▷ Wat is een mechanisme? (soorten en voorbeelden)

In dit artikel wordt uitgelegd wat de mechanismen zijn en waarvoor ze worden gebruikt. Je vindt daarom de betekenis van mechanisme, voorbeelden van mechanismen en wat de verschillende soorten mechanismen zijn.

Wat is een mechanisme?

Een mechanisme is een reeks mechanische elementen waarmee mensen met minder inspanning en comfortabeler werk kunnen uitvoeren.

Meer precies zijn mechanismen apparaten die, dankzij een transmissiesysteem, een kracht of beweging transformeren.

De functie van een mechanisme is daarom het werk van mensen te vergemakkelijken, aangezien mechanismen worden gebruikt om krachten of bewegingen teweeg te brengen die zonder deze mechanismen zeer moeilijk of zelfs onmogelijk zouden zijn.

Het mechanisme van een auto zorgt er bijvoorbeeld voor dat hij vooruit kan rijden door het gaspedaal in te drukken en de versnellingspook te bewegen. Zo transformeert het voertuigmechanisme het werk van de mens in voorwaartse beweging.

Kort gezegd is een mechanisme een reeks onderdelen van een machine die een invoerkracht of beweging omzet in een gewenste uitvoerkracht of beweging.

Voorbeelden van mechanismen

Zodra we de definitie van het mechanisme hebben gezien, zullen we verschillende voorbeelden van mechanismen zien om het concept beter te begrijpen.

Drijfstang-krukmechanisme : mechanisme dat wordt gebruikt om een lineaire beweging om te zetten in een cirkelvormige beweging en omgekeerd.
Cam Follower-mechanisme : een niet-omkeerbaar mechanisme dat roterende beweging omzet in oscillerende lineaire beweging.
Wormmechanisme : mechanisme dat wordt gebruikt om een roterende beweging tussen twee loodrechte assen over te brengen.
Tandheugelmechanisme : omkeerbaar mechanisme waarmee u kunt overschakelen van cirkelvormige beweging naar lineaire beweging.
Wrijvingswielen : mechanisme dat door wrijving een roterende beweging overbrengt.
Takel : mechanisme gevormd door een reeks katrollen waarmee zware voorwerpen comfortabel kunnen worden gehanteerd.
Tandwielen : een mechanisme dat wordt gebruikt om de hoeksnelheid en het vermogen tussen twee assen over te brengen.

Soorten mechanismen

Lineair transmissiemechanisme

Lineaire transmissiemechanismen zijn mechanismen die lineaire beweging toepassen en als reactie daarop een nieuwe lineaire beweging genereren. Dit type mechanisme brengt dus een rechtlijnige beweging over.

De hefboom is bijvoorbeeld een lineair transmissiemechanisme omdat de werking ervan bestaat uit het naar beneden bewegen van een van de uiteinden (lineaire beweging) en daarom beweegt de andere arm van de hefboom met de last naar boven (lineaire beweging). Het is dus een mechanisme dat een lineaire beweging overbrengt.

Over het algemeen maakt dit type mechanisme het mogelijk dat de invoerkracht wordt gewijzigd, waardoor een kracht kan worden uitgeoefend die veel groter is dan de uitgeoefende kracht. In navolging van het vorige voorbeeld kunt u met een weegschaal een zwaar voorwerp met minder kracht optillen dan wanneer u het gewicht zonder mechanisch instrument zou moeten tillen.

Circulair transmissiemechanisme

Circulaire transmissiemechanismen zijn mechanismen die aan de ingang een cirkelvormige beweging hebben en die ook aan de uitgang een cirkelvormige beweging hebben. Dit type mechanisme brengt dus een roterende beweging over.

Het verschil tussen een cirkelvormig aandrijfmechanisme en een lineair aandrijfmechanisme is dus simpelweg het type beweging dat ze overbrengen. Een cirkelvormig transmissiemechanisme brengt rotatiebeweging over, terwijl een lineair transmissiemechanisme rechtlijnige beweging overbrengt.

Een systeem van katrollen die door een riem zijn verbonden, is bijvoorbeeld een cirkelvormig transmissiemechanisme, aangezien de rotatiebeweging van de invoerpoelie wordt overgebracht naar de uitgaande katrol.

Dit type mechanisme heeft als functie de hoeksnelheid te wijzigen, zodat bij het overbrengen van een cirkelvormige beweging de rotatiesnelheid naar behoefte wordt verhoogd of verlaagd.

Om dit te doen, spelen we met de diameter van het invoerwiel en de diameter van het uitvoerwiel: als de invoerdiameter groter is dan de uitvoerdiameter, wordt de hoeksnelheid verhoogd, aan de andere kant als de diameter van de inlaat kleiner is dan de uitlaatdiameter wordt de hoeksnelheid verlaagd.

Tandwielen met ketting, ook wel kettingtandwielmechanisme genoemd, zijn ook een cirkelvormig overbrengingsmechanisme. Het voordeel van kettingen is dat ze efficiënter zijn, maar minder flexibel dan riemen.

Ten slotte zijn tandwielen ook cirkelvormige overbrengingsmechanismen, omdat het tandwielen zijn waarvan de tanden in elkaar passen en daarom de cirkelvormige beweging van het ene wiel op het andere wordt overgedragen.

Er zijn hoofdzakelijk drie soorten tandwielen: rechte tandwielen waarvan de assen evenwijdig zijn, kegelvormige tandwielen waarvan de assen loodrecht zijn en spiraalvormige tandwielen waarvan de tanden spiraalvormig zijn.

tandwielen

kegelvormige tandwielen

spiraalvormige tandwielen

Bewegingstransformatiemechanisme

Bewegingstransformatiemechanismen zetten de invoerbeweging om in een ander type beweging, zodat de invoerbeweging en de uitvoerbeweging verschillend zijn.

Kortom, dit soort mechanismen transformeren cirkelvormige beweging in lineaire beweging, of omgekeerd zetten ze cirkelvormige beweging om in lineaire beweging.

Het nokvolgmechanisme wordt bijvoorbeeld gebruikt om een cirkelvormige beweging om te zetten in een heen en weer gaande lineaire beweging. Dit type mechanisme is onomkeerbaar, wat betekent dat je van een cirkelvormige beweging naar een lineaire beweging kunt gaan, maar niet andersom.

Op dezelfde manier wordt het tandheugelmechanisme gebruikt om voorwaartse beweging om te zetten in roterende beweging. Dit type mechanisme is omkeerbaar, waardoor je ook een cirkelvormige beweging kunt omzetten in een lineaire beweging.

Mechanisch voordeel van een mechanisme

Het mechanische voordeel van een mechanisme is de verhouding tussen de uitgaande kracht en de invoerkracht van het mechanisme. Daarom is het mechanische voordeel gelijk aan de verhouding tussen de uitgangskracht en de ingangskracht.

De formule voor het berekenen van het mechanische voordeel van een mechanisme is dus als volgt:

$VM=\cfrac{F_s}{F_e}$

Het mechanische voordeel van een mechanisme kan ook worden berekend door de snelheid van de uitgeoefende kracht te delen door de snelheid waarmee de last beweegt. Op dezelfde manier is deze uitdrukking ook equivalent aan de verplaatsing van het punt van de uitgeoefende kracht gedeeld door de verplaatsing van de last:

$VM=\cfrac{F_s}{F_e}=\cfrac{v_e}{v_s}=\cfrac{d_e}{d_s}$

Goud:

$VM$

is het mechanische voordeel.
$F_s$

is de uitgangskracht.
$F_e$

is de invoerkracht.
$v_e$

is de invoersnelheid.
$v_s$

is de uitrijsnelheid.
$d_e$

is de afstand die de inzending heeft afgelegd.
$d_s$

is de afstand die de uitvoer aflegt.

Aan de andere kant, als we een moment willen overbrengen in plaats van een kracht, wordt het mechanische voordeel berekend door het uitvoermoment te delen door het invoermoment. Het mechanische voordeel van wieltandwielen wordt bijvoorbeeld gemeten aan de hand van de verhouding van het overgedragen moment.

$VM=\cfrac{M_s}{M_e}=\cfrac{\omega_e}{\omega_s}$

Goud:

$VM$

is het mechanische voordeel.
$M_s$

is de releasetijd.
$M_e$

is de inlooptijd.
$\omega_e$

is de invoerhoeksnelheid.
$\omega_s$

is de uitgangshoeksnelheid.

Vervolgens kunnen uit de mechanische voordeelformule de volgende relaties worden afgeleid:

VM>1 : de uitgaande kracht is groter dan de uitgeoefende kracht, dus het mechanisme vergroot de omvang van de kracht. Aan de andere kant is de afstand die de last aflegt kleiner dan de afstand die wordt afgelegd door het punt waar de kracht wordt uitgeoefend.
VM<1 : de uitgangskracht is kleiner dan de uitgeoefende kracht, dus het mechanisme vermindert de krachtwaarde. We verkrijgen echter een verplaatsing van de last die groter is dan de verplaatsing op het punt waarop de kracht wordt uitgeoefend.
VM=1 : de uitgaande kracht van het mechanisme is gelijk aan de kracht die erop wordt uitgeoefend. Ook de verplaatsingen van de last en het aangrijpingspunt van de kracht zijn identiek. Hoewel dit soort mechanismen geen mechanisch voordeel bieden, worden ze vaak gebruikt om op een comfortabelere manier kracht uit te oefenen. Een eenvoudige katrol maakt bijvoorbeeld neerwaartse kracht mogelijk om een gewicht op te tillen, waardoor het gemakkelijker wordt om de last op te tillen.

Vrijheidsgraden van een mechanisme

De vrijheidsgraden van een mechanisme zijn het aantal gegeneraliseerde snelheden dat nodig is om de kinematische toestand van een mechanisme volledig te definiëren.

Het aantal vrijheidsgraden van een mechanisme wordt dus berekend met behulp van de volgende formule:

$\displaystyle GL=n_s\cdot GL_s -\sum_k E_k$

Goud:

$GL$

is het aantal vrijheidsgraden van het mechanisme.
$n_s$

is het aantal vaste stoffen of elementen waaruit het mechanisme bestaat.
$GL_s$

is het aantal vrijheidsgraden van elke vaste stof. Als we het mechanisme in twee dimensies bestuderen, heeft elke vaste stof drie vrijheidsgraden, maar als we in drie dimensies werken, heeft elke vaste stof zes vrijheidsgraden.
$E_k$

is het aantal beperkingen opgelegd door link k .

Opgemerkt moet worden dat de vrijheidsgraden van een mechanisme een belangrijke parameter zijn voor het definiëren van zijn beweging, omdat ze samenvallen met het aantal vergelijkingen dat nodig is om zijn beweging te beschrijven.

Mechanisme