Основные понятия теории механизмов и машин. Основные понятия о машинах и механизмах Сообщение по теме механизмы в современных машинах

Откройте крышку пружинных часов: сколько там различных колесиков, рычагов и других деталей, образующих сложную систему! Все детали совершают определенные, взаимосвязанные движения, в результате которых энергия, накопленная пружиной, преобразуется в движение стрелок. Такая система деталей называется часовым механизмом .

Существует множество разновидностей механизмов, но все они имеют одно назначение - преобразовывать движение одних твердых тел в движение других твердых тел. Если в этом преобразовании участвует жидкость, механизм называется гидравлическим, если воздух - пневматическим.

Простейший механизм - передаточный - передает движение электрического двигателя водяному насосу . Рабочее колесо насоса должно вращаться с той же частотой и в том же направлении, что и вал двигателя. В этом случае достаточно поставить насос рядом с двигателем и соединить их валы между собой. Это делают при помощи муфт.

Если в процессе работы необходимо разъединить машины на ходу, применяются более сложные соединения - гидравлические, фрикционные или магнитные муфты. В первом случае передача вращения происходит за счет сил жидкостного сцепления, во втором - за счет силы трения, а в третьем - за счет силы магнитного притяжения, возникающего при протекании электрического тока по обмоткам муфты. Иногда соединяемые части машин находятся на некотором расстоянии друг от друга и оси валов не совпадают. В этом случае используют вал с карданными шарнирами (карданный вал) или гибкий вал - трос.

Следующая группа устройств для передачи вращательного движения - ременные и цепные передачи. В отличие от предыдущих они позволяют получать различные частоты вращения. Частоты вращения ведущего и ведомого валов в таких передачах связаны простой зависимостью:

частота вращения ведомого вала

частота вращения ведущего вала

диаметр ведущего шкива

диаметр ведомого шкива

Иными словами, если нужно, чтобы ведомый вал вращался медленнее ведущего, следует поставить на нем шкив большего диаметра, чем на ведущем, и наоборот. Отношение диаметра ведущего шкива к диаметру ведомого называется передаточным отношением. (Для цепной передачи диаметры шкивов в формуле надо заменить числом зубьев ведущей и ведомой звездочек.) В некоторых машинах цепные передачи служат еще и частью рабочего органа. Например, ковши землечерпательного снаряда и зубья врубовой машины крепятся непосредственно на цепи и перемещаются вместе с нею.

Хотя ременные передачи наиболее просты, в машиностроении более широко распространены зубчатые передачи. Еле различимые глазом зубчатые колесики отсчитывают время в наручных часах, а гигантские зубчатые колеса диаметром в несколько метров поднимают огромные щиты в шлюзах, поворачивают стрелы экскаваторов и подъемных кранов.

У обычных зубчатых передач есть одна особенность - зубчатое колесо не может иметь меньше 6 зубьев, иначе не будет соблюдено условие плавного и надежного зацепления. Отсюда и произошло слово «шестерни», которым часто в обиходе называют зубчатые колеса. Минимальное число зубьев - 6, а максимальное - сколько угодно. Ведь длинная зубчатая рейка - это тоже своего рода зубчатое колесо с бесконечно большим диаметром.

В тех случаях, когда для изменения частоты вращения оказывается недостаточным передаточное отношение одной пары колес, применяют несколько пар зубчатых колес. Такой механизм, заключенный в отдельный корпус, называют редуктором .

С изменяемым передаточным отношением называют коробками скоростей или коробками передач. Они передают движение, например, от двигателя автомобиля к его колесам, изменяя при этом частоту их вращения.

Как бы хорошо ни были изготовлены зубья цилиндрических зубчатых колес, при их зацеплении неизбежно происходят удары, отчего они быстро изнашиваются. Поэтому в передачах, испытывающих большие нагрузки, применяют косозубые и шевронные зубчатые колеса. Зацепление зубьев у таких колес происходит плавно, без ударов. Конические зубчатые передачи передают вращение между валами, расположенными под углом 90°.

Еще один вид передач вращательного движения - червячная передача .

Червячные редукторы могут иметь весьма большие передаточные отношения. Червячная передача передает вращение между скрещивающимися валами.

Рабочие органы и вспомогательные устройства многих машин совершают возвратно-поступательное движение, а вал двигателя - вращательное. Поэтому существуют передачи, преобразующие вращательное движение в возвратно-поступательное движение, и наоборот.

Таковы основные виды механических передач, применяемые в современных машинах . Но не всегда механические передачи отвечают требованиям современной техники.

Так, коробка скоростей , состоящая из зубчатых передач, позволяет изменять частоту вращения только ступенями. А вот гидравлическая коробка скоростей обеспечивает плавное изменение частоты вращения в широких пределах. Она состоит из насоса и турбины. Насос закреплен на ведущем валу, а турбина - на ведомом. При работе насос подает масло на лопатки турбины и заставляет ее вращаться. Если все масло из насоса идет на турбину, она вращается с максимальной частотой. Но вот мы приоткрыли кран. Часть масла пошла в обход турбины, и частота ее вращения уменьшилась. Чем больше открыт кран, тем медленнее вращается турбина. А если все масло будет проходить мимо турбины, она совсем остановится. Следовательно, регулируя подачу масла, можно плавно изменять частоту вращения турбины. Такие гидравлические передачи применяются на металлорежущих станках, в автомобилях.

Весьма разнообразны. Одни из них представляют собой сочетание только твердых тел, другие имеют в своем составе гидравлические, пневматические тела или электрические, магнитные и другие устройства. Соответственно такие механизмы называются гидравлическими, пневматическими, электрическими и т.д.

С точки зрения их функционального назначения механизмы обычно делятся на следующие виды:

Механизмы двигателей осуществляют преобразование различных видов энергии в механическую работу (например, механизмы двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, электродвигателей, турбин и др.).

Механизмы преобразователей (генераторов) осуществляют преобразование механической работы в другие виды энергии (например, механизмы насосов, компрессоров, гидроприводов и др.).

Передаточный механизм (привод) имеет своей задачей передачу движения от двигателя к технологической машине или исполнительному механизму, преобразуя это движение в необходимое для работы данной технологической машины или исполнительного механизма.

Исполнительный механизм – это механизм, который непосредственно воздействует на обрабатываемую среду или объект. В его задачу входит изменение формы, состояния, положения и свойств обрабатываемой среды или объекта (например, механизмы металлообрабатывающих станков, прессов, конвейеров, прокатных станов, экскаваторов, грузоподъемных машин и др.).

Механизмами управления, контроля и регулирования называются различные механизмы и устройства для обеспечения и контроля размеров обрабатываемых объектов (например измерительные механизмы по контролю размеров, давления, уровней жидкости; регуляторы, реагирующие на отклонение угловой скорости главного вала машины и устанавливающие заданную скорость этого вала; механизм, регулирующий постоянство расстояния между валками прокатного стана, и т.д.).

К механизмам подачи транспортировки, питания и сортировки обрабатываемых сред и объектов относятся механизмы винтовых шнеков, скребковых и ковшевых элеваторов для транспортировки и подачи сыпучих материалов, механизмы загрузочных бункеров для штучных заготовок, механизмы сортировки готовой продукции по размерам, весу, конфигурации и т.д.

Механизмы автоматического счета, взвешивания и упаковки готовой продукции применяются во многих машинах, в основном выпускающих массовую штучную продукцию. Надо иметь в виду, что эти механизмы могут быть и исполнительными механизмами, если они входят в специальные машины, предназначенные для этих целей.

Данная классификация показывает лишь многообразие функционального применения механизмов, которая может быть еще значительно расширена. Однако для выполнения различных функций часто применяются механизмы, имеющие одинаковое строение, кинематику и динамику. Поэтому для изучения в теории механизмов и машин выделяются механизмы, имеющие общие методы их синтеза и анализа работы, независимо от их функционального предназначения. С этой точки зрения выделяются следующие виды механизмов.

механические устройства, облегчающие труд и повышающие его производительность. Машины могут быть разной степени сложности – от простой одноколесной тачки до лифтов, автомобилей, печатных, текстильных, вычислительных машин. Энергетические машины преобразуют один вид энергии в другой. Например, генераторы гидроэлектростанции преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию бензина в тепловую, а затем в механическую энергию движения автомобиля (см. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ; ТУРБИНА). Так называемые рабочие машины преобразуют свойства или состояние материалов (металлорежущие станки, транспортные машины) либо информацию (вычислительные машины).

Машины состоят из механизмов (двигательного, передаточного и исполнительного) – многозвенных устройств, передающих и преобразующих силу и движение. Простой механизм, называемый полиспастом (см . БЛОКИ И ПОЛИСПАСТЫ), увеличивает силу, приложенную к грузу, и за счет этого позволяет вручную поднимать тяжелые предметы. Другие механизмы облегчают работу, увеличивая скорость. Так, велосипедная цепь, входящая в зацепление со звездочкой, преобразует медленное вращение педалей в быстрое вращение заднего колеса. Однако механизмы, увеличивающие скорость, делают это за счет уменьшения силы, а увеличивающие силу – за счет уменьшения скорости. Увеличить одновременно и скорость и силу невозможно. Механизмы могут также просто изменять направление силы. Пример – блок на конце флагштока: чтобы поднять флаг, тянут за шнур вниз. Изменение направления может сочетаться с увеличением силы или скорости. Так, тяжелый груз можно приподнять, нажимая на рычаг вниз.

Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин . М., 1986

Механизм - система твердых тел, предназначенная для передачи и преобразования заданного движения одного или нескольких тел в требуемые движения других твердых тел.

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

Машинный агрегат - техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Основные виды механизмов:

Рычажные, зубчатые, кулачковые, мальтийские,планетарные,манипуляторы

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 Генераторы , которые преобразуют механическую энергию в энергию другого вида.

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 предназначены 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 обладающие элементами искусственного интеллекта).

1. Структура механизмов - виды простейших типовых механизмов и их элементы, кинематические пары и их классификация.

Структура механизма - совокупность его элементов и отношений между ними.

Основные виды механизмов.

рычажные

зубчатые

кулачковые

мальтийские

планетарные

манипуляторы

Звено - твердое тело или система жестко связанных тел, входящих в состав механизма.

Кинематическая цепь - система звеньев, образующих между собой кинематические пары.

Кинематическая пара - подвижное соединение двух звеньев, допускающее их определенное относительное движение.

Кинематические пары (КП) классифицируются по следующим признакам:

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).

по относительному движению звеньев, образующих пару:

• вращательные;

  поступательные;

  винтовые;

• сферические.

по способу замыкания (обеспечения контакта звеньев пары):

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

  геометрическое (за счет конструкции рабочих поверхностей пары).

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

по числу подвижностей(Н) в относительном движении звеньев.

Лек­ция 1

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

Анализ – исследование структурных, кинематических и динамиче­ских свойств механизмов. Имеется некоторый готовый механизм, свойст­ва которого исследуются.

Синтез – проектирование механизмов с заданными структурными, кинематиче­скими и динамическими свойствами, для осуществления требуе­мых движений. Таким об­разом, при синтезе механизма мы имеем задачу обратную анализу: по заданным свойст­вам спроектировать меха­низм.

Теория механизмов и машин – наука о наиболее общих методах исследования машин и механизмов и проектирования их для заданных ус­ловий работы.

Введём некоторые основные понятия, используемые при изучении курса теории механизмов и машин.

Машина – это устройство, осуществляющее определённые движения или опера­ции для выполнения полезной работы или преобразования энер­гии.

Машина представляет собой искусственно созданную человеком совокупность материальных средств, которая воспроизводит его трудо­вые функции. Машина заменяет человека не только в его физическом, но и в умственном труде, облегчает этот труд и увеличивает производи­тельность труда.

Все машины можно разделить на следующие основные виды:

энергетические машины – преобразующие различные виды энергии (электродви­гатели, генераторы, пневмодвигатели, гидродвигатели и др.);

технологические машины – предназначены для преобразования размеров, свойств, формы или состояния материала (металлообрабатываю­щие станки, прокатные станы, ткацкие станки и др.);

транспортные машины – предназначены для перемещения материалов (автомоби­ли, тепловозы, самолёты, краны, подъёмники);

информационные машины – предназначены для получения и преобразования ин­формации (арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские машины). Электрон­ная вычислительная машина, строго говоря, не является машиной. Название машина сохранено за ней в порядке исторической преемственности.

Для машины характерны три основных признака:

2) наличие подвижных частей;

3) выполнение полезной работы.

Кинематической основой всех машин является механизм.

Механизм – это устройство, предназначенное для преобразования и передачи движения (например, редуктор).

В отличие от машины механизм непосредственно не выполняет полезной ра­боты. Механизм характеризует два основных признака:

1) искусственное происхождение;

2) наличие подвижных частей.

Во всех вопросах кинематики и расчётов машин, где не учитываются силы и энергия, понятие машина и механизм отождествляются.

При анализе механизма используют не реальные чертежи деталей механизма, а его кинематическую схему.

Кинематическая схема механизма – представляет собой абстрактное (услов­ное) изображение механизма, выполненное в виде связанных между собой отрезков пря­мых линий и других условных обозначений.

Детали механизма заменяются их условными изображениями в соответствии с ГОСТ 2770-68. Поскольку движение любого тела может быть охарактеризовано движением отрезка прямой линии с ним связанного, то звенья механизма могут на кинематической схеме изображаться в виде отрезков прямых линий.