Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 332.28 Kb.
|
| Курс лекций по дисциплине «Теория механизмов и машин» Лекция 1. Введение. Структура механизмов. Вопросы, рассматриваемые на лекции. ТММ - научная основа новых машин и механизмов. Исторический очерк развития ТММ. Цели и задачи курса. Разделы ТММ. Основные виды звеньев. Кинематические пары. Степень подвижности механизмов. Структурная классификация механизмов. Условия существования кривошипа. Модификация механизмов при замене пар. Некоторые основные понятия. Теория механизмов и машин (ТММ)- наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом. ТММ включает три основные части:
Машина- это устройство, создаваемое человеком, для облегчения физического и умственного труда, увеличения производительности путем частичной или полной замены человека. Машина- устройство для преобразования энергии, информации или материалов. Машины состоят из механизмов. Механизм- система тел, предназначенная для преобразования движения одних тел (одного или нескольких) в требуемое движение других. Например: механизм подачи заготовок, механизм сцепления, механизм торможения и т.д. Механизмы состоят из звеньев и кинематических пар. Звено- одно или несколько жестко соединенных твердых тел. Кинематическая пара- соединение двух звеньев, допускающее относительное движение. Звенья различают входные (ведущие), выходные (ведомые) и промежуточные. Основные виды звеньев: стойка, кривошип, коромысло, ползун, кулиса, кулачок, зубчатое колесо. Кроме перечисленных жестких звеньев, в механизмах применяют гибкие (цепи, ремни), упругие (пружины, мембраны) звенья, а также жидкие и газообразные (масло, вода, газ, воздух и т.д.). Звенья обозначают цифрами, причем нумерация ведется от ведущего звена, а стойке присваивается «ноль». Кинематические пары обозначают заглавными латинскими буквами (A,B,C,D и т.д.). Основные виды кинематических пар (таблица 1)   Кинематическая схема механизма – чертеж механизма в выбранном масштабе с соблюдением условных обозначений звеньев и кинематических пар. Различают кинематические пары высшие и низшие. Высшая кинематическая пара – звенья соприкасаются по линии или в точке. Низшая кинематическая пара – звенья соприкасаются по поверхностям (цилиндрический или шаровой шарниры, ползун и кулиса) Различают кинематические пары с геометрическим и силовым замыканием Геометрическое замыкание (характерно для низших пар) – соприкосновение элементов звеньев обеспечивается их формами (цилиндрический шарнир, шаровой шарнир, ползун и кулиса). Силовое замыкание (характерно для высших пар) – соприкосновение обеспечивается силой веса, силой сжатия пружины и т.д. Высшие пары изнашиваются сильнее, чет низшие, так как чем больше поверхности, тем меньше удельное давление (давление на единицу площади). Различают пять классов кинематических пар. Свободно движущееся в пространстве тело имеет шесть степеней свободы (W) – шесть движений (три поступательных, три вращательных). О  сновные типы звеньев механизмов (таблица 2)  Если же тело связано с другими телами, то на его движения накладываются ограничения – условия связи (U), тогда число степеней свободы не равно шести, оно уменьшается. W=6-U Примеры. Класс кинематической паре присваивается по числу связей U. Степень свободы механизма Различают механизмы плоские и пространственные. Степень свободы пространственных механизмов считают по формуле Сомова-Малышева: W=6n-5p5-4p4-3p3-2p2-p1, где n- число подвижных звеньев; p5,p4,p3,p2,p1- число кинематических пар пятого, четвертого, третьего, второго и первого классов соответственно. Степень свободы плоских механизмов считают по формуле Чебышева: W=3n-2p5-p4 Степень свободы плоского механизма должна быть равна числу ведущих звеньев, то есть W=1. Избыточные связи- это такие связи, которые повторяют (дублируют) связи, уже имеющиеся по данной координате, и поэтому не изменяющие реальной подвижности механизма. Примеры. Классификация плоских механизмов по системе Л.В.Ассура.(Принцип образования плоских механизмов). Согласно идее Л.В.Ассура, механизмы состоят из отдельных кинематических цепей- структурных групп (групп Ассура), степень свободы которых равна нулю (W=0). Кроме того, механизм должен содержать только кинематические пары 5 класса (р5), если же есть пары 4 класса (р4), то одну пару р4 заменяют на звено и две пары р5 . Полученный после такой замены механизм называют заменяющим. Так как W=0, р4=0, то из формулы Чебышева следует: 3n-2p5=0 p5=3n/2
Структурная группа- это кинематическая цепь, степень свободы которой равна нулю и она не должна распадаться на более простые кинематические цепи, удовлетворяющие этому условию. Число звеньев в структурной группе должно быть четным, а число пар пятого класса кратно трем. Примеры. Структурная группа I класса- это ведущее звено со стойкой, соединенные парой пятого класса (W=1) (рис.1). Структурная группа II класса состоит из двух звеньев и трех кинематических пятого класса ( вращательные или поступательные). Начиная с III класса, номер группе присваивается в зависимости от числа внутренних кинематических пар (внешние кинематические пары служат для соединения с другими группами). Р  ис.1 Лекция 2. Кинематический анализ механизмов Вопросы, рассматриваемые на лекции. План положения механизма. Теорема Грасгофа (условие существования кривошипа). Масштабные коэффициенты. Определение скорости и ускорения методом планов. Некоторые основные понятия. Теорема Грасгофа: наименьшее звено является кривошипом, если сумма длин его и любого другого звена меньше суммы длин остальных звеньев. Кинематический анализ- изучение движения звеньев механизма вне зависимости от сил, действующих на эти звенья. План положений механизма- графическое изображение взаимного расположения звеньев механизма в определенный момент времени. Планами скоростей и ускорений называют векторные изображения этих параметров в заданном положении механизма. Масштабный коэффициент физической величины- отношение численного значения физической величины в свойственных ей единицах к длине отрезка в миллиметрах, изображающего эту величину. Примеры. Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма. Кривошипно-ползунный (кривошипно-шатунный) механизм- четырехзвенник с тремя вращательными и одной поступательной кинематическими парами. Он предназначен для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в поступательное движение ползуна 3. При этом шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение (рис.2).  Рис.2 Скорость и ускорение ползуна могут быть определены графически методом плана скоростей и ускорений. Построение планов скоростей и ускорений начинаем с построения плана положений механизма. Для этого в масштабе КL вычерчиваем кинематическую схему механизма, с обозначением звеньев и направлением вращения кривошипа w [1/c]. Разбиваем окружность (геометрическое место точек В кривошипа) на равные углы (30о). В1- крайнее левое положение ползуна. Таким образом получили 13 положений точки В (В1 и В13 совпадают). Делая засечки на линии х-х (линия движения ползуна) радиусом ВС, находим соответствующие 13 положений точки С ползуна. Из теоретической механики известно, что плоскопараллельное движение фигуры в ее плоскости складывается из поступательного движения вместе с точкой фигуры (полюсом) и вращательного движения вокруг этого полюса. Скорость ползуна:  Для нахождения скорости ползуна достаточно знать величину и направление одной составляющей векторного уравнения и направление двух остальных составляющих.  - скорость ползуна (направлена вдоль оси движения ползуна) - скорость точки В кривошипа (направлена перпендикулярно радиусу кривошипа) - относительная скорость точки С ползуна относительно полюса В (направлена перпендикулярно шатуну ВС).Построение плана скоростей. Из произвольно выбранного полюса Р (рис.3) откладываем вектор скорости  перпендикулярно радиусу кривошипа произвольной величины и вводим масштабный коэффициент скорости  . Проводим направления скоростей и . После построения плана скоростей величину скорости ползуна находим, умножая длину вектора  на масштабный коэффициент скорости. На рис.2.показаны примеры построения плана скоростей и плана ускорений для угла поворота кривошипа  =30о.Построение плана ускорений. Ускорение точки С ползуна складывается из ускорения точки В кривошипа и двух составляющих (нормального и тангенциального) относительного ускорения:   - полное ускорение точки В кривошипа (направлено к центру вращения кривошипа) Рис.3  - нормальное ускорение шатуна СВ (направлено вдоль шатуна от С к В) - тангенциальная составляющая относительного ускорения (направлена перпендикулярно шатуну СВ).Из произвольно выбранного полюса Q (рис.3) откладываем вектор ускорения  произвольной величины и вводим масштабный коэффициент ускорения  . Из конца вектора откладываем  , длина вектора  . Из построения находим величину  , умножая длину вектора на масштабный коэффициент ускорения.Лекция 3. Построение кинематических диаграмм. Вопросы, рассматриваемые на лекции. Кинематическое исследование механизмов аналитическими методами. Кинематический анализ шарнирного четырехзвенника. Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма. Кинематический анализ кривошипно-кулисного механизма. Некоторые основные понятия. Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма. Перемещение, скорость и ускорение точки С ползуна могут быть определены аналитически. Перемещение точки С ползуна:  (1)r- радиус кривошипа, мм  - длина шатуна, мм- угол поворота кривошипа, град Дифференцируя (1) по времени, получим выражение для скорости точки С ползуна:  (2) ;  n-число оборотов кривошипа в минуту  Дифференцируя (2) по времени и считая угловую скорость кривошипа постоянной, находим ускорение точки С ползуна:  (3)Построение кинематических диаграмм 1. Графическое дифференцирование начинаем с построения кинематической диаграммы перемещения SC=SC(t).Проводим две оси координат. Ось угла поворота кривошипа (ось абсцисс) разбиваем на двенадцать равных промежутков (30о).   - масштабный коэффициент угла поворота . Из каждой точки оси абсцисс по оси ординат откладываем перемещение точки С ползуна. Масштабный коэффициент перемещения КS  . Рис. 4 2. Методом графического дифференцирования (методом хорд) строим кинематические диаграммы скорости и ускорения VC=VC(t), aC=aC(t)  - масштабный коэффициент времени - масштабный коэффициент скорости - масштабный коэффициент ускоренияТак как кривошип вращается с постоянной скоростью w1, то диаграммы SC=SC(t), VC=VC(t), aC=aC(t) являются одновременно диаграммами SC=SC(), VC=VC(), aC=aC(). |
Добавить документ в свой блог или на сайт
