WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 29 |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» В.В.Гурин В.В.Тихонов МЕХАНИКА Издательство Томского политехнического университета 2011 1 УДК 621.81 ББК Г95 Гурин В.В.

Г95 Механика: учеб. для вузов / В.В.Гурин, В.В.Тихонов.– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 366 с., ил.

Учебник написан на основе курса «Механика», читаемого в Томском политехническом университете на кафедре теоретической и прикладной механики для студентов, обучающихся на немашиностроительных специальностях.

Изложены теоретические основы анализа и синтеза механизмов, принципов их геометрического и прочностного расчетов.

Учебник условно разбит на пять разделов.

В первом из них рассмотрены общие вопросы теории механизмов.

Второй раздел посвящен основам сопротивления материалов – науке о прочности и жесткости инженерных конструкций.

В третьем разделе рассмотрены основы взаимозаменяемости.

В четвертом разделе расчеты и проектирование наиболее распространенных передаточных механизмов.

В пятом разделе основное внимание уделено прочностным расчетам деталей машин общего назначения.

В седьмом разделе рассмотрены основы взаимозаменяемости.

Подготовлен на кафедре теоретической и прикладной механики Томского политехнического университета и кафедре прикладной механики Кемеровского технологического института пищевой промышленности, предназначен для студентов немашиностроительных специальностей технических вузов.

УДК 621.81 ББК Рекомендован к печати Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета.

Рецензенты:

ISBN 0-00000-000-0 © Гурин В.В., Тихонов В.В., 2011 © Томский политехнический университет, 2011 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2011 2 МЕСТО И ЗНАЧЕНИЕ КУРСА «МЕХАНИКА» В РЯДУ ОБЩЕИНЖЕНЕРНЫХ ДИСЦИПЛИН.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ.

СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМОВ Наиболее важным средством, обеспечивающим технологические процессы, являются машины. В настоящее время нет такой отрасли, в которой они не использовались бы в самых широких масштабах. Однако конкретные виды машин с развитием техники меняются. В настоящее время разработаны классификации машин, позволяющие не только разобраться в огромном количестве уже находящихся в эксплуатации машин, но и прогнозировать машины будущего. Знание общих закономерностей процесса создания новых и модернизации существующих машин совершенно необходимо каждому современному инженеру, чтобы оптимально решать вопросы технологии, механизации и автоматизации производственных процессов. Инженер должен знать не только общие принципы устройства механизмов, но и принципы их расчетов и проектирования.

Комплекс указанных вопросов в той степени, в которой они необходимы инженерам немашиностроительных профилей, рассмотрен в данном учебнике, предназначенном для студентов технических вузов при изучении курса «Механика».

Курс лекций состоит из трех разделов.

В первом из них рассмотрены общие вопросы теории механизмов.

Второй раздел посвящен основам сопротивления материалов – науке о прочности и жесткости инженерных конструкций.

В третьем разделе рассмотрены расчеты и проектирование наиболее распространенных соединений, передаточных механизмов с непосредственным контактом звеньев и валов.

Все разделы, тесно взаимосвязаны между собой и играют большую роль в формировании современного инженера.

1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ 1.1. Общие сведения В разделе «Основы теории механизмов», структурно являющимся первой частью курса «Механика», изучается структура, кинематика и динамика механизмов независимо от их конкретного применения.

Раздел начинается с рассмотрения положений общей механики, применяемых при изучении механических систем, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел в соответствии с функциями того устройства, основой которого является эта система и называемых механизмами.

Главное назначение механизма – осуществление технической операции в результате движения его элементов.

Определенность движения механизма может обеспечиваться кинематическими (конструктивными) средствами (механизмы с полными связями) или средствами динамики (механизмы с неполными связями). К механизмам с полными связями относится, например, механизм двигателя внутреннего сгорания, к механизмам с неполными связями – механизм вибрационного конвейера.

Машиной называют искусственное устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

При помощи машин различные формы движения (механическое движение, электричество, тепловая энергия) используются для облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности и расширения производственных возможностей.

Использование какой-либо формы движения и совершение некоторой полезной работы являются признаками машины. Этим машина отличается от сооружений и приборов.

Сооружение – строительная конструкция, которая в идеальном случае должна представлять собой неизменяемую систему (ферму, раму и т.д.).

Прибор – устройство для регистрации параметров физических процессов, осуществления технических измерений и т.п., но не для совершения работы (часы, манометр, электроизмерительный приборы).



В технике так же находят широкое применение механические приспособления, назначение которых заключается в передаче и преобразовании сил (домкраты, рычажные и винтовые прессы и т.д.).

Из изложенного выше очевидно, что понятие «механизм» является более широким, чем понятие «машина», «прибор» или «приспособление», так как любое из вышеназванных устройств является одновременно и механизмом, но не наоборот.

Таким образом, можно говорить о механизмах машин, приборов и приспособлений.

По функциональному назначению машины можно разделить на следующие группы.

1. Машины-двигатели, преобразующие один вид энергии в другой (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания и т.д.).

2. Транспортные машины, осуществляющие перемещение тел (автомобили, конвейеры, грузоподъемные машины).

3. Технологические или рабочие машины, изменяющие состояние, свойства или форму материала (металлообрабатывающие станки, проходческие и выемочные горные машины, дробилки, мельницы).

4. Вычислительные машины, выполняющие математические операции (компьютеры).

5. Контрольно-управляющие машины, осуществляющие контроль и автоматическую корректировку технологического процесса.

Обычно для обеспечения технологического процесса требуются наборы индивидуальных машин, каждая из которых обеспечивает определенную часть технологического процесса.

Набор индивидуальных машин, работающих согласованно в соответствии с требованиями технологического процесса, называют комплектом машин.

Совокупность кинематически связанных, но сохранивших свои индивидуальные особенности машин, с помощью которых комплексно механизируют все основные операции технологического процесса, называют комплексом машин.

Совокупность нескольких взаимодействующих машин, связанных конструктивно, что приводит к изменению конструкции индивидуальных машин и потере ими своей обособленности, называют машинным агрегатом.

В классическом исполнении машинный агрегат состоит из трех устройств:

— двигательного, — передаточного, — рабочего.

Машинные агрегаты, выполняющие все операции без непосредственного участия человека, называются машинами-автоматами.

Комплекс машин-автоматов, осуществляющих заданный технологический процесс, называется автоматической линией.

Несколько автоматических линий при централизованном управлении образуют автоматический цех или завод-автомат.

1.2. Структура элементов механизмов 1.2.1. Звенья механизмов Рассмотрим основные понятия и определения.

Звеном называют твердое тело, входящее в состав механизма и обладающее подвижностью относительно других звеньев. Звенья могут состоять из одной или нескольких жестко связанных между собой частей, называемых деталями.

На рис. 1.2.1 представлена схема A F 2 передаточного механизма измеритель B ного прибора. Конструкция шатуна v этого механизма, представленная на Рис. 1.2.рис. 1.2.2, позволяет изменять его длину для установки стрелки прибора на нулевую отметку шкалы. Шатун состоит из двух стержней, двух цилиндрических Рис. 1.2.втулок, соединительной муфты и двух гаек. При движении шатуна указанные детали перемещаются как единое целое, и, следовательно, образуют одно звено механизма.

Каждую деталь или группу деталей, образующих неизменяемую систему, называют подвижным звеном, а неподвижные детали механизма – стойкой. Все элементы, образующие стойку, на схеме механизма отмечены штриховкой. Места соединения (соприкосновения) звеньев друг с другом являются их геометрическими элементами. Шатун (рис. 1.2.1) имеет два таких элемента, представляющих собой цилиндрические поверхности. Одним геометрическим элементом шатун соединен с кривошипом (звеном 3), а вторым – с ползуном (звеном 1).

Для звена, подлежащего изучению в теории механизмов, характерным и главным являются форма геометрических элементов и их взаимное расположение, поскольку именно эти факторы определяют вид относительного движения звеньев. Все другие факторы, (материал звена, его конструкция, способ изготовления и т.д.) в теории механизмов не рассматривают. Кроме того, пренебрегают деформациями звеньев, а также не учитывают зазоры, возникающие в местах соединения звеньев вследствие износа соприкасающихся поверхностей и процессе работы механизма или неточности изготовления.

В зависимости от характера движения относительно неподвижного звена (называемого стойкой механизма), звенья называют:

— кривошипом – звено рычажного механизма, совершающее полный оборот вокруг оси, связанной со стойкой;

— коромыслом – звено рычажного механизма, совершающее неполный оборот вокруг оси, связанной со стойкой;

— шатуном – звено рычажного механизма, совершающее плоскопараллельное движение;

— ползуном – звено рычажного механизма, поступательно перемещающееся относительно стойки или другого звена;

— кулисой – подвижное звено рычажного механизма, являющееся направляющей для ползуна.

Кулачок – звено, профиль которого, имея переменную кривизну, определяет движение ведомого звена.

Зубчатое колесо – вращающееся звено, имеющее зубчатый контур.

Перечисленные звенья и их условные изображения представлены в табл. 1.2.1.

Таблица 1.2.Основные типы звеньев механизмов Наименование Эскиз Движение Особенности Стойка отсутствует - Кривошип вращательное полный оборот профиль определяет вращательное Кулачок движение ведомого звена поступательное Колесо вращательное зубчатый контур зубчатое неполный оборот, Коромысло колебательное возвратное движение нет пар, связанных Шатун плоскопараллельное со стойкой Ползун поступательное возвратное движение Окончание табл. 1.2.Наименование Эскиз Движение Особенности колебательное, направляющая для вращательное ползуна Кулиса возвратное движение, поступательное направляющая для ползуна Входным (ведущим) называют звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения ведомых звеньев.





Выходным (ведомым) называют звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм.

В современном машиностроении широкое применение получили механизмы, в состав которых входят упругие, гибкие, жидкие и газообразные тела.

К упругим звеньям относят пружины, мембраны и другие звенья, упругие деформации которых оказывают существенное влияние на работу механизма.

К гибким звеньям относят ремни, цепи, канаты и др.

К жидким и газообразным звеньям относят масло, воду, расплавленный металл, газ, воздух и т.п., перемещаемые по специальным коммуникациям внутри машины или прибора.

Примечание.

1. В данном разделе изучаются механизмы только с твердыми звеньями. Изучение механизмов с деформируемыми звеньями выходит за рамки учебной программы раздела по теории механизмов. Этому вопросу посвящены специальные курсы.

1.2.2. Кинематические пары и их классификация Кинематической парой называют соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение. Кинематическую пару могут образовать не только подвижные звенья, но и звенья, одно из которых неподвижно и служит в механизме стойкой.

Между входным и выходным звеньями могут быть расположены промежуточные звенья (например, ролики или шарики в подшипниках). Сложные соединения с промежуточными звеньями сохраняют кинематическую тождественность требуемого относительного движения звеньев и с точки зрения кинематики механизма эквивалентны обыкновенным кинематическим парам. Такие сложные совокупности пар называют кинематическими соединениями.

Звенья кинематической пары могут соприкасаться поверхностями, по линии и точками, называемыми элементами кинематической пары.

Если элементами кинематической пары являются точки или линии, то пары называют высшими, а если – поверхности, то – низшими.

В низших парах происходит относительное скольжение элементов при поступательном, вращательном или винтовом движениях, а в высших возможно качение и скольжение элементов этих пар.

Примеры низших кинематических пар·— цилиндрического (а) и шарового (б) шарниров, сочленяющих звенья 1, 2 и 3, 4, представлены на рис. 1.2.3.

Элементами пар здесь яв- ляются цилиндрические поверхности пальца звена 2 и охватывающей его втулки, сферические поверхности звеньев 3 и 4.

а) в) б) Высшая пара показана Рис. 1.2.на рис. 1.3, в. Элементами пары являются линии контакта звеньев 5 и 6. При нарушении или изменении вида контакта между элементами кинематической пары она перестает существовать или преобразуется в пару иного вида.

Существование пары обеспечивается условиями замыкания, сохраняющими постоянство и характер контакта звеньев.

В низших парах обычно осуществляется геометрическое замыкание, обусловленное формой соприкасающихся поверхностей, например, охват втулкой пальца (рис. 1.2.3, а).

В высших кинематических парах часто используют силовое замыкание, при котором контакт элементов пары обеспечивают гравитационные силы или усилия, создаваемые пружинами.

Кинематические пары могут быть плоскими или пространственными.

В первом случае относительное движение сочлененных звеньев возможно лишь в параллельных плоскостях, во втором случае – и в непараллельных плоскостях. Примером пространственной пары является шаровой шарнир (рис. 1.2.3, б).

Прочность и износостойкость элементов кинематических пар зависят от формы и конструктивного исполнения их.

Низшие пары более износостойки, чем высшие. Это объясняется тем, что поверхности касания элементов низших пар всегда больше, чем в высших. Следовательно, передача одной и той же силы в низшей паре происходит при меньшем удельном давлении и меньших контактных напряжениях, чем в высшей (контактные напряжения возникают при контакте под нагрузкой двух тел в каждом из них). Износ при прочих равных условиях пропорционален удельному давлению, поэтому элементы звеньев низших пар изнашиваются медленнее, чем высших.

Нагрузочная способность высших кинематических пар сравнительно невелика, поскольку усилия в ней передаются через малые контактные площадки, возникающие в местах соприкосновения звеньев под воздействием нагрузок. Однако эти пары оказываются более рациональными в отношении потерь мощности на преодоление трения, ввиду того, что трение скольжения в них полностью или частично можно заменить трением качения. Высшие пары имеют большое разнообразие форм элементов, поэтому механизмы, в состав которых входят, кроме низших пар, также и высшие, могут осуществлять требуемые производственные движения с меньшим числом звеньев, меньшими габаритами и при более простой конструкции, чем механизмы с одними низшими парами.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 29 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.