Лекция 1
ВВЕДЕНИЕ
Теория механизмов и машин есть наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.
Машина есть устройство, предназначенное для преобразования энергии, материалов, информации в целях замены или облегчения физического или умственного труда. С точки зрения выполняемых машиной функций их можно разделить на следующие классы:
a) энергетические машины;
b) рабочие машины;
c) информационные машины;
d) кибернетические машины.
Энергетической машиной называется машина, предназначенная для преобразования любого вида энергии в механическую (и наоборот), в первом случае она носит название машины-двигателя, во втором – машины-генератора.
Рабочей машинной называется машина, предназначенная для преобразования материалов. Рабочие машины подразделяются на транспортные и технологические. Транспортной машиной называется рабочая машина, в которой преобразование материала состоит только в изменении положения основного перемещаемого объекта. Технологической машиной называется рабочая машина, в которой преобразование материала состоит в изменении формы, свойств и состояния материала или обрабатываемого объекта (на пример металлообрабатывающие станки, прессы и т.д.).
Информационной машиной называется машина для получения и преобразования информации (на пример телефонные аппараты).
Кибернетической машиной называется машина, заменяющая или имитирующая различные механические, физиологические или биологические процессы, присущие человеку и живой природе, и обладающая элементами искусственного интеллекта (на пример компьютерная техника).
Машинным агрегатом называется совокупность механизмов двигателя, передаточных механизмов и механизмов рабочей машины.
Механизмом называется система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел (на пример зубчатые, рычажные, кулачковые механизмы и др.).
С точки зрения их функционального назначения механизмы машины обычно делятся на следующие виды:
a) механизмы двигателей и преобразователей;
b) передаточные механизмы;
c) исполнительные механизмы;
d) механизмы управления, контроля и регулирования;
e) механизмы подачи, транспортировки, питания.
Механизмы двигателей осуществляют преобразование различных видов энергии в механическую работу. Механизмы преобразователей (генераторов) осуществляют преобразование механической работы в другие виды энергии. К механизмам двигателей относятся механизмы двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, электродвигателей, турбин и др. К механизмам преобразователей относятся механизмы насосов, компрессоров, гидроприводов и др.
Передаточные механизмы (привод) имеют своей задачей передачу движения от двигателя к технологической машине или исполнительным механизмам. Так как вал двигателя обычно имеет более высокую частоту вращения, чем основной вал технологической машины, задачей передаточных механизмов является уменьшение частоты вращения вала двигателя до уровня частоты вращения основного вала технологической машины.
Исполнительными механизмами называются те механизмы, которые непосредственно воздействуют на обрабатываемую среду или объект. В их задачу входит изменение формы, состояния, положения и свойств обрабатываемых среды и объекта.
Тема 2: «СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ
МЕХАНИЗМОВ»
Звенья и кинематические пары
Всякий механизм состоит из звеньев и кинематических пар. Звеньями называются подвижно соединенные части механизма. Звено представляет собой деталь или группу деталей механизма, которые образуют одну жесткую систему тел. Звенья бывают подвижными и неподвижными. Неподвижные звенья называются стойками. У любого механизма имеется лишь одно неподвижное звено, подвижных же звеньев может быть много. Звено, совершающее полный, оборот называется кривошипом (1 – кривошип рис. 2.1), плоскопараллельное движение – шатуном (2 – шатун рис. 2.1 а и б), качательное движение (перемещение на неполный оборот) – коромыслом (3 – коромысло рис. 2. а),
Рис. 2.1. Схемы рычажных механизмов:
а) шарнирный четырехзвенник; б) кривошипно-ползунный механизм
поступательное движение – ползуном (или для двигателей, насосов и компрессоров – поршнем) (3 – поршень рис. 2.1 б).
Кинематической парой называется соединение двух соприкасающихся звеньев, обеспечивающее определенное относительное движение. Все кинематические пары делятся по двум признакам.
Первый признак – по характеру соприкосновения кинематические пары делятся на высшие и низшие. К низшим парам относят кинематические пары, у которых звенья соприкасаются между собой по поверхностях (рис. 2.2 а) (поршень и цилиндр, вал и подшипник). К высшим – у которых звенья соприкасаются друг с другом в точках или по линиям (рис. 2.2 б) (зубья зубчатой передачи, толкатель и кулачок).
а) б)
Рис. 2.2. Кинематические пары: а) низшая; б) высшая
Второй признак – все кинематические пары делятся на классы (см. табл. 2.1). По виду относительного независимого движения различают пять классов кинематических пар. Класс кинематической пары определяется числом условий связи (ограничений) S, налагаемых на относительное движение звеньев
,
где H – число степеней свободы звеньев кинематической пары.
Кинематическая цепь
Звенья, соединенные между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь. Кинематические цепи могут быть простыми (рис. 2.3 a) и сложными (рис. 2.3 б), замкнутыми (рис. 2.3 в) и незамкнутыми (рис. 2.3 a). Различают пространственные и плоские кинематические цепи.
Простой кинематической цепью называется такая цепь, у которой каждое звено входит не более чем в две кинематические пары. Сложной кинематической цепью называется цепь, в которой имеется хотя одно звено, входящее более чем в две кинематические пары.
Замкнутой кинематической цепью называется кинематическая цепь, звенья которой образуют замкнутые контуры. Незамкнутой кинематической цепью называется кинематическая цепь, звенья которой не образуют замкнутых контуров.
Таблица 2.1