Министерство общего и профессионального образования РФ

Московская государственная академия приборостроения и информатики

КАФЕДРА «МЕХАТРОНИКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ»

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО КУРСУ

«Основы проектирования средств автоматизации»

Москва, 2001

ТММ ББК 34.41

УДК 621.01

ДМ ББК 621.81

УДК34.44

Сумин А.И.

Методическое руководство по лабораторным работам по курсу основы проектирования средств автоматизации: учебное пособие для студентов МГАПИ: Изд. МГАПИ, 2001 г.

Содержит руководство для выполнения лабораторных работ по ТММ и ДМ студентами 3 курса дневного отделения.

Для студентов инженерно-технических специальностей вузов и преподавателей ТММ и ДМ.

© Сумин А.И.

2001 г.

© МГАПИ

2001 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Лабораторный практикум по дисциплине “Основы проектирования средств автоматизации”, состоящей из 2-х разделов (“Теория механизмов и машин” и “Детали машин”) является составной частью учебного курса и для студентов обязателен. На лабораторных работах они получают возможность наглядно ознакомиться с различными механизмами, с действием установок и приборов, применяемых в машиностроении. Вопросы по темам выполненных работ выносятся на зачет, предусмотренный учебным планом.

На зачете студента попросят указать цель выполненной работы, объяснить, какое явление или движение лежит в основе ее, каким математическим выражением оно описывается.

Например, лабораторная работа по структуре учит студента быстро и безошибочно составлять кинематическую схему незнакомого ему механизма или машины по представленному образцу, что крайне важно для молодых специалистов при посещении промышленных выставок, передовых предприятий и т.п.

Работы по кинематике планетарного редуктора и по нарезанию зубчатых колес помогают разобраться в зубчатых передачах, в причинах и следствиях коррекции зубчатого зацепления.

В лабораторных работах по структуре и редуктору важно правильно изображать кинематические пары, с точки зрения числа и характера налагаемых ими связей. Неверно изображенный механизм либо утратит способность передавать движение от звена к звену, либо вообще потеряет подвижность, превратясь в неподвижную форму. Изготовленная по такой неверной схеме физическая модель механизма вела бы себя совершенно иначе, чем реальный механизм.

На лабораторных занятиях студенты должны иметь при себе: карандаш, угольник, циркуль, калькулятор. Все чертежи на бланках выполняются карандашом, остальные записи - шариковой авторучкой.

Каждая работа оформляется на специальном бланке, который заполняется студентом в часы, отведенные для данной работы, и подписываются преподавателем.

ЧАСТЬ I

Лабораторные работы

по разделу

“Теория механизмов и машин”

Лабораторная работа № 1

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ

Цель работы – ознакомить студента с устройством различных механизмов и привить ему навык составления кинематических схем механизмов по действующим образцам или моделям.

Содержание работы. Лабораторная работа состоит из двух частей:

1. ознакомление с плоским механизмом, в состав которого входят только низшие кинематические пары, составление его кинематической схемы, определение числа степеней свободы механизма, разложение его на структурные группы и определение класса;

2. ознакомление с механизмом, в состав которого входят низшие и высшие кинематические пары, составление его кинематической схемы и определение числа степеней свободы.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Механизмом называется замкнутая кинематическая цепь, одно из звеньев которой обращено в стойку, а движение ведомых звеньев вполне определяется заданным движением ведущих.

Большинство механизмов имеют одно ведущее звено. Механизмы с количеством ведущих звеньев, превышающим единицу, называются дифференциальными или механизмами со многими степенями свободы.

Механизмы называются плоскими, если все звенья их движутся параллельно одной и той же плоскости.

Деталь – часть механизма или машины, изготовленная без приемов сборки.

Звено – деталь или группа деталей, образующих одно твердое тело. Звенья подразделяются на: стойку – неподвижное звено, ведущие, движение которых задано, и ведомые, их движение определяется движением ведущих.

Кинематическая пара – подвижное соединение двух звеньев. В плоском механизме кинематические пары могут быть только пятого и четвертого классов. Кинематические пары пятого класса допускают движение только одного звена относительно другого, а четвертого – два движения.

Ф
ормула П.Л.Чебышева устанавливает необходимое количество ведущих звеньев, при котором остальные звенья получают вполне определенное движение:

где W – степень свободы механизма;

n – число подвижных звеньев, равное к-1 (к – общее их число);

Р₄, Р₅ – количество кинематических пар соответственно пятого и четвертого класса.

Классификация по Ассуру-Артоболевскому.

Классификация Ассура-Артоболевского распространяется на плоские механизмы, удовлетворяющие следующим трем условиям:

1. В механизме все кинематические пары должны быть пятого класса.

Если в механизме имеются кинематические пары четвертого класса, то их нужно заменить одним звеном и двумя кинематическими парами пятого класса.

1. Число ведущих звеньев должно быть равно степени подвижности механизма.

2. Ведущие звенья должны входить в кинематическую пару пятого класса со стойкой.

По Ассуру любой механизм образуется последовательным присоединением (наслоением) к системе определенного движения (ведущим звеньям и стойке) кинематических цепей, носящих название групп Ассура и удовлетворяющих условию, что их степень подвижности равна нулю:

где W – степень подвижности группы Ассура;

n – число звеньев в группе;

Р₅ – число кинематических пар пятого класса в этой группе.

Уравнение (1.2) удовлетворяется, если число звеньев будет четным, а число кинематических пар пятого класса – кратным трем.

Для определения класса механизма по Ассуру-Артоболевскому необходимо попытаться отделить от него группу второго класса (если это не удается, то группу более старшего класса) таким образом, чтобы после отделения осталась система определенного движения (т.е. оставшаяся часть также должна быть механизмом). Операцию разделения повторяют до тех пор, пока не останется одно ведущее звено и стойка, образующие кинематическую пару пятого класса.

После разделения механизма на группы Ассура записывают формулу строения механизма (в соответствии с последовательностью его образования) и указывают класс механизма, который определяется наивысшим классом присоединенной группы.

УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Разобравшись в устройстве и передаче движения звеньям данного механизма, студент составляет его кинематическую схему, начиная с неподвижного звена – стойки и соединенного с ней ведущего звена.

При составлении кинематической схемы нужно пользоваться условными общепринятыми обозначениями звеньев и кинематических пар. На рис.1.1 (а, б) показаны два звена (1, 2), соединенные во вращательную кинематическую пару пятого класса, причем на рис.1.1 (а) оба звена подвижны, а на рис.1.1 (б) звено 0 неподвижное (стойка). На рис.1.1 (в, г) показаны два звена (1, 2), соединенные в поступательную кинематическую пару пятого класса; на рис.1.1 (в) оба звена – подвижные, на рис.1.1 (г) звено 0 – стойка. На рис.1.1 (д, е) показаны два звена, соединенные в кинематическую пару, которую условно можно отнести к четвертому классу, поскольку в плоском механизме она допускает два независимых относительных перемещения; на рис.1.1 (д) оба звена подвижные, на рис.1.1 (е) звено 0 – стойка.

После того, как будет составлена кинематическая схема, необходимо определить число степеней свободы механизма по формуле (1.1).

Для определения класса и порядка механизма его надо разложить на структурные группы, или группы Ассура.

На рис.1.2 (а) показаны группы второго класса, на рис.1.2 (б, в) – группы третьего класса, третьего (рис.1.2 (б)) и четвертого (рис.1.2 (в)) порядка.

Порядок разделения механизма на группы таков, что отсоединение группы надо начинать со звена, наиболее удаленного от ведущего, причем сначала нужно отделить группу третьего класса и т.д. Группы отсоединяются от механизма таким образом, чтобы оставшаяся часть механизма сохранила прежнее число степеней свободы.

После того как весь механизм будет разбит на группы Ассура, составляется формула строения механизма и определяется его класс и порядок.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что называется деталью, звеном, механизмом?

2. Что называется кинематической парой?

3. Что называется структурным анализом механизма?

4. Что называется структурной группой?

5. Как определяется класс структурной группы, механизма?

Лабораторная работа № 2

КИНЕМАТИКА ПЛАНЕТАРНЫХ РЕДУКТОРОВ

Цель работы. В процессе выполнения работы перед студентами ставятся следующие задачи: ознакомление с реальными образцами планетарных редукторов, установление наглядной связи между конструкцией редуктора и его кинематической схемой, практическое закрепление основ расчета передаточных отношений в сложных зубчатых механизмах.

Содержание работы. Работа делится на две части:

1. Знакомство с устройством редуктора, составление его кинематической схемы и подсчет характерных параметров (число зубьев колес, число звеньев, кинематических пар, степеней свободы).

2. Аналитическое и опытное определение общих и частных передаточных отношений редуктора.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Передачей называется механизм, предназначенный для передачи только вращательного движения.

Редуктор – передача, у которой угловая скорость на ведущем звене больше, чем на ведомом.

Мультипликатор – передача, у которой угловая скорость на ведущем звене меньше, чем на ведомом.

Одноступенчатой простой передачей называется такая, у которой имеются только два звена с неподвижными осями вращения (геометрические оси колес, но не сами колеса, неподвижны).

Планетарным одноступенчатым редуктором называется такой, у которого имеются колеса с подвижными (относительно стойки) осями. Эти колеса называются сателлитами. Колеса с неподвижными осями носят название солнечных или центральных.

Поводок или водило – это звено, на котором крепится ось вращения сателлитов (на схемах обозначается буквой Н).

П
ередаточным отношением называется число, показывающее отношение угловой скорости (числа оборотов в минуту) звена с номером “k” к угловой скорости звена с номером “j”