РП Теория машин и механизмов 160400.65 2012

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью освоения дисциплины «Теория механизмов и машин» является освоение
студентами методов и анализа и синтеза механизмов различного назначения, связанных с их
структурой, кинематикой и динамикой и создание у студентов научной базы для
последующего изучения общеинженерных и специальных дисциплин.
Задача дисциплины:
Подготовка инженеров аэрокосмических специальностей, способных решать задачи,
связанные с вопросами исследования, анализа и расчета механических систем в части
структуры, кинематики и динамики.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО:
Дисциплина С.3.Б.7 «Теория механизмов и машин» входит в базовую часть
профессионального цикла (С-3). Знания, получаемые в ходе изучения данной дисциплины,
могут быть использованы при выполнении расчетов по специальным дисциплинам, а также
могут быть полезны при выполнении научно-исследовательских работ студентов.
Для освоения дисциплины необходимо знать:
1) курс высшей математики;
3) курс информатики;
4) курс физики;
5) курс инженерной графики;
6) курс теоретической механики.
3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «Теория механизмов и машин»
В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие
результаты образования:
знать: основы строения, кинематики и динамики механических систем, методы анализа и
синтеза механизмов различного назначения;
уметь: анализировать и рассчитывать механические системы в части структуры, кинематики
и динамики;
владеть: методами расчета механических систем
В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие
общепрофессиональные компетенции:
оценивать основные теории и концепции, границы их применения (ОК-2);
способность использовать в профессиональной деятельности знания и методы,
полученные при изучении математических и естественнонаучных дисциплин (ПК-1);
владение культурой мышления и знанием его общих законов, пониманием особенности
инженерно-технического подхода к профессиональным проблемам (ПК-3);
понимание роли математических и естественнонаучных наук и способность к
приобретению новых математических и естественнонаучных знаний, с использованием
современных образовательных и информационных технологий (ПК-4);
способность планировать проведение эксперимента, разрабатывать техническое задание и
программу проведения экспериментальных работ (ПК-29);
готовность с использованием компьютерных технологий проводить лабораторные,
стендовые и диагностические испытания, а также обрабатывать и анализировать полученные
результаты (ПК-32);
готовность сравнивать результаты экспериментов и теоретических расчетов, делать
необходимые выводы и проводить верификацию математических моделей изделия для
прогнозирования возможных нештатных ситуаций при его эксплуатации (ПК-33).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «Теория механизмов и машин»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 108 час
№
п/п
Модуль дисциплины
Виды учебной работы
1
Модуль
1
положения.
механизмов»
«Общие 2
Структура
4
10
2
Модуль 2 «Кинематика 6
шарнирно-рычажных
механизмов»
4
22
3
Модуль
3
механизмов»
«Динамика 6
4
20
4
Модуль 4 «Механизмы с 4
высшими кинематическими
парами»
4
22
5
Подготовка к зачету
Лекции
(час.)
Практи
ческие
занятия
(час.)
Лаборат
орные
раб.
(час.)
СРС
(час.)
Формы
контроля
текущего
Посещение
лекций.
Опрос по теме.
Расчетнографическая
работа (задача№1)
Промежуточный
тест по модулю
Посещение лекций.
Опрос по теме.
Расчетнографическая
работа (задача №
2)
Промежуточный
тест по модулю
Посещение лекций.
Опрос по теме.
Промежуточный
тест по модулю
Посещение
лекций.
Расчетнографическая
работа (задача №
3)
Контрольная
работа
Итоговый тест
5 .СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ И ТЕМ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1 ЛЕКЦИИ
Модуль 1 «Общие положения. Структура механизмов» Механизм, машина, машинный
агрегат. Задачи курса «Теория механизмов и машин». Звено и кинематическая пара механизма.
Число степеней свободы и число условий связи кинематической пары, классификация
кинематических пар. Кинематические цепи. Механизм, как Кинематическая цепь. Степень
пространственного и плоского механизмов. Структура и классификация плоских механизмов по
Л.В. Ассуру. Структурный анализ механизмов.
Модуль 2 «Кинематика шарнирно-рычажных механизмов» Общие положения,
элементарные механизмы, образование многозвенных механизмов из элементарных. Исходные
данные, задачи и методы кинематического анализа. Кинематическая определимость групп
Ассура. Порядок кинематического анализа. Построение планов положений рычажных
механизмов. Построение планов скоростей и ускорений. Определение угловых скоростей и
угловых ускорений звеньев. Частные положения механизмов.
Модуль 3 «Динамика механизмов» Задачи силового анализа механизмов и методы их
решения. Рычаг Жуковского Н.Е. для определения уравновешивающей силы. Уравновешивание
роторов. Уравновешивание механизмов на фундаменте. Трение в механизмах и машинах.
Современная молекулярно-механическая теория трения. Основные факторы влияющие на
трение. Трение в кинематических парах. Приведение сил и масс. Режимы движения машинного
агрегата. Определение условий, обеспечивающих требуемый режим движения машины.
Модуль 4 «Механизмы с высшими кинематическими парами» Достоинства и
недостатки кулачковых механизмов, основные виды. Диаграммы движения толкателя.
Механизмы с роликовым толкателем: силовая работоспособность, теорема о положении центра
вращения кулачка, определение основных размеров. Механизмы с плоским толкателем:
выпуклости профиля, определение минимального радиуса кулачка. Построение профиля
кулачка. Классификация зубчатых колес и зубчатых передач. Эвольвента окружности.
Геометрические параметры зубчатого колеса. Рядовая передача. Дифференциальные и
планетарные передачи, их кинематический анализ. Условия синтеза планетарных передач.
5.2 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
 Структурный анализ механизмов с низшими кинематическими парами.
 Структурный анализ механизмов с высшими кинематическими парами. Условия
эквивалентной замены высших пар.
 Графоаналитический метод кинематического исследования рычажных механизмов.
 Силовой расчет рычажных механизмов.
 Приведение сил и масс.
 Расчет маховика приближенным методом.
 Кинематический анализ зубчатых передач с неподвижными осями.
8.Кинематический анализ планетарного механизма.
6. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ
№
№ раздела (темы)
Трудоемкость
Форма (вид) самостоятельной работы
дисциплины
в часах
п/п
Модуль
1
«Общие Вопросы для самостоятельного изучения: 6
положения. Структура Избыточные
связи
в
механизмах.
механизмов»
Рациональные механизмы.
1
Выполнение расчетно-графической работы
№ 1 «Структурный анализ механизмов»;
Подготовка к промежуточному тесту.
2
3
4
5
Модуль 2 «Кинематика Вопросы для самостоятельного изучения: 15
шарнирно-рычажных
Синтез шарнирного четырехзвенника и
механизмов»
кривошипно-ползунного механизмов по
трем положениям ведущего и ведомого
звеньев. Определение угловых скоростей и
угловых ускорений звеньев рычажного
механизма.
Частные
положения
механизмов.
Выполнение расчетно-графической работы
№ 2 «Кинематический анализ рычажных
механизмов»;
Подготовка к промежуточному тесту.
Модуль 3 «Динамика Вопросы для самостоятельного изучения: 20
механизмов»
Балансировка. Методы балансировки.
Подготовка к промежуточному тесту.
Модуль 4 «Механизмы с Вопросы для самостоятельного изучения: 15
Кулачковый механизм с плоским
высшими
толкателем. Угол давления и угол
кинематическими
передачи в кулачковых механизмах.
парами»
Определение КПД редукторов.
Выполнение расчетно-графической работы
№
3
«Кинематический
анализ
планетарных механизмов»;
Подготовка к промежуточному тесту.
Подготовка к зачету
Подготовка к итоговому тесту.
6.1 Подготовка конспектов по темам на самостоятельное изучение
Модуль 1 «Общие положения. Структура механизмов» Избыточные связи в
механизмах. Рациональные механизмы.
Модуль 2 «Кинематика шарнирно-рычажных механизмов» Синтез шарнирного
четырехзвенника и кривошипно-ползунного механизмов по трем положениям ведущего и
ведомого звеньев. Определение угловых скоростей и угловых ускорений звеньев рычажного
механизма. Частные положения механизмов.
Модуль 3 «Динамика механизмов» Балансировка. Методы балансировки.
Модуль 4 «Механизмы с высшими кинематическими парами» Кулачковый механизм с
плоским толкателем. Угол давления и угол передачи в кулачковых механизмах. Определение
КПД редукторов.
7.МАТРИЦА КОМПЕТЕНЦИИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Компетенции
ПК-4
Разделы
Модуль
1
ПК-29
ОК-2
ПК-32
ПК-1
ПК-3
ПК-33
+
+
+
+
+
+
Итого
Σ
Общее
количество
компетенц
ия
7
«Общие
положения.
Структура
механизмов»
Модуль
2
«Кинематика
шарнирнорычажных
механизмов»
Модуль
3
«Динамика
механизмов»
Модуль
4
«Механизмы
с
высшими
кинематическими
парами»
Итого:
+
+
+
+
+
+
+
7
+
+
+
+
+
+
+
7
+
+
+
+
+
+
+
7
4
4
4
4
4
4
4
28
+
8.ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
При чтении лекций по данной дисциплине используется такой неимитационный метод
активного обучения, как «Проблемная лекция». Перед изучением модуля обозначается
проблема, на решение которой будет направлен весь последующий материал модуля. При
чтении лекции используются мультимедийные презентации.
При выполнении лабораторных работ используются прием интерактивного обучения
«Кейс-метод»: выдается задание студентам для подготовки к выполнению работы; с
преподавателем обсуждается цель работы и ход её выполнения; цель анализируется с разных
точек зрения, выдвигаются гипотезы, делаются выводы, анализируются полученные
результаты.
В качестве инновационных методов контроля: промежуточные и итоговые тесты.
В интерактивной форме проводятся 4 часов лекций и 8 часов практических занятий.
9.
ОЦЕНОЧНЫЕ
СРЕДСТВА
ДЛЯ
ТЕКУЩЕГО
КОНТРОЛЯ
УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
И
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
9.1 Контролирующий тест, контрольная работа
Промежуточный контролирующий тест проводится по модулям 1-4. В каждом тестовом
задании от 10 до 15 вопросов или задач. Итоговый контролирующий тест проводится в виде
контрольной работы, охватывающей материалы всех модулей с целью выявления
теоретических знаний, практических умений и аналитических способностей студентов.
9.2 Вопросы к зачету
1. Введение в механику. Место и роль ТММ в науке о механике. Связь ТММ с общетехническими
дисциплинами.
2. Определение механизма машины. Блок-схема машинного агрегата.
Классификация машин.
3. Прибор, механическое приспособление, аппараты, машина-автомат, автоматическая линия,
промышленные роботы.
4. Структура механизмов. Понятие звена. Виды и названия звеньев механизмов. Структурные и
кинематические схемы механизмов.
5. Структура механизмов. Кинематическая пара, элементы кинематической пары. Виды
кинематических пар: плоская и пространственная, низшая и высшая.
6. Структура механизмов. Классификация кинематических пар по числу условий связи. Примеры
кинематических пар 1-5 классов.
7. Кинематические цепи: плоские и пространственные, открытые и замкнутые. Пример открытой
кинематической схемы манипулятора.
8. Структурный анализ механизмов. Расчет степени подвижности плоских и пространственных
механизмов. Условия эквивалентной замены высших кинематических пар.
9. Цель и последовательность структурного анализа механизмов. Пассивные связи и лишние
степени свободы (избыточные). Расчет избыточных степеней свободы.
10. Классификация механизмов. Структурные группы Ассура. Определение класса и порядка гр.
Ассура. Класс и порядок механизма. Формула строения. Виды двух поводковых групп Ассура.
11. Кинематический анализ рычажных механизмов. Цель и задачи кинематического анализа. Их
характеристики и особенности.
12. Графические методы кинематического анализа на примере шарнирного 4-х звенника. План
положений механизмов. Понятие аналогов скорости и ускорений, их связь с действительными
величинами. Понятие масштабного коэффициента.
13. Графочисленный метод кинематического анализа на примере кривошипно-кулисного
механизма. Свойства планов скоростей и ускорений.
14. Методы синтеза рычажных механизмов (метрический и оптимизационный синтез, синтез
направляющих механизмов).
15. Метрический синтез шарнирного четырехзвенника по трем положениям ведущего и ведомого
звеньев.
16. Силовой расчет рычажных механизмов. Цель и задачи силового расчета. Классификация сил,
действующих в механизме.
17. Расчет уравновешивающего момента на основе уравнения мгновенных мощностей. Теорема о
«жестком» рычаге Н.Е. Жуковского.
18. Механизмы с высшими кинематическими парами. Теорема Виллиса о передаче движения
между звеньями, составляющими высшую пару. Понятие и знак передаточного отношения.
Передаточное число.
19. Классификация кулачковых механизмов. Достоинства и недостатки кулачковых механизмов.
Наименование звеньев в кулачковых механизмах.
20. Этапы проектирования и циклограмма работы кулачковых механизмов. Угол давления и угол
передачи в кулачковых механизмах.
21. Классификация законов движения толкателей кулачковых механизмов. Причины, вызывающие
удар при работе кулачковых механизмов.
22. Виды замыкания высшей кинематической пары в кулачковых механизмах. Подбор жёсткости
пружины при силовом замыкании.
23. Зубчатые передачи. Классификация зубчатых передач. Основные понятия и определения.
24. Кинематика одноступенчатой зубчатой передачи (внешнее и внутреннее зацепление).
25. Зубчатые передачи. Основные определения: начальная, основная и делительная окружности;
шаг зацепления, головка и ножка зуба. Редуктор и мультипликатор.
26. Кинематическое исследование многоступенчатых зубчатых передач с
неподвижными
осями вращения зубчатых колес. Степень подвижности многоступенчатых зубчатых передач.
Последовательные и кратные зубчатые передачи.
27. Пространственные зубчатые передачи. Кинематическое исследование конических и червячных
передач.
28. Зубчато-рычажные механизмы. Степень подвижности зубчато-рычажных механизмов.
Наименование звеньев зубчато-рычажных механизмов. Планетарные и дифференциальные
зубчатые передачи.
29. Кинематические исследования планетарных передач аналитическим методом. Формула
Виллиса. Метод обращения движения.
30. Синтез планетарных зубчатых передач. Условия соседства, соосности и сборки.
31. Требования (кинематические, динамические, технологические и эксплуатационные),
предъявляемые к зубчатым колесам. Исправление профиля зуба нарезаемого зубчатого колеса
смещением режущего инструмента.
32. Методы изготовления зубчатых колес.
33. Качественные показатели эвольвентного зацепления. Коэффициент перекрытия.
Коэффициенты удельных скольжений.
34. Динамика машин. Задачи динамики машин. Причины, вызывающие изменение угловой
скорости входного звена.
35. Режимы движения машинного агрегата.
36. Механические критерии энергетической оценки машин. Коэффициент полезного действия.
Коэффициент потерь. Коэффициент возрастания усилий.
37. Задачи динамики машин (прямая и обратная). Теорема об изменении кинетической энергии.
38. Принцип приведения. Приведенная сила, приведенная масса. Звено приведения.
39. Уравнение движения машинного агрегата в дифференциальной и интегральной форме.
40. Неравномерность вращения кривошипа и способ её уменьшения. Маховик, назначение и
способ расчета его размеров.
41. Уравновешивание роторов. Статическая и динамическая балансировка.
42. Классификация кулачковых механизмов (плоские и пространственные, по характеру движения
кулачка и форме толкателя). Циклограмма работы кулачкового механизма. Фаза выстоя.
43.
Классификация
законов
движения
толкателя
(простые,
комбинированные,
модифицированные). Удар, причины удара в кулачковых механизмах.
44. Угол давления и угол передачи в кулачковых механизмах. Этапы проектирования кулачковых
механизмов.
45. Проектирование кулачковых механизмов с роликовым толкателем. Определение основных
размеров, профилирование кулачка.
46. Проектирование кулачковых механизмов с плоским толкателем. Определение минимального
радиуса кулачка, условие выпуклости профиля, угол давления.
9.3 Критерии оценки при сдаче зачета
1. К сдаче зачета допускаются студенты:
- посетившие все практические занятия;
 выполнившие и защитившие все РГР;
 успешно сдавшие промежуточный тест и контрольную работу.
При наличии пропусков темы пропущенных занятий должны быть отработаны.
Программные вопросы к зачету доводятся до сведения студентов за месяц до зачета.
2. Критерии оценки:
Итоговая оценка знаний студентов должна устанавливать активность и текущую
успеваемость студентов в течение семестра по данному предмету.
Оценка «зачтено» - ставиться при 65 % правильных ответов на зачете и наличии всех
защищенных лабораторных работ.
10. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ «Теория механизмов и машин»
а) основная литература:
Теория механизмов и машин [Текст] : учеб. пособие / М.З. Коловский [и др.]. – 2-е
изд., испр. – М.: Академия, 2008. – 559 с.
б) дополнительная литература:
1. Евдокимов, Ю.И. Теория механизмов и машин. Часть 1: Структура, кинематика и
кинетостатика механизмов. Курс лекций [Электронный ресурс] /Ю.И. Евдокимов. –
Новосибирск: Новосибирский государственный аграрный университет, 2013. – 135 с. – URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=230467
2. Краткий словарь основных терминов и понятий по теории механизмов и машин
[Электронный ресурс] / Новосибирск: Новосибирский государственный аграрный
университет, 2011. – 23 с. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=230471
3. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин в примерах. Учебнометодическое пособие [Электронный ресурс] / Новосибирск: Новосибирский
государственный аграрный университет, 2011. – 177 с. - URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=230472
4. Чмиль, В.М. Теория механизмов и машин [Электронный ресурс] : учеб.-метод.
Пособие / В.М. Чмиль. – СПб.: Лань, 2012. – 288 с. : рис. – (Учеб. для вузов. Спец. лит.)
http://e/lanbook.com/view/book/3183/
5. Попов, В.Д. Теория механизмов и машин [Электронный ресурс] : учеб.-метод.
Пособие для выполнения домашних заданий и курсового проекта / В.Д. Попов, Э.А.
Родригес. – М.: МИСИС, 2009. – 83 с. – Б.ц. http://e/lanbook.com/view/book/1812/
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
№
1
Наименование ресурса
http://www.iqlib.ru
2
http://www.biblioklub.ru/
3
http://e.lanbook.com
Краткая характеристика
Интернет-библиотека образовательных изданий, в
который
собраны
электронные
учебники,
справочные и учебные пособия.
Электронная
библиотечная
система,
специализирующаяся на образовательной и
научной литературе, а также электронных
учебниках для вузов ...
Электронно-библиотечная система, включающая в
себя как электронные версии книг издательства
«Лань» и других ведущих издательств учебной
литературы,
так
и
электронные
версии
периодических
изданий
по
естественным,
техническим и гуманитарным наукам.
г ) периодические издания:
 Механика машин
 Известия ВУЗов. Машиностроение.
11. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ
«Теория механизмов и машин»
№
Наименование
п/п лабораторий, ауд.
1
2
1 107
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Основное оборудование
3
Учебные видеофильмы "Механизмы в современной технике".
Модели механизмов.
Плакаты по разделам "Теория механизмов и машин" и
"Детали машин".
Приборы, лабораторные стенды и мерительный инструмент.
Тесты.
Программы расчета кинематических параметров механизмов
на ПЭВМ.
Методические указания к выполнению расчетно-графических
заданий.