Введение. Машина и механизм. Подвижность механизма

ЛЕКЦИЯ 1

Г.

ТММ. Структура. Кинематика. Динамика.

Модуль 1

ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

По

ЛЕКЦИИ

Краткое содержание: Введение. Цель и задачи курса ТММ. Краткая историческая справка. Машинный агрегат и его составные части. Классификация машин. Механизм и его элементы. Типы звеньев рычажных механизмов. Классификация кинематических пар. Подвижность механизма.

Введение.

Машины и их классификация.

Машина - техническое устройство, выполняющее преобразование энергии, материалов и информации с целью облегчения физического и умственного труда человека, повышения его качества и производительности.

Существуют следующие виды машин:

1. Энергетические машины - преобразующие энергию одного вида в энергию другого вида. Эти машины бывают двух разновидностей:

Двигатели, которые преобразуют любой вид энергии в механическую (например, электродвигатели преобразуют электрическую энергию, двигатели внутреннего сгорания преобразуют энергию расширения газов при сгорании в цилиндре).

Генераторы, которые преобразуют механическую энергию в энергию другого вида (например, электрогенератор преобразует механическую энергию паровой или гидравлической турбины в электрическую).

2. Рабочие машины - машины, использующие механическую энергию для совершения работы по перемещению и преобразованию материалов. Эти машины тоже имеют две разновидности:

Транспортные машины, которые используют механическую энергию для изменения положения объекта (его координат).

Технологические машины, использующие механическую энергию для преобразования формы, свойств, размеров и состояния объекта.

3. Информационные машины - машины, предназначенные для обработки и преобразования информации. Они подразделяются на:

Математические машины, преобразующие входную информацию в математическую модель исследуемого объекта.

Контрольно-управляющие машины, преобразующие входную информацию (программу) в сигналы управления рабочей или энергетической машиной.

4. Кибернетические машины - машины управляющие рабочими или энергетическими машинами, которые способны изменять программу своих действий в зависимости от состояния окружающей среды (т.е. машины обладающие элементами искусственного интеллекта).

Понятие о машинном агрегате.

Машинным агрегатом называется техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель, передаточный механизм и рабочая или энергетическая машина. В настоящее время в состав машинного агрегата часто включается контрольно-управляющая или кибернетическая машина. Передаточный механизм в машинном агрегате необходим для согласования механических характеристик двигателя с механическими характеристиками рабочей или энергетической машины.

Механизм и его элементы.

Механизм – замкнутая или разомкнутая кинематическая цепь, в состав которой входит неподвижное звено (стойка), предназначенная для преобразования одного вида движения в другое.

Кинематическая цепь – система звеньев, соединенная кинематическими парами.

Замкнутая – каждое звено данной КЦ входит не менее чем в две КП.

Разомкнутая (не замкнутая) – КЦ в которой есть звенья, входящие только в одну КП.

Звено – твердое тело или система жестко связанных тел, двигающихся как одно целое, входящих в состав механизма. Обозначаются арабскими цифрами начиная с ведущего.

Кинематическая пара (КП) – подвижное соединение двух звеньев. Обозначаются буквами.

Входные звенья – звенья, которым сообщается движение, преобразуемое механизмом в движение других звеньев.

Выходные звенья – звенья, которые совершают движения, для которых предназначен механизм.

Начальное звено – звено, для которого задается обобщенная координата или закон движения, позволяющий определить движение остальных звеньев.

Типы звеньев рычажных механизмов.

Стойка – неподвижное звено, относительно которого рассматриваются движения остальных звеньев. На схеме механизма обозначается 0.

Кривошип – звено, имеющее вращательную КП со стойкой и совершающее полный оборот вокруг неподвижной оси.

Коромысло – звено, имеющее вращательную КП со стойкой и совершающее не полный оборот вокруг неподвижной оси.

Ползун, штанга – звено, имеющее поступательную КП со стойкой, совершающее поступательное прямолинейное движение.

Шатун – звено, не имеющее КП со стойкой.

Камень – звено небольшого размера, скользящее по подвижной направляющей.

Кулиса – звено, по которому скользит камень, может быть кривошипом, коромыслом, штангой, шатуном.

Кулачок – звено, имеющее профиль переменной кривизны (может быть эксцентрик – диск, вращающийся вокруг оси, не проходящей через центр диска).

Классификация кинематических пар.

Кинематические пары (КП) классифицируются по следующим признакам:

1. по виду места контакта (места связи) поверхностей звеньев:

- низшие, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары скольжения);

- высшие, в которых контакт звеньев осуществляется по линиям или точкам (пары, допускающие скольжение с перекатыванием).

1. по относительному движению звеньев, образующих пару:

- вращательные;

- поступательные;

- винтовые;

- плоские;

- сферические.

1. по способу замыкания (обеспечения контакта звеньев пары):

- силовое (за счет действия сил веса или силы упругости пружины);

- геометрическое (за счет конструкции рабочих поверхностей пары).

Рис. 1.1	Рис. 1.2

1. по числу условий связи, накладываемых на относительное движение звеньев (число условий связи определяет класс кинематической пары);

5. по числу подвижностей в относительном движении звеньев.

Классификация КП по числу подвижностей и по числу связей приведена в таблице.

Примечание: Стрелки у координатных осей показывают возможные угловые и линейные относительные перемещения звеньев. Если стрелка перечеркнута, то данное движение в КП запрещено (т.е. на данное относительное движение наложена связь).

Классификация кинематических пар по числу связей и по подвижности.

Класс пары	Число связей	Подвижность	Пространственная схема (пример)	Условные обозначения
I
II
III
IV
V

Подвижность механизма.

Обобщенные координаты механизма.

Положение твердого тела, свободно движущегося в пространстве, полностью определяется шестью независимыми координатами, за которые можно принять три координаты начала подвижной системы координат, связанной с телом, и три угла Эйлера, определяющие расположение осей под­вижной системы координат относительно неподвижной. Их приня­то называть обобщенными, так как они определяют положение всего твердого тела. Аналогично обобщенными координатами меха­низма называют независимые между собой координаты, определя­ющие положения всех звеньев механизма относительно стойки.

Число степеней свободы механизма.

В механизмах с голономными связями число степеней свободы механизма, т. е. число независимых возможных перемещений, совпадает с числом обобщенных координат. Это утверждение следует из того, что в механизмах с голономными связями уравнения связей содержат только координаты звеньев.

Для определения числа степеней свободы механизма с голономными связями достаточно найти общее число координат, определяющих положения всех звеньев механизма, и число уравнений, связывающих эти координаты. Разность между этими числами дает чис­ло независимых координат, если все уравнения связи независимы, т. е. ни одно из них не может быть получено как следствие других.

Дата добавления: 2014-01-11