механика. теория механизмов и машин. лекции

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» САРУЕВ Л.А. МЕХАНИКА (раздел "Теория механизмов и машин") ЛЕКЦИИ Томск 2010 1 Рецензент: Доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и прикладной механики Института природных ресурсов Ан И-Кан Конспект лекций по дисциплине “Механика” (раздел "Теория механизмов и машин") предназначен для подготовки студентов по направлению 280100 "Безопасность жизнедеятельности" 2 Цель и задачи "Теории механизмов и машин" Теория механизмов и машин - научная дисциплина (или раздел науки), которая изучает строение (структуру), кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.(И.И.Артоболевский) Цель ТММ - анализ и синтез типовых механизмов и их систем. Задачи ТММ: разработка общих методов исследования структуры, геометрии, кинематики и динамики типовых механизмов и их систем. Типовыми механизмами будем называть простые механизмы, имеющие при различном функциональном назначении широкое применение в машинах, для которых разработаны типовые методы и алгоритмы синтеза и анализа. Рассмотрим в качестве примера кривошипно-ползунный механизм. Этот механизм широко применяется в различных машинах: двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах и насосах, станках, ковочных машинах и прессах. В каждом варианте функционального назначения при проектировании необходимо учитывать специфические требования к механизму. Однако математические зависимости, описывающие структуру, геометрию, кинематику и динамику механизма при всех различных применениях будут практически одинаковыми. Главное или основное отличие ТММ от учебных дисциплин изучающих методы проектирования специальных машин в том, что ТММ основное внимание уделяет изучению методов синтеза и анализа, общих для данного вида механизма, независящих от его конкретного функционального назначения. Специальные дисциплины изучают проектирование только механизмов данного конкретного назначения, уделяя основное внимание специфическим требованиям. При этом широко используются и общие методы синтеза и анализ, которые изучаются в кусе ТММ. 3 Глава 1. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ 1.1 Основные понятия и определения Любая механическая система: механизм, машина, машинный агрегат состоят лишь из звеньев и кинематических пар. Каждая подвижная деталь или группа деталей, образующая одну жесткую систему, называется подвижным звеном механизма. Все неподвижные детали, образующие одну жесткую систему, называются неподвижным звеном или стойкой. Соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой. Система звеньев, связанных кинематическими парами, называется кинематической цепью. Кинематическая цепь, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких звеньев в требуемые движения других звеньев, называется механизмом. Устройство, выполняющее механическое движение, предназначенное для преобразования энергии, материалов или информации, называется машиной. На рисунке 1 показана схема кривошипно-ползунного механизма. Этот механизм содержит подвижные звенья: кривошип 1, шатун 2 и ползун 3, а также стойку 0. На рисунке обозначены кинематические пары: три вращательные: А (соединение кривошипа и стойки), В (соединение кривошипа и шатуна) и С (соединение шатуна и ползуна) и одна поступательная – (соединение ползуна со с