Машин і механізмів теорія , наука про загальні методи дослідження і проектування машин і механізмів . Найбільш розвинена частина науки, звана теорією механізмів, в якій вивчаються переважно властивості механізмів, що є загальними для всіх (або для певних груп) механізмів незалежно від конкретного призначення машини приладу або апарату. Наприклад, один і той же механізм для перетворення обертального руху, виконаний у вигляді зубчастих коліс, може застосовуватися в автомобілі, годиннику, мішалках апаратів хімічного виробництва. У всіх вказаних випадках потрібне одне і те ж перетворення руху, тому методи дослідження і проектування цих механізмів мають багато загального і складають вміст теорії механізмів. Іншу частину науки складає теорія машин, в якій розглядаються методи дослідження і проектування, що є загальними для машин різних областей техніки. Обидві частини науки нерозривно зв'язано між собою, оскільки механізми складають основу майже будь-якої машини.
Завдання теорії машин і механізмів дуже всілякі, але найважливіші з них можна згрупувати по трьох розділах: синтез механізмів, динаміка машин і механізмів і теорія машин-автоматів. Під синтезом механізмів розуміється та частина їх проектування, яка відноситься до вибору схеми і знаходження параметрів цієї схеми, що забезпечують виконання необхідних рухів. Завдання динаміки механізмів полягають в дослідженні руху окремих частин (ланок) механізму під дією зовнішніх сил. Теорія машин-автоматів розглядає методи побудови їх схем за умовами узгодженості роботи окремих механізмів і досягнення оптимальної продуктивності, точності і надійності машин-автоматів. Розділення завдань теорії машин і механізмів на вказані три розділи в деякій мірі умовне. Наприклад, в синтезі механізмів враховуються не лише кінематичні, але і динамічні умови; у динаміці механізмів на основі дослідження руху ланок механізму даються рекомендації по вибору параметрів механізму з умов здобуття оптимальних динамічних характеристик, тобто виконується динамічний синтез; у теорії машин-автоматів вибір виконавчих механізмів і їх параметрів грунтується на методах синтезу механізмів, а критерії оптимальності схеми машини-автомата (особливо схеми управління) часто визначаються за динамічними показниками. Проте огляд проблем науки про машини і механізми по цих розділах дає досить повне уявлення про її вміст.
Основи синтезу механізмів в його аналітичній формі були закладені в 19 столітті в роботах російського математика і механіка П. Л. Чебишева . Досліджуючи його роботи, можна представити всю послідовність вирішення завдань синтезу механізмів у вигляді трьох етапів. Перший етап — вибір основного критерію синтезу і обмежуючих умов. Кожен механізм залежно від призначення і умов експлуатації повинен задовольняти ряду вимог, всіляких за формою і змістом. Деякі з цих вимог можуть бути навіть суперечливими. Проте завжди можна встановити, яка вимога є вирішальною для правильної роботи механізму, і відповідно до цього вибрати основний критерій, по якому оцінюється його якість. Основний критерій синтезу є функцією параметрів механізму (називається також функцією-критерієм, або цільовою функцією), останні вимоги до нього формулюються у вигляді обмежуючих умов на параметри. Іншими словами, перший етап рішення будь-якої задачі синтезу — етап, на якому відбувається формалізація вимог, що пред'являються до нього. На цьому етапі завдання технологічні і конструктивні перетворюються на математичних. Другий етап — встановлення аналітичного вираження функції, що характеризує величину основного критерію синтезу. Вибір основного критерію визначається призначенням механізму. Для деяких механізмів його аналітичне вираження може виявитися дуже складним. Тим часом існують функції, які мають простіший вигляд і в той же час з достатньою для практики точністю характеризують величину основного критерію. При цьому необхідно лише, щоб погрішності від заміни функції-критерію її наближеним вираженням були менше тих погрішностей, які виникають в реальному механізмі із-за неточностей виготовлення його деталей, пружності ланок і інших причин. Третій етап — обчислення постійних параметрів механізму з умов оптимізації основного критерію з врахуванням обмежуючих умов (обмежень). У одних випадках ці умови виражаються у вигляді одного або декількох рівнянь і системи нерівностей, з яких безпосередньо знаходяться шукані параметри (точний синтез). У інших випадках відшукуються такі значення параметрів, при яких відхилення функції-критерію від оптимального значення є досить малим величиною, що задовольняє умовам практичного використання механізму (наближений синтез). Для наближеного синтезу Чебишев запропонував оригінальний метод обчислення шуканих параметрів механізму, який привів надалі до створення математичної теорії наближення функцій.
Вказані три етапи синтезу механізмів складають основний вміст завдання при їх проектуванні, оскільки все подальші операції за розрахунком на міцність деталей і по встановленню конструктивних форм вже не можуть істотно змінити його кінематичних і динамічних властивостей. Подальший розвиток методів синтезу механізмів в роботах росіян учених А. П. Котельникова (1865—1944), У. В. Добровольского (1880—1956) і інших вітчизняних і зарубіжних учених полягало у відшуканні найбільш доцільних методів виконання окремих етапів синтезу і вживання їх до різних видів механізмів (з гідравлічними і електричними пристроями, просторові із складним рухом робочої ланки самоналагоджувальні механізми і т. п.). При цьому з'ясувалося, що в простих випадках можна задовольнити вимогам, що пред'являються до основного критерію і обмежуючих умов, використовуючи нескладні графічні методи. Проте вживання цих методів не позбавляє від необхідності вирішувати задачу синтезу в декількох варіантах для здобуття результату, близького до оптимального. Лише поява ЕОМ(електронна обчислювальна машина) дала можливість ефективно і швидко виконувати третій етап синтезу, визначаючи оптимальні поєднання параметрів механізму і навіть вирішуючи такі завдання синтезу, які раніше не могли бути вирішені із-за складності і трудомісткості обчислень. У 1965—72 для типових завдань синтезу механізмів були складені програми обчислень на ЕОМ(електронна обчислювальна машина), що дозволяють оптимізувати різні критерії і враховувати велику кількість кінематичних, динамічних і конструктивних обмежень.
Розділ динаміки механізмів інколи називається динамікою машин, оскільки облік динамічних явищ, що відбуваються в механізмах, має первинне значення при проектуванні машин. У перших роботах по динаміці машин, виконаних Н. Е. Жуковським і Н. И. Мерцаловым (1866—1948), використовувалася лише механіка твердого тіла стосовно механізмів з жорсткими ланками. Після впровадження в машини нових механізмів з гідравлічними, а потім і з пневматичними пристроями (1930—50) динаміка машин стала спиратися не лише на механіку твердого тіла, але і на механіку рідин і газів (див. Механіка ). У зв'язку з істотним зростанням нагруженності і швидкохідності машин і підвищенням вимог до їх якості значно змінився вміст завдань динаміки машин: з'явилася необхідність враховувати пружні властивості ланок, зазори в рухливих з'єднаннях, змінність мас і моментів інерції і тому подібне Особлива увага стала приділятися розвитку методів теорії коливань механічних систем в застосуванні до реального механізму з його пружними і не цілком пружними елементами, зазорами, сухим тертям і мастилом, наявністю складних закономірностей деформації матеріалів і тому подібне Вивчалося і продовжує вивчатися шкідлива дія коливань, що викликають збільшення навантажень на ланки механізму, втрату стійкості, втомні поломки, недопустиму зміну наказаного закону руху. В той же час можливо і корисне вживання коливань в вібраційних машинах, для яких коливальний рух робочого органу складає основний рух, заданий призначенням машини. До цих машин належать, наприклад, вібротранспортери, вібросортувальні машини, вібромашини для забивання паль і ін. Вирішення нових завдань динаміки машин грунтується на розвитку методів аналітичної механіки і нелінійної теорії коливань, механіки змінної маси і теорії пружності. Особливе значення для вирішення цих завдань мають ті методи, які дозволяють досить ефективний і швидко без інтеграції систем диференціальних рівнянь отримувати динамічні критерії для розрахунку механізмів по частотах і амплітудах сталих коливань, для визначення кордонів стійкості і тому подібне
Теорія машин-автоматів порівняно недавно (1945—50) стала розглядатися як одна з найважливіших частин теорії машин і механізмів. Машини-автомати відрізняються від неавтоматизованих машин в першу чергу тим, що послідовність роботи окремих механізмів, включаючи механізми завантаження і вивантаження, задається системою управління. Тому розвиток теорії машин-автоматів пов'язаний з вдосконаленням методів побудови схем управління по вибраному критерію оптимальності, наприклад по умові здобуття мінімального числа елементів, складових схему. Найбільшого поширення набули методи, засновані на вживанні алгебри-логіки, і відповідно цей розділ теорії машин-автоматів отримав назву логічного синтезу систем управління. У системах управління поряд з електричними елементами стали застосовуватися пневматичні, такі, що володіють, як правило, більшою надійністю. Розвиток методів побудови систем управління машинами-автоматами привів до створення систем програмного управління, в яких програма необхідних переміщень виражається у формі чисел (цифр) — елементарних (малих) кроків. Для реалізації цих кроків передбачають спеціальних типів двигунів, званих кроковими електродвигунами . Особливу цінність мають самоналагоджувальні системи, що адаптуються програмного управління, в яких програма автоматично коректується з врахуванням досвіду попередніх циклів роботи системи і умов, в яких повинна працювати ця система.
Останнім досягненням теорії машин-автоматів є розробка методів проектування роботів, тобто машин-автоматів, моделюючої властивості і функції живих організмів і, зокрема, що імітують дії людини при переміщенні в просторі знарядь і об'єктів праці. За своєю схемою робот багато в чому тождествен маніпулятору (механічній руці), який застосовується для роботи у вакуумі, під водою і в агресивних середовищах. Виконавські органи маніпуляторів здатні здійснювати складні просторів, рухи, необхідні для виконання робочих операцій. Для управління діями маніпуляторів і роботів використовуються сучасні методи і засоби обчислювальної техніки, що дозволяють оперативно складати і міняти програми рухів. У поєднанні з верстатами, контрольними і складальними автоматами, оснащеними системами програмного управління, вживання роботів сприяє комплексній автоматизації виробництва. Їх вживання додає системам машин-автоматів гнучкість і пріспосабліваємость до умов виробництва, що змінюються. При проектуванні роботів і маніпуляторів використовуються в єдиному комплексі методи теорії машин і механізмів і теорії управління. Стосовно проектування роботів і автоматичних маніпуляторів розвиваються як загальні методи — структурний синтез просторів, незамкнутих кінематичних ланцюгів, кінематика і динаміка просторів, механізмів з багатьма мірами свободи, теорія механізмів із змінною структурою, що змінюється в процесі руху, так і методи вирішення завдань, що відносяться лише до маніпуляторів, — створення маневреності, стійкості в роботі, вибір правильного співвідношення корисних і холостих ходів, а також проектування таких систем, в яких оператора відчуває зусилля, що створюється на робочому органі або на захваті.
По всіх трьох вказаних розділах теорії машин і механізмів ведеться інтенсивна робота в багатьох країнах. У СРСР, США, ГДР(Німецька Демократична Республіка), СРР(Соціалістична Республіка Румунія), ЧССР(Чехословацька Соціалістична Республіка) і ФРН(Федеральна Республіка Німеччини) систематично (через 2—3 роки) проводяться національні конференції з проблем цієї науки. Для організації і проведення міжнародних нарад і конгресів з теорії машин і механізмів, а також для обміну досвідом і проведення спільних робіт (в першу чергу по термінології, стандартизації, теорії маніпуляторів і по проблемах вищої освіти) в 1969 створена Міжнародна організація по теорії машин і механізмів (International Federation for the Theory of Machines and Mechanisms).
Літ.: Теорія машин і механізмів, ст 1—108, М., 1947—65; Механіка машин, ст 1—36—, М., 1966— 72—.
