Общие сведения о машинах и механизмах

Машиной с точки зрения механики, называется система, в конечном итоге предназначенная для осуществления механических движений, связанных с выполнением того или иного процесса.

Механизм- это связанная система тел, являющаяся частью машины и преобразующая движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Все машины выполнены из различных механизмов, узлов и деталей.

Машины условно подразделяются на три группы:

1) энергетические (электрические, тепловые, ядерные...);

2) технологические (металлообрабатывающие станки, буровые установки...);

3) информационные (ЭВМ, ПЭВМ....).

Рис 1.1 Модуль (теплообменный) Æ325 с опорами

Рис. 1.2. Рабочая часть стана типа ХПРТ для накатки ребер в теплообменной

трубе.

К машинам предъявляются следующие основные требования: работоспособность, надежность, технологичность, экономичность, эргономичность.

Механизмы классифицируются по совокупности узлов, обеспечивающих выполнение необходимых функций. Различают следующие механизмы: 1) электромеханические (электрогенераторы…); 2) механические (редукторы…); 3) гидромеханические (насосы…); 4) пневмомеханические (компрессоры…); 5) паротурбинные (паро-генератор и турбина) и др.

Под механизмом иногда понимают последовательность взаимодействий в каком-либо процессе. В последнее время появилось понятие- наномашина, т.е. механизм, размеры деталей которого сопоставимы с размерами молекул. Вопросы наномеханики здесь не рассматриваются.

На рис. 1,1; 1,2 показаны механизмы, относящиеся к тематике специальности. Теплообменные устройства, подобные модулю на рис. 1.1, применяются для преобразования тепловой энергии в электричес-кую, затем используемую в разных целях, в том числе для выполнения механических движений. Биметаллические оребренные трубы, устанав-ливаемые в теплообменных устройствах, изготавливают разными способами, в том числе с помощью станов холодной прокатки труб (рис.1.2).

Машины и механизмы состоят из узлов и деталей.

Узлы- это совокупность деталей, выполняющих какую-либо функцию, и являющиеся законченной сборочной единицей. Они могут быть: а) подвижными и неподвижными; б) собраными с помощью резьбы, сварки, пайки и т.п.; в) подлежащими разборке или неразборными.

Детали могут быть: а) сварными; б) сложной конфигурации или простой; в) специального или общего назначения.

Механизмы состоят из звеньев. Простейшие механизмы формируются из кинематических пар, соединений 2-х сопри-касающихся пар. Сложные механизмы, например, паротурбинные приводы, состоят из относительно простых механизмов, парогенератора (теплообменника) и турбины.

Кинематические пары по характеру соприкосновения составляющих элементов подразделяются на низшие (контакт по плос-кости) и высшие (контакт по линиям или в точке).

Высшие пары имеют меньшие потери на трение, но низшие обладают большей нагрузочной способностью.

По числу наложенных условий связи S (или степенной подвижности Н) кинематические пары делятся по предложению академика Артоболевского И.И. на классы. Обычно рассматривают 5 классов пар, приведенных в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Система звеньев, соединенных с по-мощью кинемати-ческих пар, называет-ся кинематической цепью.

В зависимости от конструкции разли-чают замкнутые и незамкнутые кинема-тические цепи. В замкнутой кинемати-ческой цепи каждое звено входит не менее чем в две кине-матические пары, в незамкнутой (от-крытой) цепи имеются звенья, входящие лишь в одну кинемати-ческую пару.

Звено, относитель-но которого оценивают параметры движения, называют стойкой (корпусом, рамой...). Обычно в качестве стойки берут непод-вижное звено, а в транспортных маши-нах стойкой считают раму, корпус, движу-щиеся относительно земли.

Входным звеном называют звено, которому сообщается движение от двигателя.

Выходным (исполнительным органом) - звено, реализующее движение, для которого предназначен механизм.

Кинематические цепи классифицируются также по внешним признакам- плоские, пространственные, простые, сложные.

Проектирование структурной схемы механизма, состоящего из подвижных и неподвижных звеньев, кинематических пар называется структурным синтезом.

Определение количества звеньев и кинематических пар, классификация кинематических пар и т.д. называется структурным анализом механизма

Соответствие между положениями входных и выходных звеньев определяется с помощью кинематического исследования. При этом координаты выходных звеньев выражаются через координаты входных, которые принимаются в качестве обобщенных. Эти зависимости называются передаточными функциями.

Так, если передаточная функция для звена n дана в виде

x_n= x_n(j₁,j₂)_, (1-1)

причем j₁= j₁(t), j₂= j₂(t), то скорость звена будет

dx_n/dt= (¶ x_n/¶j₁) (¶j₁/¶ t)+ (¶ x_n/¶j₂) (¶j₂/¶ t), (1-2)

a ускорение-

d²x_n/dt² = (¶ ² x_n/¶j²₁) (¶j₁/¶ t)² + (¶ x_n/¶j₁) (¶ ²j₂/¶ t²)+

+(¶ ² x_n/¶j²₂) (¶j₂/¶ t)² + (¶ x_n/¶j₂) (¶ ²j₂/¶ t²), (1-3)

где ¶ x_n/¶j₁; ¶ x_n/¶j₂ - называются аналогами скорости; ¶ ²x_n/¶j²₁ , ¶ ²x_n/¶j²₂- аналогами ускорения.

В частности все передаточные отношения i_n = ¶j₂/¶j₁ могут быть постоянными. Тогда, если передаточная функция х_n= х_n(j₁,j₂) линейна, то такие механизмы называются передаточными.

Определение скоростей и ускорений часто осуществляется с помощью планов скоростей и ускорений.