Примерная программа дисциплины теория механизмов и машин Рекомендуется Минобразованием России для направлений подготовки (специальностей) в области техники и технологии

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

теория механизмов и машин

Рекомендуется Минобразованием России для направлений

подготовки (специальностей) в области техники и технологии,

сельского и рыбного хозяйства

Москва 2001г.

1. Цели и задачи дисциплины

1.1. Цель изучения дисциплины обеспечить подготовку студентов по основам проектирования машин, включающим знания методов оценки функциональных возможностей типовых механизмов и машин, критериев качества передачи движения, постановку задачи с обязательными и желательными условиями синтеза структурной и кинематической схемы механизма, построение целевой функции при оптимизационном синтезе, получение математических моделей для задач проектирования механизмов и машин.

1.2. Студент должен знать и уметь использовать:

основные виды механизмов, классификацию и их функциональные возможности и области применения;

методы расчета кинематических и динамических параметров движения механизмов, алгоритмы многовариантного анализа особенности установившихся и переходных режимов движения;

постановку задачи с учетом обязательных и желательных условий синтеза, построение алгоритмов и программ синтеза механизмов разных видов с использованием ЭВМ;

Динамика машин: методы учета податливости звеньев в реальных конструкциях машин, особенности колебаний в машинах и методы виброзащиты и виброизоляции машин и механизмов;

программное обеспечение автоматизированного расчета параметров характеристик механизмов и проектирование механизмов по заданным обязательным и желательным условиям синтеза и критериям качества передачи движения.

1.3. Учебная дисциплина “Теория механизмов и машин” является составной частью цикла дисциплин учебного плана, обеспечивающих подготовку специалистов инженерно-технических специальностей по основам проектирования машин.

Курс базируется на общенаучных и общетехнических дисциплинах. Наиболее широко используются: математика, физика, теоретическая механика, инженерная и машинная графика, вычислительная техника и информационные технологии, сопротивление материалов, технология конструкционных материалов, материаловедение.

В программе наряду с традиционными задачами дисциплины нашли отражение новые проблемы, продиктованные запросами современной техники.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

2.1. Студент по окончании изучения дисциплины должен уметь:

решать задачи и разрабатывать алгоритмы анализа структурных и кинематических схем основных видов механизмов с определением кинематических и динамических параметров характеристик движения;

проводить оценку функциональных возможностей различных типов механизмов и областей их возможного использования в технике;

выбирать критерии качества передачи движения механизмами разных видов;

формулировать задачи синтеза с учетом обязательных и желательных условий, разрабатывать алгоритмы и математические модели для частных задач синтеза механизмов, используемых в конкретных машинах;

пользоваться системами автоматизированного расчета параметров и проектирования механизмов на ЭВМ.

2.2. Студент по окончании изучения дисциплины должен приобрести навыки:

самостоятельно работать с учебной и справочной литературой;

самостоятельно проводить расчеты основных параметров механизмов по заданным условиям с использованием графических, аналитических и численных методов вычислений;

оформления графической и текстовой конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСПД;

использования при выполнении расчетов прикладных программ вычислений на ЭВМ;

самостоятельно разрабатывать алгоритмы вычислений на ЭВМ для локальных задач анализа и синтеза механизмов;

самостоятельного проведения экспериментов на лабораторных установках, планирования и обработки результатов экспериментов, в том числе и с использованием ЭВМ.

2.3. При проектировании машин и механизмов определяют такие параметры, которые не только удовлетворяют заданным геометрическим и кинематическим условиям, но являются и оптимальными с учетом дополнительных условий и ограничений. В связи с этим излагается общая постановка задачи, методы нахождения оптимальных решений на основе применения современной вычислительной техники. Конкретные методики оптимального проектирования при разной постановке задач намечается излагать при изучении разделов по проектированию функциональных механизмов, роботов и манипуляторов, систем машин и механизмов автоматического действия и управления их движением и в ряде других разделов. Практические навыки в овладении этими методами студенты получают при выполнении курсового проекта (работы).

2.4. Непрерывный рост нагруженности и быстроходности машин, повышенный уровень требований к точности выполнения требуемых движений ставят перед конструктором и технологом задачу учета динамических свойств механизмов и машин. В связи с этим в курсе студенты знакомятся с методикой формирования динамических моделей, с характеристиками упругих связей и их приведением, с анализом колебательных процессов, с методами снижения виброактивности машин и механизмов за счет выбора на стадии проектирования надлежащих динамических параметров, а также применения и расчета виброгасителей, амортизаторов, демпферов и других устройств.

2.5. Современные машины, особенно машины, работающие в механизированном и автоматизированном производстве, представляют собой систему механизмов и мехатронных устройств, объединенных в единый комплекс. В таком комплексе движение от двигателей к исполнительным элементам рабочих машин осуществляется с помощью передаточных устройств. При этом используются вспомогательные механизмы, а также устройства контроля, блокировки, регулирования и управления, обеспечивающие требуемую программу работы машин. Наряду с основными идеями теории машин-автоматов студенты знакомятся с методикой расчета циклограмм и тактограмм системы механизмов, с анализом и областью применения разных систем управления.

2.6. В связи с усложнением современных машин и механизмов, резким повышением требований к точности изготовления деталей, сборки узлов и машин, конструктор и технолог должны обладать определенными знаниями об экспериментальных методах исследования и диагностирования машин, в частности, о методах определения параметров движения, вибраций, деформаций, статических и динамических нагрузок, затрат мощности, жесткости звеньев, зазоров в подвижных соединениях, коэффициентов демпфирования, характеристик трения, декрементов колебаний и т.п. Наиболее полно этот раздел представлен в лабораторном практикуме, который должен быть оснащен соответствующим оборудованием.

2.7. Предусматривается обязательное применение ЭВМ студентами при курсовом проектировании и частичное применение в лабораторных занятиях и упражнениях с составлением простейших программ. Предусматривается изложение материала в форме, удобной как для ручного счета, так и для расчета на ЭВМ. Следует ссылаться на уточненные расчеты, реализуемые на ЭВМ. Однако недопустимо приучать студентов к бездумному расчету на ЭВМ и отучать от ручного счета.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

	Общая трудоемкость дисциплины
	180 часов	102 часа			68 часов
Виды учебной работы	Семестры
	4	5	4	5	4	5
Аудиторные занятия	84		50		34
Лекции	52		30		20
Практические занятия (ПЗ)	-		-
Семинары (С)	16		12		8
Лабораторные работы (ЛР)	16		8		6
Самостоятельная работа:	44	52	22	30	34
Курсовой проект (работа)	-	52	-	30
Расетно-графические работы, Домашние задания	14		10		20
Реферат	-
Самостоятельная проработка курса	30		22		14
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	Экз.	Зач.	Экз.	Зач.	Экз.

4. Содержание дисциплины

4.1. Основные разделы дисциплины

Учебная дисциплина состоит из трех разделов: механика машин, проектирование механизмов и программное обеспечение автоматизации проектирования механизмов и выполнения расчетов на ЭВМ и специальных курсов (модулей).

4.1.1. Раздел "Механика машин" изучают все студенты, так как рабочий процесс всякой машины (энергетической, технологической, транспортной и других), связанной с преобразованием энергии, материалов и информации, осуществляется посредством механического движения. Поэтому для проектирования и эксплуатации любой машины необходимо иметь знания, умения и навыки владения методами расчета и экспериментального определения параметров кинематических и динамических характеристик машин и механизмов. К важнейшим характеристикам относятся кинематические передаточные функции, силы и моменты в зависимости от рабочего процесса и изменения взаимного положения частей машины, приведенные параметры динамических моделей машин и механизмов и их изменение при движении, параметры колебаний в машинах и методы виброзащиты и виброизоляции.

4.1.2. Раздел "Проектирование механизмов" изучают студенты всех машиностроительных специальностей, так как механическое движение в машинах осуществляется с помощью механизмов. Для преобразования движения входных звеньев используют разные виды механизмов (зубчатые, рычажные, кулачковые, с переменной структурой). Специалист должен владеть знаниями, навыками и умениями оценивать функциональные возможности механизмов, рассчитывать показатели качества передачи движения, назначать критерии качества и проектировать структурную и кинематическую схему механизма по заданным обязательным и желательным условиям синтеза.

4.1.3. Раздел "Программное обеспечение автоматизированного проектирования механизмов" изучается дифференцированно с учетом специальности. Однако, все студенты должны иметь знания и навыки по методам создания математических моделей проектируемых и эксплуатируемых машин, устройств, установок, механизмов, позволяющих анализировать как установившиеся так и переходные процессы при работе машин, разрабатывать комплекс условий технического задания, системы алгоритмов на проектирование с учетом возможных кинематических, конструктивных, экономических ограничений и критериев качества передачи движения в механизмах и машинах.

4.1.4. Виды занятий, предусматриваемые программой

Рекомендуемое распределение аудиторной работы между разделами курса при заданных объемах дисциплины

	Наименование разделов	Объем курса в часах
	дисциплины	Лекции			Семинары			Лаб-ные раб.
2.1 2.2	Введение Механика машин	52 *	30 *	20 *	16	12	8	16	8	6
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7	Основы построения машин и меха- низмов Кинематические характеристики механизмов Исследование движения механизмов и машин с жесткими звеньями Силовой расчет механизмов и урав- новешивание роторов и механизмов Трение в машинах и механизмах Динамика машин и механизмов с учетом упругости звеньев Виброактивность и виброзащита машин	* * * * * * *	* * * * *	* * * * *	* * * *	* * * *	* * *	* * * *	* *	*
2.3	Проектирование механизмов
2.3.1 2.3.2 2.3.3. 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7	Синтез рычажных и манипуляцион- ных механизмов Методы синтеза механизмов с выс- шими парами Синтех зубчатых мех-мов (цилинд- рических, конических и червячных) Синтез многозвенных планетарных и волновых зубчатых передач Синтез кулачковых механизмов Синтез механизмов с переменной структурой Согласование движения исполни- тельных органов машин и мех-мов	* * * * * * *	* * * *	* * * *	* * *	* *	*	* *	* *	* *
2.4	Программное обеспечение автома- тизированного проектирования ме- ханизмов	Работа в вычислительном центре при выполнении домашних заданий, курсо- вой работы и курсового проекта

4.2. Содержание разделов дисциплины

4.2.1. Введение

Связь науки о проектировании машин и механизмов с другими областями знаний, с общетеоретическими и специальными дисциплинами. История развития науки о механизмах и машинах. Роль отечественных ученых в создании научных школ. Основные задачи учебной дисциплины.

4.2.2. Раздел 1 "Механика машин” (общие методы расчета кинематических и динамических характеристик движения и механического взаимодействия звеньев в механизмах и машинах).

4.2.2.1. Основы построения машин и механизмов.

Основные понятия: машина, механизм, кинематическая цепь, звено, кинематическая пара. Механизм как кинематическая основа технологических, энергетических, транспортных, информационных и других машин. Классификация кинематических пар. Число степеней свободы механизма. Обобщенные координаты и начальные звенья механизма. Избыточные локальные и структурные связи. Местные и групповые подвижности в механизмах. Проектирование механизмов с оптимальной структурой путем устранения избыточных связей или введением тождественных связей. Метод сборки кинематической цепи для выявления избыточных связей. Структурный анализ и синтез механизмов наслоением структурных групп по Ассуру. Структурные схемы манипуляторов.

4.2.2.2. Кинематические характеристики механизмов.

Основные виды механизмов, используемых в современном машиностроении. Механизмы с геометрическими, гибкими, гидравлическими, пневматическими и другими связями между звеньями. Входные и выходные звенья механизма.

Кинематические передаточные функции и отношения (аналоги линейных и угловых скоростей и ускорений). Графические, численные и аналитические методы вычисления кинематических передаточных функций. Метод центроид для определения кинематических характеристик механизмов с высшими парами. Метод векторных цепей, в том числе векторного замкнутого контура. Метод преобразования координат с использованием матриц перехода. Метод векторных уравнений и их графическое решение в форме планов положений, скоростей и ускорений. Особенность анализа кинематики пространственных механизмов, манипуляторов. Использование системы линейных уравнений и численных методов для расчетов кинематических передаточных функций на ЭВМ.

Примеры определения кинематических характеристик основных видов механизмов: кривошипно-ползунных (плоских и пространственных), четырехшарнирных, кулисных, кулачковых, зубчатых и планетарных, пространственных механизмов промышленных роботов и манипуляторов. Связь кинематических характеристик механизмов с надежностью машин. Примеры разработки алгоритмов для кинематического анализа групп и механизмов.

4.2.2.3. Исследование движения машин и механизмов с жесткими звеньями.

Силы, действующие в машинах, приборах и других устройствах и их характеристики. Динамическая модель механизма. Приведение сил и масс. Уравнение движения механизма и звена динамической модели в форме энергии и форме моментов (энергетической и дифференциальной формах). Режимы движения механизма. Аналитические и численные методы решения уравнения движения механизма. Качественное исследование уравнения движения механизма. Быстродействие механизмов машин и приборов при неустановившемся (переходном) режиме движения. Неравномерность движения машинного агрегата при установившемся режиме и назначение маховика. Динамический анализ механизма машинного агрегата при установившемся режиме и определение необходимого момента инерции маховых масс. Особенности динамического анализа механизмов с несколькими степенями свободы. Динамическое исследование манипуляторов. Применение ЭВМ при динамическом исследовании робототехнических систем.

4.2.2.4. Силовой расчет механизмов, уравновешивание роторов и механизмов.

Задачи силового анализа механизмов. Условия статической определенности механизма и его структурных групп. Аналитические методы силового расчета (система линейных уравнений для проекций сил) с использованием ЭВМ. Графические методы силового расчета механизмов (метод планов сил). Силовой расчет механизмов манипуляторов. Уравновешивающая сила (момент) и ее расчет по Жуковскому Н.Е. Силовое нагружение стойки механизма и основания (корпуса) машины. Уравновешивание сил инерции звеньев механизма. Статическая, моментная и динамическая неуравновешенности роторов и их устранение на стадиях проектирования и изготовления. Статическое и динамическое уравновешивание механизмов и роторов на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации машины.

Примеры повышения надежности и долговечности машин и механизмов при устранении неуравновешенности роторов и механизмов. Разработка принципиальных схем современного балансировочного оборудования, оснащенного автоматическими системами с использованием ЭВМ, и прогрессивной технологии устранения неуравновешенности. Гибкие роторы и их уравновешивание.

4.2.2.5. Трение и изнашивание в машинах и механизмах.

Взаимодействие элементов кинематических пар при относительном движении. Природа сил трения. Макроскопические и микроскопические уровни анализа причин возникновения трения и износа. Внутреннее и внешнее трение. Топография трущихся поверхностей. Физический контакт между поверхностями. Равновесная шероховатость и площадь касания поверхностей. Молекулярно-механическая теория внешнего трения. Трение скольжения, качения. Жидкостное трение.

Трение гидродинамической смазки и несущая способность подшипников.

Граничная смазка, несущая способность смазочных пленок. Твердые смазки. Упругодинамическая смазка при линейном и точечном контактах в зубчатых передачах и подшипниках качения.

Процессы износа металлов и эластомеров. Равномерное и неравномерное истирание элементов кинематических пар. Виды и стадии изнашивания. Основные закономерности изнашивания. Расчет износа контактных поверхностей разных кинематических пар. Использование внешнего и внутреннего трения для демпфирования динамических систем. Условия возникновения заедания.

Учет трения в кинематических парах при силовом расчете механизмов. Угол трения и круг трения в кинематических парах. Самоторможение в механизмах. КПД механизма и системы механизмов при их параллельном, последовательном и смешанном соединении. КПД основных видов механизмов.

4.2.2.6. Динамика машин и механизмов с учетом упругости звеньев.

Приведение жесткостей упругих звеньев механизма. Приведенный коэффициент сопротивления. Система дифференциальных уравнений движения машинного агрегата и его динамическая модель. Решение дифференциальных уравнений методом последовательных приближений с применением ЭВМ. Исследование влияния упругости звеньев на закон движения входного вала рабочей машины и на нагруженность передаточного механизма. Особенности влияния упругой муфты.

4.2.2.7. Виброактивность и виброзащита машин.

Источники колебаний и объекты виброзащиты. Колебательные процессы в переходных и установившихся режимах для машин с постоянными параметрами. Методы снижения виброактивности машин за счет рационального выбора динамических параметров и применения виброзащитных устройств. Виброизоляция машин. Линейные виброизоляторы. Динамические виброгасители. Ударные гасители колебаний. Поглотители колебаний с вязким и сухим трением. Управляемые виброзащитные системы. Виброзащита и надежность машин. Машины и механизмы для полезного применения вибраций. Вибрационные машины и их использование в технике. Особенности виброзащиты человека-оператора.

4.2.2.8. Экспериментальные методы исследования и диагностирования машин и механизмов.

Основные задачи экспериментального исследования машин и механизмов на стадиях проектирования, производства и эксплуатации машин. Планирование эксперимента. Методы определения параметров движения звеньев, статических и динамических нагрузок, характеристик трения, вибрации, мощности машин, зазоров в кинематических парах, жесткости звеньев, коэффициентов демпфирования, виброизоляции и динамичности.

4.2.3. Раздел 2 "Проектирование механизмов".

4.2.3.1. Синтез рычажных и манипуляционных механизмов.

Классификация механизмов по функциональным и структурным признакам.

Применение рычажных и шарнирных механизмов в транспортных, технологических, энергетических машинах, автоматических устройствах, приборах и установках. Методы многовариантного синтеза. Входные и выходные параметры при синтезе механизмов и ограничения. Применение ЭВМ при синтезе механизмов. Приближенный интерполяционный синтез и синтез механизмов по Чебышеву.

Постановка и классификация задач синтеза плоских рычажных механизмов. Синтез шарнирных и рычажных механизмов по заданному движению входных и выходных звеньев на основе геометрических связей между звеньями с учетом сборки и допускаемых углов давления. Условия существования кривошипа. Обязательные и желательные условия синтеза. Построение целевой функции. Выбор метода оптимизации. Вычислительные алгоритмы и программы синтеза рычажных механизмов на ЭВМ.

Задачи синтеза манипуляционных механизмов по заданным положениям ведомого объекта в пространстве. Структурный синтез манипуляторов и определение размеров их звеньев. Задание траектории движения схвата и законы движения отдельных звеньев.

Синтез двузвенных и трехзвенных незамкнутых кинематических цепей по заданным положениям твердого тела точки, прямой, плоскости в пространстве.

Оптимизационный синтез кинематических схем манипуляторов. Кинематический синтез пространственных механизмов по заданным положениям объекта с учетом геометрических характеристик: зоны, угла и коэффициента обслуживания, коэффициента неравномерности распределения возможных перемещений. Использование ЭВМ при синтезе механизмоа манипуляторов.

4.2.3.2. Метод синтеза механизмов с высшими парами.

Основная теорема зацепления плоских профилей. Скорость скольжения сопряженных профилей. Угол давления при передаче движения высшей парой.

Основное уравнение зацепления профилей в дифференциальной форме. Производящие поверхности и основные параметры станочного зацепления с исходным производящим контуром.

Синтез сопряженных профилей по методу преобразования координат, методу последовательных положений исходного производящего контура и методу положения нормалей к профилям. Графические методы профилирования. Вычислительные алгоритмы и программы для ЭВМ.

Критерии качества передачи движения механизмами с высшими парами.

4.2.3.3. Синтез зубчатых механизмов.

Виды зубчатых механизмов и области их применения.

Основные геометрические размеры и качественные показатели цилиндрических передач. Применение ЭВМ при проектировании цилиндрических передач с эвольвентным профилем.

Конические зубчатые передачи, области применения и их геометрический расчет.

Передачи Новикова, области их применения и расчет геометрических параметров.

Винтовые и червячные передачи и особенности расчета их геометрии. Гипоидная зубчатая передача и ее геометрические параметры.

4.2.3.4. Синтез многозвенных, планетарных и волновых зубчатых передач.

Планетарные зубчатые механизмы. Выбор схем планетарных зубчатых механизмов и расчет чисел зубьев колес. Бесступенчатые передачи с замкнутым дифференциалом и коробки скоростей.

Волновые зубчатые передачи и их геометрический расчет.

4.2.3.5. Синтез кулачковых механизмов.

Виды и назначения кулачковых механизмов. Закон движения выходного звена и его выбор при проектировании механизма. Критерии работоспособности механизма и расчет его основных размеров.

Расчет координат профиля на ЭВМ. Силовое замыкание высшей пары при ускоренном движении толкателя. Учет упругости звеньев при проектировании быстроходных механизмов. Программные подсистемы расчета механизмов на ЭВМ.

4.2.3.6. Синтез механизмов с переменной структурой.

Механизмы прерывистого действия. Проектирование мальтийских, храповых механизмов и других механизмов с остановами заданной продолжительности. Самонастраивающиеся, самоуправляемые и самозатягивающиеся механизмы.

4.2.3.7. Управление движением исполнительных органов машин и системы механизмов.

Сложные механизмы, составленные из разных видов простых механизмов. Согласование движения звеньев, объединенных в систему механизмов. Система управления по времени и по пути. Циклограммы и тактограммы системы механизмов. Схемы процессов работы машин. Функциональные схемы устройств, объединенных в автоматическую систему. Основные понятия об алгоритмах управления, автоматических управляющих устройствах и системах автоматического управления. Аналоговые и дискретные системы управления. Системы управления с помощью распределительных валов, командоаппаратов, копиров. Логический синтез систем управления машин-автоматов. Системы числового программного управления технологическими машинами, автоматическими манипуляторами, транспортными и накопительными устройствами. Комплексы автоматизированных машин в системах гибкого автоматизированного производства. Построение алгоритмов управления на основе решения обратных задач кинематики и динамики.

4.2.4. Раздел 3 “Программное обеспечение автоматизированного проектирования механизмов”.

4.2.4.1. Программные системы автоматизированного проектирования механизмов на ЭВМ.

Системный подход к проектированию механизмов и машин. Унификация методов и алгоритмов, используемых при проектировании и исследовании механизмов. Способы задания систем координат, кинематических пар, размеров звеньев, перемещений входных звеньев, силовых факторов, структуры механизма. Обеспечение автоматизированного ввода параметров механизма и диалоговой связи.

Критерии оптимизации при проектировании механизмов. Ограничения на входные и выходные параметры.

Подсистемы САПР и их использование при выполнении домашних заданий и курсовых проектов.

4.2.4.2. Система автоматизированных расчетов кинематических параметров и оценка функциональных возможностей рычажных механизмов

4.2.4.3. Система автоматизированного синтеза зубчатых зацеплений и зубчатых механизмов.

4.2.4.4. Система автоматизированного расчета силовых и динамических параметров машинного агрегата, оценка функциональных возможностей и динамический синтез механизмов.

4.2.4.5. Подсистемы САПР для автоматизированного ввода структуры модели и ее параметров, диалоговой связи, управления базами данных, обработки данных, обработки и вывода результатов при определении кинематических и динамических характеристик механизмов, машин и системы механизмов при выполнении домашних заданий и курсовых проектов.

Проведение вычислительных экспериментов на ЭВМ. Формирование математических моделей и вычислительных алгоритмов. Программные модули и составление основной программы. Проведение вычислений и анализ результатов.

4.3. Содержание практических занятий и самостоятельной аудиторной работы под контролем преподавателя

Практические занятия проводятся с целью закрепления материала, прочитанного на лекциях, развития навыков самостоятельной работы с научно-технической литературой, решения задач анализа и синтеза механизмов, разработки алгоритмов задач механики машины и решения их на ЭВМ. Предусматриваются многократные систематические проверки знаний с помощью карт рубежного контроля и контролирующих программ на ЭВМ.

Примерное название тем практических занятий

Плоские механизмы, оптимизация их структуры, выявление и устранение локальных и структурных избыточных связей.
Функции положения механизма и передаточные функции скорости, ускорения. Методы их определения. Алгоритмизация задач по определению передаточных функций и анализ программ для расчета кинематических характеристик на ЭВМ.
Работа в терминальных классах с использованием готовых программ системы автоматизированных расчетов.
Статические и динамические нагрузки в механизмах. Уравновешивание и виброзащита механизмов. Влияние динамических нагрузок на реакции в кинематических парах.
Силовой расчет механизмов. Разработка алгоритмов и программ для силового расчета. Работа в терминальных классах с использованием разработанных программам.
Определение закона движения машины в установившемся и переходных режимах работы (с учетом статической механической характеристики двигателя).
Рубежный контроль по разделу динамики машинного агрегата.
Цилиндрические эвольвентные зубчатые передачи. Выбор коэффициентов смещения. Алгоритмизация оптимального синтеза по качественным показателям.
Сложные зубчатые механизмы (рядовые и планетарные). Методы кинематического исследования и проектирования сложных зубчатых механизмов (выбор передаточных отношений, КПД, габариты и масса). Алгоритмизация задач проектирования.
Работа в терминальных классах с диалоговыми программами САРКП по синтезу зубчатых передач, планетарных и волновых передач.
Проектирование кулачковых механизмов с определением размеров по заданным условиям и ограничениям. Расчеты размеров и координат профиля кулачка кулачкового механизма на ЭВМ.
Рубежный контроль по синтезу механизмов с высшими кинематическими парами.
Составление динамической модели манипулятора промышленного робота, циклограммы его работы. Определение параметров циклограммы графоаналитическим методом и с использованием ЭВМ. Сравнение результатов расчета на ЭВМ с графоаналитическими построениями.

4.4. Курсовые проекты и работы

В зависимости от уровня подготовки студент выполняет курсовой или курсовую работу.

Курсовой проект по теории механизмов и машин по объему включает 3 - 4 листа чертежей формата А1 и расчетно-пояснительную записку (с приложением результатов расчетов на ЭВМ).

Задание на курсовой проект является комплексным, предусматривающим проектирование и исследование основных видов механизмов, объединенных в систему какой-либо машины, агрегата, промышленного робота, прибора или устройства.

В качестве примеров можно указать следующие темы проектов:

Проектирование и исследование механизмов шагового транспортера автоматической передачи заготовок.
Проектирование и исследование механизмов криогенного поршневого детандера.
Проектирование и исследование механизмов ДВС-компрессорной установки.
Проектирование и исследование механизмов управления летательного аппарата с уголковыми соплами.
Проектирование и исследование механизмов подъема и поворота схвата манипулятора.
Проектирование и исследование механизмов рулевого гидропривода.
Проектирование и исследование механизмов поворота платформы транспортной машины.
Проектирование и исследование механизмов брикетировочного автомата.
Проектирование и исследование механизмов поворота, устройств для закрывания, открывания и фиксации поворотных столов, рулевых машин, шасси и т.д.
Проектирование и исследование механизмов привода антенны радиолокатора.
Проектирование и исследование механизмов манипулятора для гибких производственных систем (ГПС).

Примерный перечень вопросов, разрабатываемых при курсовом проектировании:

Проектирование кинематической схемы с определением основных размеров, включая механизмы: рычажный, зубчатый, кулачковый.
Определение быстродействия механизма в переходном режиме при заданных нагрузках на ведущем и исполнительном звеньях.
Определение сил в кинематических парах при учете ускоренного движения звеньев.
Расчет износа элементов кинематических пар.
Проектирование планетарного зубчатого механизма при заданной передаточной функции с учетом условий соосности, смежности, технологичности и сборки с минимальными габаритами.
Проектирование кулачкового механизма, обеспечивающего заданный закон движения выходного звена с учетом условий действия сил.
Согласование движения механизмов с помощью циклограмм и тактограмм.
Статическое уравновешивание рычажных механизмов (с помощью противовесов или корректирующих масс на зубчатых колесах).
Виброизоляция и динамическое гашение колебаний.
Выбор параметров упругой муфты из условий виброзащиты двигателя.
Программное движение исполнительного звена манипулятора по заданной траектории и расчет фазовых координат приводов.

5. Содержание лабораторного практикума

Лабораторный практикум выполняется студентами с целью закрепления теоретических знаний, изучения современных методов экспериментального исследования структуры, кинематики и динамики машин и механизмов. При выполнении лабораторных работ студенты используют макеты и модели механизмов, экспериментальные лабораторные стенды и установки, оснащенные датчиками для измерения механических величин (перемещений, скоростей, ускорений, сил и моментов сил) с помощью которых исследуются параметры движения звеньев машины, вибрации, статические и динамические нагрузки, затраты энергии, характеристики трения в кинематических парах. Для математического моделирования исследуемых процессов и для обработки результатов экспериментов применяются современные компьютеры и специальное программное обеспечение. Перечень лабораторных работ, выполняемых студентом при изучении курса, определяется кафедрой с учетом имеющегося оборудования, специальности и объема часов по учебному плану.

Примерная тематика лабораторных работ по курсу:

Структурный анализ механизмов сложных машин.
Структурный и кинематический анализ механизмов манипуляторов.
Экспериментальное кинематическое исследование рычажного механизма.
Исследование точности позиционирования манипулятора промышленного робота.
Метрический синтез рычажных механизмов.
Индикаторная диаграмма и механические характеристики поршневого компрессора.
Моделирование динамики машинного агрегата с учетом упругости звеньев и статической механической характеристики двигателя на ЭВМ.
Динамическая балансировка ротора.
Экспериментальное исследование момента сил трения во вращательной кинематической паре.
Исследование процесса трения в поступательной кинематической паре.
Исследование КПД механизма (рычажного или редуктора).
Исследование влияния параметров станочного зацепления на геометрию эвольвентного зубчатого колеса.
Экспериментальное определение параметров зубчатой передачи.
Исследование эффективности виброзащитных систем.
Механические характеристики вибродвигателей и определение их параметров.
Экспериментальное определение инерционных параметров рычажного механизма методом вибродиагностики.
Программирование движений манипулятора промышленного робота.
Исследование закона движения толкателя кулачкового механизма.

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература

а) Основная литература

Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988. – 640 с.
Теория механизмов и механика машин: Учебник для втузов/ Под ред. К.В. Фролова. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1998. – 496 с.
Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1979. – 576 с.
Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин: Учебное пособие для втузов./ Под ред. К.В. Фролова. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1998. – 351 с.
Механика машин: Учебное пособие для втузов./ И.И.Вульфсон, М.Л.Ерихов, М.З.Коловский и др.; Под ред. Г.А.Смирнова М.: Высшая школа, 1996. – 511 с.

б) Дополнительная литература.

Список дополнительной литературы устанавливается кафедрой. Рекомендуется использовать следующие издания:

Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы. Справочник. М., 1985. – 272 с
Вибрации в технике: Справочник. Т.6, М.: Машиностроение, Изд. 2-е. 1998.- 456 с
Основы балансировочной техники. М.: Машиностроение, 1992.-464 с.
Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. – 592 с.
Трение, изнашивание, смазка: Справочник в 2-х кн., М.:Машиностроение,
кн.. 1, 1978.- 400 с.; кн. 2, 1979. – 358 с.
Левитская О.Н.,Левитский Н.И.Курс теории механизмов и машин. М.,1993.– 268 с
Коловский М.З. Динамика машин. Л.: Машиностроение, 1989. – 264 с.
Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. Л.: Машиностроение, 1976. – 328 с.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Перечень компьютерных программ:

А) обучающие:

ТММ11-программа для обучения и контроля знаний студентов по разделу “Структурный анализ механизмов”.
ТММ-КП-программно-методический комплекс для обучения и выполнения расчетных работ по курсовому проектированию.
LEARNING SPACE - программный комплекс для контроля и обучения студентов в системе дистанционного обучения.

Б) контролирующие:

ТММ-ТЕСТ - программа рубежного контроля знаний студентов по основным разделам курса.
EXAM1 - программа рубежного контроля знаний студентов в среде Windows.

В) расчетные:

ДИАДА, МАЙНСАР, САРЦМ- универсальные программы расчета кинематики и сил в плоских рычажных механизмах.
ZUB- программа расчета эвольвентных зубчатых передач.
TMKUL - расчет кулачковых механизмов.
PLAN- синтез планетарных механизмов.
AR2, PR2 - кинематический и силовой расчет кривошипно-ползунного механизма.
FOUR, T35 и др. - кинематические и силовые расчеты других различных типовых рычажных механизмов.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для оснащения лабораторного практикума в 1970-80 гг. был разработан типовой комплект оборудования, включающий установки для исследования виброзащиты, балансировки роторов, исследования кинематики и динамики машинного агрегата, исследования кинематики и сил в кулачковом механизме, профилирования эвольвентного зубчатого колеса, а также кулачковый командоаппарат, систему автоматизированного циклового управления, модели шестизвенных манипуляторов. В настоящее время разрабатывается новый комплект типового лабораторного оборудования по курсу ТММ. Завершен этап разработки экспериментальной учебной лаборатории (ЭУЛ) “Механика машин и механизмов”. Комплект экспериментального оборудования включает:

Комплект моделей ТММ 97-1 для проведения лабораторной работы по структурному анализу сложных плоских механизмов.
Модели четырехзвенных механизмов ТММ 97-2 для проведения лабораторной работы по метрическому синтезу.
Установка по исследованию КПД рычажного механизма ТММ 97-3.
Установка для моделирования процесса нарезания зубьев эвольвентных колес по способу огибания ТММ 97-4.
Установка для исследования динамических процессов в машинном агрегате ТММ 98-5.
Установка для динамической балансировки роторов ТММ 98-6.
Установка для силового и кинематического анализа кулачковых механизмов ТММ 98-7.
Установка для экспериментального исследования эффективности виброзащитных устройств ТММ 98-8.

Кроме того широко используются установки ранних лет выпуска (60-70 гг.):

ТММ- 1 - установка для балансировки роторов.
ТММ-42 - прибор для профилирования эвольвентных зубьев.
ДП-4 - установка для исследования КПД редуктора.
ДП-16 - установка для исследования момента трения в подшипнике.
ТММ-32а - установка для исследования процесса трения.
Поршневой одноцилиндровый компрессор.
Электродинамический вибростенд ВЭДС.

8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

Содержание программы соответствует максимальному количеству часов – 180час. В примерной программе дисциплины приведены виды и объемы в часах учебной работы для всех направлений подготовки, утвержденных Минобразованием России. Так как количество часов на дисциплину определяется направлениями подготовки бакалавров и дипломированных специалистов и находится в пределах от 68 до 180 часов, то кафедры конкретных учебных заведений корректируют содержание того или иного раздела программы и виды учебной работы с учетом конкретного направления подготовки.

В программе дисциплины предусмотрена работа, выполняемая студентами под непосредственным руководством преподавателя в аудитории, дисплейном классе или в лаборатории (аудиторная самостоятельная работа) и внеаудиторная самостоятельная работа при выполнении курсовых проектов и работ, домашних заданий, рефератов, научно-исследовательской работы, проработки учебного материала с использованием учебника, учебных пособий, дополнительной методической и научной литературы. Формы организации самостоятельной работы студентов, определяются технологическими картами и рабочими программами, разрабатываемыми кафедрами с учетом специальности, учебного плана и фактическими возможностями конкретного вуза.

Рекомендуются следующие формы:

1. Самостоятельная работа студентов с обучающими программами в дисплейных классах. Обучающие программы ориентированы на проработку наиболее сложных разделов курса : новых разделов, не нашедших своевременного освещения в учебной литературе, на изучение методики постановки и решения задач проектирования конкретных механизмов с определением числовых значений параметров характеристик движения и т.п.

2. Самостоятельная работа с обучающими программами, ориентированными на подготовку к проведению лабораторных работ, практических занятий, самостоятельной работы под руководством преподавателя.

3. Подготовка рефератов и докладов по отдельным вопросам, не нашедших надлежащего освещения при аудиторных занятиях. Темы рефератов выбираются студентом самостоятельно или рекомендуются преподавателем. Студентам даются указания о привлекаемой научной и учебной литературе по данной тематике.

4. Проведение самостоятельной работы в аудитории или лаборатории под непосредственным руководством преподавателя в форме разработки алгоритмов решения задач, прикладных задач в форме модулей для ЭВМ, сдачей устного коллоквиума, рубежного контроля и т.д.

5. Проведение бесед типа “круглого стола” с ограниченной группой студентов 4-5 чел. для углубленной проработки, анализа и оценки разных вариантов решения конкретных задач проектирования и принятие решений в условиях многовариантных задач синтеза механизмов.

6. Проведение экспериментов и научных исследований при наличии соответствующей лабораторно-экспериментальной базы. Работа проводится под руководством преподавателя, завершается научным отчетом, докладом, рукописью статьи для публикации.

7. Выполнение курсовых проектов (работ) в объеме, предусмотренном настоящей программой. Конкретные задания разрабатываются кафедрой с учетом специальности, уровня подготовки и рекомендаций программ по дисциплине.

Кафедры ВУЗов выбирают те или иные формы самостоятельной работы студентов с учетом конкретных возможностей, рекомендаций специальных кафедр, могут и должны предлагать, использовать и совершенствовать иные варианты.

Все виды самостоятельной работы увязываются с графиком изучения соответствующих разделов при аудиторных занятиях, завершаются обязательным контролем со стороны преподавателя, результаты которого учитываются при подведении итогов работы студента за семестр при сдаче зачетов и экзаменов по дисциплине.

Программу составили:

Фролов К.В. -

Мачихин С.А. -

Мусатов А.К. -

Желиговский А.В. -

Пантелеев С.И. -

Плахтин В.Д. -

Попов С.А. -

Пуш А.В. -

Тимофеев Г.А. -

профессор Московского государственного технического университете, академик РАН

профессор Московского государственного университета пищевых производств

профессор Московского государственного технического университета

профессор Московской госдарственной академии приборостроения и информатики

профессор Московского государственного авиационного института (технического университета (МАИ)

профессор Московского государственного открытого универститета

профессор Московского государственного технического университета

профессор Московского государственного технологического университета (Станкин)

профессор Московского государственного технического университета

Программа одобрена на заседании Научно-методического совета по теории механизмов и машин Министерства образования Российской Федерации.

22 ноября 2000г., протокол № 3.

Председатель НМС по

теории механизмов и машин

Минобразования РФ К.В. Фролов

Blog