Teoria maszyn i mechanizmów podstawową dyscypliną kształcenia inżyniera 

1.Wstęp

Teoria mechanizmów i maszyn (TMM) - dziedzina wiedzy inżynierskiej, część inżynierii mechanicznej. Jest mechaniką praktyczną, łączącą mechanikę teoretyczną z projektowaniem mechanizmów.

Rozwój Teorii Mechanizmów i Maszyn ma nierozerwalny związek z postępem cywilizacyjnym człowieka na przestrzeni wieków, z mechanizmami odkrywanymi w czasach średniowiecznych i starożytnych.Pierwszym urządzeniem mechanicznym realizującym ruch postępowy był tzw. pięściok, znany dzisiaj klin. Wszystkie noże, piły, skrobaki są modyfikacją klina. na jego bazie nastąpił rozwój połączeń-zamków, jak np. koła zaklinowanego na wale, połączenia wpustowego, zębów kół zębatych itp. Wystąpił także w charakterze elementu przekazującego ruch prostoliniowy między dwiema płaszczyznami(starożytna prasa klinowa). Taki był początek współczesnej pary kinematycznej postępowej. Stosując w czasach prehistorycznych maczugę, człowiek odkrył znaczenie ruchu obrotowego silnie zwiększonego przez przedłużenie maczugi ramieniem dźwigni - ręką. Dźwignia była pierwszym mechanicznym urządzeniem realizującym ruch obrotowy. Znana była ona pod nazwą żurawia już w starożytnym Egipcie. Tak narodziło się dzisiaj stosowane połączenie zwane parą kinematyczną obrotową.

W skład TMM wchodzi:

TMM zajmuje się:

Analiza i synteza mechanizmów zwykle są etapami procesu projektowania mechanizmu. Rozpoczyna go synteza, a następnie stosując techniki analizy sprawadza się funkcjonalność mechanizmu i w razie konieczności powraca do procesu syntezy w celu wykonania koniecznych zmian i tak aż do uzyskania zadowalającej konstrukcji.

Tylko dla prostych mechanizmów udaje się stworzyć łatwy do analizy model matematyczny. W większości przypadków przy tradycyjnej analizie mechanizmów stosuje się metody wykreślne ich analizy. Współczesne metody komputerowe pozwalają prowadzić sprawną analizę nawet skomplikowanych mechanizmów. Powoduje to stopniowe wyjście z użycia metod analitycznych i wykreślnych.

Typowymi mechanizmami są:

 

 

2.Rozwój prac naukowych

 

Rozwój teorii maszyn i mechanizmów rozpoczął się na ziemiach polskich jeszcze w XIX wieku. Już w roku 1870 utworzona została Lwowskiej Szkole Politechnicznej Katedra Mechaniki i Teorii Mechanizmów. W 1913 uzyskano zgodę na utworzenie obok innych katedr, Katedry Teorii Budowy Maszyn i Wytrzymałości Materiałów. Można wymienić uczonych którzy wnieśli poważny wkład w rozwój teorii maszyn i mechanizmów. Wśród nich byli Prof. . Robert Szewalski, Prof. Wacław Moszyński a także Prof. Jan Oderfeld. Teoria maszyn i mechanizmów jako dyscyplina naukowa rozwinęła się w ąkademii  Górniczo – Hutniczej z początkiem lat 50 ubiegłego stulecia, w tym to czasie został wprowadzony przedmiot teoria mechanizmów i maszyn, który w późniejszym czasie został przekształcony w dyscyplinę naukową  zwaną teoria maszyn i automatycznej regulacji. Początkowo  problemy rozwijane w ramach teorii maszyn i mechanizmów dotyczyły opracowania efektywnych metod, głównie wykreślnych analizy kinematycznej mechanizmów oraz dokładności tych metod. W następny etapie prace naukowe prowadzone z zakresu teorii mechanizmów i maszyn w Akademii Górniczo - Hutniczej dotyczyły analizy mechanizmów i maszyn oraz syntezy mechanizmów w sensie klasycznym - dla zadanych konkretnych warunków, a potem syntezy optymalnej przy zastosowaniu statystyki matematycznej i teorii programowania. Z tego okresu pochodzi szereg publikacji pracowników AGH, głównie Mieczysława Damasiewicza,Władysława Bogusza, Stanisława Bednarza, Antoniego Czubaka, Zbigniewa Engela, Adama Moreckiego, Danuty Krzysztoń, Mieczysława Zabawy i innych. Pracownicy AGH brali udział w I Konferencji Naukowej TMM zorganizowanej w dniach 14 - 28 maja 1956 roku w Rogowie. Katedra Mechaniki Technicznej AGH była organizatorem II Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej zorganizowanej we wrześniu 1957 roku w Krakowie. W Katedrze Mechaniki Technicznej AGH działał wówczas Zakład Teorii Maszyn i Mechanizmów pod kierownictwem Profesora Mieczysława Damasiewicza. Po objęciu w roku 1960 przez

Prof. M. Damasiewicza kierownictwa Katedry Części Maszyn, zakład został przeniesiony do tej katedry.

 Po rozszerzeniu zakresu badań, zakład otrzymał nazwę „Zakład Teorii Maszyn i Automatycznej Regulacji".

W zakładzie tym obok M. Damasiewicza pracowali Mieczysław Zabawa, Karol Tomaszewski, Kazimierz Laszczak, Wiktor Stojanowski.

W 1967 roku Zakład Teorii Maszyn i Automatycznej Regulacji został z powrotem przeniesiony do Katedry Mechaniki Technicznej, w której problematyka TMM rozwijana była przez Prof. W. Bogusza przy współudziale
Karola Tomaszewskiego. Po reorganizacji Akademii Górniczo - Hutniczej powstał Instytut Mechaniki i
Wibroakustyki, w którym utworzony został Zespół Teorii Maszyn i Automatycznej Regulacji, kierowany przez Prof. K. Tomaszewskiego. Zespół przekształcony został w Zakład Teorii Maszyn i Podstaw Automatyki, a
kierowany był w dalszym ciągu przez Profesora Karola Tomaszewskiego. Dalsza reorganizacja Akademii Gómiczo-Hutniczej przeprowadzona w roku 1992 zlikwidowała działające w ramach wydziałów instytuty. Powstała wówczas na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Mechaniki, Teorii Maszyn i Podstaw Automatyki, której kierownikiem został Prof. Karol Tomaszewski. Po przejściu na emeryturę, Prof. Tomaszewskiego na stanowisku kierownika Katedry zastąpił Prof. Stanisław Kasprzyk. W ostatnich latach Katedra Mechaniki, Teorii Maszyn i Podstaw Automatyki włączona została do Katedry Mechaniki i Wibroakustyki. W latach 60- tych i 70-tych ubiegłego stulecia problematyka prac naukowych rozszerzona została o zagadnienia nowoczesnych metod analizy i syntezy maszyn, zagadnienia dynamiki maszyn i drgań układów maszynowych, a także o problemy miernictwa i podstaw automatyki. Zajęcia dydaktyczne z teorii maszyn i mechanizmów prowadzone były na ówczesnym Wydziale Maszyn Górniczych i Hutniczych od roku 1953. Powstało pierwsze laboratorium dydaktyczne, które w latach następnych zostało bardzo rozbudowane przez zespół Profesora Tomaszewskiego. Problematyka wykładów obejmowała strukturę, kinematykę i dynamikę mechanizmów i maszyn, a następnie również podstawy sterowania i automatycznej regulacji.

 W Akademii Górniczo - Hutniczej opracowane zostały i wydane skrypty i podręczniki dla tego przedmiotu, obejmujące zagadnienia wykładów oraz ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych.

Pierwsze prace naukowo - badawcze prowadzone w Akademii Górniczo - Hutniczej z teorii maszyn i mechanizmów dotyczyły głównie kinematyki mechanizmów oraz badania ich struktury z punktu widzenia stosowalności metod wykreślnych kinematyki i dynamiki, a następnie analizy i syntezy mechanizmów i maszyn w sensie klasycznym. Wśród nich można wymienić prace dotyczące analizy i syntezy mechanizmów młotków górniczych o inercyjnym napędzie bijaka, graficznej analizy ruchu maszyn, sposobów redukcji mas i sił działających na mechanizmy wybranych maszyn górniczych. Następnie powstały prace dotyczące stateczności ruchu mechanizmów. Omówiona została metoda badania stateczności ruchu pewnych mechanizmów płaskich, polegająca na przyjęciu funkcji Lapunowa w postaci liniowej kombinacji energii kinetycznej i potencjalnej mechanizmu i określeniu warunków, przy których ta funkcja określona jest dodatnio lub ujemnie, zaś  jej pochodna całkowita względem czasu jest zerem lub przeciwnego znaku niż sama funkcja. Zastosowano metodę Routha do badania stateczności ruch mechanizmów płaskich. Wyprowadzono w jednolity sposób związki stanowiące podstawę praktycznych obliczeń oraz podano warunki, jakie muszą spełniać współrzędne uogólnione danego układu, aby metoda mogła być stosowana. Opublikowano szereg prac dotyczących analizy i syntezy maszyn. Dokonano analitycznej syntezy czteroczłonowego mechanizmu przegubowego w celu zastosowania go do napędu łyżki zasięrzutnej. Inne prace dotyczyły analizy kinematycznej płaskiego mechanizmu drążkowo - przegubowego, w którym korbę jako człon napędzający, zastąpiono prostym mechanizmem obiegowym. Przeprowadzono również syntezę tego typu mechanizmów złożonych. Wykonane zostały prace dotyczące wyznaczania zredukowanego momentu tarcia w maszynach. Pokazano sposoby wyznaczania sił zredukowanych na człon napędzający na podstawie pomiarów wykonanych w rzeczywistych warunkach przemysłowych. Były wykonane również badania dotyczące analizy i syntezy dynamicznej maszyn, w szczególności układów napędowych sterowanych za pomocą wariatorów. Prowadzone były również badania dotyczące mechanizmów hydraulicznych i pneumatycznych a także prace dotyczące własności dynamicznych silników membranowych.
Z omawianych zagadnień powstały prace doktorskie i rozprawy habilitacyjne. Problematyka działalności naukowej zespołów zajmujących się teorią maszyn i mechanizmów dotyczyła:

a. Analizy i syntezy mechanizmów złożonych, syntezy mechanizmów napędowych sterowalnych;

b. Metod badania stateczności ruchu mechanizmów płaskich;

c. Metod fizycznego i matematycznego modelowania układów dynamicznych;

d. Metod dyskretyzacji układów ciągłych;

e. Optymalizacji mechanizmów i konstrukcji maszynowych pod kątem minimum ciężaru i niezawodności    działania;

f. Problemów rozpraszania energii w maszynach;

g. Analizy  dynamicznej   konkretnych  maszyn   i  urządzeń  z
uwzględnieniem procesów technologicznych realizowanych przez te
maszyny.

Opublikowano szereg prac związanych z syntezą maszyn i mechanizmów z parametrami losowymi oraz syntezą maszyn ze sterowaniem programowym. Powstały pierwsze prace z zastosowaniem metod komputerowych do syntezy mechanizmów i maszyn. Druga grupa rozwijanych zagadnień obejmowała badania drgań układów z
nieliniowym tłumieniem i nieliniowymi siłami sprężystymi, procesów przejściowych w maszynach, badania drgań samowzbudnych przy napędzie za pośrednictwem układów ciernych, badania obciążeń dynamicznych elementów dźwignic i suwnic oraz badania układów wibrouderzeniowych. Trzeci kierunek badań obejmował zagadnienia związane z opracowaniem metodyki pomiarów w rzeczywistych warunkach przemysłowych, analizy wyników pomiarów wielkości mechanicznych, badania przetworników pomiarowych oraz badania manipulatorów i urządzeń z napędami hydraulicznymi i pneumatycznymi. Na bazie prowadzonych badań procesów dynamicznych występujących w maszynach i podczas realizowanych przez nie procesów technologicznych powstała nowa dziedzina nauki - wibroakustyka. Powstała w Krakowie przed około 40 laty - wibroakustyka zajmuje się wszelkimi problemami drganiowymi i akustycznymi zachodzącymi w przyrodzie,
maszynach, urządzeniach, środkach transportu i komunikacji a więc w środowisku. Omawiając zagadnienia teorii mechanizmów i maszyn, ważna jest „wibroakustyka maszyn", która wiąże zagadnienia teorii drgań, dynamiki maszyn, mechaniki technicznej i akustyki technicznej. Wśród różnych zadań wibroakustyki dla celów TMM wymienić należy:

- identyfikacja mechanizmów generacji drgań w maszynach, identyfikacja źródeł energii wibroakustycznej w mechanizmach i maszynach, identyfikacja dróg propagacji energii wibroakustycznej oraz opracowanie biernych i czynnych metod kontroli i sterowania tymi zjawiskami;

- synteza wibroakustyczna maszyn, pod pojęciem tym rozumiemy syntezę strukturalną, kinematyczną i dynamiczną maszyny, prowadzącą do uzyskania optymalnej aktywności wibroakustycznej w okresie eksploatacji maszyn.
Punktem wyjścia do syntezy wibroakustycznej maszyn jest analiza aktywności par kinematycznych, elementów i zespołów maszyn, która pozwoli podać związki między czynnikami zewnętrznymi, parametrami elementów,
rozwiązaniami konstrukcyjnymi oraz charakterystykami wibroakustycznymi.

3.Prace doktorskie i habilitacyjne

W ramach przedstawionych uprzednio prac naukowych prowadzonych w Akademii Górniczo - Hutniczej powstało wiele prac doktorskich i habilitacyjnych. Promotorami prac doktorskich byli profesorzy Mieczysław Damasiewicz, Stefan Ziemba, Władysław Bogusz, Zbigniew Engel, Karol Tomaszewski.        Niektóre  prace:

Zbigniew Engel - „Charakterystyczne własności, analiza i synteza mechanizmu korbowe - wodzikowego, w którym korbę zastąpiono mechanizmem obiegowym" (promotor Prof. M. Damasiewicz, 1962);

Mieczysław Zabawa - „Wyznaczanie zredukowanego momentu tarcia w maszynach" (promotor Prof. M. Damasiewicz, 1964;

Karol Tomaszewski - „Synteza i i badanie pewnego mechanizmu obiegowego sterowanego hydraulicznie jako układu automatycznej regulacji" (promotor Prof. S. Ziemba, 1966);

Kazimierz Laszczak - „Własności dynamiczne silnika membranowego prostego i możliwości jego zastosowania w układzie sterowania" ( promotor Prof. W. Bogusz 1969);

Wiktor Stojanowski - „Synteza układów regulacji o złożonej niezawodności działania" (promotor Prof. W. Bogusz 1973);

Jerzy Wapiennik - „Analiza i synteza pewnych układów mechanicznych z tłumieniem dynamicznym" (promotor Prof.Z.Engel,1974);

Czesław Haliżak - „Badania własności statycznych i dynamicznych wybranych elementów pneumatycznych" (promotor Prof. K. Tomaszewski, 1977);

Jan Zydroń - „Wpływ podzespołów składowych wysokoprężnego silnika tłokowego na jego aktywność wibroakustyczną" (promotor Prof. K. Tomaszewski 1977);

Janusz Kowal - „Synteza i analiza wybranych układów wibroizolacji sterowanej" (promotor Prof. K. Tomaszewski, 1982);

Józef Pelis - „Metoda analizy i syntezy wibroakustycznej wybranych mechanizmów" (promotor Prof. K. Tomaszewski, 1984);

Andrzej Cebula - „Synteza metryczna manipulatora robota o zadanej charakterystyce przestrzeni roboczej" (promotor Prof.K. Tomaszewski, 1993).
Obok prac doktorskich wykonane zostały prace habilitacyjne, wśród których należy wymienić pracę Karola Tomaszewskiego pt. „Napędy sterowane wariatorami".

 

II.PIERWSZY POLSKI PODRĘCZNIK TEORII MASZYN I MECHANIZMÓW

 

1.Dzieła W.Moszyńskiego

Pierwszym ośrodkiem w Polsce, w którym do studiów inżynierskich wprowadzono zajęcia z teorii maszyn i mechanizmów, była Politechnika Lwowska. Wykłady z zasad teorii mechanizmów na Wydziale Mechanicznym rozpoczął jeszcze w roku 1929/30 profesor Witold Aulich (1889-1948) i kontynuował je do roku 1938. Zreformowany w r. 1938 przedmiot przejął prof. Robert Szewalski (1903-93), który został kierownikiem utworzonej w roku 1939 Katedry Teorii Mechanizmów i Maszyn. Po wojnie najwcześniej zaczęto wprowadzać teorię maszyn i mechanizmów na Wydziale Mechanicznym Politechniki Gdańskiej. Już od roku akademickiego
1945/46 przybyły tu ze Lwowa prof. Szewalski wykładał ten przedmiot.Kolejną uczelnią podejmującą zajęcia z TMM była Politechnika Krakowska. Przybyły ze Lwowa prof. Jan Korecki w roku 1947 wprowadził do kursu

maszynoznawstwa znaczące elementy TMM. Jako odrębny przedmiot teoria mechanizmów została wprowadzona do programu studiów w r. 1954. Początki działalności dydaktycznej i naukowej w dziedzinie teorii mechanizmów w wymienionych wyżej i pozostałych ośrodkach nie doprowadziły do opracowania podręczników akademickich. Wyjątkiem jest Politechnika Warszawska. Tutaj w latach 1953-1955
prowadzono zajęcia z teorii mechanizmów (w wymiarze 2 godz. wykładu i l godz. ćwiczeń przez l semestr) na dwóch wydziałach mechanicznych w ramach Katedry Części Maszyn Wydziału Mechanicznego-Konstrukcyjnego. Zainicjował wykłady prof. Wacław Moszyński i prowadził te zajęcia do r. 1953, a po jego śmierci krótko kontynuował jego pracę doc. Edward Łysakowski. Program przedmiotu obejmował materiał zawarty w omawianym w niniejszym opracowaniu podręczniku W. Moszyńskiego. Doświadczenia tych lat przygotowały grunt dla działalności Katedry TMM, powołanej w r. 1955. Jej kierownikiem został prof. Jan Oderfeid i pełnił tę funkcję do r. 1978. Prócz niego w skład personelu Katedry wchodził l adiunkt (A. Morecki) i l starszy asystent (A. Olędzki). Od tego też roku rozpoczyna się w Polsce widoczna integracja środowiska naukowego, głównie z inicjatywy ośrodka warszawskiego. Konferencja programowa wyższych uczelni technicznych w Polanicy podejmuje decyzję o wprowadzeniu TMM do programów nauczania wszystkich politechnik i o powołaniu samodzielnych katedr tej dyscypliny. Ważnym elementem tła i kontekstu dzieła W. Moszyńskiego była sprawa braku innych podręczników i skryptów z przedmiotu. Po wydaniu Mechanizmów w r. 1952 oraz rozdziału tegoż autora w poradniku mechanika , kolejne podręczniki z TMM ukazały się po kilkuletniej przerwie.

 2.Wacław Moszyński - inżynier i naukowiec

Wacław Aleksander Moszyński urodził się 12 sierpnia 1892 w Warszawie. Studiował w Instytucie Elektrotechniki i Mechaniki Stosowanej w Nancy. W 1914 r. uzyskał tam dyplom inżyniera elektryka, a w 1915, z wyróżnieniem, dyplom inżyniera mechanika, który w 15 lat później nostryfikował na Politechnice Warszawskiej. W roku 1927 stworzył podstawy polskiego układu pasowań i tolerancji. Napisał rozprawę Zasady tolerancyj (geometria tolerancyj), na podstawie której w roku 1936 uzyskał stopień doktora nauk technicznych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Warszawskiej. W roku 1937 W. Moszyński został członkiem korespondentem Wydziału III Nauk Mechanicznych Akademii Nauk Technicznych, a także rozpoczął pracę
na Politechnice Warszawskiej, gdzie prowadził zajęcia zlecone z części maszyn. 19.IV.1938 został profesorem zwyczajnym i kierownikiem Katedry Części  Maszyn.  Pełniąc  tę  funkcję  zainicjował  reformowanie  i
unowocześnienie programów nauczania oraz planowanie prac naukowych Katedry. Rozpoczął nowatorskie badania z zakresu podstaw konstrukcji, szczególnie  w  dziedzinie  obliczeń  uwzględniających  wytrzymałość

zmęczeniową elementów maszyn oraz kinetostatyki mechanizmów z uwzględnieniem tarcia. W r. 1950 powołany został do Komisji Nauk Technicznych PAU i został członkiem zwyczajnym Towarzystwa Naukowego Warszawskiego, zaś w r. 1952 - członkiem korespondentem Wydziału IV Nauk Technicznych PAN.
Jego dorobek obejmuje ponad 100 prac, w tym 11 książek. Ostatnią jego publikacją za życia była nowatorska, pierwsza w tej dziedzinie, polska monografia Wytrzymałość zmęczeniowa części maszynowych (Warszawa
1953), oparta na wynikach badań własnych. Zmarł 18 października 1953. Istotną cechą jego osobowości profesjonalnej jest dążenie do oparcia rozwiązań problemów technicznych na możliwie głębokiej wiedzy i eksperymencie, wraz ze stałym rozwijaniem tej wiedzy, zakorzenionej w doświadczeniu. Drugim charakterystycznym rysem jego postawy jest stałe nowatorstwo, tworzenie podstaw wiedzy w tych dziedzinach,
które są lub będą ważne dla wiedzy inżynierskiej, a które jeszcze nie znalazły  zainteresowania badaczy. Tu szczególnie widoczne jest podejście, wyrażające się w tworzeniu bazy bibliograficznej w postaci fundamentalnych opracowań, podsumowujących aktualny stan wiedzy z dużym udziałem prac własnych.

Można wyróżnić kilka dziedzin nauki konstrukcji maszyn, w których W. Moszyński stał się prekursorem, stworzył podstawy, zapoczątkował prace badawcze. Należą tu przede wszystkim jego prace nad teoretycznymi
podstawami i zastosowaniami układu tolerancji i pasowań. Następnie wspomnieć należy jego olbrzymi wkład w tworzenie układu norm dotyczących konstrukcji i rysunku, a także osiągnięcia w badaniach wytrzymałości
zmęczeniowej i tworzeniu metodyki obliczeń zmęczeniowych. Osiągnięciem, zasługującym na oddzielą uwagę jest autorstwo pierwszego tak obszernego, czterotomowego podręcznika Wykład elementów maszyn. Tu również
można mówić o różnych dyscyplinach nauki konstrukcji, w których prekursorem okazał się Wacław Moszyński. Jedną z nich jest teoria mechanizmów. W niniejszej pracy zajmujemy się bliżej jedynie czwartą częścią Wykładu elementów maszyn, zatytułowaną Mechanizmy. Jest ona pierwszym w języku polskim podręcznikiem teorii maszyn i mechanizmów, niekwestionowanym osiągnięciem na miarę dziesięcioleci. Jest również całościowym ujęciem jego koncepcji dyscypliny TMM, udokumentowanym wkładem w jej rozwój.

3. Miejsce Mechanizmów w dorobku Autora

Wykład elementów maszyn to pierwszy w literaturze polskiej wszechstronny podręcznik podstaw konstrukcji maszyn. Jest on również dziełem naukowym o znaczeniu podstawowym dla dalszych prac badawczych. Wydanie tego dzieła jest wydarzeniem w historii polskiego piśmiennictwa technicznego. Wydawane było w całości czterokrotnie, w latach: 1948-52, 1951-54, 1953-55 i 1955-56. Przez kilka kolejnych lat nie publikowano żadnych podręczników z konstrukcji maszyn, a dzieło W. Moszyńskiego służyło jeszcze przez dziesiątki
lat konstruktorom i autorom kolejnych książek. Autor rozpoczął pisanie Wykładu już po wojnie, w 1945 roku. Jednakże decyzję o napisaniu obszernego podręcznika Podstawy budowy maszyn podjął jeszcze w r. 1937, obejmując Katedrę Części Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Warszawskiej. Z powodu wydarzeń
wojennych pisanie tegoż dzieła rozpoczął w końcu 1942 roku, a do sierpnia 1944 praca była gotowa w trzech czwartych. Po rocznej przymusowej przerwie, ze względu na pilne potrzeby uczelni technicznych, zdecydował
jednak o stworzeniu skróconej jego wersji i tak powstał Wykład . Dzieło Podstawy konstrukcji maszyn nie zostało opublikowane i jest przechowywane w maszynopisie w zbiorach Archiwum PAN. Książka Mechanizmy ukazała się jako czwarta, ostatnia część podręcznika Wykład elementów maszyn, już w wydawnictwie PWT w r. 1952. Gdy w r. 1948 wyszła I część Wykładu, Autor w przedmowie przedstawił plan dzieła trzytomowego (I. Połączenia, II. Łożyskowanie, III. Napędy), po którym uważał za konieczne wydanie przykładów projektowych, uzupełnionych następnie atlasem konstrukcyjnym. Plan ten potwierdził zapowiedzią dedykacji poszczególnych części profesorom: I - Cz. Witoszyńskiemu, II - M. Broszce, III - B. Tołłoczce i W. Suchowiakowi. Byli oni poprzednikami Autora w Zakładzie i Katedrze Części Maszyn Politechniki Warszawskiej, a dedykacja miała podkreślać ciągłość pracy Katedry i Zakładu. Według pierwotnych planów wszystkie te wydawnictwa miały stanowić jedynie pierwszy etap prac; w drugim miał być opracowany obszerny podręcznik, umożliwiający głębsze studia w dziedzinie podstaw konstrukcji maszyn, Wydaje się zatem, że Mechanizmy stały się samodzielną częścią Wykładu elementów maszyn dopiero w trakcie powstawania części trzeciej. Wskazywać
na to może również inna niż w pozostałych tomach dedykacja tej części - Autor poświęca ją pamięci prof. M. T. Hubera w pierwszą rocznicę śmierci (9.XII.1951), zaznaczając, iż opatrzona nią książka jest czwartą i ostatnią
częścią pracy. Widoczna jest również pewna ewolucja tytułu - podtytuł książki brzmi: Mechanizmy, ale w spisie treści mamy tytuł tomu: Napędy (ciąg dalszy). Potwierdza tę tezę również układ książki i proporcje poszczególnych części materiału. Mimo, iż jest ona już podręcznikiem teorii mechanizmów, to jednak
pozostaje w obrębie szerokiego spektrum zagadnień konstrukcji maszyn. Autor odniósł się do dostępnych wówczas podręczników, tak więc w spisie literatury  znajdziemy  prace  szkoły  rosyjskiej,  przede  wszystkim
1.1. Artobolewskiego (wyd. 1946) i S. N. Kożewnikowa (wyd. 1949), jak i kilka wcześniejszych podręczników niemieckich z książką R. Beyera (wyd. 1931). Materiał swojego podręcznika Autor dzieli na pięć rozdziałów:

mechanizmy, mechanizmy korbowe, koła zamachowe i regulatory, drgania wałów maszynowych, fundamentowanie maszyn. Ostatnie dwa rozdziały, poświęcone analizie i eliminowaniu drgań oraz
fundamentowaniu maszyn są w istocie przyczynkiem do rozwoju w Polsce dyscypliny, nazywanej obecnie wibroakustyką. Także w tej dziedzinie można uważać Wacława Moszyńskiego za prekursora, choć omawiane opracowanie było poprzedzone kilkoma cząstkowymi publikacjami innych autorów. Moszyński zestawił w jednym dziele zarówno rozważania na temat teorii i przyczyn drgań, jak i metodologię ich uwzględniania i eliminacji, tak jak to współcześnie czynią autorzy prac z dziedziny wibroakustyki.

4.Podejście do analizy i syntezy strukturalnej

Najobszerniejszą część książki zajmuje rozdział pt. Mechanizmy. Jest to w istocie cały kurs kinematyki z elementami struktury oraz kinetostatyki. Dominującą klasyfikacją mechanizmów stosowaną w podręczniku jest
klasyfikacja funkcjonalna. Podana definicja mechanizmu jest zbliżona do powszechnie używanej obecnie, przyjętej np. przez IFToMM, bowiem za mechanizm uważa Moszyński układ ruchowo powiązanych części
maszynowych mogących wykonywać określone ruchy w wyniku pobranej energii mechanicznej. Nie mniej jednak wprowadza węższe pojęcie napędu mechanicznego — jest to mechanizm, który może oddawać na zewnątrz część pobranej energii. Na tej definicji opiera rozróżnienie pomiędzy napędem mechanicznym a mechanizmem, co wyjaśnia jego rozumienie tytułów i zakresów trzeciej i czwartej części Wykładu elementów maszyn. Autor nie używa stosowanych dziś pojęć łańcucha lub układu kinematycznego. W analizie strukturalnej wprowadza klasyfikacje członów i węzłów kinematycznych zbliżone do obecnie stosowanych. Natomiast nie
wykorzystuje wprost grup Assura, mówi jedynie o mechanizmach prostych i złożonych. Płaskim mechanizmem prostym jest układ złożony z podstawy oraz z członu czynnego i członu biernego, które mogą stykać się bezpośrednio lub za pomocą czwartego członu - łącznika. Nieco dalej mówi, iż „...każdy węzeł o dwóch stopniach swobody ruchu może być zastąpiony przez zespół dwóch węzłów o jednym stopniu swobody ruchu, przy czym dodatkowo dochodzi część pośrednicząca (...)".Tak więc mechanizmem prostym jest najprostszy
mechanizm klasy drugiej, czworobok przegubowy. Mechanizmem złożonym jest układ dający się podzielić na cząstkowe mechanizmy proste. Autor nie podaje metodyki podziału, jednak w dalszym ciągu wykładu przedstawia i analizuje wiele przykładów praktycznych mechanizmów złożonych. Natomiast podaje stosunkowo obszerny zarys metodyki syntezy struktur takich układów (oczywiście, są to mechanizmy drugiej klasy). Pisze: jeżeli w dowolnych punktach dwóch różnych członów mechanizmu dźwigniowego prostego dowiążemy nowy dwuczłon, tzn. dwa nowe człony przegubowo związane, utworzymy mechanizm dźwigniowy złożony. (...) Postępując w ten sposób w dalszym ciągu, możemy tworzyć mechanizmy dźwigniowe coraz bardziej złożone." Autor w dalszej kolejności zwraca uwagę na regułę prawidłowego zwielokrotniania, która sprowadza się
do zaczepiania dwuczłonu w dwu punktach różnych członów, a nie jednego członu, co obecnie określa się zasadą utrzymania ruchliwości zupełnej. Nieco dalej pisze jeszcze o tworzeniu mechanizmów dźwigniowych dwu-, trzy-, cztero-, m-krotnych przez prawidłowe dodawanie do mechanizmu pojedynczego (prostego) jednego, dwu, trzech, m-1 dwuczłonów. Autor nie zajmuje się bezpośrednio pojęciem ruchliwości. Pisząc jednakże o
tworzeniu struktur mechanizmów dźwigniowych wskazuje na analogię pomiędzy mechanizmami złożonymi a ustrojami kratowymi. Wychodząc od relacji pomiędzy liczbą prętów a liczbą węzłów dla kratownicy statycznie
wyznaczalnej zauważa, iż zmniejszenie o l liczby prętów (członów) przy tej samej liczbie węzłów przekształca kratownicę w mechanizm o jednoznacznych ruchach członów. Odpowiednią zależność między liczbami członów i węzłów podaje jako warunek (w formie podobnej do podanej w r. 1883 przez Griiblera) na to, aby układ był mechanizmem. Zaznacza, że nie jest to warunek wystarczający, dostrzegając możliwość niejednorodnego rozkładu zdolności ruchowych w obrębie tworzonego mechanizmu i możliwość wystąpienia lokalnych przesztywnień. Oddzielny akapit poświęca Autor mechanizmom płaskim klinowym z parami wyłącznie przesuwnymi (nazywa je mechanizmami ślizgowymi), zauważając ich szczególne własności ruchowe i
podając dla nich szczególne postacie wzorów strukturalnych.

5. Kinematyka i kinetostatyka mechanizmów płaskich

Szczególnym obiektem analizy kinematycznej w podręczniku jest czworobok przegubowy, zwany prostym mechanizmem dźwigniowym. Autor podaje i udowadnia warunki Grashofa, wprowadza pojęcia mechanizmu korbowego, dwukorbowego i dwuramiennego oraz podaje ich charakterystyki i zastosowanie. Mechanizm korbowo-wodzikowy i jarzmowy rozpatruje jako szczególne przypadki czworoboku; podobnie mówi o czworoboku jako mechanizmie zastępczym dla mechanizmu krzywkowego. Do analizy położeń proponuje dyskretną metodę wykreślną, zwracając przy tym uwagę na ogromną różnorodność kształtów i interesujące cechy torów punktów związanych z łącznikiem czworoboku korbowego i dwukorbowego. Podaje kilka zastosowań technicznych wykorzystujących specyficzny kształt krzywych łącznikowych. Natomiast analizę prędkości i przyspieszeń przeprowadza Autor metodami chwilowych środków prędkości i przyspieszeń,
a także sposobem zbliżonym do metody planów prędkości i planów przyspieszeń. Przechodzi następnie do analizy dynamicznej mechanizmów, charakteryzując ogólnie typy możliwych zadań. Stwierdza, że wszystkie przypadki sprowadzają się do rozpatrywania zagadnień statycznych, bowiem albo siły bezwładności się pomija lub znając prawo ruchu siły te do układu obciążeń się wprowadza, albo też wyznacza się przyspieszenia tak, aby wynikające stąd siły bezwładności pozostawały w równowadze z obciążeniami zewnętrznymi. W tym miejscu wspomina o stosowanej w literaturze dla tej dziedziny nazwie „kinetostatyka". Uważa ją jednakże za sztuczną i zbędną, nie wnoszącą do analizy niczego istotnego i w konkluzji deklaruje, iż nie będzie jej używał w
podręczniku. Autor poświęca wiele miejsca analizie układów sił w węzłach z uwzględnieniem tarcia.Pisząc o siłach w mechanizmach dźwigniowych odwołuje się do rozważań we wcześniejszych rozdziałach Wykładu, wprowadzających stosowaną tu metodę kół tarcia już przy wyznaczaniu sprawności i analizie obciążeń w połączeniach, łożyskach i przekładniach. W omawianym fragmencie, prócz rozwinięcia metody, podaje kilka interesujących przykładów analizy oddziaływań w mechanizmach z węzłami obrotowymi, z precyzyjną ilustracją graficzną. Zgodnie z ideą klasyfikacji funkcjonalnej Autor zajmuje się w kolejnym podrozdziale analizą kinematyczną i analizą siłową mechanizmów jarzmowych i ich pochodnych (przede wszystkim maltańskich) oraz mechanizmów zapadkowych. Inny z podrozdziałów omawia szczegółowo analizę
mechanizmów łękowych (kulisowych). Proponowane metody analizy są analogiczne do podanych w podrozdziale o mechanizmach dźwigniowych; mechanizmy jarzmowe i kulisowe są jedynie ich odmianą i Autor o tym wspomina. Omawianie mechanizmów krzywkowych rozpoczyna Autor od zastosowań i syntezy zarysu krzywek na podstawie zadanego prawa ruchu popychacza, przedstawiając także potrzebę i metodę modyfikacji tego prawa tak, aby otrzymane przyspieszenia i siły bezwładności nie przekraczały racjonalnie uzasadnionych wartości. Bazą do tych rozważań jest układ z tarczową krzywką obrotową i przesuwnym popychaczem, nie mniej jednak rozpatruje również przypadki wahliwego popychacza, krzywki wahliwej i przesuwnej, bębnowej,
wielokrotnej, stałej i regulowanej. Kolejno przedmiotem wykładu jest analiza kinematyczna podstawowych rodzajów mechanizmów krzywkowych, a także analiza sił, przy czym tak jak poprzednio, każdy przykład zawiera starannie zilustrowane porównanie rozkładu sił bez uwzględnienia tarcia i z tarciem. Podrozdział zamyka wprowadzenie do analizy i syntezy mechanizmów dwukrzywkowych, także o zarysie ewolwentowym.

Oddzielny podrozdział poświęca Autor mechanizmom kierującym. Nazywa tak każdy układ, „(...) którego określony punkt opisuje prawidłową z góry założoną linię i dzięki temu może być wykorzystany dla kierowania dowolnego członu innego, związanego z nim w tym punkcie mechanizmu." Są to głównie mechanizmy dźwigniowe. Ze względu na ich specyfikę Autor zajmuje się analizą położeń i dowodzeniem szczególnych właściwości kolejno rozpatrywanych układów. Tak więc przegląd rozpoczynają prostowody Watta i Evansa oraz mechanizmy indykatorowe. Kolejno przedstawione zostały różne rozwiązania pantografów i inwersorów.

Należne miejsce zajęły mechanizmy elipsografów, cykloidografów, itp. Autor przedstawia np. rozwiązanie konstrukcyjne prowadnic elipsografu z regulowaną długością łącznika, a także rekonstrukcję przyrządu Leonarda da Vinci, służącego jako tokarka eliptyczna. W dalszym ciągu wykładu omawia zasadę działania przyrządów do wiercenia otworów kwadratowych i sześciokątnych. Podrozdział kończy punkt poświęcony równoległowodom, ich konstrukcji i zastosowaniu.

6. Analiza dźwigniowych mechanizmów przestrzennych

Szczególnie interesująca z punktu widzenia obecnego stanu wiedzy może być lektura   podrozdziału   poświęconego   dźwigniowym   mechanizmom przestrzennym. Pierwszym przedmiotem rozważań jest przegub Cardana, dla którego Autor przeprowadza analizę położeń, prędkości i przyspieszeń metodą analityczną. Następnie analizuje ruch podwójnego sprzęgła Cardana. W kolejnym punkcie wykładu przechodzi do analizy ogólnego przypadku przestrzennego czworoboku przegubowego o wichrowatym położeniu osi obrotu ramion. Przyjęte proporcje wymiarów wskazują na czworobok dwuwahaczowy. Jako ilustracje do zastosowanej metody podaje rysunek czworoboku w perspektywie, zbliżonej do dimetrii prostokątnej, na którym oś ramienia biernego i krawędź płaszczyzn obrotu ramion są równoległe do osi układu. Obok znajdziemy rzut prostokątny mechanizmu na płaszczyznę ramienia biernego z odpowiednimi kładami elementów nierównoległych. Ten
rysunek stanowi podstawę przedstawienia wykreślnej metody analizy położeń. Następnie oba rysunki zostały wykorzystane do wyprowadzenia ogólnej zależności na przełożenie, a konstrukcje wykreślne do wyznaczenia wielkości występujących w tej zależności. Po tym wywodzie Autor udziela następującej wskazówki metodycznej: „Jak widzimy, przebieg wyznaczania prędkości jest mimo wszystko dość zawiły. (...) Tym bardziej zawile przedstawia się sprawa przyspieszeń. Toteż najlepiej jest poprzestać jedynie na bardzo starannym wyznaczeniu położeń czopów korbowych C1 i C2  w kolejnych, równych odstępach czasu, posiłkując się przy tym rysunkiem, zrobionym w dostatecznie dużej podziałce, i według nich wyznaczyć prędkości i przyspieszenia (...)". Analiza czworoboku w przypadku prostopadłych osi obrotu ramion znacznie się upraszcza. Autor podaje różne schematy takich mechanizmów i przedstawia wykreślną analizę położeń i prędkości jednego z nich (symetrycznego dwukorbowego). Przedstawia również metodę analityczną wyznaczania położeń, prędkości i przyspieszeń, przy czym zależności wyprowadza dla dość ogólnego przypadku czworoboku korbowego niesymetrycznego. Funkcją położenia jest dwuznaczna zależność sinusa kąta położenia ramienia biernego od sinusa kąta położenia korby. Dalsze rozważania prowadzą do wniosków na temat uproszczeń uzyskanych formuł dla układu o bardziej szczególnych zależnościach wymiarowych, a także do wskazówek, jak otrzymać analogiczne wzory dla przypadku najbardziej ogólnego, rozważanego na wstępie. Sprawę przydatności metod i wyboru najodpowiedniejszej z nich rozstrzyga Autor następująco: „Jak widzimy, w tym szczególnie prostym przypadku uzyskujemy tak proste wzory obliczeniowe, iż właściwie stanowią one najłatwiejsze narzędzie analizy ruchu mechanizmu. Jeżeli zmienimy nieco jego układ, wzory wypadną o wiele bardziej złożone i sposób wykreślny okaże się wygodniejszy od obliczeniowego zarówno w odniesieniu do położeń, jak i
prędkości ramienia biernego." Podrozdział kończy konstrukcyjne nawiązanie do struktury rozpatrywanych
mechanizmów. Autor przedstawia rozwiązanie węzła kulistego, o którym pisze, iż jest nieodzowny w układach przestrzennych. Sprowadza się ono do zastąpienia węzła kulistego przez węzeł dwuprzegubowy o przecinających się i prostopadłych osiach przegubów. Rysunek aksonometryczny i opis pozwalają
na dość dokładne odtworzenie konstrukcji takiego węzła.

7. Moszyński jako prekursor biomechaniki i ergonomii

Myśl, będącą osią jego poglądów w tej dziedzinie, zawarł Autor w trzeciej części Wykładu, gdy przy okazji uwag o ogólnej budowie przekładni napędowych napisał: „Prawidłowe zaprojektowanie maszyny wymagającej w swej pracy ustawicznego udziału obsługującego ją człowieka narzuca konieczność zapoznania się z układem ciała ludzkiego, rozpatrywanego jako złożony układ dźwigni o określonych rozmiarach." W tym ogólnym stwierdzeniu wyróżnić można dwa aspekty - poznawczy i aplikacyjny, z których każdy zasługuje na oddzielną analizę. Po pierwsze mówi Autor o konieczności poznawania mechaniki ciała ludzkiego i badania jego
własności jako układu mechanicznego z zastosowaniem adekwatnych modeli i metod. Tym samym wskazuje na potrzebę rozwijania dziedziny, zwanej obecnie biomechaniką. Po drugie, za oczywiste uważa użycie w projektowaniu kryteriów, mających na względzie dostosowanie maszyn do wymagań wynikających z bezpieczeństwa oraz właściwości ciała i psychiki obsługującego je człowieka. Tu z kolei Autor postuluje pracę nad ergonomicznymi kryteriami konstruowania i ich powszechne stosowanie w postaci ogólnie dziś przyjętej.

W części czwartej Wykładu rozwinął tę myśl, umieszczając podrozdział zatytułowany Organizm  ludzki jako  część składowa mechanizmu. Prezentowane podejście do problemów biomechaniki polega na stworzeniu
modelu ciała ludzkiego jako układu połączonych ze sobą dźwigni. Określenie dokładnych  wartości   wymiarów  poszczególnych   odcinków   kości, wpływających na wymiary i odległości istotne przy wykonywaniu dowolnej
pracy, dla ciała mężczyzny o przeciętnym wzroście, to punkt wyjścia wszystkich analiz. Charakterystyka mechaniczna stawów jest interesująca z punktu widzenia biomechaniki, warto ją przytoczyć w całości: „Rzeczą istotną jest budowa węzłów (stawów) poszczególnych członów; stawy ramion i udowe są kuliste stawy łokciowe i kolanowe są walcowe; jednak swoista budowa stawu łokciowego umożliwia wydatne ruchy obrotowe kiści rąk dokoła osi przedramienia (w granicach niemal ± 90°). Stawy napięstka i stóp mają bardziej złożoną budowę i tworzą węzły przestrzenne o dość ograniczonych wahaniach. Również niezwykle złożona jest budowa stawów kiści ręki, czyniąca z niej znakomite narzędzie pracy. Dolna część kręgosłupa i swobodne wiązanie ramion z jego górną częścią nadają kadłubowi organizmu ludzkiego znaczną i wszechstronną podatność." Kolejno podaje Autor przykłady wykorzystania powyższych danych do wyznaczenia najdogodniejszego wzniosu i długości korby ręcznego kołowrotu oraz wysokości siedzenia przy lekkiej pracy ręcznej. Po kilku uwagach na temat projektowania obrabiarek przedstawia i omawia 16 schematów położenia i wymiarów ciała człowieka pracującego w różnorodnych pozycjach, przy obsłudze wielu różnych urządzeń. Przytoczymy dosłownie wskazówki praktyczne, jakich Autor udziela konstruktorom urządzeń, dążącym do stworzenia najkorzystniejszych warunków pracy obsługującemu człowiekowi: „Konstruktor ma zawsze możność sporządzić schematyczny rysunek (...) i sprawdzić rozmieszczenie dźwigni, chwytów itp. organów kierowniczych -względem stanowiska człowieka obsługującego projektowaną maszynę. Jeżeli rysunek maszyny zrobiony jest na przezroczystej kalce, najwygodniej jest podłożyć pod nią schematyczny, we właściwej podziałce zrobiony rysunek organizmu ludzkiego (...) i odpowiednio przesuwając go i obracając bezpośrednio przerysować
kolejno różne jego człony w odmiennych prawidłowych położeniach, przystosowanych do badanego projektu maszyny. W razie potrzeby konstruktor może sam posłużyć się sobą, jako modelem człowieka obsługującego projektowaną przez siebie maszynę". Podrozdział zamykają rozważania z zakresu higieny i fizjologii pracy.