Курсовое проектирование по теории механизмов и машин

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологический политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования 

«Волгоградский государственный аграрный университет»

В. В. Жога

И. А. Несмиянов
Н. С. Воробьева 

В. В. Дяшкин-Титов 

М. Е. Николаев

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ПО ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ 

И МАШИН

Учебно-методическое пособие

Волгоград

Волгоградский ГАУ

2019

УДК 621.01
ББК 34.4
К-93

Рецензент –

кандидат технических наук, доцент кафедры «Детали машин и ПТУ» 
ФГБОУ ВО «ВолгГТУ» А.В. Попов

К – 93   Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: 
учебно-методическое пособие / В.В. Жога, И.А. Несмиянов, Н.С. Воробьева, В.В. Дяшкин-Титов, М.Е. Николаев. – Волгоград: ФГБОУ ВО 
Волгоградский ГАУ, 2019. – 80 с.

Учебно-методическое пособие составлено для проведения практи
ческих занятий и самостоятельного выполнения курсового проекта по 
дисциплине «Теория механизмов и машин» согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 35.03.06 «Агроинженерия», 20.03.01 – «Техносферная безопасность».

УДК 621.01
ББК 34.4

© ФГБОУ ВО Волгоградский государственный 

аграрный университет, 2019

© Авторы, 2019 

ВВЕДЕНИЕ

Значение курса теории механизмов и машин для инженерного 

образования велико. Специалисты по эксплуатации сельскохозяй
ственной техники и оборудования должны хорошо разбираться в ос
новных видах механизмов и знать их кинематические и динамические 

свойства. Эти знания необходимы для ясного понимания принципов 

работы отдельных механизмов и их взаимодействия в машине. В про
цессе эксплуатации любой машины всегда возможно возникновение 

неполадок и отказов в ее работе. Устранить эти неисправности, а в не
которых случаях даже дать задание на проектирование нового меха
низма может только инженер, хорошо знающий кинематические и ди
намические свойства механизмов.

Курсовой проект по теории механизмов и машин является од
ним из важнейших видов изучения курса. Он способствует приобре
тению навыков применения общих методов проектирования и иссле
дования механизмов и машин. При выполнении проекта используются 

знания, полученные при изучении теоретической части дисциплины, а 

также предшествующих дисциплин: физики, математики, теоретиче
ской механики, начертательной геометрии.

Самостоятельное решение студентами ряда примеров по курсу 

«Теория механизмов и машина имеет большое значение. Учит прак
тическому применению методов структурного и кинематического 

анализа и синтеза механизмов, не только развивает расчетную техни
ку студента, но и обогащает его представления о новых, ему еще не 

известных схемах механизмов и их свойствах.

Курсовой проект по теории механизмов и машин является пер
вой самостоятельной расчетно-графической работой студентов инже
нерно-технологического факультета. Цель его - закрепить и углубить 

знания по основным разделам курса, содействовать развитию навыков 

комплексного исследования и проектирования механизмов и машин.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И НЕОБХОДИМЫЕ 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ 

Теория механизмов и машин – наука, изучающая строение 

(структуру), кинематику и динамику механизмов в связи с их анали
зом и синтезом.

Анализ осуществляется при заданных размерах и массе звеньев, 

когда необходимо определить: скорости, ускорения, действующие си
лы, напряжения в звеньях и их деформации. В результате может быть 

произведен проверочный расчет на прочность, выносливость и т.д.

Синтез осуществляется при заданных скоростях, ускорениях, 

действующих силах, напряжениях или деформациях. При этом требу
ется определить необходимые размеры звеньев, их форму и массу. 

При синтезе часто решается задача оптимального проектирования 

конструкции.

Механизм – совокупность физических тел (звеньев) подвижно 

связанных между собой и обладающих определённостью движения, 

предназначенных для передачи и преобразования движения.

Звено механизма – деталь или группа деталей, которые при 

движении не изменяют своего положения относительно друг друга, то 

есть соединены жестко.

Звенья бывают простые (состоят из одной детали) и сложные

(состоят из нескольких деталей, иногда из различных материалов, 

жёстко связанных между собой).

Во всяком механизме имеется одно или несколько подвижных 

звеньев и всегда только одно неподвижное.

Неподвижное звено, состоящее из одной или нескольких дета
лей, называется стойкой.

Таким образом, каждый механизм имеет стойку и подвижные 

звенья, среди которых выделяют входные, выходные и промежуточ
ные звенья.

Входным (ведущим) звеньям сообщается движение, преобразу
емое механизмом в требуемые движения выходных (ведомых) звень
ев с помощью промежуточных звеньев. Обычно в механизме имеет
ся одно входное и выходное звено. Но в некоторых случаях имеют ме
сто механизмы с несколькими входными или выходными звеньями, 

например, дифференциал автомобиля. 

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 

Кинематическая пара – подвижное соединение двух звеньев 

находящихся в соприкосновении.

По характеру соприкосновения звеньев различают:

Рисунок 1 

1. Низшие кинематические пары – соприкосновение в звеньях 

происходит по поверхностям (а).

2. Высшие кинематические пары – соприкосновение в звеньях 

происходит по линиям и точкам (б).

Преимуществом низших кинематических пар является возмож
ность передачи значительных усилий при малом износе, а достоин
ством высших кинематических пар возможность воспроизводить до
статочно сложные относительные движения.

По относительному движению звеньев, образующих пару, ки
нематические пары делятся на:

- вращательные,

x    

y    

z    

A    

B    

C    

- поступательные,

- винтовые,

- плоские,

- сферические.

Как известно, любое тело в декартовой системе координат имеет 

6 степеней свободы или подвижности (W=6).

Рисунок 2 

Так как вхождение звена в кинематическую пару с другим зве
ном налагает на относительные движения этих звеньев условия связи 

(ограничения), то число условий связи может располагаться в преде
лах от 1 до 5, то есть 
5
1

 S
. Следовательно, число степеней свобо
ды W звена кинематической пары в относительном движении может  

быть выражено зависимостью

6
W
S


(1) 

Таким образом, число степеней свободы звена кинематической 

пары в относительном движении может изменяться от 1 до 5.

Все кинематические пары делятся на классы. Класс кинемати
ческой пары определяется числом условий связи (ограничений), 

накладываемых на относительное движение звеньев этой пары.

Таблица 

Класс  
кинематической 

пары

Число 
условий 

связи 

(ограничений), S

Подвижность, 

W
Схема

Условное 
обозначе
ние

1
2
3
4
5

I
S=1
W=5

II
S=2
W=4

III
S=3
W=3

IV
S=4
W=2

V
S=5
W=1

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 

Кинематическая цепь – звенья, связанные между собой кине
матическими парами различных классов.

Кинематические цепи бывают пространственными и плоскими, 

простыми и сложными, открытыми и замкнутыми.

Пространственные кинематические цепи – цепи, звенья ко
торых двигаются в различных плоскостях.

Плоские кинематические цепи – цепи, звенья которых двига
ются в одной или параллельных плоскостях.

Простой кинематической цепью называется такая цепь, в ко
торой нет ни одного звена образующего с другими звеньями более 

чем две кинематические пары.

1

2

3

Рисунок 3 – Простая кинематическая цепь

Сложной называется такая цепь, в которой имеется хотя бы 

одно звено, образующее с другими звеньями три или более кинема
тических пар.

1

2

3

4

Рисунок 4 – Сложная кинематическая цепь. 

(Звено 1 образует три кинематические пары. Звено 3 образует две 

кинематические пары) 

1

2

3

4
5

Рисунок 5 – Сложная кинематическая цепь

Цепь называется замкнутой, если не содержит ни одного зве
на образующего с другими звеньями только одну кинематическую па
ру. Если цепь содержит такое звено, то она является разомкнутой.

Рисунок 6 – Замкнутая кинематическая цепь

Рисунок 7 – Разомкнутая кинематическая цепь

СТЕПЕНЬ ПОДВИЖНОСТИ МЕХАНИЗМОВ 

Числом степеней свободы механизма называется число неза
висимых между собой параметров (обобщенных координат), одно
значно определяющих положение всех звеньев относительно стойки.

Число степеней свободы пространственного механизма опреде
ляется по формуле Сомова-Малышева:

5
4
3
2
1
6
5
4
3
2
W
n
p
p
p
p
p






(2) 

Число степеней свободы для плоских механизмов определяется 

по формуле Чебышева:

B
H
p
p
n
W

p
p
n
W









2
3

2
3
4
5
(3) 

где: n – число подвижных звеньев; рi (i =1,2…5) – число кинематических пар со
ответствующего класса; рН - число низших кинематических пар; рВ - число выс
ших кинематических пар; W – степень подвижности механизма, показывает 

сколько нужно иметь ведущих звеньев (двигателей) для получения определенного 

движения остальных его звеньев.

При определении W необходимо учитывать возможность нали
чия так называемых «пассивных» звеньев, т.е. звеньев, устраняемых 

без формального ущерба для кинематики анализируемого механизма.

Рисунок 8

Звено 4 – пассивная связь. Его удаление не влияет на характер 

движения механизма. 

Избыточные (пассивная) связи — повторяющиеся связи, которые 

можно удалить, сохранив при этом заданное число степеней свободы.