Теория механизмов и машин I-й раздел

Теория механизмов и машин I-й раздел Структурный анализ рычажных механизмов. II-раздел Кинематический анализ рычажных механизмов. III-раздел – Силовой анализ рычажных механизмов.

. Литература Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. - М. : Наука, 1988. -638 с. Балан С. А. , Белоконев И. М. Теория механизмов и машин: учеб. пособие для вузов. - 2 -е изд. , испр. и доп. - М. : Дрофа, 2004. -172 с. Марченко С. И. , Марченко Е. П. , Логинова Н. В. Теория механизмов и машин: учеб. пособие- Ростов н / Д: Феникс, 2003. – 256 с. Фролов К. В. , Попов С. А. и др. Теория механизмов и машин: учеб. пособие для втузов. - М. : Высшая школа, 2003. – 496 с. 22. 01. 2018 2

В дисциплине «Теория механизмов и машин» любые механизмы или машины рассматриваются как технические системы. Техническая система – это ограниченная область реальной действительности, осуществляющая взаимодействие с окружающей средой. При этом под окружающей средой понимается совокупность внешних объектов, осуществляющих взаимодействие с технической системой. 22. 01. 2018 3

Каждая техническая система предназначена для выполнения определенных функций и имеет собственную структуру. В большинстве случаев структура технической системы состоит из деталей, узлов, звеньев и типовых механизмов. Деталь – это элемент структуры технической системы, не имеющий внутренних связей. Узел – это совокупность нескольких деталей конструктивно или функционально связанных между собой. 22. 01. 2018 4

Все машины состоят из механизмов, которые призваны обеспечивать выполнение требуемых функций. В зависимости от сложности схемы машины могут содержать несколько механизмов одновременно. Механизм – это техническая система, состоящая из подвижных звеньев, стойки и кинематических пар, образующих кинематические цепи. Все механизмы предназначены для передачи и преобразования перемещений входных звеньев и приложенных к ним силовых факторов в требуемые перемещения и силовые факторы выходных звеньев. 22. 01. 2018 5

Любые механизмы должны удовлетворять требованиям, заданным в техническом задании на их проектирование, соответствие которым определяет качество механизмов. В общем случае качество структуры механизма определяется простотой конструкции, технологичностью звеньев, экономичностью, надежностью, долговечностью, габаритами и массой. Оценка работоспособности механизма осуществляются по эксплутационным факторам, к которым относятся: прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость. 22. 01. 2018 6

Все механизмы машин и приводов выполняют определенное служебное назначение и являются действительными механизмами. 22. 01. 2018 7

Типовой механизм – это простой механизм, имеющий при различном функциональном назначении широкое применение в машинах разных видов. 22. 01. 2018 8

Типовые механизмы. 22. 01. 2018 9

2 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И КЛАССИФИКАЦИИ МЕХАНИЗМОВ Теория механизмов и машин (ТММ) есть наука, изучающая 1) структуру (строение), 2) кинематику 3) динамику механизмов. Ее основные проблемы - исследование существующих механизмов (анализ) и проектирование новых механизмов по заданным условиям (синтез).

Звенья механизмов делятся на простые и сложные. Если звено имеет больше двух элементов (кинематических пар), которыми оно присоединяется к другим звеньям механизма, его называют сложным, все остальные звенья считают простыми. Простые звенья изображают на схемах в виде линий, а сложные – в виде геометрических фигур. Геометрические фигуры, изображающие сложные звенья, заштриховывают. На рисунке 1 показаны чертежи и условные изображения простого и сложного звеньев. 22. 01. 2018 11

а) б) а) простое звено б) сложное звено 22. 01. 2018 12

Простые звенья. Сложные или составные звенья. 22. 01. 2018 13

Неподвижное звено называют стойкой. За стойку принимают то звено, относительно которого изучают законы движения всех других звеньев. Например, в станках это станина, в редукторах – корпус, в автомобилях – шасси или кузов и т. п. Стойка в исследуемом механизме одна, а присоединений к стойке может быть сколько угодно. 22. 01. 2018 14

• входное или ведущее звено – это звено механизма, которому сообщается заданное движение и соответствующие силовые факторы (силы и моменты пар сил); • выходное звено – это звено механизма, на котором получают требуемое движение и требуемые силовые факторы. • промежуточное звено – это звено механизма, расположенное между входным и выходным звеньями и предназначенное для передачи движения и преобразования силовых факторов. 22. 01. 2018 15

Кривошип – вращающееся звено механизма, которое совершает полный оборот вокруг оси, связанной со стойкой. Шатун – звено механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями. Коромысло – звено механизма, которое совершает только колебательные движения при неполном вращении вокруг неподвижной оси, связанной со стойкой. Кулиса – подвижное звено механизма, являющееся направляющей для камня. Ползун – звено, образующее поступательную пару со стойкой. Камень – звено, образующее поступательную пару с кулисой. 22. 01. 2018 16

Структурная схема – безмасштабное графическое изображение механизма с применением условных обозначений. 1 – кривошип; 2 – шатун; 3 – поршень; А, В, С, Д – кинематические пары (подшипники) Рисунок 2 – Структурная схема кривошипно-ползунного механизма. 22. 01. 2018 17

22. 01. 2018 18

Кинематическая пара – это идеальная удерживающая связь, между двумя подвижными звеньями. Кинематические пары обозначаются на схемах механизмов буквами латинского алфавита. А, В, С, D- кинематические пары 22. 01. 2018 19

Кинематическая пара – это подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее относительные движения. В зависимости от конструктивного исполнения, служебного назначения и видов движения звеньев все кинематические пары классифицируются по относительному движению звеньев: • вращательные; • поступательные; • винтовые; • плоскостные; • сферические. 22. 01. 2018 20

Известно, что человечество всилу специфики своего организма воспринимает окружающий мир только в трехмерном пространстве. Следовательно, в общем случае абсолютно свободное твердое тело (звено), находясь в трехмерном пространстве, может максимально совершить шесть движений: три вращательных движения – вокруг осей X, Y, Z; три поступательных движения – вдоль осей X, Y, Z. 22. 01. 2018 21

три вращательных движения – вокруг осей X, Y, Z; три поступательных движения – вдоль осей X, Y, Z. Класс кинематической пары = S (числу ограничений). 22. 01. 2018 22

Классификация кинематических пар 22. 01. 2018 23

Цель структурного анализа механизма - определить класс механизма: разложить его на исходный механизм и группы Ассура, определив их класс. 22. 01. 2018 24

22. 01. 2018 25

Структурные группы Ассура 22. 01. 2018 26

Классификация групп Ассура 22. 01. 2018 27

Принцип образования плоских механизмов по Л. В. Ассура 22. 01. 2018 28

Группа Ассура - кинематическая цепь с нулевой степенью подвижности, которая не распадается на более простые кинематические цепи, также обладающие нулевой степенью подвижности. 22. 01. 2018 29

22. 01. 2018 30

Способы присоединения к первичному механизму структурных групп II класса: а) 1 вида, б)2 вида, в) 3 вида, 4) 22. 01. 2018 4 вида. 31

Степень подвижности плоских механизмов W = 3 n- 2 p 5 - р4 n - число подвижных звеньев, р5 - число кинематических пар 5 -го класса, р4 - число кинематических пар 4 -ого класса, W = степень подвижности механизма. 22. 01. 2018 32

Степень подвижности пространственных механизмов W = 6 n - 5 р5 - 4 р4 - 3 рз - 2 р2 - p р5 - число кинематических пар 5 -го класса, р4 - число кинематических пар 4 -го класса, р3 - число кинематических пар 3 -го класса, p 2 – число кинематических пар 2 -го класса P-число кинематических пар 1 -го класса 22. 01. 2018 33

1 Составить кинематическую схему в соответствии с требованиями ГОСТ 2. 770 -68. 2 Составить таблицу характеристик кинематических пар; указать их обозначение, составляющие звенья, наименование, класс. Обозначить на схеме звенья цифрами (стойку обозначают цифрой -0, ведущее звено цифрой -1, нумерацию последующих звеньев ведем в порядке возрастания); кинематические пары, образованные звеньями, обозначают буквами латинского алфавита О, А, В и т. д. 22. 01. 2018 34

3. Выделить структурные группы, образующие механизм; указать их класс, порядок и вид. Указать класс механизма по группам. Оформить в виде таблицы 4. Построить план механизма для наиболее наглядного положения. 5 Определить степень подвижности сложного механизма W. 6 Составить формулу строения механизма 22. 01. 2018 35

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ Цель: изучить движение звеньев механизма без учета сил, вызывающих это движение. Две группы задач: 1. Определние линейных скоростей точек звеньев и угловых скоростей звеньев. 2. Определение линейных ускорений точек звеньев и угловых ускорений звеньев. . 22. 01. 2018 36

Решение задач ведем по векторным уравнениям методом планов. Для каждой структурной группы приводятся векторные уравнения в виде системы для определения скорости и ускорения точки. 22. 01. 2018 37

План положении механизма 22. 01. 2018 38

22. 01. 2018 39

Планом скоростей (ускорений) механизма называют чертеж, построенный в масштабе µа (µv), на котором скорости (ускорения) различных точек изображены в виде векторов показывающих направления и величины этих скоростей (ускорений) в данный момент времени. 22. 01. 2018 40

22. 01. 2018 41

ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА Цель: изучить движение звеньев механизма с учетом действующих сил. Динамический анализ механизма включает две задачи: -Определение неизвестных сил при заданном законе движения ведущего звена. -Определение закона движения ведущего звена при заданных силах. 22. 01. 2018 42

Исходя из принятых предположений, конструктор определяет: -Реакции в кинематических парах, знание которых позволяет ему выбрать размеры и массу звеньев и подшипников механизма, то есть провести расчет на прочность. -Уравновешивающую силу, под которой понимают условную силу, приложенную к ведущему звену механизма. Данная сила уравновешивает все силы и моменты, действующие на звенья механизма, и следовательно ведущее звено механизма в этом случае будет равномерно вращаться с постоянной угловой скоростью. 22. 01. 2018 43

Решив первую задачу, конструктор приступает ко второй задаче, которая называется «Динамика механизма» . При этом из решения первой задачи он знает размеры и массу, а следовательно и моменты инерции звеньев механизма, а также все задаваемые силы (движущие, сопротивления, тяжести, инерции). По известным данным конструктор определяет истинный закон движения ведущего звена механизма, так как в реальных механизмах угловая скорость ведущего звена никогда не бывает постоянной, а все время колеблется между максимальным и минимальным значениями. 22. 01. 2018 44

Сравнив размах колебаний угловой скорости ведущего звена с допустимыми значениями для данного типа машин, конструктор прекращает дальнейший расчет, если укладывается в допустимые значения. Если колебания угловой скорости ведущего звена спроектированного механизма превышают допустимые значения, то конструктор продолжает расчет. Суть дальнейшею расчета заключается в подборе размеров и массы маховика, который устанавливается на ведущее звено механизма, являясь аккумулятором кинетической энергии и дает возможность уменьшить размах колебаний угловой скорости ведущего звена до допустимых значений. 22. 01. 2018 45

Сравнив размах колебаний угловой скорости ведущего звена с допустимыми значениями для данного типа машин, конструктор прекращает дальнейший расчет, если укладывается в допустимые значения. Если колебания угловой скорости ведущего звена спроектированного механизма превышают допустимые значения, то конструктор продолжает расчет. Суть дальнейшею расчета заключается в подборе размеров и массы маховика, который устанавливается на ведущее звено механизма, являясь аккумулятором кинетической энергии и дает возможность уменьшить размах колебаний угловой скорости ведущего звена до допустимых значений. 22. 01. 2018 46

Контрольная работа 1. Кинематический расчет заданного механизма. 2. Силовой расчет заданного механизма. 3. Определение передаточного числа планетарного механизма. 22. 01. 2018 47

Контрольная работа выполняется по двум последним цифрам зачетной книжки. Расчетная часть оформляется в формате А 4, графическая на миллиметровке. Методические указания для выполнения контрольной работы приводится в электронном виде. 22. 01. 2018 48