Вопрос №1: Машина – устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. С точки зрения выполняемых функций, машины можно разделить на классы:
-
Энергетические машины. Служат для преобразования любого вида энергии в механическую, и наоборот ( двигатели внутреннего сгорания, гидравлические и пневматические двигатели; машины-двигатели и машины-генераторы)
-
Рабочие машины. Служат для преобразования материалов.
-
Транспортные (в которых преобразование материала состоит только в изменении положения основного перемещаемого предмета). Примеры: транспортеры, автомобили, подъемные краны, погрузчики, экскаваторы, лифта;
-
Технологические (преобразование материала состоит в изменении формы, свойства и положения материала или обрабатываемого объекта). Примеры: станки, упаковочные машины, печатные машины, прессы;
-
Информационные (в которых механическое движение предназначено для преобразования информации). Примеры: арифмометры, счетные машины. В настоящее время – отсутствуют.
Появилось более общее, чем машина, понятие: Мехатронная система – устройство, воспроизводящее физические и умственные способности человека, в котором совмещаются механические, электронные и информационные системы. (Примеры: печатная машина фирмы Гейдельберг, обладающая наряду с прецизионными перестраиваемыми механизмами, системы датчиков для контроля процесса, системы автоматического управления, мощную систему информационного обслуживания). Машины, созданные для работы без участия человека – называются машины-автоматы. Примеры: Луна-24, машины в зонах атомных реакторов, агрессивных средах. Машины-автоматы, соединенные между собой и предназначенные для выполнения определенных технологических процессов – называется автоматическая линия. (Примеры: патронное пр-во машины для печати газет). Наука, изучающая машины, в основе которых положены принципы механики с точки зрения исследования законов движения отдельных устройств и действующих на них сил – механика машин.
Вопрос №2: Механизм – система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. Механизмы разнообразны. Механизмы бывают только с твердыми телами. Могут иметь гидравлические, пневматические, электрические и другие устройства.
С точки зрения функционального назначения:
-
Механизмы двигателей и преобразователей
-
Передаточные механизмы
-
Исполнительные механизмы
-
Механизмы управления и контроля
-
Механизмы подачи и транспортировки, сортировки
-
Механизмы автоматического счета, взвешивания и упаковки.
Несмотря на разницу в функциональном назначении механизмов отдельных видов, в их строении, кинематике и динамике много общего.
Вопрос №3: Науке о машинах больше 200 лет. Развитие науки шло параллельно с созданием новых машин и совершенствованием новых. Паровые машины, создание автомобиля, самолеты, ракеты, автоматические космические станции, автоматизированные типографские комплексы, стиральные машины, центрифуги, эскалаторы. Конец 18 века – Франция, Гаспар Монж ввел во Французской политехнической школе курс теории машин и механизмов. Мощная школа в Германии (Ф. Рело; Л. Бурмейстр; Г. Альт), Россия и СССР (П.А. Чебышев, Н.Е. Жуковский, И.И. Артоболевский). Институт машиноведения РАН им А.А. Благонравова, Ин-т машиноведения РАН; Ин-т механики МГУ (роботы, мехатроника). США.
Изучение механики машины начинается с раздела теории механизмов, так как только изучив свойства отдельных механизмов или их видов, можно переходить к изучению совокупности механизмов, образующих машину, т.е. к теории машины.
Теория механизмов – наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом. Существуют 2 группы задач:
-
Анализ механизмов, т.е. исследование структурных, кинематических и динамических свойств механизмов (Наиболее развит).
-
Синтез механизмов, т.е. проектирование механизмов с заданными структурными, кинематическими и динамическими свойствами для осуществления требуемых движений (с-ма Зарипова; отработанный синтез отдельных механизмов (зубчатых, кулачковых, стержневых…)).
Вопрос №4: Всякий механизм состоит из отдельных тел (деталей). Одни из них неподвижны, другие – движутся относительно них. Все детали неизменно неподвижные называются неподвижным звеном (стойка). Каждая подвижная деталь или группа деталей, образующие жесткую подвижную систему тел, называются подвижным звеном механизма.
Пример: шатун двигателя состоит из нескольких деталей: тело шатуна, крышек, шатунных подшипников, болтов, стягивающих эти крышки.
Детали, образующие одно звено, иногда не имеют жесткой связи между собой (пр: лента конвейера с деталями, ею переносимыми); тогда признаком того, что они относятся к одному звену, служат отсутствие движения их относительно друг друга. Тогда такие звенья рассматриваются как цельные твёрдые тела. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение называется кинематической парой. Поверхности, линии, точки звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя КП, называется элементом звена. Связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары, называются кинематической цепью. Лишь та кинематическая цепь будет механизмом, звенья которой осуществляют целесообразные движения, вытекающие из инженерных производственных задач, для выполнения которых сконструирован механизм. В курсе ТММ рассматриваются ТОЛЬКО механизмы с твердыми телами и звеньями.
Допущения при структурном анализе в ТММ:
-
Применение кинематических схем - условное изображение механизма, в котором представлены только элементы, имеющие отношение к передаче движения.
-
Все звенья считаем абсолютно твердыми; недеформируемыми
-
Считаем: зазоры отсутствуют; размеры выполнены абсолютно точно.
Сопромат ДМ …….
М
атем
Теорет. Механика ТММ Механизмы
с упр. двигателями
Физика Точность мех-в
В
опрос
№5: Из курса ТМ известно что одно
твердое тело имеет 6 степеней свободы.
6 параметров определяя положение тела в пространстве. В кинематических парах одно звено стесняет движение другого, т.е. «накладывает ограничение (связь) на его движение».
К
лассификация
КП по числу накладываемых на их
относительное движение условий связи.
.
При
звенья
лишаются относительных движений и
становятся одним звеном. Соответственно
разделяют пять классов кинематических
пар: номер класса пары совпадает с числом
связей:
Вопрос №6: Кинематические пары бывают (по Рело): Низшие (соприкосновение по поверхности S=3-5)
Высшие (соприкосновение по линии или в точке S=1,2)
Вопрос №7: Замыкание кинематических пар бывает: - геометрическое;
- силовое (вес, сила упругости пружин).
К
инематические
цепи Простые (каждое звено
входит не более чем в две КП).
С
ложные
(в которых есть хотя бы одно звено,
входящее более чем в две КП)
Замкнутые
(каждое звено которой входит по крайней
мере в две КП)
Незамкнутые
(КЦ, в которой есть звенья, входящие в
одну КП).
Механизм – такая кинематическая цепь, в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев относительно любого из них все остальные звенья совершают однозначно определяемые движения.
Входное звено – звено, которому сообщается движение.
Выходное звено – звено, совершающее требуемое движение.
Ведущее звено – звено, для
которого
(сумма элементарных работ внешних сил)
Ведомое звено– звено, для
которого
Часто входное звено есть ведущее звено.
Вопрос №8: Кинематическая схема есть кинематическая модель механизма.
H – число степеней свободы кинематической цепи
k – число звеньев
-
число пар 5 класса и т.д.
Стойка неподвижна.
W – число степеней свободы относительно неподвижного звена («степень неподвижности механизма»)
- Формула Сомова П.И.(1887) – Малышева
А.П.(1923)
n = k-1 – число подвижных звеньев механизма.
Вопрос №9: В плоских механизмах, т.е. механизмах, все подвижные звенья которых совершают плоское движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости, могут быть только КП 4 и 5 классов, так как положение твёрдого тела определяется двумя координатами.
Тогда - Формула Чебышева п.А. (1869)
n = 3
=
4
=
0
Кроме степеней свободы звеньев и связей, активно воздействующих на характер движения механизмов, в них могут быть степени свободы и условия связи, не оказывающие никакого влияния на характер движения механизма в целом. Их удаление не изменяет движения механизма. Такие степени свободы – лишние степени свободы; связи – избыточные (пассивные) связи.
n = 4
=
5
=
1
Механизмы с избыточными (пассивными) связями статически неопределимы и движение в них возможно только при наличии зазоров в КП.
Вопрос №10: Часто удобно для исследования кинематики механизма заменить пары высших классов парами низших классов. Например:
Вопрос №11: 1914 г. Л.В. Асур – продолжил и развил метод образования механизмов путем последовательного наслоения кинематических цепей, обладающих определенными структурными свойствами.
Группа Асура – Кинематическая
цепь с
(нулевой подвижностью) относительно
тех звеньев, с которыми входят в КПары
свободные элементы ее звеньев, и не
распадающихся на более простые цепи,
обладающие так же нулевой степенью
подвижности.
Ведущее звено + стойка = «механизм I класса»
W = 1
Группы Асура с КП 4 и 5 класса удовлетворяют
условию
Если пары 4 класса заменить на пары 6 класса, то
Т.к.
-
целое; n – целое, то
подходят
|
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
…. |
|
N |
2 |
4 |
6 |
8 |
.. |
.. |
.. |
.. |
|
|
3 |
6 |
9 |
12 |
.. |
.. |
.. |
.. |
Не группа Асура!
Но еще есть общий запрет на вращение!
Примеры образования механизмов:
+ =
К
ривошипно-ползунный
мех-м
+ =
и
т.д.
+ + =
Вопрос №12: Номер класса группы Асура равен числу кинематических пар, входящих в замкнутый контур, образованный внутренними кинематическими парами. Порядок группы определяется количеством элементов кинематических пар (поводков), которыми группа присоединяется к начальным звеньям и стойке или к звеньям предшествующих структурных групп:
Группы Асура 3-го класса: n=
4;
=
6 Группы Асура 4-го порядка: n=
6;
=
9
Группы Асура 4-го класса 2-го порядка: n=
4;
=
6
Выделение в составе механизма структурных групп обычно обусловлено построением алгоритмов расчёта кинематических и силовых характеристик механизма.
Структурные группы можно различать по сочетанию вращательных (В) и поступательных (П) пар по отношению к внутренней паре. Рассмотрим это на примерах структурных групп II класса 2ого порядка:
Вопрос №13: Механизмы производственных машин, изготавливающих штучную продукцию, выполняют рабочие операции в определенной последовательности. Чаще технологический процесс осуществляется периодически и характеризуется операционными циклами(цикловые машины). Механизмы машины совершают движение либо в течение всего времени цикла технологического процесса, либо в некоторой его части.
-
Рабочий ход – интервал цикла, на котором происходит выполнение технологической операции.
-
Холостой ход – интервал цикла, на котором механизм перемещается без выполнения полезной работы.
-
Выстой – интервал цикла, в течение которого механизм не совершает движения.
1 + 2 + 3 = Полный цикл
Кинематический цикл – цикл перемещений звеньев, в конце которого все точки механизма имеют те же положения и направления движения, что и в начале.
Циклограмма машины – указывает, в какой последовательности и в какие моменты кинематического цикла отдельные механизмы включаются в работу и когда их работа заканчивается.
П
Р.х
Выстой
Х.х
Выстой
Ф1
Ф2
Ф3
Ф4
цикл
ример:
Кинематический цикл чаще всего совпадает с периодом одного полного оборота главного вала машины, на котором закреплены ведущие звенья основных механизмов.
«Линейная
циклограмма»
Выстой
Р.х
Выстой
Х.х.
Угол поворота ведущего вала 
Вопрос №14: Все механизмы, составленные только из твёрдых тел, разделяются на две большие группы: механизмы с низшими парами, которые иногда называют стержневыми или рычажными, и механизмы с высшими парами. Наиболее распространены среди механизмов с низшими парами: шарнирный четырех звенник; кривошипно-ползунный механизм; кривошипно-кулисный механизм.
Вопрос №15: Единой теории синтеза механизмов не существует, и кинематические схемы проектируют по отдельным группам механизмов (рычажные, кулачковые, зубчатые и т.д.), а так же по различным условиям и работы.
Основная задача синтеза – осуществление заданного движения рабочего органа механизма. Решение этой задачи инвариантно - , т.е. одну и ту же форму движения можно осуществить механизмами различных типов. Конструктор обычно проектирует несколько схем, анализирует и выбирает одну.
Большое распространение получили рычажные механизмы, сочленения которых образуют низшие КП. Достоинства:
- надежность;
- технологичность;
- передают большие усилия;
- возможна точная обработка на обыкновенных металлорежущих станках.
Эти механизмы преобразуют равномерное вращение кривошипа в неравномерное вращательное; - возвратно поступательное; - сложное плоское движение.
Задачи решаемые при синтезе механизма:
-
условие существования кривошипа;
-
осуществление заданной траектории точки исполнительного звена;
-
условия передачи сил звеньям;
-
величины и закономерности изменения скоростей.
Условие существования кривошипа (т-ма Грасгофа): «Наименьшее звено является кривошипом, если сумма длин наименьшего и любого другого звена меньше суммы длин остальных двух звеньев»
В
r
r
+ L < l +
R r –
кривошип
А
l L
C
R
Вопрос №16: Большое распространение получили рычажные механизмы, сочленения которых образуют низшие КП. Достоинства:
- надежность;
- технологичность;
- передают большие усилия;
- возможна точная обработка на обыкновенных металлорежущих станках.
Эти механизмы преобразуют равномерное вращение кривошипа в неравномерное вращательное; - возвратно поступательное; - сложное плоское движение.
П
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
лан
механизма – масштабное графическое
изображение кинематической схемы
механизма, соответствующее заданному
положению ведущего звена.
C
D D
Условия передачи сил, позволяющие получить достаточно высокий механический КПД, определяют с помощью углов давления.
Угол давления (
)
– угол между направлением вектора
движущей силы, приложенной к ведомому
звену и вектором скорости точки приложения
этой силы.
Используя теорию подобия можно построить аналоги механизмов, только других размеров (типоразмерный ряд)
Вопрос №17: Задачи: 1) определение положений звеньев и траекторий заданных точек;
2) определение линейных и угловых скоростей и ускорений звеньев и отдельных точек механизмов.
Кинематические исследования выполняют: -графическими методами (отн. простота, не очень точно);
-аналитическими методами (сложнее, точно, формулы пригодны для исследования динамики; ЭВМ).
Кинематические исследования начинают с ведущего звена и непосредственно к нему присоединяют группы Асура, затем переходят к остальным.
Графический метод: строят 12 или 24 положения в масштабе. Определяют скорости и ускорения звеньев.
П
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
лан
механизма – масштабное графическое
изображение кинематической схемы
механизма, соответствующее заданному
положению ведущего звена.
C
D D
- определяет положение коромысла CD
- функция положения
; 
Функции,
не зависящие от абсолютных значений
; 
скоростей
звеньев ; передаточные функции
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 k
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
h1
(произвольно)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
h2
