Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Лекции по Теории механизмов и машин (Невенчанная Т. О.)

Лекция №1

Основные понятия ТММ

Машина – устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

С точки зрения выполняемых функций, машины можно разделить на классы:

a) Энергетические машины. Служат для преобразования любого вида энергии в механическую, и наоборот ( двигатели внутреннего сгорания, гидравлические пневматическиеы?? двигатели; машины-двигатели и машины-генераторы)

b) Рабочие машины. Служат для преобразования материалов.

 Транспортные (в которых преобразование материала состоит только в изменении положения основного перемещаемого предмета). Примеры: транспортеры, автомобили, подъемные краны, погрузчики, экскаваторы, лифта;

 Технологические (преобразование материала состоит в изменении формы, свойства и положения материала или обрабатываемого объекта). Примеры: станки, упаковочные машины, печатные машины, прессы;

 Информационные (в которых механическое движение предназначено для преобразования информации). Примеры: арифмометры, счетные машины. В настоящее время – отсутствуют.

Появилось более общее, чем машина, понятие:

Мехатронная система – устройство, воспроизводящее физические и умственные способности человека, в котором совмещаются механические, электронные и информационные системы. (Примеры: печатная машина фирмы Гейдельбер, обладающая наряду с прецизионными перестраиваемыми механизмами, системы датчиков для контроля процесса, системы автоматического управления, мощную систему информационного обслуживания).

Машины, созданные для работы без участия человека – называются машины-автоматы. Примеры: Луна-24, машины в зонах атомных реакторов, агрессивных средах.

Машины-автоматы, соединенные между собой и предназначенные для выполнения определенных технологических процессов – называется автоматическая линия. (Примеры: патронное пр-во машины для печати газет).

Наука, изучающая машины, в основе которых положены принципы механики с точки зрения исследования законов движения отдельных устройств и действующих на них сил – механика машин.

Механизм – система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. Механизмы разнообразны. Механизмы бывают только с твердыми телами. Могут иметь гидравлические, пневматические, электрические и другие устройства.

С точки зрения функционального назначения:

• Механизмы двигателей и преобразователей

• Передаточные механизмы

• Исполнительные механизмы

• Механизмы управления и контроля

• Механизмы подачи и транспортировки, сортировки

• Механизмы автоматического счета, взвешивания и упаковки.

Несмотря на разницу в функциональном назначении механизмов отдельных видов,

в их строение, кинематике и динамике много общего.

Изучение механики машины начинается с раздела теории механизмов, так как только изучив свойства отдельных механизмов или их видов, можно переходить к изучению совокупности механизмов, образующих машину, т.е. к теории машины.

Теория механизмов – наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Существуют 2 группы проблем:

1. Анализ механизмов, т.е. исследование структурных, кинематических и динамических свойств механизмов (Наиболее развит).

2. Синтез механизмов, т.е. проектирование механизмов с заданными структурными, кинематическими и динамическими свойствами для осуществления требуемых движений. (с-ма Зарипова; отработанный синтез отдельных механизмов (зубчатых, кулачковых, стержневых…)

ТММ – основа САПР (ADAMS;…)

Науке о машинах больше 200 лет. Развитие науки шло параллельно с созданием новых машин и совершенствованием новых. Паровые машины, создание автомобиля, самолеты, ракеты, автоматические космические станции, автоматизированные типографские комплексы, стиральные машины, центрифуги, эскалаторы….

Конец 18 века – Франция, Гаспар Монж ввел во Французской политехнической школе курс теории машин и механизмов.

Мощная школа в Германии (Ф. Рело; Л. Бурмейстр; Г. Альт), Россия и СССР (П.А. Чебышев, Н.Е. Жуковский, И.И. Артоболевский). Институт машиноведения РАН им А.А. Благонравова, Ин-т машиноведения РАН; Ин-т механики МГУ (роботы, мехатроника). США.

Учебники:

1. Артоболевский И.И. ТММ, 1975

2. Баранов Г.Г. ТММ

3. Юдин, Петрокас ТММ

4. Теория механизмов и механика машин. Под редакцией К.В. Фролова, 2001, М

5. Юрухин Б.Н. ТММ, Курс лекций, М., Из-то МГУП «Мир книги», 1998 I, IIч.

Структурный анализ и синтез механизмов

Всякий механизм состоит из отдельных тел (деталей). Одни из них неподвижны, другие – движутся относительно них. Все детали неизменно подвижные называются неподвижным звеном (стойка). Каждая подвижная деталь или группа деталей, образующие жесткую подвижную систему тел, называются подвижным звеном механизма.

Пример: шатун двигателя состоит из нескольких деталей: тело шатуна, крышек, шатунных подшипников, болтов, стягивающих эти крышки.

Детали, образующие одно звено, иногда не имеют жесткой связи между собой (пр: лента конвейера с деталями, ею переносимыми); тогда признаком того, что они относятся к одному звену, служат отсутствие движения их относительно друг друга.

Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение называется кинематической парой.

Поверхности, линии, точки звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя КП, называется элементом звена.

Связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары, называются кинематической цепью.

P.S. только та кинематическая цепь будет механизмом, звенья которой осуществляет целесообразные движения, вытекающие из инженерных производственных задач, для выполнения которых сконструирован механизм.

В курсе ТММ рассматриваются ТОЛЬКО механизмы с твердыми телами и звеньями.

Подход ТММ:

1) кинематическая схема, т.е. такое условное изображение механизма, в котором представлены только элементы, имеющие отношение к передаче движения.

2) Все звенья считаем абсолютно твердыми; недеформируемыми

3) Считаем: зазоры отсутствуют; размеры выполнены абсолютно точно.

Сопромат ДМ …….

Матем Теорет. Механика ТММ Механизмы с упр. двигателями

Физика Точность мех-в

Классификация Кинематических Пар

Из курса ТМ известно что одно твердое тело имеет 6 степеней свободы.

6 параметров определяя положение тела в пространстве.

В кинематических парах одно звено стесняет движение другого, т.е. «накладывает ограничение (связь) на его движение».

И.И. Артоболевский. Классификация КП по числу накладываемых на их относительное движение условий связи. . При звенья лишаются относительных движений и становятся одним звеном. Пять классов КПар:

Пример Условное обозначение Класс (по числу связей) Условие связи

1 2

3 4

5 5

5

Кинематические пары бывают(по Рело): Низшие (соприкосновение по поверхности)

Высшие (соприкосновение по линии или в точке)

Низшие КП Высшие КП

- Не позволяют реализовать любой … движения + Позволяют реализовать любой .. движения

- обратимы - необратимы

+ распределение движения по поверхности - реакция приложена в точке или по линии

+ технологичность, дешевизна - не технологично, требует точности изготовления

+ меньший износ - большой износ

Примеры:

Замыкание КПар бывает: - геометрическое;

- силовое (вес, сила упругости пружин).

Кинематические цепи Простые (каждое звено входит не более чем в две КПары).

Сложные (в которых есть хотя бы одно звено, входящее более чем в две КПары)

Замкнутые (каждое звено которой входит по крайней мере в две КПары)

Незамкнутые (КЦ, в которой есть звенья, входящие в одну КПару).

Механизм – такая КЦ, в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев относительно любого из низ все остальные звенья совершают однозначно определяемые движения.

Входное звено – звено, которому сообщается движение.

Выходное звено – звено, совершающее требуемое движение.

Ведущее звено – звено, для которого

Ведомое звено– звено, для которого

Часто входное звено есть ведущее звено.

Кинематическая схема есть кинематическая модель механизма.

H – число степеней свободы КЦепи

К – число звеньев

- число пар 5 класса и т.д.

Стойка неподвижна.

W – число степеней свободы относительно неподвижного звена («степень неподвижности механизма»)

- Формула Сомова П.И.(1887) – Малышева А.П.(1923)

n = k-1 – число подвижных звеньев механизма.

В плоских механизмах может быть только КП 4 и 5 классов.

Тогда - Формула Чебышева П.А. (1869)

n = 3 = 4

= 0

!!! Кроме степеней свободы звеньев и связей, активно воздействующих на характер движения механизмов, в них могут быть степени свободы и условия связи, не оказывающие никакого влияния на характер движения механизма в целом. Их удаление не изменяет движения механизма. Такие степени свободы – лишние степени свободы; связи – избыточные (пассивные) связи.

n = 4

= 5 = 1

В дальнейшем будем считать пассивные связи и лишние степени свободы исключены.

Механизмы с избыточными (пассивными) связями статически неопределимы и движение в них возможно только при наличии зазоров в КПарах.

Замена в плоских механизмах высших пар низшими.

Часто удобно для исследования кинематики замена парами 5 класса. ПР:

Основные принципы образования механизмов.

1914 г. Л.В. Асур – продолжен и развит метод образования механизмов путем последовательного наслоения кинематических цепей, обладающих определенными структурными свойствами.

Группа Асура – Кинематическая цепь с (нулевой подвижностью) относительно тех звеньев, с которыми входят в КПары свободные элементы ее звеньев, и не распадающихся на более простые цепи, обладающие так же нулевой степенью подвижности.

Ведущее звено + стойка = «механизм I класса»

W = 1

Группы Асура с КП 4 и 5 класса удовлетворяют условию

Если пары 4 класса заменить на пары 6 класса, то

Т.к. - целое; n – целое, то подходят

№ 1 2 3 4 5 6 7 ….

N 2 4 6 8 .. .. .. ..

3 6 9 12 .. .. .. ..

Не группа Асура!

Но еще есть общий запрет на вращение!

Примеры образования механизмов:

+ =

Кривошипно-ползунный мех-м

+ =

и т.д. + + =

Группы Асура 3-го класса: n= 4; = 6

Группы Асура 4-го порядка: n= 6; = 9

Группы Асура 4-го класса 2-го порядка: n= 4; = 6

Лекция № 2

Циклограммы механизмов

Механизмы производственных машин, изготавливающих штучную продукцию, выполняют рабочие операции в определенной последовательности. Чаще технологический процесс осуществляется периодически и характеризуется операционными циклами. (цикловые машины). Механизмы машины совершают движение либо в течение всего времени цикла технологического процесса, либо в некоторой его части.

1. Рабочий ход – интервал цикла, на котором происходит выполнение технологической операции.

2. Холостой ход – интервал цикла, на котором механизм перемещается без выполнения полезной работы.

3. Выстой – интервал цикла, в течение которого механизм не совершает движения.

1 + 2 + 3 = Полный цикл

Кинематический цикл – цикл перемещений звеньев, в конце которого все точки механизма имеют те же положения и направления движения, что и в начале.

Циклограмма машины – указывает, в какой последовательности и в какие моменты кинематического цикла отдельные механизмы включаются в работу и когда их работа заканчивается.

ПР:

Кинематический цикл чаще всего совпадает с периодом одного полного оборота главного вала машины, на котором закреплены ведущие звенья основных механизмов.

  «Линейная циклограмма»

Угол поворота ведущего вала

Единой теории синтеза механизмов не существует и кинематические схемы проектируют по отдельным группам механизмов (рычажные, кулачковые, зубчатые и т.д.), а так же по различным условиям и работы.

Основная задача синтеза – осуществление заданного движения рабочего органа механизма. Решение этой задачи инвариантно - , т.е. одну и ту же форму движения можно осуществить механизмами различных типов. Конструктор обычно проектирует несколько схем, анализирует и выбирает одну.

Большое распространение получили рычажные механизмы, сочленения которых образуют низшие КП. Достоинства:

- надежность;

- технологичность;

- передают большие усилия;

- возможна точная обработка на обыкновенных металлорежущих станках.

Эти механизмы преобразуют равномерное вращение кривошипа в неравномерное вращательное; - возвратно поступательное; - сложное плоское движение.

Наиболее распространены:

- шарнирный четырех звенник;

- кривошипно-ползунный механизм;

- кривошипно-кулисный механизм.

Задачи решаемые при синтезе механизма:

1) условие существования кривошипа;

2) осуществление заданной траектории точки исполнительного звена;

3) условия передачи сил звеньям;

4) величины и закономерности изменения скоростей.

Условие существования кривошипа (т-ма Грасгофа): «Наименьшее звено является кривошипом, если сумма длин наименьшего и любого другого звена меньше суммы длин остальных двух звеньев»

r + R

Показать полностью…
Похожие документы в приложении