Основные определения и понятия

Date: 2015-10-07; view: 464.

Рис.1.3

Любая машина выполняет свой рабочий процесс посредством механического движения. Поэтому она должна иметь носителя этого движения, каковым является механизм или система механизмов. Следовательно, составной частью общего процесса проектирования машины является проектирование ее механизмов. Оно включает разработку и анализ возможных вариантов схем машины и ее механизмов и оценку полученных решений методами оптимизации (см. рис. 1.2). Поиск оптимального, т.е. наилучшего решения для каждого варианта, как правило, ведется с использованием итерационных алгоритмов, которые поддаются формализации и должны быть реализованы на ЭВМ.

Процесс проектирования состоит из нескольких итерационных (повторяющихся) циклов (см. рис. 1.3). Первый цикл имеет сравнительно узкий состав исходных данных, необходимых для расчета, который заканчивается некоторой совокупностью результатов, именуемых начальными. Эти результаты расчета первого цикла позволяют, во-первых, произвести в составе исходных данных, необходимых для расчета второго цикла, нужные уточнения и, во-вторых, пополнить исходные данные новыми, неизвестными ранее параметрами. Затем следует расчет второго цикла.

Второй итерационный цикл реализуется в результате определения масс и моментов инерции звеньев и уточнения размеров сочленений звеньев. По этим данным проводится силовой расчет с учетом ускоренного движения звеньев механизма и наличия трения в кинематических парах.

Третий итерационный цикл позволяет корректировать конструкцию привода. Исходные данные для выбора необходимого двигателя определяются в блоке “Динамический синтез, определение закона движения…”.

Проектирование нового механизма начинается с создания схемы механизма со структурно-кинематическими свойствами, соответствующими заданным с требуемой точностью. Структурные свойства механизма это, - во-первых, внешние, т.е. количество степеней свободы и число обеспечиваемых механизмом связанных друг с другом перемещений рабочих органов машины, и во-вторых

внутренние– состав механизма, т.е. его внутренняя структура. Внутренняя структура механизма – состав звеньев и способ их соединения друг с другом. С точки зрения внутренней структуры можно выделить два типа механизмов – структурно-элементарные и структурно-сложные.

Структурно-элементарные механизмы, осуществляющие преобразование и передачу движения по определенному закону, объединены в группы по способу соединения звеньев друг с другом. Такими элементарными механизмами являются рычажные механизмы, зубчатые передаточные механизмы, планетарные, кулачковые и другие, которые будут рассматриваться в последующих лекциях. В состав структурно-сложных механизмов могут входить несколько элементарных механизмов с различными кинематическими свойствами.

Кинематические свойства проектируемого механизма определяются его геометро-кинематическими характеристиками, связывающими параметры движения на входе механизма и на выходе из него. Основные геометро-кинематические характеристики механизмов: функция положения, определяющая связь координат выходного и входного звеньев, и кинематическая передаточная функция, являющаяся первой производной от функции положения.

Известно очень большое количество разновидностей как структурно-элементарных, так и структурно-сложных механизмов, обладающих разнообразными структурно-кинематическими характеристиками. Поэтому при проектировании нового механизма следует проанализировать возможности использования уже существующих механизмов для осуществления заданной функции. Для этого необходимо использовать систематизацию существующих схем механизмов [7,9,19,14] по структурно-кинематическим признакам с определением их кинематических характеристик. Во многих случаях геометро-кинематические характеристики существующих механизмов вполне подходят для осуществления основной функции проектируемого механизма.

Понятие “машина” определяется следующим образом.

Машинойназываетсятехническое устройство,осуществляющее определенные механические движения, связанные с преобразованием энергии, свойств, размеров, формы или положения материалов (или объектов труда) и информации с целью облегчения физического и умственного труда человека, повышения его качества и производительности.

Существуют следующие виды машин:

Энергетической машиной называется машина, предназначенная для преобразования энергии. Если осуществляется преобразование любого вида энергии в механическую, то имеем дело с машиной-двигателем,а наоборот– машина-генератор.

Рабочая машинапредназначена для преобразования материалов, причем транспортнаямашина преобразует материал только путем изменения положения объекта, а технологическая рабочая машина преобразует форму, свойства и положение материала или объекта.

Информационная машина служит для получения и преобразования информации.

Контрольно-управляющая машина преобразует информацию с целью управления энергетическими или рабочими машинами, а математическая машина– с целью получения математических образов соответствующих свойствам объекта.

Кибернетическая машина – имитирует или заменяет человека в процессе присущих только ему или объектам живой природы и обладает элементами искусственного интеллекта.

Понятие о машинном агрегате.

Машинным агрегатомназывается техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель, передаточный механизм (и их может быть несколько или совсем не быть) и рабочая или энергетическая машина. В настоящее время в состав машинного агрегата часто включается контрольно-управляющая или кибернетическая машина. Передаточный механизм в машинном агрегате необходим для согласования механических характеристик двигателя с механическими характеристиками рабочей или энергетической машины.

Схема машинного агрегата.

Рис. 1.4

Механизм и его элементы.

Механизмом называется система твердых тел, объединенных геометрическими или динамическими связями, предназначенных для преобразования движения входного звенав требуемое движение выходных звеньев.

Твердые тела, входящие в состав механизма, не является абсолютно твердыми, однако их деформации обычно весьма малы.

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

Звено– это твердое тело, входящее в состав механизма.

Кинематическая пара – это соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение.

Звено, относительно которого рассматривается движение остальных звеньев, считается условно – неподвижным и называется стойкой.

Входное звено – это звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение других звеньев.

Выходное звено – звено, которое совершает движение, для выполнения которого предназначен механизм.

Рассмотрим простейший кривошипно-ползунный механизм:

1. кривошип

2. шатун

3. ползун

4. стойка

Кинематические пары: А, В, С, D.

Несколько звеньев, связанных между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь, которая может быть

а) замкнутой, у которой звенья б) незамкнутой, звенья

образуют один или несколько которой не образуют

замкнутых контуров. замкнутых контуров.

В современном машиностроении применяются машины и механизмы с абсолютно твердыми (абсолютно жесткими), упругими (гибкими), жидкими и газообразными телами (звеньями).

К упругимзвеньям относят пружины, мембраны и другие элементы, упругая деформация которых вносит существенные изменения в работу механизма. К гибкимзвеньям относят ремни, цепи, канаты. К жидкими газообразнымтелам относят масло, воду, газ, воздух и т.п. вещества.

Таблица 1.1