Teorie mechanismů a strojů

Teorie mechanismů a strojů (též - Teorie strojů a mechanismů ; TMM ) je vědní disciplína o obecných metodách výzkumu, konstrukce, kinematiky a dynamiky mechanismů a strojů a o vědeckých základech jejich konstrukce.

Historie vývoje oboru

Jako samostatná vědní disciplína TMM, stejně jako mnoho dalších aplikovaných odvětví mechaniky, vznikla v návaznosti na průmyslovou revoluci, jejíž počátek se datuje do 30. let 18. století, ačkoliv stroje vznikly dávno před tím, a jednoduché mechanismy ( kolo , šroubové ozubené kolo atd.) byly široce používány ve dnech starověkého Egypta .

Hluboký vědecký přístup k teorii mechanismů a strojů se začal široce využívat od počátku 19. století. Celé předchozí období ve vývoji techniky lze považovat za období empirického vytváření strojů , během kterého byly vynalezeny velké množství jednoduchých strojů a mechanismů , mezi které patří:

• zdvihací stroje ;
• drtiče ;
• tkalcovské a soustružnické stroje;
• pumpy atd.

Teorie mechanismů a strojů se ve svém vývoji opírala o nejdůležitější fyzikální zákony - zákon zachování energie , Amontonův a Coulombův zákon pro určení třecích sil , zlaté pravidlo mechaniky atd. Zákony, věty a metody teoretické mechaniky jsou široce používány v TMM . Pro tuto disciplínu jsou důležité: pojem převodový poměr , základy teorie evolventního ozubení atd.

Lze poznamenat, jakou roli při vytváření předpokladů pro rozvoj TMM sehráli tito vědci: Archimedes , J. Cardano , Leonardo da Vinci , L. Euler , D. Watt , G. Amonton , S. Coulomb .

Jedním ze zakladatelů teorie mechanismů a strojů je Pafnuty Čebyšev (1812–1894), který ve druhé polovině 19. století publikoval řadu významných prací věnovaných analýze a syntéze mechanismů. Jedním z jeho vynálezů je Čebyševův mechanismus .

V 19. století vznikly takové úseky jako kinematická geometrie mechanismů ( Savari , Challe, Olivier ), kinetostatika ( G. Coriolis ), klasifikace mechanismů podle pohybové transformační funkce ( G. Monge ), problém výpočtu setrvačníku. ( J. V. Poncelet ) aj. Vznikly první vědecké monografie o mechanice strojů ( R. Willis , A. Borigny), četly se první kurzy přednášek o TMM, vycházely první učebnice ( A. Betancourt , D. S. Čižov Yu. Weisbach).

V druhé polovině 19. století byly publikovány práce německého vědce F. Rela , ve kterých jsou představeny důležité pojmy kinematické dvojice , kinematického řetězce a kinematického schématu .

V sovětských dobách se o rozvoj teorie mechanismů a strojů jako samostatné disciplíny nejvíce zasloužil I. I. Artobolevskij , který publikoval řadu zásadních a zobecňujících prací.

V roce 1969 byl iniciátorem vzniku Mezinárodní federace pro teorii strojů a mechanismů (IFToMM), která má 45 členských zemí, několikrát byl zvolen jejím prezidentem.

Základní pojmy

Stroj  je technický objekt sestávající z vzájemně propojených funkčních částí (sestavy, zařízení, mechanismy atd.), které jsou určeny k přijímání nebo přeměně mechanické energie za účelem plnění jemu přidělených funkcí.

Mechanismus  - systém vzájemně propojených těles určených k přeměně pohybu jednoho nebo více těles na požadovaný pohyb těles jiných. Mechanismus je základem většiny strojů .

Pevné těleso , které je součástí mechanismu, se nazývá spojka . Spojení je samostatná část nebo skupina částí, které jsou pevně propojeny. Spojení se může skládat z jedné nebo více pevných částí.

Spojení článků, umožňující jejich relativní pohyb, se nazývá kinematická dvojice . Nejběžnější kinematické dvojice: cylindrický závěs ; kulový kloub; jezdec a vodítko; šroubový převod . Na obrázcích jsou konvenční trojrozměrná označení typických kinematických dvojic pro konstrukci prostorových kinematických schémat mechanismů podle ISO 3952 [1] .

• Válcový spoj

• Posuvník a průvodce

• pár šroubů

• kulový kloub

Při konstrukci mechanismu se články spojují do kinematických řetězců. Jinými slovy, mechanismus  je kinematický řetězec, který zahrnuje pevný článek (stojan nebo tělo (základna)), jehož počet stupňů volnosti se rovná počtu zobecněných souřadnic charakterizujících polohy článků vzhledem k nosič. Pohyb článků je uvažován ve vztahu k pevnému článku - hřebenu (těleso, základna).

Úkoly disciplíny

Teorie mechanismů a strojů řeší následující problémy:

• analýza mechanismů , tj. popis pohybu, kinematická a dynamická analýza existujících a vyvinutých mechanismů;

• syntéza mechanismů , tj. navrhování struktury a geometrie mechanismů na základě daných kinematických a dynamických charakteristik;
• úkoly teorie automatů , která se zabývá problematikou konstrukce schémat automatů, založených na podmínkách pro koordinovanou činnost jednotlivých mechanismů a dosažení optimální produktivity, přesnosti a spolehlivosti automatů.

Struktura disciplíny

1. Struktura mechanismů a strojů.
2. Geometrie mechanismů a jejich prvků.
3. Dynamika strojů a mechanismů.

Aktuální stav disciplíny

Široký rozvoj počítačově podporovaných konstrukčních systémů založených na počítačové technologii umožnil výrazně snížit složitost dříve používaných grafických metod pro analýzu a syntézu mechanismů. Byla zde možnost prostorové animace virtuálních modelů mechanismů. CAD také umožňuje kontrolu prostorové kompatibility spojů ve složitých mechanismech, což bylo dříve bez tvorby modelů velmi obtížné.

Růst výpočetního výkonu umožnil opustit dříve používaná vynucená zjednodušení ve výpočtových metodách.

Rozšířila se parametrizace modelů , kdy lze například geometrické rozměry spojů měnit v kterékoli fázi návrhu s přepočtem výsledků.

Poznámky

1. ↑ ISO 3952 Kinematické diagramy — Grafické symboly

Literatura

• Artobolevskij II Teorie strojů a mechanismů. M. Science 1988.
• Nosko P. L., Fil P. V., Manko N. V., Shisman V. E. Texty přednášek z disciplíny "Teorie mechanismů a strojů" pro studenty dálkového studia.  - Lugansk: Nakladatelství VUNU je. V. Dahl, 2002. - 122 s.
• Teorie strojů a mechanismů
• Teorie strojů a mechanismů // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.  - článek ve Velké sovětské encyklopedii
• Zablonsky K. I. et al. Teorie mechanismů a strojů. - Kyjev: Vyšší škola, 1989.
• Frolov M. M. Části strojů

Odkazy

• Teorie mechanismů a strojů  — Elektronický žurnál
•  Cornell University
• Cornellova univerzita  – „Jak nakreslit přímku“  – návod od Dainy Taiminy
• Simulace pomocí softwaru Molecular Workbench
• Přednášky Pevnost materiálů, Teorie pružnosti, Teoretická mechanika, Aplikovaná mechanika, Části strojů, Teorie strojů a mechanismů

Slovníky a encyklopedie	Velký Rus
V bibliografických katalozích	GND : 4130692-2 J9U : 987007541040605171 LCCN : sh85079394 NDL : 00565752