Методика изучения курса
Если любая научная теория должна быть верным отражением реальной действительности, то в курсе теории механизмов и машин техническая сторона проблемы, ее физический смысл, с учетом конкретных условий работы машины и условий ее изготовления, должны стоять на первом месте. Поэтому здесь важны не абстрактные рассуждения, не количество заученных на память формул, а умение применять основные теоретические положения на практике.
Формула – это лишь условное выражение количественной стороны логической мысли при тех допущениях, которые были положены в основу при самом выводе формулы и которые не во всех случаях приемлемы. Например, имеется общая теорема механики о возможности переноса силы, действующей на твердое тело, причем, результат от этого переноса совершенно не изменится. А на практике совсем не все равно, находится ли локомотив во главе поезда или толкает его сзади. Очевидно, здесь фактически существуют некоторые реальные факторы, не соответствующие допущенным при выводе этого закона абстракциям (случайные усилия, неточности установки и т. п.).
При решении технической проблемы важно умение отличить существенное от второстепенного, чтобы учесть первое и условно отбросить второе, нужна инициатива, критический подход к проблеме, важно решать ее по существу дела и в срок. Точность же выкладок в известных пределах большого значения не имеет, поэтому во многих сложных случаях предпочтительно графическое решение как более наглядное.
Каждое понятие, каждую формулу надо уметь выразить словами, объяснить их физический смысл, указать допущения, которые были приняты при выводе формулы.
Часть 1. Структурный и кинематический анализ механизмов
Раздел 1. Структура и преобразование механизмов
Основные понятия и определения
Теория механизмов – это наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.
Проблемы теории механизмов можно разбить на две группы: первая – анализ механизмов, посвященная исследованию структурных, кинематических и динамических свойств механизмов; вторая – синтез механизмов, посвященная проектированию механизмов с заданными структурными, кинематическими и динамическими свойствами для осуществления требуемых движений.
Движение механизмов зависит от их строения и действующих на них сил. Поэтому удобно задачи анализа разделить на две части:
а) структурный и кинематический анализ механизма;
б) динамический анализ механизма.
Структурный и кинематический анализы исследуют работу механизма без учета действующих сил.
Цель динамического анализа – определение действующих на детали механизма сил и взаимосвязь с массами этих деталей.
Твердые тела, из которых образуется любой механизм, называются звеньями. Каждое звено может состоять из одной или нескольких деталей, но в составе звена они не должны иметь относительного движения, т. е. неразъемные или разъемные соединения отдельных деталей. Примером может быть колесо автомобиля, которое состоит из нескольких деталей, не имеющих взаимного перемещения.
Неподвижное звено механизма, относительно которого рассматривается движение подвижных звеньев, называется стойкой (корпус двигателя, станина станка).
Звенья могут быть входными и выходными, ведущими и ведомыми, начальными и промежуточными.
Входное звено – звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение выходного звена.
Выходное звено – звено, совершающее движение, для которого предназначен механизм.
Звено называется ведущим в том случае, если мощность приложенных к нему внешних сил положительна. Если она отрицательна или равна нулю, то звено называется ведомым.
В зависимости от назначения механизма звенья имеют функциональные названия: кривошип, шатун, коромысло, поршень, шток, ползун, кулачок, толкатель, колесо зубчатое, водило, сателлит, траверса, коленчатый вал и т. д.
Например, на рис. 1.1 изображены конструктивная (а) и кинематическая (б) схемы механизма четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, состоящего из корпуса (стойки) 1, ползуна (поршня) 2, шатуна 3 и кривошипа 4.
Рис. 1.1
В конкретных механизмах входное звено может быть ведущим и ведомым на отдельных этапах движения в зависимости от приложенных сил и моментов сил. Например, вал двигателя в режимах разгона и торможения.