Sejarah pembentukan. Konsep dasar dan definisi. Kursus teori mekanisme dan mesin Catatan kuliah Edelstein tentang tmm

1. Teori mesin dan mekanisme (TMM) adalah disiplin ilmu tentang metode umum penelitian, konstruksi, kinematika dan dinamika mekanisme dan mesin dan tentang dasar ilmiah desainnya.

Sebagai disiplin ilmu independen, TMM, seperti banyak cabang mekanika terapan lainnya, muncul setelah revolusi industri, yang permulaannya dimulai pada tahun 30-an abad ke-18. Mobil- objek teknis, yang terdiri dari bagian-bagian fungsional yang saling berhubungan (rakitan, perangkat, mekanisme, dll.), yang dirancang untuk menerima atau mengubah energi mekanik untuk melakukan fungsi yang ditugaskan padanya.

Mekanisme - sistem tubuh yang saling berhubungan yang dirancang untuk mengubah gerakan satu atau lebih tubuh menjadi gerakan yang diperlukan dari tubuh lain. Mekanisme adalah dasar dari kebanyakan mesin.

Benda tegar yang merupakan bagian dari mekanisme disebut tautan. Tautan dapat terdiri dari satu atau lebih bagian tetap.

Sambungan tautan, yang memungkinkan gerakan relatifnya, disebut pasangan kinematik. Pasangan kinematik yang paling umum: engsel silinder; sambungan bola; penggeser dan panduan; transmisi sekrup. Angka-angka menunjukkan penunjukan tiga dimensi konvensional dari pasangan kinematik tipikal untuk membangun skema mekanisme kinematik spasial menurut SI.

Saat membangun mekanisme, tautan dihubungkan ke rantai kinematik. Dengan kata lain, mekanisme adalah rantai kinematik, yang mencakup tautan tetap (tiang atau badan (alas)), jumlah derajat kebebasannya sama dengan jumlah koordinat umum yang mencirikan posisi tautan relatif terhadap pos. Pergerakan tautan dianggap terkait dengan tautan tetap - rak (badan, alas).

2. Analisis struktural mekanisme

Model fisik mekanisme

Mekanisme adalah sistem tubuh yang terhubung yang menyediakan transfer dan transformasi gerakan dan kekuatan. Badan-badan yang membentuk mekanisme disebut tautannya. Tautan dapat terdiri dari satu atau lebih benda padat yang terhubung secara kaku, yang disebut bagian. Ada juga mekanisme dengan tautan fleksibel dan cair.

Elemen struktural yang menghubungkan tautan dan memaksakan pembatasan (koneksi) pada gerakan relatifnya disebut koneksi kinematik. Studi tentang mekanisme dimulai dengan konstruksi model fisik, yaitu dengan idealisasi sifat-sifat riilnya. Pilihan satu atau model lain terutama tergantung pada tujuan penelitian, pada informasi apa tentang perilaku mekanisme yang diperlukan untuk diperoleh selama analisis. Pada tahap desain mesin yang berbeda, mekanisme yang sama dijelaskan oleh model fisik yang berbeda. Beberapa model mekanisme dapat diperoleh pada satu tahap penelitian. Tugas pertama kursus TMM adalah mengajarkan aturan dasar untuk transisi dari mekanisme nyata ke skema perhitungannya, serta persyaratan untuk model fisik: kecukupannya, solvabilitas matematis, kesederhanaan maksimum, dll. Model paling sederhana dari mekanisme nyata adalah model yang disebut mekanisme dengan tautan kaku. Transisi dari mekanisme nyata ke model ini didasarkan pada asumsi bahwa semua tautan dianggap sebagai benda yang tidak dapat dideformasi, dan koneksi kinematiknya

menerapkan kendala holonomik, stasioner, dan pengekangan. Dalam beberapa kasus, ketika mempelajari mesin, model mekanisme yang lebih kompleks digunakan, dengan mempertimbangkan celah pada sambungan kinematik (ikatan non-penahan), gerakan pada sambungan bola (ikatan nonholonomik), gaya gesekan (ikatan non-ideal), deformasi tautan (ikatan elastis), dll.

Jalannya teori mekanisme dan mesin

Konsep dasar teori mekanisme dan mesin

pengantar

Kursus teori mekanisme dan mesin adalah tahap transisi dalam rantai pelatihan mekanik seorang insinyur - ini didasarkan pada pengetahuan dasar yang diperoleh siswa dalam studi matematika, fisika, mekanika teoretis dan merupakan dasar untuk belajar disiplin praktis (khusus) berikutnya dari siklus mekanik (terutama untuk kursus "Rincian mesin dan prinsip-prinsip desain).

Tujuan mempelajari disiplin "teori mekanisme dan mesin" adalah untuk membentuk pengetahuan awal yang diperlukan berdasarkan metode umum analisis dan sintesis sistem mekanik, yang menjadi dasar peralatan teknologi yang digunakan di bidang kegiatan profesional masa depan lulusan. dari institusi pendidikan tinggi teknik.

Mobil

Mesin adalah perangkat yang melakukan gerakan mekanis untuk mengubah energi, bahan, dan informasi untuk menggantikan atau memfasilitasi kerja fisik dan mental seseorang.

Dari sudut pandang fungsi yang dilakukan, mesin dapat dibagi menjadi beberapa kelas berikut:

Mesin tenaga (mesin motor, mesin generator).

Mesin kerja (transportasi dan teknologi).

Mesin informasi (untuk menerima dan mengubah informasi).

Mesin sibernetik (mengganti atau meniru berbagai proses mekanis, fisiologis, atau biologis yang melekat pada manusia dan satwa liar, dan memiliki elemen kecerdasan buatan - robot, automata).

Perangkat mesin yang dikembangkan, terdiri dari mesin, mekanisme transmisi dan mesin yang bekerja (dan dalam beberapa kasus perangkat kontrol dan manajemen dan komputasi) disebut unit mesin.

Konsep dasar elemen mesin

Detail - komponen perangkat mekanis, dibuat tanpa menggunakan operasi perakitan (misalnya: baut, mur, poros, alas mesin, diperoleh dengan pengecoran, dll.).

Tautan adalah bagian atau sekelompok bagian yang mewakili satu keseluruhan dari sudut pandang kinematik (yaitu sekelompok bagian yang terhubung secara kaku satu sama lain dan bergerak sebagai satu benda padat).

Diagram kinematik adalah representasi kondisional dari tautan dan seluruh mekanisme, dibuat secara ketat pada skala.

Saat menyusun diagram kinematik, elemen utama tautan dibedakan, yang dengannya ia dilampirkan ke tautan mekanisme lainnya (lubang, pemandu, dll.). Elemen-elemen ini digambarkan secara kondisional (misalnya, lubang - sebagai lingkaran dengan radius sewenang-wenang) dan dihubungkan oleh batang yang kaku.

Di bawah skala dalam teori mekanisme dan mesin memahami "harga" satu milimeter. Pemahaman tentang skala ini (kadang-kadang disebut faktor skala) sangat nyaman ketika menganalisis operasi mekanisme, karena: bersifat universal dan memungkinkan Anda untuk mewakili kuantitas fisik apa pun sebagai segmen, yang sangat penting saat menggunakan metode penelitian grafik dan analisis grafik.

Demikian pula, jumlah apa pun (pergerakan tautan, kecepatan, percepatan, waktu, gaya, dll.) Dapat direpresentasikan sebagai segmen pada rencana, diagram, berbagai grafik, dll.

Bergantung pada sifat gerakannya, tautan mungkin memiliki nama sendiri, misalnya:

Engkol adalah tautan yang melakukan gerakan rotasi di sekitar sumbu tetap dan membuat putaran penuh pada saat yang sama;

Rocker - tautan yang melakukan gerakan rotasi bolak-balik;

Slider - tautan bergerak maju;

Batang penghubung - tautan yang melakukan gerakan paralel-bidang yang kompleks;

Backstage - rocker (atau, kadang-kadang, engkol) di mana slider bergerak;

Rak - tautan yang diambil sebagai sambungan tetap (menurut definisi tautan, hanya ada satu rak dalam suatu mekanisme - semua bagian tetap harus dipasang pada beberapa rangka, badan, bak mesin, alas dan mewakili satu struktur kaku, yaitu satu tautan ).

Pada diagram kinematik, rak biasanya digambarkan sebagai fragmen terpisah di tempat-tempat di mana tautan lain dari mekanisme melekat padanya, yang sangat menyederhanakan diagram ini.

Pasangan kinematik - koneksi bergerak dari dua tautan.

Pasangan kinematik diklasifikasikan menurut berbagai kriteria:

1) sesuai dengan jumlah ikatan yang ditumpangkan pada gerakan relatif tautan yang terhubung dalam pasangan kinematik. Atas dasar ini, pasangan kinematik dibagi menjadi beberapa kelas. Sebutan berikut diterima:

W adalah jumlah derajat kebebasan

S adalah jumlah ikatan yang ditumpangkan pada pergerakan relatif tautan.

Tautan bebas di ruang angkasa memiliki enam derajat kebebasan. Ketika tautan terhubung, beberapa derajat kebebasan ini diambil ("koneksi diberlakukan"). Hubungan antara jumlah ikatan yang ditumpangkan dan jumlah derajat kebebasan yang tersisa dalam gerakan relatif tautan jelas:

W=6-S atau S=6-W,

dengan demikian, ada lima kelas pasangan kinematik (jika Anda menghilangkan semua enam derajat kebebasan, Anda mendapatkan koneksi tetap).

Contoh pasangan kinematik:

Bola relatif terhadap bidang, tanpa meninggalkannya, dapat melakukan gerakan rotasi di sekitar ketiga sumbu koordinat, serta bergerak di sepanjang sumbu "X" dan "Y". Saat bergerak di sepanjang sumbu "Z", bola akan keluar dari pesawat, mis. akan ada dua tautan gratis - pasangan kinematik tidak akan ada lagi. Dengan demikian, satu koneksi ditumpangkan pada pergerakan relatif tautan - ini adalah pasangan kinematik kelas I.

Silinder relatif terhadap bidang, tanpa mengganggu sifat kontak, silinder tidak dapat digerakkan sepanjang sumbu "Z" dan diputar di sekitar sumbu "Y", mis. jumlah ikatan adalah dua - sepasang kelas II.

Sebuah bidang relatif terhadap bidang lain dapat bergerak secara translasi sepanjang sumbu "X" dan "Y", dan juga berputar di sekitar sumbu "Z" tanpa mengganggu sifat kontak. Gerakan translasi di sepanjang sumbu "Z" dan gerakan rotasi di sekitar sumbu "X" dan "Y" tidak dimungkinkan. Dengan demikian, jumlah ikatan adalah tiga - pasangan kinematik kelas III.

W=5 W=4 W=3

S \u003d 1 \u003d\u003e I kelas. Kelas S \u003d 2 \u003d\u003e II. Kelas S \u003d 3 \u003d\u003e III.

Contoh pasangan kinematika

Misalnya, baut dan mur membentuk pasangan kinematik kelas kelima. Dalam hal ini, ada dua gerakan mur dengan baut tetap - gerakan rotasi di sekitar sumbu baut dan gerakan translasi di sepanjang sumbu ini, tetapi Anda tidak dapat memindahkan mur di sepanjang sumbu tanpa memutarnya, atau memutar mur sehingga itu tidak bergerak sepanjang sumbu. Kedua gerakan ini membentuk satu gerakan kompleks (dalam hal ini heliks). Ini menentukan satu derajat kebebasan dalam pergerakan relatif tautan ini, yaitu. jumlah tautan adalah lima;

2) menurut sifat kontak tautan yang terhubung dalam pasangan kinematik. Atas dasar ini, pasangan kinematik dibagi menjadi lebih tinggi dan lebih rendah. Pasangan yang lebih tinggi memiliki titik atau kontak linier dari tautan yang membentuk pasangan kinematik ini. Pada pasangan yang lebih rendah, tautan bersentuhan satu sama lain di sepanjang beberapa permukaan (dalam kasus tertentu, di sepanjang bidang).

Pasangan kinematik yang lebih rendah memiliki daya dukung yang lebih besar, tk. memiliki area kontak yang besar (pada pasangan atas, area kontak secara teoritis sama dengan nol, tetapi pada kenyataannya diperoleh karena deformasi elemen pasangan kinematik - "titik kontak"). Tetapi pada pasangan bawah , satu permukaan bergeser relatif terhadap yang lain selama operasi, sedangkan pada pasangan yang lebih tinggi, baik geser dan guling dapat terjadi.

Sebagai aturan, resistensi terhadap geser lebih besar daripada resistensi untuk menggelindingkan satu permukaan relatif terhadap yang lain, mis. kerugian gesekan pada pasangan atas (jika hanya rolling yang digunakan) lebih kecil dibandingkan dengan pasangan bawah (oleh karena itu, untuk meningkatkan efisiensi, bantalan gelinding biasanya dipasang sebagai pengganti bantalan biasa).

Pasangan kinematik: bola dan bidang, silinder dan bidang adalah yang tertinggi, dan pasangan bidang dan bidang adalah yang terendah.

3) sepanjang lintasan pergerakan titik-titik milik tautan yang membentuk pasangan kinematik. Atas dasar ini, pasangan kinematik spasial dan datar dibedakan.

Dalam pasangan kinematik datar, semua titik bergerak dalam satu atau bidang paralel, dan lintasan pergerakannya adalah kurva datar. Dalam pasangan spasial, titik-titik bergerak dalam bidang yang berbeda dan memiliki lintasan dalam bentuk kurva spasial.

Sejumlah besar mekanisme yang digunakan dalam praktik adalah mekanisme planar, sehingga perlu untuk mempertimbangkan pasangan kinematik planar secara lebih rinci.

Sebuah link bebas ditempatkan di sebuah pesawat memiliki tiga derajat kebebasan (gerakan translasi sepanjang sumbu koordinat dan gerakan rotasi di sekitar sumbu tegak lurus terhadap bidang yang diberikan). Dengan demikian, menempatkan tautan di pesawat menghilangkan tiga derajat kebebasan darinya (menerapkan tiga ikatan). Tetapi hubungan dari tautan ini dengan yang lain dalam pasangan kinematik memaksakan lebih banyak koneksi pada gerakan relatif (jumlah minimum adalah 1). Akibatnya, hanya pasangan kinematik yang dapat eksis pada bidang, yang memiliki dua atau satu derajat kebebasan dalam gerak relatif.

Menurut klasifikasi umum, ini adalah pasangan dari kelas empat dan lima. Pasangan paling sederhana dari kelas kelima hanya menyediakan satu gerakan - rotasi atau translasi (pasangan kinematik rotasi dalam teknologi disebut engsel, pasangan translasi, dengan analogi dengan tautan bergerak translasi, kadang-kadang juga disebut slider).

Dua derajat kebebasan dalam gerak relatif pada bidang biasanya memberikan dua profil kontak (pada diagram kinematik, kontak pada suatu titik; dalam mekanisme nyata, ini dapat berupa garis yang diproyeksikan ke suatu titik). Dengan demikian, pasangan kinematik datar dari kelas kelima (engsel dan penggeser) secara bersamaan adalah pasangan yang lebih rendah, dan pasangan kinematik dari kelas keempat adalah pasangan yang lebih tinggi.

Contoh pasangan kinematik:

4) menurut sifat penutupan tautan yang terhubung dalam pasangan kinematik. Ada dua jenis pasangan kinematik yang berbeda satu sama lain dalam hal ini. Pasangan kinematik dengan penutupan geometris dan pasangan kinematik dengan penutupan paksa.

Dipasangkan dengan penguncian positif, konfigurasi tautan mencegahnya terpisah selama operasi. Misalnya, menghubungkan batang penghubung ke poros engkol menggunakan tutup batang penghubung, atau engsel lainnya (pintu dengan kusen, jendela dengan bingkai jendela, dll.).

Berpasangan dengan penutupan gaya, kontak tautan selama operasi dipastikan oleh gaya yang bekerja secara konstan. Berat bertindak sebagai kekuatan penutup. Jika beratnya tidak cukup, maka biasanya berbagai elemen elastis (paling sering pegas) digunakan untuk menciptakan gaya tekan.

Rantai kinematik adalah kombinasi tautan yang terhubung dalam pasangan kinematik.

Ada klasifikasi tertentu dari rantai kinematik - rantai bisa sederhana dan kompleks, tertutup (tertutup) dan terbuka (terbuka), spasial dan datar.

Mekanisme adalah rantai kinematik yang memiliki rak (yaitu, tautan yang diambil sebagai tetap), di mana pergerakan satu atau lebih tautan sepenuhnya menentukan sifat pergerakan tautan yang tersisa dari rantai ini.

Tautan, hukum gerak yang diberikan, disebut input.

Tautan, hukum yang harus ditentukan, disebut keluaran. Jumlah link input ditentukan oleh jumlah derajat kebebasan dari rantai kinematik yang mendasari mekanisme ini.

Konsep input dan output (input dan output) adalah karakteristik kinematik. Jangan bingung dengan konsep - tautan utama dan tautan yang digerakkan. Tautan utama adalah tautan ke mana daya disuplai; tautan yang digerakkan - tautan dari mana daya dihilangkan (untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat).

Dengan demikian, konsep tautan terkemuka dan yang digerakkan adalah karakteristik kekuatan (energi). Namun, dalam sebagian besar kasus, tautan input juga merupakan pemimpin, tautan keluaran adalah pengikut.

Jenis utama mekanisme

Menurut tujuan fungsionalnya, mekanisme biasanya dibagi menjadi beberapa jenis berikut:

Mekanisme mesin dan konverter (melakukan konversi berbagai jenis energi menjadi kerja mekanis atau sebaliknya);

Mekanisme transmisi (melakukan transfer gerakan dari mesin ke mesin atau aktuator teknologi, mengubah gerakan ini menjadi yang diperlukan untuk pengoperasian mesin atau aktuator teknologi ini);

Mekanisme penggerak (mengubah bentuk, keadaan, posisi, dan properti dari media atau objek yang diproses);

Mekanisme untuk manajemen, kontrol dan regulasi (untuk memastikan dan mengontrol ukuran objek yang diproses);

Mekanisme untuk memberi makan, mengangkut, memberi makan dan menyortir media dan objek yang diproses (mekanisme untuk sekrup auger, scraper, dan elevator ember untuk mengangkut dan memberi makan bahan curah, mekanisme untuk memuat hopper untuk potongan kosong, mekanisme untuk menyortir produk jadi berdasarkan ukuran, berat, konfigurasi, dll);

Mekanisme penghitungan otomatis, penimbangan dan pengemasan produk jadi (digunakan di banyak mesin, terutama memproduksi produk massal).

Menurut metode umum sintesis dan analisis kerja, jenis mekanisme berikut dibedakan:

Mekanisme dengan pasangan yang lebih rendah (mekanisme tuas)

Mekanisme kamera

mekanisme roda gigi

Mekanisme gesekan

Mekanisme dengan koneksi fleksibel

Mekanisme dengan tautan yang dapat dideformasi (transmisi gelombang)

Mekanisme hidrolik dan pneumatik.

Soal kinematika

Analisis kinematik adalah studi tentang pergerakan mata rantai suatu mekanisme tanpa memperhitungkan gaya-gaya yang menyebabkan pergerakan tersebut. Analisis kinematik menyelesaikan tugas-tugas berikut:

Penentuan posisi tautan yang mereka tempati selama pengoperasian mekanisme, serta konstruksi lintasan pergerakan titik individu mekanisme;

Penentuan kecepatan titik karakteristik mekanisme dan penentuan kecepatan sudut tautannya;

Penentuan percepatan titik individu mekanisme dan percepatan sudut tautannya.

Saat memecahkan masalah analisis kinematik, semua metode yang ada digunakan - grafis, grafis-analitik (metode rencana kecepatan dan percepatan) dan analitis. Dalam analisis kinematik, tautan input (tautan yang hukum geraknya diberikan) diambil sebagai tautan awal, mis. tautan input dengan rak merupakan mekanisme awal - solusi masalah dimulai dengan itu.

Dinamika mekanisme dan mesin

Masalah dinamika

Di bagian ini, pergerakan tautan mekanisme dipelajari, dengan mempertimbangkan gaya yang bekerja padanya. Dalam hal ini, masalah utama dinamika berikut dipertimbangkan:

1) studi tentang gaya yang bekerja pada tautan mekanisme, dan penentuan gaya yang tidak diketahui untuk hukum gerak yang diberikan pada input;

2) masalah keseimbangan energi mesin;

3) menetapkan hukum gerak yang sebenarnya di bawah aksi kekuatan yang diberikan;

4) pengaturan mesin;

5) menyeimbangkan kekuatan inersia;

6) dinamika berkendara.

Perhitungan kekuatan mekanisme

Perhitungan gaya mekanisme mengacu pada solusi dari masalah pertama dinamika. Sebagaimana dapat dilihat dari isi masalah dinamika yang diberikan di atas, tugas pertama mencakup dua bagian: studi tentang gaya-gaya yang bekerja pada mata rantai mekanisme; penentuan gaya yang tidak diketahui untuk hukum gerak yang diberikan pada input (bagian kedua ini adalah tugas perhitungan gaya).

Untuk lebih memahami terminologi dan mensistematisasikan materi, disarankan untuk mengulangi informasi tentang gaya yang diketahui dari fisika dan mekanika teoretis, serta untuk memperkenalkan beberapa konsep baru (digunakan dalam teori mekanisme dan mesin). Dari sudut pandang pemecahan masalah dinamika gaya (dalam hal ini, gaya dipahami sebagai konsep umum dari faktor gaya - gaya atau momen aktual) dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

a) pada interaksi tautan mekanisme dengan objek lain. Atas dasar ini, kekuatan dibagi menjadi eksternal dan internal:

Kekuatan eksternal adalah kekuatan interaksi mekanisme yang terhubung dengan beberapa badan atau bidang yang bukan bagian dari mekanisme;

Kekuatan internal adalah kekuatan interaksi antara tautan mekanisme (reaksi dalam pasangan kinematik);

Kekuatan pendorong adalah kekuatan yang membantu pergerakan mata rantai dan mengembangkan kekuatan positif;

b) oleh daya yang dikembangkan oleh gaya tersebut. Atas dasar ini, kekuatan dibagi menjadi kekuatan pendorong dan kekuatan perlawanan (Gambar 16):

Gaya resistensi mencegah tautan bergerak dan mengembangkan kekuatan negatif.

Pada gilirannya, kekuatan resistensi dapat dibagi menjadi kekuatan resistensi yang berguna dan kekuatan resistensi yang berbahaya:

Kekuatan perlawanan yang berguna adalah kekuatan yang mekanisme telah dibuat untuk diatasi. Mengatasi kekuatan resistensi yang berguna, mekanisme menciptakan pekerjaan yang bermanfaat (misalnya, mengatasi resistensi pemotongan pada mesin, mereka mencapai perubahan yang diperlukan dalam bentuk bagian; atau, mengatasi hambatan udara di kompresor, mereka mengompresnya ke yang diperlukan tekanan, dll);

Kekuatan perlawanan yang berbahaya adalah kekuatan untuk mengatasi kekuatan yang dikeluarkan dan kekuatan ini hilang tanpa dapat ditarik kembali. Biasanya, gaya gesekan, hambatan hidrolik dan aerodinamis bertindak sebagai gaya hambatan yang berbahaya. Usaha untuk mengatasi gaya-gaya ini diubah menjadi panas dan dihamburkan ke ruang angkasa, sehingga efisiensi setiap mekanisme selalu kurang dari satu;

c) gaya berat - ini adalah gaya interaksi hubungan mekanisme dengan medan gravitasi bumi;

d) gaya gesekan - gaya yang menahan gerakan relatif dari permukaan yang bersentuhan;

e) gaya inersia - gaya yang timbul dari gerakan tautan yang tidak merata dan menahan percepatannya (perlambatan). Kekuatan inersia bekerja pada tubuh yang menyebabkan tautan yang diberikan untuk mempercepat (memperlambat). Dalam kasus umum, dengan gerakan tidak merata, gaya inersia dan momen gaya inersia muncul:

Sirip \u003d -m. sebagai , Min=-Apakah . e ,

Sirip - vektor utama gaya inersia yang diterapkan di pusat massa tautan;

Min adalah momen utama gaya inersia;

m adalah massa tautan;

Adalah momen inersia penghubung relatif terhadap pusat massa;

seperti percepatan pusat massa tautan;

e adalah percepatan sudut tautan.

Tanda minus dalam rumus menunjukkan bahwa gaya inersia diarahkan berlawanan dengan percepatan pusat massa tautan, dan momen gaya inersia diarahkan berlawanan dengan percepatan sudut tautan. Tanda gaya atau momen diperhitungkan hanya ketika menetapkan arah sebenarnya dari gaya atau momen pada skema desain, dan nilai absolutnya digunakan dalam perhitungan analitik.

Dalam analisis gaya mekanisme, berbagai kasus dapat terjadi ketika salah satu atau kedua faktor inersia gaya mungkin memiliki nilai nol. Gambar 17 di atas menunjukkan beberapa kasus terjadinya gaya-gaya dan momen-momen gaya inersia selama pergerakan mata rantai mekanisme.

Perhitungan gaya langsung direduksi menjadi definisi gaya yang tidak diketahui yang bekerja pada tautan mekanisme. Seperti diketahui dari mekanika teoretis, persamaan statika digunakan untuk menentukan gaya yang tidak diketahui.

Mekanismenya adalah sistem non-ekuilibrium, karena sebagian besar tautannya memiliki gerakan yang tidak rata, dan titik-titik yang termasuk dalam tautan ini bergerak di sepanjang lintasan lengkung yang kompleks (ingat: keadaan keseimbangan adalah keadaan diam atau gerak seragam bujursangkar).

Oleh karena itu, metode kinetostatik digunakan untuk menyelesaikan masalah tersebut. Metode kinetostatik didasarkan pada prinsip d'Alembert: jika kita menambahkan gaya inersia dan momen gaya inersia ke semua gaya eksternal yang bekerja pada tautan mekanisme, maka mekanisme ini akan berada dalam keadaan keseimbangan statis. Artinya, ini adalah teknik buatan yang membawa sistem non-ekuilibrium ke keadaan ekuilibrium.

Kepalsuan penerimaan terletak pada kenyataan bahwa gaya inersia diterapkan bukan pada benda-benda yang membuat tautan bergerak lebih cepat (lebih lambat), tetapi pada tautan itu sendiri.

Menerapkan teknik ini, di masa depan, dimungkinkan untuk melakukan perhitungan gaya menggunakan persamaan statika. Namun, untuk menyelesaikan masalah hanya dengan menggunakan persamaan kesetimbangan, sistem harus statis determinan.

Kondisi untuk definisi statis dari rantai kinematik datar:

Untuk setiap tautan yang terletak di bidang, tiga persamaan statis independen dapat disusun. Jika ada "n" tautan bergerak dalam rantai kinematik, maka total untuk rantai ini dimungkinkan untuk menulis 3n persamaan statika independen (kesetimbangan). Persamaan ini digunakan untuk menentukan reaksi dalam pasangan kinematik dan gaya luar yang tidak diketahui.

Di pesawat hanya ada pasangan kinematik dari kelas kelima dan keempat. Pasangan kelas kelima diwakili oleh pasangan kinematik rotasi (engsel) dan pasangan translasi (sambungan penggeser dengan pemandu). Dalam engsel, gaya antara tautan dapat ditransmisikan ke segala arah, sehingga besar dan arah (dua komponen) reaksi di engsel tidak diketahui, mis. untuk menentukan reaksi total dalam pasangan rotasi, dua persamaan statika harus digunakan.

Pada pendekatan pertama, perhitungan dilakukan tanpa memperhitungkan gaya gesekan. Dalam hal ini, tidak ada yang mencegah penggeser bergerak di sepanjang panduan. Penggeser tidak dapat bergerak melintasi pemandu dan berputar, oleh karena itu, pada pasangan translasi, reaksi diarahkan tegak lurus pemandu dan momen reaktif muncul yang mencegah penggeser berputar.

Dalam perhitungan gaya, biasanya momen reaktif tidak ditentukan, tetapi titik penerapan bersyarat dari reaksi ditemukan (produk reaksi dengan jarak ke titik penerapan bersyaratnya adalah momen reaktif). Untuk menentukan reaksi dalam pasangan translasi, perlu juga menggunakan dua persamaan statika (untuk menentukan dua komponen - besaran dan titik aplikasi). Jadi, untuk menentukan reaksi total pada pasangan kinematik kelas kelima, perlu menggunakan dua persamaan statika.

Pasangan dari kelas keempat (pasangan yang lebih tinggi) di pesawat mewakili profil yang bersentuhan satu sama lain. Pada pasangan atas, gaya antara tautan ditransmisikan sepanjang normal umum ke profil tangen (tidak termasuk gaya gesekan). Oleh karena itu, pada pasangan tertinggi dari kelas keempat, reaksi tidak diketahui hanya besarnya (titik penerapan reaksi pada titik kontak profil, arah sepanjang normal umum ke profil ini).

Jadi, untuk menentukan reaksi pada pasangan kelas keempat, perlu menghabiskan satu persamaan statika (untuk menentukan satu komponen - besarnya reaksi).

Jika dalam rantai kinematik jumlah pasangan kelas kelima sama dengan 5, maka 2Р5 persamaan statika harus digunakan untuk menentukan reaksi di semua pasangan ini. Untuk menentukan reaksi di semua pasangan dari kelas keempat, jumlah persamaan yang sama dengan jumlah pasangan Р4 ini digunakan.

Jadi, dari 3n persamaan statika independen, persamaan 2P5 digunakan untuk menentukan reaksi dalam uap kelas lima dan P4 untuk menentukan reaksi dalam uap kelas empat. Persamaan yang tersisa digunakan untuk menentukan gaya eksternal yang tidak diketahui yang bekerja pada tautan mekanisme.

Biarkan X menjadi jumlah persamaan yang tersisa untuk menentukan gaya eksternal yang tidak diketahui, maka

X=3n–2Р5–Р4,

tetapi rumus ini bertepatan dengan rumus Chebyshev untuk menentukan jumlah derajat kebebasan dari rantai kinematik datar. Akibatnya, kita dapat memformulasikan kondisi keterdefinisian statis dari rantai kinematik sebagai berikut: rantai kinematik terdefinisi secara statis dalam kasus ketika jumlah gaya eksternal yang tidak diketahui yang bekerja pada tautannya tidak melebihi jumlah derajat kebebasan ini rantai.

Karena metode solusi dikembangkan untuk grup Assur, maka perlu untuk merumuskan kondisi untuk definisi statis grup Assur. Grup Assur adalah rantai kinematik dengan derajat kebebasannya sendiri sama dengan nol. Oleh karena itu, kelompok Asyur secara statis ditentukan jika tidak ada kekuatan eksternal yang tidak diketahui yang bekerja pada tautannya. Persamaan dalam kelompok Assur hanya cukup untuk menentukan reaksi dalam pasangan kinematik. Keadaan ini menentukan urutan perhitungan gaya mekanisme:

Mekanisme ini dibagi menjadi kelompok-kelompok Assur, mengambil sebagai penghubung awal mata rantai di mana kekuatan eksternal yang tidak diketahui bertindak;

Solusinya dimulai dengan grup terlampir terakhir dan diakhiri dengan tautan awal.

Dengan pendekatan ini, hanya gaya luar yang diketahui yang akan selalu bekerja pada gugus Assur, dan dari pertimbangan kesetimbangannya, reaksi dalam pasangan kinematik akan ditentukan, dan dari pertimbangan kondisi kesetimbangan tautan awal, reaksi sisa dan kekuatan eksternal yang tidak diketahui akan ditentukan.

Karena penyelesaian dilakukan oleh kelompok Assur, prinsip perhitungan gaya kelompok dipertimbangkan di bawah ini dengan menggunakan contoh kelompok kelas kedua.

Grup 1 spesies

Tulis: mB(2)=0; mB(3)=0; F(2,3)=0; F(2)=0

Tentukan: R12t ; R43t; R12n; R43n; R32

Ganti reaksi R12 dengan komponen R12n II AB dan R12t⊥ AB

Grup 2 spesies

Tulis: mB(2)=0; F(2,3)=0; mB(3)=0; F(2)=0

Tentukan: R12t ; R12n; R43; R43; R32

Ganti reaksi R12 dengan komponen R12n II AC dan R12t⊥ AC

Grup 3 spesies

Tulis: mC(2,3)=0; F(2)=0; mC(3)=0; F(3)=0

Tentukan: R12t ; R12n; R32n; h23; R43

Grup 4 spesies

Tulis: F(2,3)=0; mB(2)=0; mB(3)=0; F(2)=0

Tentukan: R12; R43; h12 ; h43 ; R32

Grup 5 spesies

Tulis: F(3)=0; mA(2)=0; mA(2,3)=0; F(2)=0

Tentukan: R23; R43; h32; h43 ; R12

Notasi dan penyederhanaan berikut diadopsi dalam tabel:

Tautan kelompok yang dipelajari ditandai dengan angka 2 dan 3;

Tautan 1 terputus dari tautan 2, oleh karena itu reaksi R12 diterapkan (aksi tautan terputus 1 pada tautan 2 yang dipertimbangkan);

Tautan 4 terputus dari tautan 3, sehingga reaksi R43 diterapkan pada tautan 3;

Garis di atas penunjukan reaksi berarti bahwa dalam paragraf ini reaksi didefinisikan baik besaran maupun arahnya (yaitu ada gambar vektor ini pada rencana gaya);

Untuk mengurangi kekacauan gambar dan meningkatkan visibilitas, gaya eksternal yang diterapkan pada tautan grup yang dipertimbangkan tidak ditampilkan dalam gambar (Anda hanya perlu mengingat bahwa semua gaya eksternal yang bekerja pada tautan Assur kelompok diketahui - ini ditentukan oleh urutan perhitungan gaya mekanisme).

Memperhitungkan gesekan dalam mekanisme

Menurut fitur fisik, gesekan internal dan eksternal dibedakan.

Gesekan internal adalah proses yang terjadi pada benda padat, cair dan gas selama deformasinya dan menyebabkan disipasi energi mekanik yang tidak dapat diubah. Gesekan internal memanifestasikan dirinya dalam redaman osilasi bebas.

Gesekan eksternal adalah resistensi terhadap gerakan relatif yang terjadi antara dua benda di bidang kontak antara permukaan, yaitu dalam pasangan kinematik. Menurut fitur kinematik, mereka membedakan: gesekan geser, yang terjadi ketika satu tubuh meluncur di permukaan yang lain, dan gesekan bergulir, yang terjadi ketika satu tubuh menggelinding di permukaan yang lain.

Gesekan di trunnion

Hipotesis pertama. Tekanan spesifik pada permukaan pendukung didistribusikan secara merata, mis. q=konst (Gambar 25a).

Mari kita pilih elemen permukaan yang sangat kecil, ditentukan oleh sudut pusat dα , pada jarak dari sumbu vertikal. Elemen ini dipengaruhi oleh reaksi normal dRN, yang ditentukan melalui tekanan spesifik dan luas elemen yang dipilih:

Jumlah reaksi normal dasar dalam proyeksi pada sumbu vertikal menyeimbangkan gaya radial yang bekerja pada trunnion:

Hasil antara diperoleh, yang menentukan besarnya tekanan spesifik:

Namun, hasil ini sangat penting secara independen. Ini menunjukkan bahwa tekanan spesifik (dan dalam perhitungan kekuatan, ini adalah tegangan penghancuran pada permukaan bagian yang bersentuhan) ditentukan dengan membagi gaya radial dengan proyeksi bidang kontak ke bidang diametris poros (dan bukan dengan nilai penuh dari area kontak). Ketentuan ini banyak digunakan dalam perhitungan suku cadang mesin.

Mari kita tentukan nilai gaya gesekan dasar yang bekerja pada elemen yang dipilih, dan momen gesekan dasar dari gaya ini:

Menjumlahkan momen-momen elementer dari gaya gesekan pada seluruh bidang kontak, kita memperoleh nilai momen gesekan pada permukaan trunnion menurut hipotesis ini:

Di sini fI" ​​adalah koefisien gesekan tereduksi yang dihitung menurut hipotesis pertama.

Hipotesis kedua. Perhitungan dilakukan dengan mempertimbangkan keausan permukaan kontak. Dalam hal ini, asumsi berikut dibuat - bantalan aus, dan poros tetap tidak berubah. Asumsi ini cukup sesuai dengan keadaan sebenarnya, karena poros mengambil semua beban dari roda gigi, bekerja dalam tugas berat, biasanya terbuat dari baja berkualitas tinggi, permukaan bantalan sering dikeraskan dengan panas.

Untuk mengurangi kerugian gesekan (untuk membentuk pasangan anti gesekan), bantalan biasa terbuat dari bahan yang lebih lembut yang telah mengurangi koefisien gesekan (perunggu, babbitt, dll.) dipasangkan dengan poros baja. Jelas bahwa itu adalah bahan yang lebih lembut yang akan aus lebih dulu.

Akibat keausan bantalan, poros akan “melorot” dalam jumlah tertentu (Gambar 25b). Dari teori keausan diketahui bahwa jumlah keausan sebanding dengan tekanan spesifik dan kecepatan relatif permukaan gosok. Tetapi dalam hal ini, kecepatan relatif adalah kecepatan keliling pada permukaan trunnion, yang sama di semua titik. Oleh karena itu, jumlah keausan akan lebih besar di tempat-tempat di mana tekanan spesifik lebih besar, yaitu. jumlah keausan sebanding dengan tekanan spesifik.

Gambar 25b menunjukkan dua posisi poros - pada awal pekerjaan dan setelah keausan permukaan terjadi. Lapisan yang aus adalah sosok berbentuk sabit. Tetapi karena keausan sebanding dengan tekanan spesifik, angka berbentuk bulan sabit ini dapat diambil sebagai plot tekanan spesifik, dibuat pada skala tertentu.

Seperti dapat dilihat, sebagai akibat dari keausan, tekanan spesifik pada permukaan gesekan didistribusikan kembali. Tekanan maksimum qmax terletak pada garis aksi beban radial yang bekerja pada poros.

Karena poros telah tenggelam dalam jumlah tertentu sebagai akibat dari keausan bantalan, jarak vertikal untuk setiap titik poros antara posisi awal dan posisi baru adalah sama (dan sama dengan qmax). Oleh karena itu, nilai saat ini dari tekanan spesifik pada elemen yang dipilih dapat diekspresikan secara kira-kira dari segitiga siku-siku lengkung (Gambar 25 b):

Jalan pemecahan masalah selanjutnya tidak berbeda dengan penyelesaian menurut hipotesis pertama. Akibatnya, ketergantungan berikut diperoleh untuk menentukan momen gaya gesekan menurut hipotesis kedua:

Dengan demikian, ada penurunan koefisien gesekan yang berkurang (sekitar 20%) dan, karenanya, penurunan kerugian gesekan dan peningkatan efisiensi. Itu sebabnya semua mobil baru harus dijalankan dengan tenaga parsial.

Sebagai hasil dari run-in, terjadi keausan primer pada permukaan (penghalusan kekasaran mikro), permukaan run-in ("memukul" permukaan satu sama lain). Hanya dengan begitu mesin dapat digunakan dengan kapasitas penuh.

Gesekan di tumit

Hipotesis pertama. Karena dalam hal ini permukaan bantalan adalah bidang, tekanan spesifik konstan (Gambar 26a) ditentukan hanya dengan membagi gaya aksial dengan luas cincin bantalan:

Mari kita pilih elemen permukaan annular dengan ketebalan dρ pada jarak dari pusat tumit (Gambar 26c). Reaksi normal dasar yang bekerja pada elemen ini ditentukan dengan mengalikan tekanan spesifik dengan luasnya:

Kami mendefinisikan gaya gesekan dasar dan momen dari gaya gesekan ini:

Mengintegrasikan seluruh permukaan bantalan, kami memperoleh momen gesekan total:

Mengganti nilai q, kita akhirnya mendapatkan:

Hipotesis kedua. Seperti yang diperlihatkan oleh praktik, setelah berakhirnya waktu, keausan seragam pada permukaan penyangga tumit terjadi, mis. produk dari tekanan spesifik dan kecepatan relatif adalah nilai konstan:

Dalam hal ini, kecepatan di berbagai titik permukaan kontak berbeda:

Tetapi karena kecepatan sudut adalah sama untuk poros, keausan akan sebanding dengan produk q⋅ρ, dengan kata lain, produk ini adalah konstanta tertentu k:

Dengan demikian, diagram tekanan spesifik adalah ketergantungan hiperbolik (Gambar 26b). Sebagai hasil dari keausan permukaan, tekanan spesifik didistribusikan kembali sedemikian rupa sehingga ketika mendekati sumbu rotasi poros, itu meningkat tajam (secara teoritis, meningkat hingga tak terbatas di tengah permukaan bantalan). Itu sebabnya sepatu hak padat praktis tidak digunakan dalam teknologi.

Solusi selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama dengan solusi menurut hipotesis pertama. Akibatnya, ketergantungan berikut diperoleh untuk menentukan momen dari gaya gesekan pada permukaan pendukung tumit:

Dalam bentuk yang dihasilkan, sulit untuk membandingkan hipotesis satu sama lain. Oleh karena itu, untuk mengevaluasi hasilnya, tumit padat dipertimbangkan (d=0):

Perbandingan menunjukkan bahwa dengan berlari di permukaan tumit, efek yang serupa dengan yang terjadi di trunnion tercapai - besarnya gaya gesekan berkurang 20 ... 25%

Gesekan tubuh yang fleksibel

Pita fleksibel, ikat pinggang, tali dan bahan serupa lainnya dengan ketahanan lentur rendah banyak digunakan pada mesin dalam bentuk penggerak sabuk dan tali, serta dalam mekanisme mesin pengangkat, dalam rem pita.

Dan dinamika mekanisme dan mesin dalam analisis dan sintesisnya.

Mengingat singkatnya kursus kami, kami hanya akan fokus pada studi mekanisme struktural dan kinematik. Tujuan dari studi ini adalah untuk mempelajari struktur mekanisme dan menganalisis gerakan tautannya, terlepas dari kekuatan yang menyebabkan gerakan ini.

Dalam TMM, mekanisme ideal dipelajari: benar-benar tidak dapat dideformasi; tanpa celah pada sendi yang bergerak.

Ketentuan utama TMM adalah umum untuk mekanisme untuk berbagai tujuan. Mereka digunakan pada tahap pertama desain, yaitu ketika mengembangkan diagram mekanisme dan menghitung parameter kinematik dan dinamisnya. Setelah menyelesaikan tahap desain ini, Anda melihat "kerangka" produk masa depan Anda, ide-ide yang tertanam di dalamnya. Kedepannya, implementasikan ide-ide Anda dalam bentuk dokumentasi desain dan dalam bentuk produk nyata.

Analisis struktural mekanisme

Konsep dasar dan definisi

Detail- bagian mekanisme yang terpisah dan tidak dapat dibagi (bagian tidak dapat dibongkar menjadi beberapa bagian).

Tautan- bagian atau beberapa bagian yang terhubung satu sama lain tanpa bergerak.

Pasangan kinematik (KP)- koneksi bergerak dari dua tautan. KP bukan kuantitas material, itu mencirikan koneksi dua tautan yang bersentuhan langsung.

elemen KP- titik, garis atau permukaan di mana satu tautan bersentuhan dengan yang lain. Jika elemen KP adalah titik atau garis adalah CP tertinggi, jika permukaannya CP lebih rendah.

Berdasarkan sifat pergerakan tautan KP Ada: putar, translasi, dengan gerak heliks. Menurut jenis permukaan kontak gearbox, ada: planar, silinder, bola, dll.

kelas KP ditentukan oleh jumlah pembatasan gerakan atau jumlah sambungan yang dikenakan S.

Total ada 6 derajat kebebasan. Mari kita nyatakan H - jumlah derajat kebebasan. Bisa ditulis

H + S \u003d 6 atau H \u003d 6 - S, atau S \u003d 6 - H

Seringkali lebih mudah untuk menentukan berapa derajat kebebasan yang tersisa dari suatu tautan daripada berapa banyak ikatan yang dikenakan. Misalnya, berapa derajat kebebasan di pintu atau jendela - satu. Apa yang dimaksud dengan unsur KP - permukaan(tidak ada celah). Apa sifat gerakannya? rotasi. Oleh karena itu, ini adalah lebih rendah, gearbox rotasi kelas 5.

Cukup sering kita harus berurusan dengan CP yang lebih tinggi, misalnya: kontak roda gigi; silinder berguling di pesawat; silinder demi silinder; pendorong pada cam, dll. Koneksi seperti itu ditunjukkan pada Gambar. 3.1.

Ada dua komponen gerak relatif dalam hubungan, yaitu dua derajat kebebasan. Elemen CP adalah garis. Oleh karena itu, ini adalah CP tertinggi dari kelas 4.

Rantai kinematik- sistem tautan yang dihubungkan oleh pasangan kinematik.

Mekanisme- rantai kinematik di mana, untuk gerakan tertentu dari satu atau lebih terkemuka tautan relatif terhadap yang tetap

Gambar 3.1 tautan ( rak), semua tautan lainnya ( budak) melakukan gerakan tertentu. didorong tautan yang membuat gerakan yang mekanismenya dibuat disebut tautan kerja.

Saat menyusun diagram mekanisme dan rantai kinematik lainnya, gambar bersyarat digunakan sesuai dengan GOST 2.770-68. Dalam hal ini, pasangan kinematik ditunjukkan dengan huruf kapital, dan tautan - dengan angka. Tautan utama ditunjukkan oleh panah. Tautan tetap ( rak) dilambangkan dengan bayangan di dekat pasangan kinematik.

Membedakan konsep skema struktural dan skema kinematik mekanisme. Skema mekanisme kinematik berbeda dari skema struktural karena harus dilakukan secara ketat pada skala dan pada posisi tertentu dari tautan utama. Faktanya, hanya sedikit orang yang memenuhi persyaratan ini. Ambil paspor mesin atau peralatan rumah tangga apa pun. Tertulis - Skema kinematik- tetapi tidak ada pertanyaan tentang skala apa pun. Agar tidak melanggar GOST 2.770-68, kami hanya akan memanggil - diagram mekanisme.

PADA mekanisme tuas yang diartikulasikan link memiliki nama sendiri:

Tautan berputar - engkol;

tautan ayun - kuk;

Melakukan gerak bidang-paralel - batang penghubung;

Gerakan progresif - menjalar;

Tautan yang membentuk pasangan translasi dengan penggeser - panduan;

Panduan bergerak - belakang panggung.

rol bagian dari link berputar yang mentransmisikan torsi disebut. Sumbu- bagian silinder, yang ditutupi oleh elemen tautan lain dan membentuk pasangan rotasi dengannya - engsel. Gandar tidak mengirimkan torsi.

Tingkat mobilitas mekanisme

Derajat mobilitas mekanisme adalah jumlah derajat kebebasan mekanisme relatif terhadap tautan tetap ( rak).

Tingkat mobilitas mekanisme datar (semua tautan bergerak dalam bidang paralel) ditentukan oleh rumus P.L. Chebyshev

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4,

di mana n adalah jumlah tautan bergerak; P 5 - nomor KP kelas 5; P 4 - nomor KP kelas 4.

Beras. 3.2 Diagram mekanisme

Gambar 3.2 menunjukkan beberapa skema mekanisme. Mari kita tuliskan nama-nama tautan, cirikan pasangan kinematik dan tentukan tingkat mobilitas masing-masing mekanisme.

Skema 1: 1 - rak; 1 1 - panduan; 2 - engkol; 3 - batang penghubung; 4 - penggeser; A, B, C - gearbox rotasi bawah kelas 5; D - CP progresif terendah dari kelas ke-5.

Skema 2: 1 - rak; 2 - engkol; 3 - sayap; 4 - kursi goyang; A, C, D - gearbox rotasi bawah kelas 5; B - CP progresif terendah dari kelas ke-5.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 3 - 2 * 4 \u003d 1.

Skema 3: 1 - panduan; 2, 4 - penggeser (pendorong); 3 - kursi goyang; A, E - CP progresif terendah dari kelas ke-5; C - gearbox rotasi terendah dari kelas ke-5; C, D - CP tertinggi dari kelas ke-4.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 3 - 2 * 3 - 2 \u003d 1.

Skema 4: 1 - rak; 1 1 panduan; 2 - kamera; 3 - rol; 4 - penggeser (pendorong); A, C - gearbox rotasi bawah kelas 5; D - CP progresif terendah dari kelas ke-5; B - CP tertinggi dari kelas ke-4.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 3 - 2 * 3 - 1 \u003d 2.

Skema 5: 1 - rak; 1 1 panduan; 2 - kamera; 3 - penggeser (pendorong); A - gearbox rotasi terendah dari kelas ke-5; C - CP progresif terendah dari kelas ke-5; B - CP tertinggi dari kelas ke-4.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 2 - 2 * 2 - 1 \u003d 1.

Skema 4 dan 5 menunjukkan mekanisme cam masing-masing memiliki 2 dan 1 derajat kebebasan, meskipun jelas bahwa pendorong mekanisme ini memiliki satu derajat kebebasan. Tingkat mobilitas ekstra mekanisme (Skema 4) disebabkan oleh adanya tautan 3 (rol), yang tidak memengaruhi hukum gerak tautan kerja(pendorong). Dalam analisis struktural dan kinematik mekanisme, tautan tersebut dihapus dari skema mekanisme.

Mengganti pasangan kinematik yang lebih tinggi dengan yang lebih rendah

Dalam studi mekanisme struktural, kinematik, dan gaya, dalam beberapa kasus disarankan untuk mengganti mekanisme dengan pasangan kelas ke-4 yang lebih tinggi dengan mekanisme yang setara dengan pasangan kelas ke-5 yang lebih rendah. Dalam hal ini, jumlah derajat kebebasan dan gerakan sesaat tautan memiliki mekanisme penggantian yang setara harus sama dengan mekanisme penggantian.

Gambar 3.3, a) menunjukkan penggantian mekanisme bubungan, terdiri dari tautan 1, 2, 3, dengan tautan empat berengsel, terdiri dari tautan 1, 4, 5, 6. Pasangan kinematik yang lebih tinggi PADA digantikan oleh pasangan yang lebih rendah D, E. Pada Gambar 3.3, b) mekanisme cam 1, 2, 3 telah diganti

Beras. 3.3 mekanisme engkol 1, 4, 5, 3. Pasangan atas PADA digantikan oleh pasangan bawah D, E.

Algoritma untuk mengganti pasangan kinematik yang lebih tinggi dengan yang lebih rendah adalah sebagai berikut:

1) normal ditarik melalui titik kontak dari tautan di CS yang lebih tinggi;

2) pada garis normal pada jarak jari-jari kelengkungan (R1 dan R2, Gambar 3.3, a) CP terendah ditetapkan;

3) CP yang diterima dihubungkan oleh tautan dengan CP yang lebih rendah yang sudah ada dalam mekanisme.

Sintesis struktural dan analisis mekanisme

Sintesis struktural mekanisme adalah tahap awal pembuatan diagram mekanisme yang memenuhi kondisi yang diberikan. Data awal biasanya merupakan jenis pergerakan mata rantai utama dan kerja mekanisme. Jika mekanisme tiga atau empat tautan dasar tidak menyelesaikan masalah transformasi gerakan yang diperlukan, diagram mekanisme disusun dengan menghubungkan beberapa mekanisme dasar secara seri.

Prinsip dasar sintesis struktural dan analisis mekanisme dengan kelas 5 CP dan klasifikasi mekanisme tersebut pertama kali diusulkan oleh ilmuwan Rusia L.V. Assur pada tahun 1914, dan mengembangkan ide-ide L.V. Akademisi Assura I.I. Artobolevsky. Menurut klasifikasi yang diusulkan, mekanisme digabungkan ke dalam kelas dari yang pertama dan lebih tinggi sesuai dengan fitur struktural. Mekanisme kelas pertama terdiri dari tautan utama dan rak yang dihubungkan oleh pasangan kinematik kelas ke-5.

Mekanisme kelas yang lebih tinggi dibentuk oleh koneksi serial ke mekanisme rantai kinematik kelas pertama yang tidak mengubah tingkat mobilitas mekanisme asli, yaitu, memiliki tingkat mobilitas sama dengan nol. Rantai kinematik seperti itu disebut kelompok struktural. Karena grup struktural hanya mencakup CP dari kelas ke-5, dan tingkat mobilitas grup adalah nol, kita dapat menulis

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

Oleh karena itu, hanya sejumlah unit genap yang dapat dimasukkan dalam grup struktural, karena P 5 hanya dapat berupa bilangan bulat.

Kelompok struktural dibedakan oleh: kelas dan memesan. Kelompok kelas 2 dan orde 2 terdiri dari dua tautan dan tiga CP. Kelas grup(di atas yang ke-2) ditentukan oleh jumlah CP internal yang membentuk sirkuit tertutup bergerak dari jumlah tautan terbesar dalam grup.

Urutan grup ditentukan oleh jumlah elemen bebas dari tautan yang dengannya grup dilampirkan ke mekanisme.

Gambar 3.4 menunjukkan mekanisme kelas 1, serta kelompok struktural kelas 2 dan 3. Sebagai hasil dari sintesis struktural (penempelan kelompok struktural pada mekanisme kelas 1), diperoleh mekanisme empat tautan dari kelas ke-2 dan mekanisme enam tautan dari kelas ke-3 (Gbr. 3.4).

Analisis struktural menentukan tingkat mobilitas mekanisme dan dekomposisi rantai kinematiknya menjadi kelompok struktural dan tautan utama. Pada saat yang sama, derajat kebebasan ekstra (jika ada) dan batasan pasif (jika ada) dihilangkan.

Analisis kinematik mekanisme

Tujuan dari analisis kinematik adalah studi tentang pergerakan tautan mekanisme, terlepas dari gaya yang bekerja padanya. Dalam hal ini, asumsi berikut dibuat: tautan benar-benar kaku dan tidak ada celah pada pasangan kinematik.

Pengikut tujuan utama: a) menentukan posisi link dan membangun lintasan pergerakan titik individu atau link secara keseluruhan; b) menemukan kecepatan linier dari titik-titik mekanisme dan kecepatan sudut tautan; c) penentuan percepatan linier titik mekanisme dan percepatan sudut tautan.

Data awal adalah: skema kinematik mekanisme; dimensi semua tautan; hukum gerak dari link terkemuka.

Dalam analisis kinematik mekanisme, metode analitis, grafis-analitik dan grafis digunakan. Biasanya, siklus penuh pergerakan mekanisme dipertimbangkan.

Hasil analisis kinematik memungkinkan, jika perlu, untuk memperbaiki skema mekanisme, selain itu, mereka diperlukan untuk memecahkan masalah dinamika mekanisme.

Menentukan posisi dan pergerakan mata rantai mekanisme

Kami akan memecahkan masalah dengan metode grafis dan analitis. Sebagai contoh, mari kita ambil mekanisme penggeser engkol.

Diberikan: panjang engkol r = 150 mm; panjang batang penghubung l = 450 mm; engkol penggerak (ω = const.)

Posisi engkol diberikan oleh sudut . Siklus pergerakan mekanisme semacam itu dilakukan dalam satu putaran penuh engkol - periode siklus T = 60/n = 2π/ω, s. Dimana n adalah jumlah putaran per menit; - kecepatan sudut, s -1. Dalam hal ini, = 2π, rad.

Kami menggambar diagram kinematik dari mekanisme pada skala yang dipilih (Gbr. 3.5). Pada Gambar 3.5, skalanya adalah 1:10. Kami membangun diagram mekanisme di delapan posisi engkol (semakin banyak posisi mekanisme, semakin tinggi akurasi hasil yang diperoleh). Tandai posisi penggeser ( tautan kerja). Berdasarkan data yang diperoleh, kami memplot ketergantungan perpindahan titik B penggeser pada sudut rotasi engkol (S = f(φ)). Grafik ini disebut diagram perpindahan kinematik dari titik B.

Metode analitis

Pergerakan slider dihitung dari posisi paling kanan (Gbr. 3.5). Menganalisis gambar, seseorang dapat menulis persamaan

S = (r + l) - (r * cosφ + l * cosβ) (3,1)

r * sin = l * sin

Menyatakan r/ l = , kita dapat menulis

= arcsin(λ * sin ).

Oleh karena itu, untuk setiap sudut tidak sulit untuk menentukan sudut yang bersesuaian dan kemudian selesaikan persamaan pertama sistem (3.1). Dalam hal ini, akurasi hasil hanya akan ditentukan oleh akurasi perhitungan yang ditentukan.

Sebuah rumus perkiraan diberikan untuk menentukan perpindahan slider

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

Penentuan kecepatan dan percepatan titik dan tautan mekanisme

Kecepatan dan percepatan tautan yang digerakkan dari mekanisme dapat ditentukan dengan metode rencana, diagram kinematik, dan metode analitis. Dalam semua kasus, berikut ini harus diketahui sebagai yang awal: skema mekanisme pada posisi tertentu dari tautan terkemuka, kecepatan dan akselerasinya.

Pertimbangkan penerapan metode ini pada contoh mekanisme penggeser engkol (Gbr. 3.5) dengan \u003d 45 tentang dan n = 1200 rpm, masing-masing \u003d * n / 30 \u003d 125.7 s -1.

Rencana kecepatan (percepatan) mekanisme.

Rencana kecepatan (percepatan) mekanisme adalah gambar yang dibentuk oleh vektor kecepatan (percepatan) dari titik-titik tautan pada posisi tertentu dari mekanisme.

Membangun rencana kecepatan

Diketahui

Berdasarkan ukuran V AO = * r\u003d 125.7 * 0.15 \u003d 18.9 m / s.

Pilih skala konstruksi, misalnya, 1m/(s*mm).

Tandai titik mana pun sebagai tiang R saat membuat rencana kecepatan (Gbr. 3.6).

Kami menunda vektor dari kutub,

Beras. 3.6 tegak lurus JSC. Vektor kecepatan titik PADA temukan dengan solusi grafis dari persamaan Arah vektor diketahui. Vektor terletak pada garis mendatar dan vektor tegak lurus WA. Gambar garis lurus yang sesuai dari kutub dan ujung vektor dan tutup persamaan vektor. Kami mengukur jarak Pb dan ba dan, dengan mempertimbangkan skala, kami menemukan

V V= 16,6 m/s, VVA= 13,8 m/s.

Membangun rencana percepatan(gbr.3.7)

percepatan titik TETAPI sama karena = 0. . Besarnya percepatan normal a n AO = 2 * r =

= 125,7 2 * 0,15 \u003d 2370 m / s 2.

Percepatan tangensial a t AO = * r = 0, karena percepatan sudut ε = 0, karena = konstanta.

Kami memilih skala konstruksi, misalnya, 100m / (s 2 * mm). Sisihkan dari tiang r a vektor , paralel JSC dari TETAPI ke HAI. Vektor percepatan titik PADA kami menemukan dengan solusi grafis dari persamaan . Vektor diarahkan paralel VA dari PADA ke TETAPI, nilainya sama dengan a n VA \u003d V VA 2 / l \u003d 13,8 2 / 0,45 \u003d 423 m / s 2.

a B = 1740 m / dtk 2; t VA = 1650 m/s 2 .

Metode diagram kinematik (Gbr. 3.8)

Metode diagram kinematik adalah metode grafis. Ini mencakup diferensiasi grafis pertama dari grafik perpindahan dan kemudian grafik kecepatan. Dalam hal ini, kurva perpindahan dan kecepatan digantikan oleh garis putus-putus. Nilai kelajuan rata-rata pada bagian dasar jalan dapat dinyatakan sebagai:

S - skala perpindahan.

t - skala waktu.

Dalam kasus kami

S = 0,01 m/mm;

t = 0,000625 s/mm.

Skala kecepatannya adalah:

V = S /(µ t *H V) =

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

0,533 m/(s*mm).

Skala percepatannya adalah:

a = V /(µ t * H a) =

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

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

Urutan memplot diagram kecepatan.

Pada jarak H V (20-40 mm), titik O ditempatkan - tiang konstruksi. Garis lurus ditarik dari kutub, sejajar dengan segmen garis putus-putus dari grafik perpindahan, sampai perpotongan sumbu y. Oordinat ditransfer ke grafik kecepatan di tengah bagian yang sesuai. Kurva digambar di sepanjang titik yang diperoleh - ini adalah diagram kecepatan.

Diagram percepatan dibangun dengan cara yang sama, hanya diagram kecepatan yang digantikan oleh garis putus-putus yang menjadi grafik aslinya.

Untuk menunjukkan nilai numerik kecepatan dan percepatan, skala konstruksi dihitung, seperti yang ditunjukkan di atas.

Kecepatan dan percepatan penggeser juga dapat ditentukan secara analitis, dengan diferensiasi berturut-turut dari persamaan perkiraan (3.2).

Pengetahuan tentang kecepatan dan percepatan tautan mekanisme diperlukan untuk analisis dinamis mekanisme, khususnya, untuk menentukan gaya inersia, yang dapat, pada percepatan tinggi,(seperti dalam kasus kami) berulang kali melebihi beban statis, misalnya, berat tautan.

Karena singkatnya kursus kami, kami tidak melakukan studi kekuatan mekanisme, tetapi Anda dapat secara mandiri membiasakan diri dengannya dalam literatur, khususnya, yang direkomendasikan di bagian ini.

Dalam teori mekanisme dan mesin, pertanyaan tentang geometri roda gigi, serta pertanyaan gesekan pada pasangan kinematik, dipertimbangkan. Kami juga akan mempertimbangkan masalah ini, tetapi di bagian "Suku Cadang Mesin", terkait dengan kasus dan tugas tertentu.

literatur

1. Pervitsky Yu.D. Perhitungan dan desain mekanisme yang tepat. - L.: Teknik mesin,

2. Zablonsky K.I. Mekanika terapan. - Kyiv: Sekolah Vishcha, 1984. - 280 hal.

3. Korolev P.V. Teori mekanisme dan mesin. Catatan kuliah. - Irkutsk: Rumah Penerbitan

Pendahuluan ………………………………………………………………………………….4

1. Konsep dasar dan definisi TMP………………...…………………….5

2. Tahap utama desain dan penciptaan teknologi baru……………..6

3. ….………………………..7

3.1. Klasifikasi pasangan kinematik………………………………………………7

3.2. Rantai kinematik dan klasifikasinya………………………………………..9

3.3. Konsep derajat mobilitas mekanisme……………………………………….10

3.4. Analisis struktural mekanisme……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….

3.5. Jenis mekanisme dan diagram bloknya………………………………………...13

4. Analisis kinematik mekanisme tuas…….……………………..14

4.1. Penyusunan rencana posisi mekanisme………………………………………………………14

4.2. Penentuan kecepatan dan percepatan mekanisme dengan metode rencana…………..15

4.3. Studi mekanisme tuas dengan metode diagram kinematik..17

4.4. Studi kinematik mekanisme tuas menggunakan metode analitik ... 18

5. Analisis Dinamis Mekanisme Keterkaitan……..…………………….....18

5.1. Klasifikasi gaya aksi……………………………………………..18

5.2. Membawa kekuatan dan massa dalam mekanisme………………………………………...20

5.3. Persamaan gerak mesin………………………………………………….21

5.4. Konsep keseimbangan kekuatan. Teorema Zhukovsky pada tuas kaku…..22

5.5. Metode analisis grafik untuk menyelesaikan persamaan gerak mesin………..23

5.6. Pergerakan kendaraan tidak merata. Roda gila………………………………24

5.7. Memilih momen inersiaJ m roda gila sesuai dengan koefisien ketidakrataan yang diberikan ... 25

5.8. Regulasi fluktuasi non-periodik dalam kecepatan kendaraan ... ..26

5.9. Perhitungan daya mekanisme tuas……………………………………….27

6. Sintesis mekanisme tuas………………………………………………...30

6.1. Rumusan masalah, jenis dan metode sintesis…………………………………….30

6.2. Memecahkan masalah sintesis optimal mekanisme batang …………… ..30

6.3. Kondisi untuk engkol engkol dalam artikulasi empat tautan….31

6.4. Akuntansi untuk sudut tekanan dalam mekanisme batang……………………………...32

6.5. Sintesis empat tautan untuk tiga posisi batang penghubung yang diberikan …………..32

6.6. Sintesis mekanisme engkol-rocker menurut koefisien yang diberikan

perubahan kecepatan ………………………………………………………………… 33

6.7. Sintesis mekanisme penggeser engkol untuk beberapa dimensi tertentu ...... 33

6.8. Konsep sintesis mekanisme untuk hukum gerak yang diberikan dari tautan keluaran ...... 34

6.9. Konsep sintesis mekanisme sepanjang lintasan yang diberikan ……………………… 35

6.10. Prosedur umum untuk merancang mekanisme tuas…………………….35

7. Mekanisme kamera………………………………………………………...36

7.1. Klasifikasi mekanisme cam………………………………………...36

7.2. Analisis kinematik mekanisme cam……………………………….37

7.3. Beberapa masalah analisis dinamis mekanisme cam …… ..39

7.4. Sintesis mekanisme cam………………………………………………..40

7.4.1. Pilihan hukum gerak pendorong……………………………………………..40

7.4.2. Profil kamera……………………………………………………..41

7.4.3. Sintesis dinamis dari mekanisme cam……………………………….42

7.4.4. Metode analitik untuk sintesis mekanisme cam…………………..44

7.4.5. Konsep merancang mekanisme kamera spasial ... 45

7.4.6. Desain mekanisme cam dengan pendorong datar (berbentuk piring) ... 45

8. Mekanisme gesekan dan roda gigi ……………………………………………..46 8.1. Informasi umum tentang roda gigi rotasi………………………………………….46

8.2. Roda gigi gesekan……………………………………………………………… 48

8.3. Transmisi gigi. Jenis dan klasifikasi…………………………………..49 8.4. Teorema penghubung dasar (Teorema Willis)………………………………51

8.5. Involute dan sifat-sifatnya………………………………………………………….53

8.6. Geometri involute gearing………………………………………………………………53

8.7. Indikator kualitas gearing ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….

8.8. Parameter utama roda gigi …………………………………………… 55

8.9. Metode pemotongan gigi……………………………………………….56

8.10. Koreksi roda gigi………………………………………………...57 8.11. Jumlah gigi roda gigi terkecil. Meremehkan dan mengasah gigi …… 58

8.12. Pemilihan koefisien perpindahan yang dihitung untuk roda gigi eksternal …… 60

8.13. Roda silinder dengan gigi miring dan fitur-fiturnya ……………….60

8.14. Roda gigi miring……………………………………………….62

8.15. Roda gigi cacing……………………………………………………………….62

8.16. Analisis kinematik dan klasifikasi mekanisme roda gigi gesekan…63

8.16.1. Analisis kinematik mekanisme episiklik …………………… 66

8.16.2. Mekanisme episiklik dengan roda bevel…………………….68

8.17. Beberapa pertanyaan tentang sintesis mekanisme roda gigi ………………………… 68

8.17.1. Sintesis mekanisme episiklik dengan roda silinder. dengan syarat

sintesis……………………………………………………………………………… 69

8.17.2. Metode untuk sintesis mekanisme episiklik …………………………….71

9. Gesekan dalam pasangan kinematik ……………………………………………….72

9.1. Jenis gesekan………………………………………………………………………..72 9.2. Gesekan geser pada pasangan translasi ………………………………….73

9.3. Gesekan geser dalam pasangan rotasi …………………………………..74

9.4. Gesekan bergulir………………………………………………………………………..74

9.5. Fitur penghitungan gaya gesekan dalam perhitungan gaya mekanisme mekanis …… ..75

9.6. Koefisien unjuk kerja (efisiensi) mesin……………………………….76

10. Menyeimbangkan massa dalam mekanisme dan mesin …………………………78

10.1. Aksi kekuatan di atas fondasi. Kondisi keseimbangan ……………………… 78

10.2. Menyeimbangkan dengan bantuan penyeimbang pada tautan mekanisme………79

10.3. Menyeimbangkan massa yang berputar (rotor) …………………………… 80

Daftar Buku Disiplin “Teori Mekanisme dan Mesin”……………..…83

pengantar

Teori mekanisme dan mesin (TMM) adalah salah satu cabang mekanika,

yang mempelajari struktur, kinematika dan dinamika mekanisme dan mesin sehubungan dengan analisis dan sintesisnya.

Mekanika terapan, yang saat ini menggabungkan

ciplins seperti: TMM; kekuatan materi; bagian-bagian mesin dan mengangkat

kendaraan pengangkut; merupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan tertua. Yang diketahui

misalnya, bahkan selama pembangunan piramida Mesir, pro-

mekanisme paling sederhana (tuas, balok, dll.). Sains, dengan demikian, menonjol tentang

200 tahun yang lalu. Kontribusi yang signifikan untuk pengembangan mekanika praktis di luar

Jika ilmuwan dan penemu seperti: M.V. Lomonosov; I.I. Polzunov - dibuat

tubuh mesin uap; AKU P. Kulibin - pencipta jam tangan otomatis; mekanisme prostesis, dll.; ayah dan anak Cherepanovs, yang membangun lokomotif uap pertama di Rusia; L

Euler, yang mengembangkan teori flat gearing dan mengusulkan involute

profil gigi roda baru yang sedang digunakan.

Akademisi berkontribusi pada pengembangan ilmu pengetahuan: P.L. Chebyshev, I.A. Lebih tinggi-

Negradsky, N.P. Petrov, V.P. Goryachkin, M.V. Ostrogradsky; profesor: N.E.

Zhukovsky - bapak penerbangan Rusia, V.L. Kirpichev, N.I. Mertsalov, L.A. Assur,

I.V. Meshchersky, fisikawan D. Maxwell, serta ilmuwan modern seperti:

I.I. Artobolevsky, N.G. Bruevich, D.N. Reshetov dan lainnya.

1. Konsep dasar dan definisi TMP

Cabang terkemuka teknologi modern adalah teknik mesin, dikembangkan

perkembangannya terkait erat dengan penciptaan mesin dan mekanisme baru,

meningkatkan produktivitas tenaga kerja dan mengganti tenaga kerja manual dengan tenaga kerja mesin.

Dalam teknologi, sistem mekanik bergerak banyak digunakan, di bawah

dibagi menjadi mesin, unit mesin dan mekanisme.

Dalam bentuk umum, mesin adalah perangkat yang dibuat oleh manusia untuk menggunakan hukum alam untuk memfasilitasi kerja fisik dan mental.

Menurut tujuan fungsional mesin dapat secara kondisional dibagi menjadi:

energi, transportasi, teknologi, kontrol dan manajemen, lo-

logis (komputer).

Perangkat yang mencakup sejumlah mesin dan mekanisme disebut mesin.

agregat (MA). Biasanya M.A. terdiri (Gbr. 1) dari mesin - D, transmisi

mekanisme yang tepat - P.M., mesin yang berfungsi - R.M. dan, dalam beberapa kasus, kontrol

tetapi perangkat kontrol (sistem kontrol otomatis) - ATS.

Gbr.1 Skema unit mesin

Setiap mesin individu mencakup satu atau lebih mekanisme

Mekanisme adalah sistem benda material yang dirancang untuk mengubah gerakan satu atau lebih benda menjadi gerakan yang diperlukan dari suatu os-

Komposisi mekanisme- beragam dan termasuk mekanik, hidrolik

Skye, listrik, dan perangkat lainnya.

Terlepas dari perbedaan tujuan mekanisme, struktur, kinematika, dan dinamikanya memiliki banyak kesamaan, oleh karena itu, studi tentang mekanisme dilakukan berdasarkan prinsip-prinsip dasar mekanika modern.

Mekanisme apa pun terdiri dari badan (bagian) yang terpisah yang saling berhubungan.

Bagian adalah produk yang dibuat tanpa operasi perakitan.

Bagian-bagian yang terhubung satu sama lain tanpa bergerak atau dengan bantuan ikatan elastis membentuk tautan terpisah.

Eksekusi tautan dari beberapa bagian dipastikan oleh koneksinya

makan. Bedakan antara sambungan satu bagian (dilas, terpaku, perekat) dan yang dapat dilepas

dapat dilepas (alur pasak, berlubang, berulir).

Tautan, tergantung pada jenis bahannya, bisa padat dan fleksibel.

(elastis).

Dua tautan yang terhubung satu sama lain secara bergerak membentuk kinematika

pasangan langit.

Tautan tetap, yang terdiri dari satu atau lebih bagian, disebut

berdiri tegak.

Dengan demikian, setiap mekanisme memiliki rak dan tautan yang dapat dipindahkan, di antaranya ada tautan input, output, dan perantara.

Tautan input (terkemuka) diinformasikan tentang gerakan, yang diubah oleh mekanik

nism ke dalam gerakan yang diperlukan dari tautan keluaran (budak) dengan bantuan

link menyeramkan. Biasanya ada satu input dan output link dalam mekanisme.

Tetapi dalam beberapa kasus ada mekanisme dengan beberapa tautan input atau output, misalnya diferensial mobil.

Pengembangan teknologi dilakukan ke arah peningkatan mekanisme yang diketahui sebelumnya dan dengan menciptakan tipe-tipe baru yang mendasar.

2. Tahap utama merancang dan menciptakan teknologi baru

Saat merancang peralatan baru, menjadi perlu untuk melakukan pekerjaan yang terkait dengan analisis dan sintesis desain baru.

Analisis dilakukan pada dimensi dan massa tautan tertentu, ketika

perlu untuk menentukan: kecepatan, percepatan, gaya kerja, tegangan pada tautan dan deformasinya. Akibatnya, perhitungan verifikasi untuk kekuatan, daya tahan, dll. dapat dibuat.

Sintesis dilakukan pada kecepatan, percepatan, kerja tertentu

gaya, tegangan, atau regangan arus. Dalam hal ini, diperlukan untuk menentukan

dimensi yang diperlukan dari tautan, bentuk dan massanya.

Dalam sintesis, masalah desain optimal dari konstanta sering dipecahkan.

instruksi, ketika indikator kinerja mesin yang diperlukan ditemukan pada tingkat tertinggi

biaya tenaga kerja yang lebih rendah.

Biasanya, langkah-langkah utama dalam membuat desain baru adalah:

1) Pengembangan konsep;

2) Desain dan perhitungan mesin dan komponen individualnya;

3) Penelitian eksperimental dan pengembangan prototipe.

Desain teknologi baru mencakup tahapan utama berikut:

a) pengembangan kerangka acuan, termasuk data awal utama;

b) pengembangan desain awal, termasuk pilihan skema dan tata letak OS-

unit struktural baru;

c) pengembangan proyek teknis, di mana perhitungan utama dilakukan dan gambar perakitan dan dokumentasi lainnya disajikan.

Saat merancang mekanisme yang kompleks, mereka biasanya mencoba untuk mengisolasi individu, mekanisme khas yang lebih sederhana dari skema umum, yang desainnya memiliki polanya sendiri. Mekanisme tersebut banyak digunakan dalam teknologi meliputi: tuas (batang), cam, gesekan,

roda gigi, dll., dan dari sudut pandang struktur, kinematika dan dinamika, mekanisme apa pun dapat digantikan oleh mekanisme tuas bersyarat dengan analisis selanjutnya, oleh karena itu struktur, kinematika, dan dinamika mekanisme tuas dipertimbangkan secara paling rinci.

3. Klasifikasi struktural dan jenis mekanisme

3.1. Klasifikasi pasangan kinematik

kp lebih rendah	Kp lebih tinggi

Koneksi bergerak dari dua tautan, yang disebut pasangan kinematik (kp), diklasifikasikan menurut berbagai kriteria, misalnya, menurut sifat kontak tautan - menjadi yang lebih rendah, ketika kontak terjadi di sepanjang permukaan, dan yang lebih tinggi , ketika kontak tautan dilakukan sepanjang garis atau pada suatu titik (Gbr. .2, a, b).

Keuntungan k.p. yang lebih rendah adalah kemungkinan mentransfer kekuatan yang signifikan dengan sedikit keausan, dan keuntungan dari efisiensi yang lebih tinggi. kemampuan untuk mereproduksi

untuk melakukan gerakan relatif yang cukup kompleks.

kp lebih rendah dapat translasi, rotasi, planar dan spasial, dan juga dapat diklasifikasikan menurut jumlah kondisi koneksi yang dikenakan pada tautan ketika mereka terhubung dalam c.p.

Setiap benda dalam sistem koordinat Cartesian (Gbr. 3) memiliki 6 derajat

baud atau mobilitas (W=6), beberapa di antaranya dihancurkan di pos pemeriksaan, sedangkan kelas pos pemeriksaan ditentukan oleh jumlah ikatan yang ditumpangkan (6-S),

di mana S adalah jumlah gerakan relatif dari tautan di c.p. Misalnya, pada gambar. 4a-e diberikan k.p. berbagai kelas.

c.p. 2 kelas

c.p. kelas 3

Pasangan kinematik dan tautan mekanisme digambarkan dengan cara yang disederhanakan (Gbr. 5), tunduk pada GOST untuk penunjukan tautan dan k.p.

3.2. Rantai kinematik dan klasifikasinya

Mekanisme apa pun adalah rantai kinematik (c.c.) dari tautan,

terhubung dalam pasangan kinematik (kp). K.ts. bisa sederhana atau kompleks

ny, terbuka dan tertutup, datar dan spasial.

PADA sederhana cc masing-masing tautannya adalah bagian dari satu atau dua k.p., dan

di kompleks c.c. ada tautan yang merupakan bagian dari tiga atau lebih c.p.

PADA buka cc ada link yang merupakan bagian dari satu kp, dan di tutup

dari rantai itu, setiap mata rantai adalah bagian dari 2 atau lebih k.p. (Gbr. 6, a-c).

Jika titik-titik dari semua mata rantai bergerak pada bidang yang sama atau sejajar,

lalu c.c. disebut datar, jika tidak k.c. - spasial (titik tautan menggambarkan kurva bidang dalam bidang atau ruang yang tidak sejajar

kurva alami).

3.3. Konsep derajat mobilitas mekanisme

Jika dalam c.c. spasial, terdiri dari "n" mata rantai bergerak, ada c.p. 1, 2,… kelas 5, yang jumlahnya berturut-turut, p1 ,p2 ,… p5 ,

lalu k.c. memiliki jumlah derajat kebebasan, ditentukan oleh rumus A.P. Malyshev. W=6n-5p5 -4p4 -3p3 -2p2 -p1 (3.1)

Karena setiap mekanisme memiliki satu tautan tetap (rak) dan tautan bergerak "n", rumus (3.1) dapat digunakan untuk menentukan W

mekanisme spasial, di mana n adalah jumlah tautan bergerak, dan W adalah tingkat mobilitas mekanisme, menunjukkan berapa banyak tautan utama yang perlu Anda miliki

(motor) untuk mendapatkan gerakan tertentu dari tautan yang tersisa. Untuk mekanisme datar, tingkat mobilitas ditentukan oleh rumus

Chebyshev:
	W=3n-2p5 -p4 ,
			ada di
		progresif,			alat pemutar-
		nyh dan sekrup.
		Misalnya, engkol
		merayap
		nism (gbr.7), di mana n=3;
		hal5=4; p4=0,
		memiliki W=3 3-2 4-0=1.
		definisi			diperlukan
	memperhitungkan kemungkinan memiliki
	disebut tautan "pasif", mis. tautan,
	dihilangkan tanpa prasangka formal terhadap
	kinematika dari mekanisme yang dianalisis (Gbr. 8).
	a) W=3 4-2 6-0=0 - dengan tautan pasif,
	b) W=3 3-2 4-0=1 – sebenarnya.
	Selain itu, perlu diperhitungkan
	kemungkinan		tautan yang berlebihan,
	yang tidak diimplementasikan dalam mekanisme nyata,

dan jumlah mereka q ditentukan oleh perbedaan antara jumlah ikatan dalam f.p. mekanisme yang nyata dan mungkin secara formal.

pada gambar. 9a menunjukkan mekanisme yang sebenarnya, dan gbr. 9, b - mekanisme yang mungkin secara formal yang memiliki tujuan fungsional yang mirip dengan tindakan

Sebagai disiplin ilmu independen, TMM, seperti banyak cabang mekanika terapan lainnya, muncul setelah revolusi industri, yang permulaannya dimulai pada tahun 30-an abad ke-18, meskipun mesin diciptakan jauh sebelum itu, dan mekanisme sederhana. (roda, roda gigi ulir, dll.) banyak digunakan pada zaman Mesir Kuno.

Pendekatan ilmiah yang mendalam terhadap teori mekanisme dan mesin mulai digunakan secara luas sejak awal abad ke-19. Seluruh periode sebelumnya dalam perkembangan teknologi dapat dianggap sebagai periode penciptaan empiris mesin, di mana penemuan dibuat dari sejumlah besar mesin dan mekanisme sederhana, di antaranya:

• mesin tenun dan pembubutan;

Teori mekanisme dan mesin dalam perkembangannya mengandalkan hukum fisika yang paling penting - hukum kekekalan energi, hukum Amonton dan Coulomb untuk menentukan gaya gesekan, aturan emas mekanika, dll. Hukum, teorema dan metode mekanika teoretis banyak digunakan di TMM. Penting untuk disiplin ini adalah: konsep rasio roda gigi, dasar-dasar teori roda gigi involute, dll.

Dapat dicatat peran yang dimainkan para ilmuwan berikut dalam menciptakan prasyarat untuk pengembangan TMM: Archimedes, J. Cardano, Leonardo da Vinci, L. Euler, D. Watt, G. Amonton, S. Coulomb.

Salah satu pendiri teori mekanisme dan mesin adalah Pafnuty Chebyshev (1812-1894), yang pada paruh kedua abad ke-19 menerbitkan serangkaian karya penting tentang analisis dan sintesis mekanisme. Salah satu penemuannya adalah mekanisme Chebyshev.

Pada abad ke-19, bagian-bagian seperti geometri kinematik mekanisme (Savari, Chall, Olivier), kinetostatik (G. Coriolis), klasifikasi mekanisme menurut fungsi transformasi gerak (G. Monge) dikembangkan, masalah penghitungan roda gila diselesaikan (J. V. Poncelet) dan lain-lain. Monograf ilmiah pertama tentang mekanika mesin ditulis (R. Willis, A. Borigny), kursus pertama kuliah tentang TMM dibaca, buku teks pertama diterbitkan (A. Betancourt, D.S. Chizhov, Yu. Weisbach).

Pada paruh kedua abad ke-19, karya-karya ilmuwan Jerman F. Relo diterbitkan, di mana konsep-konsep penting dari pasangan kinematik, rantai kinematik, dan skema kinematik diperkenalkan.

Di masa Soviet, kontribusi terbesar untuk pengembangan teori mekanisme dan mesin sebagai disiplin terpisah dibuat oleh Artobolevsky I.I. Ia menerbitkan sejumlah karya fundamental dan umum.

Pada tahun 1969, ia adalah penggagas pembentukan Federasi Internasional untuk Teori Mesin dan Mekanisme (IFToMM), yang memiliki 45 negara anggota, beberapa kali terpilih sebagai presidennya.

Konsep dasar

Saat membangun mekanisme, tautan dihubungkan ke rantai kinematik. Dengan kata lain, mekanisme adalah rantai kinematik, yang mencakup tautan tetap (rak atau badan (alas)), jumlah derajat kebebasannya sama dengan jumlah koordinat umum yang mencirikan posisi tautan relatif terhadap rak. Pergerakan tautan dianggap terkait dengan tautan tetap - rak (badan, alas).