Введение

Теория механизмов и машин – наука об общих методах их анализа и синтеза, теории управления машинами – автоматами и является базой при изучении специальных дисциплин. Курсовая работа является самостоятельной расчетно-графической работой, где студент применяет теоретические знания для решения практических задач, что является одним из важных этапов изучения курса.

Курсовая работа, состоящая из расчётно-пояснительной записки и графических построений, выполняется по СТП 110-01. Все уравнения и формулы пишутся в общем виде, затем в них подставляются числовые данные и приводится конечный результат. Для повторяющихся вычислений результаты представляются в табличной форме. Выполненная курсовая работа рецензируется преподавателем, представляется к защите и оценивается дифференцированной отметкой.

Объем и содержание курсовой работы зависит от специальности студента, количества учебных часов и формы обучения, составляет 1-2 листа формата А1 и определяется решением кафедры.

Содержание листов проекта:

1. Анализ рычажного механизма.

2. Синтез кулачкового механизма.

Для облегчения работы над проектом рекомендуется использовать модули электронной программы APM WinMachine:

1. APM WinCam – расчёт и проектирование кулачковых механизмов;

2. APM WinSlider – расчёт и проектирование рычажных механизмов произвольной структуры.

1 Анализ плоских рычажных механизмов

Курсовую работу выполнить в следующем объеме:

1. Провести структурный анализ механизма, т.е. определить количество и название подвижных звеньев; количество и класс кинематических пар; определить степень подвижности механизма; разбить механизм на структурные группы; составить формулу строения механизма.

2. Построить 12 планов положений механизма, начиная с нулевого (нулевое положение найти построением нескольких пробных положений).

3. Построить план скоростей и план ускорений, для положения указанного в задании. Определить величину и направление скоростей и ускорений центров тяжести звеньев и величину, и направление угловых скоростей и ускорений звеньев.

4. Провести силовой анализ для этого положения, т.е. определить внешние силы, действующие на звенья механизма; разбить механизм на структурные группы; определить силы реакций в кинематических парах; определить уравновешивающий момент; определить уравновешивающий момент методом Жуковского Н.Е.

Общие сведения

Механизмом называется совокупность подвижно соединенных между собой звеньев, совершающих под действием приложенных к ним сил, определенные целесообразные движения.

Звеном называется совокупность деталей скрепленных друг с другом неподвижно.

Деталью машины называют простейшую ее часть, изготовленную без применения сборочных операций (т.е. изготовленную из одного куска материала).

Любой механизм состоит из неподвижного звена (стойка) и подвижных звеньев.

Звенья, к которым приложены силы, приводящие механизм в движение, называют ведущими или входными (вход). Все остальные звенья, преобразующие движение ведущего звена, называются ведомыми или выходными (выход). На схемах звенья нумеруются арабскими цифрами, начиная с входного.

Названия звеньев определяется видом их движения.

Рисунок 1.1а – звено 1 – кривошип, звено, совершающее полный оборот вокруг оси вращения – О₁;

звено 2 – шатун, звено, совершающее сложное плоскопараллельное движение;

звено 3 – коромысло, звено, совершающее качательное движение вокруг оси О₂;

звено 0 – стойка.

Название механизма образуется из названий первого и последнего подвижных звеньев. Таким образом, на рисунке 1.1а схема кривошипно-коромыслового механизма.

а – построение плана положений;

б – определение крайних положений.

Рисунок 1.1

Рисунок 1.2а - звено 1 – кривошип. Звено 2 – шатун, звено 3 – ползун, звено, совершающее возвратно-поступательное движение.

Рисунок 1.2

Рисунок 1.3а – звено 1 – кривошип, звено 2 – ползун, звено 3 – кулиса, звено, являющееся подвижной направляющей для ползуна. Механизм: кривошипно-кулисный.

Подвижное соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой. На схемах кинематические пары обозначаются буквами латинского алфавита.

Поверхности, линии, точки соприкосновения звеньев, называются элементами кинематической пары.

Рисунок 1.3

В зависимости от числа степеней свободы (количества возможных относительных движений) кинематические пары называются одноподвижными (Р₁) - имеющие одну степень свободы (одно возможное движение); двухподвижными (Р₂) – имеющие две степени свободы; трехподвижными (Р₃) – три степени свободы; четырехподвижными (Р₄) – четыре степени свободы и пятиподвижными (Р₅) – пять степеней свободы.

Tаблица 1.1 – Примеры кинематических пар различных классов*

Кинема-тические пары
Условные обозна-чения
Число степеней свободы	5	4	3	2	1
Число условий связи	1	2	3	4	5
Класс пары	1	2	3	4	5

* Стрелками указаны возможные относительные движения звеньев.

В таблице 1.1 даны примеры кинематических пар, их условные изображения, определены их подвижность и класс. Класс кинематической пары определяется числом связей (числом невозможных относительных движений).

По виду элементов кинематические пары классифицируются на высшие – элементы точки, линия (Р₅ и Р₄ – кинематические пары I и II класса) и низшие – элементы поверхности (Р₃, Р₂ и Р₁ – кинематические пары III, IV и V класса) (см. таблицу 1.1).

Число степеней свободы (степень подвижности плоского рычажного механизма) определяется по формуле П.Л.Чебышева

,

где n – число подвижных звеньев механизма;

Р₁ - число одноподвижных кинематических пар.

На рисунках 1.1, 1.2 и 1.3 механизмы имеют три подвижных звена и четыре одноподвижных кинематических пары

.

Степень подвижности механизма показывает количество ведущих звеньев.

По классификации Л.В.Ассура - И.И.Артоболевского стойка и звено, образующие одноподвижную кинематическую пару Р₁ – вращательную или поступательную условно называют начальным механизмом 1 класса (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4а – первая модификация – I₁

Рисунок 1.4б – вторая модификация – I₂

К I классу относятся простейшие механизмы электродвигатели, вентиляторы и т.д.

Степень подвижности: W = 3n-2Р₁-Р₂ = 3х1 – 2х1 – 0 = 1.

Механизмы I класса

а) б)

а – механизм I класса, I вида – I₁;

б – механизм I класса, 2 вида – I₂ .

Рисунок 1.4

Более сложный механизм образуется присоединением к механизму I класса структурных групп с нулевой степенью подвижности, которые называются группы Ассура, т.е. W = 3n-2Р₁ = 0.

Откуда 3n = 2Р₁ и Р₁ = (3/2)n.

Так как число кинематических пар не может быть дробным, то число звеньев групп Ассура должно быть четным, тогда число кинематических пар будет кратно 3 (таблица 1.2)

Таблица 1.2 – Возможные значения n и Р₁ в группах Ассура

Число кинематических пар
n	2	4	6	…
p1	3	6	9	…

Первое сочетание чисел n = 2, Р₁ = 3. Группа, имеющая 2 звена и 3 одноподвижные кинематические пары – Р₁, называется группой II класса, второго порядка или двухповодковой группой (диада), т.к. присоединение этой группы к другим группам (или стойкам) производится двумя поводками. Если все 3 кинематические пары вращательные, то двухповодковая группа будет первой модификации (рисунок 1.5).

ВВВ ВВП ВПВ ПВП ВПП

а) II кл.. б) II кл. в) II кл. г) II кл. д) II кл.

2 пор. 2 пор. 2 пор. 2 пор. 2 пор.

1 мод. 2 мод. 3 мод. 4 мод. 5 мод.

Рисунок 1.5

Все последующие модификации получены путем замены отдельных вращательных пар поступательными (рисунки 1.5б-д).

Степень подвижности: W = 3n-2Р₁ = 3х2 – 2х3 = 0.

Присоединение диады 1-й модификации к начальному механизму I класса образует шарнирный четырехзвенник (кривошипно-коромысловый механизм). Присоединение диады 2 модификации к механизму I кл. образует кривошипно-ползунный механизм. Диады остальных модификаций с тем или иным начальным звеном образуют кулисные механизмы.