книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин учеб. пособие для студентов вузов

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-

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

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

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

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