Изучение в школе машиноведения преследует главным образом две цели:
а) дать представление о современном производстве;
б) создать базу для быстрого овладения профессией.
Отсюда связь теории механизмов и машин с этими дисциплинами продиктована еще одной задачей: дать общее понятие об устройстве и работе механизмов и машин и научиться самостоятельно осваивать новые машины. В общеобразовательном учреждении школьники узнают виды передач (ременную, фрикционную, червячную), кинематические схемы механизмов, получают сведения об основных частях машин, механизмах преобразования движения (винтовом и реечном). Далее школьники подробно изучают механизмы преобразования вращательного движения в поступательное (кривошипно-шатунный, кулачковый, эксцентриковый механизмы), узнают различные виды станков, составляют кинематические схемы. Систематизируются знания о видах передач, а самое главное, проводятся реферативные обобщения. Девочки на уроках технологии также проходят элементы машиноведения. Они знакомятся с устройством швейной машины, строят кинематические схемы, получают сведения о механизмах и машинах, об их устройстве и применении в народном хозяйстве и производстве.
Необходимо более тесно связать изучение теории механизмов и машин и с основами других наук, и прежде всего физики. Для этого надо объяснить закономерности устройства и работы механизмов и машин, опираясь на законы физики. В свою очередь, органически включая в курс физики соответствующий природе этой науки производственный и технический материал в такой дозе и форме, которые обеспечивают понимание учащимися законов природы, используемых в технике и технологии главных отраслей производства, учитель физики демонстрирует использование основ теории механизмов и машин в физике.
Какова же связь теории механизмов и машин с другими разделами машиноведения?
Машиноведение – комплексная дисциплина, включающая в себя шесть самостоятельных частей: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Детали машин», «Гидравлика» и «Теплотехника».
Все эти предметы тесно связаны между собой. Нельзя выделить главный из них, но можно сказать, что ТММ используется в любой части курса: построив кинематическую схему, легко разобраться в принципе действия любой машины и т. п.
Например, в разделе «Металлорежущие станки» изучаются основные типы металлорежущих станков: токарные, сверлильные, их основные детали и механизмы, основные движения механизмов при работе станка, понятие о кинематической схеме металлорежущих станков. В разделе «Детали машин и подъемно-транспортные машины» дается краткий анализ различных видов соединений деталей в машинах (разъемные и неразъемные), классификации передач. Знания, полученные по ТММ, помогут лучше разобраться в устройстве и принципе действия гидравлических передач, в устройстве насосов и их схем при изучении раздела «Гидравлика и гидравлические машины». В разделе «Общая теплотехника и тепловые машины» студенты изучают двигатели внутреннего сгорания, знакомятся со схемой, основными узлами, механизмами, возможностью определения КПД машины.
Таким образом, связь ТММ со всеми разделами машиноведения, физикой неоспорима. Учитель должен увидеть эту связь и использовать при преподавании дисциплины.
При знакомстве с введением к курсу «Теория механизмов и машин» следует уяснить, что такое механизм, механическое приспособление и машина.
Вопросы для самопроверки
1. Что изучает наука ТММ?
2. Какая существует связь ТММ с другими разделами машиноведения и физикой?
3. В чем отличие механизма, механического приспособления и машины?
4. По каким признакам классифицируются машины?
2. Структура механизмов
2.1. Механизмы – составные части машин. Элементы механизмов: звенья, кинематические пары. Классификация кинематических пар.
Методические указания
При изучении этого раздела ознакомьтесь с основными понятиями курса: деталь, звено; кинематическая пара: сочетание двух звеньев, взаимоограничивающих свободу их относительного перемещения; элемент и вид кинематической пары.
Надо иметь представление о классификации звеньев: подвижные и неподвижные; в зависимости от вида материала: гибкие, жесткие, жидкие, газообразные.
Уметь дать классификацию кинематической пары (КП):
а) на низшие и высшие, в зависимости от элемента КП; уяснить их особенности и преимущества;
б) на КП I, II.. V классов в зависимости от числа отнятых степеней свободы. Обратить особое внимание на класс винтовой пары. Проработать и запомнить условные изображения кинематической пары.
Вопросы для самопроверки
1. Что называется деталью, звеном, кинематической парой?
2. По каким признакам классифицируются кинематические пары?
3. Какие связи и степени свободы у звеньев пар: поступательной, вращательной, плоской, высшей? Каков класс каждой пары?
4. Сравните низшие и высшие пары по их особенностям, достоинствам и недостаткам.
2.2. Кинематические цепи. Их классификация.
Методические указания
В этой теме изучаются общие свойства кинематических цепей (КЦ), позволяющие механизмам выполнять их общие назначения – иметь взаимосвязанное движение звеньев. Следует знать определение КЦ: кинематической цепью называется совокупность звеньев, соединенных при помощи кинематических пар. Уяснить, что на замкнутую КЦ с определенным движением звеньев можно смотреть, как на механизм при условии одного закрепленного звена.
Обратить внимание на четыре вида КЦ:
а) открытые и замкнутые;
б) простые и сложные;
в) определенные и неопределенные;
г) плоские и пространственные.
Необходимо знать определение всех этих видов КЦ. Например, открытой КЦ называется цепь, в которой имеются звенья, входящие в одну кинематическую пару; замкнутой – все звенья входят не менее, чем в две КП; определенной кинематической цепью называется такая цепь, в которой закон движения ведомых звеньев может быть определен по закону движения ведущих; плоской называется цепь, в которой все точки звеньев перемещаются в параллельных плоскостях и т. д.
Вопросы для самопроверки
1. Дать определение КЦ.
2. Какие виды КЦ существуют; назвать их отличительные особенности.
3. Какие КЦ (замкнутые или незамкнутые) используются в качестве механизмов и почему?
4. Рассмотреть кинематическую схему какого-либо механизма и определить вид его кинематической цепи.
2.3. Механизм как частный случай кинематической цепи.
Структурный анализ механизмов, составление кинематических схем: обозначения, принятые в них.
Методические указания
При изучении этого раздела следует различать понятия механизм и машина.
Механизм – это искусственно созданная КЦ с одним подвижным звеном, предназначенная совершать вполне определенные целесообразные движения; машина – это механизм или совокупность механизмов, предназначенных для преобразования энергии и выполнения полезной работы, связанной с процессом производства и преобразования энергии. Уяснить структурный анализ механизмов: КЦ механизма, из каких звеньев состоит механизм; какие кинематические пары образуют звенья, вид и их класс.
Ознакомиться с понятием о степени подвижности механизмов и его физическим смыслом: степень подвижности показывает, сколько ведущих звеньев должен иметь механизм, чтобы движение всех остальных звеньев было вполне определенным. Знать и уметь выводить формулу для определения подвижности пространственного механизма (формулу Малышева); уметь вывести формулу академика Чебышева для определения степени подвижности плоских механизмов и дать анализ: кинематические пары каких классов имеют плоский механизм, сколько степеней свободы могут иметь свободные подвижные звенья.
Уяснить, что большинство механизмов имеет степень подвижности, равную единице. Усвоить понятия лишней степени свободы и пассивной связи.
Уметь составлять кинематическую схему механизма, знать основные условия обозначения, принятые в этих схемах. Привести конкретные примеры структурного анализа механизмов.
Вопросы для самопроверки
1. Как определить виды движения звеньев кинематической цепи по ее схеме, не прибегая к исследованию движения?
2. Что означают числовые коэффициенты при буквенных обозначениях в структурной формуле?
3. Приведите примеры механизма с пассивной связью и механизма с лишней степенью свободы. Какие особые соотношения в размерах звеньев или какая особая форма звеньев делает связь «пассивной», а степень свободы «лишней»?
3. Обзор механизмов
3.1. Обзор наиболее распространенных видов механизмов и их назначение.
1. Рычажные механизмы: двухзвеньевые, четырехзвеньевые.
2. Кулачковые механизмы (плоские и пространственные).
3. Фрикционные механизмы: цилиндрические и конические; фрикционные вариаторы, механизмы с гибкими звеньями.
4. Зубчатые механизмы: цилиндрические и конические, внешние, внутренние, реечное зацепление. Планетарные и дифференциальные механизмы; винтовые и червячные механизмы.
5. Механизмы прерывистого движения.
Методические указания
Задача раздела – познакомить с основными видами механизмов, которые в дальнейшем будут изучаться более детально. Следует обратить внимание на основные формы механизмов, на характер движения и на их назначение. Полезно подыскать примеры механизмов, которые встречаются в процессе работы и известны по личному опыту.
3.2. Понятие о классификации плоских механизмов по Ассуру. Классификация по типу звеньев и кинематических пар. Значение классификации механизмов для кинематического и силового анализа.
Первичная классификация – это разбивка механизмов на семейства, но внутри каждого семейства может быть еще своя классификация, которую очень важно уяснить.