16

Лекция N1

Введение

Сегодня мы начинаем с Вами изучать одну из группы общеинженерных дисциплин, дисциплину “Теория механизмов и машин”. ТММ – 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…) исследуются одними и теми же приемами для двигателей, насосов, компрессоров… и для других типов машин.

ТММ базируется на аппарате математического анализа, векторной и линейной алгебры, дифференциальной геометрии и других разделах математики. В основу методов анализа положены теоремы и положения из теоретической механики.

Решая задачи геометро-кинематического и динамического синтеза механических систем, ТММ является основой курсов “Деталей машин”, “Деталей приборов” и других спецкурсов по проектированию и расчету механизмов и машин (специального назначения). В этих дисциплинах широко используются общие методы разработанные “Теорией механизмов и машин” в приложении к конкретным механизмам.

Сейчас, как и прежде, перед учеными, инженерами и конструкторами стоят задачи дальнейшего совершенствования 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 18 веку. Когда рассматривалась кинематика и динамика различных машинных устройств, использовавшая 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 ИМТУ в 1873 году. Среди них первый заведующий кафедры 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, который возглавлял нашу кафедру с 1892 по 1899 год.

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 год.

Многими методами, разработанными профессором Смирновым Л.П. (возглавлял кафедру с 1929 по 1949 год) мы пользуемся и до сих пор. Им же были разработаны методы экспериментальных исследований, создано оборудование для проведения лабораторных работ.

Широкую известность (не только в СССР, но и в мире) получили труды и изобретения профессора Решетова Л.Н., заведовавшего кафедрой с 1951 по 1962 год. Он внес большой вклад в развитие зубчатых передач. Кулачковых механизмов, вопросов уравновешивания. Он - основатель нового направления в ТММ – рационального проектирования механизмов.

Большой вклад в развитие науки о механизмах внес профессор Гавриленко В.А., заведовавший кафедрой с 1962 по 1977 год. 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.

Следует подчеркнуть, что как бы мы не называли наш технический век – веком космоса или автоматики, атомным веком или веком электроники – основой технического прогресса всегда было и остается машиностроение. От уровня развития машиностроения, от степени совершенствования машин в значительной степени зависит производительность общественного труда и благосостояния 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.

На специальностях, по которым вы проходите подготовку, дисциплина ТММ изучается в течение двух семестров и состоит из:

4-ый семестр. Курс лекций объемом 51 час (т.е. 25 лекций), 8 практических занятий (включая два рубежных контроля) – 17 часов, лабораторного практикума – 17 часов. В разделе внеаудиторной самостоятельной работы предусмотрено выполнение двух домашних заданий:

1 – ое – “Структурный и кинематический анализ рычажных механизмов” (8 часов самостоятельной работы)

2 – ое – “Кинетостатический силовой расчет рычажного механизма” (5 часов самостоятельной работы)

Семестр завершается экзаменом, в котором учитывается суммарный рейтинг по результатам посещения лекций, выполнения домашних заданий и лабораторных работ и итоги рубежных контролей.

5-ый семестр. Курсовой проект (работа) объемом графической части – 4 листа чертежей формата А1 и расчетно-пояснительной записки на 30-40 машинописных страницах. Курсовой проект в конце семестра защищается в комиссии из двух преподавателей (с отметкой).

Рекомендуемая основная литература.

1. Теория механизмов и механика машин./ Под ред. К.В. Фролова М., 1998, 2001, 2004.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., 1988.

3. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М., 1979.

4. Юдин В.А., Петрокас Л.В. Теория механизмов и машин. М., 1977.

5. Механика машин./ Под ред. Г.А. Смирнова. М.. 1996.

6. Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин. М., 1998,2002.

Дополнительная литература.

7. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике: в 6-ти т. М., 1970…1975

1. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. М., 1977.

2. Кожевников С.Н.. Есипенко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы: Справочное пособие. /Под ред. С.Н. Кожевникова. М., 1976.

3. Теория механизмов./Под ред. Гавриленко В.А. М.,1973.

4. Теория механизмов и машин. /Под ред. К.И. Заблонского. Киев, 1989.

5. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы. Справочник. М., 1979.

6. Коловский М.З. Динамика машин Л., 1989.

7. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам М., 1987.

8. Пейсах Э.Е., Нестеров В.А. Система проектирования рычажных механизмов М., 1988.

9. Механика промышленных роботов. В 3-х т./Под ред.

К.В. Фролова и Е.И. Воробьева М., 1988,1989.

17.Основы балансированной техники. В 2-х т./Под ред.

В.А. Щепетильникова М., 1975.

18.Дитрих Я. Проектирование и конструирование:

Системный подход М., 1981.

19. Джонс Дж. К. Методы проектирования/Пер. с англ. 2-е издание М., 1986.

20. Смелягин А. И. Структура механизмов и машин: учебное пособие.

- Новосибирск: издательство 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 существующей 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 стадии разработки технологии изготовления машины. Однако следует помнить, что качество новой машины, в первую очередь, определяется качеством проектирования. Так что неудачные решения на этой стадии не всегда могут быть компенсированы на последующих стадиях. Поэтому затраты на качественное проектирование окупятся за счет экономии, получаемой в последствии включая и эксплуатацию машины.

1.Осознание потребности

в новой машине

2. Формирование требований к машине

Требования заказчика

Возможности изготовления

3. Проектирование

4.Разработка технологии изготовления

5. Изготовление

Р ис. 1.1

3.1.Разработка исходных параметров проектирования

3.2.Формирование критериев и ограничений проектирования

3.3.Разработка возможных вариантов схем

машин и ее механизмов

3.4.Оптимальное проектирование возможных

вариантов схем машин и ее механизмов

…………..

Вариант №1

Вариант № N

3.5.Сравнение оптимальных решений вариантов № 1…N и выбор наиболее подходящего

Рис.1.2

Геометрический синтез механизмов

Метрический анализ

Кинематический анализ

Силовой расчет

Расчеты на прочность,

выносливость, устойчивость, износ и т.п.

Конструирование

Механические характеристики сил движущих и сопротивления

Определение масс и моментов инерции звеньев, размеров кинематических пар, зазоров, вида пар трения, податливости элементов конструкции

Динамический синтез, определение закона движения, управление движением