Важные проблемы теории машин и механизмов. Важные проблемы тмм. В свете решения основной проблемы создания теории машин автоматического действия должны быть сформулированы и те важнейшие задачи теории машин и механизмов, которые являются на данном этапе наиболее актуальными
 Скачать 20.46 Kb.
|
|
Увеличение производства и повышение производительности труда, снижение себестоимости и улучшение качества продукции машиностроительных заводов немыслимы без широкого внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. В свою очередь, задачи комплексной механизации и автоматизации требуют решения многочисленных проблем физико-математических, химических и технических наук. Особенно важен здесь прогресс в области теории машин и механизмов, призванной развивать и совершенствовать методы исследования, расчета и проектирования систем автоматического действия. Поэтому весьма актуальным является выяснение наиболее прогрессивных направлений, по которым должна развиваться эта наука, с тем, чтобы научные результаты могли быть внедрены в современное производство в наиболее короткие сроки. Весьма важно, прежде всего, развитие общей теории и расчета машин и механизмов автоматического действия, создание таких методов проектирования, которые обеспечивали бы максимальную производительность машин при минимальной затрате энергии. В настоящее время вопрос о производительности машин, чаще всего, решается эмпирически, без достаточного анализа цикловых диаграмм и лимитируется, как правило, динамическими нагрузками на отдельные звенья механизмов. Выбор законов движений рабочих органов и механизмов, осуществляющих эти законы, определяется обычно чисто кинематическими соображениями и недостаточно увязан с требованиями технологических процессов. Не используются возможности «уплотнения» цикловых диаграмм, т. е. максимального совмещения по времени отдельных операций, не разработаны методы оценки энергетических показателей машин. Все это приводит к тому, что существующие и вновь создаваемые автоматы не работают в оптимальных режимах производительности. В свете решения основной проблемы — создания теории машин автоматического действия — должны быть сформулированы и те важнейшие задачи теории машин и механизмов, которые являются на данном этапе наиболее актуальными. Рассмотрим некоторые из них. В основе проектирования машин лежит рациональный выбор входящих в их состав механизмов, которые чрезвычайно разнообразны. Кроме механизмов, состоящих из твердых звеньев, широкое распространение получили механизмы с гидравлическими, пневматическими, электрическими и электронными устройствами. Первым шагом в овладении теорией этих механизмов должна явиться их систематизация, в первую очередь в направлении создания и развития методов их синтеза. Наиболее развитыми являются методы синтеза механизмов с жесткими звеньями: рычажных, кулачковых и зубчатых. Но и для этих механизмов некоторые вопросы разработаны недостаточно. Так, синтез рычажных механизмов, если не считать учета угла передачи, определяется чисто кинематическими соображениями; динамические факторы учитываются только последующими расчетами. Необходимо развивать методы синтеза рычажных механизмов с учетом геометрии распределения масс звеньев, потерь в кинематических парах и КПД всего механизма, точности движения звеньев, устойчивости режимов движения механизмов. Для решения этих задач целесообразно использовать компьютеры и методы электромоделирования. Важной задачей синтеза кулачковых механизмов являются изучение теории соударения элементов высших пар с учетом упругих свойств материалов, из которых они изготовлены, и точное технологическое воспроизведение профилей кулачков. Одним из возможных здесь путей является метод кинематического образования профиля, аналогичный методу, применяемому при производстве зубчатых колес по способу обката. Другими путями получения точных профилей могут явиться методы штампования, а для кулачков из пластмассы — метод заливки в профилированные формы. Во всех этих случаях требуется изучение геометрии профилей, являющихся сложными кривыми. В решении задач синтеза зубчатых механизмов основное внимание необходимо уделить созданию зубчатых передач, способных передавать большие мощности. В связи с этим должны быть расширены работы по изучению геометрии и способов производства зубчатых передач. Необходимо также развивать теорию синтеза и методов изготовления некруглых зубчатых колес. Современные машины автоматического действия имеют в своем составе гидравлические, пневматические и электрические устройства. Синтезу этих устройств и методам их расчета в последние годы уделялось существенное внимание, но много еще предстоит сделать. Следует указать, что до сих пор не разработаны критерии сравнительной оценки механических, гидравлических, пневматических и электрических устройств в механизмах, и конструкторам часто неясно, какие из этих устройств предпочтительнее применять в тех или иных системах. Недостаточно изучено влияние вязкости и температуры на протекание процессов, происходящих в гидро- и пневмоустройствах, форм полостей, упругих свойств рабочих органов, геометрии трубопроводов и потерь, возникающих в них. Глубокое изучение теории механизмов этих типов важно еще и потому, что гидро- и пневмоустройства находят широкое применение не только в качестве механизмов, воспроизводящих движение рабочих органов, но и в системах автоматического управления. Особенно большого внимания заслуживает применение пневматических устройств в системах автоматического управления тех машин, для которых, по характеру выполняемых ими процессов, не требуется мгновенная или очень кратковременная команда на регулирующее процесс устройство (например сельскохозяйственных, для которых гидро- и пневмоустройства будут всегда предпочтительнее, нежели электрические или электронные, как более простые и надежные в эксплуатации). Не менее важной задачей является синтез систем с программным управлением для обработки деталей сложных или имеющих криволинейные профили конфигураций и сложных пространственных форм (коноидов, кулачков, лопаток турбин и др.). Для создания таких систем необходимо развитие теории автоматического управления машинами с использованием счетно-решающей техники, разработка теории новых систем цифровой автоматизации, в том числе таких, как самонастраивающиеся системы, в которых автоматически происходит поднастройка по определенным параметрам. Должен быть также поставлен вопрос и о синтезе устройств, предрассчитывающих наилучшие параметры технологических процессов. В сравнительной оценке различных видов механизмов, в первую очередь, с точки зрения их динамических свойств, большую помощь могут оказать методы электрического моделирования. Развитие атомной техники и производств, связанных с вредными для здоровья человека условиями, вызвало распространение в последние годы механизмов-манипуляторов, т. е. механизмов, управление которыми происходит дистанционно, путем копирования движений рук человека. Современные машины представляют собою сложные системы, в состав которых входят двигатели, механизмы, выполняющие рабочие процессы, автоматическое управление и контроль и т. д. Тот или иной режим движения машины зависит от многих факторов, к числу которых, в первую очередь, относятся силы и моменты, действующие на отдельные звенья механизмов, упругость как всей системы, так и отдельных звеньев, колебательный характер протекающих процессов, геометрия масс звеньев и обрабатываемого продукта и др. Раздел теории машин, в котором изучаются эти вопросы, носит обобщенное название динамики машин. Применение методов современной физики, химии, электротехники, радиотехники и электроники уже позволило создать ряд надежных приборов для записи и регистрации перемещений, скоростей, ускорений, сил и моментов. Созданы надежно работающие датчики, устройства для записи и регистрации экспериментально изучаемых процессов и т. д. Но задачи, которые стоят в этой области, поистине безграничны. В качестве примера укажем только на необходимость создания аппаратуры, позволяющей производить измерения без непосредственного контакта с испытуемой деталью. Кроме использования для этого свойств магнитных полей, можно, очевидно, применять в некоторых случаях радиоактивные изотопы. В практике экспериментальных исследований машин широко применяется натурный метод испытаний — при работе машин в цехах, полевых условиях, на строительных площадках и т. д. Поэтому наряду с приборами, создаваемыми для исследовательских работ в лабораториях, необходимо дальше развивать и совершенствовать аппаратуру для экспериментального исследования машин в рабочих условиях. Это должна быть несложная, легко устанавливаемая, портативная, с дистанционным наблюдением аппаратура, но использующая все современные достижения физики и электроники. Все большее и большее значение приобретают вопросы динамики машин, рассматриваемых как упругие системы. В настоящее время хорошо разработаны вопросы динамики кулачковых механизмов, в которых силовое замыкание в высшей паре осуществляется при помощи пружины. Рассмотрены также задачи динамики машин тяжелого машиностроения для тех случаев, когда расчетная динамическая схема может быть условно сведена к некоторой многомассовой системе вала с промежуточными упругими участками, и некоторые другие. Во всех этих случаях задачи сводятся к решению систем линейных дифференциальных уравнений. Между тем в машинах и механизмах, как правило, приведенные массы не являются постоянными. Поэтому уравнения динамики таких систем сводятся к системам нелинейных дифференциальных уравнений. Если же учитывать в необходимых случаях влияние зазоров в кинематических парах, то задачи динамики еще более усложняются и требуют развития специального математического аппарата. В решении этих задач — огромное поле деятельности для математиков, механиков и инженеров. Изучение упругих колебаний в машинах и механизмах является также одной из существенных проблем динамики машин. Значение этого вопроса тем более актуально, что в современной практике все шире и шире используются машины, в которых вибрационный процесс является рабочим или движение в которых осуществляется вибрационными приводами. К числу таких машин относятся вибропогружатели, машины для обогащения, некоторые машины литейного оборудования, зерноочистительные машины в сельском хозяйстве, машины для виброизмельчения и т. д. Для таких машин важно изучение не только возможных режимов движения, но и проблемы устойчивости этих режимов. Одной из центральных проблем современной теории машин является проблема динамики машинных агрегатов. Она состоит в изучении истинного движения системы двигатель — рабочая машина. До сих пор эта проблема решалась раздельно: динамика двигателя, в основном электродвигателя, решалась специалистами в области электропривода, а динамика рабочей машины — специалистами в области теории машин и механизмов. В результате до сих пор не получено, даже для простейших систем, общих методов решения, отражающих действительное протекание процессов в машинных агрегатах. Так, при динамическом исследовании движения рабочих машин использовались механические характеристики электродвигателей, т. е. зависимости момента, развиваемого двигателем, от его угловой скорости. Они определяются в отрыве от рабочей машины, носят статический, а не динамический характер. Как показывают начальные исследования, если рассматривать двигатель и рабочую машину как единую комплексную систему, то использование существующих статических механических характеристик является уже недостаточным. Единственно правильным является метод составления и решения таких уравнений движения, которые включали бы в себя все параметры, характеризующие машинные агрегаты, т. е. параметры двигателя и рабочей машины. При этом, очевидно, уже как частные, будут решаться и такие задачи, как рациональный подбор маховых масс, автоматическое регулирование движения машинного агрегата, устойчивость режима движения и др. Решая задачу динамики машинных агрегатов, нельзя также забывать, что электропривод не является единственно возможным приводом рабочей машины или исполнительного механизма. Поэтому важно сравнительное изучение свойств различных приводов, целесообразности их применения для различных конкретных случаев, более глубокое изучение физических процессов, происходящих в самих приводах. Решение задачи динамики машинных агрегатов требует знания механических характеристик рабочих машин, т. е. законов изменения производственных сопротивлений в зависимости от технологических процессов, выполняемых рабочими машинами. Изучение этих процессов ведется во всех отраслях современных производств, и во многих случаях получены ценные и полезные материалы, позволяющие построить необходимые механические характеристики рабочих машин. Но для большинства рабочих машин механических характеристик до сих пор еще нет, так как технологические процессы, выполняемые этими машинами, недостаточно изучены. Проблема создания теории технологических процессов является комплексной, в ее разрешении должны принять участие не только специалисты в области теории машин, но и физики, химики, технологи, производственники. |