Тимофеев Г.А. - Теория механизмов и машин. Курс лекций, страница 3

Материал лекций должен помочь студентам выполнить домашние задания, подготовиться к рубежным контролям, Автор выражает свою глубокую благодарность коллегам по кафедре за замечания и предложения по содержанию лекций. Введение Лекция 1 Введение Сегодня мы начинаем изучать одну из общеинженерных дисциплин — теорию механизмов и машин (ТММ). ТММ вЂ” наука, изучающая общие законы и принципы построения машин, позволяющая выполнить первый этап проектирования конструкций, сооружений, систем машин и механизмов на основе разработанных ею методов.

В ТММ изучаются свойства отдельных типовых механизмов, широко применяемых в самых различных машинах, приборах и устройствах. При этом анализ и синтез механизмов осуществляется независимо от его конкретного назначения, т.е. однотипные механизмы (рычажные, кулачковые, зубчатые и др.) исследуются одними и теми же приемами для двигателей, насосов, компрессоров и других типов машин.

В основе ТММ вЂ” методы математического анализа, векторной и линейной алгебры, дифференциальной геометрии и других разделов математики, теоремы и положения теоретической механики. Решая задачи геометро-кинематического и динамического синтеза механических систем, ТММ является основой курсов «Детали мшнин», «Детали приборов» и других спецкурсов по проектированию и расчету механизмов и машин (специальпого назначения).

В этих дисциплинах широко используются общие методы, разработанные ТММ в приложении к конкретным механизмам. Сейчас, как и прежде, перед учеными, инженерами и конструкторами стоят задачи дальнейшего соверп1енствования всех видов современной техники, и в первую очередь создание новых высокопроизводительных машин и систем машин, освобождающих человека от трудоемких и утомительных процессов. Становление теории механизмов и машин как науки относится к ХУП1 в., когда рассматривались кинематика и динамика различных машинных устройств, использовавшие теоремы и постулаты теоретической механики для изучения законов движения этих устройств и создания основ их проектирования. Существенный вклад в развитие теории машин и механизмов внесли русские ученые П.

Л. Чебышев, И. А. Вышнеградский, Н. П. Петров, Н. Е. Жуковский. Л. В. Ассур, В. П. Горячкин, И. И. Артоболевский, А. А. Благонравов, а также ученые старейшей кафедры технических вузов страны — теории механизмов и машин, созданной в Императорском Московском техническом училище — ИМТУ в 1873 г.

Среди них первый заведующий кафедрой профессор Ф. Е. Орлов, уделявший много внимания изучению вопросов трения, динамики машин и, главное, разработке основных принципов, которыми необходимо было руководствоваться при проектировании машин того времени. Он был автором первого курса прикладной механики, который пользовался широкой популярностью и систематически переиздавался. Много внимания совершенствованию методов анализа и синтеза механизмов уделял Д. С.

Зернов„возглавлявший нашу кафедру с 1892 по 1899 г. Решение многих сложных задач синтеза механизмов, основ динамики, вопросов гидродинамической теории смазки связано с именем выдающегося педагога и новатора профессора Н. И. Мерцалова, заведовавшего кафедрой с 1899 по 1929 г. Многими методами, разработанными профессором Л.

П. Смирновым (возглавлял кафедру с 1929 по 1949 г.), мы пользуемся и до сих пор. Им же были разработаны методы экспериментальных исследований, создано оборудование для проведения лабораторных работ. Широкую известность в мире получили труды и изобретения профессора Л.Н. Решетова, заведовавшего кафедрой с 1951 по 1962 г.

Он внес большой вклад в развитие зубчатых передач,кулачковых механизмов, вопросов уравновешивания. Он основатель нового направления в ТММ вЂ” рационального проектирования механизмов. Большой вклад в развитие науки о механизмах внес профессор В. А. Гавриленко, заведовавший кафедрой с Лехцвя1 10 Ввадввве 1962 по 1977 г.

Созданная им геометрическая теория эвольвентных передач позволила избавиться от множества эмпирических зависимостей в расчетах и проектировать малогабаритные зубчатые передачи. Его теория открыла путь к решению динамических и прочностных задач в области зубчатых передач. Ему и его ученикам удалось внедрить в производство новые пространственные передачи, планетарные, кривошипно-планетарные и волновые зубчатые передачи. Как бы мы ни называли наш технический век — веком космоса или автоматики, атомным веколз или веком электроники, — основой технического прогресса всегда было и остается машиностроение. От уровня развития машиностроения, от степени совершенствования машин в значительной степени зависят производительность общественного труда и благосостояние нашего народа.

ТММ как наука дает общие методы построения наиболее совершенных, высокоэкономичных и надежных машин. Изучая ТММ, вы получите не только конкретные знания, но и определенные навыки и умения. Литература Основная 1. Теория механизмов и л~еханика машин/под рея. К. В.

Фролова. — М.. 1998, 2001, 2004. 2. Артоболевский, И.РЕ Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. — М.,!988. 3. Левияский, Н. И. Теория механизмов и машин / Н. И. Левитский. — М., 1979. 4. Юдин, В.А. Теория механизмов и машин / В, А. Юдин, Л. В.

Петрокас. — М., 1977. 5. Механика машин / под рел. Г А. Смирнова. — М., 1996. 6. Попов, С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин / С. А Попов, Г. А. Тимофеев. — М., 1998, 2002. Дополнительная 7. Артоболеесхий, И. И. Механизмы в современной технике: в 6 т. / И. И. Артоболевский. — М., 1970 — 1975. 8. Кожевников, С. Н. Теория механизмов и машин / С. Н.

Кожевников. — М.,!977. 9. Кожевников, С.Н. Механизмы: справочное пособие / С,Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин / пол ред. С. Н. Кожевникова. — М., 1976. 10. Теория механизмов / под ред. В. А. Гаврилеяко. — М., 1973. 11. Теория механизмов и машин / под ред.

К. И. Заблояского. — Киев, 1989. 12. Решетов, Л. П. Самоустаяавливающиеся механизмы: справочник / Л. Н. Решетов. — М., 1979. 13. Каловский, М.3. Динамика машин / М. 3. Коловский.— Л., 1989. 14. Крайнев, А. Ф. Словарь-справочник по механизмам / А. Ф. Крайнев. — М., 1987.

15. Пейсах, Э. Е. Система проектирования рычажных механизмов / Э. Е. Пейсах, В. А. Нестеров. — М., 1988. 16. Механикапромышленныхроботов: в Зт./под ред. К В. Фролова и Е. И Воробьева. — М., 1988, 1989. 17. Основыбалансированяойтехники:в2т /подред. В. А. Шепетильиикова. — М., 1975. 18. Дитрих, Я. Проектирование и конструирование. Системный подход / Я. Дитрих. — М., 1981. 19. Джонс, Дж. К. Методы проектирования / Дж.

К. Джонс; пер. с англ. — 2-е изд. — М., 1986. 20. Смелягин, А. И. Структура механизмов и машин: учеб. пособие / А. И. Смелягия. — Новосибирск: Изл-во НГТУ, 2002. Несколько слов о методологии проектирования машин. Процесс проектирования сложен и трудоемок не только в том случае, когда создается новая машина, не имеющая близких аналогов, но и тогда, когда необходимо получить более высокий качественный уровень одного или нескольких параметров машины с уже существуютцей кинематической схемой. Последовательность проектирования показана на рис.

1.1. При проектировании машины должен быть осуществлен выбор ее оптимальных параметров (структурных, кинематических, точностных. динамических, эксплутационных), наилучшим образом соответствующих предъявляемым к ней требованиям. Решения„принимаемые на стадии проектирования, могут корректироваться несколько позднее, на с'гадин разработки технологии изготовления машины. Однако следует помнить, что качество новой машины определяется в первую очередь качеством проектирования, Лекция 1 Рис.

11 Рис. 1.2 поэтому неудачные решения на этом этапе не всегда могут быть компенсированы на последующих стадиях. Затраты на качественное проектирование окупятся за счет экономии, получаемой впоследствии, включая и эксплуатацию машины. Любая машина выполняет свой рабочий процесс посредством механического движения, поэтому она должна иметь носители этого движения, каковым является механизм или система механизмов. Следовательно, составной частью общего процесса проектирования машины является 'проектирование ее механизмов. Оно включает разработку и анализ возможных вариантов схем машины и ее механизмов и оценку полученных решений методами оптимизации (рис.

1.2). Поиск оптимального, т.е. наилучшего решения для каждого варианта ведется, как правило, с использованием итерационных алгоритмов, которые поддаются формализации и должны быть реализованы на ЭВМ. 3.2. Формирование критериев и ограничений 3.3. Разработка возможных вариантов схем машины и ее механизмов ЗА. Оптимальное проектирование возможных вариантов схем машины и ее механизмов Вариант №! ..........................

Вариант №М 35. Сравнение оптимальных решений вариантов № ! ...Х и выбор наиболее подходящего Процесс проектирования состоит из нескольких итерационных (повторяющихся) циклов (рис. 1.3). Первый цикл имеет сравнительно небольшой набор исходных данных, необходимых для расчета„и заканчивается совокупностью результатов, именуемых начальными. Эти результаты расчета первого цикла позволяют, во-первых, произвести в составе исходных данных, необходимых для расчета второго цикла, нужные уточнения и, во-вторых, пополнить исходные данные новь|ми, неизвестными ранее параметрами.