Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебники 60292.doc
Скачиваний:
21
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
9.15 Mб
Скачать

Воронеж 2007

Ю.Б. Рукин Р.А. Жилин В.А. Нилов Б.Б. Еськов

Основы механики машин и проектирования механизмов Учебное пособие

ГОУВПО

«Воронежский государственный технический университет»

Воронеж 2007

Ю.Б. Рукин Р.А. Жилин В.А. Нилов Б.Б. Еськов

ОСНОВЫ механики машин и проектирования МЕХАНИЗМОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

УДК 531.8 – 621.01

Основы механики машин и проектирования механизмов: учеб. пособие / Ю.Б. Рукин, Р.А. Жилин, В.А. Нилов, Б.Б. Еськов. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007. 232 с.

Учебное пособие содержит основные материалы по классификации механизмов, анализу механизмов с высшими и низшими кинематическими парами. Рассмотрены основные элементы синтеза зубчатых и кулачковых механизмов. Даны рекомендации по выбору факторов, определяющих в целом работоспособность механизмов и их деталей.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 160200 «Авиастроение», специальности 160201 «Самолёто- и вертолётостроение» и по направлению 160300 «Двигатели летательных аппаратов», специальности 160302 «Ракетные двигатели», дисциплине «Теория механизмов и машин».

Пособие предназначено для студентов второго и третьего курсов очной формы обучения.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD 2000 и содержится в файле ТММ_2007_РД_СД.doc.

Ил. 127. Библиогр.: 6 назв.

 Рукин Ю.Б., Жилин Р.А., Нилов В.А., Еськов Б.Б., 2007

 Оформление. ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007

Научный редактор канд. техн. наук, доц. М.Г. Поташников

Рецензенты: кафедра дорожных и строительных машин ВГАСУ (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. П.И. Никулин); д-р физ.-мат. наук, проф. В.Н. Нечаев

Введение

Теория механизмов и машин является одной из старейших наук, возникновение и развитие которой обусловлено потребностями практики. Известно, например, что при постройке египетских пирамид применялись простейшие механизмы и механические устройства: рычаги, блоки, наклонная плоскость, однако дальнейшее развитие теории механизмов и машин следует отнести к значительно более поздним временам, когда в результате накопления опыта стали возможными некоторые обобщения и частично выкристаллизовались методы этой науки. В этом смысле датой рождения науки о машинах и механизмах можно считать конец ХVIII века. Задачи теории механизмов и машин рассматривались ранее в курсах прикладной механики, выделившейся из состава теоретической механики более 180 лет тому назад, теория механизмов и машин оформилась как самостоятельная ветвь науки в XX веке.

В 1724 г. по инициативе Петра I была основана Российская Академия наук, деятельность которой с первых же дней существования была посвящена решению практических задач по постройке сооружений и машин, развитию отечественного кораблестроения, артиллерии и другой техники. Достойный вклад в развитие практической механики в России в ХVIII веке внёс гениальный учёный – академик М.В. Ломоносов, разработавший конструкции машин для производства стекла и испытаний материалов. Его научные открытия послужили источником творчества русских умельцев, изобретателей и конструкторов: И.И. Ползунова – творца паровой машины; И.П. Кулибина – создателя механизма протеза, часов-автоматов, «водохода», «самокатки» и др.; К.Д. Фролова – строителя механизированного комплекса рудо- и водоподъёмных устройств; отца и сына Е.А. и М.Е. Черепановых, построивших первый в России паровоз, и многих других. Интересно отметить, что конструкция «самокатки», созданной И.П. Кулибиным в 1791 году, носила черты будущих автомобилей: она имела устройства для переключения зубчатых передач и свободного хода, тормоз, управляемые колёса.

В это же время процветала плодотворная деятельность величайшего математика и механика – академика Л. Эйлера, разработавшего теорию плоских зацеплений и предложившего эвольвентный профиль зубьев колёс. Эти исследования послужили основой для создания французом Т. Оливье общей теории пространственных зацеплений, которая была переработана и дополнена одесским профессором Х. Гохманом – автором фундаментального труда «Кинематика машин» (1890 г.).

К середине XIX века в России выросла плеяда талантливых учёных, заложивших основы современной теории механизмов и машин. Основателем русской школы этой науки был великий математик – академик П.Л. Чебышев (1821–1894 гг.), которому принадлежит ряд оригинальных исследований, посвящённых синтезу механизмов, теории регуляторов и зубчатых зацеплений, структуре плоских механизмов. Он создал схемы свыше 40 различных механизмов и большое количество их модификаций. Академик И.А. Вышнеградский явился основателем теории автоматического регулирования; его работы в этой области нашли достойного продолжателя в лице выдающегося русского учёного – профессора Н.Е. Жуковского, а также словацкого инженера А. Стодолы и английского физика Д. Максвелла. Н.Е. Жуковскому принадлежит также ряд работ, посвящённых решению задачи динамики машин (теорема о жестком рычаге), исследованию распределения давления между витками резьбы винта и гайки, трения смазочного слоя между шипом и подшипником, выполненных им в соавторстве с академиком С.А. Чаплыгиным. Глубокие исследования в области теории смазочного слоя, а также по ременным передачам выполнены почетным академиком Н.П. Петровым. В 1886 году профессор П.К. Худяков заложил научные основы курса деталей машин. Ученик И.Е. Вышнеградского, профессор В.Л. Кирпичев известен как автор графических методов исследований статики и кинематики механизмов. Он первым начал читать (в Петербургском технологическом институте) курс деталей машин как самостоятельную дисциплину и в 1898 году издал первый учебник под тем же названием. В его популярной до сих пор книге «Беседы о механике» решены задачи равновесия сил, действующих в стержневых механизмах, динамики машин и др. Выдающийся советский учёный профессор Н.И. Мерцалов дал новые оригинальные решения задач кинематики и динамики механизмов.

В 1914 г. он написал труд «Динамика механизмов», который явился первым систематическим курсом в этой области. Н.И. Мерцалов первым начал исследовать пространственные механизмы. Академик В.П. Горячкин провёл фундаментальные исследования в области теории сельскохозяйственных машин.

Профессор Л.А. Ассур разработал строгую в научном отношении классификацию плоских шарнирно-рычажных механизмов, которая послужила базой для многочисленных исследований в этой области советских учёных. В XIX и XX столетиях большое значение для развития практической механики в России приобретают исследования академиков М.В. Остроградского и А.М. Ляпунова, профессора И.В. Мещерского и др.

Достижения отечественной школы теории механизмов и машин в дореволюционный период заслуживают высокой оценки. Но подлинный расцвет она получила в связи с бурным развитием советского машиностроения и в настоящее время занимает одно из ведущих мест в мире. За отводящееся на курс время трудно проанализировать или даже перечислить многочисленные и значительные исследования советских учёных в этой области, упомянем лишь о некоторых из них.

На протяжении более сорока лет в Москве плодотворную научно-исследовательскую и научно-организаторскую деятельность в области теории механизмов и машин вёл академик И.И. Артоболевский. Его труды по теории структуры, по теории пространственных механизмов, синтезу и динамике машин и механизмов стали классическими. Он создал новые методы проективной и кинематической геометрии и аналитической динамики. Академик Н.Г. Бруевич приложил методы теории вероятностей к исследованию погрешностей действия машин и приборов и явился основателем теории точности механизмов. Он также развил аналитические методы исследования плоских и пространственных механизмов.

«Теория механизмов и машин» (ТММ) представляет собой один из важных разделов прикладной механики, в котором изложены методы исследования и построения механизмов и машин. Под исследованием механизмов и машин понимают изучение движения звеньев машин и их точек. Построение, или синтез, механизмов представляет разработку рациональных методов определения параметров механизмов, машин и приборов по заданным функциям их движения.

Этот курс являемся фундаментальным в системе подготовки инженеров. Структура и содержание курса предусматривает обязательное последовательное изучение составляющих его дисциплин и их разделов при творческой направленности лабораторного практикума и курсового проектирования.

Эффективность изучения курса может быть достигнута при условиях правильной дозировки учебной нагрузки (в целом и по отдельным разделам и главам); чёткости и ясности выдаваемых заданий; обеспеченности учебными и другими пособиями высокого качества (системности, краткости, обстоятель­ности); систематичности в руководстве работой студентов, осуществляемом по плану; своевременного контроля сроков, объёма и качества выполнения заданий и проектов.

Цель написания учебного пособия: изложение научных основ теории механизмов и машин для творческого применения полученных знаний в практике машиностроения.

Задача изучения курса: научить студентов методам исследования механизмов и машин, умению технически грамотно выполнять расчёты и рационально проектировать схемы механизмов и машин.

Прогресс в современном машиностроении, прежде всего, определяется созданием новых высокопроизводительных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих научных дисциплин и в первую очередь теории механизмов и машин. Теория механизмов и машин – это наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектирования их схем.

Самостоятельной наукой теория механизмов и машин стала в начале прошлого века. Большой вклад в развитие науки внесли русские ученые Д.В. Ассур, П.Л. Чебышев, П.И. Сомов, затем советские А.П. Малышев, В.В. Добровольский, Н.И. Колчин, И.И. Артоболевский, и другие, которые разработали методы анализа и синтеза в теории механизмов и машин.

Качество создаваемых машин и механизмов определяется полнотой разработки и использования методов теории механизмов и машин. При построении механизмов и машин должны быть наиболее полно учтены такие критерии – производительность, надежность, точность, экономичность, только тогда можно получить совершенную конструкцию машины.

Почему люди создали машины? Они стремились облегчить физический труд, затем повысить производительность труда, а на современном этапе развития техники машина должна уметь заменить не только некоторые функции человека, но и его органы (манипуляторы, протезы).

Понятие машины очень емкое. Можно дать следующее определение: машиныэто система, созданная трудом человека для изучения и использования законов природы с целью облегчения физического и умственного труда, увеличения его производительности и облегчения путем частичной или полной замены человека в его трудовых и физиологических функциях.

Наиболее краткое определение машины следующее: машина есть устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

Все существующее в настоящее время многообразие машин в зависимости от выполняемых ими функций можно разделить на четыре класса.

Как бы не была сложна современная машина, она всегда может быть представлена как совокупность взаимодействующих механизмов.

Механизмэто система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

Рассмотрим в качестве примера модель машины-двигателя внутреннего сгорания. Здесь можно выделить кривошипно-ползунный механизм, кулачковый механизм, зубчатый механизм.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]