Бурлака, Кучеренко, Мазоренко, Тищенко, Основы теории механизмов и машин
.pdf
МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ
Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенка
В.В.Бурлака, С.И.Кучеренко, Д.И.Мазоренко, Л.Н.Тищенко
Основы теории механизмов и машин
курс лекций
Учебник
Харьков
2008
ББК 34.41 УДК 621.01 О75
Гриф присвоен Министерством аграрной политики Украины (Письмо №14/18-Г-1095 от 19.05.08)
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор Лавинский В.И. (Национальный технический университет “ХПИ”),
доктор технических наук, профессор Ларин О.М. (Университет гражданской обороны Украины).
В.В. Бурлака, С.И. Кучеренко, Д.И. Мазоренко,
Л.Н. Тищенко. Основы теории механизмов и машин. Курс лекций. Учебник – Харьков, 2008. – 349с.: ил. – 161.
Курс лекций по теории механизмов и машин содержит материал, который читается на протяжении последних лет в Харьковском национальном техническом университете сельского хозяйства им. Петра Василенка. Он отвечает новой программе по теории механизмов и машин и рассчитан на студентов как дневной, так и заочной форм обучения.
Издание осуществлено за счет средств Харьковского благотворительного Фонда “Інженерні кадри села”
ISBN
ББК 34.41 О75
@ В.В. Бурлака, С.И. Кучеренко,
Д.И. Мазоренко, Л.Н. Тищенко,
2008
Предисловие 3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Основу учебного пособия составил курс лекции по теории механизмов и машин, который сформировался на основе опыта преподавания дисциплины в Харьковском национальном техническом университете сельского хозяйства.
Объем и содержание учебного пособия определялись следующими обстоятельствами.
Как справедливо замечают авторы [3], инженернотехнические специальности вузов можно подразделить на две группы:
конструкторские;
технологические и эксплуатационные.
Значение курса теории механизмов и машин для подготовки инженеров, проектирующих новые машины и механизмы, очевидно, так как общие методы синтеза механизмов, излагаемых в общих курсах, дают возможность находить параметры механизмов с заданными кинематическими и динамическими свойствами.
Несколько иное значение имеет курс теории механизмов и машин для технологических и эксплуатационных специальностей. Инженеры,
изготавливающие и эксплуатирующие машины, должны хорошо знать основные виды механизмов и их кинематические и динамические свойства. Эти знания необходимы для ясного понимания принципов работы отдельных механизмов и их взаимодействия в машине.
4Предисловие
Вбольшинстве технических вузов сельскохозяйственного профиля готовят инженеровмехаников эксплуатационного направления, для которых знание основных видов механизмов и их кинематических и динамических свойств является определяющим.
Второе обстоятельство связано с уменьшением лекционных часов, отводимых в учебных планах на изучение данной дисциплины. Вследствие этого, некоторые разделы курса изучаются на практических занятиях.
Раздел 1. Структурный анализ плоских механизмов |
5 |
ЛЕКЦИЯ 1
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 1. Структурный анализ плоских механизмов.
1.1.Основные понятия и определения.
1.2.Классификация кинематических пар.
1.2.1.Классификация кинематических пар по числу степеней свободы.
1.2.2.Классификация кинематических пар по характеру соприкосновения звеньев.
1.2.3.Классификация кинематических пар по способу замыкания.
1.3. Кинематическая цепь.
ВВЕДЕНИЕ
При изучении любого механизма или машины приходится рассматривать не только те вопросы, которые специфичны для данного механизма, но и ряд вопросов, относящихся в равной мере ко всем механизмам или к некоторой группе механизмов.
Курс теории механизмов и машин предназначен для изучения тех вопросов исследования и проектирования механизмов и машин, которые являются общими для большинства механизмов и машин.
Перед теорией механизмов и машин стоят две задачи.
Первая задача, которую называют анализом механизмов, заключается в том, чтобы определить структурные, кинематические и динамические характеристики механизма по известной схеме.
6 |
Лекция 1 |
Вторая задача, которую называют синтезом механизмов, является задачею, обратной анализу, т.е. при синтезе требуется спроектировать схему механизма под заданные структурные, кинематические или динамические условия.
Остановимся на понятиях машины и механизма.
Машина – устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации (двигатели внутреннего сгорания, станки, прокатные станы и т.д.).
Машина осуществляет свой рабочий процесс посредством выполнения закономерных механических движений. Носителем этих движений является механизм.
Механизм – система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.
Все механизмы делятся на пространственные и плоские.
Пространственными механизмами называются такие механизмы, точки деталей которых описывают неплоские траектории или траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях.
Плоскими механизмами называются такие механизмы, точки деталей которых описывают траектории, лежащие в одной или нескольких параллельных плоскостях.
В дальнейшем будут рассматриваться, в основном, плоские механизмы.
Как следует из определений, машина включает в себя один или несколько механизмов. Потому, в курсе вначале изучается теория механизмов, т.к. изучив свойства
Раздел 1. Структурный анализ плоских механизмов |
7 |
отдельных механизмов, можно переходить к изучению |
|
совокупности |
механизмов, |
образующих |
машину – к теории машин. |
|
|
Для изучения теории механизмов и машин необходимы, в первую очередь, знания по таким дисциплинам как математика, физика и теоретическая механика.
Рекомендуемая литература для изучения курса:
1.Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., 1976.
2.Юдин В.А., Петрокс А.В. Теория механизмов и машин.
М., 1973.
3.Кореняко А.С. Теория механизмов и машин. Киев, 1976.
4.Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. Под редакцией Кореняко А.С. Киев. 1970.
5.Теория механизмов и машин. Под редакцией Фролова К.В. М.,1987.
6.Кіницький Я.Т. Теорія механізмів і машин. Київ. 2002.
1.Структурный анализ плоских механизмов
1.1. Основные понятия и определения
Механизм является системой твердых тел.
Совокупность твердых тел (деталей), которая в составе механизма движется как одно целое, называется
звеном.
Например, шатун двигателя внутреннего сгорания (рис.1.1,а) включает следующие детали: 1 – тело шатуна; 2 – запрессованная втулка; 3 – головка шатуна; 4 – вкладыши; 5 – болты, гайки, шайбы, шплинты.
8 |
Лекция 1 |
При работе механизма вся эта совокупность деталей движется как одно целое, следовательно, это одно звено.
3 |
В |
4 |
2 |
|
|
С |
|
|
1 |
|
|
А |
|
2 |
4 |
|
|
|
1 |
|
5 |
|
|
|
|
|
3 |
|
О |
В |
С |
2 3
1
А
О
а) |
б) |
в) |
Рис. 1.1.
Если в специальных дисциплинах детали механизмов различают по конструктивным признакам
(коленчатый вал, шатун, поршень, зубчатое колесо и т.д.), то в теории механизмов и машин звенья различают по
характеру их движения в составе механизма.
По характеру движения в составе механизма звенья получили названия:
стойка – неподвижное звено механизма;
кривошип – звено, совершающее полный оборот вокруг неподвижной оси;
коромысло– звено, совершающее не полный оборот вокруг неподвижной оси;
ползун – звено, совершающее поступательное движение относительно другого звена; кулиса – подвижное звено механизма, служащее
направляющей для ползуна; шатун – звено механизма, совершающее
плоское движение.
Раздел 1. Структурный анализ плоских механизмов |
9 |
В любом механизме имеется одно неподвижное звено (стойка) и одно или несколько подвижных звеньев.
Таким образом, механизм можно рассматривать как совокупность неподвижного и подвижных звеньев.
Кроме того, в составе любого механизма различают, независимо от их движения, следующие звенья: входное,
выходное и начальное.
Выходным называют звено, совершающее движение, для которого предназначен механизм.
Входным называется звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение выходного звена.
На рис.1.1,б изображена энергетическая машина – одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором поступательное движение поршня 3 (по характеру движения – ползун), которое вызывается
давлением газов |
в цилиндре |
4 (неподвижное |
звено – стойка), |
преобразуется с |
помощью шатуна 2 |
(плоское движение) во вращательное движение коленчатого вала (кривошипа) 1.
В механизме двигателя входным звеном является поршень 3 , а выходным – коленчатый вал 1.
Начальным называют то звено, которому задают закон движения при выполнении анализа механизма.
Например, при задании закона движения входному звену двигателя возникают трудности, так как скорость ползуна 3 изменяется по синусоидальному закону в зависимости от его перемещения. С другой стороны, если при анализе такого механизма за начальное звено принять кривошип 1, то для задания закона его движения достаточно указать угловую скорость.