Każdy złożony mechanizm w inżynierii mechanicznej składa się z zestawu prostych elementów. Aby zrozumieć, jak funkcjonuje system jako całość, konieczne jest przeanalizowanie działania każdego węzła. A to przede wszystkim jest zrozumienie, czym jest para kinematyczna.
Podstawowe terminy
Jeżeli weźmiemy dwa obiekty (ogniwa) stykające się ze sobą, a jednocześnie takie połączenie jest ruchome, to mamy do czynienia z parą kinematyczną (KP). Jego charakterystyczną cechą jest pewne ograniczenie w ruchu linków.
Ciało sztywne może mieć ograniczoną zdolność poruszania się, a ponadto istnieje coś takiego jak warunek połączenia. Zliczanych jest do pięciu warunków komunikacji, biorąc pod uwagę interakcję łączy w parze. Stąd podział na klasy. Pięć z nich zostało wyprowadzonych dla par kinematycznych, każda z nich ma swój własny stopień ruchliwości. W klasie jest sześć stopni mobilności. Cała współczesna mechanika opiera się na wykorzystaniu ostatnich trzech klas par kinematycznych.
Każde ciało (łącze) ma swoją własną geometrię. Dlatego elementy stykają się ze sobą, części odpowiadające tej formie. Okazuje się, że CP będzie w stanie wykonać tylko taki ruch,co nie będzie sprzeczne z geometrią ogniw. Ponadto, aby wykonać jakikolwiek ruch względem siebie, jedno ogniwo musi być trwale zamocowane, a drugie w parze jest naruszone.
Każdy punkt w łączu przechodzi ścieżkę (trajektorię) w momencie ruchu. Trajektoria ta może przybrać postać krzywej położonej na płaszczyźnie. Gdy płaszczyzny krzywych ścieżki ogniw w parze są równoległe do siebie, jest to płaska para. Jeżeli krzywe ruchu punktów ogniw znajdują się w przestrzeni trójwymiarowej, para kinematyczna jest przestrzenna.
Wyświetlenia
Istnieją następujące typy mechanizmów.
Para typu obrotowego to system jednokierunkowy. Ogniwa tworzące taką parę są w stanie wykonać tylko charakterystyczny obrót wokół pręta lub osi. W tym przypadku kontakt elementów odbywa się na powierzchni o kształcie cylindrycznym. Taki układ geometryczny jest zamknięty i należy do najniższych. Mechanizm analogowy w obszarze wyższych par posiada łożysko kulkowe.
Para interakcji translacyjnych jest taka sama jak poprzednia pod względem pojedynczego ruchu. W takim systemie łącza mogą wykonywać ruch translacyjny tylko w linii prostej. Mechanizm to najniższa para, zamknięta w parametrach geometrycznych.
Para typów współpracujących cylindrów. Ten system jest już dwojaki, jego geometria jest zamknięta. Jest najniższy - ogniwa mogą zarówno obracać się, jak i poruszać się w kierunku do przodu.
Para typu sferycznegojest systemem trójstronnym. Swoboda takiej pary ma stopień, który pozwala jej ogniwom obracać się w przestrzeni trójwymiarowej, opisując osie współrzędnych. Jest to również najniższy geometrycznie zamknięty mechanizm.
Para typu kulistego z palcem - dwa ruchome. Ruch (względnie niezależny obrót) ogniw w tej parze jest ograniczony przez sworzeń i szczelinę. Para najniższego rzędu jest geometrycznie zamknięta.
Para śrubowa ma jeden stopień swobody ruchu. Mechanizm niższego rzędu jest geometrycznie zamkniętym układem, w którym możliwy jest tylko ruch śrubowy z pewnym krokiem. Ruch w kierunku kątowym i liniowym jest absolutnie wyjątkowy.
Para typu płaskiego, płaski-cylindrowy, płaski-kulowy. W tych mechanizmach stosuje się siłę zamykania. Według klasy pierwszy należy do niższych, reszta do wyższych systemów. W praktyce takie pary kinematyczne ogniw nie były używane.
Klasyfikacja
KP są klasyfikowane w następujący sposób.
Według typu połączenia w punkcie kontaktu
Pary niższego rzędu stykają się z ogniwami wzdłuż powierzchni. Znalazły szerokie zastosowanie w mechanice, mają prostszą konstrukcję niż wyższe pary. Strukturalnie ich ogniwa stykają się z samolotami i przesuwają się po nich. W ten sposób istnieje równomierny rozkład obciążenia wewnątrz elementu, ale tarcie odpowiednio w punkcie połączenia ogniw wzrasta. Pozytywnym aspektem par niskiego rzędu jest to, że możliwe jest przenoszenie dużych obciążeń z łącza na łącze.
Wyższa kinematykapary mają połączenia stykające się wzdłuż krzywej lub w punktach. Ich głównym celem jest zmniejszenie stopnia tarcia między elementami ogniw podczas ruchu. Klasycznym przykładem wyższych par są łożyska lub rolki. Konstrukcja wewnętrzna tych elementów nie wpływa na ruch ogniw połączonych parami. Aby uprościć mechanizm, stosuje się metody zastępowania wyższych par kinematycznych niższymi analogami.
Według rodzaju ruchu względnego, jaki tworzą połączenia pary
- Obrotowy.
- Progresywny.
- Cylindryczny.
- Sferyczny.
- Śruba.
- Płaskie.
Jeśli w mechanizmie są tylko pary, które wykorzystują tylko pierwsze cztery rodzaje ruchu, nazywa się to dźwignią.
Zgodnie z rodzajem komunikacji między łączami
- Ze względu na efekty sił, takie jak nacisk sprężyny, masa ciała, sprężony gaz lub ciecz, siły bezwładności.
- Ze względu na geometryczny wzór elementów pary.
- W zależności od stopnia ruchliwości ogniw podczas ruchu.
- Według liczby warunków połączenia.
Mechanizmy odwracalne i nieodwracalne
Dzięki możliwości przemieszczania się łączy w systemie w zależności od wyboru łącza warunkowo stałego rozróżnia się odwracalne i nieodwracalne CP.
Jeżeli w mechanizmie dowolny element w stanie swobodnym powtarza ruch względny elementu w stanie warunkowo stacjonarnym, wówczas para kinematyczna jest uważana za odwracalną (przykład - pary poruszające się pojedynczo).
Jeśli w mechanizmie każdy element w stanie wolnym wykonujejego ruch względny różni się od pozostałych, wtedy taka para jest nieodwracalna.
Rodzaje przekładni w mechanice
Przekładnia mechaniczna jest rozumiana jako układ mechaniczny, który przekształca kinematykę i energię silnika do postaci akceptowalnej do wykorzystania przez ciała robocze maszyn w celu funkcjonowania w danym trybie.
Transmisje mają miejsce:
- Rodzaj przekładni. Takie połączenie zbudowane jest na elementach cylindrycznych i stożkowych. Te pierwsze przekazują ruch w jednej płaszczyźnie, drugie pod kątem. Koła zębate charakteryzują się zwartością i zdolnością do przenoszenia dużej mocy. Są bardzo wydajne, ale generują hałas i wymagają smarowania.
- Typ śrubowy. Oprócz klasycznej śruby w tej kategorii znajdują się przekładnie hipoidalne i ślimakowe. Ten ostatni rodzaj przekładni mechanicznej stosuje się, gdy konieczne jest uzyskanie dużego przełożenia. Wyróżnia je również cicha i płynność działania oraz zdolność do samohamowania. Wady to niska wydajność i wysokie zużycie.
- Na elastycznych elementach. Tutaj ruch i energia są przekazywane w tej samej płaszczyźnie przez różne pasy i łańcuchy. Napędy pasowe są proste i mogą pokonywać duże odległości.
- Typ tarcia. W wiązaniach tego rodzaju przykładana jest siła tarcia. Stosowane są w mechanizmach, których działanie odbywa się w trudnych warunkach.
Typ kulki
Głównym celem przegubu kulowego,tak, aby drążek kierowniczy można było połączyć za pomocą dźwigni z drążkiem obrotowym koła. Konstrukcja zawiasu zawiera końcówkę; wbudowane są krakersy, sprężyna, nasadka zaciskowa, sworzeń kulowy, olejarka. Sprężyna naciska na krakersy przegubu kulowego, które przytrzymują kołek o kulistych powierzchniach. Taka konstrukcja zapewnia, że mechanizm pozostaje sprawny nawet wtedy, gdy jest zużyty.
Zawias zawiasu
Zawiasy lub zadaszenia to mechanizmy zbudowane na bazie zawiasu cylindrycznego. Służą do otwierania i zamykania drzwi, okien, drzwi meblowych. Konstrukcja zawiasu obejmuje dwa prostokątne płótna (karty), w których wiercone są otwory mocujące i pręt. Zawiasy zawiasowe produkowane są głównie ze stali i różnych stopów.
Wniosek
Co ciekawe, ludzkie stawy reprezentują wszystkie główne typy par kinematycznych opisanych powyżej. Dlatego potrzeba zrozumienia procesów zachodzących w mechanice jest oczywista.
