Прикладная  МЕХАНИКа.  часть  1

Прикладная  МЕХАНИКа.  часть  1

Учебно-методическое пособие

для практических занятий и самостоятельной работы

 

Электронное издание

 

Красноярск

СФУ

2013

 

УДК 621.01

ББК 34.41 

 

Составители: В.Я. Дьяконова, С. С. Речкунова, О.А. Корзун

 

    Прикладная механика. Часть1. Учебно-методическое пособие для практических занятий и самостоятельной работы. 

 

[Текст]/ В.Я. Дьяконова, С. С. Речкунова, О.А. Корзун

-Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, 2013– 33 с.

 

Представлены задачи по основным темам курса с указанием последовательности их выполнения.

Предназначено студентам, обучающимся по специализациям 130400.65.00.09 Горные машины и оборудование, 130400.65.00.10 Электрификация и автоматизация горного производства (ГМ, ГЭ).

 

УДК 621.01

ББК 34.41

 © Сибирский

федеральный

университет, 2013

 

Учебное издание

Подготовлено к публикации Издательским центром БИК СФУ

Подписано в свет (дата) г. Заказ ____.

Тиражируется на машиночитаемых носителях.

Издательский центр Библиотечно-издательского комплекса

Сибирского федерального университета

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

Тел/факс [phone]. E-mail [e-mail]

http://rio.sfu-kras.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ………..........................................................................................................4

Требования к оформлению и выполнению заданий …………………………..4

ЗАДАНИЕ 1.

СТРУКТУРНЫЙ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ ИСИЛОВОЙ АНАЛИЗ

ПЛОСКИХ МЕХАНИЗМОВ……………………………………………………….5                 

 ЗАДАНИЕ 2.

  КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ…………………………………………………………………….17                             

 ЗАДАНИЕ 3.

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ МАСС…………………………...28

ЗАДАНИЕ 4.

СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ ПЛОСКИХ МЕХАНИЗМОВ……………………….30

Библиографический список …………………………………………… ……….32

Приложение 1 ……………………………………………………………………...33

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Курс прикладной механики состоит из двух частей: теория механизмов и машин,  детали машин и основы конструирования. Теория механизмов и машин (ТММ) - одна из основных машиностроительных дисциплин, изучающая наиболее общие вопросы исследования и проектирования механизмов и машин.

К таким вопросам относятся:

1) анализ механизмов - исследование структуры, кинематических и динамических свойств механизмов по их известным схемам;

2) синтез механизмов - проектирование механизмов по заданным структурным, кинематическим и динамическим параметрам.

Основной целью изучения курса теории механизмов и машин является научить будущего инженера самостоятельно решать те задачи, с которыми ему придется иметь дело на производстве. Это может быть достигнуто путем самостоятельного решения задач на практических занятиях и выполнения домашних заданий.  

Самостоятельное решение учащимися ряда примеров имеет большое значение: оно не только учит практическому применению методов исследования и проектирования механизмов, не только развивает расчетную технику, так необходимую будущему инженеру, но и обогащает  представлением о новых, ему еще не известных схемах механизмов, тем самым расширяя его технический кругозор.

Программа изучения дисциплины "Теория машин и механизмов" и задания, которые не вошли в данные методические указания, представлены в методических указаниях [1], а курс лекций по ТММ - в учебном пособии [2].

В учебно - методическом пособии представлены  примеры механизмов с точки зрения их возможного использования при решении различных практических задач. С этой целью предлагаются широко применяемые в технике четырехзвенные механизмы с низшими кинематическими парами.

 

 

требования  к  оформлению  и  ВЫПОЛНЕНИю

Заданий

 

 

Пособие по прикладной механике состоит из 4 заданий, предназначенных для практических занятий и самостоятельной работы.

Требуется:

1. Выбрать из таблицы, прилагаемой к условию задачи, данные в соответствии со своим вариантом (его указывает на практическом занятии преподаватель). Работы, выполненные с нарушением этого требования, не засчитываются.

2. Перед выполнением каждого задания следует изучить соответствующий раздел курса.

3. Графические построения при решении задания 1 выполняют на отдельном листе чертежной бумаги формата А2 (597×420) карандашом с соблюдением требований ГОСТа. На чертеже обязательно сохраняют все вспомогательные построения, делают соответствующие надписи и проставляют принятые масштабы. Вычисление необходимых параметров выполняют на  писчей бумаге формата А 4(297×210).

4. Перед выполнением заданий необходимо вычертить схему в произвольном масштабе и указать численные значения всех заданных в задании величин.

5. Решение должно сопровождаться последовательными и грамотными пояснениями (без сокращения слов), расчетными формулами и чертежами. Формулы записывают в общем виде, проставляют значения величин, входящих в эти формулы и записывают ответ, указывая его размерность.

                                                                                              

Задание 1

Требуется:

1. Построить план механизма для заданного положения кривошипа в масштабе методом засечек.

2. Определить крайние положения механизма.

3. Построить кинематическую схему механизма на построенном плане (п.1) для 12 равноотстоящих положений ведущего звена.  За начальное (нулевое) принять положение в котором рабочее звено находится в начале рабочего хода, т.е. в самом крайнем положении.

4. Построить траекторию движения точки, лежащей на середине шатуна (шатунная кривая).

5. Построить диаграмму перемещения ведомого звена механизма в масштабе плана механизма. Путем графического дифференцирования полученной диаграммы построить график скорости, а методом графического дифференцирования графика скорости построить график ускорения ведомого звена. Определить масштабы диаграмм.

6. Построить планы скоростей и ускорений для заданного положения механизма  с использованием масштаба и написанием векторных уравнений.

7. Определить скорость и ускорение для всех точек звеньев механизма, а также ускорения  центров масс  и угловые ускорения звеньев. Центры масс принять на середине звеньев.

Варианты схем механизмов

Схема 1 (рис.1, табл. 1)

Рис. 1 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 1

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,3	0,2	0,2	0,3	0,5	0,4	0,3	0,2	0,4	0,2
b, м	0,75	0,8	0,8	0,6	0,5	0,5	0,6	0,4	0,3	0,6
ℓOA,м	0,2	0,18	0,15	0,2	0,3	0,2	0,3	0,2	0,15	0,2
ℓAB, м	0,75	0,6	0,6	0,6	0,75	0,55	0,6	0,6	0,5	0,6
ℓBС,м	0,6	0,4	0,4	0,5	0,6	0,6	0,4	0,5	0,4	0,6
n 1,об/мин	60	120	180	240	150	90	210	120	150	60
φ, град	40	30	60	45	90	105	120	135	150	165
m 1,кг	20	18	15	20	30	20	30	20	15	20
m 2,кг	110	80	75	80	120	75	85	80	70	75
m 3,кг	100	40	40	50	60	60	40	50	40	60
Js 2,кг·м^2	0,4	0,5	0,6	0,6	0,4	0,5	0,6	0,6	0,5	0,6
Js 3,кг·м^2	0,6	0,6	0,4	0,4	0,5	0,4	0,5	0,6	0,6	0,4
Р nc,кН	1,5	1,4	1,4	1,3	1,3	1,2	1,1	1,2	1,4	1,5

 

Схема 2 (рис. 2, табл.2)

 

Рис. 2 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

 

 

Таблица 2

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,6	0,5	0,4	0,6	0,4	0,5	0,6	0,4	0,4	0,5
b, м	0,5	1,2	0,5	0,8	0,7	0,8	0,9	1,0	0,8	0,7
ℓOA,м	0,18	0,15	0,3	0,25	0,18	0,2	0,15	0,2	0,15	0,2
ℓA D,м	0,7	1,4	0,7	0,8	0,7	0,6	1,0	1,1	0,7	0,6
ℓ D С,м	0,3	0,4	0,5	0,4	0,5	0,6	0,5	0,4	0,5	0,6
n 1,об/мин	30	60	120	90	180	210	240	60	270	30
φ, град	0	15	30	45	60	75	90	120	135	150
m 1,кг	30	25	10	10	8	10	10	10	30	10
m 2, кг	75	85	60	50	65	75	50	55	60	70
m 3,кг	35	30	40	25	50	70	25	20	25	30
Js 2, кг·м^2	1,0	0,8	1,0	0,6	1,2	1,4	0,8	1,0	1,2	0,8
Js 3,кг·м^2	0,8	0,6	0,6	0,8	0,8	0,6	0,8	1,0	1,0	0,6
Р nc, кН	1,2	1,0	0,8	0,6	1,0	0,6	0,8	1,0	1,2	1,0

 

Схема 3 (рис. 3, табл.3)

 

Рис. 3 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

 

 

Таблица 3

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOС,м	0,6	0,85	0,8	0,9	0,9	0,75	0,85	0,7	0,65	0,8
ℓOA,м	0,15	0,2	0,25	0,18	0,2	0,3	0,25	0,2	0,2	0,2
ℓAВ,м	0,7	0,8	0,9	1,0	0,75	0,85	0,95	0,9	0,8	1,0
ℓВС,м	0,3	0,4	0,4	0,4	0,5	0,5	0,6	0,6	0,4	0,5
n 1,об/мин	60	90	180	210	240	270	30	300	330	120
φ,град	15	45	75	30	120	135	150	165	90	105
m 2,кг	70	80	90	100	75	85	95	110	100	120
m 3, кг	40	50	45	60	70	40	50	60	40	50
Js 2,кг·м^2	1,2	1,1	1,0	1,2	1,1	1,4	1,6	1,5	1,7	1,8
Js 3,кг·м^2	0,8	0,9	0,8	0,7	0,9	0,6	0,75	0,85	0,7	0,8
Р nc, кН	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	0,8	0,7	0,9

 

 

Схема 4 (рис. 4, табл. 4)

 

Рис. 4 Кривошипно-ползунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун.

 

Таблица 4

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA,м	0,2	0,15	0,02	0,3	0,4	0,3	0,3	0,5	0,3	0,4
ℓAВ,м	0,6	0,7	0,8	0,65	0,75	0,85	0,9	,95	1,0	0,8
n 1,об/мин	120	150	180	90	120	240	270	300	60	30
φ,град	15	30	45	60	75	165	105	135	120	150
m 2,кг	60	70	80	65	75	85	90	90	100	80
m 3,кг	30	40	40	30	40	50	50	60	60	40
Js 2, кг·м ^2	1,6	1,4	1,8	1,5	1,6	1,2	1,4	1,8	1,0	1,2
Р nc, кН	4,0	5,0	6,0	3,0	7,0	8,0	9,0	7,5	6,5	5,0

 

 

Схема 5 (рис. 5, табл.5)

Рис. 5 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

 

Таблица 5

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,4	0,5	0,3	0,6	0,4	0,5	0,3	0,6	0,7	0,7
b, м	0,1	0,15	0,2	0,12	0,14	0,16	0,18	0,17	0,19	0,2
м	0,15	0,1	0,25	0,2	0,2	0,15	0,25	0,1	0,2	0,18
ℓAB, м	0,5	0,25	0,45	0,6	0,4	0,5	0,6	0,3	0,5	0,6
	0,5	0,6	0,4	0,7	0,5	0,6	0,5	0,6	0,7	0,7
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	150	135
n 1, об/мин	60	90	120	150	180	210	300	240	270	330
m 2, кг	100	110	80	90	120	130	80	50	60	45
m 3, кг	50	60	40	50	60	70	40	50	60	40
Js 2, кг·м^2	1,0	1,2	1,4	2,0	1,8	1,6	1,5	1,7	1,1	1,3
Js 3, кг·м^2	0,7	0,6	0,8	0,9	1,0	1,1	1,0	0,8	0,6	0,7
Р n c , кН	1,5	1,6	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0	1,7	2,0	0,8

 

Схема 6 (рис. 6, табл.6)

Рис. 6 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 6

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, м	0,2	0,2	0,35	0,22	0,6	0,28	0,26	0,34	0,26	0,2
b, м	0,1	0,05	0,07	0,11	0,36	0,09	0,08	0,07	0,08	0,1
ℓOA, м	0,15	0,2	0,25	0,2	0,25	0,2	0,25	0,3	0,2	0,2
ℓAB, м	0,4	0,5	0,5	0,45	0,6	0,5	0,4	0,45	0,5	0,4
	0,5	0,4	0,6	0,6	0,45	0,3	0,8	0,8	0,4	0,6
n 1, об/мин	120	150	180	210	240	270	300	360	90	60
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
m 2, кг	60	40	80	60	50	40	80	100	60	80
m 3, кг	50	30	60	50	40	30	60	80	40	60
Js 2, кг·м^2	2,0	1,8	1,6	1,8	1,4	1,5	2,0	1,6	1,8	1,4
Js 3, кг·м^2	1,2	0,8	1,0	1,2	1,0	1,4	1,5	0,9	0,8	0,6
Р nc, кН	1,1	1,3	1,2	1,4	1,5	1,6	1,7	1,0	1,4	1,3

 

Схема 7 (рис. 7, табл.7)

Рис. 7 Кривошипно-ползунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун.

 

Таблица 7

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0,4	1,0	2,0	1,5	0,8	0,6	1,2	0,7	1,0	0,3
ℓ AB, м	1,6	3,2	6,5	5,5	2,5	2,8	4,0	2,2	3,6	1,1
ℓАЕ, м	0,5	0,8	1,0	0,8	0,6	0,5	0,9	0,6	0,7	0,3
ℓOС= ℓAС, м	0,28	0,65	1,2	1,3	0,6	0,4	0,8	0,55	0,7	0,3
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
n 1, об/мин	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300
m 2, кг	100	200	300	150	80	60	120	70	100	40
m 3, кг	30	60	90	80	60	50	70	40	60	20
Js 2, кг·м^2	0,8	0,6	0,7	0,5	0,4	0,9	0,7	0,5	1,0	0,4
Р nc, кН	1,6	1,4	1,5	1,3	1,45	1,55	1,7	1,8	1,9	1,75

 

Схема 8 (рис. 8, табл.8)

Рис. 8 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 8

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0,55	0,75	0,9	1,15	1,3	1,5	1,7	2,0	0,22	0,24
ℓAB, м	1,8	2,4	2,8	3,5	4	5	5,4	6	0,6	0,64
ℓВС, м	1,5	1,6	2	3	3,5	3	3,5	5	0,55	0,6
ℓВЕ, м	0,3	0,4	0,5	0,5	0,3	0,4	0,5	0,6	0,3	0,25
ℓЕ D = ℓ D А, м	1,6	1,75	2	2,7	3,2	3,75	3,9	4,5	0,55	0,52
ℓОС, м	1,2	2	2,4	2,5	3	4	4,5	4	0,45	0,4
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
n 1, об/мин	60	90	150	120	180	210	270	240	300	30
m 1, кг	10	15	20	30	40	50	60	80	4	3
m 2, кг	30	50	60	90	120	150	200	240	15	20
m 3, кг	0,6	0,8	0,4	0,2	0,3	0,5	0,7	0,6	0,1	0,1
Js 2, кг·м^2	0,4	0,6	0,2	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,1	0,1
Js 3, кг·м^2	1,8	2,4	2,8	3,5	4	5	5,4	6	0,6	0,64
М, Н·м	30	40	50	20	80	70	90	100	10	20

 

Схема 9 (рис. 9, табл.9)

 

Рис. 9 Кривошипно-шатунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - коромысло.

Таблица 9

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0, 55	0,75	0,90	1,15	1,30	1,50	1,70	2	0,22	0,24
ℓAB, м	2,50	3,20	3,55	5	6	7	7,30	6,40	0,88	0,90
ℓ A Е, м	0,70	0,80	0,75	1,50	2	2,10	1,90	2,40	0,28	0,25
ℓ DB = ℓ DC, м	1,50	1,60	2	3	3,50	3	3,50	5	0,55	0,60
ℓВС, м	0,90	0,95	1,10	1,60	1,90	1,70	1,80	2,80	0,30	0,40
ℓОС, м	1,20	2	2,40	2,50	3	4	4,50	4	0,45	0,40
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
n 1, об/мин	120	90	60	30	150	180	210	240	270	300
m 1, кг	10	15	20	25	30	40	45	50	5	8
m2, кг	50	60	70	80	90	100	120	90	20	25
m 3, кг	30	40	45	50	55	60	70	50	10	15
Js 2, кг·м^2	0,60	0,80	1	0,40	0,60	0,60	0,80	1	0,20	0,40
Js 3, кг·м^2	0,80	1	1,20	0,60	0,80	1	0,60	1,20	0,40	0,20
М, Н·м	20	30	40	50	80	70	60	90	40	20

 

Схема 10 (рис. 10, табл.10)

Рис. 10 Кривошипно-ползунный механизм: 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун.

 

 

Таблица 10

Параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ℓOA, м	0,6	0,8	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2,4	0,2	0,4
ℓAB, м	1,8	2,4	3	3,4	3,6	4	5,5	6	0,7	0,8
ℓАЕ, м	0,8	1,2	0,8	1,8	0,9	2	2,5	0,8	0,2	0,3
ℓЕ D = ℓ D В, м	1,6	2,5	2,2	3,2	3	3,9	5	4	0,6	0,7
а, м	0,3	0,4	0,3	0,25	0,4	0,5	0,6	0,8	0,1	0,2
φ, град	15	30	45	60	75	90	105	123	135	150
n 1, об/мин	60	90	30	120	180	150	210	240	270	300
m 1, кг	10	20	30	40	50	60	70	80	5