А.Б. Кубышкин

ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Учебно-методическое пособие

Самара

Самарский государственный технический университет

2009

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Механика»

А.Б. КУБЫШКИН

ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Самара

Самарский государственный технический университет

2009

УДК. 621

К 88

Р е ц е з е н т – канд. техн. наук, доц. Г.Н. Костина

Кубышкин А.Б.

К 88 Основы механики: учеб.-метод. пособ. / А.Б. Кубышкин. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2009. – 74 с.

Изложены основные положения курса «Механика» с примерами решения задач и контрольными вопросами к каждому разделу. Даны вопросы и задания для самопроверки и подготовки к экзаменам.

Предназначено для студентов немашиностроительных специальностей заочного обучения и может быть полезно при изучении дисциплин «Механика», «Прикладная механика» и «Техническая механика».

УДК. 621

К 88

 А.Б. Кубышкин, 2009

 Самарский государственный

технический университет, 2009

1. Основные понятия о машинах и механизмах

1.1. Структура машин и механизмов

Большинство современных машин создается по схеме:

Машина – устройство, осуществляющее механические движения, необходимые для выполнения рабочего процесса с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Механизм является составной частью машины и представляет собой совокупность взаимосвязанных деталей и узлов, обеспечивающих выполнение заданных функций.

Привод состоит из двигателя и передаточного механизма. Он предназначен для обеспечения кинематических и силовых характеристик исполнительного механизма.

Передаточный механизм предназначен для передачи энергии от двигателя к исполнительному механизму с преобразованием вида и направления движения, а также изменения кинематических и силовых характеристик.

Исполнительный механизм предназначен для выполнения непосредственно рабочего процесса (обработка, транспортировка, перемешивание и др.).

1.2. Простые передачи. Основные характеристики и расчетные зависимости

Необходимость введения передаточного механизма обусловлена способностью выполнения им различных функций:

• передача энергии (мощности);

• преобразование (уменьшение или увеличение) сил или моментов сил;

• преобразование (уменьшение или увеличение) скорости движения звеньев;

• преобразование вида движения (вращательное в поступательное или наоборот) и изменение направления движения;

• разделение потоков движения от двигателя к нескольким исполнительным органам рабочей машины.

Среди передаточных механизмов широкое применение получили передачи вращательного движения, которые можно разделить на две основные группы:

• передачи, основанные на использовании сил трения (фрикционные, ременные);

• передачи, основанные на использовании зацепления (зубчатые, червячные, винтовые, цепные).

Рассмотрим простые передачи зацеплением, каждая из которых содержит два подвижных звена (валы с закрепленными на них зубчатыми колесами), совершающих вращательное движение, и одно неподвижное звено (опоры валов). На рис. 1.1 представлен внешний вид передач и варианты изображения на структурных схемах.

Цилиндрическая передача

с внешним зацеплением

Цилиндрическая передача

с внутренним зацеплением

Коническая передача

Червячная передача

Рис. 1.1

Цилиндрические передачихарактеризуютсяпараллельнымрасположением осей зубчатых колеса и bи отличаются расположением зацепления: с внешним зацеплением и с внутренним зацеплением. Вконическойпередаче оси зубчатых колеса и bпересекаются. Вчервячнойпередаче оси червякаа и червячного колеса b перекрещиваются.

Основной кинематической характеристикой передаточных механизмов является передаточное отношение U, которое представляет собой соотношение угловых скоростей  или частот вращения n входного (ведущего) а и выходного (ведомого) b звеньев. При этом обозначение передаточного отношения имеет два индекса, указывающие направление передачи движения от звена а к звену b:

.

Частота вращения n связана с угловой скоростьюсоотношением:

, об/мин.

Передачи, уменьшающие скорость вращения, называются редукторами. В них передаточное отношение реализуется за счет соотношения диаметров d или числа зубьев Z ведомого b и ведущего а зубчатых колес в зацеплении:

.

Таким образом, редукторы уменьшают скорость вращения в передаточное число раз за счет соотношения чисел зубьев зацепляемых колес:

.

При этом ведущее зубчатое колесо в цилиндрических и конических передачах, имеющее меньшее число зубьев, называют шестерней, а ведомое – колесом.

Вращающий момент в редукторах увеличивается в передаточное число раз с учетом потерь на трение, оцениваемых коэффициентом полезного действия η:

.

Коэффициент полезного действия () – это отношение полезной мощности Р_n на выходном звене, расходуемой на реализацию полезной работы в производственном или технологическом процессе, к мощности на входном звене, затраченной двигателем :

.

КПД учитывает потери мощности на преодоление сил трения в кинематических парах и является важным критерием оценки эффективности использования энергии и технического совершенства механизма.

При решении задач можно использовать следующие значения КПД для различных передач: цилиндрическая – η = 0,97; коническая – η = 0,96; червячная – η = 0,95 (1 – U / 200), где U – передаточное отношение в червячной передаче.