Структура та класифікація механізмів

Теорія механізмів

І машин

Навчальний посібник

для студентів напрямку 6.090200

„Інженерна механіка”

денної та заочної форм навчання

Луцьк 2008

УДК 621.01(07)

ББК 34.41 Я7

Я77

Теорія механізмів і машин. Навчальний посібник / М.П. Ярошевич – Луцьк: ЛНТУ, 2008. – 216 с.

У навчальному посібнику у стислій і доступній формі викладені основні положення теорії механізмів і машин. Зміст викладеного відповідає навчальній програмі для вищих технічних закладів. Посібник розрахований перш за все на студентів очної форми навчання, для яких навчальним планом передбачений курс лекцій обсягом 54 години та здача екзамену. Він може бути використаний для вивчення курсу “Прикладна механіка”.

Рецензенти: проф., д.т.н. І.В. Кузьо, проф., д.т.н. В.І. Шваб’юк

Відповідальний за випуск: проф., д.т.н. М.П. Ярошевич

Затверджено науково-методичною радою ЛНТУ, протокол № __ від __ ________ р.

Рекомендовано до друку науково-методичною радою ННВ ІІ та ІТ ЛНТУ, протокол № ___ від __ __________ р.

Розглянуто на засіданні кафедри ТММ і ДМ, протокол №  від ___ __________ р.

ВСТУП

Ефективна робота народногосподарського комплексу нашої держави в ринкових умовах не можлива без оснащення його високопродуктивними, енергетично малозатратними, надійними і довговічними машинами. Створення таких машин вимагає від інженерів-механіків глибоких і міцних знань, в першу чергу, у сфері теорії механізмів і машин (ТММ).

ТММ як наука. Початкові (вхідні) поняття та визначення

Теорія механізмів і машин - це наука про загальні методи дослідження механізмів і машин та про наукові основи їх проектування.

У літературі можна зустріти інші визначення. ТММ - наука, що вивчає загальні методи дослідження (теоретичні та експериментальні) механізмів і машин та проектування їх схем незалежно від конкретного призначення.

ТММ - наука про аналіз та синтез механізмів, механіку машин. Підкреслимо методи ТММ, придатні для дослідження та проектування будь-яких механізмів і не залежать від технічного призначення машини, приладу чи апарата. Наприклад, механізм двигуна внутрішнього згоряння, механізм кривошипного преса та лісопильної рами (не зважаючи на різне призначення та повну несхожість зовнішнього вигляду) мають в основі один і той же кривошипно-повзунний механізм (рис. 1.1). Це дає можливість застосовувати загальні методи їх дослідження та проектування. Один і той самий механізм для перетворення обертового руху, виконаний у вигляді зубчастих коліс, може застосовуватись в автомобілях, верстатах і годинниках, тому можна при дослідженні механізмів з різним функціональним призначенням застосовувати загальні методи, що базуються на основних принципах сучасної механіки.

ТММ - наукове підґрунтя для створення нових машин. Проектування механізмів становить складну комплексну проблему, розв’язок якої розбивається на декілька етапів. У ТММ переважно розглядаються задачі першого етапу проектування, за допомогою яких розробляються кінематичні схеми механізмів, що відтворюють потрібний закон руху. Зрозуміло, що всі наступні етапи проектування базуються на першому визначальному етапі. Тому важко переоцінити роль ТММ як теоретичної основи проектування машин.

ТММ - це одна із загальноінженерних дисциплін. Курс ТММ є з’єднувальною ланкою між циклом загальнонаукових дисциплін та циклом спеціальних дисциплін, в яких вивчають машини та прилади окремих галузей техніки. ТММ є основою для вивчення курсів деталей машин, основ конструювання машин, підіймально-транспортних пристроїв, курсів з розрахунку і конструюванню окремих видів машин залежно від спеціальності, за якою проводиться підготовка студентів, і т.ін. Курс ТММ є, по суті, вступним у спеціальність майбутнього інженера.

В основі курсу лежать фундаментальні положення математики і механіки. Ці положення розвиваються і доповнюються стосовно конкретних технічних задач, які виникають при дослідженні та проектуванні машин.

Найбільше ТММ ґрунтується на теоретичній механіці. Нагадаємо, механіка - наука про механічний рух та взаємодію матеріальних тіл. Механіку прийнято ділити на теоретичну та прикладну. Вони діалектично взаємопов’язані.

У теоретичній механіці встановлюють загальні закономірності об’єктів, що вивчаються, без зв’язку з їх конкретним застосуванням.

Під терміном “Прикладна механіка” (крім ТММ, містить, як правило, опір матеріалів та деталі машин) розуміють галузь механіки, яка вивчає рух (та напруженого стану) реальних технічних об’єктів-конструкцій, механізмів, машин, пристроїв з урахуванням загальних закономірностей, встановлених в теоретичній механіці. Враховуючи сказане, можна сформулювати ще одне визначення ТММ.

ТММ - наука, що вивчає структуру (будову), кінематику та динаміку механізмів і машин у зв’язку з їх аналізом та синтезом. Задачі ТММ дуже різноманітні, але найважливіші з них можна згрупувати за двома проблемами:

- аналіз-дослідження існуючих механізмів та машин;

- синтез-проектування нових механізмів і машин.

Наведемо деякі визначення.Машина - це пристрій, що виконує механічні рухи для перетворення енергії матеріалів та інформації з метою заміни або полегшення фізичної та розумової праці людини.

У ТММ основною ознакою машини, що відрізняє її від інших пристроїв, є наявність механічного руху. З погляду функцій, що виконують машини, їх можна поділити на наступні класи: енергетичні машини; технологічні (робочі) машини; транспортні машини; інформаційні машини; кібернетичні машини.

Енергетичною машиною називається машина, що призначена для перетворення будь-якого виду енергії у механічну (і навпаки). У першому випадку вона називається машина-двигун, в другому випадку – машина-генератор.

У технологічних машинах (металообробні верстати та комплекси, ковальсько-пресове обладнання, прокатні стани, ливарне обладнання і т. ін.) змінюється форма, розміри, властивості, стан вихідних матеріалів та заготовок.

З допомогою транспортних машин та пристроїв відбувається переміщення вантажів, інструментів, людей та інших об’єктів у просторі з потрібною швидкістю.

Інформаційні машини – машини для одержання та перетворення інформації.

Кібернетична машина – це машина, що замінює або імітує різні механічні, фізіологічні або біологічні процеси, що притаманні людині і живій природі, та яка має елементи штучного інтелекту.

Зазначимо, що двигуна і робочу машину, що з ним з’єднана, називають машинним агрегатом. Часто до складу машинного агрегату входять передавальні механізми.

Виконання машиною своїх функцій зв’язане з передачею та перетворенням механічного руху. Носієм руху в машинах є механізми. Механізми-основа кожної машини. Механізм – спеціально створена система твердих тіл, що рухомо з’єднані і які рухаються певним, потрібним чином відносно одного з них, яке прийняте за нерухоме.

Основними ознаками механізмів є рухомість ланок (твердих тіл), визначеність, взаємозалежність їх рухів. Більшість механізмів виконують функцію перетворення механічного руху твердих тіл. Механізм – це система твердих тіл, що рухомо з’єднані між собою, яка призначена для перетворення руху одного чи кількох тіл у потрібні рухи інших тіл.

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ КІНЕМАТИЧНИХ І ДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНІЗМІВ І МАШИН

Структура та класифікація механізмів

Структура механізму - це його будова. Будовою механізму визначаються такі його важливі характеристики, як види виконуваних рухів, способи їх перетворення, число ступенів вільності.

Основними структурними елементами механізму є ланки (тверді тіла) та кінематичні пари (рухомі з’єднання твердих тіл). Тобто, з погляду ТММ, будь-який механізм чи машина складаються лише з ланок, які з’єднані між собою кінематичними парами.