Методические указания по проведению лабораторных занятий

Кафедра «Автомобильный транспорт»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по проведению ЛАБОРАТОРНЫХ занятий
по дисциплине
«ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН»
для студентов очного и заочного обучения
Направление подготовки
190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и
комплексов»
Методические указания
по проведению лабораторных занятий по дисциплине «Тория
механизмов и машин»
I. Общие положения
Целью изучения дисциплины «Теория механизмов и машин» является:
обеспечение подготовки студентов по основам эксплуатационной
надежности
машин,
включающим
знания
методов
оценки
функциональных возможностей типовых механизмов и машин, критериев
качества передачи движения, постановку задачи с обязательными и
желательными условиями синтеза структурной и кинематической схемы
механизма, построение целевой функции при оптимизационном синтезе,
получение математических моделей для задач проектирования механизмов и
машин.
К основным задачам относятся:
выработка знаний, умений и навыков по выполнению проектных работ
по ремонту машин
освоение современных методов проектирования ремонтных работ,
включая компьютерные технологии
изучение нормативно-расчетной документации и выработка навыков по
ее применению при ремонте машин
ознакомление с альтернативными методами проектирования и ремонта
с учетом мирового опыта.
В результате освоения дисциплины студент должен знать:
 основные виды механизмов, их классификацию и функциональные
возможности, области применения;
 принципы работы отдельных механизмов и их взаимодействие в
машине;
 общетеоретические основы анализа и синтеза механизмов и машин
и методов оптимизации в синтезе механизмов с применением ЭВМ;
 основы возникновения колебаний и вибраций в механизмах и методы
динамического гашения колебаний
Студент должен уметь:




находить кинематические характеристики механизмов;
выполнять динамические расчеты быстроходных машин;
рассчитывать энергетический баланс;
осуществлять регулирование хода машин и их виброзащиту;
пользоваться
системами
автоматизированного
параметров
и проектирования механизмов на ЭВМ.
расчета
II. Содержание лабораторного раздела дисциплины
(модуля)
Лабораторные работы
Лабораорная работа 1
СТРУКТУРНЫЕ И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ МЕХАНИЗМОВ И
ИХ ПОСТРОЕНИЕ
Цель работы: приобретение практических навыков по проведению
структурного анализа кинематических схем механизмов.
Теоретическая часть.
По книге Артоболевский И.И., Эдельштейн Б.В. Сборник задач по
теории механизмов и машин. – М.: Наука, 1973.-256 с.
Разобрать :
1. Параграф 1. Структура механизмов. Основные определения.
2. Решть задачи.
Задача 1
Установить класс кинематической пары, образуемой плоской (1) и конической (2)
поверхностями (конус касается плоскости только вершиной). По отношению к
координатным осям xyz перечислить все виды допускаемых движений конуса
относительно плоскости.
Задача 2
Для плоской кинематической пары, представленной на рисунке, установить:
- высшая пара, или низшая;
- класс кинематической пары;
- число подвижностей в относительном движении звеньев 1 и 2.
Задача 3
Конус 2 касается плоскости 1 своей образующей. Для кинематической пары,
образуемой указанными звеньями, установить класс и число подвижностей в
относительном движении звеньев 1 и 2 (назвать эти подвижности по отношению к какойлибо системе координат, связанной с плоскостью).
Задача 4
Конус 2 касается плоскости 1 кромкой своего основания, вершина конуса s удалена
от плоскости на расстояние
, где
– проекция вершины конуса на плоскость. Для
кинематической пары, образуемой указанными звеньями, установить класс и число
подвижностей в относительном движении звеньев 1 и 2 (назвать эти подвижности по
отношению к какой-либо системе координат, связанной с плоскостью).
Задача 5
Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих
группу III класса 3-го порядка при начальном звене 9.
Задача 6 (см. рисунок к задаче 5)
Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих
группу III класса 3-го порядка при начальном звене 4.
Лабораторная работа 2
ГРАФИЧЕСКИЕ И ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ. ТЕОРИЯ И ПИМЕРЫ
Цель работы: приобретение практических навыков по построению
планов скоростей и ускорений различных механизмов.
Теоретическая часть.
По книге Артоболевский И.И., Эдельштейн Б.В. Сборник задач по
теории механизмов и машин. – М.: Наука, 1973.-256 с.
Разобрать :
1. Параграф 5. Аналитическое определение положений, скоростей и
ускорений звеньев механизмов.
2. Решить задачи.
Задача 1
Для некоторой структурной группы имеется уравнение плана скоростей
.
Написать для этой группы:
1) уравнение плана ускорений;
2) формулы для вычисления угловой скорости и углового ускорения звена 3.
Задача 2
Кривошип OA механизма вращается равномерно; обозначить полюс и все векторы
плана ускорений. Считая все постоянные размеры звеньев заданными, нанести на этот
план вектор
ускорения точки C.
Задача 3
Кривошип OA механизма вращается равномерно; обозначить полюс и все векторы
плана ускорений. Считая все постоянные размеры звеньев заданными, указать на прямой
AB звена 2 такую точку C, ускорение которой
направлено, как показано на рисунке
(написать формулу, по которой вычисляется положение этой точки на звене). Нанести
соответствующую точку на план ускорений.
Задача 4
На плане скоростей кривошипно-кулисного механизма отметить полюс и векторы
скоростей всех обозначенных на схеме точек. Найти для изображенного положения
механизма точную величину отношения (
), если OA = OB.
3. Параграф 6. Планы положений, скоростей и ускорений механизмов.
4. Решить задачи .
Задача 5
В текущем положении механизма угол
ползун 1 движется равномерно.
Размеры звеньев: длина кривошипа
, длина шатуна
. Определить
точное соотношение угловых ускорений звеньев
в указанном положении.
Задача 6 (см. рисунок к задаче 5)
Установить величину отношения угловых ускорений звеньев 2 и 3
при
равномерном движении ползуна 1 в изображенном положении кривошипно-ползунного
механизма (т.е. при угле
). Соотношение длин звеньев:
.
Задача 7 (см. рисунок к задаче 5)
Доказать, что при равномерном движении ползуна 1 в изображенном положении
механизма (т.е. при угле
) угловые ускорения звеньев 2 и 3 одинаковы по
величине и направлению.
Задача 8
Кривошип 1 вращается с угловым ускорением
=1 рад/с2; при каком значении его
угловой скорости
ползун 3 в рассматриваемом положении механизма (т.е. при угле
) будет двигаться равномерно? Соотношение длин звеньев:
.
Задача 9
Для кинематической цепи известны: размеры звеньев BC и h; положение, скорость
и ускорение
точки A; положение (угол ), угловая скорость
и угловое
ускорение
звена 2; положение, скорость
и ускорение
точки B. Описать
порядок построения положения точки С; написать уравнения планов скоростей и
ускорений, в результате решения которых будут найдены скорость и ускорение точки С, а
также угловая скорость и угловое ускорение звеньев 3 и 4.
5. Параграф 7. Нахождение мгновенных центров скоростей и ускорений.
Построение центроид.
6. Решить задачи.
Задача 10
Для секансного механизма определить скорость точки A в положении,
определяемом углом =450. Размер
; входное звено вращается с угловой
скоростью
.
Задача 11 (см. рисунок к задаче 10)
Для секансного механизма определить скорость скольжения в поступательной паре
(1-2) в положении, определяемом углом =450. Размер
; входное звено
вращается с угловой скоростью
.
Задача 12
Для синусного механизма определить аналитически скорость и ускорение точки B
в положении, определяемом углом =600. Размеры
,
; входное
звено вращается с угловой скоростью
.
Задача 13
Для синусного механизма определить аналитически скорость и ускорение в
относительном движении ползуна 2 по звену 3 в положении, определяемом углом
Размер
; входное звено вращается с угловой скоростью
.
=600.
Лабораторная работа 3
УЗЛЫ ТРЕНИЯ, К.П.Д., СИЛОВОЙ РАСЧЕТ С УЧЕТОМ ПОТЕРЬ
Цель работы: приобретение практических навыков по определению сил
инерции и выполнению силового расчета с учетом сил трения в механизмах.
Теоретическая часть.
По книге Артоболевский И.И., Эдельштейн Б.В. Сборник задач по
теории механизмов и машин. – М.: Наука, 1973.-256 с.
Разобрать :
1. Параграф 11. Трение в кинематических парах.
2. Разобрать и проанализировать задания.
. - За счёт каких сил передают движение фрикционные передачи ?
- Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач ?
- Каковы основные виды поломок фрикционных передач ?
- Какие материалы применяются для фрикционных передач ?
- Кратко опишите работу катков фрикционной передачи при буксовании.
- Какие устройства называют вариаторами? Их назначение.
- Как классифицируют фрикционные передачи? Перечислите основные виды
передач.
- Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач?
- Какие материалы применяют для изготовления рабочих поверхностей
фрикционных катков? Какими свойствами должны обладать эти материалы?
- Как обеспечивают прижатие катков фрикционных передач?
- Почему во фрикционных передачах непостоянное передаточное число?
- Как протекает процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков
закрытой передачи?
- Что такое заедание рабочих поверхностей катков? Как можно предупредить его?
- Что такое диапазон регулирования вариаторов и как его определяют?
- По перечисленным признакам классификации дайте характеристику передаче,
изображенной на рисунке.
- Укажите основные достоинства и недостатки фрикционной передачи,
работающей в режиме пробуксовки катков.
- Можно ли рекомендовать фрикционную передачу для точных делительных
механизмов? Чем объяснить ухудшение качества звучания проигрывателя (звук «плывет»)
при нормальной работе всех его электронных блоков.
- Почему ведомый каток рекомендуют изготовлять из более износостойкого
материала?
- Чем обусловлено скольжение в закрытой фрикционной передаче! Дайте
определение передаточного числа
. Запишите формулу передаточного числа при
условии известных частот вращения ведущего и ведомого валов
и
.
- Чем объяснить, что КПД в закрытых передачах больше, чем в открытых?
- Объясните процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков
закрытых передач.
- Выведите формулу для определения диаметра ведомого катка.
- Опишите кратко устройство конической фрикционной передачи. Какой каток
делается прижимным в конической фрикционной передаче?
- Зависит ли сила нажатия катков от коэффициента трения? Если да, то как? От
каких геометрических параметров передачи зависит эта сила?
- Что является основной кинематической характеристикой вариатора? Дайте
определение.
- Увеличится или уменьшится передаточное отношение вариатора (см. рисунок),
если малый каток перемещать к центру большого?
- В какое положение необходимо поставить промежуточный диск 3, чтобы
передаточное число и было равно единице (см. рисунок)? Правильно ли показано
направление вращения ведомого катка у торового вариатора. Как классифицировать
рассматриваемый вариатор по взаимному расположению осей валов.
- Дайте определение условию работоспособности фрикционной передачи.
- Как классифицировать вариатор с коническими катками по взаимному
расположению осей валов?
- Влияет ли размер диаметра промежуточного диска 3 на передаточное число (см.
рисунок)?
- Передаточное число больше или меньше единицы при установке промежуточного
диска 3, показанной на рисунке?
- Как классифицировать фрикционные передачи по принципу передачи движения и
способу соединения ведущего и ведомого звеньев?
1. Зацеплением
2. Трением с непосредственным контактом
3. Передача с промежуточным звеном
4. Трением с гибкой связью
- Как называется деталь, обозначенная цифрой 2 на рисунке?
1. Ведущий каток
2. Ведомый каток
3. Промежуточный диск
- Можно ли применить фрикционную передачу для изменения скорости приводных
колес автомобиля, снегохода и т. д.
1. Нельзя
2. Можно
- Из какого материала изготовляют катки тяжелонагруженных быстроходных закрытых фрикционных передач?
1. Сталь
2. Чугун
3. Бронза
4. Из любого материала (сталь, чугун, бронза)
5. Текстолит, и другие неметаллические материалы
- Определите частоту вращения ведомого вала фрикционной передачи, если n=
1000 об/мин, D1= 100 мм, D2 = 200 мм (скольжением пренебречь)
1) 500
2) 1000
3) 2000
- Как называется передача, показанная на рисунке?
1. Цилиндрическая фрикционная с гладкими катками
2. Клинчатая фрикционная
3. Коническая фрикционная
4. Червячная
- Какой из указанных недостатков фрикционной передачи не дает возможность
применения для точных делительных механизмов
1. Непостоянство передаточного отношения
2. Большие нагрузки на валы
3. Низкий КПД
4. Ограниченная величина окружной скорости
- Формула для
фрикционной передачи
определения
диаметра
ведомого
1)
2)
3)
4)
.
- Для чего в расчетные формулы вводят коэффициент Kс?
катка
цилиндрической
1. Для увеличения КПД передачи
2. Для снижения пробуксовки катков при перегрузках
3. Для снижения коэффициента трения
- Как уменьшить межосевое расстояние а при проектировании фрикционной
передачи (без увеличения размеров и нагруженности передачи)
1. Выбрать более прочный материал
2. Увеличить коэффициент Кс
3. Увеличить коэффициент f
4. Увеличить коэффициент
- Как называется передача, показанная на рисунке?
1. Цилиндрическая фрикционная передача
2. Лобовой вариатор
3. Торовый вариатор
4. Вариатор с коническими катками
- К каким передачам относятся вариаторы?
1. С нерегулируемым передаточным числом
2. С регулируемым передаточным числом
- В какое положение необходимо поместить ведущий каток 1 (см. рисунок), чтобы
увеличить угловую скорость ведомого катка 2?
1. Влево к оси вала катка 2
2. В правое крайнее положение
- Какое направление вращения будет иметь ведомый каток 2 (см. рисунок), если
ведущий каток 1 переместить влево (на рисунке показано штриховыми линиями)
1. По часовой стрелке
2. Против часовой стрелки
- Как назвать деталь, обозначенную цифрой 3 на рисунке?
1. Ведущий каток
2. Ведомый каток
3. Промежуточный диск,
Лабораторная работа 4
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МНОГОПОТОЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ
Цель работы: приобретение практических навыков по анализу и синтезу
многопоточных зубчатых механизмов .
Теоретическая часть.
1. Зубчатые передачи.
Самое широкое применение в машинах и приборах находят зубчатые передачи
которые позволяют передавать вращательные движения от одного вала к другому с
заданными угловыми скоростями.
Зубчатые передачи получили наибольшее распространение в машиностроении благодаря
следующим достоинствам:
а) практически неограниченной передаваемой мощности,
б) малым габаритам и весу,
в) стабильному передаточному отношению,
г) высокому КПД, который составляет в среднем 0,97 - 0,98.
Недостатком зубчатых передач является шум в работе на высоких скоростях,
который однако может быть снижен при применении зубьев соответствующей
геометрической формы и улучшении качества обработки профилей зубьев.
При высоких угловых скоростях вращения рекомендуется применять косозубые
шестерни, в которых зубья входят о зацепление плавно, что и обеспечивает относительно
бесшумную работу. Недостатком косозубых шестерен является наличие осевых усилий,
которые дополнительно нагружают подшипники. Этот недостаток можно устранить,
применив сдвоенные шестерни с равнонаправленными спиралями зубьев или шевронные
шестерни. Последние, ввиду высокой стоимости и трудности изготовления применяются
сравнительно редко - обычно лишь для уникальных передач большой мощности. При
малых угловых скоростях вращения применяются конические прямозубые шестерни, а
при больших - шестерни с круговым зубом, которые в настоящее время заменили
конические косозубые шестерни, применяемые ранее. Конические гипоидные шестерни
тоже имеют круговой зуб, однако оси колес в них смещены, что создает особенно
плавную и бесшумную работу. Передаточное отнесение в зубчатых парах колеблется в
широких пределах, однако обычно оно равно 3 - 5.
В зависимости от расположения осей валов, между которыми осуществляется
вращательное движение при постоянном значении передаточного отношения, различают
передачи:
- При параллельных валах.
- При пересекающихся валах.
- При скрещивающихся валах.
1) На рис.1.33 показаны цилиндрические колеса с внешним зацеплением, а на
рис.1.34 изображены цилиндрические колеса с внутренним зацеплением, где зубья одного
из колес расположены по внутренней поверхности.
Рис.1.33. Зубчатый механизм с внешним зацеплением
Рис.1.34. Зубчатый механизм с внутренним зацеплением
Наряду с прямозубыми, широкое распространение получили зубчатые колеса с
косыми и шевронными зубьями.
Зубчатая передача с реечным зацеплением имеет в составе зубчатую рейку 1 и
зубчатое колесо 2 (рис.1.35).
По книге Артоболевский И.И., Эдельштейн Б.В. Сборник задач по
теории механизмов и машин. – М.: Наука, 1973.-256 с.
Разобрать :
2. Параграф 8. Кинематический анализ передач.
3. Задачи 147-150; 165-172.
4. Параграф 22. Проектирование трехзвенных зубчатых передач.
5. Задачи 335-340.
6. Параграф 23. Проектирование многопоточных планетарных зубчатых
передач.
7. Задачи 346-350.
Вопросы для самопроверки
- Что называется зубчатым колесом?
- Дайте определение модуля зацепления.
- Дайте определения окружного и углового шага эвольвентного зацепления.
- Запишите формулу для толщины зуба по окружности произвольного радиуса.
- Какие методы изготовления эвольвентных зубчатых колес Вы знаете ?
- В чем заключается сущность изготовления эвольвентных колес методом огибания ?
- Выведите основные размеры зубчатого колеса (ra, s,h), используя схему станочного
зацепления.
- Запишите условие отсутствия подрезания в станочном зацеплении.
- Что такое x min ? Выведите формулу для определения x min.
- Запишите формулу для определения угла зацепления эвольвенты.