Введение. 
Теория механизмов и машин. 
Основы проектирования по динамическим критериям и показателям экономичности

Механика машин базируется на теории, у истоков которой стоял П. Л. Чебышев — известный математик Петербургской математической школы. Характерной особенностью ее была разработка на высоком математическом уровне конкретных задач, представляющих практический интерес. Примером фундаментальной работы П. Л. Чебышева было создание функций наилучшего приближения на основании анализа точности при синтезе рычажного механизма, получившего его имя. Таким образом, оценка качества проектирования на критериальной основе была принята с самого начала развития науки «Теория механизмов и машин». Качество проектируемых машин связано с полнотой разработки и использования методов оптимального проектирования. Чем полнее учитываются критерии качества по показателям точности, быстродействия, производительности и экономичности, тем совершеннее получается машина.

Анализ машины состоит в исследовании свойств механической системы при выбранной схеме. Синтез или проектирование механизмов машины по заданным свойствам является обратной и более сложной задачей по отношению к анализу. Но разделение на анализ и синтез условно, так как при проектировании машины регулярно проводится анализ выбранных параметров путем сравнения альтернативных решений. Такой сравнительный анализ выбранных вариантов машины и механизмов составляет основу синтеза с использованием ЭВМ. Развитие программного обеспечения позволяет подойти к новым технологиям проектирования, базирующимся не на графических и аналитических методах, а использующих численные методы решения задач.

Использование метода синтеза по Чебышеву в сочетании с ЭВМ дает решение практически любой задачи проектирования по критериям точности движения. Не менее сложны задачи синтеза по динамическим критериям и критериям экономичности расхода энергии. Последним вопросам уделяется все больше внимания в виду огромной практической важности. Исторически первоначально решались задачи синтеза механизмов по кинематическим показателям и геометрическим критериям точности. Затем появилась потребность решения задач динамического синтеза машин, т. е. определения необходимых параметров машин по динамическим критериям. В качестве примера можно привести задачу определения необходимого момента инерции маховика методом профессора Н. И. Мерцалова. Актуальны исследования проблем колебаний в машинах и учет влияния на них сил трения и упругой податливости звеньев. Особой сложностью и практической ценностью отличаются проблемы повышения экономичности расхода энергии.

Оценка экономичности машин практикуется на базе КПД и критериев расхода энергии. Здесь следует указать на значительную роль в решении практических задач управления процессами в машинах и аппаратах по критериям экономичности расхода энергии ученых под руководством академика РАН А. М. Кутепова и профессора МГТУ им. Н. Э. Баумана В. И. Крутова.

На формирование курса основ проектирования машин большое влияние оказал прогресс вычислительной техники. Однако ее применение требует поставить в основу проектирования машин оптимизационные методы решения задач, так как современные задачи проектирования являются, как правило, многокритериальными. Особенностью решения таких задач является выбор и обоснование критериев оптимизации, обоснование и указание границ применимости используемых моделей машин.

Отличительной чертой машин будущего будет управление ими, но интегральным критериям, дающим всестороннюю оценку машин и протекающих в них процессов с помощью ЭВМ. Создание автоматизированных систем проектирования требует разработки методов синтеза с учетом производительности, эффективности и экономичности машин. Возникает необходимость разработки новых методов оценки качества машин, пригодных для использования па ранних стадиях проектирования. Например, отсутствие самого понятия КПД у большинства технологических машин или невозможность оценки расхода энергии на переходных режимах затрудняют всестороннюю оценку качества машин.

Из изложенного выше следует, что механика машин в настоящем ее виде является комплексной наукой, в которой проблемы экономичности и динамики машин связаны и тесно переплетаются с проблемами их оптимального проектирования на основе использования последних достижений в ы числ ител ьной техн и к и.