Раздел 3. Теория механизмов и машин

3.1. Основные понятия и определения

Век, в котором мы живем, называют по-разному: и веком космоса, и автоматики, и атомным веком, и веком электроники, но как бы его не называли, основой технического прогресса была и остается машина.

Машина должна быть прочной, надежной в работе, высокопроизводительной, но, вместе с тем, легкой, с минимальными материалоемкостью и энергозатратами, не должна загрязнять окружающую среду, должна соответствовать требованиям технической эстетики и эргономики.

Так что же такое машина?

Машина – механизм, предназначенный для выполнения полезной работы, служащий для облегчения умственного и физического труда человека. В зависимости от основного назначения машины подразделяют на энергетические, технологические и информационные.

Механизмом называется искусственное сочетание твердых тел, предназ-наченное для преобразования определенного движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других твердых тел (механизм выпуска шасси, механизм управления закрылками).

Звено - твердое тело, входящее в состав механизма. Стойкой называют звено, принимаемое за неподвижное.

Звено, которому сообщается движение, преобразуемое в требуемые движения других тел, называют входным звеном.

Звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм, называют выходным звеном.

В зависимости от конструкции звено может быть простым, т.е. выполненным без сборочных операций, или составным. В таком случае простое звено и отдельные элементы сложного звена называют деталями.

Звенья различают по конструктивным признакам (зубчатое колесо, поршень, вал и т.д.), по деформативности (гибкое и жесткое звено), по характеру их движения: кривошип – звено, совершающее полнооборотное вращательное движение вокруг неподвижной оси;

коромысло – звено, совершающее вращательное движение на неполный оборот;

шатун – звено, совершающее плоское движение;

ползун – звено, совершающее возвратно-поступательное движение;

кулиса – подвижная направляющая;

камень – ползун, перемещающийся по кулисе.

Кинематическая пара – подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающих их относительное движение.

Кинематическая пара, у которой соединение двух звеньев происходит по поверхности, называется низшей, в тех случаях, когда соединение двух звеньев происходит по линии или точке, такую кинематическую пару называют высшей.

Высшие кинематические пары имеют компактную конструкцию и меньшие потери на трение, чем низшие пары. Но низшие пары более износостойкие, обладают большей нагрузочной способностью.

По предложению акад. И.И. Артоболевского кинематические пары делят на классы.

Для свободного тела в пространстве число степеней подвижности равно шести, тогда H = 6 – S, где S – число наложенных условий связи, изменяющееся от 1 до 5. При S = 6 кинематическая пара становится жестким звеном, а при S = 0 кинематической пары не существует.

При S = 1 кинематические пары имеют пять степеней подвижности и относятся к первому классу, при S= 2 – четыре степени подвижности и относятся ко второму классу. Наибольшее распространение получили кинематические пары 5 класса (одноподвижные). К ним относятся поступательная, вращательная и винтовая пары.