УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМА
После выполнения приведения сил и масс, любой механизм с одной степенью подвижности можно заменить его динамической моделью (рисунки 4.1; 4.5). Эта модель имеет переменный приведенный момент инерции Iпр и приведенный момент Мпр. Закон движения модели такой же, как и закон движения начального звена (уравнение 4.1).
Основой для составления уравнения движения механизма служит теорема об изменении кинетической энергии
, (4.8)
где υ – скорость в конце движения, υо – скорость в начале движения, Адв – работа движущих сил, Асс – работа сил сопротивления. При этом работу совершают все силы и моменты, а также силы трения.
Уравнение движения в энергетической форме. Если привести все силы и массы к звену приведения, то уравнение примет вид
, (4.9)
где АРдв – работа приведенной к звену приведения движущей силы, АРсс – работа приведенной силы сопротивления, mпр и mпр0 — приведенные массы, соответствующие конечному и начальному положениям.
Обычно удобнее в левую часть уравнения вводить работу приведенных моментов АМдв и МРсс, а правую часть выражать через приведенные моменты инерции Iпр и Iпр0. Тогда выражение (4.9) примет вид
. (4.10)
Уравнение движения в дифференциальной форме.Уравнение движения механизмов машинного агрегата запишем через приведенные силы и массы, для чего продифференцируем уравнение (4.9)
, (4.11)
где Рдв – движущая силы, Рс – сила сопротивления.
То же самое уравнение можно записать, если воспользоваться приведенным моментом и приведенным моментом инерции, для чего продифференцируем уравнение (4.10)
. (4.12)
Уравнение движения в интегральной форме.В дифференциальное уравнение движения механизма машинного агрегата входят приведенные моменты движущих сил и сил сопротивления. Эти моменты могут быть функциями обобщенной координаты φ или ее первой производной φ’ = ω, или времени t. Тогда уравнение (4.12) запишем в виде
. (4.13)
Интегрируя данное выражение по обобщенной координате, получим
. (4.14)
Виброактивность и защита машин. Кинематическая пара, имеющая следующее условное обозначение, называется
Структурный анализ
Кинематическая пара, имеющая следующее условное обозначение, называется
Сферической с пальцем
Структурный анализ
Кинематическая пара, имеющая следующее условное обозначение, называется
Сферической с пальцем
Структурный анализ
На рисунке приведено условное обозначение (по ГОСТ 2.770-68*)…
*Вращательной кинематической пары
Поступательной кинематической пары
Цилиндрической кинематической пары
Сферической кинематической пары
Винтовой кинематической пары
Структурный анализ
Порядок структурной группы определяется…
Числом кинематических пар, входящих в структурную группу
*Числом элементов кинематических пар для присоединения других звеньев
Числом сторон замкнутого контура
Числом звеньев, входящих в структурную группу
Числом кинематических пар, образующих замкнутый контур
Структурный анализ
Звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в движение других звеньев, называется…
Структурный анализ
Звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару, называется…
Структурный анализ
Токарно-винторезный станок является машиной…
Структурный анализ
Условие статической определимости плоской кинематической цепи имеет вид…(n-число звеньев кинематической цепи; Рн — число низших кинематических пар; Рв — число высших кинематических пар)…
Структурный анализ
Порядок структурной группы равен…
Структурный анализ
Число связей у цилиндрической кинематической пары равно.
Структурный анализ
Структурной группой звеньев (группой Ассура) называется…
Незамкнутая кинематическая цепь
Кинематическая цепь, которая может образовывать замкнутый контур
Кинематическая цепь, которая в случае присоединения её элементами кинематических пар к стойке, имеет подвижность равную единице
*Кинематическая цепь, которая в случае присоединения её элементами кинематических пар к стойке, имеет нулевую подвижность
Система звеньев образующих между собой только вращательные кинематические пары
Структурный анализ
Число степеней свободы винтовой кинематической пары равно…
Структурный анализ
Механизм, в котором преобразовании движения происходит посредством твердых и жидких тел, называется…
Структурный анализ
Храповый механизм является…
* Механизмом с остановками выходного звена
Структурный анализ
Числом степеней свободы механизма с голономными связями называется…
Наибольшее число кинематических пар, входящих в замкнутый контур
*Число обобщенных координат механизма
Число подвижных звеньев механизма
Число кинематических пар механизма
Число выходных звеньев механизма
Структурный анализ
Число вращательных кинематических пар в механизме, структурная схема которого приведена на рисунке, равно…
Структурный анализ
Число поступательных кинематических пар в механизме, структурная схема которого приведена на рисунке равно…
Структурный анализ
Число поступательных кинематических пар в механизме, структурная схема которого приведена на рисунке, равно…
Структурный анализ
Кинематическая цепь, структурная схема которой приведена на рисунке, является…
Плоской простой незамкнутой
Плоской сложной незамкнутой
Пространственной простой замкнутой
*Пространственной простой незамкнутой
Плоской сложной замкнутой
Структурный анализ
Пневматическим механизмом называется механизм, в котором преобразование движения происходит посредством…
Только жидких тел
Только твердых тел
Твердых и жидких тел
*Твердых и газообразных тел
Структурный анализ
Если число связей кинематической пары равно 1,то число степеней свободы равно…
Структурный анализ
Число степеней свободы W манипулятора равно…
Структурный анализ
Условно статической определимости удовлетворяет…
Любая кинематическая цепь с числом звеньев не более трех
Любая кинематическая цепь
*Любая группа Ассура
Любая кинематическая цепь, содержащая только низшие кинематические пары
Структурный анализ
Структурная группа показанная на рисунке, относится ко (к)____классу…
Структурный анализ
Механизм, структурная схема которого показана на рисунке, относится к…
Структурный анализ
Число степеней свободы пространственного механизма, структурная схема которого приведена на рисунке, равно…
Кинематический анализ
Отношение действительного значения физической величины, к длине отрезка, которым эта величина изображается на чертеже называется…
Аналогом скорости точки
Кинематический анализ
Точка D кулисы будет занимать крайние положения, если точка D кривошипа будет расположена в точках…
Кинематический анализ
Верным планом ускорения для данного положения механизма (n1=const) является…
 |
Кинематический анализ
Кинематическим анализом механизма называется…
Определение движения звеньев механизма по приложенным к ним силам или определение сил по заданному движению звеньев
Определение реакций, действующих в кинематических парах механизма
Определение уравновешивающей силы на входном звене механизма
* Определение движения звеньев механизма по заданному движению начальных звеньев
Определение количества кинематических пар из которых составлен механизм
Кинематический анализ
Точка С ползуна будет занимать крайние положения, если точка В кривошипа будет расположена в точках…
Кинематический анализ
Верным планом ускорений для данного положения механизма (n1=const), является…
 |
Кинематический анализ
Верной системой векторных уравнений для определения скорости точки С шарнирного четырехзвенника является…
 |
Кинематический анализ
На рисунке приведена кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма компрессора. Функция положения этого механизма записывается в виде…
Кинематический анализ
Звено 2 в механизме называется…
Кинематический анализ
Угол размаха кулисы обозначен цифрой…
Кинематический анализ
Верным планом скоростей для данного положения механизма является…
Кинематический анализ
Ход ползуна 3 Н кривошипно-ползунного механизма (см. рисунок) определяется зависимостью…
(Lав – длина кривошипа 1; Lвс – длина шатуна 3)
Кинематический анализ
Механизм, структурная схема которого показана на рисунке, называется…
Шарнирным четырехзвенным механизмом
Кинематический анализ
Аналогом угловой скорости называется…
Первая производная угла по времени
Вторая производная угла поворота по времени
Производная ускорения точки по времени
Вторая производная угла поворота по обобщенной координате механизма
* Первая производная угла поворота звена по обобщенной координате механизма
Кинетостатический анализ
Силовой расчет механизмов методами кинетостатики основан на применении…
Принципа возможных перемещений
Уравнения Лагранжа второго рода
Теоремы об изменении кинетической энергии
Кинетостатический анализ
Главный вектор сил инерции звена, совершающего поступательное движение, направлен…
В ту же сторону, что и ускорение звена
* Противоположно направлению ускорения звена
В ту же сторону, что и скорость звена
Противоположно направлению скорости звена
Кинетостатический анализ
Уравнения, устанавливающие взаимосвязь между кинематическими характеристиками движения механизма, приложенными к ним силами, размерами, массами и моментами инерции звеньев называются…
Уравнениями движения механизма
Уравнениями замкнутого векторного контура
Уравнениями преобразования координат
Динамика механизмов
Условие существования режима разгона записывается как ( 
= 
)…
d 
d 
d 
* d 
Динамика механизмов
Условие существования режима торможения записывается как ( = )…
* d
d
d
d
Динамика механизмов
Условие существования установившегося движения записывается как ( = )…
d
* d
d
d
Динамика механизмов
Установившимся движением механизма называется …
*Движение, при котором кинетическая энергия механизма постоянна или является периодической функцией времени
Движение, при котором кинетическая энергия механизма возрастает
Движение, при котором кинетическая энергия механизма убывает
Движение, при котором направление угловой скорости начального звена механизма не меняется
Динамика механизмов
Режимом выбега механизма называется…
Движение, при котором кинетическая энергия механизма постоянна или является периодической функцией времени
Переходное движение между покоем и установившимся движением механизма
*Переходное движение между установившимся движением механизма и покоем
Движение, при котором направление угловой скорости начального звена механизма не меняется
Динамика механизмов
Режимом разбега механизма называется…
Движение, при котором кинетическая энергия механизма постоянна или является периодической функцией времени
*Переходное движение между покоем и установившимся движением механизма
Переходное движение между установившимся движением механизма и покоем
Движение, при котором направление угловой скорости начального звена механизма не меняется
Динамика механизмов
На рисунке приведен график зависимости угловой скорости начального звена механизма 
от времени t. Режим движения механизма, соответствующий участку 2 графика, называется …
Фазой неустановившегося движения
*Фазой установившегося движения
Динамика механизмов
Главный вектор сил инерции 
и главный момент сил инерции 
точек звена, совершающего равномерное прямолинейное поступательное движение, удовлетворяют соотношениям…
Динамика механизмов
Главный вектор сил инерции и главный момент сил инерции точек звена, совершающего равномерное вращательное движение вокруг оси, проходящей через центр масс, удовлетворяют соотношениям…
Динамика механизмов
Необходимое условие режима разбега механизма записывается в виде … ( Адв— работа движущих сил за цикл движения механизма; Ас— работа сил сопротивления за цикл движения механизма)
Динамика механизмов
На рисунке приведена структурная схема кривошипно-ползунного механизма компрессора. Коэффициент неравномерности движения этого механизма определяется по форме …
( 
угловой скорости начального звена за цикл движения механизма; 
— максимальное, минимальное и среднее значение углового ускорения начального звена механизма за цикл движения механизма; 
— максимальное, минимальное и среднее значение скорости выходного звена за цикл движения механизма; 
— максимальное, минимальное и среднее значение ускорения выходного звена за цикл движения механизма)
* 
Динамика механизмов
Статическим уравновешиванием вращающегося звена называется…
Распределение масс вращающего звена, при котором главные центральные оси инерции не пересекают ось вращения звена
Распределение масс вращающего звена, при котором одна из его главных центральных осей инерции располагается параллельно оси вращения
Распределение масс вращающего звена, совмещающее одну из его главных центральных осей инерции с осью вращения
*Распределение масс вращающего звена, переводящее его центр масс на ось вращения
Динамика механизмов
Уравнение движения механизма с одной степенью свободы в энергетической форме записывается как ( 
– начальные значения соответствующих переменных)…
* =
=
Динамика механизмов
кривошипно-ползунный механизм имеет три подвижных звена, центры масс которых обозначены 
. Укажите схему расположения противовесов, которая позволяет осуществлять полное статическое уравновешивание масс механизма.
Динамика механизмов
Динамика механизмов изучает …
Деформации звеньев механизмов, возникающие при их движении
*Движение звеньев механизмов под действием некоторой системы сил
Движение механизмов с геометрической точки зрения, без учета действующих сил
Методы расчета звеньев механизмов на прочность и жесткость
Динамика механизмов
Целью динамического анализа механизма является …
*Определение движения звеньев механизма по приложенным к ним силам или определение сил по заданному движению при известных размерах, массах и моментах инерции звеньев
Установление взаимосвязей между скоростями движения входного и выходного звеньев механизма
Определение числа степеней свободы механизма по заданной структурной схеме
Определение масс, моментов инерции и размеров его звеньев, обеспечивающих заданные кинематические характеристики движения
Определение размеров звеньев механизма, обеспечивающих заданный ход выходного звена
Динамика механизмов
Коэффициентом неравномерности движения механизма называется …
*Отношение разности максимального и минимального значений скорости начального звена механизма к её среднему значению за один цикл установившегося движения механизма
Отношение средних скоростей выходного звена на рабочем и холостом ходах
Разность максимального и минимального значений скорости начального звена механизма
Отношение разности максимального и минимального значений скорости выходного звена механизма к её среднему значению за один цикл установившегося движения механизма
Динамика механизмов
Главный вектор сил инерции и главный момент сил инерции точек звена, совершающего ускоренное вращательное движение вокруг оси, не проходящей через центр масс, удовлетворяют соотношениям…
Динамика механизмов
Главный вектор сил инерции и главный момент сил инерции точек звена, совершающего ускоренное поступательное движение, удовлетворяют соотношениям…
Теория зубчатых зацеплений
Для зацепления, по действующему в России законодательству, профильный угол эвольвенты 
для точки лежащей на делительной окружности, равен …
α = 0 
α = 24
*α 
α = 26
= 30
Теория зубчатых зацеплений
Для нарезания колес с внутренними зубьями используется зуборезный инструмент — …
Гребенка и червячная фреза
Теория зубчатых зацеплений
Укажите схему планетарного зубчатого механизма
Теория зубчатых зацеплений
Паразитными колесами в данном редукторе являются …
Теория зубчатых зацеплений
Передаточное число данного редуктора вычисляется по формуле …
* 
Теория зубчатых зацеплений
Передаточное число данного редуктора вычисляется по формуле …
*
Теория зубчатых зацеплений
Если 
то передаточное отношение редуктора равно …
Теория зубчатых зацеплений
Условие соосности в планетарной передаче, структурная схема которой приведена на рисунке, выражается соотношением
* 
Теория зубчатых зацеплений
Передаточное отношение многоступенчатой зубчатой передачи 
(см. рисунок) рассчитывается по формуле …
Теория зубчатых зацеплений
На рисунке приведена структурная схема многоступенчатой зубчатой передачи. Если число зубьев зубчатого колеса 3 
, увеличить в два раза, то угловая скорость этого колеса 
Увеличится в два раза
*Уменьшится в два раза
Увеличится в четыре раза
Теория зубчатых зацеплений
На рисунке приведена структурная схема многоступенчатой зубчатой передачи. Если число зубьев зубчатого колеса 2 
, увеличить в два раза, то передаточное отношение 
Увеличится в два раза
Уменьшится в два раза
Увеличится в четыре раза
Теория зубчатых зацеплений
На рисунке приведена структурная схема многоступенчатой зубчатой передачи. Для увеличения угловой скорости зубчатого колеса 3 
, можно …
Увеличить число зубьев зубчатого колеса 2
Уменьшить число зубьев зубчатого колеса 1 
Уменьшить число зубьев зубчатого колеса 2
*Уменьшить число зубьев зубчатого колеса 3
Теория зубчатых зацеплений
Модуль прямозубого цилиндрического эвольвентного зубчатого колеса определяется зависимостью … ( 
— делительный окружной шаг зубьев; — окружная толщина зуба по делительной окружности; 
= окружная ширина впадины по делительной окружности)
*m = 
m = 
m = 
m = 
m = 
Теория зубчатых зацеплений
Условие соосности в планетарной передаче, структурная схема которой приведена на рисунке, выражается соотношением
* 
Теория зубчатых зацеплений
Согласно действующему в России государственному стандарту диаметр начальной окружности прямозубого цилиндрического эвольвентного зубчатого колеса обозначается …
Теория зубчатых зацеплений
Для эвольвентного зацепления характерно свойство …
В процессе зацепления не происходит относительное скольжение зубьев, а также удельное давление зубьев не меняется
Эвольвентное зацепление не обеспечивает постоянство передаточного отношения в процессе зацепления
В процессе зацепления удельное давление одного зуба на другой не меняется
В процессе зацепления не происходит скольжения зубьев относительно друг друга
*Эвольвентное зацепление обеспечивает постоянство передаточного отношения в процессе зацепления
Теория зубчатых зацеплений
Диаметр основной окружности 
определяется по формуле …
* = d cos( )
= d sin( )
= d + cos( )
= d / cos( )
= d tg( )
Теория зубчатых зацеплений
Для эвольвентного зацепления характерно свойство …
*Эвольвентное зацепление обеспечивает постоянство передаточного отношения в процессе зацепления
В процессе зацепления не происходит относительное скольжение зубьев, а также удельное давление зубьев не меняется
Эвольвентное зацепление не обеспечивает постоянство передаточного отношения в процессе зацепления
В процессе зацепления удельное давление одного зуба на другой не меняется
В процессе зацепления не происходит скольжение зубьев относительно друг друга
Теория зубчатых зацеплений
Коэффициент удельного давления в зубчатой передаче характеризуется …
Величину проскальзывания сопряженных профилей зубчатых колес в процессе зацепления
*Величину контактных напряжений, возникающих в местах соприкосновения зубьев
Непрерывность и плавность зацепления в передаче
Изменение межосевого расстояния зубчатой передачи при нарезании входящих в нее зубчатых колес со смещением
Изменение передаточного отношения зубчатой передачи вследствие неточности изготовления зубчатых колес
Кулачковые механизмы
Фазовый угол 
изображенный на рисунке, называется …
Углом ближнего стояния (нижней паузы)
Углом дальнего стояния (верхней паузы)
Углом сближения (приближения)
Кулачковые механизмы
Если 
— угол удаления; 
— угол дальнего стояния; 
— угол сближения; 
— угол ближнего стояния, то рабочий профильный угол 
определяется формулой …
Кулачковые механизмы
Звено 2 механизма, структурная схема которого приведена на рисунке, называется …
Кулачковые механизмы
На рисунке приведены графики зависимости аналогов скорости и ускорения толкателя в кулачковом механизме от угла поворота кулачка на фазе удаления. Данный закон движения толкателя называется …
Кулачковые механизмы
На рисунках ответов приведены графики зависимости аналогов ускорения и скорости от угла поворота кулачка. Укажите закон движения толкателя, при котором возникают «жесткие» удары.
Кулачковые механизмы
Угол давления в кулачковом механизме обозначен цифрой…
3 2 4 1 ниодин из изображенных
Кулачковые механизмы
На рисунке приведены графики зависимости аналогов скорости и ускорения толкателя в кулачковом механизме от угла поворота кулачка на фазе удаления. Данный закон движения толкателя называется…
Кулачковые механизмы
На рисунках ответов приведены графики зависимости аналогов ускорения и скорости толкателя от угла поворота кулачка. Укажите закон движения толкателя, при котором возникают «мягкие» удары.
Трение
Трение верчения называется…
Внешнее трение при относительном качении соприкасающихся тел
*Внешнее трение при относительном вращении одного тела относительно другого вокруг общей нормали к поверхностям соприкосновения
Внешнее трение при относительном покое соприкасающихся тел
Внешнее трение при относительном скольжении соприкасающихся тел
Трение
Трение скольжения называется…
*Внешнее трение при относительном скольжении соприкасающихся тел
Внешнее трение при относительном вращении одного тела относительно другого общей нормали к поверхностям их соприкосновения
Внешнее трение при относительном покое соприкасающихся тел
Внешнее трение при относительном качении соприкасающихся тел
Трение
Внутренним трением называется…
Противодействие относительному перемещению соприкасающихся тел
Противодействие относительному перемещению соприкасающихся тел в направлении, нормальном к плоскости их соприкосновения
*Противодействие относительному перемещению отдельных частей одного и того же тела при его деформации
Противодействие относительному перемещению соприкасающихся тел в направлении, лежащем в плоскости их соприкосновения
Трение
Трение покоя называется…
Внешнее трение при относительном движении соприкасающихся тел
*Внешнее трение при относительном покое соприкасающихся тел
Внутреннее трение в стойке механизма
Внутреннее трение при малых деформациях твердых тел
Трение
Жидкостным (гидродинамическим) трением называется…
Внешнее трение, при котором трущиеся поверхности соприкасающихся тел покрыты пленками окислов и адсорбированными молекулами газов или жидкостей, а смазка отсутствует
*Трение, при котором поверхности трущихся твердых тел полностью отделены друг от друга слоем жидкости
Внешнее трение, при котором между трущимися поверхностями соприкасающихся тел есть тонкий (порядка 0,1 мкм и менее) слой смазки, обладающий свойствами, отличными от её обычных объемных свойств
Внешнее трение, при котором между трущимися поверхностями соприкасающихся тел есть слой смазки с обычными объемными свойствами
Трение
Ползун 1 движется по направляющей 2 со скоростью V под действием внешних сил 
, 
. Углом трения является угол
b d a g
Виброактивность и защита машин
Виброгаситель, изображенный на рисунке, называется…
Курс лекций по дисциплине «Теория механизмов и машин»
Курс лекций по дисциплине «Теория механизмов и машин»
Лекция 1. Введение. Структура механизмов.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. ТММ — научная основа новых машин и механизмов. Исторический очерк развития ТММ. Цели и задачи курса. Разделы ТММ. Основные виды звеньев. Кинематические пары. Степень подвижности механизмов. Структурная классификация механизмов. Условия существования кривошипа. Модификация механизмов при замене пар.
Некоторые основные понятия.
Теория механизмов и машин (ТММ)— наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.
ТММ включает три основные части:
1. Структурный и кинематический анализ механизмов — изучение теории строения механизмов, исследование движения тел образующих механизм с точки зрения геометрии без учета сил, вызывающих движение этих тел.
2. Синтез механизмов — проектирование механизмов по заданным кинематическим и динамическим условиям.
3. Динамический анализ механизмов- определение сил, действующих на звенья механизма во время их движения, изучение взаимосвязи между движениями тел, их массами и силами действующими на них.
Машина— это устройство, создаваемое человеком, для облегчения физического и умственного труда, увеличения производительности путем частичной или полной замены человека.
Машина— устройство для преобразования энергии, информации или материалов.
Машины состоят из механизмов.
Механизм— система тел, предназначенная для преобразования движения одних тел (одного или нескольких) в требуемое движение других.
Например: механизм подачи заготовок, механизм сцепления, механизм торможения и т. д.
Механизмы состоят из звеньев и кинематических пар.
Звено— одно или несколько жестко соединенных твердых тел.
Кинематическая пара— соединение двух звеньев, допускающее относительное движение.
Звенья различают входные (ведущие), выходные (ведомые) и промежуточные.
Основные виды звеньев: стойка, кривошип, коромысло, ползун, кулиса, кулачок, зубчатое колесо.
Кроме перечисленных жестких звеньев, в механизмах применяют гибкие (цепи, ремни), упругие (пружины, мембраны) звенья, а также жидкие и газообразные (масло, вода, газ, воздух и т. д.).
Звенья обозначают цифрами, причем нумерация ведется от ведущего звена, а стойке присваивается «ноль».
Кинематические пары обозначают заглавными латинскими буквами (A, B,C, D и т. д.).
Основные виды кинематических пар (таблица 1)
Кинематическая схема механизма – чертеж механизма в выбранном масштабе с соблюдением условных обозначений звеньев и кинематических пар.
Различают кинематические пары высшие и низшие.
Высшая кинематическая пара – звенья соприкасаются по линии или в точке.
Низшая кинематическая пара – звенья соприкасаются по поверхностям (цилиндрический или шаровой шарниры, ползун и кулиса)
Различают кинематические пары с геометрическим и силовым замыканием
Геометрическое замыкание (характерно для низших пар) – соприкосновение элементов звеньев обеспечивается их формами (цилиндрический шарнир, шаровой шарнир, ползун и кулиса).
Силовое замыкание (характерно для высших пар) – соприкосновение обеспечивается силой веса, силой сжатия пружины и т. д.
Высшие пары изнашиваются сильнее, чет низшие, так как чем больше поверхности, тем меньше удельное давление (давление на единицу площади).
Различают пять классов кинематических пар.
Свободно движущееся в пространстве тело имеет шесть степеней свободы (W) – шесть движений (три поступательных, три вращательных).
Основные типы звеньев механизмов (таблица 2)
 |
Если же тело связано с другими телами, то на его движения накладываются ограничения – условия связи (U), тогда число степеней свободы не равно шести, оно уменьшается.
Класс кинематической паре присваивается по числу связей U.
Степень свободы механизма
Различают механизмы плоские и пространственные.
Степень свободы пространственных механизмов считают по формуле Сомова-Малышева:
где n — число подвижных звеньев;
p5,p4,p3,p2,p1- число кинематических пар пятого, четвертого, третьего, второго и первого классов соответственно.
Степень свободы плоских механизмов считают по формуле Чебышева:
Степень свободы плоского механизма должна быть равна числу ведущих звеньев, то есть W=1.
Избыточные связи— это такие связи, которые повторяют (дублируют) связи, уже имеющиеся по данной координате, и поэтому не изменяющие реальной подвижности механизма.
Классификация плоских механизмов по системе .(Принцип образования плоских механизмов). Согласно идее , механизмы состоят из отдельных кинематических цепей — структурных групп (групп Ассура), степень свободы которых равна нулю (W=0).
Кроме того, механизм должен содержать только кинематические пары 5 класса (р5), если же есть пары 4 класса (р4), то одну пару р4 заменяют на звено и две пары р5 . Полученный после такой замены механизм называют заменяющим.
Так как W=0, р4=0, то из формулы Чебышева следует:
Структурная группа— это кинематическая цепь, степень свободы которой равна нулю и она не должна распадаться на более простые кинематические цепи, удовлетворяющие этому условию. Число звеньев в структурной группе должно быть четным, а число пар пятого класса кратно трем.
Структурная группа I класса— это ведущее звено со стойкой, соединенные парой пятого класса (W=1) (рис.1).
Структурная группа II класса состоит из двух звеньев и трех кинематических пятого класса ( вращательные или поступательные).
Начиная с III класса, номер группе присваивается в зависимости от числа внутренних кинематических пар (внешние кинематические пары служат для соединения с другими группами).
Рис.1
Лекция 2. Кинематический анализ механизмов
Вопросы, рассматриваемые на лекции. План положения механизма. Теорема Грасгофа (условие существования кривошипа). Масштабные коэффициенты. Определение скорости и ускорения методом планов.
Некоторые основные понятия.
Теорема Грасгофа: наименьшее звено является кривошипом, если сумма длин его и любого другого звена меньше суммы длин остальных звеньев.
Кинематический анализ- изучение движения звеньев механизма вне зависимости от сил, действующих на эти звенья.
План положений механизма- графическое изображение взаимного расположения звеньев механизма в определенный момент времени.
Планами скоростей и ускорений называют векторные изображения этих параметров в заданном положении механизма.
Масштабный коэффициент физической величины- отношение численного значения физической величины в свойственных ей единицах к длине отрезка в миллиметрах, изображающего эту величину.
Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма.
Кривошипно-ползунный (кривошипно-шатунный) механизм— четырехзвенник с тремя вращательными и одной поступательной кинематическими парами. Он предназначен для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в поступательное движение ползуна 3. При этом шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение (рис.2).
Скорость и ускорение ползуна могут быть определены графически методом плана скоростей и ускорений.
Построение планов скоростей и ускорений начинаем с построения плана положений механизма. Для этого в масштабе КL вычерчиваем кинематическую схему механизма, с обозначением звеньев и направлением вращения кривошипа w [1/c].
Разбиваем окружность (геометрическое место точек В кривошипа) на равные углы (30о). В1- крайнее левое положение ползуна. Таким образом получили 13 положений точки В (В1 и В13 совпадают). Делая засечки на линии х-х (линия движения ползуна) радиусом ВС, находим соответствующие 13 положений точки С ползуна.
Из теоретической механики известно, что плоскопараллельное движение фигуры в ее плоскости складывается из поступательного движения вместе с точкой фигуры (полюсом) и вращательного движения вокруг этого полюса.
Скорость ползуна:
Для нахождения скорости ползуна достаточно знать величину и направление одной составляющей векторного уравнения и направление двух остальных составляющих.
— скорость ползуна (направлена вдоль оси движения ползуна)
— скорость точки В кривошипа (направлена перпендикулярно радиусу кривошипа)
— относительная скорость точки С ползуна относительно полюса В (направлена перпендикулярно шатуну ВС).
Построение плана скоростей. Из произвольно выбранного полюса Р (рис.3) откладываем вектор скорости 
перпендикулярно радиусу кривошипа произвольной величины и вводим масштабный коэффициент скорости 
. Проводим направления скоростей и . После построения плана скоростей величину скорости ползуна находим, умножая длину вектора 
на масштабный коэффициент скорости. На рис.2.показаны примеры построения плана скоростей и плана ускорений для угла поворота кривошипа 
=30о.
Построение плана ускорений. Ускорение точки С ползуна складывается из ускорения точки В кривошипа и двух составляющих (нормального и тангенциального) относительного ускорения:
— полное ускорение точки В кривошипа (направлено к центру вращения кривошипа)
— нормальное ускорение шатуна СВ (направлено вдоль шатуна от С к В)
— тангенциальная составляющая относительного ускорения (направлена перпендикулярно шатуну СВ).
Из произвольно выбранного полюса Q (рис.3) откладываем вектор ускорения 
произвольной величины и вводим масштабный коэффициент ускорения 
. Из конца вектора откладываем 
, длина вектора 
. Из построения находим величину 
, умножая длину вектора на масштабный коэффициент ускорения.
Лекция 3. Построение кинематических диаграмм.
Вопросы, рассматриваемые на лекции.
Кинематическое исследование механизмов аналитическими методами. Кинематический анализ шарнирного четырехзвенника. Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма. Кинематический анализ кривошипно-кулисного механизма.
Некоторые основные понятия.
Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма.
Перемещение, скорость и ускорение точки С ползуна могут быть определены аналитически.
Перемещение точки С ползуна:
(1)
r — радиус кривошипа, мм
— длина шатуна, мм
j — угол поворота кривошипа, град
Дифференцируя (1) по времени, получим выражение для скорости точки С ползуна:
(2)
;
n-число оборотов кривошипа в минуту 
Дифференцируя (2) по времени и считая угловую скорость кривошипа постоянной, находим ускорение точки С ползуна:
(3)
Построение кинематических диаграмм
1. Графическое дифференцирование начинаем с построения кинематической диаграммы перемещения SC=SC(t).Проводим две оси координат. Ось угла поворота кривошипа (ось абсцисс) разбиваем на двенадцать равных промежутков (30о).
— масштабный коэффициент угла поворота.
Из каждой точки оси абсцисс по оси ординат откладываем перемещение точки С ползуна. Масштабный коэффициент перемещения КS 
.
2. Методом графического дифференцирования (методом хорд) строим кинематические диаграммы скорости и ускорения VC=VC(t), aC=aC(t)
— масштабный коэффициент времени
— масштабный коэффициент скорости
— масштабный коэффициент ускорения
Так как кривошип вращается с постоянной скоростью w1, то диаграммы SC=SC(t), VC=VC(t), aC=aC(t) являются одновременно диаграммами SC=SC(j), VC=VC(j), aC=aC(j).
Лекция 4. Кинематический анализ и синтез кулачковых механизмов.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Основные типы кулачковых механизмов. Определение минимального радиуса кулачка. Углы давления. Проектирование кулачкового механизма из условий ограничения угла давления.
Некоторые основные понятия.
 |
Кулачковый механизм (рис.5) представляет собой механизм с высшей кинематической парой. Ведущим звеном механизма является кулачок 1, профиль которого определяет закон движения ведомого звена — толкателя 2.
Различают толкатели остроконечные, роликовые, грибовидные и плоские (тарельчатые) (рис.6).
 |
Рис.6
По виду движения ведомого звена различают кулачковые механизмы с поступательно движущимся толкателем и с качающимся толкателем.
Рассмотрим кулачковый механизм (рис.5) с центральным поступательно движущимся толкателем. Линия движения толкателя в таком механизме проходит через ось вращения кулачка. Различают элементы кулачка:
1.Окружность основной шайбы, очерченная наименьшим радиусом r0.
2.Профиль удаления — участок 
с возрастающими радиусами-векторами. Угол поворота кулачка, соответствующий прохождению этого кулачка под острием толкателя, называется углом удаления и обозначается 
уд. Толкатель за это время поднимается из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение и проходит путь h, называемый ходом толкателя.
3.Профиль верхнего останова — участок 
, очерченный максимальным радиусом rmax. Ему соответствует угол поворота кулачка в. о, называемый угол верхнего останова. Толкатель в это время остается неподвижным в крайнем верхнем положении.
4.Профиль приближения — участок 
с уменьшающимися радиусами-векторами. При прохождении под острием толкателя этого участка, толкатель опускается из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение, а кулачок поворачивается на угол приближения пр.
5.Профиль нижнего останова — участок 
, очерченный наименьшим радиусом r0 . Во время прохождения этого участка под острием толкателя последний остается неподвижным в крайнем нижнем положении. Угол поворота кулачка, соответствующий этому участку профиля, называется углом нижнего останова и обозначается н. о.
6.Профиль кулачка, очерченный кривыми , и называется рабочим профилем, а сумма углов поворота кулачка, соответствующих этому профилю, называется рабочим углом, то есть:раб=уд+в. о+пр
Кинематический анализ кулачковых механизмов (рис.7).
Лекция 5. Кинематический анализ зубчатых передач.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Классификация зубчатых передач. Геометрические элементы зубчатого колеса. Зубчатые механизмы с неподвижными осями. Планетарные механизмы. Дифференциальные механизмы.
Некоторые основные понятия.
Передаточное отношение отдельной зубчатой пары равно: 
,
где z1 и z2- числа зубьев ведущего и ведомого колес.
 |
В случае червячной передачи (рис.8) через z1 обозначают число заходов червяка, а через z2- число зубьев червячного колеса.
Передаточное отношение зубчатой пары с внешним зацеплением (рис.9) имеет знак «минус», так как ведущее и ведомое колеса вращаются в противоположных направлениях, передаточное отношение пары с внутренним зацеплением (рис.10) — знак «плюс».
Рис.9 Рис.10
В случае реечного зацепления (рис.11) вращательное движение колеса с угловой скоростью w преобразуется в поступательное движение рейки со скоростью 
.
,
где rн — радиус начальной окружности колеса;
m — модуль зацепления.
 |
При повороте колеса на угол, равный 360о, рейка продвигается на величину шага 
.
На рис.12 показана коническая зубчатая пара.
К зубчатым механизмам с подвижными осями относятся планетарные зубчатые механизмы (с одной степенью свободы) и дифференциальные зубчатые механизмы (с двумя степенями свободы). На рис.13 представлена одна из возможных схем дифференциального механизма.
 |
Рис.13
Соотношение между угловыми скоростями зубчатых колес и водилом дифференциального механизма определяется формулой:
.
Индекс «н» указывает, что в данном случае водило является неподвижным звеном, 1-ведущее звено, 3-ведомое звено.
Если колесо z3 закрепить неподвижно, то мы получим планетарный механизм. Передаточное отношение от зубчатого колеса z1 к водилу планетарного механизма определяется формулой:
.
Для подсчета кинетической энергии механизма, выбора подшипников при проектировании планетарных механизмов необходимо знать угловую скорость сателлитов. Поскольку скорость ведущего звена z1 задана и скорость водила может быть определена с использованием формулы (5), для определения угловой скорости сателлита необходимо знать передаточное отношение от центрального колеса z1 к сателлиту или от водила к сателлиту:
.
Разделив числитель и знаменатель правой части выражения (6) на wн, получим:
.
Тогда можно определить угловую скорость сателлита:
.
При определении передаточного отношения редуктора необходимо разделить его механизм на отдельные ступени. Прежде всего, следует выделить планетарную ступень, имея в виду, что в планетарную ступень входят водило, сателлиты и два центральных зубчатых колеса.
Планетарные и дифференциальные механизмы практически почти никогда не делаются с одним сателлитом, обычно сателлитов, входящих в зацепление с одними и теми же центральными колесами, несколько. Это делается для уменьшения сил инерции и разгрузки зубчатых колес механизма, уменьшения модуля зацепления и общих габаритов редуктора.
При определении числа степеней свободы следует иметь в виду, что все добавочные сателлиты (больше одного) являются пассивными связями.
Лекция 6. Синтез эвольвентного зубчатого зацепления.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Образование и свойства эвольвенты. Методы обработки эвольвентных профилей зубьев. Основная теорема зацепления. Элементы зацепления. Рабочий участок профиля зуба. Коэффициент зацепления. Интерференция профиля зубьев.
Некоторые основные понятия. При изготовлении зубчатых колес методом обкатки инструмент изготавливается либо в виде зубчатого колеса с эвольвентным профилем зубьев (долбяк), либо в виде зубчатой рейки с прямолинейными профилями зубьев (гребенка).
При нарезании зубчатого колеса его заготовке и инструменту сообщают то относительное движение, которое имели бы они, если бы находились в зацеплении. Инструмент имеет дополнительное возвратно-поступательное движение вдоль оси колеса, во время осуществления которого режущая кромка инструмента вырезает на заготовке эвольвентный профиль зуба.
На рис.14 показана схема нарезания зубьев методом обкатки с помощью гребенки. Заготовка I вращается с угловой скоростью 
и движется поступательно со скоростью V=rд . Гребенка II совершает движение в направлении, перпендикулярном плоскости заготовки (плоскости чертежа). Профиль зубьев на колесе получается, как огибающая к ряду последовательных положений зубьев гребенки на заготовке.
Для того, чтобы нарезать нулевое колесо, необходимо гребенку установить так, чтобы модульная прямая (проходит посередине зубьев рейки) была удалена от центра заготовки на расстояние радиуса делительной окружности rд, то есть делительная окружность заготовки обкатывалась без скольжения по модульной прямой. Тогда на нарезаемом колесе получаются зубья, толщина которых по делительной окружности будет равна ширине впадины.
Так как шаг гребенки одинаков по всем линиям, параллельным основанию, то при нарезании зубьев делительную окружность можно катить не только по модульной прямой, но и по любой прямой, параллельной ей. При этом на заготовке будут нарезаны зубья с правильным очертанием боковых профилей по эвольвенте, однако вид зубьев будет другой.
Пусть мы отодвинули рейку от центра заготовки колеса на величину а. Тогда при нарезании зубьев делительная окружность будет катиться без скольжения по линии 1-1. На рис.14 видно, что в этом случае толщина зуба гребенки на начальной прямой будет меньше ширины впадины. Значит, на нарезаемом колесе по делительной окружности толщина зуба будет больше, чем ширина впадины (так как при обкатке зуб рейки образует на заготовке впадину).
Зубчатые колеса, нарезанные методом обкатки с удалением гребенки от центра заготовки, по сравнению с нулевой установкой, при которой делительная окружность касается модульной прямой, называются положительными колесами, а дополнительное удаление а гребенки — положительным смещением (сдвигом).
Можно задать гребенке отрицательное смещение (сдвиг), то есть приблизить гребенку к центру заготовки по сравнению с нулевой установкой. Тогда также на заготовке будет нарезано целое число зубьев с очертанием их бокового профиля по эвольвенте. Однако в этом случае толщина зуба по делительной окружности будет меньше ширины впадины. Такое колесо называется отрицательным.
Отношение смещения к модулю называется коэффициентом смещения (относительным сдвигом) и обозначается:
.
Изготовление положительных и отрицательных колес (так называемых корригированных) производится с целью увеличения прочности зубьев (устранение подреза профиля малого колеса), уменьшения наибольших значений удельного скольжения, уменьшения габаритов передачи (применение колес с малым числом зубьев), получения заданного межцентрового расстояния. Корригированные колеса могут быть введены в сцепление между собой и с нулевыми колесами.
Встречаются следующие зацепления. Нулевая передача: одно колесо положительное, а другое отрицательное с равным по величине сдвигом, либо оба нулевых колеса. Положительная передача: одно нулевое колесо, а другое положительное, либо положительное колесо с отрицательным, но сумма сдвига положительна. Остальные комбинации встречаются редко.
Геометрические параметры зубчатых колес:
— высота головки зубьев 
— высота ножки зубьев 
— диаметры начальных окружностей:
— диаметры выступов зубьев:
— диаметры впадин зубьев:
Шаг по начальной окружности:
Подсчитав все размеры элементов зацепления и приняв угол зацепления 
, можно вычертить внешнее эвольвентное зубчатое зацепление. На зубьях непосредственно находящихся в зацеплении необходимо отметить рабочие участки зубьев, а также построить диаграмму работы зубьев. Для этого к практической линии зацепления восстанавливаем перпендикуляры, строим прямоугольник произвольной ширины и от каждой стороны откладываем отрезки равные шагу по основной окружности: 
. Заштриховываем зоны работы зубьев.
Коэффициент перекрытия (зацепления):
Анализ значения коэффициента перекрытия (демонстрируется на примере):
— таким образом, 40% времени в зацеплении находится одна пара зубьев.
— таким образом, 60% времени в зацеплении находятся две пары зубьев.
Лекция 7. Синтез многозвенных зубчатых механизмов.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Синтез многозвенных зубчатых передач с неподвижными осями. Планетарные коробки скоростей. Синтез многозвенных зубчатых передач с подвижными осями.
Некоторые основные понятия. Для получения больших передаточных отношений применяют соединения зубчатых колес.
Последовательное соединение. На промежуточных валах имеется по два колеса (рис.17). Общее передаточное отношение iобщ последовательного соединения равно произведению отдельных зубчатых пар, то есть
Рис.17
,
где 
.
Через числа зубьев колес общее передаточное отношение последовательного соединения выражается следующим образом:
Здесь в числителе — произведение чисел зубьев ведомых колес, а в знаменателе– ведущих колес. Знак общего передаточного отношения зависит от числа k пар внешнего зацепления: при четном числе k — «плюс», при нечетном числе k — «минус».
Рядовое соединение колес. На промежуточных валах расположено по одному колесу (рис.18). Общее передаточное отношение рядового соединения равно:
,
то есть передаточное отношение равно обратному отношению чисел зубьев крайних колес и не зависит от числа зубьев промежуточных колес, которые называются паразитными.
 |
Рис.18
Рядовое соединение применяют для соединения валов, отстоящих на большое расстояние друг от друга, либо для изменения направления вращения ведомого вала.
Для ступенчатого изменения передаточного отношения применяют коробки скоростей (рис.19). При перемещении блока шестерен, посаженного на скользящую шпонку, вдоль вала I в зацепление вступают попарно колеса z1-z2, z3-z4 или z5-z6. В зависимости от этого могут быть получены следующие передаточные отношения:
.
 |
Рис.19
Величина общего передаточного отношения может быть определена опытным путем. Для этого мелом наносят отметки на ведущий и ведомый валы, а также на корпус. Повернув ведущий вал на несколько оборотов, подсчитывают число оборотов ведомого вала. Например, если при повороте ведущего вала на 6 оборотов, ведомый вал сделал 7 оборотов, то общее передаточное отношение 
.
Лекция 8. Механизмы передач с гибкими звеньями.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Ременные механизмы. Цепные механизмы. Канатные механизмы. Волновая передача. Винтовые механизмы. Резьба, относительное движение.
Некоторые основные понятия.
Под гибкими звеньями понимают ремни, канаты, цепи, нити, которые охватывают два или более звеньев и устанавливают определенную связь между движениями этих звеньев.
Рис.20 Механизм с гибким звеном Рис.21.Механизм с гибким звеном
(открытая ременная передача) (перекрестная ременная передача)
Рис.22. Механизм с гибким звеном Рис.23. Механизм с гибким звеном и
и направляющими роликами натяжным роликом
Винтовые механизмы — это механизмы, содержащие винтовую пару. Винт и гайка образуют кинематические пары со стойкой или другими звеньями. Винт и гайка имеют винтовую поверхность — резьбу, характеризующуюся профилем, ходом резьбы и углом подъема резьбы.
Рис.24. Трехзвенный винтовой механизм
Относительное движение звеньев винтовой пары представляет собой вращение звеньев вокруг оси и поступательное перемещение вдоль оси пары.
Рис.25. Винто-рычажный механизм для перемещения коромысла
Лекция 9. Механизм универсального шарнира. Механизм двойного универсального шарнира.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Кинематические схемы механизмов. Передаточное отношение. Неравномерность хода.
Некоторые основные понятия.
Универсальный шарнир (рис.26) представляет собой сферический четырехзвенник, т. е. механизм, состоящий из четырех звеньев, соединенных вращательными парами, оси которых проходят через одну общую точку.
Механизм предназначен для передачи вращения между пересекающимися осями I и II с межосевым углом a, который в процессе работы может изменять свою величину.
 |
Рис.26
Особенностью данной передачи является неравномерность вращения ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала. Зависимость между углами поворота валов j1 и j2’ определяется из выражения:
(7)
Продифференцировав по времени выражение (7) и освободившись от угла j2’ ,определим передаточное число шарнирного механизма:
(8)
где 
— угловые скорости шарниров.
Из формулы (8) следует, что передаточное число универсального шарнира — величина переменная. При увеличении угла a, как это видно из графика на рис.27, неравномерность вращения возрастает.
Коэффициент неравномерности 
Для передачи вращения с одинаковыми угловыми скоростями применяют двойной универсальный шарнир, например, в силовой передаче автомобиля.
 |
Рис.27
Механизм двойного универсального шарнира (механизм Кардана). При симметричном расположении валов угловые скорости ведущего и ведомого валов будут постоянными и равными между собой, при этом промежуточный вал вращается неравномерно.
Лекция 10. Механизмы фрикционных передач. Мальтийский механизм. Гидравлические пневматические механизмы.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Механизмы бесступенчатых передач. Коническая и цилиндрическая фрикционная передачи. Коэффициент относительного скольжения. Гидравлические и пневматические механизмы. Гидро — и пневмопривод.
Некоторые основные понятия.
Механизмы, в которых для передачи движения между соприкасающимися звеньями используется трение, называются фрикционными. Существуют фрикционные механизмы с постоянным и регулируемым передаточным отношением.
Рис.28 Механизм фрикционных Рис.29 Фрикционный
цилиндрических колес планетарный механизм
Регулировать передаточное отношение позволяют, например, механизмы лобовой фрикционной передачи.
Рис.30. Механизм конических Рис.31. Лобовая фрикционная
фрикционных передач передача
Рис.32. Фрикционный механизм Рис.33. Фрикционный механизм
двойной лобовой передачи бесступенчатой передачи
между пересекающимися осями
колеса и ролика
Мальтийский механизм— это механизм, предназначенный для преобразования непрерывного движения звена 1 (кривошип) во вращательное движение звена 2 (мальтийский крест) с периодическими остановками (рис.34). Обычно мальтийский крест имеет от 4 до 20 пазов, а также один или два кривошипа. Конструктивно звено 1 состоит из двух деталей: кривошипа с роликом и запорной шайбы. Звено 1 совершает непрерывное вращательное движение, при этом один оборот звена имеет две фазы движения: рабочий ход и холостой ход. Во время рабочего хода кривошип звена 1 поворачивает на определенный угол мальтийский крест, а во время холостого хода мальтийский крест должен быть неподвижен, что обеспечивается запорной шайбой.
Гидравлическим называется механизм, в котором преобразование движения происходит посредством как твердых тел, так и жидкости.
В случаях, когда промежуточной средой является газ, речь идет о пневматических механизмах. Тогда насос заменяется на источник сжатого воздуха, а вместо соединения с резервуаром, выполняется выход в атмосферу.
Лекция 11. Динамический анализ механизмов.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Силы, действующие на звенья механизмов. Определение сил инерции звена. Кинетостатический анализ механизмов.
Некоторые основные понятия.
Движущие силы — это те силы из числа приложенных к звеньям механизма, которые стремятся ускорить движение ведущего звена, их элементарная работа положительна.
Силы сопротивления — это те силы из числа приложенных к звеньям механизма, которые стремятся замедлить движение ведущего звена, их элементарная работа отрицательна. Различают силы полезного и вредного сопротивления.
Под действием сил, приложенных к машине, угловая скорость главного вала машины изменяется в течение периода установившегося движения машины, колеблясь около некоторого ее среднего значения.
Величина разности между наибольшим и наименьшим значениями угловой скорости зависит при заданных силах от величины приведенного к главному валу момента инерции машины. Чем больше приведенный момент, тем меньше эта разность. Таким образом, увеличивая приведенный момент инерции машины, можно уменьшить величину разности 
.
Величина этой разности учитывается коэффициентом неравномерности хода машины
.
Практикой установлены верхние пределы значений коэффициента d для различных типов машин, эти значения снесены в таблицы и приводятся в литературе по ТММ.
Для увеличения приведенного момента инерции машины чаще всего на главном валу машины устанавливают твердое тело, имеющее форму диска или обода со спицами, которое называется маховым колесом, или маховиком.
Задача заключается в определении такого момента инерции маховика относительно оси вращения главного вала, при котором были бы обеспечены пределы колебания угловой скорости главного вала в течение установившегося движения, заданные коэффициентом неравномерности d.
Решая поставленную задачу, пользуются известным приемом динамики машин, в соответствии с которым исследование движения всей машины заменяется исследованием движения одного звена (звена приведения). В качестве звена приведения часто принимают главный вал машины.
Для определения приведенного момента маховика рекомендуется применить метод Виттенбауэра, являющийся наиболее удачным в методическом отношении по сравнению с другими. Метод заключается в определении момента инерции маховика построением диаграммы энергомасс, которая строится исключением параметра j из диаграмм изменения кинетической энергии механизма и приведенного момента инерции, для чего предварительно должны быть построены диаграммы приведенных моментов движущих сил и сил сопротивления, работы движущих сил и сил сопротивления.
При определении закона движения механизма массы всех подвижных звеньев заменяют массой звена приведения. Если звено приведения совершает вращательное движение, то пользуются понятием приведенного момента инерции.
где 
— линейная скорость центра тяжести i-того звена;
— масса i-того звена;
— угловая скорость i-того звена;
— центральный момент инерции i-того звена.
Лекция 12. Механическая характеристика машины.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Механическая характеристика машины. Условия статической определимости кинематических цепей.
Некоторые основные понятия.
Механическая характеристика машины — это зависимость момента М, приложенного либо к едущему валу рабочей машины, либо к ведомому валу двигателя от угловой скорости этих валов.
Для двигателей характерно уменьшение вращающего момента при увеличении угловой скорости. Механические характеристики рабочих машин имеют восходящий характер.
Рис.35. Тахограмма механизма
Лекция 13. Движение механизмов машины под действием приложенных сил.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. План силы. Приведенная масса и приведенный момент механизма. Приведение сил в механизмах. Уравнение кинетической энергии механизма. Режим движения машины. Механический КПД. КПД типовых механизмов. Дифференциальное уравнение движения механизма.
Некоторые основные понятия.
При подъеме груза Q с помощью винта (рис.36) в резьбе возникает трение, величина которого оценивается моментом
(9)
где dср- средний диаметр резьбы (рис.37);
l — угол подъема винтовой линии;
r — угол трения, равный 
;
 |
f- коэффициент трения.
На рис.37 показана развертка винтовой линии резьбы на среднем диаметре, на основании него получим:
(10)
где S — шаг резьбы.
Для преодоления сопротивления подъема груза к винту необходимо приложить движущий момент:
(11)
где Dб — диаметр барабана.
Рис.37
 |
Движущая сила Р передается на барабан по шнуру, прикрепленному одним концом к барабану и перекинутому через блок. При равномерном подъеме груза Q моменты Мдв и Мтр равны между собой. Приравнивая правые части выражений (9) и (11) и решая относительно r, получим:
(12)
Коэффициент трения в резьбе:
(13)
При повороте винта на один оборот движущая сила Р совершит работу, равную:
(14)
За это же время груз Q поднимется на величину S и, следовательно, работы силы полезного сопротивления Q будет равна:
(15)
Отношение работы силы полезного сопротивления к работе движущей силы называется коэффициентом полезного действия. Поэтому:
(16)
Лекция 14. Неравномерность хода машины при установившемся движении.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Балансировка роторов. Уравновешивание сил с помощью противовесов и разгружающих устройств. Исследование установившегося движения по диаграмме энергомасс.
Некоторые основные понятия.
Ротором в теории балансировки называют любое звено механизма, совершающее вращательное движение. Балансировка роторов приобрела особое значение в связи с повышением частоты вращения звеньев, приводящим к резкому увеличению сил и моментов сил инерции от неуравновешенных масс. Уравновешивание действия сил инерции и моментов сил инерции вращающихся звеньев относится к наиболее актуальным задачам современного машиностроения.
Для полного устранения динамических нагрузок на опоры ротора, главный вектор сил инерции и момент сил инерции должны быть равны нулю в любой момент движения: Ри=0, Ми=0.
Решение задачи уравновешивания вращающихся деталей заключается в подборе их масс, обеспечивающем полное или частичное гашение добавочных инерционных нагрузок на опоры.
Из механики известно, что свободно вращающееся тело не оказывает динамических воздействий на опоры в том случае, когда центр тяжести тела лежит на геометрической оси вращения и ось вращения является главной центральной осью инерции. Выполнение первого условия называют статической балансировкой, выполнение обоих условий — динамической балансировкой.
Сбалансированное звено будет находиться в состоянии равновесия при повороте вокруг оси на любой угол.
Практика уравновешивания идет по пути динамической балансировки всей вращающейся системы в целом с помощью двух противовесов. При этом одновременно выполняются условия статической и динамической уравновешенности.
Пусть имеется ротор с пятью плоскостями, перпендикулярными к оси вращения (рис.38). Во всех пяти плоскостях сделаны радиальные прорези, в которых могут быть установлены определенные массы. Прорези необходимы для изменения положения массы относительно оси вращения. Плоскости могут поворачиваться вокруг оси вращения, изменяя углы 
. Допустим, в плоскостях I,II,III установлены неуравновешенные массы m1, m2, m3. Положения неуравновешенных масс в плоскостях заданы радиус-векторами r1,r2,r3 . Углы смещения этих масс относительно произвольно выбранной оси соответственно . Крайние плоскости А и В, располагающиеся по возможности ближе к опорам, считаются плоскостями приведения (коррекции). Положения плоскостей I,II и III относительно плоскости приведения А определяется соответственно координатами z1, z2, z3. Противовесы устанавливаются в плоскостях А и В, расстояние между ними L.
Для оценки неуравновешенности вводится понятие дисбаланса. Дисбаланс— векторная величина, равная произведению неуравновешенной массы на ее эксцентриситет относительно оси ротора.
Приведем к плоскостям А и В дисбалансы D1=m1r1, D2=m2r2, D3=m3r3 всех неуравновешенных масс, то есть заменим каждый вектор дисбаланса двумя параллельными ему и расположенными в плоскостях приведения по закону расположения параллельных сил:
(17)
В результате в каждой плоскости приведения имеем по три вектора дисбаланса (рис.39). Для компенсации дисбаланса необходимо построить силовой многоугольник согласно уравнениям:
(18)
Из многоугольников, изображенных на рис.40, находят DурА и DурВ, затем задаваясь уравновешивающими массами mурА и mурВ, определяют радиусы rурА и rурВ. Углы, под которыми должны быть расположены векторы DурА и DурВ в плоскостях А и В, также определяют из построения силовых многоугольников (рис.40).
 |
Диаграмма энергомасс строится исключением параметра 
из графиков 
и 
. К полученной диаграмме проводятся касательные под углами 
и 
.
,
,
d— коэффициент неравномерности
Касательные отсекают на вертикали отрезок kl, тогда момент инерции маховика может быть рассчитан по формуле:
,
Если и имеют значения близкие к 90о, то касательные пересекут вертикаль далеко за пределами чертежа. Поэтому отрезок kl определяют аналитически следующим образом.
Из треугольника Domk (рис.41) следует:
Из треугольника Donl следует:
(длины om и on [мм] определяют по диаграмме).
Лекция 15. Трение в кинематических парах.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Трение в поступательных парах. Трение во вращательных кинематических парах. Трение в высших кинематических парах. Трение гибких тел. Жидкостное трение.
Некоторые основные понятия.
Сила трения — сопротивление, возникающее на поверхности двух соприкасающихся тел при относительном их движении. Сопротивление возникает в результате шероховатости соприкасающихся тел, в зоне фактического контакта происходит сцепление, возникают упругие, вязкие и пластические деформации, развиваются силы молекулярного взаимодействия.
Рис.42. Действие сил в поступательной паре
По видам относительного движения различают: трение скольжения (в высших и низших кинематических парах) и трение качения (в высших парах).
Рис.43. Действие сил во вращательной паре
Лекция 16. Виброзащита механизмов и машин. Уравновешивание вращающихся звеньев.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Ударная и вибрационная зашита машин. Снижение виброактивности источников колебаний. Виброгашение (активная виброизоляция). Виброизоляция (пассивная виброизоляция). Колебания в механизмах.
Некоторые основные понятия.
Виброзащита — совокупность методов и средств оценки виброактивности и уменьшения уровня вибраций.
Рис.44. Катковый инерционный динамический гаситель
При постановке задач виброзащиты в исследуемой системе выделяют: источник колебаний, объект виброзащиты, связи, соединяющие источник колебаний и объект виброзащиты.
Рис.45. Двойной катковый инерционный гаситель
Виды механических воздействий: линейные перегрузки, вибрационные воздействия, ударные воздействия.
Основные методы виброзащиты: снижение виброактивности источника колебаний, изменение конструкции объекта виброзащиты, динамическое гашение колебаний, виброизоляция.
Рис.46 Маятниковый инерционный динамический гаситель а) крутильных колебаний; б) продольных колебаний.
Лекция 17. Основные понятия теории машин-автоматов.
Вопросы, рассматриваемые на лекции. Основы теории роботов-манипуляторов. Структура кинематических цепей роботов-манипуляторов. Циклограммы и тактограммы технологических машин.
Некоторые основные понятия.
Машина-автомат — машина, в которой преобразования энергии, материалов и информации выполняются без участия человека.
Автоматическая линия — совокупность машин-автоматов, соединенный между собой транспортными устройствами и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса.
Исполнительное звено — каждое твердое тело машины-автомата, выполняющее заданные перемещения с целью обеспечения технологического процесса.
Числовое программное обеспечение. Самонастраивающаяся система управления.
Манипулятор — это техническое устройство, автоматически воспроизводящее функции руки человека при выполнении вспомогательных и транспортных производственных операций посредством перемещения объекта в пространстве.
Автооператор — манипулятор, работающий по жесткой программе и оперирующий штучными объектами по общему циклу машины.
Промышленный робот — манипулятор с изменяемой программой, представляющий собой автономно функционирующую машину-автомат, предназначенную для воспроизведения некоторых двигательных и умственных функций человека при выполнении вспомогательных и основных производственных операций.
http://allrefrs.ru/3-9345.html
http://pandia.ru/text/78/455/6370.php