Общие принципы проектирования машин

Федеральное агентство морского и речного транспорта

 

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

Имени адмирала СО. МАКАРОВА

Кафедра "Прикладная механика и инженерная графика"

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине "Теория механизмов и машин и детали машин"

для курсантов и студентов-заочников, обучающихся по специальности 24.05.00 "Эксплуатация судовых энергетических установок"

 

 

 

 

Санкт-Петербург 2011 г.

 

Буквы греческого алфавита

Буква	Название	Числовое значение
др.-греч.	визан- тийское	совр. греч.	русское
Α α	ἄλφα	άλφα	альфа
Β β	βῆτα	βήτα	бета (вита)
Γ γ	γάμμα	γάμμα γάμα	гамма
Δ δ	δέλτα	δέλτα	дельта
Ε ε	εἶ	ἒ ψιλόν	έψιλον	эпсилон
Ζ ζ	ζῆτα	ζήτα	дзета (зита)
Η η	ἦτα	ήτα	эта (ита)
Θ θ	θῆτα	θήτα	тета (фита)
Ι ι	ἰῶτα	ιώτα γιώτα	йота
Κ κ	κάππα	κάππα κάπα	каппа
Λ λ	λάβδα	λάμβδα	λάμδα λάμβδα	лямбда (лямда)
Μ μ	μῦ	μι μυ	мю (ми)
Ν ν	νῦ	νι νυ	ню (ни)
Ξ ξ	ξεῖ	ξῖ	ξι	кси
Ο ο	οὖ	ὂ μικρόν	όμικρον	омикрон
Π π	πεῖ	πῖ	πι	пи
Ρ ρ	ῥῶ	ρω	ро
Σ σ ς	σῖγμα	σίγμα	сигма
Τ τ	ταῦ	ταυ	тау (таф)
Υ υ	ὖ	ὖ ψιλόν	ύψιλον	ипсилон
Φ φ	φεῖ	φῖ	φι	фи
Χ χ	χεῖ	χῖ	χι	хи
Ψ ψ	ψεῖ	ψῖ	ψι	пси
Ω ω	ὦ	ὦ μέγα	ωμέγα	омега

Архаические буквы

Нижеперечисленные буквы в классический греческий алфавит не входят, однако три из них (дигамма, коппа, дисигма) применялись в системе греческой алфавитной записи чисел, а две (коппа и дисигма) применяются и поныне(дигамма в византийское время была заменена стигмой). В некоторых же архаических греческих диалектах все эти буквы имели звуковое значение и употреблялись в записи слов.

Буква	Финикийский прообраз	Название	Латинская транслитерация	Произношение	Числовое значение
русское	архаич.	классич.
* (варианты)	вав	дигамма (вав)	ϝαῦ	δίγαμμα	w	[w]
		стигма	–	στίγμα	st	[st]
	хет	хета	ἧτα	ἧτα	h	[h]	–
	цаде	сан	ϻάν	σάν	s	[s]	–
* (варианты)	коф	коппа	ϙόππα	κόππα	q	[k]
* (варианты)	цаде	сампи	–	σαμπῖ	ss	[ts], [sː], [ks],

По силам ли студентам немашиностроительных специально­стей курс «Детали машин»? Конечно, да, если учащиеся умеют выпол­нять чертежи, усвоили основы сопротивления материалов и имеют поня­тия о машиностроительных конструкционных материалах.

В Средние века многие студенты университетов с трудом добира­лись до 5-й теоремы первой книги «Начал» Эвклида - о том, что в равнобедренном треугольнике углы при основании равны. Что касается по­следней теоремы той же книги - теоремы Пифагора, доступной теперь 11-летним школьникам, то до неё доходили только магистры, в связи с чем она и получила название «магистерской». Этот пример показывает, что со временем люди сумели «приручить» трудные понятия и идеи, сделать малодоступное постижимым и понятным. Поэтому образование и наука все­гда остаётся посильной для новых поколений.

Однако настоящее образование - только САМОобразование. Любое обучение - только стимул к самообучению. Как бы ни трудились педагоги, преподнося учащимся духовные деликатесы, как бы ни разжёвывали, ус­воить их или извергнуть - дело обучающихся и только их. Как говорят на Востоке: можно подогнать ишака к воде, но пить его не заставит даже шайтан.

Лекция №1

Общие принципы проектирования машин.

Любая машина состоит из деталей и узлов, соединённых между собой в определённом порядке. Множество разнообразных деталей и узлов, применяемых в разных маши­нах: крепежные винты, зубчатые колеса, валы, подшипники качения, муфты, называют деталями (узлами) общемашиностроительного применения и изучают в курсе «Детали машин». Другие детали: поршни, гребные винты, лопатки турбин и др. - применяют только в одном или нескольких типах машин. Их отно­сят к деталям специального назначения и изучают в соответствую­щих курсах. Все детали машин можно разделить на две группы: де­тали общего и специального назначения. Мы будем рассматривать только детали машин общего назначения.

«Детали машин» - научная дисциплина по теории, расчету и конструированию деталей и узлов общемашиностроительного при­менения.

Механика (от греч. mechanike - «искусство построения машин») - наука о перемещении тел в пространстве и происходя­щих при этом взаимодействиях между ними. В настоящее время все основные рабочие процессы осуществляются механизмами и машинами.

История создания и использования машин и механизмов насчитывает около 25 веков. Примитивные зубчатые колеса, винты, кривошипы, полиспасты были известны ещё до Архимеда (287...212 гг. до н.э.) из города Сиракузы на острове Сицилия. Архимед установил свойства рычага (известно его изречение: «Дайте мне, где стать, и я сдвину Землю»), открыл закон гидроста­тики, изобрёл червячную передачу, решил задачу спуска построенного ко­рабля на воду и извлечения его из воды... Он был убит римлянином при взятии Сиракуз. «Не трогай моих чертежей!» - воскликнул Архимед, уви­дев перед собой воина с поднятым мечом.

Машина - устройство для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения труда человека. Взависимости от выполняемых функций различают:

энергетические машины, преобразующие в энергию механическую иные виды энергии и наоборот (двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели, электрогенераторы, турбины и др.);

технологические и транспортные машины, которые изменяют свойства, форму, состояние материалов и положение объектов труда (металлорежущие станки, конвейеры, подъёмные краны, самолёты и т.д.);

информационные машины, предназначенные для получения и преобразова­ния информации (компьютеры и другие машины, выполняющие контрольно-измерительные операции, функции регулирования и управления технологиче­скими процессами).

Ещё Леонард Эйлер установил, что машина обязательно должна иметь двигатель, который производит движение, и посредством механизмов преобразует и передаёт его дальше, к исполнительному механизму, выполняющему не­обходимую работу. Для приведения двигателя в движение необходимо прило­жение силы. В качестве источника силы сначала использовали энергию челове­ка и животных, затем — энергию воды, ветра, тепла, электричества и т.д.

Таким образом, основными частями машины являются двигатель, пере­даточный и исполнительный механизмы, а также система управления. На рис. 1 показана блок-схема машины.

Рис. 1. Блок-схема машины

Кратко можно сформулировать основные этапы эволюции машин:

1-й этап - от изобретения первых механизмов до середины XIX века - машина в основном заменяет физическую силу человека путём примене­ния блока, полиспаста, ворота и винта. Машин с исполнительным меха­низмом техника тогда ещё не имела - их заменяли инструменты, приво­димые в движение рукой ремесленника. В качестве источника энергии применялся «двигатель» в виде силы тяги животного или человека.

2-й этап - с середины XIX до середины XX века - в промышленность вводят машины, включающие в себя двигатель, передаточные механизмы и исполнительный механизм, который захватывает продукт труда и целе­сообразно его изменяет. Машина заменяет физическую силу человека и его умение. Развивается станкостроение, изобретены электродвигатели и способы передачи электроэнергии на расстояние, таким образом, произ­водство освободилось от привязанности к источнику энергии. В состав машины дополнительно входят элементы регулирования и управления.

3-й этап - с середины XX века по настоящее время - машина заме­няет не только физическую силу человека, но и его умение. В структуру машины вошли элементы искусственного интеллекта.

Механизм - система деталей для преобразования одного вида движения в другой с изменением скоростей, сил и вращающих моментов, а иногда и за­конов движения (например, редуктор, кривошипно-ползунный механизм, ме­ханизм подъёма грузоподъёмного крана и др.).

По конструктивным признакам механизмы классифицируются на:

рычажные (например, кривошипно-ползунный механизм);

фрикционные (колесо - дорога; колесо - рельс);

зубчатые (передачи с зубчатыми колёсами);

кулачковые (однозубое колесо и толкатель);

с гибкими звеньями (ремённая и цепная передачи, полиспаст);

винтовые (передача винт-гайка, домкрат, червячная передача, турбина);

Комбинированные.

Машины и механизмы состоят из соединённых между собой деталей и узлов. Деталь ̶ часть машины, изготовляемая без сборочных операций (винт, гайка, шайба, литая станина станка). Узел ̶ сборочная единица, состоя­щая из деталей или простых узлов (подшипник качения, муфта, вал с сидящи­ми на нём деталями). Из различных деталей почти двухсот наименований мож­но собрать около 5000 механизмов.

Среди общих правил конструирования можно отметить основные три:

Первое. При проектировании детали и узлы рассчитывают на нормальные условия эксплуатации. Так, если рассчитывать детали велосипеда из условий их неповреждения при наезде на непреодолимое препятст­вие, то получится перетяжеленная конструкция, которая будет трудна в эксплуатации.

Второе. Конструирование есть поиск оптимального компро­миссного решения. Часто при проектировании должны быть удовле­творены противоречивые требования. Так, у боевого самолета должно быть обеспечено и достаточное бронирование кабины пило­та (что требует увеличения массы) и необходимая дальность и ско­рость полета (что требует снижения массы).

Третье. При конструировании должно быть выполнено условие равнопрочности. Очевидно, что нецелесообразно конструировать отдельные элементы машины с излишними запасами несущей спо­собности, которые все равно не могут быть реализованы в связи с отказом конструкции из-за разрушения или повреждения других элементов.

Все детали, из которых состоят машины, должны удовлетворять двум основным услови­ям: надежности и экономичности. Под экономичностью понимают минимально необходимую стоимость проектирования, изготовле­ния и эксплуатации.

ЛЕКЦИЯ № 2.