Файл: Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин учеб. пособие для студентов вузов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 341
Скачиваний: 3
ПРОФ. С. H. КОЖЕВНИКОВ
Т Е О Р И Я МЕХАНИЗМОВ
ИМ А Ш И Н
И З Д А Н И Е Ч Е Т В Е Р Т О Е |
И С П Р А В Л Е Н Н О Е |
Допущено Министерством высшего
исреднего специального образования СССР
вкачестве учебного пособия для студентов
машиностроительных вузов
М О С К В А «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
К о ж е в н и к о в С. |
I I . Теория |
механизмов и |
|
машин. Учебное |
пособие |
для студентов |
вузов. Изд. 4-е |
исправленное. М., «Машиностроение», 592 с. |
|||
В книге рассмотрены |
структура и кинематика меха |
||
низмов, статика |
и динамика машші. Приведены методы |
графического определения положении, скоростей и уско рений механизмов с заданным относительным движе нием. При подготовке четвертого издания в книгу вне сены необходимые исправления.
Пособие предназначено для студентов втузов. Оно будет полезно также инженерам-конструкторам,
Табл. 2, ил. 435, список лит, 52 иазв,
Рецензент проф. д-р техн. наук. А. П. Бессонов
3122—030
30—73
038(01)—73
Издательство «Машиностроение», 1973 г.
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН»
Теория механизмов и машин — наука, в которой рассматри ваются: 1) вопросы анализа механизмов, позволяющие установить структуру и закон движения ведомого звена по заданному движению начального звена или по заданным внешним силам; 2) методы кинетостатического расчета механизмов; 3) методы синтеза частных ме ханизмов и другие вопросы, возникающие перед конструктором и исследователем при создании новых машин.
По содержанию курс теории механизмов и машин обычно де лится на две части: кинематику механизмов и динамику машин.
В кинематике механизмов изучаются вопросы структурного и кинематического анализа; устанавливается структура механизма и определяются траектории, перемещения, скорости и ускорения отдельных точек звеньев, а также размеры звеньев по заданным ус ловиям, например по положениям ведомого звена, закону его дви жения и т. д.
В динамике машин рассматриваются методы определения дви жения звеньев механизма под действием внешних движущих сил и сил сопротивления. Силы задаются в зависимости от тех процессов, которые происходят в машине. Например, в двигателе внутреннего сгорания, приводящем в движение генератор электрического тока, движущей силой является давление расширяющегося газа на пор шень, а силами сопротивления — сопротивление ротора генератора вращению и т. д. Кроме того, в этом разделе курса изучаются силы, действующие на звенья механизмов; рассматриваются вопросы ре гулирования движения, уравновешивания сил инерции и др.
Теория механизмов и машин как наука позволяет проектировать механизмы, применяемые в различных рабочих машинах, автоматах, автоматических линиях, транспортных машинах и пр. Однако в настоящее время недостаточно ограничиваться обычно рассматри ваемыми в курсах теории механизмов и машин методами исследо вания, чтобы с полной ясностью производить расчет и исследование сложных машин-автоматов и автоматических линий. Необходимо прежде всего уметь выполнять расчеты и исследовать для автоматов специфические механизмы, например, с периодической остановкой ведомого звена, управления и регулирования, блокирующие и пре-
1* |
3 |
дохранптельные, а также выполняющие всякого рода контрольные функции. Кроме того, в автоматах и автоматических линиях приме няются электрические, гидравлические и пневматические меха низмы, совершенно не рассматриваемые в курсах теории механиз мов и машин. Поэтому механизмы автоматов и полуавтоматов изу чаются в отдельном курсе «Автоматика».
Детальное изучение теории механизмов п машин особенно важно для конструкторов и инженеров-механиков, проектирующих или эксплуатирующих новое высокопроизводительное оборудование, удовлетворяющее повышенным требованиям точности.
В связи с ростом рабочих скоростей и нагрузок на отдельные звенья машин все расчеты, связанные с их проектированием, необ ходимо производить возможно более тщательно, начиная с исправ ления предварительно выбранных схем отдельных механизмов и кончая определением нагрузок. При этом немаловажное значение имеет выбор расчетной модели механизма, т. е. пренебрежение или учет определенных физических свойств материала звеньев, напри мер упругости, гибкости, вязкости и др., следовательно, такой мо дели, в отдельных звеньях которой нагрузки мало отличались бы от нагрузок в реальных механизмах. Это имеет особенно важное значение при проектировании таких уникальных машин, как ша гающие экскаваторы, блюминги и др., постройка опытных образцов которых из-за большой стоимости исключена.
§ 2. ОБЗОР ОСНОВНЫХ ВИДОВ МЕХАНИЗМОВ
Стержневые механизмы. Для преобразования движения или передачи силы в машинах используются различные плоские или пространственные стержневые механизмы. Простейшим двухзвенкым стержневым механизмом является рычаг, вращающийся отно сительно неподвижной точки опоры. На рис. 1 изображен трехзвенный механизм, в котором при вращении стержня / цилиндри ческий палец на стержне 2 скользит в пазу станины 3.
Примером четырехзвенного четырехшарнирного механизма мо жет служить механизм подъемно-качающегося стола листопрокат ного стана, который при приемке прокатываемого листа устанавли вается в положение, показанное на рис. 2. При задаче листа в" ниж нюю пару валков стол при помощи стержня 2 и повороте криво шипа / на 180° занимает нижнее положение (изображено штриховой линией). Кривошипу 1 сообщается эпизодическое движение в мо
менты времени, когда |
прокатываемый лист |
необходимо передать |
из верхней в нижнюю пару валков. |
ABCD, используемом |
|
В четырехзвенном |
шарнирном механизме |
в качестве механизма горизонтального перемещения груза при по вороте коромысла 1 в передвижном портовом кране, точка подвеса груза на звене 2 выбирается с таким расчетом, чтобы участок EEQ траектории, в пределах которого осуществляется горизонтальное
4
перемещение груза, |
мало |
отклонялся |
|
|
||||||||
от |
горизонтали |
(рис. |
3, а). |
В |
этом |
|
|
|||||
случае при переносе груза не затра |
|
|
||||||||||
чивается работа на его поднятие и |
|
|
||||||||||
опускание, как это было бы в случае |
|
|
||||||||||
криволинейной траектории. |
|
|
|
|
||||||||
В |
механизме |
портового |
|
крана |
|
|
||||||
звенья / и 3, вращающиеся относи |
|
|
||||||||||
тельно |
неподвижного |
|
звена, |
|
могут |
|
|
|||||
поворачиваться на ограниченный угол. |
|
|
||||||||||
В механизме (рис. 2) звено 1 может |
|
|
||||||||||
совершать полный оборот н носит |
|
|
||||||||||
название кривошипа, а механизм мо |
|
|
||||||||||
жет |
быть |
назван |
крнвошипно-коро- |
|
|
|||||||
мысловым |
шарнирным |
механизмом. |
|
|
||||||||
Механизм портового крана (рис. 3, а) |
|
|
||||||||||
называется |
двухкоромысловым |
четы- |
|
|
||||||||
рехзвенным |
шарнирным |
механизмом. |
|
|
||||||||
К этому же типу должен быть отнесен |
|
|
||||||||||
механизм, |
известный |
под |
названием |
|
|
|||||||
прямила Чебышева (рис. 3, б). В этом |
|
|
||||||||||
механизме, |
при определенном |
соотно |
|
|
||||||||
шении |
расстояний |
между |
центрами |
|
|
|||||||
шарниров, |
точка |
Е |
описывает траек |
Рис. 2. |
Кривошипно-коромысло- |
|||||||
торию, |
некоторый |
участок |
которой |
выіі |
шарнирный механизм |
|||||||
мало отличается |
от |
прямой. |
|
|
|
|
Непрерывное движение механизма можно осуществить, если сообщить вращение шатуну 2 относительно какого-либо из коромы сел 1 или 3.
Нетрудно видеть, что если в четырехзвенном шарнирном меха низме расстояние между неподвижными центрами звеньев взять меньше, чем любое из остальных, то оба указанных звена могут совершать непрерывное вращение в одном направлении. Механизм такого вида называется двухкривошипным. На рис. 4 изображен двухкривошипный механизм, используемый для передачи враща тельного движения между параллельными валами А и D, расстояние между осями которых может изменяться. Разумеется, ось D может быть и неподвижной.
Размер цилиндрических поверхностей,' образующих шарнирное соединение, может быть большим пли меньшим расстояния между центрами смежных шарниров. На рис. 5, а показано шарнирное соединение, в котором радиус цилиндрической поверхности шар нира А меньше расстояния между центрами шарниров А и В, а на рис. 5, б, наоборот, он больше указанного расстояния. Звено / в этом случае называют эксцентриком. И в том, и в другом случае точка В движется по дуге окружности радиуса AB. Если относи тельный поворот звеньев механизма меньше 360°, то можно исполь-
5
зовать только часть эксцентрика (рис. 5, в и г). В частном случае, если радиус AB в соединении (рис. 5, г) сделать бесконечным, то стержень AB обращается в ползун.
На рис. 6, а и б изображены эксцентриковые механизмы. В пер вом из них (рис. 6, а) радиус цилиндрической поверхности шар нира В сделан больше расстояния между центрами А и В. При вра щении эксцентрика /, охватываемого хомутом на эксцентриковой тяге 2, коромысло 3 будет совершать качателыюе движение вокруг центра D. Во втором (рис. 6, б) эксцентрик / вращается в эксцент рично расточенном отверстии диска 2. Последний, в свою очередь, вращается в эксцентрично расточенном отверстии диска 3, вращаю щемся вокруг неподвижного центра D. Вследствие того, что рас стояния между центрами А, В, С, и D остаются все время неизмен ными, движение звена 3 трехэксцентрикового механизма будет такое же, как и четырехзвеиного механизма (на схеме показан штриховыми линиями) с неподвижными осями А и D.
Рис. 3. Двухкоро.мысловые четырехзвенные шарнирные механизмы:
а — портового крана; б — прямила Чебышева
6
J
Широкое применение в различного |
|
|
|||
рода машинах имеет |
так |
называе |
|
|
|
мый кривошипио-ползунный механизм |
|
|
|||
(рис. 7, а). В этом механизме при |
|
|
|||
непрерывном вращении |
кривошипа / |
|
|
||
ползун 3 совершает возвратно-посту |
|
|
|||
пательное движение. |
Величина хода |
|
|
||
ползуна зависит от длины ÜB криво |
|
|
|||
шипа. В многоцилиндровых |
двигате |
|
|
||
лях внутреннего сгорания в качестве |
|
|
|||
кривошипа используется коленчатый |
|
|
|||
вал, к которому усилия от каждого из |
|
|
|||
поршней (ползунов) |
передаются через |
Р и с 4 - д в у Х к р и в о ш и п н ы й |
четы- |
||
шатуны 2, Коленчатый вал вращается |
рехзвенный шарнирный |
меха- |
|||
непрерывно в одном и том же напра- |
низм |
|
|||
влении. |
|
|
|
|
|
В кривошипно-ползунном механизме (рис. 7, б) кривошип /, свя занный с поршнем 3 шатуном 2, движется под действием давления жидкости на поршень. Направление движения зависит от того, в какую из полостей — а или б цилиндра подается жидкость. Криво шип имеет ограниченный угол поворота.
На рис. 7, в показан механизм трехступенчатого авиационного воздушного компрессора, в котором движение поршням 3 и 5 сооб-
Рис 5. Разновидности ціарнирного соединения
7
Рис. 7. Кривошііпно-ползунные механизмы:
о — схема; б — механизм гидравлического исполнительного двигателя; в — механизм компрессора
щается от эксцентрика 1 на ведущем валу через шатуны 2 и 4. Воз дух через воздушный фильтр и систему клапанов поступает в ка меру а при движении поршня 3 вниз. При движении поршня 3 вверх воздух сжимается и выталкивается в камеру 6, а затем в ка меру с. Движение воздуха на схеме показано стрелками.
К четырехзвенным стержневым механизмам следует отнести также различного родакулисные механизмы. В механизме с качающейся кулисой (рис. 8, а) ползун 2, перемещающийся в пазу кулисы 3, шарнирно связан с кривошипом /, вращающимся вокруг неподвиж ной оси А. Изменение направления вращения кулисы происходит
8
каждый раз, когда линия AB кривошипа / располагается перпен дикулярно стенкам паза кулисы 3. Таким образом, при непрерыв ном вращении кривошипа / кулиса 3 совершает возвратное враща тельное движение. В механизме (рис. 8, б) с вращающейся кулисой расстояние АС между неподвижными центрами вращения меньше длины AB кривошипа /. Благодаря такому соотношению расстоя ний между центрами кулиса 3 может занять любое положение в пределах угла 360°. Однако при равномерном вращении криво шипа 1 кулиса 3 вращается в том же направлении неравномерно.
В частном случае, если неподвижный центр С удалить в бес конечность, то качающаяся кулиса обращается в поступательную (рис. 8, о). Такого типа кулисный механизм известен как синусный механизм, потому что перемещение кулисы 3 в направляющих пропорционально синусу угла поворота кривошипа / от вертикали.
Рис. 9. Кулисные механизмы:
а, б, в — насосов; е — тестомесильной машины
9