Введение

Курс является общеобразовательным. Его назначение состоит в том, чтобы расширить фундамент общей инженерной подготовки и тем огра­дить будущего специалиста от чрезмерной профессиональной узости представлений и технических идей. Каждый инженер, специализирую­щийся в какой либо узкой области, должен знать о возможностях, досто­инствах и недостатках механической науки, которая занимает ведущее ме­сто в современной индустрии.

Изучение этого курса должно обеспечить взаимопонимание и взаи­модействие инженеров - немашиностроителей с инженерами-машиностроителями, т.к. современные специалисты работают коллек­тивно в объединяющих их организационных подразделениях.

Место и назначение этого учебного курса предполагает в нем при­оритет задач анализа, имеющих большую познавательную ценность. Зада­чи синтеза рассматривается очень конспективно, а в большинстве случаев просто опускаются, т.к. проектирование механических устройств неспе­циалистами маловероятно.

Курс, каким бы кратким он ни был, должен соответствовать совре­менному представлению науки. Это условие предъявляет особые требова­ния к отбору материала, его расположению и изложению. Поэтому важно сохранить то, что является наиболее ценным с познавательной и воспита­тельной точек зрения, за счет сокращения описательного и справочного материала.

Назначение вузовского курса состоит в том, чтобы расширить кру­гозор в фундаментальных областях науки, научить творчески и аналити­чески мыслить и самостоятельно работать.

Поскольку инженерное образование имеет целью не только получе­ние учащимися конкретных знаний в области узкой специализации их бу­дущей деятельности, но и формирование инженерного мировоззрения, оп­ределенной широты взгляда, естественным является желание дать студен­там немеханических специальностей некоторые представления о той об­ласти человеческой (инженерной) деятельности, которая прямо связана с построением современной технической цивилизации, которая сумела соз­дать приемы и методы, достаточно хорошо описывающие многие явления в окружающем нас мире. Эта область связана с комплексом наук, объеди­ненных общим названием «ТЕХНИЧЕСКАЯ» или «Прикладная механи­ка». Она опирается на положения физики, известные учащимся из курсов средней школы, дополняя и развивая их в зависимости от стоящих перед разработчиками задач. Это достаточно стройная, красивая и более-менее строгая наука, требующая четкого и дисциплинированного мышления.

Почему механика? Это одна из фундаментальных наук, внесшая ог­ромный вклад в современную техническую цивилизацию.

Надеемся, что знакомство с механикой поможет учащимся сформи­ровать более полное представление о мире, в котором они живут, с новой стороны взглянуть на ту специальность, которой они хотят посвятить се­бя, а может быть что-то перенести в нее, если не в области конкретных ре­зультатов, то хотя бы в общих подходах, методологии. Познакомит с кон­кретными устройствами, с которыми встретится в своей практической деятельности инженер любой специальности, руководитель производства, менеджер.

Механика изучает взаимодействие тел. В основе механики лежат фундаментальные положения, на базе которых могут быть поняты и опи­саны самые разнообразные взаимодействия тел в природе и технике. Взаимодействие так называемых «твердых тел» (не меняющих своей фор­мы под действием приложенных к ним сил) изучается МЕХАНИКОЙ ТВЕРДОГО ТЕЛА. Поведение тел, которые под воздействием сил меняют свою форму (деформируются) рассматривает МЕХАНИКА ДЕФОРМИ­РУЕМОГО ТЕЛА (СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ). Сразу же огово­римся, что разделение тел на абсолютно твердые и деформируемые носит условный характер. В зависимости от решаемой задачи одно и то же тело (изделие, деталь, инженерная конструкция) может рассматриваться и как твердое и как деформируемое.

Взаимодействие твердых тел с жидкими описывается законами ГИДРАВЛИКИ, АЭРОДИНАМИКА изучает взаимодействие твердых и газообразных тел. Поведение тел, составляющих машину, рассматривает МЕХАНИКА МАШИН (теория машин и механизмов).

Отметим еще раз: в основе всех этих наук лежат общие законы ме­ханики.

Материал, представленный в этом курсе, посвящен ознакомлению с понятиями и методами, необходимыми для решения задач, связанных с проектированием надежных технических устройств и их эксплуатацией.

Излагаемый материал сам по себе не решает этих задач, как не ре­шает задач электрических цепей постоянного тока простое написание за­конов Ома и Кирхгофа. Эти законы лишь показывают, что решение суще­ствует. Нахождение решения требует проведения определенных действий.

Решение проблемы надежного проектирования зависит от совмест­ных усилий конструкторов, изготовителей, контролеров, экономистов и прочего персонала. Приводимые в курсе понятия и законы являются лишь руководством к действию.

Поскольку лица, участвующие в решении этой задачи, имеют раз­ные специальности, то настоящий материал представлен в форме широких понятий и общих методов.

Проблема надежности относится к числу основных проблем, выдви­гаемых на первый план современным развитием техники. Эта проблема возникает везде, где необходима высокая эффективность работы техниче-

ских систем, гарантированные сроки службы и безопасность. Проблемой надежности занимается очень широкий круг специалистов, среди которых имеются технологи, экономисты, конструкторы, физико-химики и др.

В принятой терминологии объект исследования надежности называ­ется ИЗДЕЛИЕМ. Под эксплуатацией изделия понимают совокупность всех фаз его существования, в том числе и его транспортировку, хранение, подготовку к использованию по назначению, обслуживание и ремонт.

Совокупность свойств, определяющих степень пригодности изделия для использования по назначению, называют КАЧЕСТВОМ изделия. Имеется в виду при этом, что свойства изделия, составляющие его качест­во, могут меняться с течением времени.

Под НАДЕЖНОСТЬЮ понимается способность изделия сохранять качество при определенных условиях эксплуатации. Иногда говорят, что надежность - это качество, развернутое во времени.

Важными являются понятия ОТКАЗА и БЕЗОТКАЗНОСТИ. Отказ -частичная или полная утрата или видоизменение свойств изделия, сущест­венно снижающее его работоспособность или приводящее к ее полной по­тере. Безотказностью называют способность изделия (подъемного меха­низма, автомобиля, стиральной машины, фотоаппарата, вычислительной машины и пр.) сохранять работоспособность, т.е. не иметь отказов в тече­ние определенного времени в определенных условиях эксплуатации. От­казы разделяются на постепенные и внезапные.

Наряду с безотказностью в теории надежности рассматривается так­же ДОЛГОВЕЧНОСТЬ изделия, под которой понимают способность изделия к длительной эксплуатации при необходимом техническом об­служивании.

Надежность изделия определяется многими параметрами конструк­тивного, технологического, прочностного и эксплуатационного характера. Поэтому курс нужно начать с общих положений механики, лежащих в ос­нове этих представлений: ее аксиоматики и законов, усвоив которые мож­но будет ориентироваться во всех ее технических приложениях.

Еще несколько слов о терминологии. Под инженерными сооруже­ниями подразумеваются промышленные и общественные здания, мосты, телебашни, антенны, резервуары. Содержание понятия «МАШИНА» в по­следнее время очень расширилось. Сейчас под ним понимают всякое уст­ройство, которое служит для осуществления какого-либо процесса. В не­давнем прошлом подразумевалось, что этот процесс обязательно связан с механическим движением. Однако в наше время существуют машины и совсем иного рода, например, вычислительные машины, атомные реакто­ры, машины химического производства. В них совершаются электронные процессы, протекают химические реакции или происходит перенос тепло­ты, а механическое движение или отсутствует, или имеет второстепенное значение. Для такого рода устройств более подходит термин «аппараты».

Широко применяется термин «прибор», под которым обычно разумеют такую машину или аппарат, которая дополняет или заменяет человека в области интеллектуальной деятельности. Таковы измерительные приборы, управляющие устройства и т.п.

В машинах, аппаратах и приборах используются различные силы природы. В соответствии с этим различают электрические, тепловые, оп­тические, электронные устройства и т.д., если в них происходит преобра­зование вещества или энергии, то их называют ГЕНЕРАТОРАМИ.

Большую группу машин составляют устройства, преобразующие электрическую или тепловую энергию в механическое движение, - это машины-двигатели (например, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания и пр.).

Другую, весьма большую группу образуют РАБОЧИЕ или ТЕХНО­ЛОГИЧЕСКИЕ, а также ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ машины. Они исполь­зуются для придания изделию необходимой формы или перемещения из­делия. В таких машинах механическое движение вала двигателя преобра­зуется в требуемое движение рабочего органа. Все это механические ма­шины или МЕХАНИЗМЫ. Блок схема такой машины выглядит так:

Двигатель		Привод		Рабочая машина

В состав любой машины входит инженерное оборудование (корпус, рама машины, панель и т.д.) и в большинстве случаев механизм. Таковы, например, стиральная машина, станок, электродвигатель, двигатель внут­реннего сгорания, вентилятор, часы, фотоаппарат и т.д. Корпус и меха­низм обычно называют механической частью машины (в отличие от элек­трической, оптической и др. частей).

Часто именно механическая часть определяет важнейшие техниче­ские характеристики машины, ее быстродействие, производительность, массу, габариты, стоимость. В целом ряде случаев характеристика неме­ханических процессов, происходящих в машине, непосредственно зависит от кинематических и динамических характеристик ее механизма.

Задача этого курса состоит и в том, чтобы дать общее представление о механической части машины и ознакомить с устройством и способом дей­ствия наиболее типовых механизмов и устройств.

Изучение механического движения тел (частей машины) составляет предмет КИНЕМАТИКИ. Изучение совокупности взаимодействий, вызы­вающих эти движения, является предметом ДИНАМИКИ.

Современные механизмы и приборы можно объединить в такие сис­темы, которые способны выполнять работу без участия обслуживающего персонала. В этом случае их называют МАШИНАМИ-АВТОМАТАМИ и АВТОМАТИЧЕСКИЙ ЛИНИЯМИ.

Перечисленное выше относится, прежде всего, к механике твердого тела. Однако материалы, из которых изготавливаются части машин и со­оружений, обладают податливостью (упругостью), поэтому при нагруже-нии устройства силами его части деформируются. Эти деформации могут оказаться чрезмерными. Кроме того, могут возникнуть недопустимые вибрации. В частях машин внутренние напряжения, соответствующие де­формациям, могут оказаться настолько большими, что приведут к разру­шению. Поэтому вопросы прочности занимают весьма важное место в данном курсе.

Разумеется, машина должна не только хорошо выполнять свою функцию, ради которой она сделана. Она должна быть технологичной и дешевой в производстве и экономичной в эксплуатации, что зависит от ее конструкции. Этих вопросов мы тоже вскользь (в связи с ограниченно­стью объема курса) коснемся.

Таким образом, этот учебный курс включает в себя следующие раз­делы: