Цель и задачи изучения курса теория механизмов и машин

Конспект лекций

 

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

 

для студентов, обучающихся по специальностям:

130503 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

130501 – Проектирование, сооружение и эксплуатация газопроводов и газонефтехранилищ,

130603 –Оборудование нефтегазопереработки.

 

Оренбург, 2008

ТЕМА 1. Введение в теорию механизмов и машин

Цель и задачи изучения курса теория механизмов и машин

Дисциплина "Теория механизмов и машин" является базовой в общепрофессиональной подготовке инженера – механика (электромеханика), научной основой специальных дисциплин.

В процессе изучения этой дисциплины студент должен:

- изучить общие методы исследования (анализа) и проектирования (синтеза) механизмов и машин;

- научиться понимать общие принципы взаимодействия механизмов в машине;

- научиться системному подходу к проектированию механизмов и машин, нахождению оптимальных параметров механизмов по заданным условиям работы;

- получить навыки анализа и синтеза механизмов с использованием ЭВМ.

Изучение дисциплины базируется на предшествующей механико-математической подготовке студента, обеспечиваемой соответствующими разделами дисциплин "Математика", "Физика", "Теоретическая механика", "Информатика".

Изучение дисциплины включает в себя:

- проработку теоретического материала (лекции, учебник, данное учебное пособие);

- выполнение лабораторных работ;

- выполнение расчетно-графических работ;

- выполнение курсовой работы (курсового проекта).

Завершается изучение дисциплины защитой курсовой работы (проекта) и сдачей экзамена.

1.2 Понятия "машина", "механизм", "робототехническое устройство"

Машиной называется устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда.

Классификация машин показана на диаграмме.

Рис. 1.1

Технологические машины используют механическую энергию для преобразования формы, свойств, размеров и состояния объекта.

P_мех (M, w)

Технологическая

f (x₀,y₀,z₀) машина f (x_n,y_n,z_n)

 

Транспортные машины используют механическую энергию для изменения положения объекта ( его координат ).

 

P_мех (M, w)

Транспортная

машина

f (x₀,y₀) f (x_n,y_n)

Энергетические машины преобразуют один вид энергии (электрической, тепловой, сжатого воздуха, пара, воды и т.п.) в другой. Эти машины бывают двух разновидностей:

Двигатели преобразуют любой вид энергии в механическую (например, электродвигатели преобразуют электрическую энергию, двигатели внутреннего сгорания преобразуют энергию расширения газов при сгорании в цилиндре, тяговые электрические машины в локомотиве преобразуют электрическую энергию в механическую.)

 

P_эл (U,I) P_мех (M, w)

Двигатель

 

Генераторыпреобразуют механическую энергию в энергию другого вида (например, электрогенератор преобразует механическую энергию паровой или гидравлической турбины или двигателя внутреннего сгорания в электрическую)

 

P_мех (M, w) P_эл (U,I)

Генератор

Информационные машины облегчают или заменяют логическую деятельность человека по выполнению расчетных операций и операций контроля и управления.

Математические машины преобразуют входную информацию в математическую модель исследуемого объекта.

Математическая

машина

I₀,Кбит I_n,Кбит

 

Контрольно-управляющие машины преобразуют входную информацию (программу) в сигналы управления рабочей или энергетической машиной.

 

I₀

Программа Контр.-упр. машина

DI_i I_i

Рабочая машина

Кибернетические машины - машины управляющие рабочими или энергетическими машинами, которые способны изменять программу своих действий в зависимости от состояния окружающей среды ( т.е. машины обладающие элементами искусственного интеллекта).

 

 

Окружающая среда

DI_j

I₀

Программа Кибернетические машины

DI_i I_i

Рабочая машина

 

 

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 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.

Двигатель Передаточный механизм Рабочая машина

 

 

Контрольно-управляющая машина

 

 

В последние десятилетия наряду с терминами «машина», «автомат», «автоматическая линия» в нашу жизнь все более входят понятия "робототехническое устройство" или просто «Робот». Что это такое? Робот в переводе с чешского языка означает барщина, подневольный труд. Чешский писатель К. Чапек ввел это слово в свои произведения с новым значением «Искусный в работе человек».

В современном понятии РОБОТ - машина о антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью исполняет функции человека при взаимодействии его с окружающим миром.

Промышленный робот представляет собой автоматическую машину (стационарную или передвижную), состоящую из исполнительного устройствав виде манипулятора и перепрограммированного устройства программного управления для выполнения в производст­венном процессе двигательных и управляющих функций.

Многочисленные разновидности машин отличаются своим назначением, габаритами и т.д. Однако в каждой машине есть механизм, предназначенный для преобразования вида движения, изменения величины и направления скорости исполнительного органа машины.

Механизмом называется система тел, предназначенная для пре-образования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других тел.

Вопросы для самоконтроля:

1) Какое устройство называется машиной?

2) Назовите 4 основных типа машин.

3) Какие функции выполняют технологические машины? Приведите примеры технологических машин.

4) Каково назначение транспортных машин? Приведите примеры транспортных машин.

5) Какие функции выполняют энергетические машины? Приведите примеры энергетическх машин.

6) Для чего предназначены информационные машины?

7) Что называется механизмом?

8) Что такое робот?