Основные понятия теории механизмов и машин

Двигатели преобразуют любой вид энергии в механическую

Генераторы преобразуют механическую энергию в энергию другого вида

Технологические ( рабочие) машины используют механическую энергию для преобразования формы, свойств, размеров и состояния объекта.

Транспортные (рабочие) машины используют механическую энергию для изменения положения объекта.

Машинный агрегат - развитое машинное устройство, состоящее из двигателя, передаточных механизмов и рабочей машины.
Деталь – составная часть механического устройства, выполненная без применения сборочных операций.
Звено – это деталь или группа деталей, представляющих с кинематической точки зрения единое целое.

Шатун поршневого двигателя – звено из нескольких деталей.

Кинематическая схема – это условное изображение звеньев и всего механизма, выполненное строго в масштабе.
Масштаб - количество истинных единиц измеряемой величины, заключенное в одном миллиметре чертежа

Обозначение:
AB – истинный размер звена в метрах
AB – отрезок, изображающий звено АВ на кинематической схеме в миллиметрах

Виды звеньев:
кривошип – звено, совершающее вращательное движение вокруг неподвижной оси и делающее при этом полный оборот;
коромысло – звено, совершающее возвратно-вращательное движение;
ползун – звено, движущееся поступательно;
шатун – звено, совершающее сложное плоско-параллельное движение;
кулиса – коромысло, по которому движется ползун;
стойка – звено, принятое за неподвижное.

Кинематические пары, цепи, механизмы.
Кинематическая пара - подвижное соединение двух звеньев. Подразделяются на классы по числу наложенных связей. W = 6 – число степеней свободы свободного звена; S – число накладываемых связей.
Подразделяются на высшие (точечный или линейный контакт звеньев) и низшие (контакт по поверхности).

Кинематическая цепь – это сочетание звеньев (входных – заданных и выходных - искомых), соединенных в кинематические пары.
Механизм - кинематическая цепь, имеющая стойку, движение одного или нескольких звеньев полностью определяет характер движения остальных звеньев этой цепи. Звенья, законы движения которых заданы, называются входными.

Виды механизмов:
механизмы двигателей и преобразователей;
передаточные механизмы;
исполнительные механизмы;
механизмы управления, контроля и регулирования;
механизмы подачи, транспортировки.

Структурный анализ и синтез механизмов. Определение числа степеней свободы кинематической цепи.
Число входных звеньев для превращения кинематической цепи в механизм должно равняться числу степеней свободы этой кинематической цепи. Обозначим:
k – число звеньев кинематической цепи
p1 – число кинематических пар первого класса в данной цепи
p2 – число пар второго класса
p3 – число пар третьего класса
p4 – число пар четвертого класса
p5 – число пар пятого класса.

Число степеней свободы кинематической цепи определяется как разность общего числа степенeй свободы равного 6k и числа наложенных связей Si:
W=6k– ∑Si

Число связей определяется как сумма произведений класса звена S на число звеньев pi каждого класса:
S1=p1, S2=2p2, S3=3p3, S4=4p4, S5=5p5, Sстойки=6,
∑Si=p1+2p2+3p3+4p4+5p5+6
W=6k–p1–2p2–3p3–4p4–5p5–6 - формула для определения числа степеней свободы пространственной кинематической цепи.

Для плоскости (плоского механизма) последняя формула запишется:
W=3k–p4–2p5–3 или
W=3n–2p5–p4, где n = k – 1 – число подвижных звеньев

Пример структурного анализа плоского механизма
(W=3⋅n' - 2⋅p5 - p4=3⋅5 - 2⋅7 - 0=1 )

Кинематический анализ (графический, графоаналитический - метод планов скоростей и ускорений - и аналитический) -
это исследование движения звеньев механизма без учета сил, вызывающих данное движение.
При этом решаются задачи:
определение положений звеньев, которые они занимают при работе механизма,
построение траекторий движения отдельных точек механизма,
определение скоростей необходимых точек механизма,
определение угловых скоростей его звеньев,
определение ускорений отдельных точек механизма и угловых ускорений его звеньев.

Построение диаграммы перемещений

Динамика механизмов и машин. Задачи динамики
изучение сил, действующих на звенья механизма, и определение неизвестных сил при заданном законе движения на входе;
задача об энергетическом балансе машины;
установление истинного закона движения под действием заданных сил;
регулирование хода машины;
уравновешивание сил инерции;
расчет приводов.

В динамических расчетах ТММ рассматриваемые силы классифицируются:
по взаимодействию звена механизма с другими объектами - внешние и внутренние;
по мощности, развиваемой силой, - движущие и силы сопротивления

Силовой расчет сводится к определению неизвестных сил, действующих на звенья механизма.
Применяется метод кинетостатики.
Метод основан на принципе Даламбера: если ко всем внешним силам, действующим на звенья механизма, добавить силы инерции и моменты сил инерции, то данный механизм будет находиться в состоянии статического равновесия.

Трение в динамических расчетах

При движении тела по поверхности в разных направлениях полная реакция меняет свое положение, а ее геометрическое место представляет собой конус, который называется конусом трения (рис 20б)
Заменим силы Q и F (рис. 20в) результирующей силой FΣ

Тело будет двигаться вдоль поверхности, если движущая сила Fдв будет больше силы сопротивления

Трение на наклонной плоскости