МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Металлургический институт

(наименование факультета)

«УТВЕРЖДАЮ

Директор МИ Чупров В.Б.

« » _2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

(МОДУЛЯ)

«ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН »

Направление подготовки: 151000 «Технологические машины и оборудование»

Профиль подготовки: «Металлургические машины и оборудование»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр очная Форма обучения:

г. Липецк – 2011 г.

Содержание 1. Цели и задачи освоения учебной дисциплины 2. Место учебной дисциплины в структуре ООП бакалавриата 3. Формирование компетенций обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины 4. Структура дисциплины 4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы 4.2. Содержание и виды учебных занятий 4.3. Содержание дисциплины 5. Образовательные технологии 6. Оценочные средства 6.1.Примеры вопросов к зачету по курсу ТММ 6.2. Примеры задач по курсу ТММ 6.3. Примеры заданий на расчетно-графическую работу по курсу ТММ 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 7.1. Литература 7.2. Программное и коммуникационное обеспечение 8. Материально-техническое обеспечение Цели и задачи освоения учебной дисциплины 1.

Целью изучения дисциплины является формирование знаний и умений у будущих специалистов в области анализа и синтеза типовых механизмов и их систем.

Задачами курса является разработка общих методов исследования структуры, геометрии, кинематики и динамики типовых механизмов и их систем.

2. Место учебной дисциплины в структуре ООП бакалавриата Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированные у обучающихся в результате обучения в средней общеобразовательной школе и в результате освоения дисциплин ООП подготовки бакалавра "Физика", "Математика", "Теоретическая механика", "Инженерная графика", "Информатика" и др.

Данная дисциплина обеспечивает взаимосвязь изучаемых дисциплин названного цикла и предваряет изучение таких профильных дисциплин, как:

«Детали машин и основы конструирования» и др. Программы кинематического и динамического анализа механизмов и машин с помощью ЭВМ, изучаемые студентами в курсе ТММ, могут непосредственно использоваться при выполнении курсовых проектов по специальным дисциплинам, а также при дипломном проектировании.

3. Формирование компетенций обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по направлению «Металлургические машины и оборудование»

- умеет применять стандартные методы расчета при проектировании деталей и узлов изделий машиностроения (ПК-21);

- способен принимать участие в работах по расчету и проектированию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации проектирования (ПК-22).

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

порядок проектирования машин и механизмов, способы их исследования, выбор оптимальных решений.

Освоив материал дисциплины, студент должен уметь:

разрабатывать схемы машин и механизмов, рассчитывать их параметры, знание которых необходимо для воплощения схемы в конструкцию.

По окончании курса, студент должен владеть:

методами кинематического и динамического анализа механизмов и машин для определения функциональных возможностей их применения в машиностроении, а также решения этих задач с использованием ЭВМ.

Данная дисциплина изучается в течение одного семестра. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часа.

Самостоятельная работа всего, в том числе: п/п Структурный анализ и Кинематический, диКинематика»

намический и силовой анализы механизмов Колебания и трение в Зубчатые передачи № Наименование раздела Содержание раздела дисциплины п/п дисциплины 1 Структурный анализ и 1.1. Введение. Основные понятия теории синтез механизмов - 6 механизмов и машин (машина, механизм, часов деталь, звено, кинематическая пара, кинематическая цепь и т.д). Классификация кинематических пар. Структурная формула 1.2. Основные виды механизмов (кривошипно-ползунный, шарнирный 4-х звенник, Кинематический, ди- 2.1 Кинематический анализ и синтез механамический и силовой низмов (кривошипно-ползунного, шарниранализы механизмов - ного 4-х звенника, кулисного). Графочасов аналитический и аналитический способы.

2.2 Динамический анализ и синтез механизмов. Характеристика сил. Динамическая модель машины. Приведение сил и масс. Выбор двигателя. Уравнения и режимы движения машинного агрегата. - 4 ч.

Колебания и трение в 3.1 Колебания в механизмах. Неуравновемеханизмах – 4 часа шенность роторов. Линейные и нелинейные 3.2. Вибрация. Вибро-активность и виброзащита. Динамическое гашение колебаний.

Зубчатые передачи 4.1 Зубчатые передачи. Основная теорема – 8 часов зацепления. Способы изготовления эвольвентых зубчатых колес. Передача Новикова.

Передаточные меха- 5.1. Фрикционные вариаторы. Кулачковые низмы - 4 часа передачи. Мальтийские механизмы. Автомобильный дифференциал. Муфта свободного хода. Храповый механизм – 4 ч.

Рекомендуемые образовательные технологии: лекции, практические занятия, самостоятельная работа студентов.

Используются активные и интерактивные формы обучения (разбор конкретных ситуаций, обсуждение отдельных разделов дисциплины, разбор примеров расчета). В сочетании с внеаудиторной работой это способствует формированию и развитию профессиональных навыков и соответствующих компетенций у обучающихся.

Для закрепления знаний студентов по отдельным разделам курса «Теория механизмов и машин» проводятся практические занятия, целью которых является формирование навыков самостоятельной работы по решению задач.

Метод деловых игр используется косвенно в виде модели научного обсуждения. Это развивает способность студента к коллективному мышлению и совместной выработке решения. В качестве темы обсуждения рекомендуется установление соответствия между хорошо знакомым явлением и изученным законом.

а) в каких случаях сила трения выполняет полезную, а в каких, вредную работу;

б) что является механическим аккумулятором энергии в механизмах;

в) в чем заключаются преимущество и недостатки графо-аналитического метода кинематического анализа машин и механизмов;

г) каково предназначение автомобильного дифференциала в приводе автомобилей;

д) почему шарнир Гука передает угловую скорость переменного значения.

Метод моделирования проблемных ситуаций можно использовать так же, как и предыдущий. В качестве обсуждаемой проблемы здесь используется ситуация, имевшая место при решении практической задачи или эксплуатации рассматриваемого привода технологического оборудования. Вместе с тем такие приемы рекомендуются применять только с наиболее успевающими студентами (прежде всего для выявления склонности к научной работе) в порядке индивидуального собеседования и во время консультаций.

Метод компьютерных технологий является высокоэффективным даже при наиболее простом использовании – машинном контроле полученного ответа, т.к. является наиболее объективным. Этот метод также эффективен при решении оптимизационных или многовариантных задач, например, выборе материала для расчета зубчатых передач на прочность, при подборе подшипников по статической и динамической грузоподъемности и т.д.

При изучении дисциплины «Теория механизмов и машин» планируется применение следующих образовательных технологий:

- применение технических средств обучения – проекторов с показом учебных фильмов, flash-роликов, слайдов, применение наглядных пособий в виде плакатов, схем механизмов, которые имеются по всем разделам изучаемой дисциплины, а также натурных образцов узлов и деталей машин.

- применение в учебных лабораториях кафедры макетов механизмов, разрезанных образцов узлов и деталей машин, редукторов и зубчатых передач различных типов, а также действующих макетов и стендов, демонстрирующих работу механизмов различных схем и исполнений.

- для оптимизации конструкции отдельных узлов приводов возможно применение типовых программ анимации и расчета механизмов, имеющихся в компьютерном классе кафедры (например, лицензионной программы «КОМПАС»

или «Контур»).

Оценочные средства составляются преподавателем самостоятельно при ежегодном обновлении банка этих средств. Количество вариантов зависит от числа обучающихся.

1. Расскажите об особенностях рычажного механизма вашей установки (название механизма, назначение механизма, название звеньев, число степенен свободы, условия связи в кинематических парах, количество кинематических пар в механизме).

Расскажите о структурном анализе механизма, использованного в задаче (входные и выходные звенья, начальное звено и обобщенная координата, структурные группы, образующие механизм, избыточные связи).

Какие конструктивные ограничения наложены на плоскую схему рычажного механизма (число степеней свободы для плоской и пространственной схемы механизма, наличие избыточных связей)? Какие ограничения на движение звеньев или относительное расположение элементов кинематических пар наложены при плоском варианте схемы механизма?

Внесите изменения в кинематическую схему рычажного механизма, необходимые для устранения избыточных связей в случае отсутствия ограничений на относительное расположение осей кинематических пар и поверхностей элементов кинематических пар (параллельность, соосность, перпендикулярность и т. д.).

Расскажите о синтезе рычажного механизма (исходные данные для проектирования, ограничения на движение входного и выходного звеньев, основное условие синтеза, дополнительные условия синтеза, положения центров масс звеньев, массы и моменты инерции звеньев).

Расскажите о кинематических характеристиках рычажного механизма (входное и выходное звенья, кинематические передаточные функции звеньев, совершающих вращательное, поступательное, плоское движение, как определялись кинематические передаточные функции).

Расскажите об определении кинематических передаточных функций рычажного механизма графическим методом (планы возможных положений и скоростей). Какова последовательность кинематического анализа? Какие уравнения использованы при построении планов возможных скоростей?

Расскажите о последовательности кинематического анализа рычажного механизма вашей установки. Какие векторные уравнения между кинематическими параметрами были использованы? Как определяли направления векторов относительных скоростей точек? Как определяли направления угловых скоростей звеньев? Как пользовались масштабами (или масштабными коэффициентами) при графическом методе кинематического анализа рычажного механизма?

Расскажите о блок-схеме подпрограммы расчетов кинематических передаточных функций с применением ЭВМ. Проанализируйте результаты расчетов и поясните использование величин, выведенных на печать.

Расскажите об использовании при выполнении курсового проекта величин параметров, рассчитанных с помощью ЭВМ при выполнении этапа «Определение кинематических характеристик рычажного механизма».

Дайте анализ сил, действующих на входные и выходные звенья механизма. Расскажите о способе задания исходных данных и их преобразовании для решения задачи об определении закона движения механизма под действием заданных сил.

Расскажите о классификации сил, действующих на звенья механизма, о факторах, от 13.

которых зависят действующие силы.

Запишите уравнения движения звеньев механизма в форме интеграла энергии и 14.

уравнение движения динамической модели механизма.

Расскажите о переходе от реального механизма к его динамической модели, которая 15.

была использована при анализе движения механизма. Какие параметры характеризуют динамическую модель и от каких переменных они зависят?

Как определить кинетическую энергию отдельных звеньев вашего рычажного механизма, механизма в целом? При каком значении обобщенной координаты кинетическая энергия достигает максимального значения?

Расскажите о приведенном моменте инерции динамической модели и охарактеризуйте его составляющие. Какие уравнения были использованы при определении приведенного момента инерции механизма (модели)?

Расскажите о приведенном суммарном моменте сил, приложенном к динамической 18.

модели. Дайте характеристику составляющих суммарного приведенного момента сил и напишите уравнения, которые были использованы при расчетах.

Запишите уравнения движения звеньев механизма и динамической модели в форме 19.

интеграла энергии. Какая последовательность решения этих уравнений была вами реализована при динамическом анализе поставленной задачи?

Расскажите о режиме движения механизма. Какие условия необходимы для обеспечения установившегося режима движения? Как они были обеспечены при выполнении курсового проекта?

Расскажите о коэффициенте неравномерности движения механизма. Какие параметры оказывают влияние на коэффициент неравномерности движения?

Как определяли необходимый момент инерции маховика? Как изменится неравномерность движения механизма, если маховик установить на тихоходном (или на быстроходном) валу вашей установки?

Как определяются движущий момент на входном валу и суммарная работа сил, приложенных к звеньям механизма?

Как определить мощность приложенных сил и моментов на входном и выходном 24.

звеньях механизма?

Как определить продолжительность кинематического цикла при движении механизма при переходном режиме?

Расскажите о причинах, влияющих на изменение угловой скорости входного звена.

26.

Можно ли уменьшить колебания угловой скорости входного звена при установившемся режиме? От каких параметров механизма это зависит при заданных размерах звеньев?

Расскажите о влиянии массы и силы тяжести звеньев механизма на изменение угловой скорости входного звена.

Объясните назначение и роль маховика при движении механизма. От каких переменных и постоянных параметров зависит необходимый момент инерции маховика?

Расскажите о силовом расчете механизма (задача силового расчета, использованный 29.

метод и основные уравнения).

Как определяли главные векторы и главные моменты инерции для каждого из звеньев стержневого механизма?

В какой последовательности выполнялся силовой расчет механизма? Как было использовано условие статической определимости группы звеньев?

Проанализируйте векторные уравнения сил, использованные при силовом расчете. В 32.

чем состояла цель силового анализа и как она была достигнута?

Была ли проведена оценка погрешностей вычислений при силовом расчете относительно расчетов, выполненных при определении закона движения механизма под действием заданных сил? Каковы результаты этой оценки?

В какой последовательности проводится силовой расчет с учетом сил трения в кинематических парах? От каких параметров зависят силы трения в кинематических парах?

Как определить механический коэффициент полезного действия? Как определить 35.

среднюю мощность трения в механизме?

Поясните, как влияет угловое ускорение звеньев первой группы (связанных с начальным звеном постоянным передаточным отношением) на реакции в кинематических парах входного звена.

Расскажите о методике определения угловых ускорений звеньев при силовом расчете 37.

механизма.

Проиллюстрируйте применение основной теоремы зацепления на примере эвольвентной зубчатой передачи (покажите сопряженные профили, контактную точку и ее геометрическое место в процессе взаимодействия профилей, полюс зацепления, отрезки, отношение которых определяет передаточное отношение передачи).

Расскажите о параметрах исходного производящего контура. Какие поверхности называются сопряженными поверхностями? производящими поверхностями?

Что называется зубчатым зацеплением? станочным зацеплением? Какие линии являются начальными в зубчатом и станочном зацеплениях?

Рассмотрите основные свойства эвольвентного профиля зубчатого колеса.

41.

Перечислите основные свойства эвольвентного зацепления и проиллюстрируйте их 42.

применение в зубчатом зацеплении.

Как влияет относительное положение исходного производящего контура на размеры 43.

проектируемого колеса и качественные показатели зубчатой передачи?

Какие технологические методы используют для образования боковых поверхностей 44.

цилиндрических зубчатых колес?

Отличаются ли угол зацепления и угол станочного зацепления? При каких условиях 45.

Покажите углы профиля в точках эвольвенты на делительной окружности и на окружности вершин.

Покажите основные параметры зубчатого зацепления и расскажите, от каких факторов они зависят.

Расскажите о подрезании зубьев. Как обеспечивается в станочном зацеплении образование зуба без подрезания? Покажите на чертеже отрезки, пропорциональные смещениям исходного контура относительно заготовки в радиальном направлении и в направлении движения контактной точки профилей.

Расскажите о линии зацепления в эвольвентном зацеплении и в станочном зацеплении. От каких величин зависит длина активной линии зацепления?

Что характеризует коэффициент торцового перекрытия? Покажите отрезки на чертеже, отношение которых равно коэффициенту перекрытия в эвольвентном зацеплении.

Что характеризует коэффициент удельного скольжения профилей в зубчатом зацеплении? Покажите, от каких параметров на чертеже зависит скорость скольжения в контактной точке профилей. Как определить коэффициент скольжения в граничных точках активной линии зацепления?

6.2. Примеры задач по курсу ТММ (МУ1878):

Задача № Задача № Задача № 6-7 и 6- Задача № О бозначен ие 7-11.

О бозначение 6.3 Примеры заданий для расчетно-графического задания Выполнить синтез механизма, произвести его структурный, кинематический и силовой расчеты. Правильность вычислений проверить с помощью метода Н.Е. Жуковского.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Основная:

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. – М.: Наука – 1988 – 639 с.

2. Структура механизмов и машин: Учеб. пособие/А.И. Смелягин. – М.: Высш.

шк., 2006. – 306 с.: ил.

3. Учебные задания для самостоятельной работы студентов по курсу ТММ / Бондаренко П.А.,.Ганул Е.В. ЛГТУ. Кафедра ПМ. – Липецк. – 2008.

4. Фролов К.В. и др. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа. – 1987 – 496 стр.

5. Фурсов Б.Т. Синтез и исследование рычажных механизмов./ Методические указания к курсовой работе для студентов механических и машиностроительных специальностей – Липецк. – 2003 – 21 стр.

Дополнительная:

1. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред) и др. – М.:

Машиностроение, Динамика и прочность машин. Теория механизмов и машин. Т. 1-3. В 2-х кн. Кн. 1/ К.С. Колесников и др. – 1994. – 534 с., ил.

2. Механика машин: Учеб. пособие для ВТУЗов/ И.И.Вульфсон, М.Л.Ерихов, М.З.Коловский и др; Под ред. Г.А.Смирнова. – М.: Высш. шк., 1996 – 511 с.: ил.

3. Филонов И.П. Теория механизмов, машин и манипуляторов / Филонов И.П.

– Минск: Дизайн ПРО, 1998 – 656 с.

7.2. Программное и коммуникационное обеспечение Учебная дисциплина обеспечена учебно-методической документацией и материалами. Ее содержание представлено в сети Интернет и локальной сети вуза (факультета). Для обучающихся обеспечена возможность оперативного обмена информацией с отечественными и зарубежными вузами, предприятиями и организациями, обеспечен доступ к современным профессиональным базам данных, информационным справочным и поисковым системам.

8. Материально-техническое обеспечение Учебно-лабораторная база дисциплины ТММ представляет собой комплекс из 2 учебных лабораторий, обеспечивающих проведение лабораторно-практических работ в полном объеме, предусмотренном учебным планом.

В составе кафедры имеется компьютерный класс, и необходимая оргтехника (всё – в стандартной комплектации для практических занятий и самостоятельной работы); доступ к сети Интернет (во время самостоятельной подготовки и на практических занятиях):

8.1.Вычислительная лаборатория (ауд. 221). 6 ПК INTEL Сeleron 2400 MHz / DDR 256 Mb / HDD 80 Gb, Samsung Sync Master 19.

8.2.Рулонный принтер формата А1.

Автор: к.т.н., доцент Бондаренко П.А.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры прикладной механики «_21» 01 2011 г., протокол № _ Заведующий кафедрой прикладной механики» _ /Попов В.С./ Председатель ОПН, зав кафедрой «Металлургического оборудования»