Document 2684086

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая учебная программа дисциплины «Теория механизмов и машин»
для машиностроительных, автотракторных, металлургических и других специальностей разработана в соответствии с требованиями соответствующих образовательных стандартов и типовых учебных планов.
Данная типовая программа рекомендуется для использования:
− по дисциплине «Теория машин и механизмов» для направлений специальности 1-08 01 01-01 Профессиональное обучение (машиностроение);
1-08 01 01-06 Профессиональное обучение (агроинженерия);
− по дисциплине «Теория механизмов, машин и манипуляторов» для специальностей 1-36 01 02 «Материаловедение в машиностроении»; 1-36 01 03
«Технологическое оборудование машиностроительного
производства»;
1-36 01 05 «Машины и технология обработки материалов давлением»;
1-36 01 06 «Оборудование и технология сварочного производства»;
− по дисциплине «Теория машин, механизмов и манипуляторов» для специальности 1-55 01 03 «Компьютерная мехатроника».
Теория механизмов и машин (ТММ) является одной из основных общенаучных и общепрофессиональных дисциплин, необходимых для обучения инженеров широкого профиля, сочетающих глубокие фундаментальные знания с
объективной практической подготовкой, ориентированной на конкретную отрасль. ТММ – комплексная наука, в которой проблемы структуры, кинематики
и динамики механизмов и машин, их анализа и синтеза тесно переплетаются с
проблемами оптимального проектирования и управления.
Цель дисциплины – дать будущим инженерам знание общих методов исследования и проектирования схем механизмов, необходимых для создания
машин, приборов, автоматических устройств и комплексов, отвечающих современным требованиям эффективности, надёжности и экономичности.
Задачи дисциплины:
– научить студентов понимать общие принципы преобразования движения с помощью механизмов и взаимодействия механизмов в составе машин;
– дать знания о кинематических и динамических свойствах и характеристиках механизмов, о методах определения оптимальных параметров механизмов по заданным условиям работы, об управлении движением механизмов и
машин;
– привить навыки разработки и реализации алгоритмов и программ расчёта с использованием современных информационных технологий;
– обеспечить преемственность знаний при переходе от общетехнических
к профилирующим учебным дисциплинам.
ТММ базируется на механико-математической подготовке студентов,
обеспечиваемой курсами «Математика», «Физика», «Теоретическая механика»,
«Информатика». В основе дисциплины ТММ лежат фундаментальные положения математики и механики. Знания и умения, полученные студентами при
изучении дисциплины ТММ, необходимы при освоении последующих специ-
2
альных дисциплин и дисциплин специализаций, связанных с проектированием
и расчетом машин, механизмов, их деталей и узлов.
В результате изучения дисциплины будущий специалист должен:
иметь представление:
– о новейших достижениях в области машиноведения и перспективах их
использования при разработке и совершенствовании технических устройств
(механизмов, машин-автоматов, манипуляторов);
– об аналогиях между процессами, происходящими в механических, электрических и гидропневматических системах;
– о математическом моделировании механических явлений;
знать:
– основные теоретические положения строения, кинематики, динамики и
управления системами машин, отдельными машинами и механизмами, их составными частями с учетом преобразования и передачи энергии, материалов и
информации;
– измерительную аппаратуру для определения кинематических и динамических параметров механизмов и машин;
– методы разработки алгоритмов и программ расчетов на ЭВМ;
– принципы проектирования основных видов механизмов;
уметь:
– составлять расчетные схемы (модели) машин и механизмов, пригодные
для решения технических задач, возникающих на различных этапах конструирования машин, выполнения кинематических и динамических расчетов, применения результатов расчетов для получения оптимальных характеристик механизмов и машин с точки зрения их энергоемкости и энергопотребления;
– разрабатывать алгоритмы программ расчета параметров на компьютере;
– применять программы расчетов на ЭВМ;
– исследовать колебания в машинах;
– творчески подходить к постановке и принятию инженерных решений
на этапах проектирования механизмов и машин;
– самостоятельно работать с технической литературой.
Программа реализуется в форме лекций, практических занятий, лабораторных занятий, курсового проектирования, а также в форме самостоятельной работы студентов, заключающейся в проработке лекционного материала, работе с
обучающими и контролирующими программами на ЭВМ, выполнении домашних заданий, подготовке к лабораторным работам, выполнении курсового проекта и научно-исследовательской работы студентов.
3
Методы (технологии) обучения
Основными методами обучения, отвечающими цели изучения дисциплины,
являются:
− лекционные занятия;
− практические занятия;
− лабораторные занятия;
− курсовое проектирование;
− самостоятельная работа студентов;
− учебно-исследовательская и научно-исследовательская работа студентов.
Организация самостоятельной работы студентов
При изучении дисциплины рекомендуется использовать следующие формы
самостоятельной работы:
− проработка лекционного материала;
− подготовка к лабораторным работам;
− работа с обучающими и контролирующими компьютерными программами;
− решение индивидуальных задач в аудитории во время практических занятий под контролем преподавателя;
− выполнение курсового проекта с консультациями преподавателя;
− подготовка рефератов по индивидуальным темам.
Диагностика компетенций студента
Оценка уровня знаний студента производится по десятибалльной шкале.
Для оценки достижений студента используется следующий диагностический инструментарий:
- защита выполненных на практических и лабораторных занятиях индивидуальных заданий;
- подготовка и презентация рефератов по индивидуальным темам;
- выполнение студенческой научно-исследовательской работы;
- сдача экзамена по дисциплине;
- защита курсового проекта или курсовой работы.
В целях большей специализации дисциплины допускается изложение отдельных разделов данной программы в расширенном объеме (по предложению
специальных кафедр). Содержание курсового проекта также увязывается с будущей специальностью студента.
При разработке учебных программ может производиться необходимый
отбор и перестановка материала. Предложения по отбору материала в соответствии со спецификой специальности утверждаются кафедрой.
Типовая учебная программа дисциплины «Теория механизмов и машин»
рассчитана максимально на 246 часов, в том числе - 120 часов аудиторных занятий.
4
Примерный тематический план
для специальностей:
1-36 01 02 Материаловедение в машиностроении;
1-36 01 03 Технологическое оборудование машиностроительного производства;
1-36 01 05 Машины и технология обработки материалов давлением;
1-36 01 06 Оборудование и технология сварочного производства;
1-36 01 07 Гидропневмосистемы мобильных и технологических машин;
1-36 02 01 Машины и технология литейного производства;
1-36 10 01 Горные машины и оборудование (по направлениям);
1-37 01 01 Двигатели внутреннего сгорания;
1-37 01 02 Автомобилестроение (по направлениям);
1-37 01 03 Тракторостроение;
1-37 01 04 Многоцелевые гусеничные и колесные машины (по направлениям);
1-37 01 05 Городской электрический транспорт;
1-37 01 06 Техническая эксплуатация автомобилей (по направлениям);
1-37 01 07 Автосервис;
1-55 01 03 Компьютерная мехатроника.
для направлений специальностей:
1-36 11 01-01 Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование
(производство и эксплуатация);
1-36 11 01-02 Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование
(управление производством);
1-37 01 04-02 Многоцелевые гусеничные и колесные машины (эксплуатация и ремонт бронетанкового вооружения и техники);
1-37 01 06-02 Техническая эксплуатация автомобилей (военная автомобильная техника);
Рассчитан на 118-120 часов аудиторных занятий, из них лекции – 50-52
часов, практические занятия – 52-50 часов, лабораторные занятия – 16-18 часов
3
Практические
занятия
(часы)
4
Курсовое
проектирование
(часы)
5
Лаборторные
занятия
(часы)
6
Всего
аудиторных
часов
7
Введение
Раздел 1. Общие сведения по теории технологических машин и
машин-автоматов
1
-
-
-
1
2
-
-
-
2
1.1
Рабочие процессы и машины
1
-
-
-
1
1.2
Системы управления машинавтоматов
1
-
-
-
1
2
Раздел 2. Общие методы определения кинематических и динамических характеристик механизмов
и машин. Математическое моделирование движения звеньев машин
33
28
13-11
12-14
86
2.1
Основы строения механизмов
4
4
1
4
13
№
п/п
Наименование разделов и темы
Лекции
(часы)
1
2
1
5
2.2
2.3
Моделирование геометрических и
кинематических связей в механизмах
Математическое моделирование и
исследование движения машин и
механизмов с жесткими звеньями
4
6
1
2
13
6
6
4-3
2-4
18-19
2.4
Силовой анализ, трение и изнашивание в механизмах
4
4
4-3
2
14-13
2.5
Оценка энергопотребления и динамической нагруженности машин и
механизмов
4
4
3
-
11
2.6
Исследование движения машин и
механизмов с упругими звеньями
2
-
-
-
2
4
2
-
2
8
5
2
-
-
7
14-16
6
5
4
29-31
2.7
2.8
Использование вибраций. Защита от
вибраций. Уравновешивание масс
механизмов
Моделирование геометрических и
кинематических связей и динамики
манипуляторов
3
Раздел 3. Проектирование схем
основных видов механизмов
3.1
Синтез рычажных механизмов
2-4
2
1
-
5-7
3.2
Синтез зубчатых механизмов
6
2
-
4
12
3.3
Синтез механизмов прерывистого
движения
2
-
-
-
2
3.4
Синтез кулачковых механизмов
4
2
4
-
10
16-18
118120
ИТОГО:
50-52
52-50*
* - Часы, предусмотренные на практические занятия разбиваются на 34 часа практических занятий и
18-16 часов курсового проектирования.
6
Примерный тематический план
для специальностей:
1-36 01 01 Технология машиностроения;
1-36 01 04 Оборудование и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов;
1-36 20 01 Низкотемпературная техника;
для направления специальности:
1-53 01 01-01 Автоматизация технологических процессов и производств (машиностроение и
приборостроение).
Рассчитан на 102-108 часов аудиторных занятий, из них лекции – 52-54
часов, практические занятия – 34-36 часов, лабораторные занятия – 16-18 часов
№
п/п
Наименование разделов и темы
Лекции
(часы)
1
2
3
Практические
занятия
(часы)
4
Введение
1
1
Раздел 1. Общие сведения по теории технологических машин и машин-автоматов
1.1
1.2
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Лаборторные
занятия
(часы)
Всего
аудиторных
часов
5
6
-
-
1
2
-
-
2
Рабочие процессы и машины
1
-
-
1
Системы управления машин-автоматов
1
-
-
1
33-35*
28-30*
12-14*
73-79*
4
4
4
12
4
6
2
12
6
6
2-4*
14-16*
4-6*
4-6*
2
10-14*
4
4
-
8
2
-
-
2
4
2
2
8
5
2
-
7
16
6
4
26
4
2
-
6
Раздел 2. Общие методы определения кинематических и динамических характеристик механизмов и
машин. Математическое моделирование движения
звеньев машин
Основы строения механизмов
Моделирование геометрических и кинематических
связей в механизмах
Математическое моделирование и исследование движения машин и механизмов с жесткими звеньями
Силовой анализ, трение и изнашивание в механизмах
Оценка энергопотребления и динамической нагруженности машин и механизмов
Исследование движения машин и механизмов с упругими звеньями
Использование вибраций. Защита от вибраций. Уравновешивание масс механизмов
Моделирование геометрических и кинематических связей и динамики манипуляторов
3.1
Раздел 3. Проектирование схем основных видов механизмов
Синтез рычажных механизмов
3.2
Синтез зубчатых механизмов
6
2
4
12
3.3
Синтез механизмов прерывистого движения
2
-
-
2
3.4
Синтез кулачковых механизмов
4
2
-
6
52-54*
34-36*
16-18*
102108*
3
ИТОГО:
* - Аудиторные часы указаны для специальности 1-36 20 01.
7
Примерный тематический план
для специальности:
1-53 01 06 Промышленные роботы и робототехнические комплексы.
для направлений специальностей:
1-08 01 01-01 Профессиональное обучение (машиностроение);
1-08 01 01-06 Профессиональное обучение (агроинженерия);
1-53 01 01-02 Автоматизация технологических процессов и производств (приборостроение и
радиоэлектроника);
Рассчитан на 82-84 часа аудиторных занятий, из них лекции – 50 часов,
практические занятия – 16-18 часов, лабораторные занятия – 16 часов.
3
Практические
занятия
(часы)
4
Лаборторные
занятия
(часы)
5
Всего
аудиторных
часов
6
Введение
1
-
-
1
1
Раздел 1. Общие сведения по теории технологических машин и машин-автоматов
2
-
-
2
1.1
Рабочие процессы и машины
1
-
-
1
1.2
Системы управления машин-автоматов
1
-
-
1
2
Раздел 2. Общие методы определения кинематических и динамических характеристик механизмов и машин. Математическое моделирование движения звеньев машин
33
14-16
12
59-61
4
2
4
10
4
2
2
8
6
2-4
2
10-12
4
2
2
8
4
2
-
6
2
-
-
2
4
2
2
8
5
2
-
7
№
п/п
Наименование разделов и темы
Лекции
(часы)
1
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Основы строения механизмов
Моделирование геометрических и кинематических связей в механизмах
Математическое моделирование и исследование
движения машин и механизмов с жесткими звеньями
Силовой анализ, трение и изнашивание в механизмах
Оценка энергопотребления и динамической нагруженности машин и механизмов
Исследование движения машин и механизмов с
упругими звеньями
Использование вибраций. Защита от вибраций.
Уравновешивание масс механизмов
Моделирование геометрических и кинематических
связей и динамики манипуляторов
3
Раздел 3. Проектирование схем основных видов
механизмов
16
2
4
20-22
3.1
Синтез рычажных механизмов
4
-
-
2-4
3.2
Синтез зубчатых механизмов
6
2
4
12
3.3
Синтез механизмов прерывистого движения
2
-
-
2
3.4
Синтез кулачковых механизмов
4
-
-
4
50
16-18
16
82-84
ИТОГО:
8
Примерный тематический план
для направления специальности:
1-08 01 01-09 Профессиональное обучение (автомобильный транспорт);
Рассчитан на 84 часов аудиторных занятий, из них лекции – 50 часа,
практические занятия – 34 часа.
3
Практические
занятия
(часы)
4
Всего
аудиторных
часов
5
Введение
1
-
1
1
Раздел 1. Общие сведения по теории технологических машин и машин-автоматов
2
-
2
1.1
Рабочие процессы и машины
1
-
1
1.2
Системы управления машин-автоматов
1
-
1
2
Раздел 2. Общие методы определения кинематических и динамических характеристик механизмов и машин. Математическое моделирование движения звеньев машин
33
28
61
2.1
Основы строения механизмов
4
4
8
2.2
Моделирование геометрических и кинематических связей в механизмах
4
6
10
6
6
12
4
4
8
4
4
8
№
п/п
Наименование разделов и темы
Лекции
(часы)
1
2
2.3
2.4
2.5
Математическое моделирование и исследование
движения машин и механизмов с жесткими звеньями
Силовой анализ, трение и изнашивание в механизмах
Оценка энергопотребления и динамической нагруженности машин и механизмов
2.6
Исследование движения машин и механизмов с
упругими звеньями
2
-
2
2.7
Использование вибраций. Защита от вибраций.
Уравновешивание масс механизмов
4
2
6
2.8
Моделирование геометрических и кинематических
связей и динамики манипуляторов
5
2
7
3
Раздел 3. Проектирование схем основных видов
механизмов
14
6
20
3.1
Синтез рычажных механизмов
2
2
4
3.2
Синтез зубчатых механизмов
6
2
8
3.3
Синтез механизмов прерывистого движения
2
-
2
3.4
Синтез кулачковых механизмов
ИТОГО:
4
2
6
50
34
84
9
Примерный тематический план
для специальности:
1-37 03 02 Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта.
Рассчитан на 86 часов аудиторных занятий, из них лекции – 52 часа,
практические занятия – 34 часа.
Наименование разделов и темы
Лекции
(часы)
Практические
занятия
(часы)
2
3
4
Курсовое проектирование
(часы)
5
Введение
1
-
-
1
1
Раздел 1. Общие сведения по теории технологических машин и машин-автоматов
2
-
-
2
1.1
Рабочие процессы и машины
1
-
-
1
1.2
Системы управления машин-автоматов
1
-
-
1
2
Раздел 2. Общие методы определения кинематических и динамических характеристик механизмов и машин. Математическое моделирование движения звеньев машин
33
16
11
60
2.1
Основы строения механизмов
4
2
1
7
2.2
Моделирование геометрических и кинематических связей в механизмах
4
2
1
7
6
4
3
13
4
2
3
9
4
2
3
9
2
-
-
2
№
п/п
1
2.3
2.4
2.5
2.6
Математическое моделирование и исследование
движения машин и механизмов с жесткими звеньями
Силовой анализ, трение и изнашивание в механизмах
Оценка энергопотребления и динамической нагруженности машин и механизмов
Исследование движения машин и механизмов с
упругими звеньями
Всего
аудиторных
часов
6
2.7
Использование вибраций. Защита от вибраций.
Уравновешивание масс механизмов
4
2
-
6
2.8
Моделирование геометрических и кинематических
связей и динамики манипуляторов
5
2
-
7
3
Раздел 3. Проектирование схем основных видов
механизмов
16
2
5
23
3.1
Синтез рычажных механизмов
4
-
1
5
3.2
Синтез зубчатых механизмов
6
2
-
8
3.3
Синтез механизмов прерывистого движения
2
-
-
2
3.4
Синтез кулачковых механизмов
ИТОГО:
4
-
4
8
52
34*
86
* - Часы, предусмотренные на практические занятия разбиваются на 18 часов практических занятий и 16 часов
курсового проектирования.
10
Примерный тематический план
для направления специальности:
1-36 11 01-04 Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование
(управление подразделениями инженерных войск).
Рассчитан на 118 часов аудиторных занятий, из них лекции – 50 часов,
практические занятия – 34 часа, лабораторные занятия – 34 часа
Наименование разделов и темы
Лекции
(часы)
Практические
занятия
(часы)
2
3
4
Курсовое
проектирование
(часы)
5
Введение
1
-
1
Раздел 1. Общие сведения по теории технологических машин и машин-автоматов
2
1.1
Рабочие процессы и машины
1.2
Лаборторные
занятия
(часы)
Всего
аудиторных
часов
6
7
-
-
1
-
-
2
4
1
-
-
2
3
Системы управления машин-автоматов
1
-
-
-
1
2
Раздел 2. Общие методы определения кинематических и динамических характеристик
механизмов и машин. Математическое моделирование движения звеньев машин
33
16
11
22
82
2.1
Основы строения механизмов
4
2
1
6
13
2.2
Моделирование геометрических и кинематических связей в механизмах
4
2
1
4
11
6
4
3
4
17
4
2
3
4
13
4
2
3
-
9
2
-
-
-
2
4
2
-
4
10
5
2
-
-
7
№
п/п
1
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Математическое моделирование и исследование
движения машин и механизмов с жесткими
звеньями
Силовой анализ, трение и изнашивание в механизмах
Оценка энергопотребления и динамической нагруженности машин и механизмов
Исследование движения машин и механизмов с
упругими звеньями
Использование вибраций. Защита от вибраций.
Уравновешивание масс механизмов
Моделирование геометрических и кинематических связей и динамики манипуляторов
3
Раздел 3. Проектирование схем основных видов механизмов
14
2
5
10
31
3.1
Синтез рычажных механизмов
2
-
1
-
3
3.2
Синтез зубчатых механизмов
6
2
-
8
16
3.3
Синтез механизмов прерывистого движения
2
-
-
-
2
3.4
Синтез кулачковых механизмов
4
-
4
2
10
50
34*
34
118
ИТОГО:
* - Часы, предусмотренные на практические занятия разбиваются на 18 часов практических занятий и
16 часов курсового проектирования.
11
Примерный тематический план
для специальности:
1-36 20 04 Вакуумная и компрессорная техника.
Рассчитан на 90 часов аудиторных занятий, из них лекции – 36 часов,
практические занятия – 36 часов, лабораторные занятия – 18 часов.
Наименование разделов и темы
Лекции
(часы)
Практические
занятия
(часы)
2
3
4
Курсовое проектирование
(часы)
5
Введение
1
-
Раздел 1. Общие сведения по теории технологических машин и машин-автоматов
2
1.1 Рабочие процессы и машины
1.2 Системы управления машин-автоматов
№
п/п
1
1
Раздел 2. Общие методы определения кинематических и динамических характеристик механизмов и машин. Математиче2
ское моделирование движения звеньев
машин
2.1 Основы строения механизмов
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
Моделирование геометрических и кинематических связей в механизмах
Математическое моделирование и исследование движения машин и механизмов с жесткими звеньями
Силовой анализ, трение и изнашивание в
механизмах
Оценка энергопотребления и динамической
нагруженности машин и механизмов
Исследование движения машин и механизмов с упругими звеньями
Использование вибраций. Защита от вибраций. Уравновешивание масс механизмов
Лаборторные
занятия
(часы)
Всего
аудиторных
часов
6
7
-
-
1
-
-
-
2
1
-
-
-
1
1
-
-
-
1
25
16
13
14
68
4
2
1
4
11
3
2
1
2
8
4
4
4
4
16
4
2
4
2
12
4
2
3
-
9
1
-
-
-
1
4
2
-
2
8
2.8
Моделирование геометрических и кинематических связей и динамики манипуляторов
1
2
-
-
3
3
Раздел 3. Проектирование схем основных
видов механизмов
8
2
5
4
19
3.1 Синтез рычажных механизмов
2
-
1
-
3
3.2 Синтез зубчатых механизмов
4
2
-
4
10
3.3 Синтез механизмов прерывистого движения
-
-
-
-
-
3.4 Синтез кулачковых механизмов
ИТОГО:
2
-
4
-
6
18
90
36
36*
* - Часы, предусмотренные на практические занятия разбиваются на 18 часов практических занятий и
18 часов курсового проектирования.
12
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
ТММ – научная основа создания новых механизмов и машин, автоматизации и механизации производственных процессов. Содержание дисциплины и
ее значение для инженерного образования. История развития науки о механизмах и машинах. Связь теории механизмов, машин и манипуляторов с другими
областями знаний.
Основные этапы проектирования машин. Учет многих критериев и факторов при создании новых машин (производительность, быстродействие, энергопотребление, материалоемкость, точность, надежность и т.п.). Многовариантность решения и применение ЭВМ при оптимизационном проектировании
машин и механизмов. Ключевая роль ЭВМ в создании и управлении машинавтоматов. Перспективы развития теории механизмов и машин.
РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕОРИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И
МАШИН-АВТОМАТОВ
Тема 1.1. Рабочие процессы и машины
Технологические, транспортные, энергетические, информационные рабочие процессы. Машины как системы, осуществляющие механические движения
для выполнения механической работы, связанной с реализацией рабочего процесса. Структура машин и машин-автоматов.
Тема 1.2. Системы управления машин-автоматов
Цикловая, технологическая и фактическая производительность машин.
Системы управления автоматическим циклом. Согласование движения исполнительных органов машин и механизмов, объединенных в автоматическую систему. Циклограммы и тактограммы. Моделирование согласованности движений
механизмов машины с использованием операций алгебры логики. Техническая
реализация операций алгебры логики. Синтез логических систем управления
машин-автоматов по пути.
РАЗДЕЛ 2. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМОВ И МАШИН. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗВЕНЬЕВ МАШИН
Тема 2.1. Основы строения механизмов
Основные понятия: механизм, звено, кинематическая пара. Основные виды механизмов, используемых в машиностроении. Классификация кинематических пар. Кинематические цепи. Обобщенные координаты и число степеней
свободы механизма. Структурные и параметрические степени свободы. Структурный синтез и анализ механизмов. Избыточные связи и местные подвижности в механизмах.
Тема 2.2. Моделирование геометрических и кинематических
связей в механизмах
13
Кинематические передаточные функции и их производные (аналоги скоростей и ускорений). Определение кинематических характеристик плоских рычажных механизмов аналитическим методом (метод замкнутых векторных контуров). Кинематический анализ плоских рычажных механизмов графическим
методом (построение планов положений, скоростей и ускорений). Особенности
кинематики рычажных механизмов с заданным относительным движением
звеньев. Определение передаточных отношений фрикционных и зубчатых механизмов с неподвижными осями вращения. Кинематический анализ зубчатых
механизмов с подвижными осями вращения (дифференциальных, планетарных,
замкнутых дифференциальных). Кинематика волновой зубчатой передачи. Кинематика мальтийского механизма. Кинематические характеристики винтового
механизма. Использование численных методов и применение ЭВМ для расчетов кинематических характеристик механизмов.
Тема 2.3. Математическое моделирование и исследование движения
машин и механизмов с жесткими звеньями
Силы, действующие в машинах, приборах и других устройствах, и их характеристики. Динамическая и математическая модели машины с одной степенью свободы. Приведение сил и масс. Уравнение движения модели в энергетической и дифференциальной формах. Определение динамических характеристик модели. Режимы движения машин. Определение закона движения звена
приведения при установившемся и неустановившемся режимах для различных
случаев задания внешних сил. Быстродействие механизмов машин и приборов
при неустановившемся режиме работы. Использование численных методов и
ЭВМ для решения уравнения движения. Учет статической и динамической характеристик электродвигателя при определении закона движения. Задача ограничения периодических колебаний скорости звена приведения при установившемся движении. Определение постоянной составляющей приведенного момента инерции машин по заданному коэффициенту неравномерности движения. Особенности решения задачи об ограничении периодических колебаний
скорости для машин с электроприводом.
Тема 2.4. Силовой анализ, трение и изнашивание в механизмах
Действие сил в кинематических парах. Метод кинетостатики. Силы инерции звеньев. Условие статической определимости кинематических цепей. Силовой анализ плоских рычажных механизмов аналитическим и графическим
методами. Силовой анализ зубчатых и планетарных передач. Силовой анализ
кулачковых механизмов. Трение скольжения в поступательной и вращательной
кинематических парах. Трение качения в высших кинематических парах. Трение в подшипниках и роликовых направляющих качения. Приведенные коэффициенты трения. Силовой анализ рычажных и кулачковых механизмов с учетом трения.
Влияние износа элементов кинематических пар на работоспособность и
надежность машин и механизмов. Виды и стадии изнашивания, основные закономерности изнашивания. Количественная оценка износа контактных поверхностей кинематических пар. Использование ЭВМ для моделирования трения и
износа.
14
Тема 2.5. Оценка энергопотребления и динамической нагруженности
машин и механизмов
Критерии качественной оценки работоспособности машин, механизмов,
кинематических пар. Коэффициенты энергопотребления, материалоемкости,
динамичности. Угол давления и коэффициент возрастания усилий. Цикловой
механический коэффициент полезного действия (КПД) и коэффициент потерь.
КПД при последовательном и параллельном соединении механизмов. Определение КПД рычажных, кулачковых и клиновых механизмов, передачи винтгайка и червячной передачи. Самоторможение в механизмах.
Исследование энергопотребления и динамической нагруженности машин.
Тема 2.6. Исследование движения машин и механизмов
с упругими звеньями
Приведение жесткостей упругих звеньев. Учет диссипативных сил. Приведенный коэффициент сопротивления. Двухмассовая динамическая модель с
двумя степенями свободы. Составление системы дифференциальных уравнений
движения динамической модели и их решение с применением ЭВМ. Исследование влияния упругости звеньев на закон движения входного вала рабочей
машины и на нагруженность передаточного механизма.
Тема 2.7. Использование вибраций. Защита от вибраций.
Уравновешивание масс механизмов
Основные положения теории вибрационных машин. Дебалансные вибровозбудители. Динамическая модель вибрационной машины. Дифференциальное
уравнение колебаний и его решение. Коэффициент динамичности по перемещениям. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики вибрационной
машины. Особенности виброударных машин. Использование машин вибрационного и виброударного действия. Основные методы защиты от вибраций. Источники колебаний и объекты виброзащиты. Виброизоляция при силовом и кинематическом возбуждении. Дифференциальные уравнения движения динамической модели. Коэффициент динамичности по силам и по ускорениям. Виброгашение. Определение характеристик динамического виброгасителя. Статическое и динамическое уравновешивание вращающихся звеньев. Различные виды
неуравновешенности роторов и ее устранение. Статическая и динамическая балансировки. Определение главного вектора и главного момента сил инерции
механизма. Статическое уравновешивание масс плоских рычажных механизмов.
Тема 2.8. Моделирование геометрических и кинематических связей
и динамики манипуляторов
Области применения манипуляторов. Структура манипуляторов. Метод
преобразования координат точек и векторов в матричной форме. Составление
матриц перехода. Определение положений, скоростей и ускорений звеньев манипуляторов и их центров масс по известным обобщенным координатам и их
производным. Определение обобщенных координат, скоростей и ускорений
15
манипулятора для отработки заданной траектории схвата и закона его движения
вдоль траектории. Характеристика законов движения схвата. Главный вектор и
главный момента сил инерции звеньев манипулятора. Определение реактивных
и движущих сил и моментов в кинематических парах манипуляторов кинетостатическим методом.
РАЗДЕЛ 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМ ОСНОВНЫХ ВИДОВ МЕХАНИЗМОВ
Тема 3.1. Синтез рычажных механизмов
Входные и выходные параметры и этапы синтеза механизмов. Целевые
функции, ограничения и дополнительные условия синтеза. Применение методов оптимизации и ЭВМ при синтезе механизмов. Многовариантность решения. Условие существования кривошипа. Синтез по заданным положениям
входного и выходного звеньев. Синтез по коэффициенту изменения средней
скорости выходного звена. Синтез по заданной непрерывной функции положения и по требуемой траектории заданной точки механизма.
Тема 3.2. Синтез зубчатых механизмов
Виды зубчатых механизмов и области их применения. Относительное
движение звеньев, находящихся в зацеплении, и аксоидные поверхности при
передаче вращательного движения. Основная теорема зацепления. Геометрические параметры зубчатых колес. Основные свойства и характеристики эвольвентного зацепления. Интерференция зубьев. Качественные показатели зацепления: коэффициент перекрытия, удельные скольжения зубьев, приведенный
радиус кривизны профилей в полюсе зацепления. Исходный производящий
контур цилиндрических эвольвентных колес. Колеса без смещения и со смещением исходного контура. Станочное зацепление нарезаемого колеса с реечным
инструментом. Подрезание зубьев и условия его отсутствия. Определение основных геометрических параметров цилиндрической эвольвентной передачи.
Особенности внутреннего зацепления цилиндрических эвольвентных колес.
Особенности косозубых цилиндрических эвольвентных колес. Неэвольвентные
зацепления цилиндрических колес. Конические передачи. Передачи со скрещивающимися осями вращения колес: винтовая зубчатая, червячная и гипоидная
передачи. Геометрический синтез планетарных передач по условиям соосности,
соседства и сборки сателлитов.
Тема 3.3. Синтез механизмов прерывистого движения
Механизмы прерывистого движения. Проектирование мальтийских, храповых и других механизмов с остановами заданной продолжительности. Зубчато-рычажные механизмы.
Тема 3.4. Синтез кулачковых механизмов
Виды и назначение кулачковых механизмов. Этапы синтеза механизмов.
Основные параметры кулачковых механизмов. Законы движения выходного
звена. Угол давления и его влияние на передачу сил, на размеры и надежность
механизмов. Определение основных размеров плоских кулачковых механизмов
из условия ограничения угла давления или из условия выпуклости профиля ку-
16
лачка. Определение координат профиля кулачка по заданному закону движения
толкателя. Выбор радиуса ролика. Качественные критерии кулачковых механизмов.
4. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Примерный перечень тем практических занятий
1. Структурный анализ механизмов.
2. Кинематический анализ плоских рычажных механизмов.
3. Кинематический анализ зубчатых механизмов.
4. Приведение сил и масс в механизмах.
5. Определение закона движения звена приведения машины.
6. Определение сил инерции звеньев и уравновешивание масс.
7. Силовой расчет механизмов.
8. Трение в кинематических парах и определение КПД механизмов.
9. Синтез рычажных, кулачковых, зубчатых механизмов.
10. Кинематический анализ манипуляторов.
Примерный перечень тем лабораторных работ
1. Виды механизмов. Условные обозначения. Структурно-конструктивная классификация механизмов.
2. Составление схем и структурный анализ механизмов с низшими и высшими
парами.
3. Структурный синтез механизмов манипуляторов.
4. Кинематический анализ зубчатых механизмов с неподвижными и подвижными осями вращения колес.
5. Экспериментальное определение кинематических и динамических характеристик механизмов электрическими методами.
6. Экспериментальное определение КПД передачи винт-гайка, зубчатых редукторов и других механизмов.
7. Экспериментальное определение приведенного момента инерции рычажного
механизма.
8. Динамическая балансировка вращающихся масс.
9. Динамическое виброгашение.
10. Построение профилей зубьев цилиндрических эвольвентных колес методом
обкатки с помощью учебных приборов. Построение картины зубчатого зацепления.
Конкретный перечень лабораторных работ устанавливается кафедрой с учетом
специальности или группы специальностей.
Примерное содержание курсового проекта
Курсовой проект включает 3 листа чертежей формата А1 и пояснительную записку с необходимыми пояснениями, алгоритмами, расчетами и выводами.
Задание на курсовой проект является комплексным, предусматривающим
проектирование и исследование основных видов механизмов, объединенных в
17
систему машины, прибора или устройства. Оно должно учитывать специальность, по которой обучается студент. Задания на проект устанавливаются кафедрой.
В проекте предусматривается разработка следующих вопросов:
1) проектирование кинематических схем механизмов (рычажных, зубчатых, кулачковых) по заданным кинематическим и динамическими условиям;
2) динамический синтез машины и определение закона движения звена приведения;
3) ограничение периодических колебаний скорости при установившемся режиме движения;
4) кинематический и силовой анализ спроектированных механизмов;
5) согласование во времени движений основного и вспомогательного механизмов;
6) разработка принципиальной схемы управления машины-автомата на логических элементах по заданной тактограмме.
Расчеты при выполнении проекта проводятся с использованием ЭВМ.
Основная литература
1. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И.И. Артоболевский. –
4-е изд. – М.: Наука , 1988. – 640 с.
2. Артоболевский, И. И. Сборник задач по теории механизмов и машин / И.И.
Артоболевский, Б. В. Эдельштейн. – 2-е изд. – М.: Наука, 1975. – 256 с.
3. Анципорович, П.П. Методическое пособие по курсовому проектированию
по дисциплине «Теория механизмов и машин» для студентов инженернотехнических специальностей / П.П. Анципорович, В.К. Акулич, А.Б. Дворянчикова. – Минск: БГПА, 1994. – 86 с.
4. Анципорович, П.П. Синтез кривошипно-ползунных механизмов / П.П. Анципорович, В.К.Акулич, Е.М. Дубовская. – Минск: БНТУ, 2006. – 22 с.
5. Анципорович, П.П. Балансировка вращающихся масс: Учебнометодическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Теория
механизмов, машин и манипуляторов» / П.П. Анципорович, В.В. Кудин,
Е.М. Дубовская. – Минск: БНТУ, 2009. – 27 с.
6. Анципорович, П.П. Нарезание цилиндрических эвольвентных зубчатых колес и построение схемы зубчатого зацепления: Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Теория механизмов, машин и
манипуляторов» / П.П. Анципорович, В.К. Акулич, Е.М. Дубовская. – 3-е
изд. – Минск: БНТУ, 2010. – 46 с.
7. Динамика машин и механизмов в установившемся режиме движения:
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Теория механизмов, машин и манипуляторов» / П.П. Анципорович [и
др.]. – 6-е изд. – Минск: БНТУ, 2010. – 42 с.
8. Кинематика зубчатых механизмов. Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Теория механизмов машин и манипуляторов». / П.П. Анципорович [и др.]. – Минск: БНТУ, 2009. – 26 с.
9. Левитская, О.Н. Курс теории механизмов и машин / О.Н. Левитская. – 2-е
изд. – М.: Высшая школа, 1985. – 279 с.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
18
Попов, С. А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин./
С.А. Попов, Г. А. Тимофеев – 4-е изд. – М.: Высшая школа, 2002. – 411 с.
Синтез кулачковых механизмов: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Теория механизмов, машин и манипуляторов» / П.П. Анципорович [и др.]. – Минск: БНТУ, 2010. – 80 с.
Структура механизмов: Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Теория механизмов, машин и манипуляторов» / П.П.
Анципорович [и др.]. – 3-е изд. – Минск: БНТУ, 2010. – 33 с.
Теория механизмов и механика машин / К. В. Фролов [и др.]; под редакцией
К. В. Фролова. – 5-е изд. – М.: Высшая школа, 2005. – 496 с.
Теория механизмов, машин и манипуляторов: Курсовое проектирование:
Учебно-методическое пособие для студентов-заочников машиностроительных специальностей / П.П. Анципорович [и др.]. – Минск: БНТУ, 2004. – 67
с.; вкл.4.
Филонов, И. П., Теория механизмов, машин и манипуляторов / И.П. Филонов, П.П. Анципорович., В. К Акулич. – Минск: Дизайн ПРО, 1998. – 656 с.
Юдин, В. А. Теория механизмов и машин / В.А. Юдин, Л. В. Петрокас. – 2-е
изд. – М.: Высшая школа, 1977. – 527 с.
17.
Дополнительная литература
1. Абрамов, Б.М. Типовые задачи по теории механизмов и машин / Б.М. Абрамов. – Харьков: Вища школа, 1976. – 208 с.
2. Безвесельный, Е.С. Вопросы и задачи по теории механизмов и машин / Е.С.
Безвесельный. – Киев: Вища школа, 1977. – 400 с.
3. Борисенко, Л.А. Механика промышленных роботов и манипуляторов с
электроприводом / Л.А. Борисенко, А.В. Самойленко. – Минск: Вышэйшая
школа, 1992. – 233 с.
4. Исследование динамики манипуляторов с использованием ЭВМ: Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Теория механизмов и машин» для студентов инженерно-технических специальностей /
Сост. И.П. Филонов, П.П. Анципорович, В.К. Акулич. – Минск: БПИ, 1990.
– 36 с.
5. Коловский, М.З. Динамика машин / М.З. Коловский. – Ленинград: Машиностроение, 1989. – 263 с.
6. Коловский, М.З. Основы динамики промышленных роботов / М.З. Коловский, А.В. Слоущ.- М.: Наука, 1988. – 240 с.
7. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин / В.К. Акулич [и
др.] под общ. ред. Г.Н. Девойно. – Минск: Вышэйшая школа, 1986. – 286 с.
8. Лабораторные работы по теории механизмов и машин / Е.А. Камцев [и др.];
под общей редакцией Е.А. Камцева. – Минск: Вышэйшая школа, 1976. –
174 с.
9. Левитский, Н.И. Колебания в механизмах / Н.И. Левитский. – М.: Наука,
1988. – 336 с.
10. Левитский, Н.И. Теория механизмов и машин / Н.И. Левитский. – 2-е изд. –
М.: Наука, 1990. – 592 с.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
19
Механика промышленных роботов: В 3 кн. / Под ред. В.К. Фролова и Е.И.
Воробьева. – Кн.1: Кинематика и динамика / Е.И. Воробьев, С.А. Попов,
Г.И. Шевелева. – М.: Высшая школа, 1988. – 304 с.
Определение кинематических характеристик звеньев манипулятора с использованием ЭВМ: Методические указания к курсовому проектированию
по курсу «Теория механизмов и машин» / Сост. И.П. Филонов, П.П. Анципорович, В.К. Акулич. – Минск: БПИ, 1990. – 40 с.
Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач / И.А. Болотовский [и др.]; под. ред. И.А. Болотовского. – 2-е
изд. – М.: Машиностроение, 1986. – 448 с.
Сумский, С.Н. Расчет кинематических и динамических характеристик плоских рычажных механизмов / С.Н. Сумский. – М.: Машиностроение, 1980.
– 312 с.
Теория механизмов и машин: Проектирование / О.И. Кульбачный [и др.];
под общ. ред. О.И. Кульбачного. – М.: Высшая школа, 1970. – 288 с.
Теория механизмов и машин / М.З. Коловский [и др.]. – М.: Издательский
центр «Академия», 2006. – 560 с.
Юдин, В.А. Сборник задач по теории механизмов и машин / В.А. Юдин,
Г.А. Барсов, Ю.Н. Чупин. – 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1982. – 215 с.
20
Список компьютерных программ
Обучающие:
а) геометрические и кинематические связи в рычажных механизмах.
Контролирующие:
а) структурный анализ механизмов.
Расчетно-обучающие (курсовое проектирование):
а) динамика машинного агрегата;
б) динамический анализ рычажных механизмов;
в) проектирование кулачковых механизмов.