Фролов К.В. и др. - Теория механизмов и машин, страница 4

Большое значение для техники имеет развитие динамики машин с переменной массой звеньев, например при исследовании техно- 14 логических машин с изменяемой массой обрабатываемого объекта: конвейеров, погрузочно-разгрузочных. печатных. намоточных машин. Но не только массы могут быть переменными, и сама структура механизмов в отдельных случаях может изменяться. Особую роль в развитии динамики машин играют вопросы колебаний. С одной стороны, это вопросы борьбы с вибрациями путем создания виброустойчивых конструкций машин и механизмов, с другой стороны — это использование резонансного эффекта вибраций для выполнения различных технологических процессов и создигше новых вибрациовных механизмов, обладающих требуемыми кинематическими характеристиками, Как уже отмечалось, вибрации сопутствуют работе всех машин и часто оказываются причиной, сдерживающей дальнейший прогресс в той или иной области техники.

Так, например, дальнейшее увеличение быстроходности высокоскоростных роторных машин ограничено вибростойкостью ротора и подшипниковых опор, повышение мощности паровых и газовых турбин — вибрациями лопаток последних ступеней, создание мощных вертолетов —. колебаниями рабочих лопастей, повышение точности металлорежущих станков— вибрациями режущего инструмента и станины, создание высокоточных и надежных систем автоматического управления — вибрациями ее отдельных элементов, Вибрации вызывают большие напряжения в конструкциях, что приводит к их поломкам и разрушениям главным образом усталостного характера и, как следствие, к серьезным авариям.

Вибрации являются источником вредного шума: шум не только вредно влияет на физиологию человека, но приводит к так называемой акустической усталости материала. Вибрации искажают основное движение элементов машин, механизмов и систем управления по предписанным кинематическим законам, порождают неустойчивость заданного закона движения и часто приводят к отказу всей системы. Вибрации машин оказывают непосредственное физиологическое влияние на человека, снижают его функциональную деятельность и работоспособность, поражают отдельные системы живого организма. Вместе с тем вибрации ограниченной интенсивности и нормированного времени действия могут оказывать положительное влияние на живой организм.

Известны методы вибростимуляции, вибромассажа, эффективного физиологического действия вибраций в лечебных целях с использованием специальных вибрационных механизмов и установок. В этом направлении открываются широкие перспективы для новых исследований. Новый тип машин, где вибрации играют полезную роль, носит название машин внбрационного принципа действия. Они получили широкое применение в последние годы в самых различных отраслях техники благодаря экономичности, обусловленной использованием эффекта резонанса. Машины, приборы, оборудование и стенды вибрационного принципа действия выполняют самые разнообразные технологические процессы.

Наука о вибрациях изучает методы обнаружения, измерения и возможного уменьшения их интенсивности. Наряду с этим она дает методы определения последствий вибраций, когда их полностью нельзя устранить, например расчет амплитуд вибраций для выяснения долговечности машин из условий накопления подтверждаемости сведений об усталости материала, способы изоляции шума, а также методы определения допустимых доз воздействия динамических нагрузок. Для получения информации о состоянии машин того или иного агрегата вибрации играют роль наиболее достоверного средства диагностики„ позволяют избежать аварийных ситуаций. Очень важное значение приобретает изучение и прогноз ресурса машин, т.

е. срока их службы до прихода нх в состояние. когда по тем или иным признакам дальнейшая их эксплуатация недопустима. По признаку прочности ресурс определяется просто разрушением (в машиностроении — преимушесгвенно усталостным), по признаку шума илн повышения вибраций — нормой допустимых амплитуд и т. д. Вибрация является едва ли не единственным средством, которое позволяет сделать какую-либо предварительную и достоверную оценку ресурса работы машин путем наблюдения за ее изменением во времени, не допуская аварийных ситуаций. Другой проблемой динамики машин, решающей важную социальную задачу, является акустическая динамика машин, т.

е. проблема изучения причин и источников шумовых эффектов в машинах и разработка задач динамики машин, связанных с полной или частичной локализацией шумов определенных уровней. Развитие современных математических методов и электронно- вычислительной техники позволили решить ряд указанных выше проблем, однако необходимо еше очень много сделать в направлении дальнейшего совершенствэвания методов, дальнейшего сближения современной математики с теорией механизмов и машин.

Учет упругости звеньев в машинах позволил выявить колебательные явления в сложных кинематнческнх цепях и определить реальные нагрузки на звенья н кинематнческие пары, давать рекомендации по отстройке от резонансов и демпфировать возникающие колебания, решать задачи точности заданного закона движения механизма. В связи с созданием быстроходных машин дальнейшее развитие получат методы автоматической балансировки.

В последнее десятилетие возрос интерес к теории пространственных мехиниэмов и в том числе к их динамике, так как эти механизмы находят все большее применение, в частности, в задачах, связанных с внедрением роботов и манипуляторов, в задачах стыковки космических объектов. В этой области разработаны методы описания движения пространственных механизмов с несколькими степенями свободы, их силовой анализ, решены некоторые задачи уравновешивания н колебаний этих систем. Как всегда, важнейшей задачей теории машин и механизмов будет развитие экспериментальных методов изучения хариктеристик 16 различных маишн и механизмов.

При этом особое значение приобретут экспериментальные исследования систем машин автоматического действия в условиях их производственной работы с автоматической регистрацией и обработкой полученной экспериментальной информации на ЭВМ. Следует ожидать быстрый дальнейший прогресс в развитии аппаратуры для динамических исследований, определяемый задачами аитоматизации и диктуемый спецификой быстро протекающих во времени динамических процессов современных машин как объектов исследования.

Отличительной особенностью современных динамических исследований является их комплексный характер. Они широко проводятся как на натурных объектах (в лабораторных, производственных и эксплуатационных условиях), так и методами математического моделирования с использованием ЭВМ. Получили развитие методы планирования эксперимента, обеспечивающие необходимую точность получаемой информации. Развитие экспериментальной динамики подготовило условия для разработки и совершенствования методов контроля и диагностики автоматического оборудования. работающего в промышленности. Разработка методов технической диагностики применительно к машинам-автоматам, промышленным роботам и манипуляторам, двигателям, летательным аппаратам основана на выделении объективных критериев качества, определяющих работоспособность и одновременно признаки дефектных состояний механизмов.

Раздел первый Строение механизмов Меланизм является системой твердых тел. Поэтому механизмы имеют как весьма простое, так и достаточно сложное и разнообразное строение (структуру). Строением механизма определяются такие его важнейшие характеристики, как виды осуществляемык движений. способы их преобразования, число степеней свободы. Формирование механизма, т. е. соединение отдельных его частей в единую систему, сопровождается наложением связей. Правильное их распределение в строении механизма в сильной степени предопределяет его надежную эксплуатацию. Поэтому при проектировании нужно из множества разнообразных механизмов выбрать самый подходящий и правильно подобрать его основные структурные элементы.

А для этого прежде всего надо знать основные виды совреиенных механизиов, их структурные характеристики, закономерности их строения. 2. 1 Основные определения Твердые тела, из которых образуется механизм, называют звенья ми При этом имеются в виду как абсолютно твердые, так и деформируемые и гибкие тела. Жидкости и газы в теории механизмов звеньями не считаются.

Звено — либо одна деталь, либо совокупность нескольких деталей, соединенных в одну кинематнчески неизменяемую систему. Звенья различают по конст- руктивным признакам (коленчатый вал, шатун, поршень, зубчатое колесо и т. д.) и по характеру их движения. Например, звено, вращающееся на полный оборот вокруг неподвижной оси, называют кривошипом, при неполном обороте — коромыслом; звено, совершающее поступательное прямолинейное движение, — ползуном и т. д. Неподвижное звено механизма для краткости называют стойкой; понятие неподвижности стойки для механизмов транспортных машин, в частности летательных аппаратов, — условное, поскольку в этом случае сама стойка движется.

Так, например, на рис. 2.1, а изображена энергетическая машина — двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором поступательное движение поршня 3 (по характеру движения — ползун) под действием силы давления газов в цилиндре 4 (неподвижное звено— стойка) преобразуется с помощью шатуна 2 во вращательное движение коленчатого вала (кривошипа) !, к которому приложена некоторая нагрузка (момент сил сопротивления); на рис. 2.1, б изображена структурная схема механизма ДВС.

Ки не ма т ичес ко й па рой (сокращенно — парой) называют подвижное соединение двух соприкасающихся звеньв (рис. 2.2). Совокупность поверхностей, линий и точек звена, входящих в соприкосновение (контакт) с другим звеном пары, называют элем е и том пары. Для того чтобы элементы пары находились в постоянном соприкосновении, пара должна быть замкнута геометрическим (за счет конструктивной формы звеньев) или силовым (силой тяжести, пружиной, силой давлении жидкости или газа и т. п.) способом. Кинематические пары во многом определяют работоспособность и надежность машины, поскольку через них передаются усилия от одного звена к другому: в кинематических парах, вследствие относительного движения, возникает трение, элементы пары находятся в напряженном состоянии и в процессе изнашивания.