ПРЕДИСЛОВИЕ

В связи с развитием заочной системы высшего образования возникает потребность в сравнительно небольших по объему учебных пособиях, которые охватывали бы основные вопросы дисциплины в пределах учебной программы и, кроме того, отражали бы дальнейшее развитие направлений этой дисциплины, применяемых на практике.

Предлагаемое учебное пособие охватывает все основные вопросы стандартной программы курса «Теория механизмов и машин» (ТММ).

Во всех разделах курса сохранено единство методических установок и стиля изложения, разъясняются отдельные понятия и положения.

Авторы стремились ограничить объем данного пособия и вместе с тем изложить материал настолько подробно, чтобы студенты заочного обучения могли самостоятельно разобраться в вопросах, излагаемых в тексте. Поэтому в пособии много графических построений, подробно объясняемых в тексте, а также включены примеры выполнения отдельных типовых схем механизмов, аналогичные тем, которые заданы в курсовом проекте.

Необходимо отметить, что изложение материала следует установившимся традициям школы И. И. Артоболевского и его последователей: К. В. Фролова, С. А. Попова, Г. А. Тимофеева и других, и все разделы изложены на основе их разработок.

В список рекомендуемой литературы вошло сравнительно небольшое число учебников, вышедших 15-20 лет назад и за последние годы. Поэтому список нельзя рассматривать как единственно рекомендуемый.

Общее руководство составлением данного пособия и его редактирование выполнено кандидатом технических наук, доцентом Н. В. Ковалевой.

Авторы будут благодарны за все критические замечания в адрес пособия.

ВВЕДЕНИЕ

Курс теории механизмов и машин (ТММ) – важнейший среди других общетехнических дисциплин в учебном плане подготовки инженера-механика.

Задача курса ТММ – дать основные сведения по проектированию механизмов и машин и осветить вопросы их механики, то есть вопросы движения и работы.

Теория механизмов и машин – отрасль прикладной механики, занимается изучением основ проектирования машин и механизмов, вопросами их движения, основанными на положениях теоретической механики и на основе опытов, поставленных над существующими машинами, их моделями.

Положений теоретической механики часто бывает недостаточно, чтобы с необходимой точностью рассчитать или описать движение. Так неизбежным спутником работы каждой машины является трение в соединениях ее звеньев. Учет трения производится на основании законов трения, установленных из опытов.

Таким образом, теория механизмов является одним из многочисленных приложений механики. Но в ТММ рассматриваются научные основы построения механизмов и машин, а также методы их исследования. Рассматривая методы структурного, кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов и машин, ТММ является непосредственным продолжением теоретической механики и одновременно ее приложением к вопросам машиностроения.

Лекция 1 «Теория механизмов и машин»

1. Механизмы и машины

В современной технике применяют большое количество разных по устройству механизмов, предназначенных для воспроизведения определенного движения. Механизм составляет кинематическую основу машины или прибора. Механизм – совокупность подвижно соединенных между собой тел, позволяющая п р е о б р а з о в а т ь д в и ж е н и е одного или нескольких ведущих звеньев относительно звена, считаемого неподвижным (станины), в другую, строго определенную форму движения ведомого звена.

Таким образом, основное назначение механизма – передача или преобразование движения.

Простейшие механизмы (рычажные, зубчатые) были известны давно. Их исследовали, совершенствовали и применяли для облегчения труда человека.

Механизмы, входящие в состав машин, весьма разнообразны. Одни из них представляют собой сочетания только твердых тел, другие – имеют в составе гидравлические, пневматические, электрические и другие устройства. По своему функциональному назначению они делятся на виды:

а) механизмы двигателей и преобразователей;

б) передаточные механизмы;

в) исполнительные механизмы;

г) механизмы управления, контроля и регулирования;

д) механизмы подачи, транспортировки, сортировки, упаковки, автоматического взвешивания.

Несмотря на разное функциональное назначение, в их строении много общего. Так механизм поршневого двигателя, кривошипного пресса и привода ножа косилки имеют в своей основе один и тот же кривошипно-ползунный механизм.

Поэтому к исследованию механизмов с различными функциональными назначениями можно применять общие методы, базирующиеся на основных принципах механики.

Ведущей отраслью народного хозяйства является машиностроение. От уровня его развития зависит производительность общественного труда, благосостояние народа. Машина может заменить человека не только в физическом, но и в умственном труде (например, информационные машины), может заменять отдельные органы человека (протезы, искусственное сердце) и т. д.

Таким образом, машина – это устройство, выполняющее механические движения д л я п р е о б р а з о в а н и я э н е р г и и, материалов и информации в целях замены или облегчения труда человека.

Машины делятся на классы:

а) энергетические машины;

б) рабочие машины;

в) информационные машины;

г) кибернетические машины;

д) технологические машины.

С развитием современной науки и техники широко используются системы машин автоматического действия. Совокупность машин-автоматов, предназначенных для выполнения определенного технологического процесса, называется автоматической линией.

При создании машины человек пользуется всеми достижениями математики, механики, физики, химии, электротехники, электроники. Современные машины обычно представляют собой совокупность устройств, в основу работы которых положены принципы механики, теплофизики, электротехники и электроники.

2. Развитие теории о механизмах и машинах

Развитие науки машиноведения целиком определялось на каждом этапе современным состоянием практики машиностроения и выдвигаемыми с прогрессом техники ее новыми проблемами и потребностями общества.

Первое упоминание о рычаге, клине, кривошипе, зубчатых колесах восходит к IV веку до н. э. (Аристотель). К концу XVIII века относится появление французской и английской школ теории машин. Русская школа зародилась в середине XIX века. Основоположником ее считается П. Л. Чебышев (1821-1894 гг.). Его работы по теории механизмов охватывают структуру и синтез, регулирование машин и др. Известна его структурная формула (1869 г.), которая до сих пор используется при анализе механизмов. Он сам сконструировал ряд новых механизмов, успешно сочетая теорию с практикой.

Среди последователей Чебышева следует отметить крупнейших русских ученых И. А. Вышнеградского, Н. Е. Жуковского, П. О. Сомова, Л. В. Ассура, которые дали развитие исследованию сложных плоских и пространственных механизмов, ряду вопросов динамики механизмов.

Эти вопросы особенно глубоко разработаны на основе идей Ассура в трудах академиков Н. Г. Бруевича, И. И. Артоболевского и профессоров В. В. Добровольского, Г. Г. Баранова и других. Большой вклад в развитие науки внесен профессорами Н. И. Мерцаловым, П. А. Малышевым, В. А. Юдиным, С. И. Артоболевским, Н. И. Левитским и другими.

В настоящее время существенно повысились рабочие скорости машин, что привело к увеличению уровня вибраций и шума, поэтому в последние годы проблема виброзащиты машин и снижение уровня шума также изучается в курсе теории механизмов и машин. Причем изучение динамики системы «человек – машина – среда» особенно актуально для разработки эффективных средств виброзащиты человека-оператора, управляющего работой такой системы.

Большое значение приобретает изучение и прогноз ресурса машин, т. е. срока их службы до прихода в нерабочее состояние, а также развитие экспериментальных методов изучения характеристик различных машин и механизмов, которые проводятся как на натурных объектах, так и методами математического моделирования с использованием ЭВМ. Получили развитие методы планирования эксперимента, обеспечивающие необходимую точность получаемой информации.