▷ Что такое механизм? (типы и примеры)

В этой статье объясняется, что это за механизмы и для чего они используются. Таким образом, вы узнаете значение механизма, примеры механизмов и различные типы механизмов.

Что такое механизм?

Механизм – это совокупность механических элементов, позволяющих человеку выполнять работу с меньшими усилиями и более комфортно.

Точнее, механизмы — это устройства, которые благодаря системе передачи преобразуют силу или движение.

Таким образом, функция механизма заключается в облегчении работы человека, поскольку механизмы используются для создания сил или движений, которые без них были бы очень трудны или даже невозможны.

Например, система механизмов автомобиля позволяет ему двигаться вперед, нажимая на педаль газа и перемещая рычаг коробки передач. Таким образом, механизм транспортного средства преобразует работу, совершаемую человеком, в движение вперед.

Короче говоря, механизм — это набор частей машины, который преобразует входную силу или движение в желаемую выходную силу или движение.

Примеры механизмов

После того, как мы увидели определение механизма, мы увидим несколько примеров механизмов , чтобы лучше понять эту концепцию.

Шатунно-кривошипный механизм : механизм, используемый для преобразования линейного движения в круговое и наоборот.
Механизм следящего кулачка : нереверсивный механизм, который преобразует вращательное движение в колебательное линейное движение.
Червячный механизм : механизм, используемый для передачи вращательного движения между двумя перпендикулярными осями.
Реечный механизм : реверсивный механизм, позволяющий переключаться с кругового движения на линейное.
Фрикционные колеса : механизм, передающий вращательное движение за счет трения.
Подъемник : механизм, состоящий из набора шкивов, который позволяет удобно поднимать тяжелые предметы.
Звездочки : механизм, используемый для передачи угловой скорости и мощности между двумя осями.

Виды механизмов

Механизм линейной передачи

Механизмы линейной передачи — это механизмы, которые применяют линейное движение и в ответ генерируют другое линейное движение. Таким образом, этот тип механизма передает прямолинейное движение.

Например, рычаг является механизмом линейной передачи, поскольку его работа заключается в перемещении одного его конца вниз (линейное движение) и, следовательно, другое плечо рычага с грузом движется вверх (линейное движение). Таким образом, это механизм, который передает линейное движение.

В общем, этот тип механизма позволяет изменять входную силу, тем самым позволяя прикладывать силу, намного превышающую приложенную силу. Следуя предыдущему примеру, весы позволяют поднять тяжелый предмет с меньшей силой, чем если бы вам пришлось поднимать вес без механического инструмента.

Круговой передаточный механизм

Механизмы круговой передачи – это механизмы, которые имеют круговое движение на входе и также имеют круговое движение на выходе. Так вот этот тип механизма передает вращательное движение.

Таким образом, разница между механизмом кругового привода и механизмом линейного привода заключается просто в типе движения, которое они передают. Механизм круговой передачи передает вращательное движение, а механизм линейной передачи передает прямолинейное движение.

Например, система шкивов, связанных ремнем, представляет собой механизм круговой передачи, поскольку вращательное движение входного шкива передается на выходной шкив.

Этот тип механизма имеет функцию изменения угловой скорости, так что при передаче кругового движения скорость вращения увеличивается или уменьшается по мере необходимости.

Для этого мы играем с диаметром входного колеса и диаметром выходного колеса: если входной диаметр больше выходного, то угловая скорость увеличивается, с другой стороны, если диаметр Впускного меньше. чем диаметр выходного отверстия, угловая скорость уменьшается.

Звездочки с цепью, называемые цепно-звездчатым механизмом, также представляют собой механизм круговой передачи. Преимущество цепей в том, что они более эффективны, однако менее гибки, чем ремни.

Наконец, шестерни также являются механизмами круговой передачи, так как представляют собой зубчатые колеса, зубья которых прилегают друг к другу и, следовательно, круговое движение передается от одного колеса к другому.

В основном существует три типа зубчатых колес: прямые шестерни, оси которых параллельны, конические шестерни, оси которых перпендикулярны, и косозубые шестерни, зубья которых винтовые.

прямозубые шестерни

конические шестерни

косозубые шестерни

Механизм трансформации движения

Механизмы преобразования движения преобразуют входное движение в движение другого типа, поэтому входное и выходное движение различаются.

По сути, эти типы механизмов преобразуют круговое движение в линейное движение или, наоборот, преобразуют круговое движение в линейное движение.

Например, механизм кулачкового толкателя используется для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное линейное движение. Этот тип механизма является необратимым, а это значит, что он позволяет перейти от кругового движения к линейному, но не наоборот.

Аналогично, реечный механизм используется для преобразования движения вперед во вращательное движение. Этот тип механизма является реверсивным, поэтому он также позволяет преобразовывать круговое движение в линейное.

Механическое преимущество механизма

Механическое преимущество механизма — это отношение выходной силы к входной силе механизма. Следовательно, механическое преимущество равно отношению выходной силы к входной силе.

Итак, формула расчета механического преимущества механизма выглядит следующим образом:

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

Механическое преимущество механизма также можно рассчитать, разделив скорость приложенной силы на скорость движения груза. Аналогично, это выражение также эквивалентно смещению точки приложенной силы, деленному на перемещение груза:

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

Золото:

$VM$

это механическое преимущество.
$F_s$

это выходная сила.
$F_e$

это входная сила.
$v_e$

это входная скорость.
$v_s$

это скорость выхода.
$d_e$

— расстояние, пройденное входом.
$d_s$

— расстояние, пройденное выходом.

С другой стороны, если мы хотим передать момент вместо силы, механическое преимущество рассчитывается путем деления выходного момента на входной момент. Например, механическое преимущество колесных передач измеряется соотношением передаваемого момента.

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

Золото:

$VM$

это механическое преимущество.
$M_s$

это время релиза.
$M_e$

это время входа.
$\omega_e$

— входная угловая скорость.
$\omega_s$

— выходная угловая скорость.

Тогда из формулы механического преимущества можно вывести следующие соотношения:

VM>1 : выходная сила больше приложенной силы, поэтому механизм увеличивает величину силы. С другой стороны, расстояние, пройденное грузом, меньше расстояния, пройденного точкой приложения силы.
VM<1 : выходная сила меньше приложенной силы, поэтому механизм уменьшает значение силы. Однако мы получим смещение груза, большее, чем смещение, произведенное в точке приложения силы.
VM=1 : выходная сила механизма равна приложенной к нему силе. Перемещения груза и точки приложения силы также идентичны. Хотя эти типы механизмов не дают никаких механических преимуществ, их часто используют для более удобного приложения силы. Например, простой блок позволяет поднимать вес с помощью направленной вниз силы, что облегчает подъем груза.

Степени свободы механизма

Степени свободы механизма — это количество обобщенных скоростей, необходимых для полного определения кинематического состояния механизма.

Таким образом, число степеней свободы механизма рассчитывается по следующей формуле:

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

Золото:

$GL$

– число степеней свободы механизма.
$n_s$

– это количество твердых тел или элементов, составляющих механизм.
$GL_s$

— число степеней свободы каждого твердого тела. Если мы изучаем механизм в двух измерениях, каждое тело имеет 3 степени свободы, но если мы работаем в трех измерениях, каждое тело имеет 6 степеней свободы.
$E_k$

— количество ограничений, налагаемых ссылкой k .

Следует отметить, что степени свободы механизма являются важным параметром для определения его движения, поскольку они совпадают с числом уравнений, необходимых для описания его движения.