Теория механизмов и машин - это наука, изучающая структуру, кинематику и динамику механизмов и машин в связи с их анализом и синтезом.

ЛЕКЦИЯ 1

Краткое содержание

Введение. Цель и задачи курса ТММ. Краткая историческая справка. Основные определения курса ТММ. Машина. Классификация машин. Механизм. Классификация механизмов. Машинный агрегат. Элементы механизма: звено, кинематическая пара, кинематическая цепь. Их классификация.

Цель и задачи курса

Машина

По мере развития машин содержание термина "машина" изменялось. Для современных машин дадим следующее определение:

Машина есть устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Классификация машин

1.Энергетические машины (электродвигатели, ДВС, компрессоры и т.д.);

2.Транспортные машины (краны, конвейеры, автомобили и т.д.);

3.Технологические машины (металлорежущие станки, полиграфические, горнодобывающие, швейные машины и др.);

4.ЭВМ.

Механизм

Существует несколько определений. Дадим одно из них.

Механизм есть система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других тел.

Все механизмы можно разделить на плоские и пространственные.

У плоского механизма точки его звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях.

У пространственного механизма точки его звеньев описывают неплоские траектории или траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях.

Машинный агрегат – это совокупность взаимосвязанных механизмов.

 

Рис.1.8 Блок-схема машинного агрегата

Звено

Звено - это одна или несколько деталей механизма, соединенных между собой жестко.

В каждом механизме имеется 2 группы звеньев.

 

1.Неподвижное звено - стойка. Стойка в механизме может быть только одна, так как все неподвижные звенья являются единым целым (например, корпус электродвигателя, станина станка) Условное обозначение (рис.1.9, звено 6).

2.Подвижные звенья:

· ведущие звенья – это звенья, закон движения которых задан;

· ведомые звенья - это звенья, закон движения которых определяется движением ведущих звеньев.

В рычажных механизмах имеются следующие подвижные звенья:

· кривошип (рис.1.9, звено 1), совершает полный оборот относительно стойки 6;

· коромысло (рис.1.9, звено 5), совершает неполный оборот относительно стойки 6;

· ползун (рис.1.9, звено 2), совершает возвратно-поступательное движение;

· кулиса (рис.1.9, звено 3), звено, которое совершает вращательное движение относительно стойки 6 и на котором есть направляющая для ползуна;

· шатун (рис 1.9, звено 4) - звено, которое не имеет соединения со стойкой.

Рис. 1.9

Кинематическая пара

ЛЕКЦИЯ 2

Краткое содержание

Структурная схема механизма. Кинематическая схема механизма. Определения степени подвижности механизма. Структурный принцип образования механизмов. Начальный механизм. Группы Ассура. Структурный анализ механизма. Примеры.

 

Виды групп Ассура II класса

Рассмотрим кинематические цепи, в состав которых входят только одноподвижные кинематические пары.

Для группы Ассура

или (2.3)

Так как количество кинематических пар должно быть целыми, то количество звеньев группы Ассура может быть только чётными числом. Следовательно, равенству (2.1) может удовлетворить следующий ряд чисел:

n (количество подвижных звеньев) 2 4 6

p₁ (число одноподвижных пар) 3 6 9

Класс группы Ассура II III IV и т.д.

 

В группу Асура II класса может входить: 2 подвижных звена и 3 кинематические пары, которые необходимы для присоединения звеньев к стойке или к другим звеньям. Если обозначить вращательную кинематическую пару В, а поступательную П, то возможны следующие виды групп Ассура II класса:

1. ВВВ (рис.2.2); 2. ВВП (рис.2.3); 3. ВПВ (рис.2.4); 4. ППВ (рис.2.5); 5. ПВП (рис. 2.6).

Рис.2.2 Рис.2.3 Рис.2.4

 

 

Рис.2.5 Рис.2.6.

Казалось бы, что, следуя по пути замены вращательных пар поступательными, можно было бы заменить все три вращательные пары поступательными (ППП). Но в этом случае при присоединении к стойке эта группа Ассура будет переходить в плоский механизм с одними поступательными парами - клиновой механизм (рис.1.7).

В группах Ассура различают внутренние и внешние кинематические пары.

ПРИМЕР 2.1

Выполнить структурный анализ механизма.

Звенья механизма

Звено ззвзвеназвена	Наименование	Подвижность	Число подвижных звеньев

Кинематические пары

№ п/п	Обозначение на структурной схеме	Соединяемые звенья	Вид	Тип пары	Индекс пары
Характер соприкосновения	Степень подвижности

Число одноподвижных кинематических пар p₁=7, число двух подвижных кинематических пар р₂=0.

Строение групп Асcура

а).Последняя группа Асcура

б).Предпоследняя группа Асcура

ЛЕКЦИЯ 1

Краткое содержание

Введение. Цель и задачи курса ТММ. Краткая историческая справка. Основные определения курса ТММ. Машина. Классификация машин. Механизм. Классификация механизмов. Машинный агрегат. Элементы механизма: звено, кинематическая пара, кинематическая цепь. Их классификация.

Цель и задачи курса

Теория механизмов и машин - это наука, изучающая структуру, кинематику и динамику механизмов и машин в связи с их анализом и синтезом.

К основным задачам теории механизмов и машин относятся:

· изучение строения (структуры) механизма;

· определение положений механизмов и траекторий, описываемых отдельными точками;

· определение скоростей и ускорений отдельных точек и звеньев механизма;

· исследование и проектирование различных механизмов: рычажных, зубчатых, кулачковых;

· определение сил, действующих на звенья механизма (внешних, реакций, трения, инерции);

· изучение способов уравновешивания сил инерции в машинах, балансировка роторов;

· изучение энергетического баланса машин (к.п.д. и др.);

· изучение истинного закона движения машин под действием заданных сил и способов регулирования скорости машины.

Краткая историческая справка

Как самостоятельная научная дисциплина ТММ, подобно другим прикладным разделам науки, возникла в результате промышленной революции, начало которой относится к 30-м годам XVIII века. Однако машины существовали задолго до этой даты. Поэтому в истории развития ТММ можно условно выделить четыре периода.

1-й период до начала XIX века - период эмпирического машиностроения, в течении которого изобретается большое количество простых машин и механизмов: подъемники, мельницы, камнедробилки, ткацкие и токарные станки, паровые машины (Леонардо да Винчи, Вейст, Ползунов, Уатт). Одновременно закладываются и основы теории: теорема об изменении кинетической энергии и механической работы, "золотое правило механики", законы трения, понятие о передаточном отношении, основы геометрической теории циклоидального и эвольвентного зацепления (Карно, Кулон, Амонтон, Кадано, Ремер, Эйлер).

2-й период от начала до середины XIX века - период начала развития ТММ. В это время разрабатываются такие разделы как кинематическая геометрия механизмов (Савари, Шаль, Оливье), кинетостатика (Кариолис), расчет маховика (Понселе), классификация механизмов по функции преобразования движения (Монж, Лану) и другие разделы. Пишутся первые научные монографии по механике машин (Виллис, Бориньи), читаются первые курсы лекций по ТММ и издаются первые учебники (Бетанкур, Чижов, Вейсбах).

3-й период от второй половины XIX века до начала XX века - период фундаментального развития ТММ. За этот период разработаны: основы структурной теории (Чебышев, Грюблер, Сомов, Малышев), основы теории регулирования машин (Вышнеградский), основы теории гидродинамической смазки (Грюблер), основы аналитической теории зацепления (Оливье, Гохман), основы графоаналитической динамики (Виттенбауэр, Мерцалов), структурная классификация и структурный анализ (Ассур), метод планов скоростей и ускорений (Мор, Манке), правило проворачиваемости механизма (Грасгоф) и многие другие разделы ТММ.

4-й период от начала XX века до настоящего времени - период интенсивного развития всех направлений ТММ как в России, так и за рубежом. Среди русских ученых необходимо отметить обобщающие работы Артоболевского И.И., Левитского Н.И., Фролова К.В.; в области структуры механизмов - работы Малышева А.И., Решетова Л.П., Озола О.Г.; по кинематике механизмов - работы Колчина Н.И., Смирнова Л.П., Зиновьева В.А.; по геометрии зубчатых передач - работы Литвина Ф.Л., Кетова Х.Ф., Гавриленко В.А., Новикова М.Л.; по динамике машин и механизмов - Горячкина В.П., Кожевникова С.П., Коловского М.З. и др. Данное перечисление не охватывает и малой доли работ выдающихся ученых, внесших существенный вклад в развитие ТММ в этот период. Из зарубежных ученых необходимо отметить работы Альта X., Бегельзака Г., Бейера Р., Крауса Р., Кросли Ф. и многих других.

Основные определения курса ТММ

Машина

По мере развития машин содержание термина "машина" изменялось. Для современных машин дадим следующее определение:

Машина есть устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Классификация машин

1.Энергетические машины (электродвигатели, ДВС, компрессоры и т.д.);

2.Транспортные машины (краны, конвейеры, автомобили и т.д.);

3.Технологические машины (металлорежущие станки, полиграфические, горнодобывающие, швейные машины и др.);

4.ЭВМ.

Механизм

Существует несколько определений. Дадим одно из них.

Механизм есть система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других тел.

Все механизмы можно разделить на плоские и пространственные.

У плоского механизма точки его звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях.

У пространственного механизма точки его звеньев описывают неплоские траектории или траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях.