Теорія машин і механізмів: відмінності між версіями

Теорія механізмів і машин як наука почала формуватись на початку XIX сторіччя. У цей період закладаються основи майбутньої теорії. Формулюються основні закони [[механіка|механіки]]: [[закони збереження]] [[Закон збереження енергії|енергії]] та [[Закон збереження імпульсу|імпульсу]], "«золоте правило механіки"», закони [[тертя]]. Розвиваються поняття про [[передавальне відношення]], основи геометричної теорії [[Евольвентне зачеплення|евольвентного зачеплення]], пропонуються вирішення низки задач з кінематики і динаміки твердого тіла (вчені: Л. Карно, [[Шарль Оґюстен Кулон|Ш.Кулон]], [[Гільом_Амонтон|Г. Амонтон]], [[Джироламо Кардано|Дж. Кардано]], [[Леонард Ейлер|Л. Ейлер]]).

Основоположником теорії машин і механізмів вважається видатний математик і механік [[Чебишов Пафнутій Львович|П. Л. Чебишов]] (1821-18941821–1894), який у другій половині XIX століття опублікував низку дуже важливих праць, присвячених аналізу і синтезу механізмів, результати яких зразу ж знайшли своє застосування у техніці (див. наприклад [[механізм Чебишова]]).

У цей період розвиваються розділи теорії механізмів і машин, присвячені кінематичній геометрії механізмів (Саварі, Шаль, Олів'є), кінетостатиці ([[Гаспар-Гюстав Коріоліс|Г.Коріоліс]]), розрахункам маховиків ([[Жан-Віктор Понселе|Ж. В. Понселе]]), класифікації механізмів за функцією перетворення руху (Г.Монж) та ін. Публікуються перші наукові монографії з механіки машин (Р.Вілліс, А.Бориньї), читаються перші курси лекцій з ТММ та друкуються перші підручники (О.Бетанкур, Д. С. Чижов, Ю.Вейсбах).

У другій половині XIX  ст. публікуються роботи видатного німецького вченого [[Франц Рело|Ф. Рело]]. У своїх працях він вводить важливі в теорії механізмів поняття [[кінематична пара|кінематичної пари]], [[кінематичний ланцюг|кінематичного ланцюга]] і [[принципова кінематична схема|кінематичної схеми]].

Значний вклад у загальну теорію механізмів і машин внесли вчені: І. О.  Вишнеградський (1831-18951831–1895), основоположник теорії автоматичного регулювання, створив Петербурзьку школу конструювання машин; [[Жуковський Микола Єгорович|М. Є. Жуковський]] (1847-19211847–1921), вніс значний вклад в динаміку машин , теорію регулювання машин; Л. В. Ассур (1878-19201878–1920), дав загальні принципи будови існуючих і створення нових механізмів; [[Артоболевський Іван Іванович|І. І. Артоболевський]] (1905-19771905–1977), став організатором сучасної школи ТММ, написав праці із структури, кінематики і динаміки машин, теорії машин-автоматів, написав низку навчальних посібників.

Значний вклад в розвиток теорії машин і механізмів в ХХ столітті внесли українські вчені. Потужні школи механіків виникли в Києві, Харкові, Одесі, Дніпропетровську. Відомі у світі імена таких українських вчених в цій галузі, як [[Кожевников Сергій Миколайович|С.Н М.  Кожевников]], О. С.  Кореняко, К. І.  Заблонський, Б. І.  Костецький, Ф. К.  Іванченко та ін.

''[[Машина]]''  — [[техніка|технічний]] об’єктоб'єкт, який складається із взаємопов’язанихвзаємопов'язаних функціональних частин ([[деталь|деталей]], [[вузол (складальна одиниця)|вузлів]], [[пристрій|пристроїв]], [[механізм]]ів та ін.), що використовує енергію для виконання покладених на нього функцій.

''[[Механізм]]''  — система взаємопов'язаних тіл, що призначена для перетворення руху одного або декількох тіл у потрібний рух інших тіл. [[Механізм]] складає основу більшості [[машина|машин]] і застосовується в різноманітних технічних об'єктах.

Тверде тіло, що входить у склад [[механізм]]у, називається ''ланкою''. Ланка може складатись з однієї або декількох нерухомо сполучених [[деталь|деталей]]. Сполучення дотичних ланок, котре допускає їх відносний рух, називають ''[[кінематична пара|кінематичною парою]]''. Найпоширеніші кінематичні пари: обертальна (циліндричний шарнір), поступальна (повзун чи напрямна), гвинтова ([[гвинт]] і [[гайка]]), сферична (кульовий шарнір). На рисунках зображені умовні 3D позначення типових кінематичних пар для побудови просторових [[принципова кінематична схема|принципових кінематичних схем]] [[механізм]]ів за ISO 3952 <ref>ISO 3952 Kinematic diagrams - — Graphical symbols</ref>.

При побудові [[механізм]]у ланки сполучаються у [[кінематичний ланцюг|кінематичні ланцюги]]. Іншими словами, [[механізм]] - — це [[кінематичний ланцюг]], до складу якого входить нерухома ланка (стійка або корпус), число ступенів свободи котрого дорівнює числу узагальнених координат, що характеризують положення ланцюга відносно стійки. Рух ланок [[механізм]]у розглядається по відношенню до нерухомої ланки - — стійки (корпуса).

** [[кінематика механізмів|кінематики]] (кінематичний аналіз),

* ''синтезом механізмів'', як методом проектування механізмів попередньо обраної структури за заданими [[кінематика механізмів|кінематичними]] і динамічними параметрами.

Розділення задач теорії машин і механізмів на згадані складові частини є умовним. Аналіз і синтез механізмів зазвичай є етапами процесу проектування механізму. Проектування розпочинається із синтезу, а далі використовуючи техніку аналізу робиться перевірка його функціональності і у разі необхідності повертаються до процесу синтезу з метою внесення певних змін і так аж до отримання конструкції, що задовольняє поставлені вимоги. Наприклад, в синтезі механізмів враховуються не тільки кінематичні, але і динамічні умови; в аналізі механізмів на основі дослідження руху ланок механізму даються рекомендації по вибору параметрів механізму з умов отримання оптимальних динамічних характеристик, тобто виконується динамічний синтез; в теорії машин-автоматів вибір виконавчих механізмів базується на методах синтезу механізмів, а критерії оптимальності схеми машини-автомату (особливо схеми керування) часто визначаються за динамічними показниками.

* Динамічний аналіз механізмів.

Розділ динаміки механізмів часто називають динамікою машин, коли врахування динамічних явищ, що відбуваються в механізмах, має першорядне значення при проектуванні машин. З використанням в машинах гідравлічних і пневматичних механізмів динаміка машин почала спиратися не тільки на механіку твердого тіла, але і на [[гідроаеромеханіка|механіку рідин та газів]]. У зв'язку з істотним зростанням навантаженості та швидкохідності машин і підвищенням вимог до їх якості суттєво змінився зміст завдань динаміки машин: з'явилася необхідність враховувати пружні властивості ланок, зазори в рухомих з'єднаннях, змінність мас і моментів інерції і т. п.тощо Особлива увага почала приділятися розвитку методів теорії коливань механічних систем у застосуванні до реального механізму з його пружними і не зовсім пружними елементами, зазорами, сухим тертям і змащуванням, наявністю складних закономірностей деформації матеріалів. Вивчалося і продовжує вивчатися шкідлива дія коливань, що викликають збільшення навантажень на ланки механізму, втрату стійкості, втомні поломки, неприпустиму зміну заданого закону руху. Разом з тим можливе і корисне застосування коливань у вібраційних машинах, таких як вібротранспортери, вібросортувальні машини, вібромашини для забивання паль та ін. Вирішення нових завдань динаміки машин ґрунтується на розвитку методів аналітичної механіки і нелінійної теорії коливань, механіки змінної маси і [[теорія пружності|теорії пружності]]. Особливе значення для вирішення цих задач мають ті методи, які дозволяють достатньо ефективно і швидко без інтегрування систем диференціальних рівнянь отримувати динамічні критерії для розрахунку механізмів по частотах і амплітудах усталених коливань, для визначення границь стійкості.

Останнім досягненням теорії машин-автоматів є розробка методів проектування роботів. По своїй схемі робот багато в чому подібний до маніпулятора (механічної руки), який має застосування для роботи у вакуумі, під водою чи в агресивних середовищах. Виконавчі органи маніпуляторів здатні здійснювати складні просторові рухи, необхідні для виконання робочих операцій. Для управління діями маніпуляторів і роботів широко застосовуються програмовані контролери, котрі дозволяють оперативно змінювати програми рухів. У поєднанні з верстатами, контрольними і складальними автоматами, оснащеними системами [[ЧПК]], застосування роботів сприяє комплексній автоматизації виробництва. Їх застосування додає системам машин-автоматів гнучкості і адаптованості до перемінних умов виробництва. При проектуванні роботів і маніпуляторів використовуються у поєднанні методи теорії машин і механізмів і [[теорія автоматичного керування|теорії автоматичного керування]]. Стосовно проектування роботів і автоматичних маніпуляторів розвиваються як загальні методи - — структурний синтез просторових незамкнутих кінематичних ланцюгів, кінематика і динаміка просторових механізмів з багатьма ступенями свободи, теорія механізмів із змінною структурою, так і методи вирішення задач, що відносяться тільки до маніпуляторів - — забезпечення маневреності, стійкості в роботі, вибір правильного співвідношення робочих і холостих ходів, а також проектування таких систем, в яких оператор може відчувати зусилля, що створюється на робочому органі чи захоплюючому пристрої.

* [http://users.kpi.kharkov.ua/tmm-sapr/zaocniki/books/Kinnickij_JaT_TMM.djvu Кіницький Я.  Т.  Теорія механізмів і машин: Підручник .-К.: Наукова думка,2002 .-660 с.] ISBN 966-00-0740-Х

* [http://nuwm.rv.ua/library/text/045.pdf Теорiя механiзмiв i машин. Курс лекцій для студентів напряму підготовки 0902 "«Інженерна механіка"» денної та заочної форм навчання / Б.I.Червоний, Рiвне : НУВГП , 2006. – — 216 с.]

* Кореняко О.  С.  Теорія механізмів і машин: Навчальний посібник / За ред. Афанасьєва М. К.-К.:Вища школа,1987 .-206 с.

* Артоболевский И.  И.  Теория машин и механизмов. М. Наука 1988.

* [http://kmoddl.library.cornell.edu/model.php?cat=S Cornell university] - — Straight-line mechanism models

* [http://kmoddl.library.cornell.edu/tutorials/04/ Cornell university] - — ''"«How to Draw a Straight Line"»'' - — tutorial by Daina Taimina

* [http://mw.concord.org/modeler1.3/mirror/mechanics/peaucellier.html Simulations] using the Molecular Workbench software