מנגנונים. מכונות ומנגנונים מנגנונים המשמשים במכונות מודרניות

מגוון מאוד. חלקם הם שילוב של גופים מוצקים בלבד, אחרים מכילים גופים הידראוליים, פנאומטיים או מכשירים חשמליים, מגנטיים ואחרים. בהתאם, מנגנונים כאלה נקראים הידראוליים, פנאומטיים, חשמליים וכו'.

מנקודת המבט של המטרה הפונקציונלית שלהם, מנגנונים מחולקים בדרך כלל לסוגים הבאים:

מנגנוני המנוע ממירים סוגים שונים של אנרגיה לעבודה מכנית (למשל מנגנונים של מנועי בעירה פנימית, מנועי קיטור, מנועים חשמליים, טורבינות וכו').

מנגנונים של ממירים (גנרטורים) ממירים עבודה מכנית לסוגים אחרים של אנרגיה (לדוגמה, מנגנונים של משאבות, מדחסים, כוננים הידראוליים וכו').

מנגנון ההילוכים (הכונן) ממלא את תפקידו העברת התנועה מהמנוע אל המכונה הטכנולוגית או המפעיל, תוך המרת תנועה זו לזו הנחוצה להפעלת המכונה או המפעיל הטכנולוגי.

מפעיל הוא מנגנון המשפיע ישירות על הסביבה או האובייקט המעובד. משימתו היא לשנות את הצורה, המצב, המיקום והמאפיינים של הסביבה או האובייקט המעובד (למשל, המנגנונים של מכונות עיבוד מתכת, מכבשים, מסועים, מפעלי גלגול, מחפרים, מכונות הרמה וכו').

מנגנוני בקרה, ניטור וויסות הם מנגנונים והתקנים שונים להבטחה ולניטור ממדים של חפצים מעובדים (לדוגמה, מנגנוני מדידה לניטור ממדים, לחץ, מפלסי נוזל; ווסתים המגיבים לסטייה של מהירות הזווית של הציר הראשי של המכונה וקבע את המהירות המצוינת של פיר זה; מנגנון, מסדיר את קביעות המרחק בין הגלילים של הגלגול וכו').

מנגנונים להזנה, שינוע, הזנה ומיון של חומרי עיבוד וחפצים מעובדים כוללים מנגנונים למקדחים בורגיים, מעליות מגרדים ודליים להובלה והזנה של חומרים בתפזורת, מנגנונים להעמסת הופרים לחלקי עבודה, מנגנונים למיון מוצרים מוגמרים לפי גודל, משקל, תצורה, וכו '

מנגנונים לספירה אוטומטית, שקילה ואריזה של מוצרים מוגמרים משמשים במכונות רבות, בעיקר בייצור מוצרי חתיכה המוני. יש לזכור כי מנגנונים אלו יכולים להיות גם מפעילים אם הם כלולים במכונות מיוחדות המיועדות למטרות אלו.

סיווג זה מציג רק את מגוון היישומים הפונקציונליים של מנגנונים, אשר עדיין ניתן להרחיב באופן משמעותי. עם זאת, כדי לבצע פונקציות שונות, לעתים קרובות נעשה שימוש במנגנונים בעלי אותו מבנה, קינמטיקה ודינמיקה. לכן, ללימוד תורת המנגנונים והמכונות, מזוהים מנגנונים שיש להם שיטות משותפות לסינתזה וניתוח העבודה שלהם, ללא קשר למטרה התפקודית שלהם. מנקודת מבט זו, נבדלים סוגי המנגנונים הבאים.

1.1. מבנה של מכונות ומנגנונים

רוב המכוניות המודרניות נוצרות לפי התוכנית הבאה:

אוטו- מכשיר המבצע תנועות מכניות הנחוצות לביצוע תהליך העבודה על מנת להחליף או להקל על העבודה הפיזית והנפשית האנושית.

מַנגָנוֹןמהווה חלק בלתי נפרד מהמכונה ומהווה קבוצה של חלקים ומכלולים מחוברים זה לזה המבטיחים את ביצוע הפונקציות שצוינו.

יחידת הנעהמורכב ממנוע ומנגנון הילוכים. הוא נועד לספק מאפיינים קינמטיים וכוח של המפעיל.

מנגנון שידורנועד להעביר אנרגיה מהמנוע למפעיל עם טרנספורמציה של סוג וכיוון התנועה, כמו גם שינויים במאפיינים הקינמטיים והכוח.

מנגנון הפעלהמיועד לבצע את תהליך העבודה הישירה (עיבוד, הובלה, ערבוב וכו').

1.2. העברות פשוטות. מאפיינים עיקריים
ותלות מחושבת

הצורך בהחדרת מנגנון שידור נובע מיכולתו לבצע פונקציות שונות:

העברת אנרגיה (כוח);

טרנספורמציה (ירידה או עלייה) של כוחות או מומנטים של כוחות;

המרה (ירידה או עלייה) של מהירות התנועה של קישורים;

המרת סוג התנועה (סיבובית לתרגום או להיפך) ושינוי כיוון התנועה;

הפרדת תנועה זורמת מהמנוע למספר גופים מבצעים של המכונה העובדת.

בין מנגנוני שידור, בשימוש נרחב העברת תנועה סיבובית , שניתן לחלק לשתי קבוצות עיקריות:

הילוכים המבוססים על שימוש בכוחות חיכוך (חיכוך, חגורה);

הילוכים המבוססים על שימוש בגלגלי שיניים (גיר, תולעת, בורג, שרשרת).

הבה ניקח בחשבון תמסורות גלגלי שיניים פשוטות, שכל אחת מהן מכילה שתי חוליות נעות (פירים עם גלגלי שיניים מחוברים אליהם) המבצעות תנועה סיבובית, וחוליה קבועה אחת (תומכי פיר). באיור. 1.1 מציג את מראה גלגלי השיניים ואת האפשרויות לתיאורם בדיאגרמות בלוקים.

ציוד משופע

גלגל שיניים חלזוני

גלגלי שיניים סלילנייםמאופיינים מַקְבִּיל סידור צירי הילוכים או בונבדלים בסידור הגיר: עם גיר חיצוני ועם גיר פנימי. IN חֲרוּטִי תיבת ציר הילוכים או ב לְהִצְטָלֵב . IN תוֹלַעַת העברת ציר תולעת אוגלגל תולעת ב לַחֲצוֹת .

המאפיין הקינמטי העיקרי של מנגנוני שידור הוא יחס העברה U, שהוא היחס בין מהירויות זוויתיות w או תדרי סיבוב נקלט (מוביל) אופלט (עבד) בקישורים במקרה זה, לייעוד יחס ההילוכים יש שני מדדים המציינים את כיוון העברת התנועה מהקישור אלקישור ב:

.

תדירות סיבוב נקשור למהירות הזוויתית w על ידי היחס:

, סל"ד

גלגלי שיניים המפחיתים את מהירות הסיבוב נקראים תיבות הילוכים . בהם, יחס ההילוכים מתממש בשל יחס הקטרים דאו מספר שיניים זעֶבֶד בומגיש אגלגלי שיניים ברשת:

.

לפיכך, תיבות הילוכים מפחיתות את מהירות הסיבוב בגורם מיחס ההילוכים בשל היחס בין מספרי השיניים של הגלגלים המרושתים:

.

במקרה זה, גלגל ההנעה בגלגלי שיניים גליליים ומשופעים, בעל מספר קטן יותר של שיניים, נקרא גלגל שיניים , והעבד - גַלגַל .

המומנט בתיבות ההילוכים גדל בגורם מיחס ההילוכים, תוך התחשבות בהפסדי חיכוך המוערכים לפי מקדם היעילות η :

.

יעילות (ח)הוא היחס בין כוח שימושי P nעל קישור הפלט, שהושקע ביישום של עבודה שימושית בתהליך ייצור או טכנולוגי, לכוח על קישור הקלט, שהוצא על ידי המנוע:

.

יעילות לוקחת בחשבון הפסדי הספק כדי להתגבר על כוחות חיכוך בזוגות קינמטיים ומהווה קריטריון חשוב להערכת יעילות השימוש באנרגיה ושלמות טכנית של המנגנון.

בעת פתרון בעיות, אתה יכול להשתמש בערכי היעילות הבאים עבור גלגלי שיניים שונים: גלילי - η = 0.97; חרוטי - η = 0.96; תולעת - η = 0.95 (1 - U / 200), איפה U– יחס העברה בגלגל התולעת.

1.3. מנגנוני שידור רב שלבים

אם יש צורך ליישם יחס העברה שערכו חורג מהמגבלות המומלצות עבור הילוכים בודדים, השתמש בסידור רציף של הילוכים (שלבים) במנגנון ההילוכים.

במקרה זה, יחס ההילוכים הכולל ( Uסה"כ) והיעילות הכוללת (h סה"כ) של מנגנון הילוכים רב-שלבי מוגדרים כתוצר של יחסי העברה והיעילות של כל שלביו (הילוכים):

,

איפה M– מספר השלבים במנגנון.

יחס העברה של אחד או קבוצת שלבים M– מנגנון צעד מאופיין ביכולת לשנות את מהירות הסיבוב נומומנט טבעת העברת תנועה בין המנהיג אניועבד קקישורים של החלק הנחשב של המנגנון:

.

כוח נטו על פיר הפלט של המנגנון ( P החוצה, W) מחושבים לפי התלות:

,

איפה ט החוצה, Nm ו n החוצה, סל"ד - בהתאמה המומנט והמהירות של פיר הפלט של המנגנון.

כוח המנוע הנדרש (המחושב) נקבע תוך התחשבות בהפסדים ביחידות החיכוך של המנגנון:

בהתבסס על הספק התכנון ומהירות הסיבוב, נבחר מנוע חשמלי סטנדרטי עם ערך ההספק הגבוה הקרוב ביותר מהקטלוג.

1.4. דוגמאות לפתרון בעיות

משימה 1.בצע ניתוח מבני, קינמטי וכוח של מה שמוצג באיור. כונן 1.2 המכיל מנוע חשמלי ותיבת הילוכים.

פרמטרים מוגדרים:

- מספר שיניים , , , , , ;

- מהירות סיבוב גל מנוע סל"ד;

- מומנט על ציר המוצא של תיבת ההילוכים Nm.

פִּתָרוֹן

ניתוח מבני.מנגנון ההולכה התלת-שלבי נוצר על ידי חיבור שלושה הילוכים נפרדים בסדרה.

השלב הראשון הוא גיר גלילי עם גיר חיצוני; ציר הילוכים 1 וגלגלים 2 מַקְבִּיל.

השלב השני הוא גלגל שיניים משופע; ציר הילוכים 3 וגלגלים 4 לְהִצְטָלֵב.

השלב השלישי הוא ציוד תולעת; צירי תולעים 5 וגלגל תולעת 6 לַחֲצוֹת.

הצירים של פירי הקלט I והיציאה IV מצטלבים.

ניתוח קינמטי.

- במה ראשונה: ;

- שלב שני: ;

- שלב שלישי: ;

– מנגנון: .

אנו קובעים את תדירות הסיבוב של כל פיר של המנגנון, תוך התחשבות בכך שהגלגלים מקובעים לפירים ויש להם אותן מהירויות איתם:

סל"ד (לפי תנאי הבעיה);

סל"ד;

סל"ד;

סל"ד

ניתוח כוח.אנו קובעים את המומנטים על כל פיר:

Nm (לפי תנאי הבעיה);

נ"מ.

היעילות של ציוד תולעת נקבעת על ידי התלות:

נ"מ;

נ"מ.

לפיכך, מהירות הסיבוב של הצירים יורדת בהדרגה לפי זמני יחס ההילוכים (סל"ד; סל"ד; סל"ד; סל"ד), והמומנטים גדלים (בהתחשב ביעילות) בזמני יחס ההילוכים (Nm; Nm; Nm; Nm).

אנו מחשבים את ההספק השימושי על סמך פיר הפלט של תיבת ההילוכים:

W = 2.5 קילוואט.

כוח מנוע נדרש (מחושב):

קילוואט,

מהקטלוג אנו בוחרים מנוע חשמלי סטנדרטי 4A100S4 עם מהירות סיבוב של סל"ד והספק של קילוואט.

משימה 2.בצע ניתוח קינמטי של הכונן (ראה איור 1.2 במשימה 1), תוך שימוש בנתונים ראשוניים אחרים.

פרמטרים מוגדרים:

- מספר שיניים: , , , ;

- מהירות סיבוב גל המנוע: סל"ד;

– מהירות סיבוב של ציר תיבת ההילוכים III: סל"ד.

פִּתָרוֹן

אנו קובעים את יחסי ההילוכים:

- במה ראשונה: ;

- שלב שלישי: ;

- יחס העברה כללי של השלב הראשון והשני:

;

- יחס ההילוכים של השלב השני נקבע תוך התחשבות בכך :

;

– המנגנון כולו: .

אנו קובעים את תדירות הסיבוב של כל פיר של המנגנון:

סל"ד (לפי תנאי הבעיה);

סל"ד;

סל"ד (לפי תנאי הבעיה);

סל"ד

לפיכך, תיבת ההילוכים מפחיתה את מהירות סיבוב גל המנוע פי 120 (מ-3000 סל"ד ל-25 סל"ד), ומשנה אותה בדרגה: בשלב הראשון פי 3 (מ-3000 סל"ד ל-1000 סל"ד), בשלבים השניים פי 2 (מ. 1000 סל"ד עד 500 סל"ד) ובשלב השלישי 20 פעמים (מ-500 סל"ד עד 25 סל"ד).

שאלות בקרה

1. מהו הנעה, מנגנון הילוכים, מפעיל? בשביל מה הם נועדו?

2. אילו פונקציות יכול מנגנון השידור לבצע?

3. ציינו גלגלי שיניים פשוטים כגלגלי שיניים ושרטטו את הדיאגרמות המבניות שלהם. איזה מיקום יחסי של הצירים של החוליות המונעות והמונעות אופייני לכל אחד מהגלגלים?

4. מהו יחס העברה? איך זה מאפיין את מנגנון השידור?

5. מהי תיבת הילוכים? אילו פונקציות של מנגנון שידור הוא יכול לבצע? כיצד מיושם יחס ההילוכים הנדרש בתיבות הילוכים? צייר בתרשים: תיבת הילוכים סלילנית עם יחס העברה; ציוד משופע עם .

6. הרכיבו את כל התלות האפשריות שמהן ניתן לחשב את יחס ההילוך.

7. מהו מקדם הביצועים (COP)? איך זה מאפיין את מנגנון השידור? אילו פרמטרים תפעוליים מחושבים תוך התחשבות ביעילות?

8. לשם מה משמשים מנגנוני שידור רב-שלביים? כיצד לקבוע את יחס ההילוך הכולל ואת היעילות הכוללת?

9. פתור את הבעיה. בצע ניתוח מבני, קינמטי וכוח של מה שמוצג באיור. תיבת הילוכים 1.3.

פרמטרים מוגדרים:

- מספר שיניים , , , ;

– מהירות סיבוב הציר

- מומנט

אורז. 1.3

נ"מ.

לְהַגדִיר:

א) מספר השלבים במנגנון;

ב) סוג שידור בכל שלב;

ג) יחס העברה של כל שלב;

ד) מהירות סיבוב של פירים I ו-II;

ה) מומנט על פירים I, III, IV;

ו) יחס העברה כללי;

ז) יעילות כוללת;

ח) כוח שימושי ומושקע;

i) מיקום הצירים של פירי הקלט I והיציאה IV.

תשובות:א) 3; ב) 1-Ch, 2-K, 3-C; ג) 15, 2, 4; ד) 200 ו-100; ה) 10, 253, 983; ה) 120; ז) 0.82; ח) 2.57 ו-3.14; אני חוצה.

2. מושגי יסוד של סטטיקה

2.1. כוח ורגע של כוח.
צמד כוחות ומומנט של זוג כוחות

סטטיקה היא ענף של מכניקה החוקר את תנאי שיווי המשקל של הקישורים של מנגנון תחת פעולת כוחות.

כּוֹחַ (ו, N) - מדד לאינטראקציה המכנית של מוצקים. כוח מיוצג כווקטור, אשר פעולתו מאופיינת בנקודת היישום (לדוגמה, נקודה A), כיוון לאורך קו הפעולה וגודלו ו(איור 2.1).

אורז. 2.1 איור 2.2

זוג כוחות(איור 2.2) – מערכת של כוחות מקבילים (), שווים בגודלם ( ו 1 = ו 2) ומכוון לכיוונים מנוגדים ().

רגע של כוח( , Nm) ביחס לנקודה (לדוגמה, t. על אודות) הוא מכפלה של הגודל המספרי של הכוח ועל הכתף ח– המרחק הקצר ביותר מנקודה לקו הפעולה של הכוח (ראה איור 2.1):

רגע של כמה כוחות (רגע מרוכז) (מ, הממ)מוגדר כמכפלה של גודל אחד הכוחות על ידי זרוע הזוג ח -מרחק בין קווי הפעולה של הכוחות (ראה איור 2.2):

.

איור 6

באיור. 2.3 מציג כינויים אפשריים של רגע מרוכז Mעל התרשימים.

מומנט (T, Nm)- רגע של כוח, אשר פעולתו מלווה בסיבוב החוליה (איור 2.4, א).

מומנט כיפוף (M, Nm)- רגע של כוח, פעולתו מלווה בכיפוף החוליה (איור 2.4, ב).

2.2. קשרים ותגובותיהם

כל אלמנט מבני או חוליה של מנגנון הוא גוף לא חופשי, שתנועותיו במרחב מוגבלות על ידי גופים אחרים, הנקראים קשרים . אילוץ המונע תנועה של גוף לא חופשי פועל עליו בכוח הנקרא תגובה תקשורתית .

כיוון תגובות הקשר נקבע על סמך הכללים הבאים:

1. תגובת הצימוד מיושמת בנקודת המגע של משטחי המגע ומכוונת לכיוון המנוגד לכיוון בו התנועה מוגבלת.

2. אם החיבור מגביל תנועה בכמה כיוונים בו זמנית, אז כיוון התגובה אינו ידוע והוא מיוצג בצורה של רכיבים המכוונים לאורך הצירים של מערכת הקואורדינטות שנבחרה.

הבה נבחן את כיוון התגובות עבור סוגי הקשרים העיקריים (איור 2.5).

מגע משטח חלק(איור 2.5, א). התגובה מכוונת לאורך הנורמלי המשותף אל משטחי המגע.

מגע של משטחים חלקים עם נקודות פינות וקודקודים(איור 2.5, ב). התגובה מכוונת נורמלי למשטח החלק.

חוט בלתי ניתן להרחבה(איור 2.5, V). תגובות ומכוונות לאורך החוטים לנקודות ההשעיה.

תמיכה מפרגנת(איור 2.5, ג). התגובה היא בניצב למשטח התומך.

תמיכה מקובעת מפרקית(איור 2.5, ד). כיוון התגובה אינו ידוע. מוצג בצורה של רכיבים לא ידועים ו.

חותם קשה(איור 2.5, ה). בתמיכה כזו יכולים להיות שלושה מרכיבים של התגובה: , ומומנט התמיכה.

2.3. תנאי שיווי משקל למערכת מישורית של כוחות

גוף קשיח נמצא במצב של שיווי משקל אם הוא חסר תנועה ביחס למסגרת הייחוס הנבדקת.

לשיווי משקל של גוף קשיח תחת פעולת מערכת שרירותית של כוחות, יש צורך ומספיק שהווקטור הראשי והמומנט העיקרי של מערכת זו ביחס לכל נקודה על אודותגופים היו שווים לאפס:

וקטור ראשימערכת הכוחות שווה לסכום הגיאומטרי של כל הכוחות של המערכת:

נקודה מרכזיתמערכת הכוחות שווה לסכום המומנטים של כל הכוחות ביחס למרכז ההפחתה שנבחר 0:

.

כתוצאה מכך, תנאי שיווי המשקל לובשים את הצורה:

.

בפתרון בעיות מעשיות, נעשה שימוש בשיטה האנליטית של פתרון משוואות וקטוריות, לפיה ההשלכה של סכום הוקטורים על כל ציר שווה לסכום ההשלכות של סיכומי הוקטורים על אותו ציר .

בהקשר זה, ניתן לכתוב את תנאי שיווי המשקל לעיל עבור מערכת מישורית של כוחות בצורה של שלוש משוואות שיווי משקל עצמאיות של גוף קשיח ביחס למערכת קואורדינטות XY מלבנית:

.

גוף קשיח נמצא בשיווי משקל אם הסכום האלגברי (בהתחשב בסימן) של תחזיות כל הכוחות על כל אחד מצירי הקואורדינטות שווה לאפס והסכום האלגברי של המומנטים של כל הכוחות ביחס לכל נקודה O של מישור XY שווה לאפס.

כדי לקבוע את גודל וכיוון תגובת הקשר, יש צורך לבצע את השלבים הבאים:

1) להחליף קשרים חיצוניים בתגובות שלהם, המתארים את הכיוון האפשרי שלהם בתרשים הכוח;

2) מתוך משוואות שיווי המשקל של מערכת הכוחות, קבע את גודל התגובות הלא ידועות;

3) אם כתוצאה מחישובים כל תגובה מתבררת כשלילית, עליך לשנות את הכיוון שלה בתרשים להיפך;

4) לבצע בדיקת בקרה של נכונות קביעת התגובות הן בגודל והן בכיוון, תוך שימוש נוסף באחת ממשוואות שיווי המשקל, למשל, משוואת המומנטים על נקודה במישור שלא נחשבה קודם לכן.

בעת יצירת משוואות שיווי משקל, נוח להשתמש בהוראות הבאות:

– הקרנת וקטור הכוח על הציר שווה למכפלת המודולוס (גודל) הכוח והקוסינוס של הזווית בין קו הפעולה של הכוח לציר, נלקח עם סימן פלוס אם הכיוונים של הווקטור והציר חופפים, או מינוס אם הם מנוגדים:

– מומנט הכוח נלקח עם סימן פלוס אם הוא פועל בכיוון התנועה עם כיוון השעון, ועם סימן מינוס אם הוא פועל בכיוון ההפוך.

2.4. דוגמה לפתרון בעיות

מְשִׁימָה.באיור. איור 2.6 מציג קורה על שני תומכי צירים A ו-C, הטעונים על ידי מערכת שטוחה של כוחות ומומנטים חיצוניים:

נ; נ; נ"מ;

מידות של קטעי קורה:

זה נדרש לקבוע את הגודל והכיוון של וקטורי תגובת התמיכה ו.

פִּתָרוֹן

הבה נתאר על דיאגרמת הכוח את הכיוון המשוער של התגובות של התומכים ו- שני הוקטורים מכוונים כלפי מעלה.

הבה נקבע את גודל וכיוון התגובות ובאמצעות משוואות שיווי המשקל של מערכת מישורית של כוחות.

בואו ניצור משוואה לרגעי הכוחות ביחס לתמיכה עם, בהתחשב בהשפעת הרגע בכיוון התנועה בכיוון השעון חיובית (עם סימן פלוס):

תגובה = 400 N,מופנה כלפי מטה.

בואו ניצור משוואה עבור ההשלכות של כל הכוחות על הציר האנכי י, בהתחשב בכיוון כלפי מעלה של הווקטור כחיובי (עם סימן פלוס):

סימן המינוס מציין את הכיוון הלא נכון. אנו משנים את כיוון הווקטור בתרשים לכיוון ההפוך.

תגובה = 200 N,מופנה כלפי מטה.

אנו בודקים את נכונות הפתרון באמצעות משוואה נוספת לרגעי הכוחות ביחס לכל נקודה שאינה תומכת, למשל הנקודה IN:

ה"אפס" המתקבל כתוצאה מחישובים מצביע על נכונות קביעת התגובות הן בגודל והן בכיוון.

שאלות בקרה

1. הגדר כוח. מה מאפיין את פעולת הכוח?

2. כיצד לקבוע את רגע הכוח על נקודה?

3. הגדירו זוג כוח. איך למצוא את הרגע של כמה כוחות? איך זה מצוין בתרשימים?

4. הגדר מומנט ורגעי כיפוף.

5. מה נקרא חיבור, תגובת חיבור?

6. נסח כללים לקביעת כיוון תגובות הקשר.

7. מה נקרא הווקטור הראשי והמומנט העיקרי של מערכת כוחות? איך הם נקבעים?

8. נסח את תנאי שיווי המשקל למערכת מישורית של כוחות; לכתוב את משוואות שיווי המשקל.

9. פתור את הבעיה. באיור. איור 2.7 מציג קורה על שני תמיכות צירים B ו-D, עמוסה בכוחות N, N ומומנט מרוכז Nm. גודל m. קבעו את גודל וכיוון תגובות התמיכה ובדקו.

תשובה:ח, מכוון למעלה; ח, מצביע למטה.

3. מושגי יסוד
עמידות של חומרים

3.1. חוזק, קשיחות, יציבות

הביצועים של מבנה תלויים בחוזק, בקשיחות וביציבות של המרכיבים המרכיבים אותו.

כוח– יכולתו של מבנה ומרכיביו לשאת עומס ללא הרס.

קְשִׁיחוּת– יכולתו של מבנה ומרכיביו לעמוד בפני דפורמציה, כלומר שינוי בצורה והגודל המקוריים בהשפעת עומסים.

קיימות- היכולת של מבנה ומרכיביו לשמור על הצורה הראשונית של שיווי משקל אלסטי.

רוב החלקים המכניים מיועדים לחוזק, ופותרים שלוש בעיות עיקריות:

קביעת גדלים רציונליים;

קביעת עומסים בטוחים;

בחירת החומרים המתאימים ביותר.

במקרה זה, המבנה האמיתי מוחלף בתרשים עיצוב, ותוצאות החישוב מאומתות בניסוי.

3.2. שיטת המדור. גורמי כוח פנימיים

כוחות חיצוניים , הפועלים על אלמנטים מבניים, מחולקים לפעיל (עומסים) ותגובתי (תגובות של חיבורים). הם גורמים למראה כוחות פנימיים הִתנַגְדוּת. אם הכוחות הפנימיים עולים על כוחות ההדבקה של חלקיקים בודדים של החומר, הרס של אלמנט מבני זה יתרחש. לכן, כדי להעריך את חוזק העצם הנחקר, יש צורך להכיר את הכוחות הפנימיים ואת חוק התפלגותם בכל האובייקט. כדי לפתור בעיות אלה השתמש שיטת הסעיף . הבה נבחן אלמנט מבני בעל צורה שרירותית בשיווי משקל (איור 3.1), הטעון על ידי מערכת של כוחות חיצוניים . בכל קטע של אלמנט זה יהיו כוחות פנימיים שצריך לקבוע. לשם כך, הבה ננתח את האובייקט המדובר עם קטע שנבחר באופן שרירותי לשני חלקים: A ו-B.

כל אחד מהחלקים הללו יופעל על ידי כוחות חיצוניים וכוחות פנימיים בקטע, שיאזנו את פעולת החלק המנותק:

; .

כתוצאה מכך, הכוחות הפנימיים הנוצרים בקטע הנדון שווים לסכום הכוחות החיצוניים הפועלים על אחד מהחלקים המנותקים.

הרצאה 1

תורת המנגנונים והמכונות -הוא מדע החוקר את המבנה, הקינמטיקה והדינמיקה של מכונות ומנגנונים בקשר לניתוח ולסינתזה שלהם.

אָנָלִיזָה- חקר תכונות מבניות, קינמטיות ודינמיות של מנגנונים. יש איזה מנגנון מוכן, שתכונותיו נחקרות.

סִינתֶזָה- תכנון מנגנונים בעלי תכונות מבניות, קינמטיות ודינמיות מוגדרות לביצוע התנועות הנדרשות. לפיכך, בעת סינתזה של מנגנון, יש לנו משימה הפוכה של ניתוח: לתכנן מנגנון המבוסס על תכונות נתונות.

תורת מנגנונים ומכונות- המדע של השיטות הכלליות ביותר לחקר מכונות ומנגנונים ועיצובם עבור תנאי פעולה נתונים.

הבה נציג כמה מושגים בסיסיים המשמשים בלימוד הקורס על תורת המנגנונים והמכונות.

אוטו- מכשיר המבצע תנועות או פעולות מסוימות כדי לבצע עבודה שימושית או להמיר אנרגיה.

מכונה היא קבוצה של משאבים חומריים שנוצרו באופן מלאכותי על ידי האדם, אשר משחזרת את פונקציות העבודה שלו. מכונה מחליפה אדם לא רק בעבודתו הפיזית, אלא גם בעבודתו הנפשית, מקלה על עבודה זו ומגבירה את פריון העבודה.

ניתן לחלק את כל המכונות לסוגים העיקריים הבאים:

מכונות אנרגיה- המרת סוגים שונים של אנרגיה (מנועים חשמליים, גנרטורים, מנועים פניאומטיים, מנועים הידראוליים וכו');

מכונות טכנולוגיות- נועד לשנות את הממדים, המאפיינים, הצורה או מצבו של חומר (מכונות לעיבוד מתכת, מפעלי גלגול, מכונות אריגה וכו');

כלי תחבורה- מיועד להעברת חומרים (מכוניות, קטרי דיזל, מטוסים, מנופים, מעליות);

מכונות מידע- מיועד לקליטת מידע והמרת מידע (אריתמומטרים, אינטגרטורים מכניים, מכונות הנהלת חשבונות). מחשב אלקטרוני, למהדרין, הוא לא מכונה. שם המכונה נשמר לפי סדר ההמשכיות ההיסטורית.

המכונה מאופיינת בשלושה מאפיינים עיקריים:

2) נוכחות של חלקים נעים;

3) ביצוע עבודה מועילה.

הבסיס הקינמטי של כל המכונות הוא המנגנון.

מַנגָנוֹןהוא מכשיר שנועד להמיר ולשדר תנועה (לדוגמה, תיבת הילוכים).

בניגוד למכונה, מנגנון אינו מבצע ישירות עבודה מועילה. המנגנון מאופיין בשתי תכונות עיקריות:

1) מקור מלאכותי;

2) נוכחות של חלקים נעים.

בכל השאלות של קינמטיקה וחישובים של מכונות, שבהן כוחות ואנרגיה לא נלקחים בחשבון, מזוהים המושגים של מכונה ומנגנון.

כאשר מנתחים מנגנון, הם לא משתמשים בציורים אמיתיים של חלקי המנגנון, אלא בתרשים הקינמטי שלו.

תרשים קינמטי של המנגנון- הוא תמונה מופשטת (שגרתית) של מנגנון, העשויה בצורה של קטעים מחוברים של קווים ישרים וסמלים אחרים.

חלקי המנגנון מוחלפים בתמונות הקונבנציונליות שלהם בהתאם ל-GOST 2770-68. מכיוון שניתן לאפיין את התנועה של כל גוף בתנועה של קטע קו ישר הקשור אליו, ניתן לתאר את הקישורים של המנגנון על דיאגרמה קינמטית בצורה של קטעי קו ישרים.

הטכנולוגיה המודרנית משתמשת במגוון רחב של מכשירים, מכשירים ומכונות שנועדו להעביר אנרגיה ותנועה באמצעות מנגנונים מיוחדים. מסיבה זו, אותם מהנדסים שהתמחותם היא תכנון, תפעול ופיתוח של טכנולוגיות ייצור למוצרים טכניים חייבים להיות בעלי כל הידע הדרוש לגבי האנרגיה והמכניקה שלהם. המשמעות היא שהם צריכים לקבל הבנה מלאה של מהם המנגנונים, באילו שיטות הכוח, החישובים הקינמטיים והמטריים שלהם נעשים, כמו גם את התהליכים הדינמיים המתרחשים במהלך פעולתם. התיאוריה הכללית של מנגנונים ומכונות משלבת את כל הנושאים הללו.

מכונות ומנגנונים מעניינים

בטכנולוגיה מכוניותנקראים מכשירים מכניים כאלה המבצעים עבודה שימושית כלשהי הקשורה להמרות אנרגיה שונות או ליישום תהליך הייצור. לכל מכונה יש בתכנון גוף עובד (מנהל), המונע באמצעות מערכת מנגנונים על ידי מנוע מכונה.

מַנגָנוֹן, זוהי קבוצה מסוימת של חלקים קבועים ונעים, שבגללם מובטחת הטרנספורמציה והעברה של כוחות ותנועות, וכתוצאה מכך מתבצעת עבודה שימושית.

כל המנגנונים מורכבים מגופים נפרדים, הנקראים קישורים. כל אחד מהם מורכב מחלק אחד או יותר המחוברים זה לזה באופן קבוע. כל מנגנון מורכב מקישורים נעים ולפחות אחד קישור קבוע. מבין אלה, המוביל הוא זה שאליו ניתנת תנועה כתוצאה מהפעלת מומנטים וכוחות חיצוניים. עֶבֶדהקישורים אליהם מועברת התנועה נקראים. לדוגמה, במכשיר כגון סגן מכונה, מוֹבִילהקישור הוא הידית, עֶבֶד– ספוג נייד. הגוף והלסת הקבועה המחוברת אליו מהווים קישור קבוע. ברוב המקרים, מנגנונים הם מרכיבים של מעגלים קינמטיים של מכונות, אך יכולים להיות להם גם יישומים עצמאיים (כגון, למשל, מנגנוני טכומטר, הוספת מכונות, שעונים וכו').

התכונה העיקרית שמבדילה מַנגָנוֹןאוֹ אוטומהמבנה הוא שהרכיבים האישיים שלהם בתנועה. באשר להבדל בין מנגנון למכונה, הוא טמון בעובדה שהמנגנון עצמו אינו ממיר אנרגיות שונות ואינו מבצע שום עבודה שימושית עצמאית.

בתיאוריה מכונות ומנגנוניםנעשה שימוש בעיקר בהוראות המכניקה התיאורטית וחוקיה. כמו כן, נושא מחקרו הוא שיטות לחקר מנגנונים ומכונות שונות, וכן היסודות המדעיים המחמירים של בנייתם. יש לציין גם כי תורת המכונות והמנגנונים היא יישום לנושאים של הנדסת מכונות, ובו בזמן המשך ישיר של המכניקה התיאורטית, שכן היא משתמשת באופן פעיל בשיטות של ניתוח וסינתזה דינמיים, קינמטיים ומבנים.

נוף:מאמר זה נקרא 5345 פעמים

Rar בחר שפה... רוסית אוקראינית אנגלית

סקירה קצרה

כל החומר מוריד למעלה, לאחר בחירת השפה

אחת המשימות של תורת המנגנונים המודרנית היא לימוד ושיטתיות של המורשת העצומה שנצברה על ידי הנדסת מכונות מעשית בדמות מנגנונים שונים המשמשים במגוון רחב של מכונות, מכשירים והתקנים. ניתוח של חומר זה לפי סוג המנגנון הראה שיש לחלק את כל העבודה על השיטתיות שלהם למספר שלבים. השלב הראשון הוא אוספים, לרבות מנגנונים המשמשים במגוון רחב של ענפי הנדסת מכונות. השלב הבא הוא אוספים המוקדשים לענפים בודדים של הנדסת מכונות, למשל, מנגנוני מכניקה מדויקת, מנגנוני מכונות חיתוך מתכת, מנגנוני מנועי מטוסים וכו'.

בעת בחירת מנגנונים, המחבר סיפק בעיקר דיאגרמות ותיאורים של מנגנונים למטרות כלליות, או מנגנונים המשמשים במגוון רחב של ענפי הנדסת מכונות. אבל מנגנונים בודדים של היעד, כיוון התעשייה נכללו גם במדריך כבעלי עניין לא רק עבור התעשייה הצרה הזו, אלא גם עבור ענפים אחרים של הנדסת מכונות. מנגנונים אלו מופרדים לתת-קבוצה נפרדת - מנגנוני מכשירי מטרה. זוגות קינמטיים וחיבורים נעים ניתנים על ידי המחבר לא בסכמטי, אלא בייצוג קונסטרוקטיבי, על מנת להקל על תהליך תכנון המנגנון של המעצב. המחבר השתמש בחומר נרחב ברוסית ובשפות זרות.

לצורך בהירות רבה יותר וקלות השימוש במדריך עזר זה בעת הצגת מנגנונים, הבסיס לא היה התמונות המקובלות של קישורים ואלמנטים של זוגות קינמטיים שנקבעו על ידי התקנים הרלוונטיים, אלא סמלים סכמטיים בעלי אופי בונה, כלומר קישורים ואלמנטים של זוגות קינמטיים תוארו בצורה של מוטות קונבנציונליים, סליידרים, סצנות וכו', בעלי רק יחסי גודל בקירוב שהיו יכולים להיות בעיצובם.

יתרה מכך, בתהליך עיבוד החומר, ברוב המקרים היה צורך לנטוש את הייצוג המדויק של חלקים בודדים של מנגנונים, כמקובל בשרטוטים מבניים, שכן הדבר ידרוש הכנסתם לשרטוט של מספר פרטים נוספים אשר בעלי משמעות עיצובית חשובה, אך מטשטשים את התפיסה הבסיסית של אותה צורה של תנועה, אותה ניתן לשחזר באמצעות מנגנון זה. זה חל במיוחד על חלקים של מסגרות, מיסבים, תומכים, טבעות דחף, תותבים וכו'. יתרה מכך, כמה מוסכמות המשמשות בשרטוטים מבניים מודרניים במונחים של חתכים, הקרנות, הצללה, תמונות של חוטים, קווים מנוקדים וכו' לא תמיד נלקחו בחשבון, שכן עמידה קפדנית בהם תפגע בבהירות התפיסה של הקוראים את הקינמטיקה והמבנה של המנגנונים.

דוגמה חישובית של גלגל הילוך בעל גלגלים
דוגמה לחישוב גלגל הילוך שלוחה. בוצעו בחירת החומר, חישוב הלחצים המותרים, חישוב המגע וחוזק הכיפוף.

דוגמה לפתרון בעיית כיפוף קרן
בדוגמה נבנו דיאגרמות של כוחות רוחביים ומומנטי כיפוף, נמצא קטע מסוכן ונבחר קורת I. הבעיה ניתחה בניית דיאגרמות תוך שימוש בתלות דיפרנציאלית וביצעה ניתוח השוואתי של חתכים שונים של הקורה.

דוגמה לפתרון בעיית פיתול פיר
המשימה היא לבדוק את החוזק של פיר פלדה בקוטר נתון, חומר ומתח מותר. במהלך הפתרון נבנות דיאגרמות של מומנטים, מתחי גזירה וזוויות פיתול. המשקל העצמי של הפיר אינו נלקח בחשבון

דוגמה לפתרון בעיה של מתח-דחיסה של מוט
המשימה היא לבדוק את החוזק של מוט פלדה במתחים המותרים שצוינו. במהלך הפתרון, נבנים דיאגרמות של כוחות אורכיים, מתחים ותזוזות רגילים. המשקל העצמי של המוט אינו נלקח בחשבון

יישום המשפט על שימור אנרגיה קינטית
דוגמה לפתרון בעיה באמצעות המשפט על שימור האנרגיה הקינטית של מערכת מכנית

קביעת המהירות והתאוצה של נקודה באמצעות משוואות תנועה נתונות
דוגמה לפתרון בעיה לקביעת המהירות והתאוצה של נקודה באמצעות משוואות תנועה נתונות

קביעת מהירויות ותאוצות של נקודות של גוף קשיח במהלך תנועה מקבילה למישור
דוגמה לפתרון בעיה לקביעת המהירויות והתאוצות של נקודות של גוף קשיח במהלך תנועה מקבילה למישור

קביעת כוחות במוטות של מסבך שטוח
דוגמה לפתרון בעיית קביעת הכוחות במוטות מסבך שטוח בשיטת ריטר ובשיטת חיתוך צמתים

יישום המשפט על השינוי בתנע הזוויתי
דוגמה לפתרון בעיה באמצעות המשפט על השינוי במומנטום הקינטי כדי לקבוע את המהירות הזוויתית של גוף המסתובב סביב ציר קבוע.