Министерство образования Российской федерации

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технической механики

ТЕОРИЯ   МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы «Анализ и синтез механизмов» по разделу «Теория механизмов и машин» дисциплины «Теоретические основы механики» для студентов специальности 210200 дневной и заочной форм обучения

КРАСНОДАР
Издательство КубГТУ
2001
Составители:	канд. техн. наук, доц. В. Г. Сутокский
докт. техн. наук, доц. С. А. Метильков 
канд. техн. наук, доц. С. В. Солнцев 
канд. техн. наук, доц. О. И. Остапенко
канд. техн. наук, доц. В. Н. Сухинин
УДК 621.8
ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН: Методические указания к выполнению курсовой работы «Анализ и синтез механизмов» по разделу «Теория механизмов и машин» дисциплины «Теоретические основы механики» для студентов специальности 210200 - Автоматизация технологических процессов и производств / Сост.: В.Г. Сутокский, С.А. Метильков, С. В. Солнцев, О. И. Остапенко, В. Н. Сухинин; Кубанский государственный технологический университет. Каф. Технической механики. - Краснодар: Изд-во КубГТУ,2001, - 45 с.
Приведены основные методы структурного, кинематического и силового анализа кривошипно-ползунного механизма, даны основы синтеза плоских кулачковых механизмов, включающие анализ движения толкателя и определения его закона движения, динамический синтез кулачкового механизма и профилирование кулачка.
Представлены типовые примеры проектирования выше названных механизмов. Даны алгоритмы и варианты заданий для выполнения курсовой работы.
Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения.
Ил. 16. Табл. 2. Библиогр.: 5 назв.
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета
Рецензенты: зав. кафедрой «Систем управления и технических комплексов», канд. техн. наук, проф. В. Г. Корниенко (КубГТУ);
канд. техн. наук, доц. А Ф. Петров (КубГТУ)

Содержание
Введение……………………………………………………………….4
ЧАСТЫ…………………………………………………………………5
1.	Основные определения теории механизмов и машин……………5
2.	Исходные данные и порядок выполнения 1-й части кур
совой работы………………………………………………………….8
3.	Пример выполнения 1-й части курсовой работы………………..9
ЧАСТЬ 2………………………………………………………………19
1.	Основные определения в кулачковых механизмах……………..19
2.	Исходные данные и порядок выполнения 2-й части курсовой работы……………………………………………………….............21
3.	Пример выполнения 2-й части курсовой работы	………………22
Требования к оформлению курсовой работы……………………...27
Приложение А-Задания на 1-ю часть курсовой работы………....32
Приложение Б- Графические построения в 1-й части…………....34
Приложение В - Задания на 2-ю часть курсовой работы	………...37
Приложение Г- Графические построения во 2-й части.................39
Приложение Д-Титульный лист пояснительной записки	...................41
Приложение Ж- Основная надпись по ГОСТ 2.104-68..................42
Список использованных источников..................................................44

3
Введение
Методические указания к выполнению курсовой работы № 1 по разделу «Теория механизмов и машин» дисциплины «Теоретические основы механики» для студентов специальности 210200 дневной и заочной форм обучения состоят из двух разделов. В первой части методических указаний приведены краткие теоретические сведения по структурному, кинематическому и кинетостатическому (силовому) исследованию рычажных механизмов. Во второй части методических указаний даны краткие сведения из теории кулачковых механизмов. Приведены алгоритмы выполнения работы, даны типовые примеры расчета кривошипно-ползунного механизма и кулачкового механизма в соответствии с индивидуальными заданиями.
Приведенные примеры наглядно иллюстрируют для студентов методологические основы выполнения поставленных задач.
Методические указания дополнят методическое обеспечение по разделу «Теория механизмов и машин» учебных дисциплин и облегчат студентам их освоение.

                         

4

ЧАСТЫ 1 Основные определения теории механизмов и машин
1.1 Структура механизмов
Механизм представляет собой совокупность связанных звеньев, предназначенных для передачи и преобразования движения одного или несколько звеньев в определенное движение остальных звеньев.
Звеном называют деталь или совокупность деталей механизма, соединенных между собой неподвижно.
Деталью называют изделие, изготовленное из одной марки материала без применения сборочных операций.
Звено, совершающее полнооборотное вращение вокруг неподвижной оси, называют кривошипом, при неполнооборотном вращении - коромыслом, при возвратно-поступательном движении - ползуном, если образует кинематические пары только с подвижными звеньями - шатуном, а неподвижное звено - стойкой (направляющей).
Кинематической парой называют подвижное соединение двух контактирующих звеньев. Любая кинематическая пара ограничивает движение подвижных звеньев.
Ограничения, налагаемые на движение звеньев, называют связями. В зависимости от числа связей кинематические пары разделяют на классы. Номер класса совпадает с числом связей, налагаемых парой.
Связанную систему звеньев, образующих кинематические пары, называют кинематической цепью. Число степеней свободы кинематической цепи относительно одного из ее звеньев называют степенью ее подвижности. Для определения степени подвижности любой кинематической цепи необходимо подсчитать
5

число степеней свободы всех подвижных звеньев (n). Затем из этого числа следует вычесть число связей, наложенных на звенья кинематическими парами. Кинематические пары 1-го, 2-го и 3-го классов для плоских цепей не могут иметь места, а пары 4-го (р4) и 5-го (р5) классов накладывают соответственно одну и две связи. Тогда структурная формула Чебышева для определения числа степеней свободы плоского механизма примет [1] вид

При анализе структуры механизма рекомендуется:
а)	отсоединить структурные группы нулевой подвижности,
начиная с групп, наиболее отдаленных от ведущих звеньев;
б)	следить за тем, чтобы степень подвижности кинематиче
ской цепи механизма до и после отделения структурной группы
осталась неизменной;
в)	помнить о том, что каждая кинематическая пара и каждое
звано могут входить только в одну структурную группу или в один
начальный механизм.
Структурной группой или группой Ассура называют кинематическую цепь, получающую нулевую подвижность после присоединения ее к стойке. Для групп, содержащих пары только 5-го класса; имеем

Таким образом, количество звеньев в структурной группе должно быть только четное. Структурную группу с n = 2 и р5=3 называют группой 2-го класса второго порядка (двух поводковая группа или диада). Начальный механизм, образованный из ведущего звена и стойки, имеет 1-й класс. Следует иметь в виду, что
6

класс механизма соответствует классу наивысшей группы, входящей в его состав.
Основные  задачи  структурного  анализа  механизма  [2] включают в себя:
•	определение количества звеньев и кинематических пар и
их класса;
•	определение количества степеней свободы механизма в
зависимости от числа подвижных звеньев, числа и класса кинематических пар;
•	разделение механизма на структурные группы и определение их класса.
1.2 Кинематика механизмов
Кинематический анализ механизмов в общем случае предусматривает решение следующих основных задач:
-	определение положения звеньев и построение траекторий
отдельных точек за рабочий цикл;
     - определение скоростей и ускорений точек и угловых скоростей и ускорений звеньев.
Эти задачи могут быть решены графическими, графоаналитическими и аналитическими методами. Первые два метода уступают по точности третьему, однако они наиболее наглядны и сравнительно просты.
Кинематическое исследование механизма следует начинать со структурной группы, которая присоединяется к ведущему звену, поскольку положения, скорости и ускорения такого звена известны.

7

Планы скоростей и ускорений выполняют в произвольно выбранном масштабе.
1.3 Кинетостатика механизмов
Методы кинетостатики позволяют некоторые задачи динамики механизмов свести к задачам статики. К числу таких задач относится определение реакций в кинематических парах механизма при его движении, а также уравновешивающих сил или уравновешивающих моментов. Добавляя к заданным силам и реакциям связей силы инерции, получаем возможность, на основе принципа Даламбера, ко всей совокупности указанных сил применять известные из статики условия равновесия [2].
2 Исходные данные и порядок выполнения 1-й части курсовой работы
2.1 Исходные данные для проведения исследования кривошипно-ползунного механизма
К исходным данным относят:
•	кинематическую схему механизма;
•	размеры звеньев механизма;
•	частоту и направление вращения ведущего звена;
•	силу полезного сопротивления;
•	массу ползуна.
2.2 Порядок выполнения 1-й части курсовой работы
Первую часть курсовой работы выполняют в следующем порядке:
-	провести структурный анализ механизма;
8

•	вычертить схему механизма в масштабе по исходным
данным и определить траектории движения его точек;
•	определить скорости и ускорения точек механизма для
двенадцати его положений, построить графики изменения скорости и ускорения ползуна за оборот ведущего звена;
•	определить реакции в кинематических парах;
-	определить уравновешивающий (движущий) момент на
ведущем звене, построить график его изменения за цикл.
3 Пример выполнения 1-й части курсовой работы
3.1	Цель работы
•	ознакомление студентов со структурным исследованием
механизма;
•	изучение основ кинематического и кинетостатического исследования кривошипно-ползунного механизма.
3.2	Исходные данные для расчета
Исходные данные в зависимости от номера задания представлены (приложение А) в следующем виде:
•	кинематическая схема механизма (рисунок А. 1);
•	радиус кривошипа г = 50 мм (таблица А.1);
•	длина шатуна L = 200 мм (таблица А. 1);
•	эксцентриситет е = 10 мм (таблица А.1);
- направление вращения кривошипа - по часовой стрелке (таблица А.1);
частота вращения кривошипа n1=2000 мин-1 (таблица А.1);
-	сила полезного сопротивления ползуна Qnс = 10кН (таблица А.1);

9

- масса ползуна т3 = 0,5 кг (таблица А.1).
3.3 Структурный анализ механизма
Обозначим порядковые номера звеньев, начинай с ведущего (рисунок А.1). Тогда подвижные звенья будут обозначены: кривошип -1, шатун - 2, ползун - 3, а неподвижное звено - 4 (направляющая ползуна и стойка кривошипа).
Кинематические пары обозначим буквами: стойка 4 и кривошип 1 образуют вращательную пару А 5-го класса, кривошип 1 и шатун 2 вращательную пару В 5-го класса, шатун 2 и ползун 3 -вращательную пару С 5-го класса, ползун 3 и направляющие 4 -поступательную пару С* 5-го класса.
Поскольку кривошипно-ползунный механизм является плоским, то степень подвижности определяем по формуле Чебышева

При анализе структуры механизма отсоединим структурную группу (группу Ассура) - диаду 2-го класса (звенья 2 и 3)от ведущего звена 1 (рисунок Б.2). Если такую отсоединенную структурную группу присоединить к стойке, то она будет иметь нулевую подвижность

При этом степень подвижности начального Механизма 1-го класса осталась неизменной

10

Поскольку класс механизма соответствует классу наивысшей группы, входящей в его состав, то кривошипно-ползунный механизм будет относиться к механизмам 2-го класса [1].
3.4 Кинематический анализ механизма
3.4.1 Кинематическая схема механизма
Построим кинематическую схему кривошипно-ползунного механизма по заданным размерам (таблица А.1) в масштабе 1:1 на ватмане формата А 1 в левой верхней четверти листа при его горизонтальном расположении.
Построение ведем в следующей последовательности.
В точке А (рисунок Б.1) проводим горизонтальную и вертикальную осевые линии и строим окружность радиусом АВ = г. Откладываем от горизонтальной осевой линии в точке А эксцентриситет е и проводим вторую горизонтальную ось - линию перемещения ползуна (точка С). Если е = 0, то точки А и С лежат на одной оси.
Из точки А радиусом, равным длине (АВ+ВС), делаем засечку на второй горизонтальной оси и получаем точку Сn - крайнее правое положение точки С.
Разбиваем траекторию точки В (окружность радиуса АВ) на 12 частей. За положение Во примем положение механизма, когда звенья АВ и ВС находятся на одной линии (точка С находится в точке С). Точки В1 ,В2 ,В3 ,..., В12 откладываются равномерно от точки Во в сторону вращения кривошипа. Точка B12 совпадает с точкой Во. При нахождении точки В в положении В6 точка С будет находится в положении Сл - крайнее левое положение ползуна. 

11
Из точек Вi отрезком ВС делаем соответствующие засечки на отрезке СлСП, дающие Сi положения ползуна.
В 1-м положении механизма изображаем кривошип, шатун, ползун, направляющие и стойку толстой линией и получаем кинематическую схему кривошипно-ползунного механизма в этом положении в масштабе 1:1. В остальных одиннадцати положениях кривошип и шатун показываются тонкими линиями.
3.4.2 Определение скоростей точек механизма Рассмотрим определение скоростей точек механизма для его 1-го положения.
Угловая скорость ведущего звена (кривошипа) ω1 и линейная скорость точки В - Ув составляют

Векторное уравнение для скорости точки С, принадлежащей одновременно шатуну и ползуну, имеет следующий вид:

где Ув - является вектором переносной скорости точки С, а Усв -вектором относительной скорости точки С.
Вектор скорости точки В - Ув известен как по величине (3.5), так и по направлению (перпендикулярен звену АВ в направлении вращения этого звена).
Вектор относительной скорости точки С - Усв по величине
не известен, однако известно его направление (перпендикулярно звену ВС).
Подчеркнем в векторном уравнении  (3.6) вектора, известные по величине и направлению, 2-мя линиями; по направлению 
12
одной линией и решим это уравнение графически. Для этого построим план скоростей механизма (рисунок 5.3), для чего примем масштаб построения

где (рvа) - произвольно выбранный отрезок на плане скоростей, изображающий вектор Vв-скорость точки В.
Из полюса плана скоростей рv откладываем (рисунок Б.З) отрезок рvа перпендикулярно звену АВ в сторону направления его вращения.   Из точки,   а проводим линию действия скорости
\/св перпендикулярно звену ВС. Из полюса рv проводим линиюдействия скорости Vс параллельно направляющим ползуна. Точка пересечения линий действия отсекает отрезки (рvb) = 31 мм и (аb) = 42 мм, отображающие соответственно вектора скоростей Vс и VСв1 величину которых находим с учетом масштаба построения плана скоростей

Угловая скорость 2-го звена составляет

Аналогичные расчеты скоростей точек механизма проводим в остальных одиннадцати положениях механизма и строим диаграмму изменения скорости ползуна Vс от угла поворота кривошипа φ (рисунок Б.8.а). Необходимо помнить, что в положениях механизма 0(12) и 6 Vс = 0. Диаграмма изменения скорости ползуна строится в своем масштабе μv и μφ,.
13

3.4.3 Вычисление ускорений точек механизма Рассмотрим определение ускорений точек механизма для его 1-го положения.
Ускорение точки В кривошипа при постоянной частоте его вращения равно нормальному. Это ускорение направлено от точки В кривошипа к точке А и по величине составляет

Векторное уравнение для определения ускорения точки С имеет вид

Нормальное относительное ускорение кинематической пары С, направленное от точки С к В, вычисляют по зависимости

Аналогично векторному уравнению скоростей подчеркнем известные по величине и направлению ускорения двумя чертами. Тангенциальное относительное ускорение и ускорение точки С известны только по направлениям, причем, аtсв перпендикулярно звену ВС, ускорение ас - параллельно направляющим ползуна. Эти ускорения подчеркиваются одной чертой. Поскольку в уравнении (3.11) имеется два неизвестных по величине ускорения, то решим это уравнение графически Для этого построим план ускорений (рисунок Б.4). Выберем масштаб плана ускорений

где (раа) = 50 мм - произвольно выбранный отрезок на плане ускорений, отображающий ускорение точки В и направленный параллельно АВ из полюса плана ускорений ра.
14
Отрезок на плане ускорений аb, отображающий нормальное относительное ускорение аnсв и направленное из точки а плана параллельно звену ВС, вычисляют с учетом масштаба

Из полученной точки b плана ускорений проводится линия по направлению действия тангенциального относительного ускорения аtсв перпендикулярно к звену ВС, а из полюса ра плана ускорений - по направлению действия ускорения ас вдоль направляющей в - в. Точка пересечения «с» отсекает отрезки рас и bс, отображающие ускорения ас и аtсв ,величину которых рассчитывают с учетом масштаба

Поскольку тангенциальное ускорение 1-го звена равно нулю, то и угловое ускорение также равно нулю. Угловое ускорение 2-го звена равно

Аналогичные расчеты ускорений точек механизма проводим в остальных одиннадцати положениях механизма и строим диаграмму изменения ускорения ползуна ас от угла поворота кривошипа φ (рисунок Б.8.6). Диаграмма изменения ускорения ползуна строится в своем масштабе μа и μφ. Полученную диаграмму также можно получить при помощи графического дифференцирования графика Vс от φ (рисунок Б.8.а).
3.5 Силовой расчет механизма
3.5.1 Силовой расчет структурной группы
15
Прикладываем к звеньям группы Ассура (рисунок Б.5.а) следующие силы:
-	силу полезного сопротивления Qп.с. которая всегда на
правлена противоположно скорости ползуна 
\/с (Qпс. -.10 кН =10000 Н);
-	силу тяжести ползуна G3 (всегда направлена вниз)

- силу инерции ползуна Fиз, направленную противоположно его ускорению

•	реакции R12 со стороны отброшенного звена 1 на звено 2,
которая направлена вдоль звена 2;
•	реакции R43 со стороны отброшенного звена 4 на звено 3,
направленной перпендикулярно направляющей ползуна.
Под действием указанных сил группа Ассура находится в равновесии, т.е. сумма действующих сил равна нулю. Запишем векторное уравнение равновесия сил

Векторы Qп.с, Fиз. Gз следует подчеркнуть двумя линиями, поскольку известны их величины и направления, реакции R43 и R12 подчеркиваем одной линией, поскольку известны только их направления.
Решим векторное уравнение (3.19) графически, построив план сил. Определи»! масштаб сил с учетом наибольшей силы

где (рfа) = 100 мм - произвольно выбранный отрезок,  отображающий на плане сил сипу полезного сопротивления.
16
	Отрезки аb и bс, отображающие силу инерции и силу тяжести, находим с учетом масштаба

Для определения неизвестных по уравнению (3.19) проведем построение плана сил (рисунок Б.6) в следующем порядке. Из полюса плана сил рf параллельно направляющим ползуна против направления скорости Vс откладываем отрезок (рfа). Из точки а откладываем отрезок аb параллельно направляющим противоположно направлению ускорения ас. Из точки b откладываем отрезок bс (вертикально вниз), равный весу ползуна, который в данном случае вырождается в точку из-за малой ее величины (формула 3. 21), т.е. точки b и с совпадут. Из точки с проводим направление действия реакции R43 со стороны направляющей β – β перпендикулярно ей. Затем через полюс плана сил рf проводим направление реакции R12 со стороны звена 1 на звено 2 параллельно звену ВС. Точка пересечения б отсекает отрезки рf d и cd, отображающие реакции, величину которых вычисляем с учетом масштаба

Освободим звено ВС от связей. Действие отброшенных звеньев - кривошипа и ползуна заменим их реакциями R12 и R32 (рисунок Б,7). Считаем для упрощения шатун невесомым. Тогда на шатун действуют только две силы: R12 и R32, под действием которых шатун будет находиться в равновесии. Из условия равновесия шатуна следует равенство

17

Следовательно, силы, действующие на шатун, с учетом соотношений (3.22) и (3.23) равны по абсолютной величине

3.5.2	Силовой расчет начального механизма
По третьему закону Ньютона (о равенстве действия и противодействия) получаем равенство сил

Следовательно, сила, действующая на кривошип равна

Укажем плечо h* силы R21 относительно точки А (рисунок Б.5.5), который по данным примера равен 31 мм. Вычислим с учетом масштаба чертежа длину этой нормали (если чертеж механизма выполнен в масштабе 1:1, то μ= 1)

Тогда уравновешивающий (движущий) момент будет равен

Мгновенная мощность составляет

Реакция R11 со стороны стойки 4 на звено 1 легко найдется из условия равновесия звена 1

Из равенства (3.30) следует, что R41, = - R21, те, реакции R21 и R41 равны по величине, и противоположны по направлению. Аналогичные  расчеты   уравновешивающего   (движущего) момента (зависимость 3,28) проводим в остальных одиннадцати
18
Положениях механизма и строим диаграмму его изменения от угла поворота кривошипа φ (рисунок Б.8.в). Диаграмма изменения уравновешивающего (движущего) момента Мдв строится в своем масштабе μм и μφ».
В пояснительной записке к курсовой работе приводится расчет для одного положения механизма, а расчеты для других положений удобнее привести в виде таблиц.
ЧАСТЬ 2
1 Основные определения в кулачковых механизмах 1.1 Общая характеристика и анализ механизма
Рабочий процесс многих машин вызывает необходимость иметь в их составе механизмы, движение выходных звеньев которых должно быть выполнено строго по заданному закону и согласовано с движением других механизмов. Наиболее простыми надежными и компактными механизмами для выполнения такой задачи являются кулачковые механизмы. Закон движения толкателя, задаваемой передаточной функции, определяется профилем кулачка и является основной характеристикой кулачкового механизма [2]. Проектирование кулачкового механизма разделяется на ряд этапов: назначение закона движения толкателя, выбор структурной схемы, определение основных размеров механизма и профиля кулачка. Примером кулачкового механизма могут служить газораспределительные механизмы двигателей внутреннего сгорания, которые служат для открытия и закрытия клапанов, что позволяет наполнять цилиндры двигателя горючей смесью, выпускать отработанные газы и надежно изолировать камеру сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.
19
В зависимости от особенностей конструкций, функционального назначения машины и ряда других факторов применяют разные виды кулачковых механизмов. По характеру движения кулачковые механизмы подразделяют на пространственные и плоские. В зависимости от вида движения кулачка механизмы могут быть поступательные, вращательные и качающиеся. По взаимному расположению кулачка и толкателя механизмы называют центральными и дезаксиальными. По типу замыкания высшей кинематической пары их подразделяют на пары с кинематическим и силовым замыканием.
Основной задачей анализа движения кулачкового механизма является определение перемещения толкателя в зависимости от закона изменения его скорости или ускорения [1]. Анализ механизма выполняют аналитическим или графическим методами. Графический метод менее точен, но более нагляден. Поэтому в дальнейшем применяем графический метод анализа кулачкового механизма.
1.2 Синтез кулачковых механизмов
Задача синтеза состоит в воспроизведении заданного закона движения толкателя, т. е. в построении профиля кулачка по заданным законам движении кулачка и толкателя и некоторым конструктивным параметрам.
Синтез включает несколько этапов:
•	выбор типа механизма, т. е. правильной кинематической
схемы, обеспечивающей требуемый закон движения;
•	выбор и обоснование закона движения толкателя:
•	определение основных размеров звеньев.

20

Закон движения ведомого звена должен удовлетворять кинематическому и динамическому условиям.
Кинематическое условие работоспособности кулачковых механизмов состоит в том, что передача движений между двумя звеньями, входящими в высшую кинематическую пару, возможна только тогда, когда составляющие скоростей точек касания этих звеньев по общей нормали одинаковы по величине.
Одной из важнейшей задач динамки? кулачковых механизмов является анализ сил и условий нормального взаимодействия звеньев. При этом существенное значение имеют угол давления и КПД механизма.
2 Исходные данные и порядок выполнения 2-й часта курсовой работы
2.1 Исходные данные для проведения исследования кулачкового механизма
В задании на 2-ю часть курсовой работы даны (см. приложение В): кинематическая схема кулачкового механизма, закон изменения аналога скорости толкателя dS/dφ, угол рабочего профиля - δ, внеосность (эксцентриситет) толкателя в кулачковом механизме - е, ход толкателя - hв ,максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме - αмах
2.2 Порядок выполнений 2-й части курсовой работы
Вторую часть курсовой работы выполняют в следующем порядке;
•	ознакомление с устройством кулачкового механизма и исходными данными для его проектирования;
•	выполнение анализа закона движения толкателя;

21

•	определение закона движения толкателя;
•	проведение динамического синтеза кулачкового механизма;
•	профилирование кулачка.
3 Пример выполнения 2-й части курсовой работы
3.1	Цель работы
Целью работы является ознакомление студентов с типами плоских кулачковых механизмов; овладение методами анализа, их кинематики и динамики, основами синтеза механизма и профилирования кулачка.
3.2	Исходные данные для расчета
Исходные данные для выполнения работы (приложение В):
•	кинематическая схема кулачкового механизма (рис. В.1);
•	закон изменения аналога скорости толкателя (рис. В.2, б);
•	угол рабочего профиля кулачка - δ = φР = 130° (таблица
В.1);
•	внеосность толкателя в кулачковом механизме - е =16 мм
(таблица В.1);
•	ход толкателя - hв = 30 мм (таблица В.1);
-	максимально допустимый угол давления в кулачковом
механизме а мах =30° (таблица В.1).
3.3	Анализ закона движения толкателя
Полный цикл работы кулачкового механизма в общем случае состоит из четырех фаз (рис. Г.1, а):

22

•	фаза удаления толкателя, соответствующая углу поворота кулачка на угол φу;
•	фаза дальнего выстоя, соответствующая углу поворота
кулачка на угол φд (φд = (2 / 3)- φу);
•	фаза возвращения толкателя, соответствующая углу по
ворота кулачка на угол φв (φв = φу);
•	фаза ближнего стояния, соответствующая углу поворота
кулачка на угол φб = 360° - (φу + φд + φв);
Сумма фазовых углов поворота кулачка равна одному полному его обороту, т.е. φу + φд + φв + φб = 2я, а рабочий угол поворота - сумме углов удаления, дальнего выстоя и возвращения
δ = φу + φд + φВ.
Для нашего примера имеем:
φР = φу + φД + φВ = φУ + (2/3)- φу + φу = 130е, откуда    φу = φВ - 48,75°;       φД=32,5°;
3.4 Определение закона движения толкателя
В начале строим (рис. Г. 1, а) заданную диаграмму аналога скорости (dS/dφ) - φ. С этой целью в произвольном масштабе μφ, по оси абсцисс откладываем фазовые углы φу = 48,75°, φД = 32,5°, φв = 48,75° (для удобства построения можно откладывать углы из расчета 1 ° в мм чертежа).
Масштаб оси абсцисс при этом равен: μ, = φр/ (0-13) = (130л/180)/130 = 0,017 рад/мм.
В этой формуле (0-13)=130 мм отрезок по оси φ, соответствующий рабочему углу φр.

23

Максимальную ординату графика, которая соответствует максимальной скорости толкателя, принять равной 50... 100 мм. Разбивку по оси φ проведем из условия, что углы φу и φв делятся каждый на 6 частей, деление угла φд не производим, так как в его пределе толкатель не перемещается.
Диаграмму перемещений толкателя 3 = 5(φ) строим как интегральную кривую функции dS/dφ = dS/dφ(φ).
Интегрирование проводим в следующем порядке:
•	построим на графике dS/dφ пунктиром ординаты, соответствующие серединам интервалов 0-1,1-2,..., и снесем их вершины
на ось ординат (точки 1', 2' и т.д.);
•	соединим точку Р (полюс), взятую на продолжении оси φ
(расстояние Н), с точками 1',2',... . Для упрощения дальнейших
построений откладываемое расстояние Н вычисляем по формуле
Н = 1/μφ,=   1/0,017 = 57 мм;
•	из точки О системы координат S - φ проводим отрезок 01"
параллельно лучу Р1', отрезок 1"2" параллельно лучу Р2' и т. д.
Полученная ломаная линия   (в пределе кривая) и представляет собой диаграмму S = S(φ). Определяем масштабы.
-	масштаб оси ординат диаграммы перемещений 
μs =hв/Умах= 30/22 = 1,36 мм/мм, где Умах = 22 мм - замеренное максимальное значение ординаты S;
-	масштаб оси ординат диаграммы аналога скорости dS/dφ
 H)=1,36/(0,0174 .57)=1,36 мм/мм.

24

3.5 Динамический синтез кулачкового механизма
Задачей динамического синтеза является определение такого минимального радиуса вектора центрового профиля кулачка Го при котором переменный угол давления а ни в одном положении кулачкового механизма не будет превышать αмах.
Примем следующий порядок определения г0 (рисунок Г.1, б):
•	взяв произвольную точку Во, распложенную на линии абсциссы φ диаграммы S(φ), откладываем от нее вертикально отрезок, который равен ходу hв толкателя. Этот отрезок размечаем в
соответствии с диаграммой  S(φ),  сохраняя  масштаб μs=1,36
мм/мм;
•	через полученные точки Во , В1 , B2, ... и т. д. проводим
перпендикуляры к линиям перемещения толкателя, на которых
откладываем влево при подъеме и вправо при опускании толка
теля отрезки у, (1-1 , 2-2,..., и т. д.), которые представляют собой
аналоги скоростей, взятые из графика dS/dφ (φ).
Обязательным условием является то, что они должны откладываться в том же масштабе, что и перемещение толкателя S, т. е. μdS/dφ=μs. Концы этих отрезков соединяем плавной кривой и получаем диаграмму S - dS/dφ.
К полученной кривой слева и справа под углом амах=30° к направлению движения толкателя проводим касательные. Заштрихованная область и есть область выбора центра вращения кулачка.
Принимаем за центр вращения кулачка точку О, которая находится на расстоянии заданного эксцентриситета е^ = е / μs = 16 /1,36 = 12 мм справа от оси перемещения толкателя 3. Соединяем точки О и Во прямой, которая и будет    искомым минимальным радиус - вектором теоретического 

25
профиля кулачка, равным

3.6 Профилирование кулачка
Построение профиля кулачка (Приложение Г, рисунок Г. 2) проводим в следующей последовательности:
•	с центром в точке О проводим окружности г0 и е в выбран
ном масштабе щ., который удобнее всего принять равным 
щ=μs =1,36 мм/мм;
•	к окружности радиуса е проводим вертикальную касательную, являющуюся линией перемещения толкателя. Точка Во пересечения этой линии с окружностью радиуса г0 определяет нижнее положение толкателя;
•	от линии ОВ0 в направлении обратном ωк, откладываем
фазовые углы φу, φд, φв, φб, которые делим на части в соответст
вии с диаграммой S(φ). Углы стояния толкателя φд и φб делить
не нужно, так как кулачок в пределах этих углов очерчивается дугами окружностей;
•	через полученные точки 1, 2, 3,... проводим лучи, каса
тельные к окружности радиуса е, которые представляют собой
линии движения толкателя, соответствующие углам поворота кулачка;
- вдоль этих лучей от окружности радиуса г0 откладываем перемещения толкателя, взятые с диаграммы S(φ) (отрезки 1-1", 2-2*,...). Через полученные точки Во, 1", 2* и т. д. проводим плавную кривую, представляющую собой центровой профиль кулачка;

26
- выберем радиус ролика толкателя из зависимости гр 0,4-го

- примем гр = 27 мм, что на чертеже в ранее принятом мас-штабе щ. = 1,36 мм/мм будет равно

- строим действительный профиль кулачка, для этого проводим ряд дуг окружностей радиуса гр внутри центрового профиля с центрами на этом профиле. Огибающая этих дуг и есть действительный профиль кулачка.
Требования к оформлению курсовой работы
Курсовая работа состоит из текстовой (пояснительная записка) и графической частей.
Пояснительная записка (ПЗ) должна содержать все необходимые расчеты, ее объем должен составлять 20-25 листов формата А4 по ГОСТ 2.301-68.
Пояснительная записка содержит:
•	титульный лист (приложение Д);
•	задание на 1-ю и 2-ю части курсовой работы;
•	реферат;
-содержание;
-введение;
•	основная часть (расчетная);
•	заключение (основные результаты работы);
•	список использованных источников.

27
В реферате даются сведения о количестве страниц, иллюстраций, таблиц, использованных источников, например, 25 с, 9 рис.,' 2 табл., 5 источников информации. После этого приводятся ключевые слова и словосочетания (от 5 до 18), взятые из текста курсовой работы, которые в наибольшей степени характеризуют его содержание и обеспечивают возможность информационного поиска. Ключевые слова приводятся в именительном падеже и пишутся прописными буквами в строку через запятые. Текст реферата должен содержать: объект разработки; цель работы, полученные результаты и их новизну; область применения. Объем реферата должен быть не более 0,4 страницы [5].
Содержание включает: введение, наименование всех разделов, подразделов, заключение, список использованных источников с указанием страниц, на которых они размещены в ПЗ. Введение ПЗ должно содержать основные и исходные данные для проектирования, краткое описание, конструкции рассматриваемых механизмов и принципа их работы.
В основной части ПЗ приводятся расчеты в соответствии с рассмотренными примерами в 1-й и 2-й частях курсовой работы.
Заключение должно содержать общие выводы по работе.
ПЗ должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам». Текст ПЗ пишут с одной стороны листа разборчивым почерком пастой или чернилами одним цветом: черным, фиолетовым или синим с высотой прописных букв и цифр не менее 2,5 мм. Расстояние от рамки формы до границ текста в начале и конце строк не менее 3 мм. Расстояние от верхней или нижней строки текста до верхней или нижней рамки должно быть не менее 10 мм. Абзацы в текстах 
28
начинают отступом 15-17 мм. Текст ПЗ должен быть кратким, четким и не допускать различных толкований.
Применяемые в ПЗ единицы физических величин должны соответствовать ГОСТ 8.417-81.
Титульный лист является первым листом документа и оформляется в соответствии с приложением Д. На титульном листе номер листа не ставится. На следующем заглавном листе должно быть техническое .задание. Лист, следующий после задания, должен иметь основную надпись по ГОСТ 2.104-68 форма 2, остальные листы - по форме 2б (приложение Ж). Нумерация листов ПЗ должна быть сквозная.
Текст ПЗ разделяют на разделы и подразделы. Разделы должны иметь порядковые номера в пределах всей ПЗ, обозначенные арабскими цифрами без точки и записанные с абзацного отступа. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номера раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится.
Разделы и подразделы должны иметь заголовки. Заголовки разделов и подразделов должны быть краткими. Заголовки следует начинать с прописной буквы без точки в конце, не подчеркивая. Переносы слов в заголовках не допускаются. Расстояние между заголовком и текстом должно быть 15 мм, между заголовками разделов и подразделов - 8 мм.
Каждый раздел текстового документа рекомендуется начинать с нового листа (страницы).
Все формулы нумеруются сквозной нумерацией арабскими цифрами. Номер указывают в правой стороне листа на уровне

29
формулы в круглых скобках. Должна даваться ссылка на источник, из которого принята формула и входящие в нее значения. Порядок записи формулы и вычислений следующий: записывается формула в символической форме, затем подставляются численные значения вместо символов, затем выставляется результат и его размерность.
Количество иллюстраций должно быть достаточным для пояснения излагаемого текста. Иллюстрации следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией, например" Рисунок 1". Иллюстрации при необходимости могут иметь наименование и поясняющие данные (подрисуночный текст). Тогда слово " Рисунок" и наименование помещают после пояснительных данных и располагают следующим образом: "Рисунок 1 - Кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма".
При ссылке на иллюстрацию следует писать " в соответствии с рисунком 1".
Материал, дополняющий текст ПЗ, допускается помещать в приложениях, которые могут быть обязательными и информационными.
Информационные приложения могут быть рекомендуемого или справочного характера. В тексте ПЗ на приложения должны быть ссылки. Степень обязательности приложения при ссылках не указывается. Приложения располагают в порядке ссылок на них.
Каждое приложение следует начинать с новой страницы с указанием наверху по середине страницы слова" Приложение", а под ним в скобках для обязательных приложений пишется слово "обязательное", а для информационного - "рекомендуемое" или "справочное".
30
Для обозначения приложения используются заглавные буквы русского алфавита, начиная с буквы А, за исключением букв Е, 3, Й, О, Ч, Ь, Ы, Ъ.
Таблицы применяют для лучшей наглядности и удобства сравнения показателей. Название таблицы должно отражать ее содержание и следует помещать над таблицей. При переносе таблицы название следует помещать только над первой частью таблицы, а над последующими перенесенными частями таблицы необходимо писать "продолжение таблицы 1".
Таблицы, как и иллюстрации, нумеруются арабскими цифрами сквозной нумерацией.
Библиографические сведений об использованных источниках и оформление их списка - по ГОСТ 7.32 - 91
Графическая часть курсовой работы должна выполняться на двух листах формата А1 по ГОСТ 2.301-68 (1-я часть курсовой работы на одном листе, 2-я часть - на другом).
Чертежи должны выполняться простым карандашом в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.
Каждый лист графической части курсовой работы должен иметь рамку и основную надпись по ГОСТ 2.104-68 по форме 1 (приложение Ж).
Графические построения на листах производятся в своих масштабах в соответствии с примерами выполнения 1-й и 2-й частей курсовой работы.

33
Приложение А
(обязательное) Задания и варианты на 1-ю часть курсовой работы

Рисунок А 1 - Кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма
Таблица А.1 - Задания и варианты для выполнения 1-й части курсовой работы «Анализ и синтез механизмов»

Номер задания	   n1

мин-1	г мм	L мм	е мм	кН	m3
КГ	Направление вращения кривошипа	
1	2000	60	200	0	10,0	0,50	По час. стр.	
2	2050	55	190	10	11,0	0,51	По час. стр.	
3	2100	60	190	0	12,0	0,52	По час. стр.	
4	2150	65	185	15	13,0	0,53	По час. стр.	
5	2200	70	180	0	14,0	0,54	По час. стр.	
6	2250	50	205	20	15,0	0,55	По час. стр	
7	2300	50	200	0	16,0	0,56	По час. стр.	
8	2350	65	210	15	17,0	0,57	По час. стр.	
9	2400	60	205	0	18,0	0,58	По час. стр.	
10	2450	65	200	10	19,0	0,59	По час. стр.	
11	2500	70	190	0	20,0	0,4	Пр. час. стр.  	

32
Продолжение таблицы А.1					
Номер задания	n1
мин-1	г мм	ММ	е мм	кН	m3 кг	Направление вращения кривошипа	
12	2550	65	195	10	10,5	0,41	Пр. час. стр.	
13	2600	60	195	0	11,5	0,42	Пр.час.стр.	
14	2650	55	215	5	12,5	0,43	Пр. час. стр.	
15	2700	65	215	0	13,5	0,44	Пр. час. стр.	
16	2750	65	210	8	14,5	0,45	Пр. час. стр.	
17	2800	65	205	0	15,5	0,46	Пр. час. стр.	
18	2850	70	200	10	16,5	0,47	Пр. час. стр.	
19	2900	70	195	0	17,5	0.48	Пр. час. стр.	
20	2950	65	190	15	18,5	0,49	Пр. час. стр.	
21	3000	60	185	0	19,5	0,3	По час. стр.	
22	3050	55	185	20	10,2	.0,31 •	По час. стр.	
23	3100	55	180	0	11,2	0,32	По час. стр.	
24	3150	70	185	18	12,2	0,33	По час. стр.	
25	3200	70	195	0	13,2	0,34	По час стр.	
26	3250	75	170	14	14,2	0,35	Пр. час. стр.	
27	3300	75	175	0	15,2	0,36	Пр. час. стр.	
28	3350	60	170	12	16,2	0,37	Пр, час. стр.	
29	3400	55	200	0	17,2	0,38	Пр. час. стр.	
30	3450	45	175	9	18,2	0,39	Пр. час. стр.	
31	3500	65	170	0	19,2	0,60	Пр. час. стр.	
- 32	3550	60	180	10	10,7	0,61	Пр. час. стр.	
33	3600	70	190	0	11,7	0,62	По час. стр.	
34	3650	65	200	15	12,7	0,63	По час. стр.	

33

Приложение Б
(рекомендуемое)
Графические построения в 1-й части курсовой работы

                          Рисунок Б.1 - Построение плана положений механизма

Рисунок Б.2 - Схема структурного анализа: а) группа начальных
звеньев, б) группа Ассура	

Рисунок Б.З - План скоростей	Рисунок Б.4 - План ускорений

34

Рисунок Б.5 - Схема приложения сил к группе Ассура (а) и группе начальных звеньев (б)

Рисунок Б.6 - План сил

Рисунок Б.7 - Схема сил, приложенных к шатуну

35

Рисунок Б.8 - Диаграммы скоростей (а) и ускорений ползуна (б), а также движущего момента (в)
36
Приложение В	
(обязательное) Задания и варианты на 2-ючасть курсовой работы

Рисунок В 1 - Схема кулачкового механизма

Рисунок В.2 - Закон изменения скорости толкателя
37

Таблица В.1 - Исходные данные для 2-й части курсовой работы

Вариант	Угол рабочего профиля кулачка, 8, град.	Внеосность тол-кателя, е, мм	Ход толкателя,
hв, мм	Максимально до-пустимый угол давления,
амах, град.	
1	150	5	35	30	
2	130	5	40	25   	
  3	140	    6	20	30	
4	170	6	25	25	
5	160	7	30	30	
6	110	7	25	25	
7	140	8	30	30	
8	120	8	35	    25	
9	160	9	20	30	
10	130	9	25	25	
11	150	10	25	25	
12	130	10 	30	30	
 13	140	11	35	25	
14	170	11	20	30	
15	160	12	25	25   	
16	110	12	35	30	
17	140	13	40	25	
18	120	13	20	30	
19 	160	14	    25	25	
20 	130	14	30	30   	
38
Приложение Г (рекомендуемое)

Рисунок Г.1 - Схема построения диаграммы перемещения по заданной диаграмме аналога скорости (а) и определения минимального радиуса-вектора центрового профиля кулачка (б)
39

Рисунок Г. 2 - Схема построения профиля кулачка
40

Приложение Д
(обязательное)
Форма титульного листа пояснительной записки курсовой работы
Министерство образования Российской Федерации
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технической механики
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе
по дисциплине «Теоретические основы механики» на тему: «Анализ и синтез механизмов».
Выполнил(а): студент(ка)____________________________
Группы_____________________________________________
 Допущен к защите _________________________________
Консультант курсовой работы________________________
Нормоконтролер____________________________________
Защита_____________         Оценка_________________
Члены комиссии_____________________________________
                  _____________________________________
                  _____________________________________
200_ г.
41

Приложение Ж
(обязательное)
Основные надписи по ГОСТ 2.104-68

Рисунок Ж. 1 - Основная надпись по ГОСТ 2.104-68 форма 2

Рисунок Ж.2 - Основная надпись по ГОСТ 2.104-68 форма 2б

42

РисунокЖ.З - Основная надпись по ГОСТ 2.104-68 форма 1
43

Список использованных источников
1.	Иосилевич Г.Б., Строганов Г.Б., Маслов Г.С. Прикладная
механика: Учебник для вузов / Под редакцией Г. Б. Иосилевича. -
М: Высшая школа.-1989. - 351 с.
2.	Фролов К.В., Попов А.С, Мусатов А.К. и др. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов / Под редакцией КВ. Фролова. -
М: Высшая школа.-1987.-496 с.

3.	Методические    указания    к    выполнению    расчетно-графической работы «Структурное, кинематическое и кинетоста-тическое (силовое) исследование кривошипно-ползунного механизма» для студентов немеханических специальностей дневной и заочной форм обучения/ Кубан. гос. технол. ун-т. Сост.. С..А. Метильков, СВ. Солнцев, О.И. Остапенко, В.Н. Сухинин. - Красно
дар, 1999,-22 С.
4.	Методические    указания    к   выполнению    расчетно-графической работы «Синтез (проектирование) плоского кулачкового механизма» для студентов немеханических специальностей
дневной и заочной форм обучения/ Кубан. гос. технол. ун-т. Сост.:
С.А. Метильков, СВ. Солнцев, О.И. Остапенко. - Краснодар, 1999,
-18 с.
5.	СТП 053-2.10-95 Дипломные проекты (работы). Общие
требования и правила оформления. КубГТУ, Краснодар, 20 с.

44

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсовой работы «Анализ и синтез механизмов» по разделу «Теория механизмов и машин» дисциплины «Теоретические основы механики» для студентов специальности 210200 дневной и заочной форм обучения
Составители:   Сутокский Виталий Геннадиевич Метильков Станислав Антонович Солнцев Станислав Владимирович Остапенко Олег Иванович Сухинин Валерий Николаевич
Авторская правка
Подписано в печать Бумага оберточная Печ. л. 3,0 Усл.-печ. л. 2,8 Уч.-изд. л  2,0
Формат 60x84/16 Офсетная печать Тираж 75 экз. Изд. № 51 Заказ № 73
Цена   15 руб.
350072, Краснодар, Московская, 2, Кубанский государственный
технологический университет.
350058, Краснодар, Старокубанская, 88/4, Типография КубГТУ.