Артоболевский И.И. - Теория механизмов и машин, страница 5

Поэтому можно к исследованию механизмов с различными функциональными назначениями применять общие методы, базирующиеся на основных принципах современной механики. В механике обычно рассматриваются статика, кинематика и динамика как абсолютно твердых, таи и упругих тел. При исследовании машин и механизмов, как правило, мы можем считать жесткие тела, образующие механизм, абсолютно твердыми, так как перемещения, возникающие от упругих деформаций тел, малы по отношению к перемещениям самих тел и их точек.

Если мы рассматриваем механизмы как устройства, в состав которых входят только твердые тела, то для исследования кинематики и динамики механизмов можно пользоваться методами, излагаемыми в теоретической механике. Если же требуется изучить кинематику и динамику механизмов с учетом упругости звеньев, то для этого, кроме методов теоретической механики, мы должны еще применять методы, излагаемые в сопротивлении материалов, теории упругости и теории колебаний. Если в состав механизма входят жидкие или газообразные тела, то необходимо привлекать к исследованию кинематики и динамики механизмов гидромеханииу и авраме.

ханику. вввдвнив б'. Механика машин представляет собой науку, состоящую из двух дисциплин. Первая носит название «теория механизмов», а вторая носит название «теория машин». В теории механизмов изучают свойства отдельных типовых механизмов, применяемых в самых различных машинах, приборах и устройствах. Рассматривается общая теория образования механизмов как совокупности связанных между собой тел, обладающих различными формами движения.

Изучаются кинематнческие и динамические характеристики механизмов в зависимости от их геометрических параметров и действующих на механизмы сил. В теории машин рассматривается совокупность взаимно связанных механизмов, образующих машину. Эта совокупность может образовывать отдельную машину или машинный агрегат или, наконец, машинное устройство, состоящее из комплекса машин, — так называемую систему машин автоматического действия. В теории машин рассматриваются также вопросы теории строения машин, связанные с разработкой методов построения принципиальных схем машин как совокупности механизмов, обеспечивающей оптимальную производительность машины прн наивыгоднейших условиях ее работы.

Далее в теории машин рассматриваются вопросы автоматического управления и регулирования машин н машинных агре. гатов. В теорию машин обычно также включается раздел теории упругих колебаний в машинах. В этом разделе изучаются упругие колебания подвижных тел, составляющих механизмы, машины, колебания опор и фундаментов машин, и излагаются методы локализации колебаний и вредных шумовых эффектов. Изучение механики машин начинается с раздела теории механизмов, так как, только изучив свойства отдельных механизмов илн их видов, можно переходить к изучению совокупности механизмов, образующих машину, т.

е. к теории машин. В данном учебнике излагается теория механизмов и основы теории машин-автоматов в объеме, необходимом для студентов механических и машиностроительных специальностей. Теория механизмов и машин является первой дисциплиной, вводящей студентов в круг общих и специальных дисциплин. В ее задачу входит подготовка студентов к слушанию курсов деталей машин, технологии машиностроения н курсов по расчету и конструированию отдельных видов машин в зависимости от специальности, по которой проходит подготовка студентов.

Вместе с курсами теоретической механики, сопротивления материалов и деталей машин теория механизмов и машин образует цикл предметов, обеспечивающих общеинженерную подготовку студентов. т к основные понятия и опгаделения гэ ф 2. Основные понятия н определення 1'. Теория механизмов есть наука, изучающая строение,-кинематику н динамику механизмов в связи с нх анализом и синтезом. Проблемы теории механизмов могут быть разбиты на две группы. Первая группа проблем посвящена исследованию структурных, кннематическнх и динамических свойств механизмов, т.

е. анализу механизмов. Вторая группа проблем посвящена проектированию механизмов с заданными структурными, кннематическнмн н динамическими свойствами для осуществления требуемых движений, т. е. силаеву механизмов. Движение механизмов зависит от их строения и сил, на них действующих. Поэтому удобно при изложении теории механизмов проблемы анализа механизмов разбить на две части: а) структурный и кннематнческий анализ н б) динамический анализ механизмов. Структурный н кннематнческнй анализы механизмов имеют своей целью изучение теории строения механизмов, исследование движения тел, их образующих, с геометрической точки зрения, независимо от снл, вызывающих движение этих тел. Динамический анализ механизмов имеет своей целью изучение методов определения снл, действующих на тела, образующие механизм, во время движения этих тел, н изучение взаимосвязи между движениями этих тел, силами, на ннх действующими, н массами, которыми обладают этн тела.

Проблемы синтеза механизмов удобно излагать по видам механизмов, поэтому задачей синтеза является проектирование механизма предварительно выбранной структуры по заданным кинематнческим н динамическим условиям. Таким образом, настоящий курс теории механизмов и машин разделен на следующие четыре части: а) структурный н кинематическнй анализ механизмов, б) динамический анализ механизмов, в) синтез механизмов, г) основы теории машин-автоматов. 2'.

Всякий механизм состоит нз отдельных деталей (тел). В механизмах стационарного типа некоторые детали являются неподвнжными, другие детали движутся относительно ннх. В механизмах подвижного типа, как, например, в двигателе самолета нлн автомобиля за неподвижные детали условно принимаются детали, неизменно связанные с корпусом самолета нлн автомобиля. Согласно этому в крнвошипном двигателе во всех случаях к неподвижным деталям относятся корпус двигателя, подшипники коренного вала н другие детали; подвижными деталями считаются: коренной вал, поршни, золотннковое или клапанное устройство н т.

д. Каждая подвижная деталь нлн группа деталей, образую- 20 Вввденив щая одну жесткую подвижную систему тел, носит название подвижного звена механизма. Таким образом, например, шатун двигателя является одним подвижным звеном, хотя шатун может состоять из нескольких деталей: тела шатуна, крышек, шатунных подшипников, болтов, стягивающих эти крышки, н т. д. Но он все же будет одним подвижным звеном, ибо все детали, из которых шатун состоит, будучи соединены, образуют одну жесткую систему тел, не имеющих движения друг относительно друга.

Детали, образующие одно звено, иногда не имеют жесткой связи между собою (например, лента конвейера с деталями, ею переносимыми); тогда признаком того, что они относятся к одному звену, служит отсутствие движения их относительно друг друга и, следовательно, возможность введения между ними жесткой связи без изменения кинематики всей системы. Все неподвижные детали образуют одну жесткую неподвижную систему тел, называемую неподвижным звеном илн стойкой. Так, например, корпус двигателя, подшипники коренного вала и т. п. образуют в совокупности одно неподвижное звено, или стойку. Таким образом, в любом механизме мы имеем одно неподвижное звено и одно или несколько подвижных звеньев. Следовательно, механизм можно рассматривать как совокупность неподвижного и подвижных звеньев.

Подвижные звенья входят в соединения между собой или с неподвижным звеном так, что всегда имеет место возможность движения одного звена относительно другого. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой. Совокупность поверхностей, линий и отдельных точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару, называется элементом кинематической лари. Система звеньев, связанных между собой кинематическими парами, называется кинематической цепью.

Таким образом, коленчатый вал двигателя образует с неподвижным подшипником одну кинематическую пару. Шатун с коленчатым валом образует вторую кинематическую пару, поршень с шатуном третью, поршень н цилиндр четвертую, а совокупность этих кинематических пар составляет кинематическую цепь. Отсюда следует, что в основе всякого механизма лежит кинематическая цепь. Но не всякую кинематнческую цепь можно назвать механизмом. Механизм предназначен для осуществления заранее заданных закономерных движений. Поэтому только та кинематичесная цепь будет механизмом, звенья которой осуществляют целесообразные движения, вытекающие из инженерных производственных задач, для выполнения которых сконструирован механизм, ЧАСТЬ ПЕРВАЯ СТРУКТУРНЫЙ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ОТДЕЛ ПЕРВЫЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЗМОВ Глава ! КИИЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРЫ И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ й 3.

Кннематнческне пары н нх классификация 1'. Кинематическую пару можно также определить как подвнжное соединение двух соприкасающихся звеньев. Возможные соединения звеньев в кннематнческне пары весьма разнообразны. Например, на рнс. 1.1 показана так называемая вращательная кинематическая пара, в которой созднненне хп и Рис. 1.Ь Вращвтепьпап киненатическаа пара Рнс. Ьт. Кнненатнческап пара в виде двух касающих. сп пипипдрическнх поверх- ностен звеньев А н В образуется двумя цилиндрами, находящимися в постоянном соприкосновении.

Бурты внутреннего цилиндра препятствуют движению одного цилиндра относительно другого в направлении осн х — х, но не препятствуют вращению одного нз ннх относительно другого. На рнс. 1.2 показан другой способ соединения двух звеньев А й В, Эта кннематнческая пара допускает относительное перекаты- ванне, скольжение н верчение. Таким образом, на относительное движение каждого звена кннематнческой пары накладываются ограничения, зависящие от способа соединения звеньев пары. Зтн ограничения будем называть условиями связи в кннематнческнх парах. 2'.

Рассмотрим теперь, какие же связи н в каком количестве могут быть наложены на относнтельнь!е движения звеньев кннематнческой пары. РЯ Гю !. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРЫ И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ Как известно, в общем случае всякое свободно движущееся в пространстве абсолютно твердое тело (рис. 1.3), положение которого определяется тремя произвольно выбранными точками А, В и С, обладает шестью степенями свободы. В самом деле, положение твердого тела в пространстве фиксируется координатами трех его точек А, В и С, т. е.

девятью координатами: (х„, у„, г„), (ха, ув гв) " (хс ус гс) Между собой эти координаты связаны тремя условиями постоянства расстояний: АВ, ВС, СА. Таким образом, число независимых параметров, определяющих положение твердого тела в пространстве, равно шести и тело обладает шестью степенями свободы. Движение такого тела может быть всегда представлено как вращение вокруг и перемещение вдоль трех произвольно выбранных взаимно перпендикулярных осей х, у и г.

Таким образом, в общем случае, твердое тело обладаег в пространстве шестью видами независимых возможных движений: тремя вращениями вокруг осей х, у, г и тремя поступательными движениями л вдоль тех же всей. Поэтому, если бы на движение первого звена кинематической пары, принятого за абсолютно твердое тело, не было наложено никаких условий Рис. НЗ.