Краткий исторический обзор развития ТММ

План

Лекция № 1. Структура механизмов

Раздел 1. Теория механизмов и машин

1. Краткий исторический обзор развития «Теории механизмов и машин».

2. Основные понятия и определения.

3. Классификация кинематических пар. Степень свободы.

4. Структурный анализ механизмов.

Простейшие механизмы (рычажные, зубчатые и др.) были известны с давних времен. Постепенно шел процесс их исследования, совершенствования и внедрения в практику с целью облегчения труда человека и повышения производительности труда.

Так в 15 веке Леонардо да Винчи разработал проекты конструкции механизмов ткацких станков, печатных и деревообрабатывающих машин.

Математик и механик А. Эйлер (1707-1783), автор 850 научных трудов, исследовал колебания и устойчивость упругих тел, а также профили зубьев зубчатых колес, и пришел к выводу о том, что наиболее перспективным является эвольвентный профиль.

Русский механик и изобретатель И. И. Ползунов (1720-1766) впервые разработал проект механизма двухцилиндрового парового двигателя, сконструировал автоматический регулятор питания котла водой и т.д.

Механик И. И. Кулибин (1735-1818) создал знаменитые часы в форме яйца, представляющего собой сложнейший по тем временам механизм автоматического действия.

Как наука «Теория механизмов и машин» (ТММ) под названием «Прикладная механика» начала формироваться в начале XIX века.

Знаменитый русский ученый П. Л. Чебышев (1821-1894) опубликовал 15 работ по структуре и синтезу рычажных механизмов, изобрел свыше 40 различных новых механизмов. Структурная формула плоских механизмов называется сейчас формулой Чебышева.

Значительный вклад в динамику машин внес отец русской авиации Н. Е. Жуковский (1847-1921). Он был не только основоположником современной аэродинамики, но и автором целого ряда работ по прикладной механике и теории регулирования хода машин.

Русский ученый Ассур (1878-1920) открыл общую закономерность в структуре плоских многозвенных механизмов. Он же разработал метод особых точек для кинематического анализа сложных рычажных механизмов.

Существенный вклад в становление механики внес И. И. Артоболевский (1905-1977). Он является организатором школы теории механизмов и машин. Им написаны многочисленные труды по структуре, кинематике и синтезу механизмов, динамике машин и теории машин-автоматов, а также учебники, получившие всеобщее признание.

В 30-е года и последующие годы большой вклад в теорию механизмов и машин внесли своими исследованиями М. Т. Бруевич − один из создателей теории точности механизмов, Г. Г. Баранов (1899-1968) − автор трудов по кинематике пространственных механизмов, С. Н. Кожевников, разработавший общее методы динамического анализа механизмов с упругими звеньями и механизмов тяжело нагруженных машин.

2. Основные понятия и определения

Теория механизмов и машин − это наука, изучающая строение кинематику и динамику механизмов методом их анализа и синтеза.

Анализ − это исследование структурных, кинематических и динамических свойств механизмов.

Синтез − это проектирование механизмов с заданными структурными кинематическими и динамическими свойствами.

Всякий механизм состоит из деталей. Подвижные детали называются звеньями, неподвижные – стойками.

Таким образом, в любом механизме имеются одно неподвижное звено и одно или несколько подвижных звеньев.

Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой.

Совокупность поверхностей, линей и точек звена, входящих в соприкосновение с другим звеном пары, называют элементом пары.

Система звеньев, связанных между собой кинематическими парами, называется кинематической цепью.

Кинематическая цепь взаимосвязанных подвижных звеньев, в состав которой входит неподвижное звено (стойка), предназначенная для преобразования заданных движений одного или нескольких звеньев в требуемое движение других звеньев называется механизмом.

На относительное движение каждого звена кинематической пары могут накладываться ограничения, зависимые от способа соединения звеньев пары. Эти ограничения называют условиями связи или связями.

Свободно движущееся в пространстве твердое тело имеет 6 степеней (Н) свободы (рисунок 1.1). Число связей (S), которое можно наложить на относительное движение каждого звена кинематической пары может быть не более 5, иначе звенья станут неподвижными, т.е.

1≤ S≤ 5, (1.1)

Рисунок 1.1 - Степени свободы тел в пространстве

Следовательно, число степеней свободы (Н) звена кинематической пары может быть равно H=6-S, т.е. 1 ≤ Н ≤ 5, (1.2)