Розділ 2 основи проектування механізмів

Розділ за скороченим викладом характеризує вузівський курс теорії механізмів і машин, зокрема з використанням загальних положень підручника Я.Т.Кіницького “Теорія механізмів і машин”, Київ. – Наукова думка, 2002.

2.1 Значення і зміст курсу теорії механізмів і машин

Машинобудування  основна галузь сучасної про­мислово розвинутої країни  визначає рівень роз­витку продуктивних сил суспільства, становить фундамент технічного прогресу всіх галузей народ­ного господарства. У свою чергу, прогрес машино­будування визначається досконалістю машин, які створюються. Тому від інженера вимагаються гли­бокі теоретичні знання і досвід, вміння не тільки керувати складною технікою, успішно її використо­вувати, але й забезпечувати її швидкий прогрес. Сучасний інженер повинен досконало володіти ме­тодами розрахунку і конструювання нових швид­кохідних, автоматизованих і високопродуктивних машин.

Створення нових машин базується на досягнен­нях багатьох фундаментальних і прикладних наук, серед яких важливе місце посідає теорія механізмів і машин.

Теорія механізмів і машин (ТММ)  наука про загальні методи дослідження властивостей ме­ханізмів і машин та проектування їхніх схем.

У ТММ обґрунтовується вибір оптимальних па­раметрів машин і механізмів, визначаються методи їхнього раціонального проектування. Якість машин і механізмів, які створюються, значною мірою ви­значається повнотою розробки і використання ме­тодів ТММ. Чим повніше будуть враховані при по­будові механізмів і машин кінематичні і динамічні властивості окремих механізмів, критерії продуктивності, надій­ності, тим досконалішими будуть конструкції машин.

Дуже часто підвищення надійності і довговічності машин пов'язують насамперед з переходом на нові високоякісні ма­теріали, удосконаленням технології обробки деталей, викори­станням різних засобів, що сприяють зменшенню зношуван­ня. Проте основні якості нової машини або механізму закла­даються саме на першій стадії їхнього проектування, коли тільки вибирають структурну (принципову) схему й головні кінематичні параметри. Тому доцільніше боротися з першо­причинами шкідливих явищ, ніж з їхніми наслідками. Краще усунути великі навантаження, ніж вибирати особливо міцні матеріали, здатні ці перевантаження витримати. Раціональ­ним добором структури і параметрів механізмів або машин можна не тільки підвищити їхню надійність і довговічність, але й значно зменшити габаритні розміри і масу. Досягнуті при цьому результати часто не зв'язані з додатковими ма­теріальними витратами, для їхнього отримання вимагаються лише глибокі знання конструкторів у галузі теорії механізмів і машин.

Поява нових машин вимагає розробки нових теоретич­них положень про їхню механіку. Наука про машини не роз­виватиметься, якщо її апарат не буде відповідати реальним потребам промисловості і техніки, так само не може бути прогресу і в машинобудуванні без розвитку методів ТММ. Тому ТММ є однією з основних загальноінженерних дис­циплін, що забезпечує необхідну теоретичну підготовку інженерів-механіків.

Знання ТММ необхідні не тільки інженерам-конструкторам, які проектують машини, а й інженерам, що займаються їхнім виготовленням і експлуатацією. Вони повинні добре знати основні механізми, принципи їхньої роботи, найваж­ливіші кінематичні та динамічні властивості. У процесі експ­луатації машини завжди можуть виникнути неполадки. Усу­нути їх, а в деяких випадках дати завдання на проектування нової машини чи вдосконалення існуючої, може тільки інженер, який добре знає властивості механізмів, їхню будову і взаємодію у машині.

Базою ТММ є курси математики, фізики, хімії, теоретич­ної механіки, електротехніки, електроніки, вміння викори­стовувати в інженерних розрахунках електронно-обчислю­вальні машини (ЕОМ).

Задача курсу ТММ полягає у тому, щоб підготувати сту­дентів до слухання курсів деталі машин, технології машинобуду­вання, курсів з розрахунку і конструювання тих чи інших спеціальних машин залежно від їхньої майбутньої спеціальності.

Курс ТММ можна поділити на дві частини: теорію ме­ханізмів і теорію машин. Найбільш розвинута перша частина, у якій вивчаються будова, кінематика і динаміка механізмів та ме­тоди їхнього проектування.

Проблеми теорії механізмів можна поділити на дві групи: перша  це аналіз, тобто дослідження існуючих механізмів; друга  синтез, тобто проектування нових механізмів, які б ви­конували задані умови.

Рух механізмів залежить від їхньої будови і сил, що діють на них. Тому зручно при викладанні теорії механізмів проблеми аналізу механізмів, у свою чергу, розбити на три частини:

1) структурний аналіз;

2) кінематичний аналіз;

3) динамічний аналіз.

Структурний аналіз має за мету вивчення теорії будови ме­ханізмів, їхнє видозмінення та класифікацію. При кінематич­ному аналізі досліджується рух тіл, які утворюють механізми, з геометричної точки зору, тобто без врахування сил, що викли­кають рух цих тіл. Задача динамічного аналізу механізмів  вив­чення методів визначення сил, що діють на тіла, які утворюють механізм, і встановлення взаємозв'язків між рухом цих тіл си­лами, що на них діють, і масами, які ці ланки мають.

Задача синтезу механізмів полягає у розробці методів проек­тування механізмів наперед вибраної структури за заданими кінематичними і динамічними умовами. Проте поділ проблем теорії механізмів на аналіз і синтез має суто методичне значен­ня, оскільки у практиці проектування (синтезу) механізмів до­водиться дуже часто використовувати аналіз механізмів, який дає змогу виявити найбільш вдалий (оптимальний) варіант розв'язку задачі синтезу.

У теорії машин розглядаються загальні методи проекту­вання схем машин як сукупності окремих механізмів, питан­ня автоматичного керування і регулювання машин. Обидві частини теорії механізмів і машин нерозривно зв'язані між собою, оскільки механізми складають, як правило, основу будь-якої машини.