§ 2. Основные сведения о машинах и механизмах

При определении машины важны три отличительных признака: искусственность происхождения, определенность движения органов и целесообразность назначения. Если отсутствует хотя бы один из этих признаков, имеют дело не с машиной, а с инструментом, при­способлением, прибором и т. п. Движение — основной признак, от­личающий машину от сооружения, поэтому в любой машине име­ются механизмы, т. е. системы физических тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуе­мые движения других тел.

Р ассмотрим, например, схему кривошипно­шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания. Здесь химическая энергия топлива преобразуется в цилиндре в тепловую, кото­рая превращается в механическую — поступа­тельное движение поршня. Это движение пре­образуется во вращательное движение колен­чатого вала и далее посредством передачи со­общается технологической машине.

Подвижные детали — кривошип 5 (рис. 1), шатун 6 и поршень 1, образующие одну жест­кую подвижную систему,называют подвижны­ми звеньями. Неподвижные детали — цилиндр 2, станина 3, картер 4, жестко соединенные между собой, называют неподвижными звень­ями, или стойками.

Каждые два звена механизма могут совер- р_нс 1 Кривошипно- шать относительные движения только тогда, шатунный механизм

когда они находятся в постоянном соприкосновении друг с дру­гом. Соединение двух звеньев, имеющих относительное движение, образует кинематическую пару.

Кинематические пары классифицируют по трем признакам: ха­рактеру соприкосновения кинематических звеньев; характеру отно­сительного движения соединяемых звеньев; числу возможных от­носительных движений звеньев.

По характеру соприкосновения кинематических звеньев пары подразделяют на низшие и высшие.

Низшими называются такие пары, в которых звенья соприкаса­ются по поверхности и при этом могут скользить друг по другу. Различают шесть разновидностей низших пар: поступательная (поршень в цилиндре); вращения (опорная часть вала в подшипни­ке скольжения); цилиндрическая (шпиндель сверлильного станка в направляющих); шаровая (соединение карданного вала автомо­биля) ; винтовая (винт и гайка); плоскостная (нож резательной ма­шины в направляющих).

Низшие кинематические пары особенно распространены в маши­ностроении. Они просты по устройству, обеспечивают различные ви­ды относительного движения (вращательное, прямолинейное посту­пательное) , позволяют передавать большие нагрузки от звена к зве­ну при маленьких размерах кинематических элементов.

Высшими называются такие пары, звенья которых соприкаса­ются между собой точками или линиями и при этом могут перека­тываться, скользить друг по другу или одновременно перекаты­ваться и скользить. К высшим парам относятся: шар на плоскости; цилиндрический ролик на плоскости; два цилиндра; два профиля.

В высших парах кинематические звенья практически соприкаса­ются по малым площадкам, образующимся вследствие деформаций звеньев, поэтому они менее износоустойчивы, чем низшие пары. Высшие пары применяют во фрикционных передачах, зубчатых за­цеплениях, шариковых и роликовых подшипниках и др.

По характеру относительного движения звеньев кинематические пары подразделяют на плоские и пространственные.

При плоской паре все точки подвижного звена по отношению к условно неподвижному перемещаются в параллельных плоско­стях. К таким парам относятся поступательная, вращения, плоско­стная.

В пространственной паре любая точка, связанная с подвижным звеном, по отношению к условно неподвижному может иметь про­странственное перемещение. К пространственным парам относятся цилиндрическая, шаровая, винтовая.

По числу возможных относительных движений звеньев кинема-* тические пары подразделяют на пять классов.

Как известно, свободное тело имеет шесть степеней свободы, например шесть возможных простейших перемещений относитель­но неподвижной системы координат (три поступательных — вдоль координатных осей и три вращательных — вокруг этих осей). Если два звена соединены между собой с помощью кинематической па- 111.1, то на относительное движений наложено нбкоторое число Огра­ничений, поэтому их взаимная подвижность будет меньше шести.

Класс пары определяется числом возможных относительных пе­ремещений звеньев, т. е. номер класса соответствует количеству жюможпых движений. Примером пары 1-го класса может служить пира вращения, имеющая одно вращательное движение; пары 4-го класса — шар в трубе, внутренний диаметр которой равен диамет­ру шара (возможны три вращательных движения и одно поступа­тельное) и т. д.

Как отмечалось, относительное движение звеньев может быть иращательным и поступательным. Так, кривошип 5 (см. рис. 1) и шатун 6 образуют кинематическую пару с вращательным движе­нием, поршень 1 и цилиндр 2— пару с поступательным движением.

Совокупность звеньев, соединенных при помощи кинематиче­ских пар, образует кинематическую цепь, например кривошип 5 *— шатун 6 — поршень 1.

Отдельное звено кинематической цепи может иметь один кине­матический элемент или более. На схемах звенья изображают в ви­де отрезков прямых, прямоугольников, треугольников и других фигур, определяющих относительное расположение элементов. Сле­дует помнить о том, что схематическое изображение звеньев не от­ражает их конструктивной формы, которая может быть самой раз­нообразной.

По числу звеньев кинематические цепи подразделяют на двух­звенные, трехзвенные и т. д.

По характеру относительного движения звеньев кинематические цепи делят на плоские и пространственные.

У плоской цепи все звенья движутся параллельно одной общей плоскости. У пространственной цепи нет такой общей плоскости, а точки звеньев описывают пространственные или плоские кривые в непараллельных плоскостях (например, винтовая стяжка — тал­реп). Плоские кинематические цепи являются более распростра­ненными.

По составу звеньев кинематические цепи могут быть простыми и сложными.

Простой называется цепь, у которой элементы каждого звена иходят не более чем в две кинематические пары, сложной — у ко­торой элементы хотя бы одного звена входят более чем в две кине­матические пары.

По замкнутости звеньев кинематические цепи разделяют на не­замкнутые (открытые) и замкнутые (закрытые).

В незамкнутой цепи элементы звеньев входят в одну кинемати­ческую пару; в замкнутой цепи элементы каждого звена входят по крайней мере в две кинематические пары, а последнее звено обра­зует кинематическую пару с первым. В технике в основном приме­няют замкнутые цепи.

По относительному движению кинематические цепи характери­зуются степенью подвижности звеньев. У цепей с одной степенью подвижности для получения определенных движений всех звеньев

по отношению к одному из них необходимо и достаточно иметь заданным движение одного звена; у цепей с двумя степенями под­вижности заданным должно быть движение двух звеньев и т. д.

На основании сказанного можно уточнить определение меха­низма: это кинематическая цепь с одним неподвижным звеном (стойкой), в котором при заданном движении одного или несколь­ких звеньев другие звенья совершают вполне определенные движе­ния. Например, кинематическая цепь двигателя станина — криво­шип — шатун — поршень — цилиндр есть механизм, в то время как звенья этой кинематической цепи, но без станины или цилиндра ме­ханизмом не будут, поскольку в данном случае не обеспечивается определенность движения всех звеньев.

Механизмы, применяемые в машиностроении, по конструктив­ному исполнению подразделяют на пять типов: механизмы с твер­дыми звеньями; механизмы с гибкими звеньями; гидромеханизмы; пневмомеханизмы; механизмы с электрическими и электронными устройствами.

Твердые звенья имеются во всех механизмах, но одни механиз­мы состоят только из твердых звеньев, а другие являются комбини­рованными. К механизмам с твердыми звеньями относятся шарнир­ные, винтовые, кулачковые, фрикционные, зубчатые и др.

Механизмы с гибкими звеньями подразделяют на две группы: ременные передачи, цепные передачи.

Гидро- и пневмомеханизмы широко распространены на грузо­подъемных машинах. В состав этих механизмов входят жидкие и газообразные звенья.

Механизмы с электрическими и электронными устройствами применяют в машинах-автоматах и автоматических линиях.

Кроме того, существует классификация механизмов по функ­циональным признакам: регулирующие, предохранительные, на­правляющие, реверсивные, уравнительные, компенсирующие, пере­даточные, исполнительные механизмы и др.

Таким образом, для выполнения производственного процесса, связанного с выпуском конкретной продукции (перемещение гру­зов, изготовление деталей и т. д.), необходимо привести в действие один или несколько взаимно увязанных механизмов.

Изложенное позволяет дать определение: технологической (пе­регрузочной) машиной называется механизм или комплекс меха­низмов, предназначенный для выполнения полезной работы в про­изводственном процессе.