1. Структурна класифікація плоских механізмів.

2. Передаточні механізми.

3. Динаміка машинних агрегатів.

   1. Структурна класифікація плоских механізмів

1. Загальні поняття і визначення

Теорія механізмів і машин (ТММ) вивчає загальні методи дослідження і проектування механізмів і машин.

Проблеми, якими займається ТММ, належать до проблем аналізу та синтезу механізмів і машин. Аналіз полягає у визнанні властивостей існуючих механізмів і машин. Це є прямою задачею механіки машин. Зворотна задача – це синтез механізмів. Основною ціллю синтезу є створення нових механізмів з більш кращими властивостями у порівнянні з існуючими конструкціями.

Дослідження або проектування будь-якої конструкції, що рухається, розпочинається із складання її кінематичної схеми. Така рухлива конструкція у механіці зветься механізмом. Головним об’єктом дослідження у ТММ є кінематична схема – умовне зображення механізму, на якому у спрощеному вигляді вказані елементи, що впливають на його кінематичні характеристики.

Структурною одиницею будь-якої рухливої конструкції є ланка (рис.1.1). Ланкою називають одну або групу деталей, жорстко з’єднаних між собою. Ланки бувають рухомими (поршень, шестірня, вал тощо) і нерухомими (станина, фундамент, циліндрова втулка тощо). Нерухомі ланки складаються з ряду жорстко зв’язаних тіл і називаються стійками. Будь-який механізм має тільки одну нерухому і декілька рухомих ланок.

Вхідною вважають ланку, закон руху якої заданий і перетворюється механізмом у потрібний закон руху інших ланок. Вона може співпадати або не співпадати з провідною ланкою, якою зветься ланка, що за допомогою рушійних навантажень надає рух усьому механізму. Решту ланок механізму називають проміжними.

Ланки бувають прості і складні. Якщо ланка входить не більш, ніж у два рухомих з’єднання з іншими ланками (рис. 1.1,а, б), то вона є простою, в інших випадках (рис. 1.1, в) ланка зветься складною.

а

б

в

Рис. 1.1. Прості (а, б) та складні (в) ланки механізмів

На схемах ланки нумерують арабськими цифрами, кінематичні пари позначаються великими латинськими літерами. Нерухливі ланки на кінематичних схемах відділяють штрихування. Рухливу ланку, яка здійснює повний оберт навколо нерухомого центру, називають кривошипом. Ланки, які здійснюють коливний, плоско паралельний і зворотно-поступальний рухи, відповідно називають коромислом, шатуном і повзуном. Рухливу ланку, яка є напрямною для повзуна, називають кулісою. Повзун, що рухається по кулісі, називають каменем куліси.

2. Класифікація кінематичних пар

Кожен механізм складається з ланок. З’єднання двох дотичних ланок, яке дозволяє їх відносний рух, називається кінематичною парою.

Вільне тверде тіло у просторі має шість ступенів свободи (рис. 1.2.). Будь-яке обмеження вільного пересування тіла називається зв’язком. При створенні кінематичних пар відбувається з накладанням на рух обох ланок певної кількості умов зв’язку.

Рис. 1.2. Вільне тверде тіло у Декартової системі координат

Між двома ланками може існувати тільки одне рухоме з’єднання або кінематична пара, незважаючи на контакт цих ланок в декількох місцях. Слід також відмітити, що в разі стикання в одному місці декількох ланок, вони створюють поміж собою загальну кількість пар, що на одиницю менша кількості ланок, яки збігаються у цьому місці.

Поверхні, лінії, або точки, якими одна ланка торкається іншої, називають елементами кінематичних пар.

Кінематичні пари класифікують за чотирма ознаками.

1. За числом зв’язків, тобто певних обмежень (умов зв’язку), які кінематична пара накладає на відносний рух ланок, пари ділять на п’ять класів.

2. За видом елементів контакту ланок у парі вони поділяються на вищі та нижчі. До нижчих належать пари, у яких ланки стикаються по поверхні. Вищими називаються пари, у яких елементами контакту є точки або лінії.

3. За характером відносного руху ланок пари можуть бути пласкими і просторовими.

4. За характером замикання кінематичні пари поділяють на пари з силовим (за рахунок сил ваги, пружності, тиску рідини, газу тощо) та геометричним (за рахунок конструктивних форм ланки) замиканням..

У залежності від розташування та видів руху ланок механізми поділяють на просторові та плоскі . Механізм зветься плоским, якщо його рухомі ланки рухаються паралельно однієї площині. У будь-якому іншому випадку механізм є просторовим. До складу більшості суднових машинних агрегатів та технологічного обладнання входять плоскі механізми.

У плоских механізмах можуть бути тільки вищі кінематичні пари четвертого та нижчі – п’ятого класів. Найбільше застосування у плоских механізмах, отримали обертальні кінематичні пари V класу.

Обертальна пара (рис. 1.3, а, б) – однорухома, допускає лише один відносний обертовий рух однієї ланки навколо іншої, тобто число ступенів свободи Н=1; на відносний рух ланки накладено S = 6–H=5 умов зв’язку (в’язей). Отже, це кінематична пара п’ятого класу. Елементи обертальної пари – це циліндричні поверхні (ланки 1 та 2 дотикаються по циліндричній поверхні); пара замкнена геометрично.

а б в г

Рис. 1.3. Позначення нижчих кінематичних пар на схемах плоских механізмів

Поступальна пара (рис. 1.3, в, г) – однорухлива, допускає лише прямолінійний поступальний відносний рух ланок, тобто Н=1 – S = 5; отже, це також кінематична пара V класу з геометричним замиканням. Відомим прикладом конструктивного виконання такої кінематичної пари є пара поршень – циліндр двигуна внутрішнього згоряння, поршневої помпи, компресора тощо.

У вищих кінематичних парах плоских механізмів загальна кількість зв’язків , тому ці пари належать до четвертого класу. За характером руху вони звуться двохрухомими кінематичними парами. Як витікає з рисунку, подібна кінематична пара може бути утвореною двома кривими, що контактують поміж собою у точці дотику А (рис. 1.4, а). Відносний рух ланок цієї пари можливий у двох напрямках: лінійному вздовж дотичної    і обертовому навколо точки А.

Прикладами конструктивного виконання вищих кінематичних пар можуть бути контакти зубчастих коліс (рис. 1.4, б), штовхача з кулачком (рис. 1.4, в), тощо.

а б в

Рис. 1.4. Позначення вищих кінематичних пар на схемах плоских механізмів

Системи ланок, які з’єднані між собою кінематичними парами, називають кінематичними ланцюгами.