II. Программа учебной дисциплины с методическими указаниями по каждой теме

Введение

Прикладная механика (ТММ и ДМ и ОК) - научная основа анализа и синтеза современных машин. Примеры механизмов современных машин. Основные проблемы теории механизмов и машин и проектирования деталей машин. Значение курса для инженерного образования. Краткие сведения из истории развития теории машиностроения . Роль русских ученых в становлении этих наук.

1. Основные механизмы и детали машин

1.1. Основные понятия и определения. Машина, механизм, звено, деталь. Кинематические пары и их классификация. Кинематические цепи.

В этой теме вводится ряд понятий из классической теории механизмов и машин, которые следует запомнить. Механизм и, следовательно, машину собирают из отдельных деталей. Деталью называют изделие, изготовленное из монолитного материала без применения сборочных операций. Одна или несколько деталей, образующих жесткую систему тел, предназначенные для выполнения определенной функции в составе механизма, называют звеном. Звено может быть подвижным и неподвижным. Неподвижное звено называют стойкой.

Под кинематической парой понимают подвижное соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение. Места контакта каждого из двух звеньев называют элементами кинематической пары. Элементы низших пар - поверхности, высших - линии или точки.

На относительное движение каждого звена элементы кинематической пары налагают ограничения, называемые связями. В зависимости от числа налагаемых связей кинематические пары разделяют на пять классов. Под кинематической цепью понимают связанную систему звеньев, образующих между собой кинематические пары.

1.2. Основные виды механизмов и деталей машин. Плоские и пространственные механизмы. Рычажные механизмы, передачи зацеплением и трением (зубчатые, цепные, фрикционные, ременные). Гидравлические и пневматические механизмы, кулачковые механизмы. Основные детали машин. Валы и оси. Подшипники, Упругие элементы. Соединения деталей.

Изучив материал этой темы, студент должен указать на отличительные признаки плоского и пространственного механизма, знать классификацию механизмов и машин, значение упругих элементов.

2. Проектирование механизмов

2.1. Методы построения рычажных механизмов. Основы структурного и кинематического анализа рычажных механизмов.

Графические и аналитические методы синтеза плоских рычажных механизмов.

Число степеней свободы плоских механизмов W определяют по формуле Чебышева (1869 г.): W=3n-2p₅ –p₄, где n - количество подвижных звеньев; p₅ - количество кинематических пар 5 класса (низших пар) и p₄ - количество кинематических пар 4 класса (высших пар).

Любой механизм имеет одно или несколько ведущих звеньев, количество которых соответствует значению W. Ведущее звено, образующее со стойкой вращательную или поступательную кинематическую пару, относят к механизмам 1 класса. Более сложные механизмы можно получить, если последовательно присоединять к одному или нескольким ведущим звеньям и стойке так называемые структурные группы Ассура (1914) (кинематические цепи, которые получают нулевую подвижность после присоединения концевых пар к стойке). В состав этих групп входят только низшие кинематические пары. Структурные группы Ассура не изменяют числа степеней свободы механизмов. Их подразделяют на классы и порядки. Разложение кинематической цепи механизма на структурные группы называют структурным анализом. При структурном анализе определяют количество звеньев, количество и класс кинематических пар, число степеней свободы, класс и порядок структурных групп. По Артоболевскому И.И. класс и порядок механизма соответствует наивысшему классу и порядку входящих в него структурных групп.

Основные задачи кинематического анализа механизмов: определение положений звеньев и построение траекторий движения их точек; определение линейных скоростей точек и угловых скоростей звеньев; определение линейных ускорений точек и угловых ускорений звеньев.

Для любой позиции несложного плоского механизма надо уметь строить планы скоростей и ускорений.

Термин «синтез» означает проектирование, создание схем новых механизмов по заданным кинематическим и динамическим параметрам.

2.2. Зубчатые передачи, их классификация. Эвольвентное зацепление и его свойства. Основные параметры и характеристики зубчатого зацепления. Механизмы отказа зубчатых передач, расчетные схемы, предельные и допускаемые напряжения.

В рассматриваемой теме наибольшее внимание следует уделить расчетам и проектированию передач с эвольвентными зубчатыми колесами. Для профилирования таких колес применяется способ Эйлера (1707- 1783 гг.). Профили зубьев должны удовлетворять основной теореме зацепления: общая нормаль к профилям зацепления, проведенная в точке их касания, делит межцентровое расстояние на части, обратно пропорциональные угловым скоростям.

При изучении элементов и геометрических параметров зацепления цилиндрических эвольвентных зубчатых колес необходимо усвоить следующие понятия и определения. Эвольвентой окружности называют кривую, которую описывает любая точка прямой, перекатываемой без скольжения по окружности (прямую называют производящей прямой, окружность - основной окружностью).

В соответствии с основной теоремой зацепления, центроиды, в относительном движении зубчатых колес, называют начальными окружностями. Они перекатываются одна по другой без скольжения. Расстояние между центрами этих окружностей называют межосевым расстоянием. Дугу начальной окружности, вмещающей один зуб, называют окружной толщиной зуба. Толщина зуба и ширина впадины образуют окружной шаг. Расстояние между одноименными профилями соседних зубьев, измеренное по дуге начальной окружности, называют начальным окружным шагом. Модулем называют линейную величину, в π раз меньшую окружного шага (часть диаметра, приходящаяся на один зуб). Окружность, для которой модуль соответствует стандартному, называют делительной. У большинства зубчатых передач диаметры делительных и начальных окружностей совпадают. Отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни называют передаточным числом.

Необходимо обратить внимание на виды зубчатых передач и области их применения, преимущества и недостатки зубчатых передач, критерии их работоспособности; усвоить определение предельных и допускаемых напряжений.

2.3. Расчет зубьев передач на прочность по контактным напряжениям и на изгиб. Косозубые передачи.

Необходимо усвоить методы расчета открытых и закрытых цилиндрических зубчатых передач по контактным напряжениям и напряжениям изгиба.

Обратите внимание на то, что основным критерием работоспособности открытых передач является прочность зубьев на изгиб, закрытых (размещающихся в закрытом корпусе) - контактная прочность.

Нужно также обратить внимание на определение сил, действующих в зубчатых передачах.

Необходимо ознакомиться с видами смазок и с тем, когда какая из них и при каких условиях применяется, а также со способами их подведения к зубчатым колесам.

2.4. Конические передачи, их расчет. Червячные передачи, их расчет

Необходимо усвоить основные типы пространственных механизмов для передачи движения между валами с пересекающимися и перекрещивающимися геометрическими осями, их кинематику.

Необходимо знать достоинства и недостатки конической передачи, особенность их расчета по сравнению с цилиндрическими передачами.

Разберитесь в устройстве цилиндрических и глобоидных червячных передач, их достоинствах, выявите недостатки и области применения.

Обратите внимание на конструкцию червяков и червячных колес, на кинематические и силовые зависимости червячных передач, уясните явление самоторможения.

Усвойте расчеты зубьев цилиндрической червячной передачи на прочность по изгибу и на контактную прочность. Расчет зубьев червячного колеса на изгиб аналогичен расчету зубьев цилиндрических косозубых колес.

Изучите методику теплового расчета редуктора и вопросы искусственного его охлаждения.

2.5. Планетарные и волновые передачи. Основные схемы, кинематика, особенности расчета. Определение передаточных отношений различных зубчатых передач

Необходимо знать типы многозвенных зубчатых механизмов, оси отдельных колес которых перемещаются относительно стойки, их достоинства, недостатки; усвойте кинематику, конструкции и расчет планетарных и волновых передач.

2.6. Передачи трением. Материалы и конструкции приводных ремней ременных передач. Критерии работоспособности ременных передач, Силы и напряжения в ремнях, передача зубчатыми ремнями. Фрикционные вариаторы, их достоинства и недостатки

Рассмотрите следующие вопросы: основные виды ременных передач и области их применения; материал и конструкция ремней; типы стандартных ремней; геометрические, кинематические и силовые зависимости в ременных передачах; расчет ремней по тяговой способности их и на долговечность; конструкция, материал и расчет шкивов; ременные вариаторы и их расчет.

Уясните зависимость предельных окружных скоростей шкивов от их материала и конструкции, необходимость ограждения ременных передач.

2.7. Цепные передачи. Приводные цепи, основные параметры и критерии работоспособности. Несущая способность. Силы и напряжения в ветвях цепи и нагрузка на валы

Ознакомьтесь с типами приводных цепей по государственным стандартам и изучите следующие вопросы: виды цепных передач и области их применения; кинематические и силовые зависимости; определение диаметра звездочек; методика расчета цепной передачи.

Выясните причины неравномерности движения цепи и ее влияние на работу передачи; ознакомьтесь со способами смазки цепных передач.