Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование под ред. Г.А.Тимофеева, Н.В.Умнова 2012г (Тимофеев Г.А., Умнов Н.В. - Курсовое проектирование)

УДК 531.8(075.8) ББК 34.44 Т34 Авторы: В.В. Кузенков, МВ. Самойлова, В.Б. Тарабарин, ГА. Тимофеев, Н.В. Умнов Рецензенты: заведующий кафедрой «Теория механизмов и машин» МГОУ д-р техн. наук, проф. ВД. Плахтин; доцент кафедры «Основы конструирования машин» МГТУ им. Н.Э. Баумана канд. техн.

наук В.В. Лычагин Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование: учеб. пособие I Т34 под ред. Г.А. Тимофеева. — 2-е нзд., перераб. н доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. — 169, [31 с.: ил. 1БВХ 978-5-7038-3569-2 Во втором издании учебного пособия (1-е в 2010 г.) в краткой форме изложены основные разделы дисциплины «Теория механизмов и машин», охватывающие структурный анализ и кинематический синтез механизмов, нх кинематическое н динамическое исследования, а также синтез зубчатых зацеплений и проектирование планетарных и кулачковых механизмов. Приведены методики и примеры выполнения листов курсового проекта с использованием графических пакетов АигоСА13, КОМПАС, математического пакета Мат)зСА13, а также характеристики асинхронных двигателей.

Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемому в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов 3-го курса машиностроительных специальностей, выполняющих курсовой проект (или работу) по дисциплине «Теория механизмов и машин». УДК 531.8(075.8) ББК 34.44 При оформлении обложки использована фотография модели паровой машины Пафнутия Пьвовича Чебышева, изготовленной в мастерских Императорского Московского технического училища в! 870 г.

О Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012 1ЗВХ 978-5-7038-3569-2 ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ Учебное пособие предназначено студентам высших учебных заведений, изучающим дисциплину «Теория механизмов и машин» и обучающимся по машиностроительным направлениям подготовки и специальностям. При выполнении курсового проекта (работы) студент использует знания и навыки, полученные им при изучении теоретической части дисциплины, выполнении лабораторных работ и домашних заданий, а также предшествующих дисциплин: физики, математики, информатики и теоретической механики.

Пособие ориентировано на широкое применение аналитических методов и использование современной вычислительной техники и программного обеспечения. В течение многих лет коллективом кафедры создавались методология и необходимое программное обеспечение, объединенное в систему автоматизированных расчетов курсового проектирования (САРКП). С большей ее частью студенты могут ознакомиться на сайте кафедры: Ь11р:йппп-ишк.Ьшз1и.гп/ Применение САРКП позволяет не только высвободить у студентов большой резерв времени, но и решать более сложные задачи. Любая выбранная студентом программа доступна для использования в вычислительном центре кафедры «Теория механизмов и машин». Во втором издании учтены замечания и предложения преподавателей и студентов, которые должны помочь студентам успешно выполнить и защитить курсовой проект.

Включены новые приложения, в которых рассмотрены основные этапы выполнения четырех листов курсового проекта, приведены справочные материалы по асинхронным электрическим двигателям и вопросы для подготовки к защите курсового проекта. В разработку существующей методологии курсового проектирования неоценимый вклад внесли несколько поколений преподавателей. Среди них академик К.В. Фролов, профессора В.А. Гавриленко, С.А. Попов, И.В. Леонов, доценты Д.М. Лукичев, И.Н. Ермакова, В.В. Каганова, А.К. Мусатов, В.В.

Синицин и многие другие преподаватели кафедры. Большая работа была проделана соредактором учебного пособия известным ученым, педагогом заслуженным деятелем науки РФ, доктором технических наук, профессором Н.В. Умновым, скончавшемся в ноябре 2010 года. Авторы признательны академику К.В. Фролову и профессору В.Д. Плахтину за рекомендации и критические замечания, которые были учтены при окончательной доработке рукописи и выражают благодарность старшему преподавателю кафедры Д.В. Сащенко за помощь в техническом оформлении работы. Второе издание учебного пособия выходит под редакцией доктора технических наук, профессора Г.А. Тимофеева, заведующего кафедрой «Теория механизмов и машин» МГТУ им.

Н.Э. Баумана. Предложения и замечания по улучшению книги можно направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, кафедра ТММ МГТУ им. Н.Э. Баумана или по электронному адресу: 1ипйа®Ьтзш.ги. ВВЕДЕНИЕ Курсовой проект по дисциплине «Теория механизмов и машин» вЂ” первый инженерный проект, выполняемый студентами, — в значительной мере отражает реальную практику проектирования современных машин. При создании новой техники выделяют пять последовательных этапов проектирования: техническое задание, технические предложения, эскизный проект, технический проект и рабочий проект. Исследования и разработки, проводимые студентами при выполнении курсового проекта, относятся к первым двум этапам проектирования и в малой степени — к третьему этапу. На этой стадии проектирования создаются структурные схемы, отражающие принцип работы машины, задаются входные параметры и ряд выходных.

Оценка инерционно-массовых параметров элементов машины проводится эмпирически на основе опыта проектирования аналогичного типа машин или на основании инженерной интуиции. Однако методы теории механизмов позволяют даже при такой скудной информации проанализировать динамику проектируемой машины, оценить силовые факторы, возникающие в ее звеньях и кинематнческих парах, и даже подобрать электрический двигатель, что позволяет обоснованно проводить прочностные расчеты и проектировать подшипниковые узлы.

Некоторые элементы конструкции машины (планетарные зубчатые механизмы, кулачковые механизмы) даже на начальном этапе проектируются с максимально возможной точностью. И еще с одной особенностью проектирования знакомит курсовой проект — с многовариантностью. Одну и ту же кинематическую задачу, связанную с получением необходимого закона движения заданных звеньев, можно выполнить с помощью механизмов разного типа или механизмов одного типа и с одинаковой структурной схемой, но с разными кинематнческими характеристиками.

Однако массогабаритные параметры нлн динамические характеристики разных вариантов механизмов машины могут оказаться неодинаковыми. Этап сравнения и выбора вариантов по тем или иным критериям является определяющим на начальной стадии проектирования. По результатам анализа с использованием методов, аналогичных тем, которые будут применять студенты в курсовом проектировании, и происходит отбор оптимального варианта или группы оптимальных вариантов для последующей конструкторской проработки.

Некоторые навыки сравнения вариантов и отбора лучшего из них студенты также получают при выполнении курсового проекта. Курсовой проект состоит из четырех листов формата А1 и расчетно-пояснительной записки с необходимыми расчетами. Первый лист проекта, наиболее трудоемкий, посвящен анализу кинематики и динамики предложенной структурной схемы машины. Второй лист проекта — силовому расчету схемы рычажного механизма машины по данным, полученным после выполнения первого листа. Третий лист — синтезу планетарной зубчатой передачи с минимальными размерами и синтезу одной пары зубчатого зацепления. Четвертый лист — синтезу кулачкового механизма с минимальными размерами.

Исходные данные к курсовому проекту содержатся в специальных сборниках заданий к курсовому проектированию. Все задания базируются на реально существующих машинах, в которых иногда с целью упрощения выделен только один из ее механизмов и частично изменены исходные данные, и носят комплексный характер. Кроме структурной схемы и режимов работы создаваемой машины в них также представлены параметры зубчатого привода, кулачкового механизма, хотя некоторые машины могут и не иметь, например, кулачкового механизма или планетарного редуктора. Эти параметры добавлены в задания к курсовому проектированию искусственно для выравнивания объема выполняемой по проекту работы. В заданиях к курсовому проектированию объект проектирования (машинный агрегат или прибор) разбит на основные узлы, и для каждого из них рекомендована структурная схема механизма, в наибольшей степени удовлетворяющая исходным условиям.

В их число входят рычажный и кулачковый механизмы, зубчатая передача и планетарный зубчатый механизм. Анализ рычажного механизма — наибольшая по обьему часть курсового проекта. В этом разделе в большинстве проектов исследуется четырех- или шестизвенный плоский механизм с одной степенью свободы и с вращающимся входным звеном (криво- шипом или коромыслом).

Выходным звеном механизма, к которому приложена полезная технологическая нагрузка, является ползун либо коромысло. В некоторых заданиях, связанных с проектированием двигателя, входное звено движется поступательно, а нагрузка приложена к вращающемуся звену. Исследование рычажного механизма составляет содержание первых двух листов курсового проекта (см. далее гл. 1, 2) и включает в себя четыре последовательных этапа: 1) проектирование кинематической схемы; 2) кинематический анализ; 3) определение реального закона движения механизма под действием заданных внешних сил; 4) кинетостатический анализ. Отметим, что в гл. 3 (третий этап) рычажный механизм исследуется в составе машины, содержащей также электрический двигатель, связывающий редуктор или мультипликатор.

Проведенное исследование рычажного механизма оформляют в виде двух листов чертежей формата А1 и соответствующего раздела расчетно-пояснительной записки, содержащей описание всех расчетов и графических построений. На двух других листах курсового проекта исследуются планетарный, зубчатый и кулачковый механизмы. При выполнении курсового проекта применяют как графоаналитические, так и аналитические методы расчета, ориентированные на использование специализированных программ или математических пакетов общего назначения. Ниже приведены этапы проектирования структурной схемы рычажного механизма и требования к содержанию и форме их представления.