Реферат ТММ


НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общетехнических дисциплин

РЕФЕРАТ

Тема: «Вклад зарубежных ученых в развитие

механики»

Выполнили

Студентки группы Т-11-2:

Снурницына М.В.

Фролова А.В.

Проверила:

Старший преподаватель:

Шевченко Софья Михайловна

г. Нижний Новгород

2014 год

Содержание

Введение

1. Немецкая школа машиноведения……………………………………………..1

1.1 «Принципы механизмов» Роберта Виллиса…………………………………2

1.2. «теоретическая кинематика» ф. Рело……………………………………….4

2. Теоретическая механика Леонарда Эйлера…………………………………..9

3. Формирование конструкторско — технологического направления изучения машин…………………………………………………………………………….10

Введение

Теория механизмов и машин (ТММ) – это наука о методах анализа и синтеза механизмов и машин. Анализ предполагает изучение свойств существующего объекта, синтез заключается в проектировании объекта по заданным свойствам. Таким образом, анализ и синтез – это две взаимно обратные задачи. В ТММ эти задачи решаются на уровне схем – структурных, кинематических, динамических.

Схема отражает наиболее важные, принципиальные свойства машины. Ошибки в схеме имеют трудноустранимые или исправляемые последствия, вот почему знание теории механизмов и машин важно для специалиста инженерно-технического направления.

В качестве самостоятельной научной дисциплины ТММ, как и многие другие прикладные разделы механики, возникла на волне промышленной революции, начало которой относится к 30-м годам XVIII столетия, хотя машины создавались задолго до этого, и простые механизмы (колесо, винтовая передача и др.) широко использовались ещё во времена Древнего Египта. Механика машин, бывшая до середины XIX в. в основном наукой описательной, начинает пользоваться аналитическими, графическими и экспериментальными методами исследований. Происходит первоначальная дифференциация теории машин: из нее выделяются описательное машиноведение, теория паровой машины, некоторые ответвления науки о машинах различных производств, в частности о транспортных машинах; к концу столетия оформляется в самостоятельное научное направление учение о деталях машин.

Усложняется и расчленяется теория механизмов, выделяются кинематика механизмов, кинематическая геометрия: самостоятельное значение получает теория шарнирных механизмов, начинает разрабатываться учение о структуре механизмов. В связи с растущим применением передач в машинах развивается теория зубчатых зацеплений, появляются приближенные методы расчета ременных и цепных передач. В динамике машин к началу XX в. самостоятельное значение приобретают теория трения и теория автоматического регулирования.

В ходе развития машинного производства теория машин и механизмов становилась все более важным, а в некоторых случаях определяющим фактором технического прогресса машиностроения. Значительная роль принадлежала тем широким научным поискам и многочисленным исследованиям, которые были начаты в последней трети XIX в. и развиты в первые десятилетия XX в.

1

1. НЕМЕЦКАЯ ШКОЛА МАШИНОВЕДЕНИЯ 1.1 «Принципы механизмов» Роберта Виллиса

Как и всякая наука, теория механизмов и машин возникла не сразу. Отдельные задачи этой теории были решены ещё в 17 веке. Теория механизмов появилась сначала как учебная дисциплина. О необходимости её преподавания впервые заговорил основатель начертательной геометрии Гаспар Монж. Он же был и первым преподавателем теории механизмов.

В 1808 г. в Париже был издан «Курс построения машин», написанный по программе Гаспара Монжа другими авторами. Этот курс можно считать первым учебником по теории механизмов и машин.

Роберт Виллис родился 27 февраля 1800 г. в Лондоне в семье врача, учился в Кембриджском университете, по окончании которого сперва занялся естествознанием, а затем философией, прикладной механикой и архитектурой. С 1829 г. он преподавал в Кембриджском университете, в 1832 г. получил Джексоновскую кафедру. В 1832 г. Виллис был избран членом Королевского общества, а в 1833 г.— действительным членом Британской ассоциации наук.

В 1837 г. Виллис опубликовал сообщения о зубчатых зацеплениях и об одонтографе (инструменте для определения вычерчивания вида зубцов, зубчатых колес разного радиуса и числа зубцов). В эти годы он уже писал свои «Принципы механизмов» — одно из классических и основополагающих произведений в науке о машинах.

Виллис подошел к проблеме создания учения о механизмах с аналитико-критической точки зрения. Изучив сочинения своих предшественников, он пришел к выводу, что первое, что нужно сделать, это отделить кинематику от динамики. Он не считал рациональным введение в изучение гибких и жидких звеньев и рекомендовал ограничиться исключительно изучением

2

механизмов с жесткими звеньями. Механизмы такого рода Виллис назвал «чистыми механизмами». И, наконец, он указал на то, что, прежде чем производить исследование механизмов, их следует классифицировать, исходя из некоторых ясных и логически обоснованных принципов. При этом Виллис указал на неясность и неопределенность понятия «элементарной машины» и определил понятие механизма, которое после него, с теми или иными изменениями, приобрело права гражданства в науке о машинах.

На этом основании Виллис предлагает уточнить основное положение учения о механизмах и рассматривать их не как приспособления, служащие для преобразования движения, а как систему жестких звеньев, с помощью которой можно выполнить передачу и преобразование движения и которая зависит исключительно от конструкции этой системы. Тем самым Виллис связывает движение с геометрией механизма, исключает действие иных механизмов и рассматривает механизм как замкнутый на себе объект.

Исходя из этого, Виллис основывает свою классификацию на следующих принципах:1. Отношение скоростей. Если скорости ведущего и ведомого звеньев механизма зависят от соответствующих сил, то отношение их от сил уже не зависит. Принимается, что отношение скоростей может быть постоянным

или переменным.

2. Элементарная форма механизма. Виллис распределяет все механизмы на четыре группы: механизмы с перекатывающимися звеньями, механизмы со взаимно скользящими звеньями, шарнирные механизмы, передачи гибкими звеньями. Несколько позже Виллис добавил пятую группу – сдвоенные звенья.

Простыми механизмами, по Виллису, являются такие, которые имеют по два или три подвижных звена. Он подразделяет их на классы: к классу А

3

относятся механизмы, у которых соотношение скоростей ведущего и ведомого звеньев сохраняют постоянную величину и знак для всего времени движения механизма; к классу В относятся механизмы с отношением скоростей, переменным по величине, но постоянным по знаку; наконец, класс С заключает в себе механизмы, у которых отношение скоростей

постоянно, но отношение направлений переменно.

Дальнейшее подразделение классов на группы Виллис производит, исходя из способа передачи движения: 1) при помощи взаимного перекатывания поверхностей; 2) при помощи взаимного скольжения поверхностей; 3) при помощи гибкого звена; 4) шарнирными механизмами; 5) при помощи сдваивания звеньев. Далее Виллис рассматривает сложные механизмы. Он подразделяет их на два класса, исходя из принципа сложения скоростей и

сложения перемещений.

Таковы основные принципы классификации Виллиса. Нельзя сказать, чтобы она была очень ясной, да автор и сам это понял и внес во второе издание своей книги некоторые коррективы, не особенно, впрочем, существенные. Очистив техническую кинематику от инородных включений, Виллис не смог провести последовательный анализ, в результате чего в его систематике механизмов оказались слабые места.

4

1.2. «теоретическая кинематика» ф. Рело

В третьей четверти века шарнирные механизмы попадают также в поле зрения немецких ученых, ведущая роль здесь, несомненно, принадлежит крупнейшему немецкому машиноведу Рело, который в значительной степени обогатил учение о машинах.Франц Рело родился 30 сентября 1829 г. в Эшвейлере, близ Ахена, в семье, для которой техника была традиционным занятием. Получив начальное образование в школе и некоторую техническую подготовку в семье, он начал работать на заводе, сперва учеником, а затем конструктором и техником. Работая, он усиленно занимался самообразованием, в частности изучал труды Редтенбахера (знаменитого профессора учения о построении машин, под руководством которого изучали практическую механику многие инженеры и профессора). С 1850 по 1852 г. он слушал лекции в Политехническом институте в Карлсруэ, всецело находившемся в те годы под влиянием Редтенбахера.

Еще в студенческие годы Рело начал работать над исследованиями в области машиностроения. В 1854 г. он в соавторстве с Моллем издал первый том «Конструирования в машиностроении». В Германии в первой половине века кинематикой не занимались. Впервые этот предмет Рело начал читать в Швейцарии, в Цюрихском политехникуме, в 1871 г. Затем продолжил его в Берлинском ремесленном институте, а позже — в Ремесленной академии. Одновременно он начал издавать «Кинематические сообщения» и другие мемуары по прикладной теории машин. В 1875 г. Рело опубликовал первый том «Теоретической кинематики».

Над идеями «Теоретической кинематики» Рело работал с 1852 г. Таким образом, этот большой трактат явился результатом почти 25-летней интенсивной конструкторской, педагогической и научной деятельности.

5

Во введении Рело излагает краткую историю науки о машинах. Разбирая труды своих предшественников, он приходит к выводу, что в сущности кинематика как наука еще не создана. Каждая наука характеризуется определенной системой. В технической науке такая система должна не только пояснять, но и помогать создавать новое, в частности, в механике машин система должна облегчить создание новых механизмов, однако, говорит Рело, ни одна из предшествовавших систем Новых механизмов не создала.

Первая глава содержит изложение основных принципов науки. Рело утверждает, что науку о машинах следует разделить на четыре отдельных дисциплины: собственно науку о машинах, которая должна заниматься описанием существующих машин; теорию машин, которая является применением механики к машинам и объектом изучения которой должны быть машины-двигатели, а отчасти и рабочие машины; учение о построении машин и кинематику, или теорию механизмов.Связь между понятиями механизма и машины принимает затем у Рело следующую форму: если мы понудим одно из звеньев механизма с помощью некоторой силы изменить первоначальное положение, то получим машину. Как видим, в определении машины Рело исходит совершенно из иного принципа, чем его предшественники. У них существование машины определялось наличием некоторых составных частей, а именно, двигателя, или приемника, передачи и рабочего органа, или орудия. Иначе говоря, машина определялась аналитически. Идея Рело синтетична: он исходит из понятия кинематической пары и через понятия кинематической цепи и механизма переходит к определению машины. Вместе с тем определение Рело оказывается неполным: ему удовлетворяют и весы, и теодолит, и другие подобные приборы; таким образом, понятие машины расширяется, что едва

6

ли необходимо.Во второй главе изложены принципы форономии. Под этим названием Рело, пользуясь определением Аронгольда, понимает кинематическую геометрию. Сюда он относит понятия мгновенного центра вращения, полодий, исследование движения.Исследованию кинематических пар, центрального понятия кинематики Рело, посвящены третья и четвертая главы. Рело указывает, что существует лишь три вида низших облекающих пар: вращательные, поступательные и винтовые. Высшими Рело называет пары, образуемые телами, которые могут вращаться около мгновенной оси, непрерывно меняющей свое положение. Он разбирает зависимые пары, образующиеся при силовом замыкании гибкими и жидкими элементами, пружинами. Кинематические цепи Рело исследует в пятой главе.Некоторым «дивертисментом» представляются две следующие главы, посвященные изложению истории машин и символическому языку кинематики, который Рело считал одним из главных своих достижений, но он оказался таким же нежизненным, как и аналогичные предложения иных ученых.Значительный интерес представляет восьмая глава о кинематическом анализе, под которым Рело понимает разложение механизма на цепи и пары, т. е. то, что мы называем структурным анализом. Прежде всего, он применяет свой метод к исследованию «простых машин» и приходит к выводу, что они представляют собой собрание разнородных кинематических задач.В десятой главе Рело исследует большую группу шестеренных механизмов,



7

служащих для передвижения жидкостей и газов. Здесь он впервые высказывает мысль о том, что элементы кинематических пар не обязательно должны быть твердыми телами.Двенадцатая глава посвящена анализу понятия машины. Она послужила поводом к дискуссии о машине, разыгравшейся вскоре после выхода книги в свет. Начав с критики концепции французской школы, наиболее ярко выраженной в трудах Понселе, Рело приводит ряд примеров, которые, по его мнению, не соответствуют основному положению Понселе о трехчленном делении машины на двигатель, передачу и орудие. На основании подобных рассуждений Рело выводит, что орудие не составляет необходимой части машины, а является лишь возможным ее элементом. По функциональному признаку Рело делит все машины на два класса: машины для изменения положения и машины для изменения формы.Рело приходит к выводу: чтобы при помощи машины получить тело определенной формы, необходимо, чтобы форма орудия была огибающей заданной поверхности. Этот вывод является одним из первых, если вообще не первым, относящимся к механике орудия.Продолжая свои рассуждения, Рело утверждает далее, что ни орудие, ни привод, ни трансмиссия не являются обязательными составляющими машины; машина представляет собой замкнутую кинематическую цепь, причем передвигаемое или обрабатываемое тело является членом или кинематическим элементом этой цепи. Взамен общепринятой классификации Рело предлагает свою:а) главный механизм, в котором можно обнаружитьприемник и орудие;

8

б) распределитель с его подразделениями, питанием и отведением;в) механизм регулировки и остановки;г) механизм передачи.

Однако Рело отмечает, что и эта классификация несовершенна и что некоторые устройства в машинах могут попасть в разные ее подразделения.Последняя, тринадцатая, Глава посвящена синтезу механизмов. Рело различает прямой и непрямой синтез. Под прямым синтезом он понимает составление механизмов, которые могут обеспечить на заданном обрабатываемом теле определенные изменения места и формы. Но основным методом составления новых механизмов Рело считает непрямой синтез, под которым подразумевает предварительное решение всех задач определенного типа, среди которых может оказаться и искомая.«Теоретическая кинематика» Рело произвела на машиноведов большое впечатление. Уже через два-три года она была переведена на английский и французский языки и приобрела многих последователей в разных странах. К ним относились, в частности, В. Н. Лигин в России и А. Кеннеди в Англии. Во многих высших технических школах, немецких и иностранных, начали преподавать теорию механизмов «по Рело».Вместе с тем целый ряд идей и определений Рело оказался недостаточно обоснованным и вызвал возражения. Рело пользовался большим авторитетом среди ученых в области прикладной механики. Но у него было и много противников, борьба с которыми зачастую принимала с обеих сторон резкие формы и особенно обострилась на рубеже столетий.

9

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ЛЕОНАРДА ЭЙЛЕРА.

Леона́рд Э́йлер (15 апреля 1707(17070415), Базель, Швейцария — 7 (18) сентября 1783, Санкт-Петербург, Российская империя) — швейцарский, немецкий и российский математик и механик, внёсший фундаментальный вклад в развитие этих наук (а также физики, астрономии и ряда прикладных наук). Эйлер — автор более чем 850 работ.

Ряд работ Эйлера посвящён вопросам механики машин. В мемуаре «О наивыгоднейшем применении простых и сложных машин» (1747) Эйлер предложил вести изучение машин не в состоянии покоя, а в состоянии движения. Этот новый, «динамический» подход Эйлер обосновал и развил в мемуаре «О машинах вообще» (1753); в нём он впервые в истории науки указал на три составные части машины, которые в XIX веке были определены как двигатель, передача и рабочий орган. В мемуаре «Принципы теории машин» (1763) Эйлер показал, что при расчёте динамических характеристик машин в случае их ускоренного движения нужно учитывать не только силы сопротивления и инерцию полезной нагрузки, но и инерцию всех составных частей машины, и даёт (применительно к гидравлическим двигателям) пример такого расчёта.

Эйлер занимался также и прикладными вопросами теории механизмов и машин: вопросами теории гидравлических машин и ветряных мельниц, исследованием трения частей машин, вопросами профилирования зубчатых колёс (здесь он обосновал и развил аналитическую теорию эвольвентного зацепления). В 1765 году он заложил основы теории трения гибких тросов и получил, в частности, формулу Эйлера для определения натяжения троса, используемую и сейчас при решении ряда практических задач (например, при расчёте механизмов с гибкими звеньями).

10

3. Формирование конструкторско — технологического направления изучения машин

В ходе развития машинного производства машиноведение становилось все более важным фактором технического прогресса машиностроения. Важную роль играли те научные поиски и многочисленные исследования, которые были развиты в первые десятилетия XX в. на основании исследовательских

работ последней трети XIX в.

Наиболее существенный вклад в науку о машинах внесли ученые и инженеры, имевшие большой практический опыт и преподававшие в университетах, технических институтах, колледжах, военных училищах. Среди них — видные французские ученые: Ш. Лабуле, который издал обстоятельный «Курс кинематики или теории механизмов», выдержавший в 70—80-х годах три издания; Ж. Б. Беланже, написавший «Курс кинематики», Г. Гупийер, подготовивший первый университетский учебник «Курс механизмов» и специальную монографию «Теоретический и практический курс о зацеплениях», посвященный зубчатым передачам в машинах; профессор А. Резаль, выпустивший «Трактат чистой кинематики»; профессор А. Маннгейм, оформивший кинематическую геометрию в самостоятельное научное направление. В этой же области успешно работали видный бельгийский ученый Ф. Жильбер и один из основоположников статистической кинематики, американский ученый В. Гиббс.В Англии наибольшую роль в развитии кинематики машин на рубеже XIX—XX вв. сыграли работы А. Кейли, Д. Сильвестра и особенно А. Кеннеди, создавшего первый английский учебник по механике машин.

11

В Германии развивались учения знаменитого машиноведа Ф. Рело, сформулировавшего многие понятия в теории машин и механизмов и предложившего принципы их классификации. Из его последователей можно выделить двух немецких ученых: Ф. Грасгофа, выпустившего в период 1870—1890 гг. три тома «Теоретического машиностроения», и Л. Бур-местера, создавшего известный «Учебник кинематики» (1888 г.), в котором впервые для исследования механизмов были применены методы кинематической геометрии.

На рубеже XIX и XX вв. и в первые десятилетия XX в. наибольший вклад в науку о машинах вносят ученые Германии и России. В 1900 г. выходит в свет второй том «Теоретической кинематики» Ф. Рело, послуживший как бы катализатором многих работ в области механики машин. Интересные исследования в этом направлении выполнили Р. Мюллер, О. Мор, Л. Бурместер. Крупными достижениями ознаменована деятельность видного немецкого ученого, профессора Ф. Виттенбауэра, создавшего систему графических методов исследования динамики механизмов и машин. Изданная Виттенбауэром «Графическая динамика» явилась синтетическим трудом, в котором на основе многих обобщений излагались методы кинетостатического и динамического расчета механизмов, ставились некоторые проблемы механики машин.

Заключение

Работами Виллиса, Эйлера и Рёло определились основные научные направления, ставшие впоследствии содержанием науки, которая сейчас носит название «Теория механизмов и машин».

Крупным вкладом в науку о механизмах в середине XIX столетия явилась работа английского ученого Р. Виллиса, посвященная теории механизмов. Ему принадлежит классификация механизмов, основы которой не потеряли и

теперь своего значения.

Создание русской школы по теории механизмов относится к середине XIX в. и непосредственно связано с именем П. Л. Чебышева, ставшего основоположником теории структурного и кинематического синтеза механизмов. Его труды стали тем фундаментом, на котором были впоследствии развиты аналитические методы синтеза механизмов,

получившие такое широкое развитие в наше время.

Во второй половине XIX в. публикуются работы выдающегося немецкого ученого Ф. Рёло. Его труды обогатили науку о машинах принципиально новым содержанием. Им вводятся важнейшие в теории механизмов понятия о кинематической паре и кинематической цепи. Его «Теоретическая кинематика» может быть признана трудом энциклопедическим, охватывающим все стороны учения о механизмах.

На протяжении своего становления теория механизмов и машин находилась на стыке идей механики и теоретического машиностроения. Однако запросы машиностроения наука о машинах полностью удовлетворить не смогла: попытки разработать методы синтеза механизмов были неудачными, не было

создано и теории рабочих машин.

Разработка новых направлений теории механизмов и машин стала делом

ученых второй четверти XX в.

Список литературы

1. Ковалев В.И. История техники: учебное пособие для вузов – 3 изд. – Старый Оскол: ТНТ, 2009

2. Зайцев Г.Н. История техники и технологий. Учебник для вузов. – СПб: Политехника, 2007.

3. Становление научных основ машиноведения // Техника в ее историческом развитии: URL: http://www.industring.ru/system/system5.html

4. Машков А.А. Теория механизмов и машин. Изд. «Вышэйшая школа» Минск 2004 г.

5. Кореняко А.С. Теория механизмов и машин. Изд. «Вища школа», 2010 г.

6.Теория механизмов и машин: http://www.mega.kemerovo.su/library/TMM_KPATKUY_KYPC._B.H.EPMAK.pdf




Предыдущий:

Следующий: