Mekanizmalar ve makineler teorisi dersi

Mekanizmalar ve makineler teorisinin temel kavramları

giriiş

Mekanizmalar ve makineler teorisi dersi, bir mühendisin mekanik eğitim zincirinde bir geçiş adımıdır - öğrencinin matematik, fizik, teorik mekanik okurken edindiği temel bilgilere dayanır ve daha sonraki pratik çalışmaların temelini oluşturur. Mekanik çevrimin (özel) disiplinleri (öncelikle "Ayrıntılar" dersi için) makineler ve tasarım ilkeleri").

“Mekanizma ve Makine Teorisi” disiplinini incelemenin amacı, yüksek lisans mezunlarının gelecekteki mesleki faaliyetleri alanında kullanılan teknolojik ekipmanın temelini oluşturan mekanik sistemlerin genel analiz ve sentezi yöntemleri hakkında gerekli ilk bilgi tabanını oluşturmaktır. teknik eğitim kurumları.

Araba

Makine, insanın fiziksel ve zihinsel emeğinin yerini almak veya kolaylaştırmak amacıyla enerjiyi, malzemeleri ve bilgiyi dönüştürmek için mekanik hareketler gerçekleştiren bir cihazdır.

Gerçekleştirilen işlevler açısından makineler aşağıdaki sınıflara ayrılabilir:

Enerji makineleri (motor makineleri, jeneratör makineleri).

Çalışma makineleri (ulaşım ve teknolojik).

Bilgi makineleri (bilgiyi almak ve dönüştürmek için).

Sibernetik makineler (insanlarda ve canlı doğada var olan çeşitli mekanik, fizyolojik veya biyolojik süreçlerin yerini alan veya taklit eden ve yapay zeka unsurlarına sahip olan robotlar, otomatlar).

Bir motor, aktarma mekanizmaları ve çalışan bir makineden (ve bazı durumlarda kontrol ve bilgi işlem cihazlarından) oluşan gelişmiş bir makine cihazına makine ünitesi denir.

Makine elemanlarının temel kavramları

Parça, mekanik bir cihazın montaj işlemleri kullanılmadan yapılan ayrılmaz bir parçasıdır (örneğin: bir cıvata, somun, şaft, döküm yoluyla üretilen makine yatağı vb.).

Bağlantı, kinematik açıdan tek bir bütünü temsil eden bir parça veya parça grubudur (yani birbirine sıkı bir şekilde bağlı ve tek bir katı gövde gibi hareket eden bir grup parça).

Kinematik diyagram, bağlantıların ve tüm mekanizmanın kesinlikle ölçeğe göre yapılmış geleneksel bir temsilidir.

Kinematik bir diyagram çizerken, mekanizmanın diğer bağlantılarına (delikler, kılavuzlar vb.) bağlandığı bağlantının ana elemanları tanımlanır. Bu elemanlar geleneksel olarak tasvir edilmiştir (örneğin, delikler - isteğe bağlı yarıçaplı daireler şeklinde) ve sert çubuklarla bağlanmıştır.

Mekanizmalar ve makineler teorisinde ölçek, bir milimetrenin “fiyatı” olarak anlaşılmaktadır. Bu ölçek anlayışı (bazen ölçek faktörü olarak da adlandırılır), bir mekanizmanın işleyişini analiz ederken çok kullanışlıdır, çünkü evrenseldir ve herhangi bir fiziksel miktarı bir segment biçiminde temsil etmenize olanak tanır; bu, grafiksel ve grafik-analitik araştırma yöntemlerini kullanırken çok önemlidir.

Benzer şekilde, herhangi bir niceliği (bağlantıların yer değiştirmesi, hız, ivme, zaman, kuvvet vb.) planlar, diyagramlar, çeşitli grafikler vb. üzerinde bölümler halinde temsil edebilirsiniz.

Hareketin niteliğine bağlı olarak bağlantıların kendi adları olabilir, örneğin:

Krank - sabit bir eksen etrafında dönme hareketi gerçekleştiren ve tam bir dönüş yapan bir bağlantı;

Külbütör kolu - ileri geri dönme hareketi gerçekleştiren bir bağlantı;

Kaydırıcı – ileri doğru hareket eden bir bağlantı;

Biyel kolu, karmaşık bir paralel düzlem hareketi gerçekleştiren bir bağlantıdır;

Salıncak - kaydırıcının hareket ettiği bir külbütör kolu (veya bazen bir krank);

Bir stand, sabit bir bağlantı olarak alınan bir bağlantıdır (bir bağlantının tanımı gereği, bir mekanizmada yalnızca bir stand olabilir - tüm sabit parçalar mutlaka belirli bir çerçeveye, gövdeye, krank karterine, tabana bağlanır ve tek bir sert yapıyı temsil eder, yani. bir bağlantı).

Kinematik diyagramda, raf genellikle mekanizmanın diğer bağlantılarının kendisine bağlandığı yerlerde ayrı parçalar halinde gösterilir, bu da bu diyagramı büyük ölçüde basitleştirir.

Kinematik çift, iki bağlantının hareketli bir bağlantısıdır.

Kinematik çiftler çeşitli kriterlere göre sınıflandırılır:

1) kinematik bir çift halinde bağlanan bağlantıların göreceli hareketine uygulanan bağlantı sayısına göre. Bu özelliğe dayanarak kinematik çiftler sınıflara ayrılmıştır. Aşağıdaki gösterimler kabul edilir:

W – serbestlik derecesi sayısı

S, bağlantıların göreceli hareketine uygulanan bağlantıların sayısıdır.

Uzaydaki serbest bir bağlantının altı serbestlik derecesi vardır. Bağlantılar bağlandığında, bu serbestlik derecelerinin bir kısmı kaldırılır ("bağlar üst üste gelir"). Bağlantıların göreceli hareketinde üst üste binen bağlantıların sayısı ile kalan serbestlik derecesi sayısı arasındaki ilişki açıktır:

W=6–S veya S=6–W,

Böylece, kinematik çiftlerin beş sınıfı vardır (altı serbestlik derecesinin tümünü çıkarırsanız, sabit bir bağlantı elde edersiniz).

Kinematik çiftlere örnekler:

Uçağa göre top, ondan kopmadan, üç koordinat ekseninin tamamı etrafında dönme hareketleri gerçekleştirebilir, ayrıca "X" ve "Y" eksenleri boyunca hareket edebilir. "Z" ekseni boyunca hareket ederken top düzlemden kopacaktır, yani. iki serbest bağlantı olacak - kinematik çiftin varlığı sona erecek. Böylece, bağlantıların göreceli hareketi üzerine bir bağlantı eklenir - bu, sınıf I'in kinematik bir çiftidir.

Silindir düzleme göredir; temasın doğası bozulmadan silindir "Z" ekseni boyunca hareket ettirilemez ve "Y" ekseni etrafında döndürülemez, yani. tahvil sayısı ikidir - bir sınıf II çifti.

Temasın doğasını bozmadan başka bir düzleme göre bir düzlem, "X" ve "Y" eksenleri boyunca ötelemeli olarak hareket edebildiği gibi, "Z" ekseni etrafında da dönebilir. "Z" ekseni boyunca öteleme hareketi ve "X" ve "Y" eksenleri etrafında dönme hareketleri mümkün değildir. Dolayısıyla bağlantı sayısı üçtür; sınıf III'ün kinematik çifti.

G=5 G=4 G=3

S = 1 => I sınıfı. S = 2 => II sınıfı. S = 3 => III sınıfı.

Kinematik çift örnekleri

Örneğin bir cıvata ve bir somun beşinci sınıf kinematik çifti oluşturur. Bu durumda, sabit bir cıvata ile somunun iki hareketi vardır - cıvatanın ekseni etrafında dönme hareketi ve bu eksen boyunca öteleme hareketi, ancak somunu döndürmeden eksen boyunca hareket ettiremez veya somunu döndüremezsiniz. eksen boyunca hareket etmeyecek şekilde. Bu iki hareket tek bir karmaşık (bu durumda bir vida) hareket oluşturur. Bu bağlantıların göreceli hareketindeki bir serbestlik derecesini belirler; bağlantı sayısı beştir;

2) kinematik bir çifte bağlanan bağlantıların temasının doğası gereği. Bu özelliğe dayanarak kinematik çiftler daha yüksek ve daha düşük olarak ayrılır. Daha yüksek çiftler, bu kinematik çifti oluşturan bağlantıların noktasal veya doğrusal temasına sahiptir. Alttaki çiftte bağlantılar bir yüzey boyunca (özel durumda bir düzlem boyunca) birbirleriyle temas halindedir.

Daha düşük kinematik çiftler daha büyük yük taşıma kapasitesine sahiptir çünkü geniş bir temas alanına sahiptir (en yüksek çiftte temas alanı teorik olarak sıfırdır, ancak gerçekte kinematik çiftin elemanlarının deformasyonu nedeniyle elde edilir - “temas yaması”), ancak alt çiftlerde, sırasında. işleminde bir yüzey diğerine göre kayarken, daha yüksek çiftlerde hem kayma hem de yuvarlanma meydana gelebilir.

Kural olarak kaymaya karşı direnç, bir yüzeyin diğerine göre yuvarlanmaya karşı direncinden daha büyüktür; yüksek çiftteki sürtünme kayıpları (yalnızca makaralı rulmanlar kullanılıyorsa) alt çiftle karşılaştırıldığında daha azdır (bu nedenle verimliliği artırmak için kaymalı yataklar yerine genellikle makaralı rulmanlar takılır).

Kinematik çiftler: top ve düzlem, silindir ve düzlem en yüksektedir ve düzlem ve düzlem çifti en düşüktür.

3) kinematik çifti oluşturan bağlantılara ait noktaların hareket yörüngesi boyunca. Bu özelliğe dayanarak uzaysal ve düzlemsel kinematik çiftler ayırt edilir.

Düz kinematik çiftte tüm noktalar aynı veya paralel düzlemlerde hareket eder ve hareketlerinin yörüngeleri düz eğrilerdir. Uzamsal çiftlerde noktalar farklı düzlemlerde hareket eder ve uzamsal eğriler şeklinde yörüngelere sahiptir.

Uygulamada kullanılan mekanizmaların önemli bir kısmı düz mekanizmalardır, bu nedenle düz kinematik çiftlerin daha ayrıntılı olarak ele alınması gerekir.

Bir düzleme yerleştirilen serbest bağlantının üç serbestlik derecesi vardır (koordinat eksenleri boyunca öteleme hareketleri ve verilen düzleme dik bir eksen etrafında dönme hareketleri). Böylece, bir bağlantının bir düzleme yerleştirilmesi, ondan üç serbestlik derecesi alır (üç bağlantı dayatır). Ancak belirli bir bağlantının bir başka bağlantıyla kinematik bir çift halinde bağlanması, göreceli harekete ek bağlantılar getirir (minimum sayı - 1). Sonuç olarak düzlemde yalnızca bağıl harekette iki veya bir serbestlik derecesine sahip kinematik çiftler bulunabilir.

Genel sınıflandırmaya göre bunlar dördüncü ve beşinci sınıftaki çiftlerdir. Beşinci sınıfın en basit çiftleri yalnızca bir hareket sağlar - dönme veya öteleme (teknolojideki dönme kinematik çiftine menteşe denir; öteleme olarak hareket eden bir bağlantıya benzetilerek öteleme çiftine bazen kaydırıcı da denir).

Bir düzlem üzerinde göreceli harekette iki serbestlik derecesi genellikle iki temas profiliyle sağlanır (kinematik diyagramda temas bir noktadadır; gerçek bir mekanizmada bu muhtemelen bir noktaya yansıtılan bir çizgidir). Böylece, beşinci sınıfın düz kinematik çiftleri (menteşeler ve sürgüler) aynı anda daha düşük çiftlerdir ve dördüncü sınıfın kinematik çiftleri daha yüksek çiftlerdir.

Kinematik çiftlere örnekler:

4) kinematik bir çifte bağlanan bağlantıların kapanmasının doğası gereği. Bu açıdan birbirinden farklı iki tür kinematik çift vardır. Geometrik kapanmaya sahip kinematik çiftler ve kuvvetle kapanmaya sahip kinematik çiftler.

Pozitif kapatmalı çiftler halinde, bağlantıların konfigürasyonu çalışma sırasında ayrılmalarını önler. Örneğin, biyel kolunun krank miline bir biyel kolu kapağı veya başka herhangi bir menteşe (söveli kapı, pencere çerçeveli pencere vb.) kullanılarak bağlanması.

Kuvvet kapatmalı çiftler halinde, çalışma sırasında bağlantıların teması sürekli etki eden bir kuvvetle sağlanır. Ağırlık bir kapatma kuvveti görevi görür. Ağırlık yeterli değilse, baskı kuvveti oluşturmak için genellikle çeşitli elastik elemanlar (çoğunlukla yaylar) kullanılır.

Kinematik zincir, kinematik çiftlere bağlanan bağlantıların birleşimidir.

Kinematik zincirlerin belirli bir sınıflandırması vardır - zincirler basit ve karmaşık, kapalı (kapalı) ve açık (açık), uzaysal ve düz olabilir.

Bir mekanizma, bir veya daha fazla bağlantının hareketinin, bu zincirin geri kalan bağlantılarının hareketinin doğasını tamamen belirlediği, bir ayağı (yani sabit olarak alınan bir bağlantı) olan kinematik bir zincirdir.

Hareket yasaları belirtilen bağlantılara giriş bağlantıları denir.

Yasalarının belirlenmesi gereken bağlantılara çıktı denir. Giriş bağlantılarının sayısı, bu mekanizmanın altında yatan kinematik zincirin serbestlik derecesi sayısına göre belirlenir.

Giriş ve çıkış (giriş ve çıkış) kavramları kinematik bir özelliktir. Bu, öncü bağlantı ve yönlendirilen bağlantı kavramlarıyla karıştırılmamalıdır. Öncü bağlantı, gücün sağlandığı bağlantıdır; tahrikli bağlantı - gücün kaldırıldığı bir bağlantı (faydalı işler gerçekleştirmek için).

Dolayısıyla, yönlendiren ve tahrik edilen bağlantı kavramları bir güç (enerji) özelliğidir. Bununla birlikte, vakaların büyük çoğunluğunda, giriş bağlantısı aynı zamanda öncü bağlantıdır ve çıkış bağlantısı da yönlendirilen bağlantıdır.

Ana mekanizma türleri

İşlevsel amaçlarına göre mekanizmalar genellikle aşağıdaki türlere ayrılır:

Motorların ve dönüştürücülerin mekanizmaları (çeşitli enerji türlerini mekanik işe dönüştürür veya tam tersi);

İletim mekanizmaları (motordan teknolojik bir makineye veya aktüatöre hareket iletir, bu hareketi belirli bir teknolojik makinenin veya aktüatörün çalışması için gerekli olana dönüştürür);

Aktüatörler (işlenen ortamın veya nesnenin şekli, durumu, konumu ve özelliklerindeki değişiklikler);

Kontrol, izleme ve düzenleme mekanizmaları (işlenen nesnelerin boyutunu sağlamak ve kontrol etmek için);

İşlenmiş ortamları ve nesneleri beslemek, taşımak, beslemek ve sınıflandırmak için mekanizmalar (dökme malzemelerin taşınması ve beslenmesi için vidalı helezonlar, kazıyıcı ve kovalı elevatörler için mekanizmalar, parça iş parçaları için hazne yükleme mekanizmaları, bitmiş ürünleri boyuta, ağırlığa, konfigürasyona göre sıralama mekanizmaları, vesaire. );

Bitmiş ürünlerin otomatik sayımı, tartılması ve paketlenmesi için mekanizmalar (çoğunlukla toplu parça ürünler üreten birçok makinede kullanılır).

Genel sentez ve iş analizi yöntemlerine göre, aşağıdaki mekanizma türleri ayırt edilir:

Alt çiftli mekanizmalar (kaldıraç mekanizmaları)

Kam mekanizmaları

Dişli mekanizmaları

Sürtünme mekanizmaları

Esnek bağlantılı mekanizmalar

Deforme olabilen bağlantılara sahip mekanizmalar (dalga iletimleri)

Hidrolik ve pnömatik mekanizmalar.

Kinematik problemler

Kinematik analiz, mekanizma bağlantılarının hareketinin, bu harekete neden olan kuvvetleri dikkate almadan incelenmesidir. Kinematik analizde aşağıdaki problemler çözülür:

Mekanizmanın çalışması sırasında işgal ettikleri bağlantıların konumlarının belirlenmesi ve ayrıca mekanizmanın ayrı ayrı noktalarının hareket yörüngelerinin oluşturulması;

Mekanizmanın karakteristik noktalarının hızlarının belirlenmesi ve bağlantılarının açısal hızlarının belirlenmesi;

Mekanizmanın bireysel noktalarının ivmelerinin ve bağlantılarının açısal ivmelerinin belirlenmesi.

Kinematik analiz problemlerini çözerken, mevcut tüm yöntemler kullanılır - grafik, grafik-analitik (hız ve ivme planları yöntemi) ve analitik. Kinematik analizde giriş linki (hareket kanunu belirtilen link) başlangıç ​​linki olarak alınır. stand ile giriş bağlantısı ilk mekanizmayı oluşturur - sorunun çözümü onunla başlar.

Mekanizmaların ve makinelerin dinamiği

Dinamik sorunlar

Bu bölümde mekanizma bağlantılarının hareketi, üzerlerine etkiyen kuvvetleri dikkate alarak incelenmektedir. Bu durumda, dinamiğin aşağıdaki ana sorunları dikkate alınır:

1) mekanizmanın bağlantılarına etki eden kuvvetlerin incelenmesi ve girişteki belirli bir hareket yasası için bilinmeyen kuvvetlerin belirlenmesi;

2) makinenin enerji dengesi sorunu;

3) verilen kuvvetlerin etkisi altında gerçek hareket yasasının oluşturulması;

4) makinenin hızının düzenlenmesi;

5) eylemsizlik kuvvetlerinin dengelenmesi;

6) sürücülerin dinamiği.

Mekanizmaların güç hesabı

Mekanizmaların kuvvet hesabı, dinamiğin ilk probleminin çözümüyle ilgilidir. Yukarıda verilen dinamik problemlerin içeriğinden görülebileceği gibi, ilk görev iki bölümden oluşmaktadır: mekanizmanın bağlantılarına etki eden kuvvetlerin incelenmesi; girişteki belirli bir hareket yasası için bilinmeyen kuvvetlerin belirlenmesi (bu ikinci kısım kuvvet hesaplamanın görevidir).

Terminolojiyi daha iyi anlamak ve materyali sistematikleştirmek için, fizik ve teorik mekanikten bilinen kuvvetler hakkındaki bilgilerin tekrarlanması ve bazı yeni (mekanizma ve makine teorisinde kullanılan) kavramların tanıtılması tavsiye edilir. Kuvvet dinamiği problemlerinin çözümü açısından (bu durumda kuvvet, kuvvet faktörünün genelleştirilmiş kavramı olarak anlaşılır - gerçek kuvvet veya moment) aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

a) bir mekanizma bağlantısının diğer nesnelerle etkileşimi üzerine. Bu temelde kuvvetler dış ve iç olarak ikiye ayrılır:

Dış kuvvetler, bir mekanizma bağlantısının, mekanizmanın parçası olmayan bazı cisimler veya alanlarla etkileşim kuvvetleridir;

İç kuvvetler, mekanizmanın bağlantıları arasındaki etkileşim kuvvetleridir (kinematik çiftlerdeki reaksiyonlar);

İtici güç, bağlantının hareket etmesine yardımcı olan ve pozitif güç geliştiren güçtür;

b) kuvvetin geliştirdiği güce göre. Bu özelliğe göre kuvvetler itici güçler ve direnç kuvvetleri olarak ikiye ayrılır (Şekil 16):

Direnç kuvveti baklanın hareketini engeller ve negatif güç geliştirir.

Buna karşılık, direnç kuvvetleri yararlı direnç kuvvetleri ve zararlı direnç kuvvetleri olarak ikiye ayrılabilir:

Yararlı direnç kuvvetleri, mekanizmanın yaratıldığı, üstesinden gelinmesi gereken kuvvetlerdir. Mekanizma, yararlı direnç kuvvetlerinin üstesinden gelerek yararlı iş yaratır (örneğin, bir makinedeki kesme direncinin üstesinden gelerek, bir parçanın şeklinde gerekli değişikliği elde ederler veya bir kompresördeki hava direncini aşarak parçayı sıkıştırırlar) gerekli basınç vb.);

Zararlı direniş güçleri, üstesinden gelinmesi gereken, gücün harcandığı ve bu gücün geri dönülemez biçimde kaybolduğu güçlerdir. Tipik olarak zararlı direnç kuvvetleri sürtünme kuvvetleri, hidrolik ve aerodinamik dirençtir. Bu kuvvetlerin üstesinden gelmek için yapılan iş ısıya dönüştürülür ve uzaya dağılır, dolayısıyla herhangi bir mekanizmanın verimliliği her zaman birden azdır;

c) ağırlık kuvvetleri, mekanizmanın bağlantıları ile dünyanın yerçekimi alanı arasındaki etkileşim kuvvetleridir;

d) sürtünme kuvvetleri - temas eden yüzeylerin göreceli hareketine direnen kuvvetler;

e) atalet kuvvetleri - bir bağlantının düzensiz hareketi sırasında ortaya çıkan ve hızlanmasına (yavaşlamasına) direnen kuvvetler. Atalet kuvveti cisme etki ederek verilen bağlantının hızlanmasına (yavaşlamasına) neden olur. Genel durumda, düzensiz hareketle birlikte bir atalet kuvveti ve bir atalet kuvveti momenti ortaya çıkar:

Fin=-m. olarak Min=-Is . e,

Fin, bağlantının kütle merkezine uygulanan atalet kuvvetlerinin ana vektörüdür;

Min – atalet kuvvetlerinin ana momenti;

m – bağlantı kütlesi;

Is – bağlantının kütle merkezine göre atalet momenti;

olarak - bağlantının kütle merkezinin ivmesi;

e, bağlantının açısal ivmesidir.

Formüllerdeki eksi işareti, atalet kuvvetinin baklanın kütle merkezi ivmesinin tersi yönünde olduğunu, atalet kuvvetlerinin momentinin ise baklanın açısal ivmesinin tersi yönde olduğunu gösterir. Kuvvet veya momentin işareti yalnızca tasarım diyagramında kuvvet veya momentin gerçek yönünü belirlerken dikkate alınır ve analitik hesaplamalarda bunların mutlak değerleri kullanılır.

Mekanizmaların kuvvet analizi sırasında, kuvvet atalet faktörlerinden birinin veya her ikisinin sıfır değerine sahip olabileceği çeşitli durumlar ortaya çıkabilir. Yukarıdaki Şekil 17, mekanizma bağlantılarının hareketi sırasında atalet kuvvetlerinin kuvvetlerinin ve momentlerinin meydana geldiği bazı durumları göstermektedir.

Kuvvet hesaplamasının kendisi, mekanizmanın bağlantılarına etki eden bilinmeyen kuvvetlerin belirlenmesine indirgenir. Teorik mekanikten bilindiği gibi bilinmeyen kuvvetlerin belirlenmesinde statik denklemler kullanılır.

Mekanizma dengesiz bir sistemdir, çünkü bağlantılarının çoğu eşit olmayan bir harekete sahiptir ve bu bağlantılara ait noktalar karmaşık eğrisel yörüngeler boyunca hareket eder (unutmayın: denge durumu bir dinlenme durumu veya doğrusal doğrusal tekdüze harekettir).

Bu nedenle sorunu çözmek için kinetostatik yöntem kullanılır. Kinetostatik yöntem, d'Alembert ilkesine dayanmaktadır: Mekanizmanın bağlantılarına etki eden tüm dış kuvvetlere atalet kuvvetleri ve atalet kuvvetlerinin momentleri eklenirse, o zaman bu mekanizma statik denge durumunda olacaktır. Yani bu, dengesiz bir sistemi denge durumuna getiren yapay bir tekniktir.

Tekniğin yapaylığı, atalet kuvvetlerinin bağlantıların daha hızlı (yavaş) hareket etmesini sağlayan gövdelere değil, bağlantıların kendilerine uygulanması gerçeğinde yatmaktadır.

Bu tekniği uygulayarak gelecekte statik denklemleri kullanarak kuvvet hesaplamaları yapmak mümkün olacaktır. Ancak bir problemi yalnızca denge denklemlerini kullanarak çözmek için sistemin statik olarak belirli olması gerekir.

Düzlem kinematik zincirin statik tanımlanabilirliği koşulu:

Bir düzlemde bulunan her bağlantı için üç bağımsız statik denklem derlenebilir. Bir kinematik zincirde “n” adet hareketli halka varsa bu zincir için toplam 3n bağımsız statik (denge) denklemi yazılabilir. Bu denklemler kinematik çiftlerdeki ve bilinmeyen dış kuvvetlerdeki reaksiyonları belirlemek için kullanılır.

Uçakta yalnızca beşinci ve dördüncü sınıfların kinematik çiftleri var. Beşinci sınıfın çiftleri, dönme kinematik çifti (menteşe) ve öteleme çifti (kaydırıcının kılavuzla bağlantısı) ile temsil edilir. Bir menteşede, bağlantılar arasındaki kuvvet herhangi bir yönde iletilebilir, dolayısıyla menteşedeki reaksiyonun büyüklüğü ve yönü (iki bileşen) bilinmemektedir; Dönme çiftindeki toplam reaksiyonu belirlemek için iki statik denklemin kullanılması gerekir.

İlk yaklaşım olarak hesaplama sürtünme kuvvetleri dikkate alınmadan yapılır. Bu durumda hiçbir şey kaydırıcının kılavuz boyunca hareket etmesini engellemez. Kaydırıcı kılavuz boyunca hareket edemez ve dönemez, bu nedenle öteleme çiftinde reaksiyon kılavuza dik olarak yönlendirilir ve kaydırıcının dönmesini engelleyen reaktif bir moment ortaya çıkar.

Kuvvet hesaplamalarında reaktif tork genellikle belirlenmez, ancak reaksiyonun koşullu uygulama noktası bulunur (reaksiyonun ürünü ve koşullu uygulama noktasına olan mesafe reaktif torktur). Bir öteleme çiftindeki reaksiyonu belirlemek için iki statik denklemin kullanılması da gereklidir (iki bileşeni belirlemek için - büyüklük ve uygulama noktası). Bu nedenle, beşinci sınıfın kinematik çiftindeki tam reaksiyonu belirlemek için iki statik denklemin kullanılması gerekir.

Düzlemdeki dördüncü sınıfın çiftleri (en yüksek çiftler), birbirleriyle temas halindeki profilleri temsil eder. En yüksek çiftte, bağlantılar arasındaki kuvvet, ortak normal boyunca temas profillerine (sürtünme kuvvetleri dikkate alınmadan) iletilir. Bu nedenle dördüncü sınıfın en yüksek çiftinde reaksiyon yalnızca büyüklük olarak bilinmemektedir (profillerin temas noktasında reaksiyonun uygulama noktası, bu profillerin ortak normali boyunca yön).

Bu nedenle, dördüncü sınıf bir çiftteki reaksiyonu belirlemek için, bir statik denklemin kullanılması gerekir (bir bileşeni belirlemek için - reaksiyonun büyüklüğü).

Bir kinematik zincirde beşinci sınıfın çiftlerinin sayısı P5'e eşitse, tüm bu çiftlerdeki reaksiyonları belirlemek için 2P5 statik denklemlerinin kullanılması gerekir. Dördüncü sınıfın tüm çiftlerindeki reaksiyonları belirlemek için, bu P4 çiftlerinin sayısına eşit sayıda denklem kullanılır.

Böylece, 3n bağımsız statik denklemden 2P5 denklemi beşinci sınıf çiftlerdeki reaksiyonları belirlemek için, P4 ise dördüncü sınıf çiftlerdeki reaksiyonları belirlemek için kullanılır. Geriye kalan denklemler mekanizmanın bağlantılarına etki eden bilinmeyen dış kuvvetleri belirlemek için kullanılır.

Bilinmeyen dış kuvvetleri belirlemek için kalan denklemlerin sayısı X olsun, o zaman

X=3n–2Р5–Р4,

ancak bu formül, düzlem kinematik zincirin serbestlik derecesi sayısını belirleyen Chebyshev formülüyle örtüşmektedir. Sonuç olarak, bir kinematik zincirin statik tanımlanabilirliğinin koşulunu şu şekilde formüle edebiliriz: Bir kinematik zincir, bağlantılarına etki eden bilinmeyen dış kuvvetlerin sayısının zincirin serbestlik derecesi sayısını aşmaması durumunda statik olarak belirlidir. bu zincir.

Assur grupları için çözüm yöntemleri geliştirildiğinden Assur grubunun statik tanımlanabilirliği için bir koşulun formüle edilmesi gerekmektedir. Assur grubu, kendi serbestlik derecesi sıfıra eşit olan kinematik bir zincirdir. Bu nedenle Assur grubu, eğer bağlantıları bilinmeyen dış güçler tarafından etkilenmiyorsa statik olarak belirlidir. Assur grubundaki denklemler yalnızca kinematik çiftlerdeki reaksiyonları belirlemek için yeterlidir. Bu durum mekanizmanın güç hesaplama sırasını önceden belirler:

Bilinmeyen bir dış kuvvetin etki ettiği bağlantıyı ilk bağlantı olarak alarak mekanizmayı Assur gruplarına bölerler;

Çözüm, en son katılan grupla başlar ve ilk bağlantıyla biter.

Bu yaklaşımla, Assur gruplarına her zaman yalnızca bilinen dış kuvvetler etki edecek ve bunların dengeleri dikkate alınarak kinematik çiftlerdeki reaksiyonlar belirlenecek ve başlangıç ​​bağlantılarının denge koşulları dikkate alınarak geri kalan reaksiyonlar ve bilinmeyen dış kuvvetler belirlenecektir.

Çözüm Assur gruplarına dayandığından, ikinci sınıf grup örneği kullanılarak grupların kuvvet hesaplama ilkesi aşağıda ele alınmıştır.

Grup 1 türler

Şunu oluşturun: ∑ mB(2)=0; ∑ mB(3)=0; ∑ F(2,3)=0; ∑ F(2)=0

Tanımla: R12t; R43t; R12n; R43n; R32

Reaksiyon R12'yi R12n II AB ve R12t⊥ AB bileşenleriyle değiştirin

Grup 2 türleri

Şunu oluşturun: ∑ mB(2)=0; ∑ F(2,3)=0; ∑ mB(3)=0; ∑ F(2)=0

Tanımla: R12t; R12n; R43; R43; R32

Reaksiyon R12'yi R12n II AC ve R12t⊥ AC bileşenleriyle değiştirin

Grup 3 türleri

Şunu oluşturun: ∑ mC(2,3)=0; ∑ F(2)=0; ∑ mC(3)=0; ∑ F(3)=0

Tanımla: R12t; R12n; R32n; h23; R43

Grup 4 tür

Şunu oluşturun: ∑ F(2,3)=0; ∑ mB(2)=0; ∑ mB(3)=0; ∑ F(2)=0

Tanımla: R12; R43; h12; h43; R32

Grup 5 tür

Şunu oluşturun: ∑ F(3)=0; ∑ mA(2)=0; ∑ mA(2,3)=0; ∑ F(2)=0

Tanımla: R23; R43; h32; h43; R12

Tabloda aşağıdaki gösterimler ve basitleştirmeler kullanılmıştır:

Çalışma grubunun bağlantıları 2 ve 3 numaralarıyla belirtilmiştir;

Bağlantı 1'in bağlantı 2'den bağlantısı kesilir, bu nedenle R12 reaksiyonu uygulanır (söz konusu bağlantı 2 üzerindeki bağlantısı kesilmiş bağlantı 1'in etkisi);

Bağlantı 4'ün bağlantı 3'ten bağlantısı kesilir, bu nedenle R43 reaksiyonu bağlantı 3'e uygulanır;

Reaksiyon tanımının üzerindeki çizgi, bu noktada reaksiyonun hem büyüklük hem de yön olarak belirlendiği anlamına gelir (yani kuvvet planında bu vektörün bir görüntüsü vardır);

Çizimdeki karışıklığı azaltmak ve netliği artırmak için, söz konusu grubun bağlantılarına uygulanan dış kuvvetler şekilde gösterilmemiştir (sadece Assur bağlantılarına etki eden tüm dış kuvvetlerin dikkate alınacağını aklınızda bulundurmanız gerekir). grup biliniyor - bu, mekanizmanın kuvvet hesaplama sırasına göre belirlenir).

Mekanizmalardaki sürtünmenin muhasebeleştirilmesi

Fiziksel özelliklere göre sürtünme iç ve dış olarak ayrılır.

İç sürtünme, katı, sıvı ve gaz halindeki cisimlerde deformasyon sırasında meydana gelen ve mekanik enerjinin geri dönüşü olmayan bir şekilde dağılmasına yol açan süreçlerdir. İç sürtünme, serbest titreşimlerin sönümlenmesinde kendini gösterir.

Dış sürtünme, yüzeylerin temas alanlarında, yani kinematik çiftlerde iki gövde arasında meydana gelen göreceli harekete karşı dirençtir. Kinematik özelliklerine göre bunlar ayırt edilir: bir cisim diğerinin yüzeyi üzerinde kaydığında meydana gelen kayma sürtünmesi ve bir cisim diğerinin yüzeyi üzerinde yuvarlandığında meydana gelen yuvarlanma sürtünmesi.

Muylu sürtünmesi

İlk hipotez. Destek yüzeyi üzerindeki spesifik basınç eşit şekilde dağıtılır; q=const (Şekil 25a).

Dikey eksenden α mesafesinde, dα merkez açısıyla belirlenen sonsuz küçük bir yüzey elemanı seçelim. Bu eleman, seçilen elemanın spesifik basıncı ve alanı ile belirlenen normal bir dRN reaksiyonuna tabidir:

Dikey eksene projeksiyondaki temel normal reaksiyonların toplamı, aksa etki eden radyal kuvveti dengeler:

Spesifik basıncın değerini belirleyen bir ara sonuç elde edilir:

Ancak bu sonuç büyük bağımsız öneme sahiptir. Spesifik basıncın (ve mukavemet hesaplamalarında bu, temas eden parçaların yüzeyindeki yatak gerilimidir), radyal kuvvetin temas alanının şaftın çap düzlemi üzerindeki izdüşümüne bölünmesiyle belirlendiğini gösterir (ve bu, temas alanının tam değeri). Bu hüküm, makine parçalarının hesaplamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Seçilen elemana etki eden temel sürtünme kuvvetinin büyüklüğünü ve bu kuvvetten kaynaklanan temel sürtünme momentini belirleyelim:

Tüm temas alanı boyunca sürtünme kuvvetinden kaynaklanan temel momentleri topladıktan sonra, bu hipoteze göre aks yüzeyindeki sürtünme momentinin değerini elde ederiz:

Burada fI" birinci hipoteze göre hesaplanan azaltılmış sürtünme katsayısıdır.

İkinci hipotez. Hesaplama, temas yüzeyinin aşınması dikkate alınarak yapılır. Bu durumda, aşağıdaki varsayım yapılır - yatak aşınır, ancak mil değişmeden kalır. Bu varsayım gerçek duruma tamamen uygundur, çünkü Şaft, dişlilerden gelen tüm yükleri alır, ağır hizmet koşullarında çalışır, genellikle yüksek kaliteli çelikten yapılır, destek yüzeyleri sıklıkla termal sertleştirmeye tabi tutulur.

Sürtünme kayıplarını azaltmak için (sürtünme önleyici bir çift oluşturmak için), kayar yataklar, çelik bir mil ile eşleştirildiğinde sürtünme katsayıları azaltılmış (bronz, babbitt vb.) daha yumuşak malzemelerden yapılır. İlk önce daha yumuşak olan malzemenin aşınacağı açıktır.

Rulman aşınmasının bir sonucu olarak mil belli bir miktar “sarkacaktır” (Şekil 25b). Aşınma teorisinden, aşınma miktarının sürtünme yüzeylerinin özgül basıncı ve bağıl hızı ile orantılı olduğu bilinmektedir. Ancak bu durumda bağıl hız, aksın yüzeyindeki çevresel hızdır ve bu hız tüm noktalarda aynıdır. Bu nedenle spesifik basıncın daha büyük olduğu yerlerde aşınma miktarı daha fazla olacaktır. aşınma miktarı spesifik basınçla orantılıdır.

Şekil 25b, şaftın iki konumunu göstermektedir - çalışmanın başlangıcında ve yüzey aşınması meydana geldikten sonra. Aşınmış katman hilal şeklinde bir figürdür. Ancak aşınma spesifik basınçla orantılı olduğundan, hilal şeklindeki bu şekil, belirli bir ölçekte yapılmış spesifik basıncın diyagramı olarak alınabilir.

Görüldüğü gibi aşınma sonucunda sürtünme yüzeyindeki spesifik basıncın yeniden dağılımı meydana gelir. Maksimum basınç qmax, mile etki eden radyal yükün etki hattında bulunur.

Mil, yatak aşınması sonucu belirli bir miktar düştüğü için, mil üzerindeki herhangi bir noktanın orijinal konumu ile yeni konumu arasındaki dikey mesafe aynı (ve qmax'a eşittir) olur. Bu nedenle, seçilen eleman üzerindeki spesifik basıncın mevcut değeri yaklaşık olarak eğrisel bir dik üçgenden ifade edilebilir (Şekil 25 b):

Sorunu çözmenin daha sonraki süreci, ilk hipoteze göre çözümden farklı değildir. Sonuç olarak ikinci hipoteze göre sürtünme kuvvetlerinin momentinin belirlenmesi için aşağıdaki bağımlılıklar elde edilir:

Böylece azaltılan sürtünme katsayısı azalır (yaklaşık %20 oranında) ve buna bağlı olarak sürtünme kayıpları azalır ve verim artar. Bu nedenle tüm yeni arabaların kısmi güçte çalıştırılması gerekiyor.

Rodajın bir sonucu olarak, yüzeyde birincil aşınma meydana gelir (mikro düzensizliklerin düzeltilmesi) ve yüzeyler kırılır (yüzeylerin birbirine taşlanması). Ancak o zaman makine tam kapasitesiyle kullanılabilir.

Topuk sürtünmesi

İlk hipotez. Bu durumda destek yüzeyi bir düzlem olduğundan, sabit spesifik basınç (Şekil 26a), eksenel kuvvetin destek halkasının alanına bölünmesiyle belirlenir:

Topuğun merkezinden ρ uzaklıkta dρ kalınlığında bir halka yüzey elemanı seçelim (Şekil 26c). Bu elemana etki eden temel normal reaksiyon, spesifik basıncın alanıyla çarpılmasıyla belirlenir:

Elemanter sürtünme kuvvetini ve bu sürtünme kuvvetinden elde edilen momenti belirleyelim:

Tüm destek yüzeyi üzerinde integrasyon yaparak toplam sürtünme momentini elde ederiz:

Q'nun değerini yerine koyarsak sonunda şunu elde ederiz:

İkinci hipotez. Uygulamada görüldüğü gibi, zamanla topuğun destek yüzeyinde düzgün bir aşınma meydana gelir, yani. özgül basınç ile bağıl hızın çarpımı sabit bir değerdir:

Bu durumda temas yüzeyinin farklı noktalarındaki hız farklıdır:

Ancak mil için açısal hız aynı olduğundan aşınma q⋅ρ çarpımı ile orantılı olacaktır, diğer bir deyişle bu çarpım bir k sabitidir:

Dolayısıyla spesifik basınç diyagramı hiperbolik bir bağımlılıktır (Şekil 26b). Yüzey aşınmasının bir sonucu olarak, spesifik basınç, şaftın dönme eksenine yaklaşıldığında keskin bir şekilde artacak (teorik olarak destek yüzeyinin merkezinde sonsuza kadar artacak) şekilde yeniden dağıtılır. Bu nedenle katı topuklu ayakkabılar pratikte teknolojide kullanılmamaktadır.

Diğer çözüm, birinci hipoteze göre çözüme benzer şekilde gerçekleştirilir. Sonuç olarak, topuğun destek yüzeyindeki sürtünme kuvvetlerinden momentin belirlenmesi için aşağıdaki bağımlılık elde edilir:

Bu haliyle hipotezleri birbirleriyle karşılaştırmak zordur. Bu nedenle sonuçları değerlendirmek için katı noktalar (d=0) dikkate alınır:

Bir karşılaştırma, topuk yüzeylerinde hareket ederek akslarda meydana gelen etkiye benzer bir etkinin elde edildiğini göstermektedir - sürtünme kuvvetlerinin büyüklüğü %20...25 oranında azaltılmaktadır

Esnek cisimlerin sürtünmesi

Eğilme direnci düşük olan esnek bantlar, kayışlar, halatlar ve benzeri malzemeler bant ve halat tahrikli makinelerde, kaldırma makinelerinin mekanizmalarında ve bant frenlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

giriiş

Mekanizmalar ve makineler teorisinin (TMM) amacı ve ürünü, makinenin kinematik veya başka bir diyagramıdır. Diyagram makinenin en önemli, temel özelliklerini yansıtmaktadır.

Mekanizmalar ve makineler teorisi, mekanizmaların ve makinelerin en genel analiz ve sentezi yöntemlerinin bilimidir. Analiz ve sentez, kinematik ve diğerleri gibi devreler düzeyinde gerçekleştirilir.

TMM'nin temel kavramları

Makine, enerjiyi, malzemeleri ve bilgiyi mekanik hareketlerle dönüştüren bir cihazdır. Buna göre a) enerji makineleri, b) teknolojik ve ulaşım makineleri, c) bilgi makineleri olarak ayırıyorlar.

Bir mekanizma, bazı katı cisimlerin hareketini diğerlerinin gerekli hareketlerine dönüştüren bir mekanizmadır.

Genellikle mekanizma bir tür menteşeli zincir olarak görülür, bu nedenle mekanizmanın kinematik veya diğer diyagramındaki bileşenlerine denir.

bağlantılara bölünmüştür.

BAĞLANTI - birbirine sıkı bir şekilde bağlanmış bir parça veya parça grubu (katı bağlantı). Ayrıca esnek bağlantılar (kablolar, kayışlar, zincirler) vardır.

Şekil 1 Mekanizmanın sabit bağlantısına raf adı verilir ve

0 numara (Şekil 1). Hareketin iletildiği bağlantıya giriş bağlantısı adı verilir ve genellikle - 1 olarak gösterilir (Şekil 1). Mekanizmanın gerektirdiği hareketin kaldırıldığı bağlantıya çıkış denir; kural olarak, tanımı en büyük cebirsel ağırlığa sahiptir (Şekil 1'de - 3 olarak gösterilmiştir).

2 Öğretim Görevlisi Sadovets V.Yu.

İÇİNDE Rafa göre hareketin niteliğine bağlı olarak hareketli bağlantılar aşağıdaki adlara sahiptir:

KRANK - manivela mekanizmasındaki bir bağlantıyı tamamlayan bir bağlantı

sabit bir eksen etrafındaki dönüş (Şekil 1, a), b) ve c) - 1) ile gösterilmiştir. ROCKER ARM - bir kaldıraç mekanizmasındaki kısmi bağlantı sağlayan bir bağlantı

sabit bir eksen etrafında dönüş (bir sallanma hareketi gerçekleştirmesi amaçlanmıştır; Şekil 1, c'de - 3 ile gösterilmiştir).

BAĞLANTI ÇUBUĞU - düzlemsel paralel hareket gerçekleştiren ve yalnızca hareketli bağlantılarla kinematik çiftler oluşturan bir kaldıraç mekanizmasının bir bağlantısı (standla ilişkili çift yoktur; Şekil 1, a) ve c) - 2 ile gösterilmiştir).

SLIDER - bir stand ile bir öteleme çifti oluşturan bir kaldıraç mekanizmasının bir bağlantısı (örneğin, içten yanmalı bir motordaki bir piston silindiri; Şekil 1, a) - 3 olarak gösterilmiştir).

SLINGER - sabit bir eksen etrafında dönen ve başka bir hareketli bağlantıyla (Şekil 1, b'de - 2'de gösterilen) bir öteleme çifti oluşturan bir kaldıraç mekanizmasının bir bağlantısı.

ROKET TAŞI - külbütör boyunca kademeli olarak hareket eden kaldıraç mekanizmasının bağlantısı (Şekil 1, b'de gösterilmiştir - 3).

Profili değişken bir eğriliğe sahip olan, tahrik edilen baklanın hareketini belirleyen CAM bağlantısı (Şekil 2, a) - 1) ile gösterilmiştir.

DİŞLİ TEKERLEK - başka bir bağlantının sürekli hareketini sağlayan kapalı bir diş sistemine sahip bir bağlantı (Şekil 2, b'de) belirtilmiştir

Şekil 2 Düz ve uzaysal mekanizmalar arasında bir ayrım yapılır. Mekanizma

tüm bağlantıları aynı düzleme paralel hareket ediyorsa düz olarak adlandırılır. Aksi halde mekanizmaya uzaysal denir

isim.

Öğretim Görevlisi Sadovets V.Yu.

Düzlemsel mekanizmalar hem üç boyutlu hem de iki boyutlu modeller kullanılarak incelenebilir. 3 boyutlu model– bu, boyut sayısını etkilemeyen herhangi bir basitleştirmeye sahip mekanizmanın kendisidir. 2 boyutlu model– bu, mekanizmanın bağlantılarının hareket ettiği paralel düzlem üzerindeki mekanizmanın izdüşümüdür.

Basitliği nedeniyle iki boyutlu model, mekanizmaların analizi ve sentezinin ilk aşaması olarak kullanılır. Bazı mekansal mekanizmalar için iki boyutlu modeller de oluşturulabilmektedir.

Doğrudan temas eden iki bağlantıdan oluşan hareketli bağlantıya denir kinematik çift. Örneğin, Şekil 1'de sunulan mekanizmaların dört kinematik çifti vardır. 0-1, 1-2, 2-3, 3-0 bağlantılarından oluşurlar.

Bağlantıların temasının niteliğine göre kinematik çiftler alt ve üst olarak ikiye ayrılır. Bir çiftin bağlantıları bir veya daha fazla yüzeyde birbirine temas ediyorsa, bu çiftin kalitesiz olduğu düşünülür. Bunların hepsi, Şekil 1'de sunulan kaldıraç mekanizması çiftleridir. Bu arada, bir kaldıraç mekanizmasının gerekli bir özelliğinin, içinde yalnızca alt çiftlerin bulunması olduğunu belirtelim.

Bağlantıların teması çizgiler veya noktalar boyunca (yüzeyler boyunca değil) meydana geliyorsa buna en yüksek denir.

En yüksekleri kam ve dişli çiftleridir (Şekil 2, a) ve b)). Bu çiftlerin bağlantıları birbirine düz bir çizgide dokunur.

İkiden fazla bağlantının hareketli bağlantısına denir kinematik zincir. Her bir bağlantısı komşu bağlantılarla en fazla iki çift oluşturmayan zincire basit denir (Şekil 3, a). Kinematik zincir 2'den fazla kinematik çift içeren bir bağlantı içeriyorsa, böyle bir zincire karmaşık denir (Şekil 3, b).

diğer tüm bağlantılar (slave) benzersiz şekilde tanımlanmış hareketleri gerçekleştirir.

Mekanizmalar hem kapalı hem de açık kinematik zincirlerden oluşturulabilir. Çıkış bağlantısının (kıskaç) sehpa ile kinematik bir çift oluşturmadığı mekanizmaya açık kinematik zincirli mekanizma denir. Bir örnek, temel bir manipülatörün mekanizmasıdır (Şekil 4, a). Mekanizmaların çoğu, çıkış bağlantısının bir kinematik çift ile bir standa bağlandığı kapalı kinematik zincirlerden oluşur (Şekil 4b).

Şekil 4 Teoriyi değerlendirirken hareketi değil, hareketi analiz etmeniz gerekir.

mekanizmanın yalnızca gerçek, aynı zamanda hayali noktaları. Diyagramda veya diyagramın yan tarafında bir yerin K harfiyle belirtildiğini varsayalım (Şekil 2, b). O halde K 0, bağlantı 0'a ait bir K noktasıdır, K 1, bağlantı 1'e ait bir K noktasıdır, vb. – bir mekanizmada kaç bağlantı, kaç K noktası olabilir?

TMM'de baklaların kremayere göre hareketi mutlak olarak alınır. Mutlak ve bağıl hızları belirtirken aşağıdaki gösterime bağlı kalacağız:

v K 2 - K 2 noktasının mutlak hızı;

v K 2 1 - bağlantı 1'e göre K 2 noktasının hızı;

ω 2 - bağlantı 2'nin mutlak açısal hızı; ω 21 - bağlantı 2'nin bağlantı 1'e göre açısal hızı.

Doğrusal ve açısal ivmeler benzer şekilde belirtilir - a ve ε. Dişli ve kam teorisi ile ilgili bazı problemler

Daha yüksek çiftlerin daha düşük çiftlerle değiştirilmesi durumunda mekanizmalar daha kolay çözülür. Şimdi değiştirme kurallarına bakalım. Bunu örnek olarak iki boyutlu modelleri kullanarak yapalım.

Mekanizmaların ve makinelerin analiz ve sentezleri sırasındaki dinamikleri.

Dersimizin kısalığı nedeniyle sadece mekanizmaların yapısal ve kinematik incelenmesine odaklanacağız. Bu çalışmaların amacı, bu harekete neden olan kuvvetlerden bağımsız olarak mekanizmaların yapısını incelemek ve bağlantılarının hareketini analiz etmektir.

TMM'de ideal mekanizmalar incelenmektedir: kesinlikle deforme olmaz; Hareketli bağlantı noktalarında boşluk olmaması.

TPP'nin temel hükümleri çeşitli amaçlara yönelik mekanizmalar için ortaktır. Tasarımın ilk aşamasında, yani bir mekanizma diyagramı geliştirilirken ve kinematik ve dinamik parametreleri hesaplanırken kullanılırlar. Bu tasarım aşamasını tamamladıktan sonra, gelecekteki ürününüzün “iskeletini”, onun içine yerleştirilmiş fikirleri görürsünüz. Gelecekte fikirlerinizi tasarım belgeleri biçiminde ve gerçek ürünler biçiminde uygulayın.

Mekanizmaların yapısal analizi

Temel kavramlar ve tanımlar

Detay- mekanizmanın ayrı, bölünmez bir parçası (parça parçalara ayrılamaz).

Bağlantı- birbirine sabit olarak bağlanmış bir parça veya birkaç parça.

Kinematik çift (KP)- iki bağlantının hareketli bağlantısı. KP maddi bir miktar değil, doğrudan temas halinde olan iki bağlantının bağlantısını karakterize eder.

KP öğesi- bir bağlantının diğeriyle temas ettiği nokta, çizgi veya yüzey. Eğer eleman KP bir nokta mı yoksa bir çizgi mi - öyle mi en yüksek CP, eğer yüzey en düşük CP.

Bağlantıların hareketinin niteliğine göre KP var: dönme, öteleme, vida hareketi ile. Dişli kutularının temas yüzeylerinin tipine bağlı olarak: düzlemsel, silindirik, küresel vb.

Şanzıman sınıfı hareket kısıtlamalarının sayısı veya uygulanan bağlantıların sayısı S ile belirlenir.

Toplam 6 serbestlik derecesi. Serbestlik derecesi sayısı olarak N'yi gösterelim. Yazabilirsin

N + S = 6 veya N = 6 - S veya S = 6 - N

Bir bağlantının kaç serbestlik derecesi kaldığını belirlemek, kaç bağlantının uygulandığından genellikle daha kolaydır. Örneğin bir kapı veya pencerenin kaç serbestlik derecesi vardır? bir. CP'nin bir unsuru nedir - yüzey(boşluk yok). Hareketin doğası nedir? rotasyon. Bu nedenle bu 5. sınıfın alt, döner dişli kutusu.

Çoğu zaman daha yüksek dişli kutuları ile uğraşmak gerekir, örneğin: dişli çarkların teması; silindir bir düzlem boyunca yuvarlanır; silindir silindir; kam itici vb. Böyle bir bağlantı Şekil 3.1'de gösterilmiştir.

Bağlantı, bağıl hareketin iki bileşenini, yani iki serbestlik derecesini içerir. CP öğesi bir çizgidir. Bu nedenle bu Daha yüksek CP 4. sınıf.

Kinematik zincir- kinematik çiftlerle birbirine bağlanan bir bağlantı sistemi.

Mekanizma- belirli bir hareket için bir veya daha fazla elemanın bulunduğu kinematik zincir. önde gelen sabit olana göre bağlantılar

Şekil 3.1 bağlantısı ( raflar), diğer tüm bağlantılar ( köleler) belirli bir hareket yapın. Köle mekanizmanın oluşturulduğu hareketi yapan bağlantıya denir çalışma seviyesi.

Mekanizmaların ve diğer kinematik zincirlerin diyagramlarını hazırlarken, GOST 2.770-68'e uygun geleneksel görüntüler kullanılır. Bu durumda kinematik çiftler büyük harflerle, bağlantılar ise sayılarla gösterilir. Öncü bağlantı bir okla gösterilir. Sabit bağlantı ( raf) kinematik çiftlerin yakınında gölgeleme ile gösterilir.

Kavramlar var yapısal şema Ve kinematik diyagram mekanizma. Mekanizmaların kinematik diyagramları yapısal olanlardan farklıdır, çünkü bunların kesinlikle ölçeğe göre ve ana bağlantının belirli bir konumunda yapılması gerekir. Gerçekte çok az kişi bu gereksinime uymaktadır. Herhangi bir makinenin veya ev aletinin pasaportunu alın. Yazılı - Kinematik diyagram- , ancak herhangi bir ölçekten söz edilmiyor. GOST 2.770-68'i ihlal etmemek için buna basitçe şunu diyeceğiz: mekanizma diyagramı.

İÇİNDE menteşeli kol mekanizmaları bağlantıların kendi adları vardır:

Dönen bağlantı - krank;

Sallanan bağlantı - sallanan kimse;

Düzlem paralel hareket gerçekleştirme - Bağlantı Çubuğu;

İleri hareket - kaydırıcı;

Kaydırıcılarla öteleme çifti oluşturan bağlantılar - kılavuzlar;

Hareketli kılavuzlar - kulis.

Silindirler Dönen bağlantıların torku ileten kısımlarıdır. Eksen- diğer bağlantıların elemanları tarafından kaplanan ve onlarla dönme çiftleri oluşturan silindirik bir parça - menteşeler. Akslar torku iletmez.

Mekanizmanın hareket derecesi

Bir mekanizmanın hareketlilik derecesi, mekanizmanın sabit bağlantıya göre serbestlik derecesinin sayısıdır ( raflar).

Düz bir mekanizmanın hareketlilik derecesi (tüm bağlantılar paralel düzlemlerde hareket eder), P.L. formülü ile belirlenir. Çebişeva

W = 3n - 2P 5 - P 4,

burada n, hareketli parçaların sayısıdır; P 5 - sayı KP 5. sınıf; P 4 - sayı KP 4. Sınıf.

Pirinç. 3.2 Mekanizma diyagramları

Şekil 3.2'de mekanizmaların çeşitli diyagramları gösterilmektedir. Bağlantıların adlarını yazalım, kinematik çiftleri karakterize edelim ve her mekanizmanın hareketlilik derecesini belirleyelim.

Şema 1: 1 - stand; 1 1 - kılavuz; 2 - krank; 3 - biyel kolu; 4 - kaydırıcı; A, B, C - 5. sınıfın alt döner dişli kutuları; D - 5. sınıfın daha düşük ilerici CP'si.

Şema 2: 1 - stand; 2 - krank; 3 - sahne arkası; 4 - külbütör kolu; A, C, D - 5. sınıfın alt döner dişli kutuları; B - 5. sınıfın daha düşük ilerici CP'si.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*3 - 2*4 = 1.

Şema 3: 1 - kılavuz; 2, 4 - kaydırıcılar (iticiler); 3 - külbütör kolu; A, E - 5. sınıfın daha düşük ilerici CP'si; C - 5. sınıfın alt döner dişli kutusu; B, D - 4. sınıfın daha yüksek CP'si.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*3 - 2*3 - 2 = 1.

Şema 4: 1 - stand; 1 1 kılavuz; 2 - kam; 3 - silindir; 4 - kaydırıcı (itici); A, C - 5. sınıfın alt döner dişli kutuları; D - 5. sınıfın daha düşük ilerici CP'si; B - daha yüksek CP 4. sınıf.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*3 - 2*3 - 1 = 2.

Şema 5: 1 - stand; 1 1 kılavuz; 2 - kam; 3 - kaydırıcı (itici); A - 5. sınıfın alt döner dişli kutusu; C - 5. sınıfın daha düşük ilerici CP'si; B - daha yüksek CP 4. sınıf.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*2 - 2*2 - 1 = 1.

Diyagram 4 ve 5 sırasıyla 2 ve 1 serbestlik derecesine sahip kam mekanizmalarını göstermektedir, ancak bu mekanizmaların iticilerinin bir serbestlik derecesine sahip olduğu açıktır. Mekanizmanın aşırı hareketlilik derecesi (şema 4), hareket yasasını etkilemeyen bağlantı 3'ün (makara) varlığından kaynaklanmaktadır. çalışma seviyesi(itici). Mekanizmaların yapısal ve kinematik analizleri sırasında bu tür bağlantılar mekanizma diyagramından çıkarılır.

Daha yüksek kinematik çiftlerin daha düşük olanlarla değiştirilmesi

Mekanizmaların yapısal, kinematik ve güç çalışmalarında, bazı durumlarda 4. sınıfın daha yüksek çiftlerine sahip bir mekanizmanın, 5. sınıfın daha düşük çiftlerine sahip eşdeğer bir mekanizma ile değiştirilmesi tavsiye edilir. Bu durumda serbestlik derecesi sayısı ve bağlantıların anlık hareketi eşdeğer değiştirme mekanizması aynı olmalı değiştirme mekanizması.

Şekil 3.3, a), 1, 2, 3 numaralı bağlantılardan oluşan kam mekanizmasının, 1, 4, 5, 6 numaralı bağlantılardan oluşan dört bağlantılı bir menteşe ile değiştirilmesini göstermektedir. Daha yüksek kinematik çift İÇİNDE daha düşük çiftlerle değiştirildi D, E. Şekil 3.3'te b) kam mekanizması 1, 2, 3 değiştirildi

Pirinç. 3.3 krank mekanizması 1, 4, 5, 3. En yüksek çift İÇİNDE daha düşük D, E çiftleriyle değiştirildi.

Daha yüksek kinematik çiftleri daha düşük olanlarla değiştirme algoritması aşağıdaki gibidir:

1) en yüksek dişli kutusundaki bağlantıların temas noktasından bir normal çizilir;

2) eğrilik yarıçaplarının mesafelerinde normal üzerinde (R1 ve R2, Şekil 3.3, a) alt CP'ler yerleştirilir;

3) ortaya çıkan CP'ler, mekanizmada zaten mevcut olan daha düşük CP'lere bağlantılarla bağlanır.

Mekanizmaların yapısal sentezi ve analizi

Mekanizmaların yapısal sentezi, verilen koşulları karşılayan bir mekanizmanın diyagramının hazırlanmasının ilk aşamasıdır. Başlangıç ​​verileri genellikle mekanizmanın tahrik ve çalışma bağlantılarının hareket türleridir. Temel bir üç veya dört çubuklu mekanizma, gerekli hareket dönüşümü problemini çözmezse, birkaç temel mekanizmanın seri olarak bağlanmasıyla mekanizmanın şeması çizilir.

Sınıf 5 CP'li mekanizmaların yapısal sentezi ve analizinin temel ilkeleri ve bu tür mekanizmaların sınıflandırılması ilk olarak Rus bilim adamı L.V. 1914'te Assur ve L.V. Asura Akademisyeni I.I. Artobolevski. Önerilen sınıflandırmaya göre mekanizmalar, yapısal özelliklere göre birinci ve daha yüksek sınıflara birleştirilir. Birinci sınıf mekanizma, bir tahrik bağlantısından ve 5. sınıf kinematik çift ile bağlanan bir raftan oluşur.

Daha yüksek sınıf mekanizmalar, orijinal mekanizmanın hareket derecesini değiştirmeyen, yani hareket derecesi sıfıra eşit olan birinci sınıf kinematik zincirlerin mekanizmaya sırayla bağlanmasıyla oluşturulur. Böyle bir kinematik zincire denir yapısal grup. Yapısal grup yalnızca 5. sınıf CP'leri içerdiğinden ve grubun hareketlilik derecesi sıfır olduğundan şunu yazabiliriz:

W = 3n - 2P 5 = 0, dolayısıyla P 5 = 3/2 n.

Bu nedenle, bir yapısal grup yalnızca çift sayıda birim içerebilir, çünkü P5 yalnızca bir tam sayı olabilir.

Yapısal gruplar şu şekilde ayırt edilir: sınıf Ve sırayla. 2. sınıf ve 2. dereceden oluşan bir grup, iki bağlantı ve üç komut noktasından oluşur. Grup sınıfı(2'nin üstünde), gruptaki en fazla sayıda bağlantıdan hareketli bir kapalı döngü oluşturan dahili dişli kutularının sayısına göre belirlenir.

Grup sırası grubun mekanizmaya bağlandığı bağlantıların serbest elemanlarının sayısına göre belirlenir.

Şekil 3.4'te 1. sınıfın mekanizmasının yanı sıra 2. ve 3. sınıfın yapısal grupları da gösterilmektedir. Yapısal sentezin bir sonucu olarak (yapısal grupların 1. sınıf bir mekanizmaya eklenmesi), 2. sınıfın dört bağlantılı mekanizmaları ve 3. sınıfın altı bağlantılı mekanizması elde edildi (Şekil 3.4).

Yapısal analiz, mekanizmanın hareketlilik derecesini ve kinematik zincirinin yapısal gruplara ve öncü bağlantılara ayrışmasını belirler. Bu durumda aşırı serbestlik dereceleri (varsa) ve pasif bağlantılar (varsa) kaldırılır.

Mekanizmaların kinematik analizi

Kinematik analizin amacı Mekanizma bağlantılarının, üzerlerine etki eden kuvvetlerden bağımsız olarak hareketinin incelenmesidir. Bu durumda aşağıdaki varsayımlar yapılır: bağlantılar kesinlikle katıdır ve kinematik çiftlerde boşluk yoktur.

Aşağıdakiler çözüldü ana hedefler: a) bağlantıların konumlarının belirlenmesi ve bireysel noktaların veya bağlantıların bir bütün olarak hareket yörüngelerinin oluşturulması; b) mekanizmanın noktalarının doğrusal hızlarının ve bağlantıların açısal hızlarının bulunması; c) Mekanizmanın noktalarının doğrusal ivmelerinin ve bağlantıların açısal ivmelerinin belirlenmesi.

İlk verişunlardır: mekanizmanın kinematik diyagramı; tüm bağlantıların boyutları; Öncü bağlantıların hareket yasaları.

Mekanizmaların kinematik analizinde analitik, grafik-analitik ve grafiksel yöntemler kullanılmaktadır. Genellikle mekanizmanın tam hareket döngüsü dikkate alınır.

Kinematik analiz sonuçları, gerekirse mekanizma tasarımının ayarlanmasına olanak tanır; ayrıca mekanizma dinamiği problemlerinin çözümü için de gereklidir.

Mekanizma bağlantılarının konumlarının ve hareketlerinin belirlenmesi

Sorunu grafiksel ve analitik yöntemler kullanarak çözeceğiz. Örnek olarak krank-kaydırma mekanizmasını ele alalım.

Verilen: krank uzunluğu r = 150 mm; biyel uzunluğu l = 450 mm; tahrik krankı (ω = sabit)

Krankın konumu φ açısıyla belirlenir. Böyle bir mekanizmanın hareket döngüsü, krankın bir tam dönüşünde gerçekleştirilir - döngü periyodu T = 60/n = 2π/ω, s. N, dakikadaki devir sayısıdır; ω - açısal hız, s -1. Bu durumda φ = 2π, rad.

Mekanizmanın kinematik diyagramını seçilen ölçekte çiziyoruz (Şekil 3.5). Şekil 3.5'te ölçek 1:10'dur. Sekiz krank konumunda mekanizmanın bir diyagramını oluşturuyoruz (mekanizmanın konumu ne kadar fazla olursa, elde edilen sonuçların doğruluğu o kadar yüksek olur). Kaydırıcının konumunu işaretliyoruz ( çalışma bağlantısı). Elde edilen verilere dayanarak, kaydırıcının B noktasının hareketinin krankın dönme açısına φ (S B = f(φ)) bağımlılığının bir grafiğini oluşturuyoruz. Bu grafiğe B noktasının yer değiştirmelerinin kinematik diyagramı denir.

Analitik metod

Kaydırıcının hareketi en sağ konumdan itibaren sayılır (Şekil 3.5). Şekli analiz ederek denklemleri yazabiliriz.

S = (r + l) - (r * cosφ + l * cosβ) (3.1)

r * günah φ = l * günah β

r/ l = λ'yu göstererek şunu yazabiliriz:

β = arcsin(λ * sinφ).

Bu nedenle, her φ açısı için karşılık gelen β açısını belirlemek ve ardından sistemin (3.1) ilk denklemini çözmek zor değildir. Bu durumda sonuçların doğruluğu yalnızca hesaplamaların belirtilen doğruluğu ile belirlenecektir.

Kaydırıcının hareketlerini belirlemek için yaklaşık bir formül verilmiştir.

S = r*(1 - cos φ + sin 2 φ* λ /2) (3.2)

Mekanizmanın noktalarının ve bağlantılarının hız ve ivmelerinin belirlenmesi

Mekanizmanın tahrik edilen bağlantılarının hızları ve ivmeleri plan yöntemleri, kinematik diyagramlar ve analitik yöntemlerle belirlenebilir. Her durumda, ilk olarak aşağıdakilerin bilinmesi gerekir: tahrik bağlantısının belirli bir konumundaki mekanizmanın şeması, hızı ve ivmesi.

Krank-kaydırma mekanizması örneğini kullanarak bu yöntemlerin uygulanmasını ele alalım (Şekil 3.5). φ = 45° Ve n = 1200 dev/dak, sırasıyla ω = π*n/30 = 125,7 sn -1.

Mekanizmanın hızlarının (ivmelerinin) planı.

Bir mekanizmanın hız (ivme) planı, mekanizmanın belirli bir konumundaki bağlantı noktalarının hız (ivme) vektörlerinin oluşturduğu şekildir.

Hız planı oluşturma

Bilinen

Boyuta göre VAO = ω*r= 125,7*0,15 = 18,9 m/sn.

İnşaat ölçeğini seçin, örneğin 1m/(s*mm).

Bir noktayı direk olarak işaretleyin R bir hız planı oluştururken (Şekil 3.6).

Vektörü kutuptan ayırıyoruz,

Pirinç. 3.6 dikey JSC. Nokta hızı vektörü İÇİNDE Denklemi grafiksel olarak çözerek buluruz. Vektörlerin yönü bilinmektedir. Vektör yatay bir çizgi üzerinde yer alır ve vektör diktir VA. Vektörün kutbundan ve ucundan karşılık gelen düz çizgileri çizeriz ve vektör denklemini kapatırız. Mesafeyi ölçme kurşun Ve ba ve ölçeği dikkate alarak şunu buluruz:

VV= 16,6 m/sn, VVA= 13,8 m/sn.

Hızlandırma planı oluşturma(Şekil 3.7)

Hızlanma noktası Aşu andan itibaren eşittir = 0. . Normal ivmenin büyüklüğü a n AO = ω 2 * r =

= 125,7 2 *0,15 = 2370 m/sn 2.

Teğetsel ivme a t AO = ε* r = 0, açısal ivmeden beri ε = 0, Çünkü ω = sabit.

İnşaat ölçeğini seçin; örneğin, 100m/(s 2 *mm). Direkten bir kenara koyun r a vektör, paralel JSC itibaren Aİle HAKKINDA. Nokta ivme vektörü İÇİNDE denklemi grafiksel olarak çözerek buluruz. Vektör paralel yönlendirilmiştir VA itibaren İÇİNDEİle A, değeri eşittir a n VA = V VA 2 / l = 13,8 2 /0,45 = 423 m/s2 .

bir B = 1740 m/s2; VA = 1650 m/sn 2.

Kinematik diyagram yöntemi (Şekil 3.8)

Kinematik diyagram yöntemi grafiksel bir yöntemdir. Önce yer değiştirme grafiğinin, ardından hız grafiğinin grafiksel farklılaşmasını içerir. Bu durumda yer değiştirme ve hız eğrilerinin yerini kesikli bir çizgi alır. Pistin temel bir bölümündeki ortalama hızın değeri şu şekilde ifade edilebilir:

µ S - yer değiştirme ölçeği.

µ t - zaman ölçeği.

Bizim durumumuzda

µS = 0,01 m/mm;

μ t = 0,000625 sn/mm.

Hız ölçeği:

µ V = µ S /(μ t *H V) =

0,01/(0,000625*30) =

0,533 m/(s*mm).

Hızlanma ölçeği:

µ a = µ V /(μ t * H a) =

0,533/(0,000625*30) =

28,44 m/(sn 2 *mm).

Hız diyagramı oluşturma prosedürü.

HV (20-40 mm) mesafesinde O noktası - inşaat direği - yerleştirilir. Kutuptan, yer değiştirme grafiğinin kesikli çizgisinin bölümlerine paralel, ordinat ekseniyle kesişene kadar düz çizgiler çizilir. Ordinatlar ilgili bölümlerin ortasındaki hız grafiğine aktarılır. Elde edilen noktalardan bir eğri çizilir - bu hız diyagramıdır.

İvme diyagramı da benzer şekilde oluşturulur; yalnızca hız diyagramı orijinal grafik haline gelir ve yerini kesikli bir çizgi alır.

Hız ve ivmenin sayısal değerlerini belirtmek için çizim ölçeği yukarıda gösterildiği gibi hesaplanır.

Kaydırıcının hızları ve ivmeleri, yaklaşık denklemin (3.2) ardışık olarak farklılaştırılmasıyla analitik olarak da belirlenebilir.

Mekanizma bağlantılarının hız ve ivmelerinin bilinmesi, mekanizmanın dinamik analizi, özellikle yüksek ivmelerde oluşabilecek atalet kuvvetlerinin belirlenmesi için gereklidir.(bizim durumumuzda olduğu gibi) Statik yükleri, örneğin bir baklanın ağırlığını birçok kez aşabilir.

Kursumuzun kısalığı nedeniyle, mekanizmalar üzerinde kuvvet çalışması yapmıyoruz, ancak literatürden, özellikle bu bölümde tavsiye edilenlerden, kendinizi tanıyabilirsiniz.

Mekanizmalar ve makineler teorisi, dişli geometrisi konularının yanı sıra kinematik çiftlerdeki sürtünme konularıyla da ilgilenir. Bu konuları da "makine parçaları" bölümünde belirli durumlar ve görevlerle ilgili olarak ele alacağız.

Edebiyat

1. Pervitsky Yu.D. Hassas mekanizmaların hesaplanması ve tasarımı. - L.: Makine mühendisliği,

2. Zablonsky K.I. Uygulamalı mekanik. - Kiev: Vishcha Okulu, 1984. - 280 s.

3. Korolev P.V. Mekanizmalar ve makineler teorisi. Ders Notları. - Irkutsk: Yayınevi

İnsanlığın gelişimine, insanların ve hayvanların çalışmalarını kolaylaştıran ve üretkenliklerini artıran makinelerin, mekanizmaların ve dişlilerin sürekli yaratılması eşlik etmektedir. Modern gereksinimleri karşılayan yeni makinelerin, mekanizmaların, çeşitli cihazların ve tesislerin oluşturulması, temel ve uygulamalı bilimlerin başarılarına dayanmaktadır.

Mekanizmalar ve makineler teorisi Mekanizmaların ve makinelerin özelliklerini ve tasarımlarını incelemek için genel yöntemleri inceleyen bir bilim. Mekanizmalar ve makineler teorisinde belirtilen yöntemler, herhangi bir mekanizmanın tasarımına uygundur ve makinenin çalışma sürecinin fiziksel doğasının yanı sıra teknik amacına da bağlı değildir.

Araba- insanın fiziksel ve zihinsel emeğinin yerini almak veya kolaylaştırmak amacıyla enerjiyi, malzemeleri ve bilgiyi dönüştürmek için mekanik hareketler gerçekleştiren bir cihaz. Malzemeler işlenmiş nesneler, taşınan yükler ve diğer emek nesneleri olarak anlaşılmaktadır.

Makine düzenli mekanik hareketler yaparak çalışma sürecini yürütür. Bu hareketlerin taşıyıcısı mekanizmadır. Buradan, mekanizma- temas yoluyla hareketli bir şekilde bağlanan ve bunlardan birine göre sabit olarak alınan belirli, gerekli bir şekilde hareket eden katı cisimlerden oluşan bir sistem. Birçok mekanizma, katı cisimlerin mekanik hareketini dönüştürme işlevini yerine getirir.

En basit mekanizmalar (kaldıraç, dişli vb.) eski çağlardan beri bilinmektedir; insan emeğini kolaylaştırmak ve emek verimliliğini artırmak amacıyla bunların araştırılması, iyileştirilmesi ve uygulamaya konulması süreci yavaş yavaş gerçekleşti.

Böylece, Rönesans'ın seçkin kültürel figürü ve bilim adamı Leonardo da Vinci'nin (1452-1519) dokuma makineleri, baskı ve ağaç işleme makinelerinin mekanizmaları için tasarımlar geliştirdiği ve sürtünme katsayısını deneysel olarak belirlemeye çalıştığı bilinmektedir. İtalyan doktor ve matematikçi D. Cardan (1501–1576), saat ve değirmen mekanizmalarının hareketini inceledi. Fransız bilim adamları G. Amonton (1663–1705) ve C. Coulomb (1736–1806), statik ve kayma sürtünme kuvvetini belirlemek için formüller öneren ilk kişilerdi.

İsviçre doğumlu seçkin matematikçi ve tamirci L. Euler (1707-1783), Rusya'da otuz yıl yaşadı ve çalıştı, profesör ve daha sonra St. Petersburg Bilimler Akademisi'nin tam üyesi, 850 bilimsel makalenin yazarı, bir soruyu çözdü. Rijit bir cismin kinematiği ve dinamiğindeki birçok problem, elastik cisimlerin titreşimleri ve stabilitesi üzerinde çalışıldı, pratik mekanik konuları ele alındı, özellikle dişli dişlerinin çeşitli profilleri üzerinde çalışıldı ve en umut verici profilin olduğu sonucuna varıldı. dahil.

Ünlü Rus tamirci ve mucit I.I. Polzunov (1728-1766), iki silindirli bir buhar motorunun mekanizması için bir tasarım geliştiren (ne yazık ki uygulayamadığı) ilk kişiydi, kazanı suyla beslemek için otomatik bir regülatör, su sağlamak için bir cihaz tasarladı ve buhar ve diğer mekanizmalar. Üstün tamirci I.I. Kulibin (1735–1818), o zamanların en karmaşık otomatik mekanizması olan ünlü yumurta şeklindeki saati yarattı.

Makine mühendisliğinin bir endüstri dalı olarak gelişmesiyle bağlantılı olarak, makineleri oluşturan mekanizmaların incelenmesi ve tasarlanması için genel bilimsel yöntemlerin geliştirilmesine ihtiyaç duyuldu. Bu yöntemler, en iyi tanımlanmış, gerekli işlevleri yerine getiren, zamanına göre en gelişmiş makinelerin yaratılmasına katkıda bulundu. Makine mühendisliğinin bir endüstri dalı olarak 18. yüzyılda ve 19. yüzyılda şekillenmeye başladığı bilinmektedir. özellikle İngiltere ve ABD'de hızla gelişmeye başladı.

Rusya'da ilk makine imalat fabrikaları 18. yüzyılda ortaya çıktı; 1861'de zaten 100'den fazla vardı ve 1900'de - yaklaşık 1410. Ancak, 20. yüzyılın başında. yerli makine mühendisliği hem gelişme hem de üretim ölçeği açısından geride kaldı: tüm makinelerin yarısı yurt dışından ithal edildi. Ülkemizde ancak 30-50'li yıllarda güçlü makine mühendisliği gelişmeye başladı, en iyi dünya modellerinden daha aşağı olmayan ve bazı durumlarda onları aşan çeşitli makine ve mekanizmaları başarıyla yarattı.

Son derece gelişmiş yerli makine mühendisliği, Büyük Vatanseverlik Savaşı'nda zaferi garantileyen faktörlerden biriydi.

Bir bilim olarak “Uygulamalı Mekanik” adı altında mekanizmalar ve makineler teorisi 19. yüzyılın başlarında şekillenmeye başlamış ve daha sonra esas olarak mekanizmaların yapısal, kinematik ve dinamik analizine yönelik yöntemler geliştirilmiştir. Ve sadece 19. yüzyılın ortalarından itibaren. Mekanizmalar ve makineler teorisinde mekanizmaların sentezi için genel yöntemler geliştirilmektedir. Böylece ünlü Rus bilim adamı, matematikçi ve tamirci, akademisyen P.L. Chebyshev (1821–1894) kaldıraç mekanizmalarının yapısı ve sentezi üzerine 15 çalışma yayınladı; geliştirilen yöntemlere dayanarak, belirli bir yörüngeyi yürüten, diğerleri hareket ederken bazı bağlantıları durduran, 40'tan fazla farklı yeni mekanizma icat etti ve inşa etti. vesaire.; Düzlem mekanizmalarının yapısal formülüne artık Chebyshev formülü deniyor.

Alman bilim adamı F. Grashof (1826-1893), sentezinde gerekli olan düz bir kaldıraç mekanizmasındaki bir bağlantının dönme koşulunun matematiksel bir formülasyonunu verdi. İngiliz matematikçiler D. Sylvester (1814–1897) ve S. Roberts (1827–1913), eğrileri (pantograflar) dönüştürmek için kaldıraç mekanizmaları teorisini geliştirdiler.

I.A. Otomatik kontrol teorisinin kurucularından biri olarak bilinen Vyshnegradsky (1831–1895), bir dizi makine ve mekanizma (otomatik pres, kaldırma makineleri, pompa regülatörü) tasarladı ve St. Petersburg Teknoloji Enstitüsü'nde profesör olarak çalıştı. , makine tasarımı konusunda bilimsel bir okul yarattı.

Çeşitli makinelerde kullanılan dişli mekanizmalarının sentezine yönelik yöntemler belirli bir karmaşıklıkla karakterize edilir. Bu alanda pek çok bilim adamı çalışmıştır. Fransız geometri uzmanı T. Olivier (1793-1858), bir üretici yüzey kullanarak düzlemsel ve uzaysal etkileşimlerde eşlenik yüzeylerin sentezlenmesi yöntemini doğruladı. İngiliz bilim adamı R. Willis (1800–1875) düzlem dişlilerin temel teoremini kanıtladı ve planet dişli mekanizmalarını incelemek için analitik bir yöntem önerdi. Alman makine mühendisi F. Reuleaux (1829–1905), eşlenik profilleri sentezlemek için şu anda "normaller yöntemi" olarak bilinen grafiksel bir yöntem geliştirdi. Releaux aynı zamanda mekanizmaların yapısı (yapısı) ve kinematiği üzerine çalışmaların da yazarıdır. Rus bilim adamı H.I. Gokhman (1851–1916), dişlilerin analitik teorisi üzerine çalışmalarını yayınlayan ilk kişilerden biriydi.

Makinelerin dinamiğine önemli bir katkı “Rus havacılığının babası” N.E. Zhukovski (1847–1921). O sadece modern aerodinamiğin kurucusu değil, aynı zamanda uygulamalı mekanik ve makine kontrolü teorisi üzerine bir dizi çalışmanın da yazarıydı.

Makine mekaniğinin gelişimi N.P.'nin çalışmasıyla kolaylaştırıldı. Hidrodinamik yağlama teorisinin temellerini atan Petrov (1836–1920); Başkan Yardımcısı Tarım makinelerinin hesaplanması ve yapımı için teorik temelleri geliştiren Goryachkin (1868–1935), hesaplamanın tüm karmaşıklığı, aktüatörlerinin insan elinin hareketlerini yeniden üretmesi gerektiği gerçeğinde yatmaktadır.

Rus bilim adamı L.V. Assur (1878–1920), çok bağlantılı düz mekanizmaların yapısında, analiz ve sentezlerinde hâlâ kullanılan genel bir model keşfetti. Ayrıca karmaşık kaldıraç mekanizmalarının kinematik analizi için “tekil nokta” yöntemini geliştirdi; A.P. Malyshev (1879–1962), karmaşık düzlem ve uzaysal mekanizmalara uygulanan yapısal analiz ve sentez teorisini önerdi.

Makine mühendisliğinin ayrılmaz bir teorisi olarak makine mekaniğinin gelişimine önemli bir katkı I.I. Artobolevski (1905–1977). Mekanizmalar ve makineler üzerine ulusal teori okulunun organizatörüydü; mekanizmaların yapısı, kinematiği ve sentezi, makine dinamiği ve otomatik makinelerin teorisi üzerine çok sayıda eserin yanı sıra evrensel olarak tanınan ders kitapları yazdı.

I.I.'nin öğrencileri ve takipçileri. Artobolevsky - A.P. Bessonov, V.A. Zinoviev (1899–1975), N.I. Levitsky, N.V. Umnov, S.A. Cherkudinov ve diğerleri - makine dinamiği (akustik ve holonomik olmayan dahil), mekanizmaların sentezinin optimizasyonu, otomatik makineler teorisi ve mekanizmalar ve makineler teorisinin diğer alanlarındaki çalışmaları ile bunların daha da geliştirilmesine katkıda bulundular.

30'lu yıllarda ve sonraki yıllarda N.G., araştırmalarıyla mekanizmalar ve makineler teorisine büyük katkı sağladı. Mekanizmaların doğruluğu teorisinin yaratıcılarından biri olan Bruevich (1896–1987), G.G. Baranov (1899–1968), mekansal mekanizmaların kinematiği üzerine çalışmaların yazarı, S.N. Elastik bağlantılı mekanizmaların ve ağır yüklü makinelerin mekanizmalarının dinamik analizi için genel yöntemler geliştiren Kozhevnikov (1906–1988).

Bilim adamlarının çalışmalarına dikkat çekmeye değer: F.E. Orlova (1843–1892), D.S. Zernova (1860–1922) - dişliler teorisini genişletti; N.I. Mertsalova (1866–1948) - düzlem mekanizmalarının kinematik çalışmasını uzamsal mekanizmalar teorisiyle destekledi ve volanın hesaplanması için basit ve güvenilir bir yöntem geliştirdi; L.P. Smirnova (1877–1954) - mekanizmaların kinematiğini ve makinelerin dinamiğini incelemek için katı bir birleşik sistem grafik yöntemleri getirdi; V.A. Gavrilenko (1899–1977) - dişlilerin geometrik teorisini geliştirdi; L.N. Reshetova (1906–1998) - dişlilerin yanı sıra gezegen ve kam mekanizmalarının düzeltilmesi teorisini geliştirdi ve kendi kendini hizalama mekanizmaları teorisinin temelini attı.

Yukarıda en önemli “makine” kavramı verilmişti. Makinelerin insan emeğinin yerine geçmesini veya kolaylaştırılmasını sağlamanın yanı sıra, üretkenliklerini de bin kat artırdığını da ekleyelim. Önemli olan enerjinin, malzemenin ve bilginin dönüşümünün mekanik hareket sayesinde gerçekleşmesidir. Bunu aklımızda tutarak “makine” kavramını belirli örneklerle detaylı olarak inceleyelim.

Elektrik motoru, elektriği şebekeden alıp mekanik enerjiye dönüştürerek tüketiciye ulaştırıyor. Alınan mekanik enerjiyi basınçlı hava enerjisine dönüştüren bir kompresör olabilir. Önemli olan, enerji dönüşümünün, çalışan parçaların mekanik hareketinden dolayı meydana gelmesidir: bir elektrik motorunda bu, rotorun dönüşüdür. 1 (Şekil 1.1) kompresörde - piston hareketinde 3 yukarı ve aşağı (Şekil 1.2).

Pirinç. 1.1. Elektrik motoru

Pirinç. 1.2. Kompresör

Bir elektrik motorunun mekanik enerjisinin tüketicisi aynı zamanda bir takım tezgahı, bir pres veya başka bir teknolojik makine de olabilir. Bu durumda teknolojik sürecin neden olduğu işin yapılması için mekanik enerji harcanır. Bir makine veya pres de dönüşümü gerçekleştirir, ancak enerjiyle değil, işlenen ürünün boyutu ve şekliyle ilgili: makine - keserek, pres - basınçla. Ve bu örneklerde, dönüşümün mekanik hareket yoluyla gerçekleştirildiği gösterilmektedir: bir makinede - bir kesici alet veya üründe, bir preste - bir damgada.

Bir konveyörde yükü hareket ettirmek için mekanik enerji kullanılır. Makinenin doğasında bulunan dönüşüm süreci, yükün taşınmasından (yerinin değiştirilmesinden) oluşur ve doğal olarak yükün üzerinde bulunduğu konveyör bandının mekanik hareketi sayesinde gerçekleştirilir.

Mekanik enerji tüketicisi aynı zamanda bir baskı makinesini de içerir. Burada bilgi, makinenin çalışan parçalarının gerçekleştirdiği mekanik hareket yoluyla tekrar tekrar basılan basılı ürünlere dönüştürülür.

Bir makinede çalışma işlemi mekanik hareketle gerçekleştirildiğinden bu hareketi sağlayacak bir taşıyıcıya sahip olması gerekir. Mekanizma böyle bir taşıyıcıdır. Sonuç olarak “makine” kavramı, “mekanizma” kavramıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Mekanizma, ne kadar basit olursa olsun, zorunlu olarak makinenin bir parçasıdır; bu onun kinematik temelidir ve bu nedenle makinelerin mekaniğinin incelenmesi, mekanizmalarının özelliklerinin incelenmesiyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır.

Hareketli bir şekilde birbirine bağlanan ve temas eden katı cisimlerden oluşan bir sistem olan mekanizmanın, bazılarının hareketini diğerlerinin gerekli hareketlerine dönüştürdüğünü hatırlayalım.

Bu tanımı belirli örnekler kullanarak ayrıntılı olarak inceleyelim.

Elektrik motoru mekanizması iki katı gövdeden oluşan bir sistemdir: bir rotor 1, sabit bir statorun içinde dönmekte ve statorun kendisi 2 (bkz. Şekil 1.1); bu katılara denir Mekanizmanın bağlantıları. Rotor statora göre döner, bu da bağlantıların birbirine hareketli bir şekilde bağlandığı anlamına gelir. Bu bağlantı yapısal olarak rulmanlar kullanılarak yapılır ve temasla gerçekleştirilir. Aslında elektrik motorunun kaymalı yatakları olsun; daha sonra rotor milinin silindirik yüzeyi, sabit stator yatak astarlarının silindirik yüzeyi ile temas eder. Bağlantılı bağlantıların göreceli hareketlerine izin veren böyle bir bağlantısına denir. kinematik çift. Bu durumda rotor 1 ve stator 2 kinematik bir çift oluşturmak 1/2. Son olarak, rotorun dönme hareketinin, mekanik enerjiyi motordan tüketicisine (kompresör, takım tezgahı, dövme makinesi, vinç, baskı makinesi vb.) aktarmak için gerekli olan hareket olduğunu belirtelim. Sonuç olarak, rotor-stator sistemi, tanımı gereği herhangi bir mekanizmanın doğasında bulunan tüm özelliklere sahiptir ve dolayısıyla bir mekanizmadır.

Ele alınan örnek, yalnızca iki bağlantıdan (rotor ve stator) oluşan bir elektrik motorunun mekanizmasının basit bir yapıya veya dedikleri gibi bir yapıya sahip olduğunu açıkça göstermektedir. Birçok makinenin mekanizması aynı basit yapıya sahiptir: buhar, gaz ve hidrolik türbinler, eksenel kompresörler, fanlar, üfleyiciler, santrifüj pompalar, elektrik jeneratörleri ve adı verilen diğer makineler. döner.

Birçok mekanizmanın daha karmaşık bir yapıya sahip olduğunu unutmayın. Gerekli hareketleri gerçekleştirmek için mekanizmanın hareketi iletme ve dönüştürme işlevlerini yerine getirmesi gerektiğinde komplikasyon ihtiyacı ortaya çıkar. Bunu açıklamak için başka bir örneğe bakalım.

Basınçlı hava üretmek üzere tasarlanmış pistonlu kompresörde, bu işlem için gerekli olan mekanik enerji, dönen bir krank miline sağlanır. 1 ve bağlantı çubuğu aracılığıyla 2 pistona aktarıldı 3, çalışma silindirinin içinde yukarı ve aşağı hareket eden C(bkz. Şekil 1.2). Piston aşağı doğru hareket ettiğinde atmosferden hava emilir, yukarı doğru hareket ettiğinde ise hava önce sıkıştırılır, ardından özel bir hazneye pompalanır. Burada gerekli olan hareketler, milin sürekli dönme hareketi ve pistonun ileri geri hareketidir. Bu nedenle bunları uygulamak için milin hareketini, krank-kaydırıcı adı verilen kompresör mekanizması tarafından gerçekleştirilen piston hareketine dönüştürmek gerekir. Bu nedenle kompresör mekanizması, hareketi dönüştürmeyen elektrik motoru mekanizmasından çok daha karmaşıktır. Krank-kaydırma mekanizması artık iki değil dört bağlantıdan oluşuyor: üçü hareketli 1, 2, 3 ve sabit bir şey, vücut 4 kompresör (bkz. Şekil 1.2).

Krank-kaydırma mekanizmasının bağlantıları, birbirine bağlı, çiftler oluşturur 1/4, 1/2, 2/3, 3/4. Bağlantılar yataklarda birbirine temas ediyor A, İÇİNDE Ve İLE ve ayrıca piston, çalışma silindirinin sabit yüzeyi ile temas halindedir C. Tüm bu bağlantılar, bağlantıların birbirine göre hareket etmesini sağlar: bağlantı 1 bağlantıya göre döner 4, bağlantı 2 bağlantıya göre döner 1, açıdan beri ABC hareket sırasındaki değişiklikler vb. Böylece katı cisimler sistemi (1 – 2 – 3 – 4) Tanım gereği bir mekanizmanın doğasında olması gereken tüm özelliklere sahiptir ve dolayısıyla bir mekanizmadır.

Dikkate alınan krank-kaydırma mekanizması yaygın olarak kullanılmaktadır: sabit ve deniz içten yanmalı motorlarda, piston genişleticilerde ve hidrolik pompalarda, teknolojik, ulaşımda (arabalar, traktörler, dizel lokomotifler) ve diğer birçok makinede kullanılır.

Dolayısıyla “mekanizma” kavramı “makinenin kinematik temeli”nden daha geniştir. Öncelikle mekanizma sadece makinelerin değil aynı zamanda birçok alet ve aparatın (jirolar, regülatörler, röleler, kontaktörler, elektrikli ölçüm aletleri, otomatik koruma cihazları vb.) kinematik temelini oluşturur. Ayrıca, herhangi bir makineyle özel olarak ilgili olmayan, onun ayrılmaz bir parçası olmayan birçok mekanizma bağımsız olarak mevcuttur. Bunlar, tek tek makineleri tüm ünitelere bağlayan şanzıman mekanizmalarını (redüktörler, değiştiriciler, dişliler ve diğer şanzımanlar) içerir.

Sonuç olarak mekanizmalar ve makineler teorisindeki bazı terimlerin tanımlarını veriyoruz. Bağlantı- belirli bir hareket dönüşümüne katılan katı bir cisim. Bir bağlantı, bir parçadan veya kendi aralarında göreceli hareketi olmayan birkaç parçadan oluşabilir. Detay- İşlevlerini yerine getirmesine engel olmaksızın daha küçük parçalara bölünemeyen ürün. Mekanizma elemanı- Bir mekanizmanın birbiriyle doğrudan temas halinde olmayan parçalarının etkileşimini sağlayan katı, sıvı veya gaz bileşeni. Kinematik çift– bir mekanizmanın iki rijit gövdesinin, belirlenmiş bağıl hareketlerine izin veren bağlantısı.