МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный горный университет»

Кафедра теоретической и прикладной механики

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ОПД.Ф.02.02. ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА Направление подготовки 130400 «Горное дело»

Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»

Форма обучения:

очная Москва

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины является формирование у студентов основ знаний, выработка профессиональных умений и первичных навыков в области теории механизмов и машин и деталей машин, их проектирования, включая анализ и синтез механических систем, их функциональную классификацию, кинематический, геометрический, силовой расчёты, а также конструирование типовых деталей и узлов, необходимых при изучении специальных профилирующих дисциплин, а также инженеру в его практической деятельности.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Получаемые знания.

По разделу «Теория механизмов и машин» студенты должны знать: основные понятия и определения в области структуры механизмов; основы классификации механизмов и машин; методы кинематического и силового исследования механизмов; классификацию сил действующих на звенья механизмов; методику определения сил и моментов сил трения, действующих в кинематических парах; структуру и основные зависимости, определяющие параметры механизмов вращательного движения; методы уравновешивания и балансировки при вращательном движении.

По разделу «Детали машин» студенты должны знать: основные понятия и определения в области деталей машин; критерии работоспособности деталей машин и сборочных единиц (узлов); технико-экономические характеристики и область рационального применения различных видов соединений, механических передач и их деталей; методику расчёта на прочность и жёсткость деталей и узлов (сборочных единиц) машин; традиционные конструктивные формы деталей и узлов (сборочных единиц).

Получаемые умения.

По разделу «Теория механизмов и машин» студенты должны уметь:

осуществлять структурный и кинематический анализ механизмов различных видов, включая: определение степени подвижности кинематических цепей и механизмов, построение траектории звеньев, перемещений, скоростей и ускорений звеньев механизмов; производить синтез механизмов. Определять параметры и производить анализ кинематических схем механизмов передач вращательного движения. Определять КПД механизмов и силы трения, и моменты сил трения в кинематических парах.

По разделу «Детали машин» студенты должны уметь: читать и разрабатывать чертежи деталей и узлов машин, производить проектировочные и проверочные расчёты деталей и узлов машин; осуществлять конструирование деталей и узлов машин; осуществлять оценку рациональности выбора типажа и конструкций деталей и узлов машин; осуществлять выбор материалов и виды упрочнения рабочих элементов деталей и узлов машин.

Получаемые навыки.

В результате освоения дисциплины студенты должны овладеть навыками:

определения кинематических, геометрических, прочностных и конструктивных параметров деталей, узлов, механизмов и машин;

использования технической, справочной, нормативной литературы и каталогов по деталям, сборочным единицам (узлам), машинам и механизмам.

Объем дисциплины и виды учебной работы Виды учебной работы Всего, час. семестр Общая трудоемкость дисципли- 120 ны Аудиторные занятия 51 Лекции 34 Практические занятия 17 Самостоятельная работа 69 Расчетно-графические работы 50 Реферат 19 Вид итогового контроля экзамен

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № Разделы дисциплины Всего Лекции ПЗ низмов передач вращательного движения (механических передач).

вращательного движения Раздел II. Детали машин.

шипники и муфты 4.2.1. Раздел I. Основы теории механизмов.

4.2.1.1. Введение.

Предмет и задачи курса. Базовые науки. Основные понятия и определения: механизм, машин, машинный агрегат, комплекс машин. Функциональная классификация машин: машины-двигатели, энергетические машины;

рабочие машины, транспортирующие и трансформирующие машины. Основные характеристики и требования, предъявляемые к механизмам, машинам и машинным агрегатам. Краткий исторический очерк о становлении и развитии прикладной механики, как науки.

4.2.1.2. Структура и классификация механизмов.

Основные понятия и определения: звенья, кинематические пары, кинематические цепи. Классификация кинематических пар и кинематических цепей. Степень подвижности кинематических цепей. Структурные формулы кинематических цепей, определение степени подвижности кинематической цепи: формула Сомова-Малышева, формула Чебышева. Структурная классификация кинематических цепей по Ассуру-Артоболевскому. Структурный анализ механизмов. Принципы формирования механизмов.

Структурно-функциональная классификация механизмов.

Рычажные (стержневые) механизмы. Классификация звеньев в зависимости от вида совершаемого ими движения – кривошип, шатун, ползун, балансир (коромысло), кулиса, кулисный камень. Разновидности механизмов:

кривошипно-ползунный, кривошипно-балансирный, кулисный, кулиснопоршневой и др. Область и примеры рационального применения различных видов механизмов, в том числе в горной технике.

Кулачковые механизмы. Принцип действия. Структура и классификация кулачковых механизмов. Конструктивные формы кулачковых механизмов в зависимости: от вида движения кулачка и толкателя; конструкции и расположения толкателя, вида замыкания пары кулачок-толкатель и т.д.

Примеры и область применения кулачковых механизмов в автоматических устройствах механического принципа действия.

Механизмы передач вращательного движения. Назначение, разновидности, структура механизмов передач вращательного движения. Механизмы с передачей движения при помощи трения и зацепления; механизмы с непосредственным контактом ведущего и ведомого элемента в паре и с гибкой связью между ведущим и ведомым элементами. Понятие об ускорительных и замедлительных механизмах. Понятие о передаточном отношении. Храповые, винтовые и другие виды механизмов.

4.2.1.3. Исследование кинематики механизмов.

Основные задачи кинематического анализа. Методы решения задач кинематического анализа стержневых механизмов: графический (метод геометрических мест, графическое дифференцирование, графическое интегрирование), графоаналитический (метод планов скоростей и ускорений), построение планов положений звеньев и траекторий точек звеньев механизма, аналитический метод кинематического анализа.

4.2.1.4. Кинематика и геометрия механизмов передач вращательного движения (механических передач).

Преобразование угловых скоростей, мощностей, крутящих моментов на валах механических передач. Конструктивные формы механических передач: функционная, зубчатая, червячная, ременная, цепная. Сравнительные характеристики различных форм механических передач.

Зубчатая передача. Разновидности видов зацепления зубчатых передач:

эвольвентное, циклоидальное, круговинтовое (зацепление М.Л. Новикова).

Передачи цилиндрическая и коническая. Геометрические и кинематические параметры цилиндрических и конических зубчатых колёс с наружными и внутренними зубьями, передаточное отношение, модуль, диаметры - начальные, делительный, вершин, впадин, межосевые расстояния, передаточное число, углы при вершине начальных конусов конических колёс. Элементы геометрии и кинематики эвольвентного зацепления. Основной закон зацепления. Элементы зацепления: основная окружность, линия зацепления, угол зацепления, дуга зацепления, коэффициент перекрытия и др. Методы нарезания зубчатых колёс: метод копирования, метод обкатки. Режущий инструмент для нарезания зубьев. Понятие о минимальном числе зубьев зубчатого колеса. Явление подрезания зубьев. Зубчатое зацепление со смещением.

Многозвенные зубчатые механизмы: многоступенчатая зубчатая передача;

зубчатый механизм, представляющий из себя ряд последовательно зацепляющихся колёс; планетарные и дифференциальные зубчатые механизмы. Передаточное отношение многозвенных зубчатых механизмов. Аналитический и графический методы исследования кинематики зубчатых механизмов.

4.2.1.5. Динамика механизмов.

Классификация сил, действующих на звенья механизма. Механические характеристики машин и механизмов. Приведённые массы, моменты инерции, силы, моменты сил. Уравнение движения машины в дифференциальной форме и в форме уравнения работ. Три стадии движения механизма. Силовое исследование механизма, метод кинетостатики. Механический коэффициент полезного действия. Определение механического коэффициента полезного действия для машин с последовательным соединением механизмов, параллельным соединением механизмов.

4.2.1.6. Трение в кинематических парах.

Классификация трения. Трение скольжения и качения. Понятия и свойства: коэффициент трения, конус трения, круг трения. Трение в поступательных парах; трение в клинчатом ползуне, использование эффекта клинчатого ползуна в технике. Трение в винтовой кинематической паре, КПД винтовой пары. Трение в цапфах. Трение в пятах, трение в кольцевой пяте. Трение качения. Перемещение груза на катках и колёсах.

4.2.1.7. Устранение неравномерности вращательного движения.

Понятие о регуляторах и маховиках. Уравновешивание вращающихся масс. Статическая и динамическая балансировка. Вибронагруженность и виброзащита машин.

4.2.2. Раздел II. Детали машин.

4.2.2.1. Основные понятия и определения.

Общие сведения о деталях и узлах машин. Основные требования, предъявляемые к ним.

Основные понятия и определения: деталь, узел, сборочная единица.

Критерии работоспособности деталей машин. Основы теории надёжности.

Машиностроительные материалы и точность изготовления.

Основные сведения о допусках и посадках.

4.2.2.2. Соединения деталей машин.

Неразъёмные соединения. Заклёпочные соединения. Их техническая характеристика и области рационального применения. Конструктивные формы заклёпок и заклёпочных швов. Основные расчётные соотношения для заклёпочных швов.

Сварные соединения. Краткие сведения о способе сварки и технологии сварки наплавлением и контактной сварки. Конструкция сварных швов. Расчётные соотношения для сварных швов.

Разъёмные соединения. Резьбовые соединения. Виды резьб применяемых в машиностроении: крепежные и грузовые резьбы. Болтовые соединения. Конструктивные формы болтов, винтов и гаек. Конструкция наиболее распространённых топов соединений: напряжённые и ненапряжённые соединения, соединения при расположении деталей в нахлёстку, в стык с накладками, эксцентрично нагруженные, болтовые соединения и др. Основные расчётные соединения для болтов и элементов резьбы.

Другие виды соединений (краткие сведения): клиновые, штифтовые, банонетные, кулачковые; соединения клеевые и соединения загибкой. Соединения «вал-втулка».

Шпоночные соединения. Конструктивные формы шпонок: призматические, клиновые, сегментные, тангенциальные – их свойства, характеристика и область рационального применения. Стандарты на шпонки. Методика подбора и расчёт призматических шпонок на деформацию среза и смятие.

Зубчатые (шлицевые) соединения. Разновидности зубчатых соединений в зависимости от формы зубьев и способов центрирования. Свойства и область применения зубчатых соединений различных типов. Методика подбора и проверочного расчёта элементов зубчатых соединений.

4.2.2.3. Механические передачи.

Зубчатые передачи. Основные технико-экономические характеристики и область их рационального применения. Цилиндрическая и коническая передачи. Классификация зубчатых передач (прямозубая, косозубая, шевронная и др.). Силы действующие в зацеплении зубьев зубчатых колёс.

Виды разрушения зубьев зубчатых колёс: выкрашивание активных поверхностей зубьев, вызванное действием переменных контактных напряжений; усталостный излом зубьев, абразивный износ зубьев, хрупкий излом зубьев, явление заедания и др.

Стандарт на расчёт зубчатых передач: расчёт на контактную выносливость активных поверхностей зубьев; расчёт на выносливость по напряжениям изгиба; расчёт на действие пиковых нагрузок. Основные расчётные соотношения. Понятие о расчётной нагрузке. Материалы и виды термообработки рабочих поверхностей зубьев. Определение допускаемых напряжений при расчётах на изгиб и контактную выносливость.

Конструктивные формы зубчатых колёс. Основные расчётные соотношения для определения размеров конструктивных элементов зубчатых колёс.

Редукторы: основные конструктивные и кинематические схемы. Стандарты на параметры редукторов. Коробки перемены передач (коробки скоростей).

Передача с круговинтовым зацеплением М.Л.Новикова. Основы кинематики, геометрии зацепления. Эксплутационные свойства и область рационального применения.

Червячная передача. Принцип действия. Основные кинематические и геометрические параметры КПД червячной передачи. Свойство самоторможения. Материалы элементов червячных передач. Основы прочностного расчёта. Технико-экономические характеристики и область рационального применения червячной передачи.

Ременная передача. Разновидности ременных передач: плоскоремённая, клиноремённая, зубчато ременная передача. Принцип действия ремённой передачи. Усилия в ветвях ремённой передачи. Виды скольжения ремня по шкивам. Материалы и конструкция ремней. Стандарты на ремни. Основы расчёта плоскоремённой и клиноремённой передач. Конструктивные схемы ремённых передач. Технико-экономические и сравнительные характеристики различных видов передач. Область рационального применения.

Цепная передача; конструктивные формы и принцип действия. Конструктивные разновидности цепей. Стандарты на цепи. Основы прочностного расчёта и подбор параметров. Свойства, сравнительные характеристики, области рационального применения цепной передачи.

4.2.2.4.Детали передач. Оси, валы, подшипники и муфты.

Валы и оси. Назначение, выбор расчётных нагрузок и расчётных схем.

Критерии работоспособности валов и осей, их конструкции при различных видах нагружения. Проектировочный и проверочный расчёт валов и осей.

Оси и валы равного сопротивления. Материалы осей и валов. Техникоэкономические и эксплутационные характеристики. Область рационального применения.

Опоры осей и валов. Подшипники скольжения. Конструктивные формы, материалы, смазка, область применения, расчёт.

Подшипники качения. Классификация, конструктивные формы, критерии работоспособности. Подбор подшипников по динамической грузоподъмности. Методика проверочного расчёта. Определение долговечности подшипников. Область рационального применения.

Муфты. Назначение, классификация, конструкции наиболее распространённых типов муфт. Область применения и эксплуатационные характеристики каждого типа.

4.2.2.5. Амортизаторы и корпусные детали.

Пружины и амортизаторы. Конструктивные формы, основы расчета и конструирования. Технико-экономические характеристики, область рационального применения.

4.2.2.6. Заключение.

Общие вопросы и принципы проектирования и конструирования. Стадии конструирования деталей, узлов и машин. Принципы оптимизации и автоматизированного проектирования.

5.1. Функционально-практическая классификация механизмов – 2ч.

5.2. Структурная классификация механизмов – 2ч.

5.3. Определение степени подвижности механизмов и кинематических цепей – 2ч.

5.4. Построение планов скоростей и ускорений – 2ч.

5.5. Исследование кинематики стержневых механизмов аналитическим методом – 2ч.

5.6. Выдача и разъяснение расчётно-графического домашнего задания.

Геометрия цилиндрических зубчатых колёс – 2ч.

5.7. Геометрия конических зубчатых колёс. Определение передаточного отношения многоступенчатых зубчатых передач – 2ч.

5.8. Методы нарезания зубьев зубчатых колёс. Демонстрация режущего инструмента и процесса нарезания зубьев на модели – 2ч.

5.9. Планетарные зубчатые механизмы. Определение кинематических параметров аналитическим и графическим способами – 2ч.

5.10. Определение КПД различных видов механических передач – 2ч.

5.11. Определение угловых скоростей, мощностей и крутящих моментов на валах зубчатых механизмов – 2ч.

5.12. Расчётно-графическое домашнее задание №2. Расчёт зубчатой передачи на контактную выносливость активных поверхностей зубьев. Определение расчётных коэффициентов. Ознакомление со справочными таблицами содержащими сведения о материалах зубчатых колёс – 2ч.

5.13. Конструкция зубчатых колёс. Определение размеров элементов зубчатых колёс – 2ч.

5.14. Расчёт валов: определение диаметров валов. Конструкция валов.

Расчёт шпоночных соединений. Ознакомление с таблицами стандартов на размеры элементов шпоночных соединений – 2ч.

5.15. Подшипники качения. Рассмотрение примера подбора и проверочного расчёта подшипников качения. Ознакомление с таблицами стандартов на подшипники качения и образцами подшипников качения – 2ч.

5.16. Сварные соединения. Примеры расчёта. Ознакомление со стандартами на обозначение швов, материалы электродов, типы швов – 2ч.

5.17. Болтовые соединения. Примеры расчётов. Стандарты на резьбы.

Стандарты и нормали на болты, гайки, шайбы, стопорные устройства. Ознакомление с натурными образцами элементов болтовых соединений – 2ч.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

а) основная литература 1. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин: Учебник для вузов – 12 издание - М.: Высшая школа, 2. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование. Учебное пособие для студентов технических вузов, М.: Высшая школа, 2005.

3. Дунаев П.Ф. Курсовое проектирование: Учебное пособие для вузов.

М.: Машиностроение, 2007.

4. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу деталей машин. М.: Машиностроение, 5. Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование деталей машин.

Учебное пособие, М.: Машиностроение, 2005.

6. Рачек В.М., Воронин Б.В., Вьюшина М.Н. и д.р. Прикладная механика. Методические указания и задания по самостоятельным расчетнографическим работам. МГГУ, М., 2007 г. (150 экз.) 7. Рачек В.М., Воронин Б.В., Вьюшина М.Н. и д.р. Прикладная механика. Учебное пособие. МГГУ, М., 2008 г. (150 экз.) б) дополнительная литература 8. Мостаков В.А., Моисеенко Е.И., Рачек В.М. и др. Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие по курсовому проектированию.

МГГУ, М., 2006.

9. Анурьев В. Справочник конструктора – машиностроителя в 3-х томах. 9 изд. М.: Машиностроение, 2005.

10. Ряховский О.А. Атлас конструкций узлов и деталей машин. Изд.

МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005.

в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

11. Microsoft Excel.

20. Курс лекций по дисциплине в формате презентации.

21. www. detalmach.ru. Электронный учебный курс для студентов.

22. www.planer8.narod.ru/e. Учебники и руководства по курсовому проектированию по дисциплине «Детали машин и основы конструирования».

23. ngo-az.org. Конспект лекций по дисциплине «Детали машин».

24. Учебно-методические материалы по дисциплине, представленные на сайтах кафедры: tpmmsmu.narod.ru, tpm-msmu.narod.ru, allmechanics.narod.ru, mexcaf.narod.ru, mehanixx.narod.ru Организация занятий по дисциплине возможна как по обычной (традиционной) технологии, так и по технологии группового модульного обучения с проведением всех видов работ (аудиторных занятий и самостоятельной работы обучающихся) в специальных автоматизированных аудиториях, оснащенных современным мультимедийным оборудованием.

Лекционные занятия проводятся преимущественно в виде учебной презентации в поточных аудиториях, оборудованных современными мультимедийными средствами. Учебные (раздаточные) материалы предоставляются обучающимся для ознакомления и изучения, основные положения лекционных занятий конспектируются. Отдельные темы предлагаются для самостоятельного изучения с обязательным составлением конспекта и последующим контролем выполнения.

Практические занятия проводятся в компьютерных классах «415» ( компьютеров, проектор, интерактивная доска, доступ в Интернет) и «517» ( компьютеров, проектор, доступ в Интернет) с использованием необходимого прикладного программного обеспечения и наглядных пособий.

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Компьютерный класс «415» (20 компьютеров, объединенных в локальную сеть, проектор, интерактивная доска, доступ в сеть Internet с каждого компьютера).

7.2. Компьютерный класс «517» (10 компьютеров, объединенных в локальную сеть, проектор, доступ в сеть Internet с каждого компьютера).

7.3. Специализированные аудитории «411» и «417», оснащенные комплектами демонстрационных плакатов, макетов, моделей, натурными образцами узлов и деталей машин и механизмов, комплектом видеофильмов по основным разделам дисциплины.

8. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

8.1. Методические рекомендации преподавателям.

При чтении лекций и на практических занятиях представляется целесообразным:

- постановка проблемы по основным разделам с указанием области возможного использования излагаемого на лекции материала в других разделах или предстоящей инженерной деятельности;

- максимальная иллюстрация излагаемого теоретического материала примерами из горной техники и технологии, приближенными к конкретной специальности и специализации;

- использование наряду с традиционными, новых обучающих технологий: «Лекции вдвоем» (например, при изложении методов определения КПД механизмов), «Лекция-пресс-конференция» (например, в разделе «Геометрия зубчатых передач» после выдачи расчетно-графических домашних заданий), в равной степени, как и других форм обучения:

- максимальное пользование технических плакатов, слайдов, кино и видео фильмов. Так, например, представляется полезной демонстрация видеофильма «Зубчатое зацепление» и др.;

- на практических занятиях необходимо демонстрировать модели механизмов, натурные образцы деталей и сборочных единиц машин, редукторов и т. п.;

- рекомендуется знакомить студентов с таблицами государственных и отраслевых нормалей, стандартов, а также нормалей передовых проектноконструкторских и научно-исследовательских учреждений отрасли: «Гипроуглемаш», «ЦНИИподземмаш», ИГД им. Скочинского и т.п.;

- практиковать реферирование студентами интересующих их проблемных разделов курса, подготовку докладов на научных конференциях и научных статей по результатам и материалам НИРС;

- использование собственного передового научно-педагогического опыта профессорско-преподавательского состава для совершенствования учебного процесса, развития интереса к изучаемому материалу у студентов, формирования у них прочных знаний, умений, навыков.

8.2. Методические рекомендации студентам:

- приступать к выполнению расчётно-графических домашних заданий сразу после их выдачи и решать поставленные в них задачи синхронно с изложением учебного материала на лекциях и практических занятиях;

- с целью выработки навыков определения структурных, кинематических, геометрических параметров машин и механизмов проявлять максимальную активность при решении задач на практических занятиях с возвращением к решению тех же или аналогических задач самостоятельно с закрытым конспектом;

- использовать часы консультаций для ознакомления с имеющимися на кафедре стандартами, отраслевыми нормалями, справочниками, каталогами, а также с моделями механизмов, натурными образцами деталей, сборочных единиц, редукторов;

- при изучении учебного материала следует уделять внимание установлению возможности использования теоретических положений в практической инженерной деятельности;

- при рассмотрении структуры кинематических цепей следует добиться развития навыка определения степени подвижности – одного из критериев определяющих возможности использования данной кинематической цепи при синтезе механизмов;

- особое внимание необходимо обратить на зубчатые механизмы – наиболее распространённые в современной, в том числе и горной, технике и технологии; развить навыки чтения кинематических схем, определения кинематических и геометрических параметров этих механизмов;

- при изучении раздела КПД сложных механизмов следует освоить методику определения этой важнейшей энергетической характеристики для реальных схем различных горных машин.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки бакалавров и дипломированных специалистов по специальности 070600 Физические процессы горного и нефтегазового производства, Дмитрак Ю.В., профессор, МГГУ, Вержанский П.М., профессор, МГГУ, Фальк И.Н., профессор, МГГУ, Воронин Б.В., доцент, МГГУ, Вьюшина М.Н., доцент, МГГУ.

Программа одобрена на заседании кафедры теоретической и прикладной механики от 16 марта 2011 г., протокол № 7.

Зав. каф. ТПМ,