8

Струк­тура ме­ха­низ­мов

Лек­ция 1

Основные понятия теории механизмов и машин

Теория механизмов и машин - есть наука, изучающая строение, кинематику и динамику машин и механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Анализ – исследование структурных, кинематических и динамиче­ских свойств механизмов. Имеется некоторый готовый механизм, свойст­ва которого исследуются.

Синтез – проектирование механизмов с заданными структурными, кинематиче­скими и динамическими свойствами, для осуществления требуе­мых движений. Таким об­разом, при синтезе механизма мы имеем задачу обратную анализу: по заданным свойст­вам спроектировать меха­низм.

Теория механизмов и машин – наука о наиболее общих методах исследования машин и механизмов и проектирования их для заданных ус­ловий работы.

Введём некоторые основные понятия, используемые при изучении курса теории механизмов и машин.

Машина – это устройство, осуществляющее определённые движения или опера­ции для выполнения полезной работы или преобразования энер­гии.

Машина представляет собой искусственно созданную человеком совокупность материальных средств, которая воспроизводит его трудо­вые функции. Машина заменяет человека не только в его физическом, но и в умственном труде, облегчает этот труд и увеличивает производи­тельность труда.

Все машины можно разделить на следующие основные виды:

энергетические машины – преобразующие различные виды энергии (электродви­гатели, генераторы, пневмодвигатели, гидродвигатели и др.);

технологические машины – предназначены для преобразования размеров, свойств, формы или состояния материала (металлообрабатываю­щие станки, прокатные станы, ткацкие станки и др.);

транспортные машины – предназначены для перемещения материалов (автомоби­ли, тепловозы, самолёты, краны, подъёмники);

информационные машины – предназначены для получения и преобразования ин­формации (арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские машины). Электрон­ная вычислительная машина, строго говоря, не является машиной. Название машина сохранено за ней в порядке исторической преемственности.

Для машины характерны три основных признака:

1) искусственное происхождение;

2) наличие подвижных частей;

3. выполнение полезной работы.

Кинематической основой всех машин является механизм.

Механизм – это устройство, предназначенное для преобразования и передачи движения (например, редуктор).

В отличие от машины механизм непосредственно не выполняет полезной ра­боты. Механизм характеризует два основных признака:

1) искусственное происхождение;

2) наличие подвижных частей.

Во всех вопросах кинематики и расчётов машин, где не учитываются силы и энергия, понятие машина и механизм отождествляются.

При анализе механизма используют не реальные чертежи деталей механизма, а его кинематическую схему.

Кинематическая схема механизма – представляет собой абстрактное (услов­ное) изображение механизма, выполненное в виде связанных между собой отрезков пря­мых линий и других условных обозначений.

Детали механизма заменяются их условными изображениями в соответствии с ГОСТ 2770-68. Поскольку движение любого тела может быть охарактеризовано движением отрезка прямой линии с ним связанного, то звенья механизма могут на кинематической схеме изображаться в виде отрезков прямых линий.

Структура механизмов

Механизмы собираются из отдельно изготовленных деталей.

Деталью называется всякое отдельно изготовленное жесткое тело.

По своей структуре механизмы состоят из звеньев, связанных между собой в кинематические пары, которые образуют кинематические цепи.

Звено образуют все те детали, которые в процессе нормальной работы меха­низма друг относительно друга остаются неподвижны, т.е. жестко и непосредственно связаны между собой. При этом звеном может быть одна деталь (тело качения подшип­ника качения) и совокупность нескольких деталей, отличающихся по своим свойствам и назначению (корпус редуктора с крышками, болтами, гайками, шайбами, прокладками, внешними кольцами подшипников).

Стойкой называют неподвижные звенья механизмов.

Из подвижных звеньев выделяют входные и выходные звенья.

Входным звеном (входом) называют звено, которому сообщается движение, преобразуемое в требуемые движения других звеньев механизма.

Выходным звеном (выходом) называется звено, совершающее движение, для вы­полнения которого предназначен механизм.

Остальные звенья механизма называются соединительными или промежуточными. Механизм может иметь различные сочетания входных и выходных звеньев (счетно-решаю­щее устройство, дифференциальный механизм).

Исследование механизма, определение положений всех его звеньев начинается с определения положения начальных звеньев.

Н ачальным звеном называется звено, которому приписывается одна или несколько обобщенных координат механизма.

Кинематической парой называется подвижное не­посредственное соединение двух звеньев.

В качестве примера рассмотрим цилиндрическую зубчатую передачу, условное изображение которой приве­дено на рисунке 1.

Звенья 1и2 подвижны, звено 3- неподвижно (ста­нина).

Рассмотрим, сколько кинематических пар образу­ют звенья 1,2,3. Звено 1 со звеном 3 образуют первую кинематическую пару, звено 1 со звеном 2- вторую кине­матическую пару, звено 2 со звеном 3- третью кинемати­ческую пару. Зубчатое колесо 1 жестко закреплено на своем валу – колесо 1 и вал вместе с крепёжными деталя­ми образуют одно звено. Аналогично колесо 2 с валом также образуют одно звено. Звено 1 со звеном 3 и звено 2 со звеном 3 соприкасаются по цилиндрическим поверхно­стям, а звено 1 со звеном 2- по линии.

Те поверхности, линии или точки, которыми зве­нья непосредственно соприкасаются друг с другом называ­ются элементами кинематических пар.

Классификация кинематических пар

1. По характеру касания звеньев кинематические пары делятся на высшие и низшие.

Низшими кинематическими парами называются такие пары, звенья которых со­прикасаются по поверхностям.

Высшими кинематическими парами называются такие пары, звенья которых со­прикасаются по линии или в точке. Этот признак деления кинематических пар предполагает, что соприкасающиеся звенья (тела), образующие кинематические пары, абсолютно твёрдые. Если соприкасаю­щиеся тела не обладают этим свойством, то касание их по линии или в точке превра­щается в касание по некоторой поверхности.

Примеры низших кинематических пар приведены на рисунках 2 и 3. Ползун 1 движется в направляющей 2 (рисунок 2). Касание звеньев 1 и 2 происходит по плоско­стям. Это поступательная кинематическая пара. На рисунке 3 показана вращательная кинематическая пара. Звено 1 может совершать вращательное движение по отношению к звену 2. Касание звеньев здесь происходит по цилиндрической поверхности. Примером высших кинематических пар могут быть цилиндр на плоскости – касание звеньев про­исходит по линии – образующей цилиндра (рисунок 4); и шар на плоскости – касание звеньев происходит в точке (рисунок 5).