбу за право занять верхние строчки в списке и получить медаль.
Студенты–отличники
не только выполняют отдельную работу,
которая включает первые этапы научной исследовательской деятельности, а
помогают неуспевающим студентам, что особо приветствуется и поощряется.
Таким образом, данный методологический подход к преподаванию
курса «ТММ» позволил: повысить качество успеваемости, снизить число
отчисляемых, ввести в процесс обучения элемент соревнования, прививать
студентам дух взаимопомощи.
УДК 378.147.
Методика проведения промежуточного опроса студентов.
Антонова Н.А., Баранова Т.А., Бархатова А.С., Зубарева Ю.А., Мохова Е.В.,
Полонская Ю.А., Смирнова И.А. студенты групп СМ-98-1,2 ИрГТУ.
Руководитель: Королев П.В. к.т.н., доцент кафедры КСМ ИрГТУ.
Промежуточный опрос студентов проводится на втором этапе
методики преподавания курса ТММ на кафедре КСМ ИрГТУ.
По каждому разделу курса ТММ подготовлено до 100 вопросов,
которые сформированы в билеты по 10 вопросов в каждом. Вопросы
готовили сами студенты. Все вопросы ориентированы на знание
определений, алгоритмов, развитие навыков решения практических задач.
Большинство вопросов преподавателем было рассмотрено на лекции.
Студенту предлагается за 20 минут ответить на 10 вопросов. Проверку
правильности ответов проводят сами студенты, которые и составляли эти
вопросы.
Данная работа относится к обучающе-тестирующей
методике
обучения. Отличие ее от аналогичных методик, используемых на ЭВМ
заключается в том, что: составляют контрольные вопросы и проверяют
правильность ответов сами студенты, которые вольно или невольно
учитывают так называемый человеческий фактор, например: качество зрения
студента. Жалобы студентов на сложность вопросов отсутствуют, так как
вопросы составляет не преподаватель.
Предложенная методика позволила: ввести в процесс обучения элемент
соревновательности и заинтересованности студентов в изучении курса ТММ,
а процент успевающих студентов возрос с 60% до 90% в конце семестра.
УДК 378.147.
Обучающе - тестирующая программа.
Самохин Р. С. студент группы ММк-98, Турков А.В., Рыков М.А.,
Антонов Д.А., Кокорин А.М. студенты группы АТ- 99-2.
Руководитель: Королёв П. В., к.т.н. доцент кафедры КСМ ИрГТУ
Тестирование как способ оценки знаний широко применялось задолго
до того, как в обиход вошли персональные компьютеры. Существовало и
существует множество методик, цель которых - ускорить процесс оценки
знаний и осуществить анализ полученных в результате тестирования данных.
Появление компьютеров значительно расширило круг применения этих
методик, позволило использовать тестирование не только на этапе оценки
знаний, по окончании изучения того или иного раздела учебного материала,
но и в процессе изучения каждой из тем раздела. Это значительно повысило
эффективность, но не устранило основного недостатка, а именно: результаты
тестирования давали больше информации преподавателю, чем обучаемому.
Предлагаемая обучающе - тестирующая программа отличается от
большинства аналогичных тем, что ориентирована, прежде всего, на
обучаемого и главная её задача - всемерно помочь студенту в изучении
учебного материала. Программа выступает в роли индивидуального
помощника студенту. Каждый обучаемый может сам спланировать с её
помощью изучение материала, оценить уровень своих знаний, и не оставить
без внимания какую - либо важную его часть. В тоже время преподаватель,
имеющий доступ к программе (при вводе определённого числа в поле "код
студента") имеет возможность активно влиять на процесс обучения, давая
пояснения именно по тем вопросам, которые вызывают наибольшие
затруднения.
Интерфейс программы максимально упрощен и доступен. Ведётся
реестр данных о студентах, в котором фиксируются: код студента
(назначается преподавателем), время входа в программу, начала
тестирования и результат тестирования. Установлена надежная защита от
изменений в файле данных и протокола. (Ротация байтов в файле, 1 полная и
2 частичные контрольные суммы). Все основные элементы управления
снабжены всплывающими подсказками. Разработана утилита для
преподавателя, с помощью которой просто и удобно вносить изменения в
существующие темы и вопросы или вводить новые.
Так как работа происходит в диалоговом (интерактивном) режиме то, в
сравнении с учебниками и справочниками обучение и повторение, с
использованием программы, становятся значительно более интересными и
увлекательными, что позволяет более полно и качественно изучить материал.
УДК 378.147.
Использование методологических подходов при чтении
лекций по курсу “Теория машин и механизмов”.
Королев П.В., к.т.н., доцент кафедры КСМ ИрГТУ.
Особенности первого этапа : подготовка к лекциям студентов и чтение
лекций преподавателем проходит апробацию на кафедре КСМ ИрГТУ в
течении двух лет.
Работа представляет собой конспект лекций по курсу “Теория машин и
механизмов”, который является одним из наиболее трудных и сложных для
студента. Одновременно этот предмет вызывает определенные сложности и
для преподавателя, так как объем материала практически безграничен, а
количество лекционных часов по программе и физические возможности
студентов ограничены.
В конспекте лекций оспользованы два известных , но очень
эффективных методологических подхода. Суть первого подхода заключается
в следующем: конспект лекций представляет собой раздаточный материал, в
котором отражены наименования тем, приведены рисунки, схемы, формулы,
алгоритмы и основные определения, а текстовые пояснения сведены к
минимуму. Такой методологический подход позволяет:
- начинающему лектору использовать материал как основу для изложения
читаемого курса,
- студенту сократить время, затрачиваемое на выполнение чертежей, схем,
написание алгоритмов и формул, изучать новый материал совместно с
лектором (“следить за мыслью лектора”), знать наименование будущих
тем лекций и планировать свою подготовку к ним.
Практика показала, что успеваемость студентов повышается, так как
эффективность лекций возрастает, за счет тщательного и более
осмысленного изучения материала и снижения нетворческой части работы
студента.
Суть второго методологического подхода, известного, но не теряющего
из-за этого своей эффективности, заключается в том, что изучаемый курс дан
в вопросах и ответах. В конце каждой темы курса приведены до 100
вопросов, в том числе и каверзных, на которые даны ответы. Цель этого
подхода – не “поймать” студента на незнании каких-то вопросов, а наоборот,
изложив подробно и ясно весь материал, предостеречь его от возможных
ошибок и помочь изучить данный курс.
Контрольные вопросы.
Примерный перечень контрольных вопросов и ответы на них (в
количестве 335 вопросов) для самостоятельной работы студентов, а также
при подготовке к зачету или экзамену приведен в работе:
Теория механизмов и машин. Конспект лекций. Составил П.В.
Королев.- Иркутск: ид-во ИрГТУ,-2001.- 104.
Заключительный лист.
Программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по
направлению подготовки (или по направлениям подготовки, или
специальности): 651700 ОПД.Ф.02.01 . Специальность : МТМ.
(указывается номер и наименование направления подготовки
или группы направлений, или специальностей)
Программу составил:
Королев П.В., к.т.н., доцент кафедры КСМ ________________________
Программа согласована с выпускающими кафедрами:
1.
(название кафедры), (подпись), (ФИО зав. кафедрой), (дата)
Программа одобрена на заседании кафедры:
Конструирования и стандартизации в машиностроении
Протокол № _____ от «_____» ____________ 2002 г.
Заведующий
кафедрой
Конструирования
и
стандартизации
машиностроении к.т.н., профессор Нагаев В.В. ___________________
в
«_____» __________ 2002 г.
Программа одобрена на заседании Методической комиссии факультета
Технологии и компьютеризации в машиностроении. Протокол № ________
от «___» ______________ 2002 г