Dieser Artikel erklärt, was mechanische Systeme sind. Hier finden Sie die Bedeutung des mechanischen Systems, Beispiele für mechanische Systeme und die verschiedenen Arten mechanischer Systeme.
Was ist ein mechanisches System?
Ein mechanisches System ist eine Reihe mechanischer Elemente, die koordiniert arbeiten, um Bewegung oder Kraft umzuwandeln oder zu übertragen.
Mit anderen Worten: Ein mechanisches System dient dazu, eine Bewegung zu verstärken oder zu vermindern bzw. eine Kraft zu verstärken oder zu vermindern. Mechanische Systeme sind daher für den Menschen sehr nützlich, da sie es uns ermöglichen, auf komfortable Weise eine große Kraft auszuüben oder eine Bewegung zu erzeugen, die viel Kraft erfordert.
Eine der Eigenschaften mechanischer Systeme ist, dass sie sich problemlos mit anderen Systemtypen kombinieren lassen. Beispielsweise wird ein mechanisches System normalerweise mit einem elektrischen System verbunden, um die Bewegung eines Elektromotors zu erzeugen.
Mechanische Systeme bestehen aus verschiedenen festen Teilen. Somit bewegt sich jedes Teil unter dem Einfluss einer Kraft, sodass alle Teile zusammenwirken, damit das mechanische System eine bestimmte Funktion erfüllt.
Beispiele für mechanische Systeme
Nachdem wir die Definition eines mechanischen Systems kennengelernt haben, werden im Folgenden einige Beispiele für mechanische Systeme aufgeführt, um das Konzept besser zu verstehen.
- Pleuel-Kurbel-System : mechanisches System zur Umwandlung einer linearen Bewegung in eine kreisförmige Bewegung und umgekehrt.
- Cam-Follower-System : mechanisches System, das eine Drehbewegung in eine oszillierende lineare Bewegung umwandelt.
- Schneckensystem : mechanisches System zur Übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei senkrechten Achsen.
- Zahnstangensystem : reversibles mechanisches System, das den Wechsel von Kreisbewegung zu linearer Bewegung ermöglicht.
- Getriebesystem : mechanisches System zur Übertragung von Kreisbewegungen von einem Zahnrad auf ein anderes Zahnrad.
- Rollensystem : mechanisches System, das aus einer Reihe von Rollen besteht, die effektiv kombiniert werden, sodass die zum Heben einer Last erforderliche Kraft geringer ist.
Teile eines mechanischen Systems
Ein mechanisches System besteht aus folgenden Teilen oder Elementen:
- Antriebsblock (oder Eingabeblock) : Es handelt sich um den Teil des mechanischen Systems, der die Antriebskraft aufnimmt und somit die Bewegung des gesamten Systems initiiert. Typischerweise ist diese Komponente des mechanischen Systems mit einem Elektromotor verbunden, sodass der Motor für die anfängliche Bewegung des mechanischen Systems sorgt.
- Senderblock : Dies ist der Teil des mechanischen Systems, der die Bewegung des Motorblocks empfängt und umwandelt. Ebenso ist er für die Übertragung der Bewegung an den Ausgangsblock verantwortlich.
- Empfangsblock (oder Ausgangsblock) : Es handelt sich um den Teil des mechanischen Systems, der die Bewegung und Kraft vom Sendeblock empfängt und für die Ausübung der mechanischen Ausgangsarbeit verantwortlich ist. Daher erfüllt diese Komponente oder dieser Elementsatz die Hauptfunktion des mechanischen Systems.
Wenn wir das Beispiel des mechanischen Systems des Fahrrads analysieren, sind die Pedale die motorische Einheit, die die von den Beinen ausgeübte Kraft aufnimmt. Anschließend übertragen die Pedale die Drehbewegung auf den Fahrradmechanismus, den Übertragungsblock. Schließlich erhöht der Mechanismus den Kraftwert und überträgt ihn auf die Räder, die den Abtriebsblock bilden, und somit bewegt sich das Fahrrad vorwärts.
Arten mechanischer Systeme
Mechanische Systeme können entsprechend ihrer Funktion in folgende Typen eingeteilt werden:
- Mechanisches Linearübertragungssystem – Eine Art mechanisches System, das lineare Bewegungen überträgt. Typischerweise werden diese Arten von mechanischen Systemen verwendet, um die Eingangskraft zu erhöhen oder zu verringern.
- Mechanisches Kreisübertragungssystem : Typ eines mechanischen Systems, das Kreisbewegungen überträgt. Diese mechanischen Systeme dienen dazu, die Drehzahl einer Welle zu erhöhen oder zu reduzieren.
- Mechanisches Bewegungstransformationssystem : Eine Art mechanisches System, das die Eingangsbewegung in eine andere Bewegungsart umwandelt. Diese Arten mechanischer Systeme sind sehr nützlich, da sie den Wechsel von Kreisbewegung zu linearer Bewegung oder umgekehrt ermöglichen.
Mechanischer Vorteil eines mechanischen Systems
Der mechanische Vorteil ist ein Maß, das den Faktor angibt, mit dem die auf ein mechanisches System ausgeübte Kraft multipliziert wird. Mit anderen Worten ist der mechanische Vorteil ein charakteristischer Parameter eines mechanischen Systems, der den Grad der Verstärkung einer Kraft durch dieses System ausdrückt.
Die Formel zur Berechnung des mechanischen Vorteils eines mechanischen Systems lautet:
Der mechanische Vorteil eines mechanischen Systems kann auch berechnet werden, indem die Geschwindigkeit der ausgeübten Kraft durch die Geschwindigkeit geteilt wird, mit der sich die Last bewegt. Ebenso entspricht dieser Ausdruck der Verschiebung des Punktes der ausgeübten Kraft dividiert durch die Verschiebung der Last:
Gold:
-
ist der mechanische Vorteil.
-
ist die Ausgangskraft.
-
ist die Eingangskraft.
-
ist die Eingangsgeschwindigkeit.
-
ist die Austrittsgeschwindigkeit.
-
ist die vom Eintrag zurückgelegte Strecke.
-
ist die vom Ausgang zurückgelegte Strecke.
Wenn wir hingegen ein Moment anstelle einer Kraft übertragen wollen, wird der mechanische Vorteil berechnet, indem das Ausgangsmoment durch das Eingangsmoment dividiert wird. Beispielsweise wird der mechanische Vorteil von Getriebesystemen anhand des Verhältnisses des übertragenen Moments gemessen.
Gold:
-
ist der mechanische Vorteil.
-
ist die Release-Zeit.
-
ist die Eintrittszeit.
-
ist die Eingangswinkelgeschwindigkeit.
-
ist die Austrittswinkelgeschwindigkeit.
Aus der Formel für den mechanischen Vorteil können dann die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:
- VM>1 : Die Ausgangskraft ist größer als die ausgeübte Kraft, sodass das mechanische System die Kraftgröße erhöht. Andererseits ist der von der Last zurückgelegte Weg kleiner als der Weg, den der Kraftangriffspunkt zurücklegt.
- VM<1 : Die Ausgangskraft ist geringer als die aufgebrachte Kraft, daher reduziert das mechanische System den Kraftwert. Wir erhalten jedoch eine Lastverschiebung, die größer ist als die Verschiebung am Kraftangriffspunkt.
- VM=1 : Die Ausgangskraft des mechanischen Systems ist gleich der auf es ausgeübten Kraft. Auch die Verschiebungen der Last und der Angriffspunkt der Kraft sind identisch. Obwohl diese Arten von mechanischen Systemen keinen mechanischen Vorteil bieten, werden sie häufig verwendet, um die Kraft bequemer auszuüben.