Реферат: Теория механизмов и машин для инженеров
Реферат: Теория механизмов и машин для инженеров
Тольяттинский государственный университет
Кафедра теории механизмов и машин
Реферат на тему «Теория механизмов и машин для инженеров»
Студенты: Введенский Д.И.
Сендевич А.Е.
Храмов Д.С.
Шелудяков И.В.
Группа: М-202
Преподаватель: Балахнина А.А.
Тольятти, 2004 г.
Что должен знать современный инженер
Современная техника характеризуется большим разнообразием машин, приборов и устройств механического действия, главной особенностью которых является передача движения и энергии посредством механизмов. Поэтому инженерам механических специальностей конструкторского, технологического и эксплуатационного профилей необходимо владеть основными знаниями в области механики и энергетики машин, т. е. иметь представление о распространенных в технике механизмах, методах их метрического, кинематического и силового расчета, о машинных агрегатах и динамических процессах, протекающих при их работе. Все эти вопросы объединяются в общей теории механизмов и машин.
Наиболее эффективным методом инженерного обучения, как известно, является учебное проектирование, в ходе которого, сопоставляя разные варианты решения поставленной задачи, можно глубже усвоить объект изучения, логику рациональных инженерных решений и методы технического расчета. При этом очень важно не просто копировать решения задач, аналогичных проектному заданию, а научиться понимать назначение и взаимосвязь всех элементов проектируемой системы.
Проектирование современных машин ведется на основе многих технических дисциплин. Однако важно подчеркнуть, что при проектировании любой машины, прибора или устройства механического действия обязательно приходится решать вопросы, связанные с выбором кинематических схем механизмов, их расчетом; динамикой их движения, с подбором основных параметров двигателя. Вот почему для понимания принципа действия принятых на производстве машин, а тем более для создания новых и усовершенствования существующих необходимо знать методы проектирования кинематических схем механизмов и иметь представление о построении машинных агрегатов.
Многовариантный характер инженерных решений в процессе конструирования машины требует достаточной детальной разработки методов расчета и методов принятия и реализации оптимальных решений. Подробное изучение методов обеспечения требований эффективности, качества и экономичности распределено в учебных планах вузов между общеинженерными и специальными учебными дисциплинами. Вопросы синтеза структурной и кинематической схем механизмов, компоновки механизмов и согласования их движения, силовой анализ механизма, определение закона движения механизма, обусловленного заданными силами, оценка виброактивности и виброзащиты механизмов, управление движением и ряд других вопросов изучаются в дисциплинах «Теория механизмов и машин», «Основы проектирования машин и механизмов» и др., имеющих иные названия в зависимости от специальности. Вопросы конструирования деталей и сборочных единиц, общей компоновки машины по условиям прочности, жесткости, виброустойчивости, виброактивности, износостойкости и технологичности изучаются в дисциплине «Детали машин» и в специальных дисциплинах.
В конструкторской подготовке инженеров особое место отводится вопросам технологичности проектируемых машин. Конструктивные решения должны подчиняться требованиям рациональных технологических процессов изготовления и сборки, обеспечения минимума производственных затрат при заданных параметрах и показателях эффективности проектируемой машины. Изделие, достаточно технологичное в единичном производстве, может быть малотехнологичным в массовом производстве и совершенно нетехнологичным в поточно-автоматизированном производстве. Ранее нетехнологичные конструкции могут стать вполне технологичными в условиях гибкого (переналаживаемого) автоматизированного производства (ГАП). ГАП, техническую основу которого составляют гибкие производственные системы (ГПС), т. е. оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленные роботы и манипуляторы и вычислительная техника, позволяющее легко приспосабливать производство к постоянно растущим нуждам народного хозяйства. Создание автономно функционирующего автоматизированного оборудования с ЧПУ, оснащенного устройствами загрузки заготовок и удаления обработанных деталей, подачи и замены инструмента, удаления отходов обработки (гибкие производственные модули и гибкие комплексы), нахождение для конкретного производства наилучшего соотношения между производительностью и гибкостью технологического процесса требуют при своем решении ответов на многие вопросы. В числе ряда решений определенное место отводится и тем, которые могут быть получены с использованием основных методов исследования и проектирования механизмов и машин, изучаемых студентами в учебной дисциплине «Теория механизмов и машин» (ТММ).
Что такое теория механизмов и машин и как она появилась
Теория механизмов и машин использует преимущественно законы и положения теоретической механики. В совокупности с науками «Сопротивление материалов», «Детали машин» и «Технология металлов», а также с теорией упругости теория механизмов и машин является теоретическим фундаментом, на котором строится современное машиностроение. В теории механизмов и машин рассматриваются научные основы построения механизмов и машин, а также методы их исследования. Рассматривая методы структурного, кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов машин (вопросы механики механизмов и машин), теория механизмов и машин является непосредственным продолжением теоретической механики и одновременно ее приложением к вопросам машиностроения,
Наука о механизмах решает две проблемы — синтеза и анализа механизмов. Задачей синтеза механизмов является создание методов проектирования механизмов, удовлетворяющих высоким требованиям современной техники. Задача анализа — изучение методов исследования движения существующих механизмов. Каждая из названных проблем решает следующие вопросы: а) структуры и классификации механизмов; б) кинематики; в) кинетостатики и динамики машин.
Первая пятилетка и бурный рост советского машиностроения в первой половине 30-х годов стимулировали развитие высших школ в стране и реорганизацию всей системы высшего образования. В связи с этим возник вопрос и о программах, содержании и методах обучения. По вопросу содержания курса прикладной механики одного из важнейших предметов при обучении инженера-механика—в 1932 г. была проведена дискуссия, в которой приняли участие виднейшие советские машиноведы и многие практические работники. Высказанные мнения сводились, в сущности, к необходимости перераспределить изучаемый материал и несколько преобразовать программы, не затрагивая в большинстве случаев основ сложившегося курса науки.
Совершенно иначе отнесся к дискуссионному вопросу И. И. Артоболевский. Указывая на важнейший недостаток прикладной механики—почти полное отсутствие теории синтеза механизмов, он предложил перестроить методику преподавания этого предмета в высших технических учебных заведениях, рекомендовал вести преподавание в хорошо оборудованных лабораториях и предложил приступить к решению задач практического машиностроения, связанных с трением, вибрациями в машинах, ударным действием сил, методикой синтеза механизмов, теорией пространственных механизмов, теорией автоматов. Иван Иванович пришел к выводу, что было бы своевременным поднять вопрос о создании специального института по теории машин.
В период с 1932 по 1937 г. Иван Иванович продолжает заниматься пространственными механизмами. Им были опубликованы: монография «Теория пространственных механизмов», статья «Структура и кинематика механизмов с качающимися шайбами» и ряд других статей, а также «Теория и методы уравновешивания щековых дробилок» (в соавторстве с С. И. Артоболевским и Б. В. Эдельштейном), «Теория вибрационного грохота с приводом Бюлера», «Методы уравновешивания сил инерции в рабочих машинах со сложными кинематическими схемами». В 1936 г по предложению С. А. Чаплыгина ему была присвоена степень доктора технических наук без защиты диссертации. С 1937 г. он приступил к работе в Комиссии машиноведения при Отделении технических наук АН СССР. После преобразования Комиссии в Институт машиноведения И. И. Артоболевский возглавил в нем отдел машин и механизмов.
Структура и классификация механизмов - одна из тем, разработку которой начала Комиссия машиноведения. С этого времени начинается глубокое изучение классификационных идей Л. В. Ассура и их развитие.
Иван Иванович работает над созданием общих принципов единиц классификации плоских и пространственных механизмов и решает ряд важных задач кинематики и кинетостатики. Он публикует работы: «Структура, кинематика и кинетостатика многозвенных плоских механизмов» (1939 г.), «Синтез плоских механизмов» (1939 г.), «Основы единой классификации механизмов» (1939 г.), «Структура и классификация механизмов» (1939 г.). Тогда же вышли в свет и другие работы по самым различным вопросам теории механизмов.
Приблизительно с середины 50-х годов начинается период становления и развития машин автоматического действия. Именно в этот период произошли принципиальные изменения в отношении к объекту исследования - к машине. При этом в теории механизмов и машин существенное значение приобрела не только специальная теория автоматов, но и теория рабочих машин вообще.
В 50-х годах Иван Иванович занимается синтезом механизмов, теорией машин-автоматов, теорией рабочих машин, вопросами механического воспроизведения математических зависимостей. Многочисленные работы о механизмах, завершенные монографией «Теория механизмов для воспроизведения плоских кривых» (1959 г.), а также книга «Синтез плоских механизмов», написанная в соавторстве с Н. И. Левитским и С. А. Черкудиновым (1959 г.), отразили состояние теории современного учения о механизмах. Одновременно И. И. Артоболевский начинает исследования в области теории механизмов машин автоматического действия: гидравлических, пневматических и гидропневматических.
Для современных машин характерны вибрационные явления и существенное изменение массы в процессе работы. Чтобы учесть эти факторы, в большинстве случаев требуется учитывать не только конструктивные особенности самой машины, но также и системы «машина— обрабатываемый материал». Следует отметить, что до исследований И. И. Артоболевского теория механизмов и машин рассматривала любую машину исключительно с точки зрения ее конструктивных признаков, а технологическим воздействиям отводилась роль внешних сил. И. И. Артоболевский предложил рассматривать воздействие обрабатываемого материала на машину не как внешнее, а как интегрально входящее в совокупность воздействий. В результате работ, выполненных И. И. Артоболевским частично в соавторстве со своими учениками до 60-х годов, теория механизмов и машин приобрела совершенно иное, существенно отличающееся от науки первой половины века содержание: изучение структурной схемы, характерное для того времени, уступает место новой теории машин, математической и экспериментальной, отражающей особенности машин второй половины века.
В дальнейшем последовала серия статей, посвященных теории машин автоматического действия. Работы «Основные задачи теории механизмов и машин в области конструирования машин-автоматов» (1956 г.), «Задачи теории машин и механизмов в развитии методов расчета и проектирования машин автоматического действия» (1956 г.) и ряд других явились большим вкладом г. теорию машин. Иван Иванович продолжает разработку теории механизмов для воспроизведения математических зависимостей и их применения в кинематической геометрии в сочетании с развитием идей П. Л. Чебышева, Сильвестера, Робертса и других классиков науки второй половины прошлого века.
Исторически так сложилось, что до второй половины 50-х годов исследовались лишь жесткие и с оговорками гибкие звенья. Кенигс развил теорию пар как частный случай математической теории связей, а Франк в середине 30-х годов попробовал обобщить понятия звеньев, пар и механизма, но только в самом общем плане. Со второй половины 50-х годов начинается изучение пар, звенья которых могут иметь самые различные функциональные назначения, исследуются машины и механизмы, которые могут включать в свой состав пары различного назначения. В результате теория механизмов становится способной решать те сложнейшие задачи, которые ранее решать ей не удавалось.
В начале 1958 г. состоялось Второе Всесоюзное совещание по основным проблемам теории машин и механизмов, которое подытожило пройденный путь и наметило основные этапы дальнейшего развития науки. На этом совещании И. И. Артоболевский в докладе «Современное состояние теории машин и механизмов» указал области развития дальнейших исследований: изучение кинематических пар в их реальном оформлении, развитие теории механизмов с упругими звеньями, углубление теории машин - автоматов, создание теории рабочих процессов.
История инженерной мысли в области теории машин и механизмов
«Чтобы обозреть прогресс науки в целом, полезно сравнить современные проблемы науки с проблемами предшествующей эпохи и исследовать те специфические изменения, которые претерпевала та или иная важная проблема в течение десятилетий или даже столетий». В. Гейзенберг
Еще около двух тысячелетий назад знаменитый представитель александрийской школы Герон создавал грузоподъемные и военные машины, турбины и даже простейшие автоматы для раздачи воды, а Марк Витрувий описал созданные им машины и грузоподъемные сооружения, в которых он применял пространственную зубчатую передачу, архимедов винт, полиспасты и другие механизмы.
В IX—Х вв. изобретаются часы с зубчатыми передачами. Особенное развитие машинная техника получает в период Возрождения. Здесь можно указать на знаменитого генуэзца Л. Б. Альберти, в сочинениях которого имеется описание различных механизмов, необходимых для строительства зданий. В его трудах мы впервые встречаемся с попыткой представить машину как совокупность отдельных механизмов.
Эпоха Возрождения неразрывно связана с именем гениального Леонардо да Винчи. Обнаруженные недавно две его большие рукописи, носящие названия «Мадридский кодекс I» и «Мадридский кодекс II», показывают, что Леонардо да Винчи не только подошел вплотную к понятию механизма, но и пытался дать систематику механизмов и их деталей.
Он рассматривает механизмы зубчатых передач различных видов, кулачковые, рычажные и другие механизмы и детали. Крупнейший знаток технического творчества Леонардо Ладислав Рети в книге «Неизвестный Леонардо» пишет о том, что Леонардо сформулировал свои идеи относительно связи теории с практикой в форме двух постулатов. Первый: «Книга о науке механизмов должна предшествовать книге об их применении». Второй: «Механика есть рой математических наук. Посредством ее достигается плод математики».
Таким образом, Леонардо впервые ставит вопрос о необходимости создания науки о механизмах и широком использовании математических методов в создании конструкции машин. Если обратиться к совокупности тех механизмов, которые рассматривал Леонардо в «Мадридских кодексах» и в «Атлантическом кодексе», то, как свидетельствует Брицио, в них содержатся все 22 элемента, из которых состоят машины и которые позднее были описаны в классическом труде Ф. Рёло по кинематике машин. Таким образом, Леонардо более чем на три века опередил ученых XIX столетия в понимании того, что каждая машина может быть создана из совокупности одних и тех же механизмов.
Он еще не использует понятия механической модели механизма, его кинематической схемы, но вплотную подошел к пониманию необходимости применения математических описаний механики машин и механизмов.
Работы Леонардо да Винчи были крупным скачком в науке о машинах.
После эпохи Возрождения наука о машинах и механизмах долгое время носила чисто эмпирический изобретательский характер. Создавались и изобретались отдельные машины и механизмы, но теоретические обоснования этих конструкций, как правило отсутствовали. Тем не менее эти новые машины открывали целые эпохи в развитии техники Здесь в первую очередь надо упомянуть о Дж. Уатте как создателе паровой машины и ряда механических устройств а также о русских изобретателях Кулибине, Ползунове. Нартове и других, В начале XIX столетия Г. Модели был изобретен суппорт токарного станка, а Дж. Стефенсон создает первый локомотив.
Но первые теоретические работы после Леонардо да Винчи относятся к XVIII в. Здесь можно указать на семитомное сочинение Я. Лейпольда «Театр машин», Он так же, как и Леонардо, выделяет отдельные механизмы, подробно описывает зубчатые зацепления и даже пишет об элементах зубчатых редукторов.
Страницы: 1, 2
