Структурный анализ механизмов. Машина, классификация

Машина, классификация

Основные понятия. Классификация машин, механизмов, кинематических пар и цепей. Число степеней свободы. Кинематические цепи. Степень подвижности механизмов.

Раздел 3. Теория механизмов и машин

Лекция 9.

ТММ есть наука, изучающая структуру, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Анализ механизмов состоит в исследовании структурных, кинематических и динамических свойств механизма по заданной его схеме.

Синтез механизма – в проектировании схемы механизма по заданным его свойствам.

Кинематика изучает методы определения скоростей, ускорений точек звеньев механизма, а также кинематическое проектирование механизмов по заданным условиям.

Динамика изучает методы определения сил, действующих на элементы механизма и машин в процессе их движения, а также устанавливает взаимосвязь между движением элементов и силами, действующими на них.

Задача изучения курса: научить студентов методам исследования механизмов и машин, умению технически грамотно выполнять расчеты и рационально конструировать детали, сборочные единицы и машины в целом.

Машина – есть устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

В зависимости от основного назначения (какой вид преобразования преобладает) различают энергетические, технологические, транспортные и информационные машины.

Энергетические машины предназначены для преобразования любого вида энергии в механическую (и наоборот). К ним принадлежат, например, электродвигатели, турбины, ДВС, паровые машины, электрогенераторы, компрессоры.

Машины для преобразования материалов подразделяются на технологические и транспортные. В технологических машинах под материалом подразумевается обрабатываемый предмет, который может быть в твердом, жидком и газообразном виде. Преобразование материалов в этих машинах состоит в изменении его размеров, формы, свойств или состояния. Примеры технологических машин: металлообрабатывающие станки, прокатные станки, ткацкие станки, упаковочные машины.

В транспортных машинах под материалом понимается перемещенный предмет. Примеры транспортных машин: автомобили, тепловозы, самолеты, вертолеты, подъемники, краны, транспортеры. В тех случаях, когда транспортная машина предназначена для перемещения людей, под материалом, конечно, понимается кабина лифта, вагон, шасси автомобиля и т.д.

Машины, предназначенные для получения и преобразования информации, называются информационными. Если информация в виде чисел, то информационная машина называется счетной или вычислительной. Примеры счетных машин: арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские машины. ЭВМ, строго говоря, не является машиной, т.к. в ней механические движения служат лишь для выполнения операций.

Машина, в которой все преобразования энергии, материалов и информации выполняются без непосредственного участия человека, называется машиной – автоматом.

Совокупность машин – автоматов, соединенных между собой автоматическими транспортными устройствами, и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса, образуют автоматическую линию.

Машина, особенно машина – автомат, при правильном ее использовании облегчает труд человека, увеличивает производительность труда и обеспечивает высокое качество выполнения рабочего процесса.

Механизмом называется искусственно созданная система тел, преобразующая движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Деталью называется элементарная часть механизма и машин, изготовленная без применения сборочных операций.

Звеном называется одно или несколько жестко соединенных твердых тел, входящих в состав механизма.

Звено механизма, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм, называется ведомым.

Звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения ведомых звеньев, называется ведущим.

Кинематической парой называется соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение (рис. 3.1 а, б, в).

Рис. 9.1

Элементом звена называются поверхности, линии, точки, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару.

Низшей парой называется такая, которая может быть выполнена соприкосновением ее звеньев по поверхности (рис. 9.1 а, б).

Высшей парой называется такая, которая может быть выполнена соприкосновением ее звеньев только по линиям или в точках (рис. 9.2 в, г).

Рис. 9.2

Кинематической цепью называется совокупность звеньев механизма, соединенных кинематическими парами.

Открытой называется кинематическая цепь, звенья которой входят только в одну кинематическую пару.

Замкнутой называется кинематическая цепь, каждое звено которой входит не менее чем в две кинематические пары.

Простой называется кинематическая цепь, в которой все звенья входят не более чем в две кинематические пары.

Сложной называется кинематическая цепь, звенья которой входят в три и более кинематические пары.

Определенной называется кинематическая цепь, в которой закон движения ведомых звеньев можно определить по закону движения ведущих.

Неопределенной называется кинематическая цепь, в которой закон движения ведомых звеньев нельзя определить по закону движения ведущих.

Плоской называется кинематическая цепь, в которой точки звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях.

Пространственной называется кинематическая цепь, в которой точки звеньев описывают неплоские траектории, или траектории лежащие в пересекающихся плоскостях.

Кинематической схемой механизма называется графическое изображение механизма с применением условных обозначений звеньев и кинематических пар и с указанием размеров, необходимых для кинематического анализа.

Динамической схемой механизма называется графическое изображение механизма с применением условных обозначений звеньев и кинематических пар и с указанием размеров и других характеристик звеньев, необходимых для динамического анализа.

Рычажным механизмом называется механизм, звенья которого образуют только вращательные и поступательные пары (рис. 9.3 а).

Рычажный механизм, звенья механизма которого только вращательные пары, называется шарнирным механизмом (рис. 9.3 б).

а) б)

Рис.9.3

Звено рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси, называется кривошипом (звено 1 на рис. 9.3 а, б).

Звено рычажного механизма, которое может совершать неполный оборот вокруг неподвижной оси, называется коромыслом (звенья 4 и 5 на рис. 9.3 б).

Звено рычажного механизма, не образующее кинематических пар с неподвижным звеном, называется шатуном (звено 4 на рис. 9.3 а; звено 3 на рис. 9.3 б).

Звено рычажного механизма, образующее поступательную пару с неподвижным звеном, называется ползуном (звено 5 на рис. 9.3 а).

Звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару, называется кулисой (звено 3 на рис. 9.3 а).

Рычажный механизм, в состав которого входит кулиса, называется кулисным механизмом.

Звено, образующее с кулачком кинематическую пару, называется толкателем.

Зубчатым механизмом называется механизм, в состав которого входят зубчатые колеса.

Числом степеней свободы материальной точки или тела (звена) называется число независимых координат (перемещений), которым обладает материальная точка или тело (звено).

Класс механизма определяется по группе Ассура, имеющей наивысший класс.

Порядок механизма определяется по группе Ассура наивысшего класса, имеющей наивысший порядок.