Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В. Г. БЕЛИНСКОГО

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ

Машиноведение:

теоретическая механика,

теория машин и механизмов,

детали машин, основы конструирования

Направление подготовки – 050100 Педагогическое образование

Профиль подготовки – Технология

Квалификация (степень) выпускника – Бакалавр

Форма обучения – Очная

Пенза – 2012

Целями освоения модуля «Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования» являются:

– подготовка студента способного успешно работать в профессиональной сфере на основе овладения им в процессе обучения актуальным перечнем общекультурных и профессиональных компетенций;

– воспитание и развитие у студента целеустремленности, ответственности, организованности, гражданственности, коммуникативности, интеллектуальной и личностной толерантности, повышение их общей культуры.

Задачи модуля «Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования»:

- формирование четкого представления о машинах, механизмах и деталях машин, знание их возможностей и применения;

- выработка умения логически мыслить, обосновывать свои действия, принимать решения;

- приобретение практических навыков в решении конкретных задач по расчету, проектированию и конструированию различных механических передач (зубчатых, фрикционных, червячных, ременных, цепных), редукторов, использованию стандартов и справочной литературы;

- формирование технологической культуры, культуры труда, воспитание трудолюбия, развитие творческих способностей студентов.

Модуль «Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования» относится к вариативной части профессионального цикла.

Изучение данного модуля базируется на знаниях общеобразовательной программы и следующих дисциплин: «Физика», «Высшая математика».

Освоение данного модуля является необходимым для изучения модуля: «Современное производство», прохождения педагогической практики, подготовки выпускной квалификационной работы.

3.  Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения

модуля «Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования»

Процесс изучения модуля направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по данному направлению:

4. Структура и содержание модуля «Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования»

4.1. Структура модуля

Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц, 396 часов.

4.2. Содержание модуля

Раздел 1. Теория машин и механизмов.

Тема 1.1. Структура механизмов

Степень свободы и условия связи. Структура кинематических пар. Кинематическая цепь. Определение числа степеней свободы плоских механизмов.

Тема 1.2.Классификация механизмов.

Требования к рациональной классификации механизмов. Структурная классификация стержневых механизмов. Функциональная классификация механизмов.

Тема 1.3. Кинематическое исследование плоских механизмов графическими методами.

Цели и задачи кинематического исследования. Масштабный коэффициент плана механизмов. Построения кинематических диаграмм. План относительный скоростей точек звена. Определение перемещения скоростей и ускорений звеньев.

Тема 1.4. Аналитическая кинематика плоских механизмов.

Цели и задачи аналитической кинематики механизмов. Аналитическая кинематика кривошипно-ползунного механизма.

Раздел 2. Теоретическая механика.

Тема 2.1.Общие сведения о силах.

Модель механического взаимодействия – силы. Сила как вектор. Действие и противодействие. Опорные реакции и простейшие типы опор. Силовой многоугольник. Геометрические методы решения задач.

Тема 2.2. Равновесие при наличии силы трения.

Трение скольжения. Трение качения. Равновесие тел при наличии трения (ползун, наклонная плоскость, вкладыш, цапфа). Методы определения координат центра тяжести. Центр тяжести плоских фигур.

Тема 2.3. Кинематические элементы движения точки.

Уравнения движения точки. Траектория. Графики движений. Скорость и ускорение в прямолинейном движении. Скорость и ускорение в криволинейном движении.

Тема 2.4. Относительное движение.

Абсолютное, относительное и переносное движения. Сложение скоростей и ускорений.

Раздел 3. Детали машин.

Тема 3.1. Требования, предъявляемые к машинам и их деталям.

Современные направления развития машиностроения. Требования к машинам и их деталям. Цикл напряжений в деталях машин. Коэффициент запаса прочности.

Тема 3.2. Критерии работоспособности.

Надёжность машин. Критерии работоспособности и расчёты деталей машин. Понятие о проектировочных и проверочных расчётах.

Тема 3.3. Соединения заклепочные.

Классификация неразъёмных соединений деталей. Общие сведения о заклёпочных соединениях. Расчёт прочных клёпанных соединений.

Тема 3.4. Соединения клеевые, паянные.

Общие сведения о клеевых и паяных соединениях. Расчёт на сдвиг и отрыв.

Тема 3.5. Соединения сварные.

Общие сведения о сварных соединениях. Основные типы и элементы. Расчёт на прочность. Допускаемые напряжения для сварных швов.

Тема 3.6. Соединения шпоночные.

Общие сведения. Разновидности шпоночных соединений. Расчёт шпоночных соединений.

Тема 3.7. Соединения шлицевые

Общие сведения. Разновидности шлицевых соединений. Расчёт шдицевых соединений.

Тема 3.8. Соединения с натягом.

Общие сведения. Расчёт соединений с натягом. Рекомендации по конструированию соединений с натягом.

Тема 3.9. Ременные передачи.

Ременные передачи: Общая характеристика. Силы в ветвях при работе передачи в холостую и под нагрузкой. Критерий работоспособности. Тяговая способность передач. Основы расчета.

Тема 3.10. Цепные передачи

Цепные передачи: Общая характеристика. Приводные цепи. Основные геометрические соотношения в передачах. Силы, действующие в ветвях цепи. Критерии работоспособности. Основы расчета. Нагрузки, действующие на вал.

Тема 3.11. Зубчатые передачи. Классификация.

Общие сведения. Классификация зубчатых передач.

Тема 3.12. Параметры зубчатых передач.

Параметры зубчатых передач и их геометрические соотношения. Материалы зубчатых колес.

Тема 3.13. Силы, действующие в зацеплении.

Силы действующие в зацеплении прямозубых, косозубых и конических колёс.

Тема 3.14. Понятие о контактных напряжениях.

Понятие о контактных напряжениях. Формула Герца.

Тема 3.15. Критерии работоспособности

Общие сведения о расчёте на прочность цилиндрических эвольвентных зубчатых передач. Виды разрушения зубьев. Критерии работоспособности зубчатых передач.

Тема 3.16. Основная теорема зубчатого зацепления.

Основа теории зубчатого зацепления. Образование эвольвентного зацепления. Изготовление зубчатых колёс. Влияние числа зубьев на форму и прочность зуба.

Тема 3.17. Расчёт прямозубой передачи.

Общие сведения о расчёте на прочность цилиндрических эвольвентных зубчатых передач. Расчёт на контактную прочность. Расчёт на изгиб. Проектировочный расчёт закрытых и открытых цилиндрических передач.

Тема 3.18. Расчёт косозубой передачи.

Эквивалентное колесо. Расчёты на прочность. Рекомендации по расчёту на прочность закрытых косозубых цилиндрических передач. Шевронные цилиндрические передачи. Понятие о зубчатых передачах с зацеплением Новикова.

Тема 3.18. Расчёт конической передачи.

Геометрия зацепления колёс. Эквивалентное колесо. Расчёт на контактную прочность. Расчёт на изгиб. Рекомендации по расчёту на прочность закрытых и открытых конических передач.

Тема 3.20. Планетарные зубчатые передачи.

Общие сведения. Передаточное число. Разновидности планерных передач. Подбор чисел зубьев. Расчёты на прочность.

Тема 3.21. Волновые зубчатые передачи

Общие сведения. Основные конструктивные элементы. Передаточное число. Расчёт волновых передач.

Тема 3.22. Червячные передачи

Общие сведения. Классификация. Основные геометрические соотношения. Скорость скольжения в передачи. Передаточное число. Силы зацепления. Расчёт на прочность.

Тема 3.23. Редукторы

Общие сведения. Классификация редукторов. Зубчатые редукторы.

Тема 3.24. Валы. Оси.

Общие сведения. Конструктивные элементы. Материалы. Критерии работоспособности. Проектировочные и проверочные расчёты валов.

Тема 3.25. Подшипники скольжения.

Общие сведения. Виды смазки. Материалы вкладышей. Виды разрушения вкладышей. Условный расчёт. Работа вкладышей в условиях жидкостной смазки. Подвод смазочного материала. К. П.Д.

Тема 3.26. Подшипники качения (ПК).

Общие сведения. Классификация и условные обозначения ПК. Типы ПК.

Виды разрушения ПК. Критерии работоспособности.

Тема 3.27. Подшипники качения (ПК).

Расчёт (подбор) ПК на долговечность. Расчёт эквивалентной нагрузки. Последовательность расчёта (подбора) ПК на долговечность. Расчёт (подбор) ПК при статическом нагружении

Тема 3.28. Подшипники качения (ПК).

Особенности конструирования подшипниковых узлов. Смазывание ПК. К. П.Д. Уплотнительные устройства.

Тема 3.29. Муфты.

Общие сведения. Глухие муфты. Жёсткие компенсирующие муфты. Упругие компенсирующие муфты. Сцепные управляемые муфты. Сцепные самоуправляемые муфты.

Раздел 4. Основы конструирования.

Тема 4.1. Общие вопросы конструирования машин.

Исполнительные механизмы машины. Кинематическая схема машины.

Тема 4.2. Методы конструирования.

Конструктивная преемственность. Выбор конструкции машины. Методы конструирования.

Тема 4.3. Материалы, применяемые в машиностроении.

Общие сведения о материалах. Спечённые материалы полученные из порошков. Стали (конструкционные и инструментальные). Лёгкие сплавы из алюминия и на магниевой основе. Неметаллические материалы (пластмассы, каучук, дерево)

Тема 4.4. Технологичность конструкций машин.

Общие понятия о технологичности. Количественная оценка технологичности. Простота конструкции и форма детали. Основы проектирования технологичных деталей. Технологичность конструкций и сборки.

Тема 4.5. Система смазки машин.

Общие требования к смазке трущихся пар и выбор смазывающих материалов. Система смазки. Централизованная система смазки машин. Воздушная смазка высокоскоростных опор. Работа подшипников без смазки.

Тема 4.6. Трение и износ в машинах.

Трение и износ машины. Сопротивление трения в механизмах. Общая характеристика износа трущихся поверхностей. Расчёт деталей на изнашивание.

Тема 4.7. Надёжность машин.

Надёжность машин. Общие вопросы надёжности. Причины выхода машин из строя. Конструктивная технологическая и эксплатуационная надёжность машины.

Тема 4.8. Долговечность машин.

Срок службы и вероятность безотказной работы машины. Количественные показатели надёжности неремонтируемых и ремонтируемых изделий. Долговечность машины. Гарантийный срок работы и ремонтопригодность машины.

Тема 4.9. Основы художественного конструирования технологического оборудования.

Общие понятия. Особенности художественного конструирования технологического оборудования. Эргономика. Некоторые сведения о композиции. Цвет в художественном конструировании.

Тема 4.10. Экономическая эффективность проектируемой конструкции.

Удобство и безопасность работы на машине. Механизация и автоматизация ручных процессов на машине. Основные направления конструирования машин. Экономическая оценка эффективности конструкции.

Тема 4.11. Разработка проекта машины.

Виды изделий. Стадии разработки технической документации.

Тема 4.12. Разработка документации машины.

Разработка рабочей документации машины. Технические документы изделий основного производства и их комплектность. Учёт и хранение технических документов и порядок внесения изменений. Заводские и приёмочные испытания опытного образца машины.

5. Образовательные технологии

В ходе освоения модуля при проведении аудиторных занятий используется образовательная технология, предусматривающая такие методы и формы изучения материала как лекция, практическое занятие, включающее, в том числе активные и интерактивные формы занятий (занятия, проводимые в интерактивной форме составляют 25% от общего количества аудиторных занятий).

1. Технология традиционного обучения при проведении информационных и проблемных лекций, семинарских занятий с целью углубленного изучения вопросов дисциплин, практических занятий: творческих, углубленных. (Тема 2.1. Общие сведения о силах.. Тема 3.3.. Соединения заклепочные. Тема 4.1. Общие вопросы конструирования машин.)

2. Технология сотрудничества с использованием работы в парах при проведении практических занятий расчетно-экспериментального характера (Тема 3.2. Критерии работоспособности. Тема 3.5 Соединения сварные.).

3. Технологии нетрадиционных учебных занятий – дискуссии (Тема 2.2. Равновесие при наличии силы трения. Тема 3.1. Требования, предъявляемые к машинам и их деталям. Тема 4.2. Методы конструирования.).

4. Тестовые технологии при проведении промежуточного контроля знаний и умений (Тема 1.3. Кинематическое исследование плоских механизмов графическими методами. Тема 3.1. Требования, предъявляемые к машинам и их деталям. Тема 3.6. Соединения шпоночные. Тема 3.22. Червячные передачи. Тема 4.11. Разработка проекта машины.).

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,

промежуточной аттестации по итогам освоения модуля.

Самостоятельная работа студента

Примерные вопросы к коллоквиуму

Примерные тесты

1.  Определить модуль m и шаг p зацепления прямозубого цилиндрического колеса без смещения, если число зубьев его z = 32, а диаметр вершин зубьев

dа = 102 мм ( dа = 85 мм ).

2.  Быстроходный вал двухступенчатого зубчатого редуктора имеет частоту вращения n1 = мин -1 . Определить условную скорость ω тихоходного вала, если известны числа зубьев колёс редуктора z1 = 20, z2 =50, z3 = 24, z = 72

(z4 = 48). Принять π/30 = 0,1.

3.  Ведомый вал цепной передачи имеет угловую скорость ω = 10 рад/с. Определить частоту вращения n ведущего вала, если числа зубьев звёздочек

z1 = 25, z2 = 75 ( z2 = 80). Принять 30/π = 10.

4.  Определить требуемую мощность Р электродвигателя, соединённого с редуктором муфтой, если общий к. п. д. редуктора η = 0,9. Частота вращения n2 = 100 мин и вращающий момент на ведомом валу Т1 = 180 Нм (Т2 = 270 Н м). Принять π/30 = 0,1.

5.  Определить общий к. п. д. η редуктора, если мощность на ведущем валу Р1 = 4 кВТ, вращающий момент Т2 = 400 Н м и частота вращения на ведомом валу n2 = 80 мин (n2 = 90 мин-1 ). Принять π/30 = 0,1.

Примерная контрольная работа

Определить мощность, которую можно предать роликовой цепью с шагом Р. Скорость движения цепи υ1, число зубьев ведущей звёздочки z1 и коэффициент эксплуатации Кэ.

Примерные темы рефератов

1.  Степени подвижности кинематической цепи и механизма.

2.  Методы кинематического анализа механизма.

3.  Общая характеристика плоского кулачкового механизма.

4.  Основное уравнение движения механизма.

5.  Требования, предъявляемые к машинам.

6.  Нагрузки, действующие в машинах.

7.  Проектный и проверочный расчеты.

8.  Классификация зубчатых передач.

9.  Конструкции и материалы передач.

10.  Расчеты ременных передач по кривым скольжениям.

11.  Расчет ременных передач по максимальным напряжениям.

12.  Силы, действующие в ветвях цепи.

13.  Классификация подшипников качения.

14.  Основные типы подшипников качения.

Примерные темы курсовых работ

1.  Исполнительные механизмы машин.

2.  Выбор конструкции машины.

3.  Методы конструирования машин.

4.  Основы проектирования технологичных деталей.

5.  Художественное конструирование технологического оборудования.

6.  Цвет в художественном конструировании.

7.  Порядок разработки проекта машины.

8.  Разработка рабочей документации машины.

9.  Заводские испытания опытного образца машины.

Примерные вопросы к зачету:

3 семестр

1. Механическая система твердых тел.

2. Классификация механизмов.

3. Кинематический анализ плоского механизма.

4. Синтез плоского механизма.

5. Составление кинематической схемы плоского механизма.

6. Метод сечения.

7. Требования, предъявляемые к машинам и их деталям.

8. Нагрузки, действующие в машинах.

9. Критерии работоспособности.

10. Выбор материалов и определение допустимых напряжений.

11. Сварные соединения.

12. Соединение с натягом.

13. Классификация зубчатых передач

14. Силы, действующие в ременных передачах при работе вхолостую.

4 семестр

1. Параметры зубчатых передач.

2. Силы, действующие в зацеплении.

3. Построение эвольвентного профиля зуба.

4. Определение коэффициента торцевого перекрытия.

5. Материалы для изготовления зубчатых колес.

6. Виды разрушения зубьев.

7. Понятие о контактных напряжениях.

8. Виды и назначаемые расчета зубчатых передач на прочность.

9. Расчет на контактную выносливость поверхностей зубьев.

10. Расчет зубьев передачи на изгибную прочность.

11. Приводные цепи.

12. Основные геометрические соотношения в цепных передачах.

13. Силы, действующие в ветвях цепи.

14. Порядок расчета цепной передачи.

15. Нагрузки, действующие на вал, при работе цепной передачи.

Примерные вопросы к экзамену

5 семестр

1. Силы, действующие в зацеплении червячной передачи.

2. Расчет червячной передачи на прочность.

3. КПД червячных передач.

4. Условие самоторможение червячной передачи.

5. Классификация зубчатых редукторов.

6. Схемы двухступенчатых зубчатых редукторов.

7. Общие сведения о планетарных зубчатых передачах.

8. Дифференциал.

9. Конструкция волновой зубчатой передачи.

10. Исполнительные механизмы машин.

11. Основные требования, предъявляемые к кинематическим схемам большинства машин.

12. Выбор конструкции машин.

13. Методы конструирования.

14. Порядок оценки технологичности конструкции машин.

15. Основы проектирования технологичных деталей.

16. Требования к смазке трущихся пар.

17. Характеристика износа трущихся поверхностей.

18. Надёжность изделия.

19. Количественные показатели надёжности изделия.

20 Понятие долговечности машины.

21.Особенности художественного конструирования технологического оборудования.

22. Значение цвета в художественном конструировании.

23. Основные направления конструирования машин.

24. Порядок разработки проекта машин.

25. Разработка рабочей документации машин.

26. Порядок учёта и хранения технических документов.

27. Заводские испытания опытного образца машин.

28. Приёмочные испытания опытного образца машин.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение

модуля «Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования»

а) основная литература:

1.  , Лурье теоретической механики. – Т.1. Статика и кинематика. – М.: Наука, 2002.

2.  Кожевников механизмов и машин. – М.: Машиностроение, 200.1

3.  , , Жидков машин. – М.: Илекса, 2004.

4.  Мещерский задач по теоретической механики. – М.: Наука, 2002.

5.  Основы проектирования текстильных машин. (Общая часть) /Под. общ. ред. – М., Машиностроение, 2006.

6.  Орлов конструирования. Книга 1. Изд. 4. – М., Машиностроение, 2007.

7.  , Клипин машин. – М.: Дрофа, 2002.

8.  Тарг курс теоретической механики. – М.: Высшая школа, 2006

б) дополнительная литература:

9.. и др Детали машин Учебник для ВУЗов. – М. МГТУ им. , 2002

10. , Эрдеди машин – М.: Высшая школа, 2002

11. и др. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Машиностроение, 2001

12.  Кузнецов лабораторных работ по машиноведению. Пенза, 2006

д) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

Программное обеспечение и Интернет-ресурсы

8. Материально-техническое обеспечение модуля

1. Компьютерные классы с выходом в Интернет.

2. Аудитории, специально оборудованные для проведения занятий.

Рабочая программа модуля «Машиноведение: теоретическая механика, теория машин и механизмов, детали машин, основы конструирования» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций примерной ООП ВПО по направлению подготовки 050100 Педагогическое образование и профилю подготовки «Технология».

Программу составили:

1. , к. т.н, доцент_______________________________________________

(подпись)

Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительного письменного разрешения кафедры-разработчика программы.

Программа одобрена на заседании кафедры теоретической физики и ОТД

Протокол № ___ от «____» ______________ 20__ года

Зав. кафедрой __________ _________________

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим советом физико-математического факультета

Протокол № ___ от «____» ______________ 20__ года

Председатель учебно-методического совета

физико-математического факультета _________________________

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим управлением университета

«_____» _____________ 20__ года

Начальник учебно-методического

управления университета ___________________________

(подпись)