Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Нижнетагильская государственная социально-педагогическая академия
Учебно-методическое пособие
к программе и контрольные задания для студентов
факультета технологического образования
Нижний Тагил
2007
ББК 34.41я73
Т338
Печатается по решению учебно-методического совета НТГСПА (протокол № 7 от 12 марта 2007 г.)
Теория механизмов и машин : учебно-методическое пособие к программе и контрольные задания для студентов факультета технологического образования / авт.-сост. Р. А. Дмитриева ; Нижнетагильская государственная социально-педагогическая академия. – Нижний Тагил, 2007. – 60 с.
Рецензенты:
Н. П. Бобров, канд. техн. наук, доцент кафедры общей физики НТФ УГТУ-УПИ;
С. К. Мохов, канд. пед. наук, доцент кафедры теории и методики технологического образования НТГСПА
Пособие содержит программу изучения курса «Теория механизмов и машин» на факультете технологии и предпринимательства, краткие методические указания к изучению разделов программы, примеры решения типовых характерных задач, вопросы для самоконтроля знания программного материала, а также контрольное задание для студентов по курсу дисциплины с примером ее выполнения.
Методическое пособие предназначено для оказания помощи студентам по самостоятельному изучению теории механизмов и машин.
Редактор Е. С. Шарипова
Корректор Л. А. Сорокова
Компьютерная верстка С. В. Горбуновой
Подписано в печать 20.09.07. Формат 60´84 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная (на ризографе). Усл. печ. л. 3,9. Уч.-изд. л. 4,2. Тираж 50 экз. Заказ №
Оригинал-макет изготовлен в РИО НТГСПА. Отдел издательских и множительных систем НТГСПА.
Адрес: 622031, Нижний Тагил, ул. Красногвардейская, 57.
© Нижнетагильская государственная
социально-педагогическая академия, 2007
Оглавление
Предисловие.................................................................................................. 3
Программа курса «Теория машин и механизмов»...................................... 4
Методические указания к изучению разделов программы
1. Введение................................................................................................. 9
2. Структура механизмов........................................................................ 12
3. Обзор механизмов............................................................................... 15
4. Кинематический анализ и синтез механизмов.................................... 22
5. Основные виды механизмов................................................................ 25
6. Динамика механизмов и машин.......................................................... 30
Самостоятельная работа.............................................................................. 36
Примеры выполнения самостоятельной работы
Кинематическое исследование кривошипно-шатунного механизма.. 38
Кинематическое исследование кривошипно-балансирного механизма 53
Приложение
Схемы механизмов............................................................................... 57
Данные к схемам механизмов.............................................................. 58
ПРЕДИСЛОВИЕ
Теория механизмов и машин – это инженерная дисциплина, преподаваемая студентам в высшем учебном заведении. Будущий учитель технологии, преподаватель технических дисциплин должен изучить основные положения теории машин и общие методы кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов, а также приобрести навыки в применении этих методов к исследованию и проектированию кинематических схем различных типов механизмов и машин.
Наряду с изучением курса теории механизмов и машин в учебных планах предусматривается обязательное выполнение студентами контрольной работы, которая содержит задачи по кинематическому исследованию шарнирно-рычажных механизмов. Контрольная работа способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических знаний, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчету механизмов и машин; развивает у студента творческую инициативу и самостоятельность, повышает его интерес к изучению дисциплины и прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы.
Методическое пособие предназначено для оказания помощи студентам дневного и заочного отделений в освоении курса «Теория механизмов и машин».
ПРОГРАММА КУРСА «ТЕОРИЯ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ»
1. Пояснительная записка
1.1. Место дисциплины в системе профессиональной образовательной программы
Курс «Теория механизмов и машин» (ТММ) является одним из основных в общеинженерной подготовке учителя технологии. Наряду с другими дисциплинами ТММ обеспечивает переход от общенаучных дисциплин к профилирующим, развивает навыки, необходимые для профессиональной деятельности специалистов технологического образования молодежи, курс обеспечивает знание общих методов кинематического и силового исследования и проектирования механизмов.
Основой конструкции машины является ее кинематическая схема. Анализ структуры и кинематики механизмов является первым этапом проектирования, на котором определяются такие важнейшие характеристики, как виды осуществляемых движений, число степеней свободы, траектории точек, перемещения звеньев, а также их скорости и ускорения. Все указанные вопросы рассматриваются в разделе «Структурный и кинематический анализ механизмов». Раздел «Динамический анализ» посвящен исследованию сил, возникающих при работе механизмов, а также проектированию механизма с учетом динамических свойств.
1.2. Цель преподавания дисциплины – ознакомить студента с кругом понятий и методов исследования структуры механизмов, анализа и синтеза, свойственных машиностроению для понимания физической природы явлений, лежащих в основе действий механизма, и его конструирования.
Учебные занятия по ТММ должны побуждать студента к активной работе над материалом, тем самым способствуя поднятию его до уровня творческого работника, каким ему надлежит стать по окончании вуза.
1.3. Задачи изучения дисциплины
Первая задача, называемая анализом механизмов, заключается в том, чтобы изучить метод исследования существующих механизмов. К кинематическому анализу механизмов, например, относится определение траектории, скоростей и ускорений различных точек звеньев. При решении этой задачи главным образом обращается внимание на методы исследования, а не на их результаты. Изученные в ТММ методы исследования в дальнейшем применяются при изучении других технических дисциплин, где главное внимание обращают на результаты исследования.
Вторая задача, называемая синтезом механизмов, является задачей, обратной анализу, т. е. при синтезе требуется спроектировать механизм по данным структурным, кинематическим и динамическим условиям. В этом случае главное внимание уделяется методам синтеза, а не конкретным механизмам, получаемым в результате его.
С точки зрения педагогической направленности курс решает задачи получения навыков изложения основных принципов работы механизмов, постановки и решения конкретных конструкторских задач.
ТММ является базовой учебной дисциплиной для последующего изучения курсов: детали машин и подъемно-транспортные механизмы, гидравлические машины, металлорежущие станки, моделирование и техническое конструирование, устройство автомобиля, устройство швейной машины, механизация и автоматизация производственных процессов.
В основу дисциплины «Теория механизмов и машин» положены фундаментальные положения математики, инженерной графики, теоретической механики.
Разделы курса «Высшая математика»:
– элементы векторной алгебры и аналитической геометрии;
– дифференциальное исчисление функций одной переменной;
– графическое дифференцирование и интегрирование.
Разделы из курса «Инженерная графика»:
– основные понятия и термины;
– комплексные проекции многогранников и тел вращения;
– аксонометрические проекции.
Разделы из курса «Теоретическая механика»:
– плоская система сил;
– пространственная система сил;
– равновесие системы сил, силы инерции, принцип Д’Аламбера;
– кинематика точки;
– простейшие движения твердого тела, плоское движение;
– сложное движение точки и твердого тела;
– динамика точки, твердого тела и механической системы;
– элементы аналитической механики.
В результате изучения теории механизмов и машин студент должен знать:
– структурный анализ механизмов и машин;
– методы кинематического анализа различных видов механизмов;
– методы синтеза плоских рычажных механизмов;
– устройство, классификацию, достоинства и недостатки плоских рычажных механизмов, винтовых, кулачковых и зубчатых механизмов;
– силы, действующие на звенья механизмов, уравнения движения машин;
– условия, необходимые для развития несущей способности масляного слоя;
– способы устранения неуравновешенности быстровращающихся звеньев.
Студент должен уметь:
– составлять и читать кинематические схемы механизмов;
– определять траектории, скорости и ускорения точек звеньев плоских рычажных механизмов графическим и графоаналитическими способами;
– методами синтеза получать новые механизмы путем преобразования шарнирного четырехзвенника;
– производить выбор профиля нарезки винта винтового механизма;
– определять профиль кулачка для выполнения заданного закона движения толкателя;
– определять основные параметры зубчатого колеса с помощью измерительных инструментов;
– определять передаточное число механизмов передач вращательного движения, размеры основных звеньев и расстояния между осями валов механизмов;