1.Машина (определение). Классификация машин по функциональному

назначению.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 вида преобразования энергии различают энер¬гетические, технологические, транспортные и информационные машины.

Класс энергетических машин предназначен для преобразования любого вида энергии в механическую работу ( и наоборот ). Это -элементарные электродвигатели, генераторы, двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины, паровые машины.

Транспортные машины - машины, предназначенные для перемещения людей и грузов: автомобили, самолеты, пароходы, лифты, транспортеры.

Технологические машины - машины, предназначенные для изменения формы предмета, его свойств, а также соединения ( сборки ) изделия из нескольких материалов. Примеры этих машин: металлообрабатывающие станки, ткацкие машины, упаковочные, машины пищевой промышленности.

Полиграфические машины относятся к классу технологических машин.

Информационные машины - машины, в которых механические движения предназначены для преобразования информации: арифмометры, механические интеграторы, счетные машины. Этот класс в прежнем виде уже не существует.

2.Механизм (определение). Классификация по функциональному

назначению. Механизмом называют систему тел, предназначенных для преобдразования движения одного или нескольких твердых тел в трбуемое движение других твердых тел. По конструктивным признакам и виду кинематических пар разли­чают рычажные, кулачковые, зубчатые и комбинированные механизмы. Механизмы можно разделить также на плоские и пространственные. По характеру преобразования движения:

• механизмы, преобразовывающие вращательное движение в поступательное, например, кривошипно - ползунный механизм;

• механизмы, преобразовывающие вращательное движение в непрерывное вращательное движение, например, зубчатые механизмы;

• механизмы, преобразовывающие возвратно вращательное движение в качательное - шарнирные четырехзвенные механизмы;

• механизмы, преобразовывающие непрерывное вращательное движение в прерывистое движение с остановками, например, маль­тийский механизм.

3. Анализ механизмов. Задачи. Методы решения.

Примеры мех-мов: зубчатые колеса кругловинтового зацепления Новикова и волновые передачи, созданные американскими учеными, явились прорывом технической и научной мысли в традиционных областях про­ектирования зубчатых передач. Вторая половина XX столетия харак­теризуется созданием огромного числа схем манипуляционных меха­низмов для промышленных роботов.

Интересные пространственные рычажные механизмы разработаны для нужд аэрокосмической техники.

Наконец, масса изобретателей и ученых работает над созданием механизмов, имитирующих движения насекомых и человека, т. н. локо-моционных механизмов, начало которым положили работы П.Л.Чебышева по созданию стопоходящего механизма, воспроизводящего походку че­ловека.

Конкретизируем объект исследования, рассматриваемый в данном курсе. Он характеризуется тремя особенностями.

1. Вместо реального механизма исследуется его кинемати­ческая схема, т.е. такое условное изображение механизма, в кото­ром представлены только элементы, имеющие отношение к передаче движения. Условное изображение шатуна - прямая линия, соединяющая центры двух отверстий головки шатуна. Только эта линия и определяет параметры движения шатуна.

Профиль кулачка определяет движение звеньев, связанных с кулачком, поэтому на кинематической схеме приходится рисовать профиль кулачка; упрощения здесь не допустимы.

2. Все звенья механизма принимаем абсолютно жесткими -недеформируемыми.

3. Считаем, что зазоры в сочленениях отсутствуют, а размеры звеньев выполнены точно.

4.Структурный анализ механизмов. Звено. Кинематическая пара. Кинематическая схема. Определения и примеры. Допущения при

структурном анализе механизмов.

В ТММ ( в отличие от теоретической механики ) предметом исс­ледования становится не движущееся твердое тело , а система таких тел, определенным образом связанных между собой.

Структурный синтез систем, состоящих из множества более или менее однородных элементов, обычно проводится на основе теории графов и бинарных отношений. Информацию, содержащуюся в графе, можно представить в алгебраическом виде как матрицу отношений. Эти числа могут быть занесены в память компьютера, что позволяет организо­вать машинные методы формирования структур механизмов, которые основаны на выполнении алгебраических действий над числами. Кроме того, подобный подход позволяет применять при решении задач структурного синтеза механизмов общие формальные приемы исследо­вания.

Принцип построения структуры некоторого сложного объекта весьма прост. Элементам системы при решении одних задач ставят в соответствие ребра графа, а точкам соединения элементов - вершины графа. При решении других задач поступают наоборот.

Граф, полученный в первом случае, называют реберным, в дру­гом - вершинным.

На практике широко пользуются некоторыми правилами, позволя­ющими получать ограниченное множество разных механизмов. Назовем некоторые из них:

постановка кинематической цепи на разные звенья и развитие вращательной пары. Кри­вошипом называется звено, совершающее полный оборот. Коромыслом называется звено, совершающее возвратно - качательное движение относительно своей оси. Кулисой называется подвижная направляющая для ползуна. Шатуном называется звено, совершающее сложное плос­ко - параллельное движение. Ползуном называется звено, совершаю­щее поступательное движение.

Синтез структур и механизмов без избыточных связей.

В этом случае синтез структуры механизма выполняется на ос­нове структурной формулы общего вида:

W=6 n - 5 р₅ - 4 р₄ - 3 р₃ - 2 р₂ - р₁ + q.

Четырехзвенник имеет три условия связи. Построим структурную схему четырехзвенного меха­низма без общих связей. Это можно сделать, положив в формуле п = 3. р₅ = 2. р₄ • 1, р₃ = 1 ИЛИ n = 3. р₅ = 2, р₃ - 2.

W=6x3-5x2-4-3 = 1

W = 6x3-5x2-3x2 = 2

Во втором случае формально число

степеней свободы равно 2, но вторая степень свободы - это вращение шатуна вокруг своей оси, I которое не сказывается на передаче движения от звена 1 к звену 3.

Механизмы с избыточными связями статически неопределимы и движение в них возможно только при наличии зазоров в кинематичес­ких парах.

Механизмы без избыточных связей называют еще самоустанавли­вающимися. Они будут работать даже при не очень точной сборке.

Механизмы с избыточными связями более технологичны, легки в эксплуатации, поэтому какой механизм применить в конкретном решить можно только в результате технико - экономического анализа.

Звено является подвижным телом, все элементы кото­рого жестко соединены между собой и не могут смещаться друг отно­сительно друга.

Кинематической парой называется соединение двух соприкасаю­щихся звеньев, допускающее их относительное движение.

Допущеня – см. пред. вопрос.

5. Классификация кинематических пар. Примеры. Условные обозначения. Классы. Условия связей.

Из курса теоретической механики известно, что одно твердое тело имеет 6 степеней свободы. Тело имеет б элементарных движений вдоль трех осей и вокруг них. В кинематических парах одно звено стесняет движение другого, или, как принято говорить, накладывает ограничение ( связь ) на его движение. Артоболевский предложил классификацию кинем. пар по числу накл-х на их движение условий связи 1 ≤ Н ≤ 5. (Н=6 у звена).

Для определения класса кинематической пары необходимо выб­рать систему координат, связь ее жестко с одним звеном и рассмат­ривать движение второго звена.

Конструктивно кинематические пары делят на низшие и высшие ( классификация кинематических пар по Рело ). Низшей кинематической парой называется пара, в которой соп­рикосновение элементов происходит по поверхности. Высшей кинематической парой называют пару, в которой сопри­косновение элементов происходит по линии или в точке.

6. Низшие и высшие кинематические пары. Достоинства и недостатки. Примеры.

Низшие пары	Высшие пары
Не позволяют реализовать любой закон движения	Позволяют реализовать любой закон движения
Обратимы	Необратимы
Распределение давления одного элемента на другой по сложному закону	Реакция приложена в точке или по линии
Технологичность и дешевизна	Не технологичность
Меньший износ	Большой износ

7. Замыкание кинематических пар. Кинематические цепи. Входное звено. Выходное звено. Ведущее звено. Ведомое звено.

Система звеньев, соединенная кинематическими парами, образу­ет кинематическую цепь.

Кинематические цепи могут быть плоскими, если все точки звеньев двигаются в параллельных плоскостях, или пространственными. Кинематические цепи могут быть также открытыми и замкнутыми. В открытых кинематических цепях есть звенья, которые входят в состав только одной кинематической пары. В замкнутых кинемати­ческих цепях все звенья входят в состав как минимум двух кинема­тических пар. Звенья, движение которых задано, называются начальными. Итак, число начальных звеньев должно быть равно числу степеней свободы кинематической цепи с одним неподвижным звеном. Остальные звенья получают при этом однозначно определяемые движения.

Для того, чтобы выяснить, с какой кинематической цепью мы имеем дело в каждом конкретном случае, необходимо определить чис­ло степеней свободы кинематической цепи. Начальные звенья обязательно выделяются круговыми или прямыми стрелками.

50. Определение движения звеньев машинного агрегата.

Дифференциальное уравнение движения механизма получается на ос­новании уравнения Лагранжа. Имеем для звена приведения:

Где q - обобщенная координата; q - обобщенная скорость; Q - обобщенная сила (приведенный момент сил ).

Окончательно получаем:

где Мдс* - Мсс* - моменты движущих сил и сопротивления, приведенные к кривошипу АВ.

J – значения приведенного момента инерции в конечный и начальный момент времени. φ – значение обощенной координаты, определяющей соотв. положение кривошипа АВ. Это уравнение второго порядка, нелинейное. В общем случае уравнение аналитически не решается. Наиболее популярны такие численные методы, как метод Эйлера и метод Рунге - Кутта четвертого порядка. Рассмотрим метод Эйлера, как наиболее простой.

Он заключается в том, что в соответствии с числом расчетных положений механизма значения ω, ε и t вычисляются последовательно ( шаг за шагом ), переходя от значений 1 к значениям 1+1. Метод Эйлера имеет большую ошибку и очень часто бывает неустойчивым.

Классический метод Рунге – Кутта описывается системой следующих пяти соотношений:

где

51. Движущие силы. Силы сопротивления. Их математическое описание.

Движущие силы. Движущими силами называют силы, элементарная работа которых положительна. Звено, к которому приложена движущая сила, называют ведущим. При движении механизма на разных интерва­лах перемещения начального звена разные звенья могут быть ведущи­ми.

Силой Р_ПС полезного сопротивления назы­вается сила, элементарная работа которой отрицательна. Это силы, при­ложенные к выходному звену, для преодоления которых, собственно, и создается механизм. Силы вредного сопротивления (трение), можно уменьшить выбо­ром схемы механизма. Силы ПС - внешние по отношению к механизму.

Движущие силы и силы ПС задаются механическими характеристиками, индикаторными диаграммами и графиками.

Силы вредного сопротивления. Этими силами в мех-ме явл-ся силы трения ( F_T). Силы веса звеньев ( G ). Силы инерции. Силы упругости звеньев.

52. Неравномерность движения механизма. Коэффициент неравномерности хода. Статическое уравновешивание механизмов.

Включается двигатель. Машина начинает набирать скорость. Этот режим работы наз. пус­ком или разгоном. На этой стадии движения приращение кинетической энергии больше нуля ( ΔT > 0 ).

Разбег заканчивается тогда, когда начинается периодическое изменение угловой скорости вращения ведущего вала, т. е. скорость изменяется циклически. Приращение кинетической энергии за цикл отсутствует: AT₁ = 0. Выбег характеризуется энергетически тем. что приращение ки­нетической энергии отрицательно: ДТ < 0. Скорость вращения веду­щего вала падает до нуля.

Коэффициент неравномерности определяет качество установившегося движения и задется при проектировании машин на основании данных эксплуатации.

Статическое уравновешивание - при котором уравновешиваются только силы инерции. Главный вектор инерции = 0.