Теория механизмов и машин - Казанский государственный

Федеральное государственное бюджетное
Рабочая программа дисциплины
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
ОД.А.03 Теория механизмов и машин
«Казанский государственный аграрный университет»
Утверждаю
Проректор по научной
работе и инновациям
____________ А.Р. Валиев
«____» ____________2011г.
ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ
дисциплины
05.02.18–Теория механизмов и машин
Программа послевузовского профессионального образования
(аспирантура)
Казань 2011
Составитель: д.т.н., профессор
______________
А.Г. Мудров
Программа составлена в соответствии с документами:
1. Федеральные государственные требования к структуре основной профессиональной
образовательной программы послевузовского профессионального образования
(аспирантура) утверждены приказом Министерства образования и науки Российской
Федерации от 16 марта 2011г.№1365.
2. Рабочий учебный план послевузовского профессионального образования (аспирантура)
по направлению научный специальности 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и
детали машин, утвержденный ректором Казанского ГАУ «06» октября 2011 (протокол №
7).
Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры «Общеинженерные
дисциплины» «17» октября 2011 г. (протокол № 3 ).
Зав. кафедрой «Общеинженерные дисциплины»
д.т.н., профессор
________________
Ф.А. Шамсутдинов
Согласовано:
Директор ИМ и ТС
к.т.н., доцент
___________
С.М. Яхин
Тема 1. ВВЕДЕНИЕ
Главенствующая роль машиностроения в осуществлении научнотехнического прогресса. Основные задачи машиностроения в области
создания новых механизмов и машин, автоматизации и механизации
производственных процессов. Содержание дисциплины "Теория механизмов
и машин" и ее значение для инженерного образования. Связь теории науки о
механизмах и машинах. Роль отечественных ученых в создании научных
школ.
Основные этапы проектирования машин. Учет многих критериев и
факторов при создании новых машин (производительность, экономичность,
надежность, точность, оснащение электронными системами управления,
быстродействие, высокое давление и температура, глубокий вакуум и т.д.).
Многовариантность решения и применение ЭВМ при оптимизационном
проектировании машин и механизмов. Ключевая роль ЭВМ в создании и
управлении машин-автоматов. Перспективы развития науки о механизмах,
машинах и системах машин.
РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМОВ, МАШИН И
СИСТЕМ МАШИН
Тема 2. Структура механизмов
Основные понятия теории механизмов и машин. Машина. Механизм как
кинематическая основа технологических, энергетических, транспортных и
других машин. Звено механизма. Кинематическая пара. Кинематическая
цепь. Классификация кинематических пар. Низшие и высшие, двухсторонние
и односторонние пары. Кинематическое соединение. Основные виды
механизмов," используемых в современном машиностроении, их назначение
и особенности. Структура механизмов. Структурные параметры и
характеристики. Локальные и структурные избыточные связи. Обеспечение
заданных свойств механизма устранение избыточных или введением
тождественных связей. Механизмы с рациональной структурой. Местные
подвижности в механизмах.
Структурный анализ и синтез механизмов. Входные и выходные
параметры синтеза, структурные признаки. Монадная теория структуры.
Адаптивные и. индифферентные структуры. Структурные схемы и
структурные характеристики манипуляторов.
Тема 3. Кинематический анализ механизмов
Кинематическая схема, начальное звено. Кинематические передаточные
функции и отношения (аналоги линейных и угловых скоростей, линейных и
угловых ускорений). Метод замкнутого векторного контура для определения
кинематических характеристик плоских рычажных механизмов. Метод
центроид для определения кинематических характеристик плоских
механизмов с высшими парами. Методы планов положений, скоростей и
ускорений при кинематическом исследовании рычажных, кулачковых и
сложных зубчатых механизмов. Кинематическое исследование способом
кинематических диаграмм.
Характеристики манипуляторов. Использование численных методов и
применение ЭВМ для расчетов кинематических характеристик механизмов.
Тема 4. Исследование движения машин и механизмов
с жесткими звеньями
Силы, действующие в машинах, приборах и других устройствах, и их
характеристики. Динамическая модель механизма. Приведение сил и масс.
Уравнение движения механизма и звена динамической модели в форме
энергии и форме моментов (энергетической и дифференциальной формах).
Закон сохранения момента импульса в динамическом исследовании машин.
Режимы движения механизма. Аналитические и численные методы решения
уравнения движения механизма с использованием ЭВМ. Быстродействие
механизмов машин и приборов при неустановившемся (переходном) режиме
движения. Неравномерность движения машинного агрегата при
установившемся режиме и назначение маховика. Динамический анализ
механизма машинного агрегата при установившемся режиме и определение
необходимого момента инерции маховых масс. Уравнения движения
механизмов с несколькими степенями свободы. Особенности динамического
исследования манипуляторов. Применение ЭВМ при динамическом
исследовании робототехнических систем.
Тема 5. Силовой анализ и уравновешивание механизмов
Действие сил на звенья механизма. Условия статической определимости
механизма и его структурных групп. Аналитический метод силового расчета
(метод проекций) с использованием ЭВМ. Силовой расчет пространственных
механизмов манипуляторов графоаналитическим методом. Графический
метод
силового
расчета
(метод
планов
сил).
Определение
уравновешивающей силы по теореме Жуковского. Рычаг Жуковского и
способ продольных реакций. Силовое нагружение корпуса машин (стойки
механизма) и ее основания.
Неуравновешенность механизмов и ее виды. Полное и частичное
статистическое уравновешивание механизмов. Неуравновешенность роторов
и ее виды. Статистическая и динамическая балансировка роторов на стадиях
проектирования и изготовления. Автоматическая балансировка роторов на
современном оборудовании.
Тема 6. Трение и изнашивание в машинах и механизмах
Взаимодействие элементов кинематических пар при относительном
движении . Природа сил трения. Макроскопические и микроскопические
уровни анализа причин возникновения трения. Внутреннее и внешнее
трение. Трение скольжения. Жидкостное трение. Сопротивление качению.
Факторы, влияющие на коэффициент трения. Действие сил в
кинематических парах при наличии трения. Угол трения и круг трения в
кинематических парах. Силовой расчет механизмов при учете трения с
применением ЭВМ. КПД механизма и системы механизмов при их
различном соединении. КПД рычажных, зубчатых и кулачковых
механизмов. Самоторможение.
Влияние износа элементов кинематических пар на работоспособность и
надежность машин и механизмов. Виды и стадии изнашивания. Основные
закономерности
изнашивания.
Условия
возникновения
заедания.
Количественная оценка износа контактных поверхностей кинематических
пар. Применение ЭВМ при расчете износа элементов кинематических пар.
Тема 7. Исследование движения машин и механизмов с
упругими звеньями
Приведение жесткостей упругих звеньев механизма. Приведенный
коэффициент сопротивления. Система дифференциальных уравнений
движения машинного агрегата и его динамическая модель. Решение
дифференциальных уравнений методом последовательных приближений с
применением ЭВМ. Исследование влияния упругости звеньев на закон
движения входного вала рабочей машины и нагруженность передаточного
механизма. Влияние упругой муфты.
Тема 8. Виброактивность и виброзащита
Источники колебаний и объекты виброзащиты. Защита человекаоператора и технических объектов от вредного воздействия колебаний.
Основные методы виброзащиты. Виброизоляция. Линейные виброизоляторы.
Динамическое гашение колебаний. Динамические виброгасители. Ударные
гасители колебаний. Поглотители колебаний с вязким и сухим трением.
Активные виброзащитные системы. Полезное применение вибраций.
Вибрационные машины.
Резонанс. Диссипативный способ исследования резонансных явлений.
Торсионная гипотеза поперечных колебаний неуравновешенного ротора.
РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СХЕМ ОСНОВНЫХ
ВИДОВ МЕХАНИЗМОВ
Тема 9. Синтез рычажных механизмов
Входные и выходные параметры и этапы синтеза. Передаточные - и
направляющие механизмы. Применение ЭВМ при синтезе механизмов с
приближенным и точным воспроизведением заданного движения.
Приближенный синтез механизмов по Чебышеву. Условие наилучшего
приближения Чебышева. Механизмы Чебышева. Прямолинейно-огибающие
механизмы Кузнецова.
Рычажные механизмы. Условие существования кривошипа. Синтез по
заданным положениям входного и выходного звеньев с учетом допустимых
углов давления. Синтез по коэффициенту изменения средней скорости
выходного звена. Синтез по заданной непрерывной функции положения и по
требуемой траектории заданной точки механизма. Методы оптимизации и
использование ЭВМ при синтезе механизмов.
Тема 10. Синтез механизмов манипуляторов и промышленных роботов
Манипуляторы и промышленные роботы; области их применения. Роль
манипуляторов и промышленных роботов в современной технике. Три
поколения промышленных роботов. Структурный синтез манипуляторов и
определение размеров их звеньев. Задание траектории движения схвата и
законы движения отдельных звеньев механизма. Применение ЭВМ при
проектировании манипуляторов.
Тема 11. Синтез зубчатых механизмов
Виды зубчатых механизмов и области их применения. Относительное
движение скольжения профилей. Основное уравнение зацепления в
дифференциальной форме. Образование сопряженных поверхностей по
Оливье. Синтез сопряженных профилей по методу преобразования
координат, методу последовательных положений и по положениям нормалей.
Эвольвентное колесо и эвольентное зацепление. Формообразование
профилей при зацеплении с исходным производящим контуром (станочное
зацепление). Подрезание и заострение зуба. Основные геометрические
показатели эвольвентных передач. Особенности передач внутреннего
зацепления. Передачи, составленные из косозубых колес. Применение ЭВМ
при проектировании цилиндрических передач с эвольвентным профилем.
Передачи М.Л. Новикова и области их применения.
Коническая зубчатая передача, ее геометрический расчет. Червячная
передача и особенности ее расчета. Винтовая и гипоидная передачи.
Многозвенные зубчатые механизмы с неподвижными осями колес.
Планетарные зубчатые механизмы и их синтез. Бесступенчатые передачи с
замкнутым дифференциалом. Коробки скоростей. Зубчатые механизмы
манипуляторов и промышленных роботов. Волновые зубчатые передачи.
Использование ЭВМ при проектировании планетарных зубчатых
механизмов.
Тема 12. Синтез механизмов прерывистого движения
Механизмы прерывистого действия. Проектирование мальтийских,
храповых механизмов и других механизмов с остановами заданной
продолжительности. Зубчато-рычажные механизмы.
Тема 13. Синтез кулачковых механизмов
Виды и назначение кулачковых механизмов. Законы движения
выходного звена и способы их задания при проектировании механизма. Угол
давления и его влияние на действие сил в механизме, на его размеры и
надежность. Определение основных размеров механизма по критериям
допустимого угла давления и выпуклости профиля . Определение координат
профиля кулачка по заданному закону движения и расчет координат на ЭВМ.
Выбор размера ролика толкателя. Эквивалентные (замещающие) механизмы.
Обеспечение силового замыкания высшей пары при ускоренном движении
толкателя. Условия качения ролика. Учет упругости звеньев при
проектировании механизма.
Тема 14. Управление движением исполнительных органов машин и
систем машин
Схемы процессов работы машин и их функциональные схемы.
Согласование движения исполнительных органов машин и механизмов,
объединенных в автоматическую систему. Основные понятия об алгоритмах
управления, автоматических управляющих устройствах и системах
автоматического управления.
Системы
управления с
помощью
распределительных валов, командоаппаратов, копиров. Системы числового
программного
управления
технологическими
машинами,
робототехническими комплексами, транспортными и
накопительными
устройствами. Такты и циклы движения исполнительных органов,
тактограммы и циклограммы машин. Механизмы, используемые для гибких
производственных модулей (ГПМ), средства автоматизации ГПМ и
роботизированных комплексов. Использование обратных задач кинематики
и динамики для управления манипуляторами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., 1975.
2. Теория механизмов и машин Фролов К.В., Попов С.А., Мусатов А.Х.
и др.; Под ред. К.В. Фролова. М., 1986.
3. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. М., 1973.
4. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М., 1979.
5. Юдин В.А., Петрокас Л..В. Теория механизмов и машин. М., 1977.
6. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник, М.,
1985.
7. Дровников А.Н. Адаптивные структуры механизмов и машин. Ростовна-Дону: Изд-во Рост, ун-та, 1984.
8. Кузнецов С.А. Линейно-монадная теория структуры механизмов. Новочеркасск; НГТУ. 1998. - 108 с.
9. Кузнецов С.А., Дровников А.Н. Интегральные механизмы
индифферентной структуры. Анализ и синтез. - Новочеркасск; ЮРГТУ, 1999.
- 99 с.
10.Кузнецов С.А. Теория механизмов и машин. Учебное пособие по
ТММ. -Шахты; ЮРГУЭС, 2003.
11.Кузнецов С.А. Структура механизмов. - Шахты, ЮРГУЭС, 2006. -79 с.
12.Кузнецов С.А., Владимиров А.В. Прямолинейно-огибающие
механизмы. Анализ и синтез. - Шахты, ЮРГУЭС, 2007.- 228 с.
13.Владимиров А.В., Кузнецов С.А. Исследование кинематики и
динамики прямолинейно-огибающего механизма и создание на его основе
штамповочного пресса. - Шахты, ЮРГУЭС, 2008. - 182 с.
14.Кузнецов С.А., Дикий Р.В. Разработка и исследование грунтоуплотняющего устройства шагающего типа.- Шахты, ЮРГУЭС, 2009.-112
с.