Прості механізми — різні пристрої, які дозволяють виконувати роботу за умови докладання до тіла порівняно невеликої сили (при одночасному збільшенні відстані переміщення) та змінювати напрям дії сили на зручніший для людини.
Жоден простий механізм не дає виграшу в роботі, а дає залежно від наявних потреб тільки виграш або в силі (F), або у відстані.
Загалом, їх можна визначити як найпростіші механізми, які використовують виграш у силі для збільшення сили. Зазвичай цей термін застосовують до шести класичних простих механізмів, винайдених ученими епохи Відродження:
Іноді цей список скорочують, вважаючи, наприклад, що клин та гвинт є різновидами похилої площини. Іноді до простих механізмів додають також гідравлічні пристрої, такі як поршень.
Простий механізм використовує одну прикладену силу для роботи проти однієї сили навантаження. Без урахування втрат на тертя робота, що виконується над вантажем, дорівнює роботі, яку виконує прикладена сила. Механізм може збільшувати вихідну силу завдяки пропорційному зменшенню відстані, на яку переміщується вантаж. Відношення вихідної сили до прикладеної сили називають виграшем у силі.
Прості механізми можна застосувати для отримання виграшу в швидкості переміщення. У цих випадках переміщувана частина пов'язана з довгим кінцем важеля (наприклад, поршень парової машини паровоза через шатун передає велике зусилля на коротке плече кривошипа, внаслідок чого обід колеса набуває великої швидкості), вільним кінцем талі тощо, і для приведення механізму в дію слід застосувати силу, у відповідне число разів більшу, ніж сила протидії.
Прості механізми можна вважати елементарними «будівельними блоками», з яких складаються дедалі складніші машини (іноді звані «складеними механізмами»). Наприклад, колеса, важелі та блоки використовують у механізмі велосипеда. Виграш у силі складеного механізму дорівнює добутку виграшів у силі простих механізмів, з яких він складається.
Хоча вони, як і раніше, мають велике значення в механіці та прикладній науці, сучасна механіка вийшла за рамки уявлень про найпростіші механізми як про мінімальні будівельні блоки, з яких складаються всі машини, що виникли в епоху Відродження як неокласичне розширення давньогрецьких текстів. Ці шість категорій неадекватно описують величезне розмаїття та витонченість сучасних механічних з'єднань, які виникли під час промислової революції. Різні автори пост-ренесансу склали розширені списки «простих механізмів», часто використовуючи такі терміни, як базові машини, складені машини або елементи машин, щоб відрізнити їх від класичних простих механізмів, описаних вище. До кінця 1800-х років Франц Рело ідентифікував сотні елементів машин, назвавши їх простими машинами. Сучасна теорія машин аналізує машини як кінематичні ланцюги, складені з елементарних зв'язків, званих кінематичними парами.
Історія
Ідея простого механізму виникла приблизно в III ст. до н. е. в грецького філософа Архімеда, який вивчав архімедові прості механізми: важіль, блок і гвинт. Він виявив для важеля принцип виграшу в силі. Знамените зауваження Архімеда з приводу важеля: «Дайте мені місце, на якому я стоятиму, і я посуну Землю» (грец. δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω) виражає розуміння того, що не існує межі передавального коефіцієнта, якого можна досягти за допомогою виграшу в силі. Пізніше грецькі філософи визначили класичні п'ять простих механізмів (за винятком похилої площини) та змогли обчислити їхній (ідеальний) виграш у силі. Наприклад, Герон Александрійський (бл. 10—75 н. е.) у своїй роботі «Механіка» перераховує п'ять механізмів, які можуть «привести в рух вантаж»; важіль, брашпиль, блок, клин і гвинт, і описує їх виготовлення та використання. Однак розуміння греків обмежувалося статикою найпростіших механізмів (балансом сил) і не включало динаміки, компромісу між силою та відстанню чи концепції роботи.
В епоху Відродження динаміку механічних сил, як називали прості механізми, почали розглядати з точки зору того, наскільки далеко вони можуть підняти вантаж, на додаток до сили, яку вони можуть докласти, що врешті-решт привело до нової концепції механічної роботи. році фламандський інженер Саймон Стевін отримав виграш у силі похилої площини, і її включено до інших простих механізмів. Повну динамічну теорію простих механізмів розробив італійський учений Галілео Галілей 1600 року в трактаті Le Meccaniche («Про механіку»), в якому він показав, що збільшення сили лежить в основі математичної подібності цих механізмів. Він був першим, хто пояснив, що найпростіші механізми не створюють енергії, а лише перетворюють її.
Класичні правила для тертя ковзання в машинах, відкриті Леонардо да Вінчі (1452—1519), але не опубліковані, а просто задокументовані в його записниках, ґрунтувалися на доньютонівській науці, такій як віра в тертя як ефірну рідину. Їх знову відкрив Гійом Амонтон (1699) і розвинув Шарль-Огюстен Кулон (1785).
Види простих механізмів
Прийнято виділяти вісім простих механізмів, з яких чотири є різновидами двох основних:
- Похила площина — простий механізм у вигляді площини, встановленої під гострим кутом до горизонтальної поверхні.
- Важіль — описав Архімед. Використовують, зокрема, для підіймання тягарів, як вимикачі і спускові гачки (шатун-кривошип — використовують у ткацькому верстаті, паровій машині, двигунах внутрішнього згоряння).
- Колесо — використовують на транспорті та в зубчастих передачах. Найраніші знахідки коліс зустрічають на території сучасної Румунії (неолітична культура Кукутень — Трипілля) і датують останньою чвертю 5 тисячоліття до н. е.
- Поршень — дозволяє використовувати енергію нагрітих газів або пари, що розширюються. Застосовують, зокрема, у вогнепальній зброї, двигуні внутрішнього згоряння та паровій машині.
Ідеальний простий механізм
Якщо простий механізм не розсіює енергії за рахунок тертя, зношування або деформації, то енергія зберігається, і його називають ідеальним простим механізмом. У цьому випадку потужність, подавана в механізм, дорівнює вихідній потужності, а виграш у силі можна розрахувати на основі геометричних його розмірів.
Хоча кожен із механізмів працює механічно по-різному, математично вони працюють однаково. У кожному механізмі сила , прикладена в одній точці, спричинює виконання роботи, яка полягає в переміщенні вантажу за допомогою сили в іншій точці. Хоча деякі механізми змінюють тільки напрям сили, наприклад, нерухомий блок, більшість механізмів збільшують силу на коефіцієнт рівний виграшу в силі
який можна розрахувати, виходячи з геометрії машини та тертя.
Прості механізми не містять джерела енергії, тому вони не можуть виконувати більше роботи, ніж отримують від вхідної сили. Простий механізм без тертя та пружності називають ідеальним простим механізмом. Завдяки збереженню механічної енергії, в ідеальному простому механізмі вихідна потужність (швидкість зміни енергії) у будь-який час дорівнює споживаній потужності
Вихідна потужність дорівнює добутку швидкості навантаження і сили навантаження . Так само підвідна потужність від прикладеної сили дорівнює добутку швидкості вхідної точки і прикладеної сили . Отже,
Отже, виграш у силі ідеальної машини дорівнює відношенню швидкостей, а саме відношенню вхідної швидкості до вихідної швидкості
Відношення швидкостей також дорівнює відношенню відстаней, пройдених за будь-який заданий період часу
Отже, виграш у силі ідеального механізму також дорівнює відношенню відстані, пройденої на вході, до відстані, пройденої на виході.
Його можна розрахувати на підставі геометрії механізму. Наприклад, виграш у силі і відношення відстаней для важеля дорівнює відношенню плечей важеля.
Виграш у силі може бути як більшим так меншим від одиниці:
- Якщо , вихідна сила більша від вхідної, машина діє як підсилювач, але відстань, на яку переміщується вантаж менша, ніж відстань, пройдена вхідною силою .
- Якщо , вихідна сила менше від вхідної, але відстань, на яку переміщується навантаження, більша, ніж відстань, пройдена вхідною силою.
Для гвинта, який використовує обертальний рух, вхідну силу слід замінити крутним моментом, а швидкість — кутовою швидкістю обертання вала.
Тертя й коефіцієнт корисної дії
У всіх реальних машинах є тертя, через яке частина вхідної потужності розсіюється у вигляді тепла. Якщо позначити потужність, що втрачається на тертя, за законом збереження енергії
Механічний коефіцієнт корисної дії (ККД) машини (де ) визначається як відношення вихідної потужності до вхідної і є мірою втрат енергії на тертя.
Як і вище, потужність дорівнює добутку сили й швидкості, тому
Отже,
Таким чином, у неідеальних машинах виграш у силі завжди менший, ніж відношення швидкостей, на коефіцієнт . Отже, механізм із тертям не зможе переміщувати такий самий вантаж, як і відповідний ідеальний механізм, використовуючи ту саму вхідну силу.
Складені механізми
Складений механізм — це машина, яка складається з набору простих механізмів, з'єднаних послідовно, причому вихідне зусилля одного забезпечує вхідне зусилля для наступного. Наприклад, настільні лещата складаються з важеля (ручки лещат), з'єднаного послідовно з гвинтом, а проста зубчаста передача складається з низки послідовно з'єднаних шестерень (коліс і осей).
Виграш у силі складеного механізму — це відношення вихідної сили останнього механізму в серії, до вхідної сили, прикладеної до першого механізму, тобто
Оскільки вихідна сила кожного механізму відіграє роль вхідної сили для наступного, , цей виграш у силі також забезпечується дією всього ланцюжка механізмів
Таким чином, виграш у силі складеного механізму дорівнює добутку виграшів у силі серії простих механізмів, які його утворюють.
Так само, ККД складеного механізму також є добутком ККД низки простих механізмів, які його утворюють.
Самоблоковані механізми
У багатьох простих механізмах, якщо сила навантаження Fout на механізмі досить велика відносно вхідної сили Fin, то механізм буде рухатися назад, при цьому сила навантаження виконуватиме роботу проти вхідної сили. Таким чином, ці механізми можна використовувати в будь-якому напрямку, з рушійною силою, прикладеною до будь-якої точки. Наприклад, якщо сила навантаження на важелі досить велика, то важіль буде рухатися назад, переміщаючи вхідний важіль у протилежному напрямку від вхідної сили (переважить). Їх називають реверсивними або неблокованими механізмами.
Однак у деяких механізмах, якщо сили тертя досить великі, ніяка сила навантаження не може зрушити їх назад, навіть якщо вхідна сила дорівнює нулю. Такі механізми називають самоблокованими або необоротними. Ці механізми можна привести в рух тільки силою на вході, і коли силу зі входу прибрано, вони залишаються нерухомими, «заблокованими» тертям у будь-якому положенні, в якому їх зупинено.
Самоблокування виникає переважно в механізмах з великими площами ковзного контакту рухомих частин: гвинта, похилої площини і клина:
- Найпоширеніший приклад — гвинт. У більшості гвинтів прикладення крутного моменту до валу може викликати його обертання, лінійне переміщення валу для виконання роботи проти навантаження, але ніяка сила осьового навантаження на вал не змусить його повернутися назад.
- У похилій площині вантаж можна піднімати вгору по площині за допомогою бічної вхідної сили, але якщо площина не дуже крута і є достатнє тертя між вантажем і площиною, то коли вхідна сила знімається, вантаж залишиться нерухомим і не буде ковзати по поверхні, незалежно від його ваги.
- Клин можна забити в дерев'яний брусок силою на кінці, наприклад, вдаривши по ньому кувалдою і розсунувши в боки деревину, але ніяка сила стиснення від дерев'яних стінок не змусить його вискочити із бруска.
Машина буде самоблокованою тоді і тільки тоді, коли її ККД η менше 50 %:
Чи буде механізм самоблокованим, залежить як від сил тертя (коефіцієнта тертя спокою) між його частинами, так і від відношення відстаней (ідеальний виграш у силі). Якщо і тертя, й ідеальний виграш у силі досить великі, то він самоблокується.
Доведення
Коли механізм рухається в прямому напрямку з точки 1 у точку 2, при цьому вхідна сила виконує роботу проти сили навантаження, то, за законом збереження енергії, вхідна робота дорівнює сумі робіт: виконаної проти сили навантаження і втраченої через тертя
-
(
)
Якщо ККД нижче 50 %
Із (1)
Коли механізм рухається назад з точки 2 в точку 1, або коли сила навантаження виконує роботу проти вхідної сили, через тертя втрачається енергія . Аналогічно
Таким чином, вихідна робота
Отже, механізм самоблокується, тому що робота, витрачена на подолання тертя, більша, ніж робота, виконувана силою навантаження, яка переміщує його назад, навіть за відсутності вхідної сили.
Сучасна теорія механізмів
Машини розглядаються як механічні системи, що складаються з приводів і простих механізмів, які передають сили і рух, контрольованих давачами і контролерами. Компоненти актуаторів і механізмів складаються з ланок і шарнірів, що утворюють кінематичні ланцюги.
Кінематичні ланцюги
Прості механізми — це елементарні приклади кінематичних ланцюгів, які використовують для моделювання механічних систем, починаючи від парового двигуна і закінчуючи роботами-маніпуляторами. Вальни́ці, що утворюють вісь важеля і дозволяють обертатися колесу, осі і блокам, є прикладами кінематичної пари, званої шарнірним з'єднанням. Так само, плоска поверхня похилої площини і клин є прикладами кінематичної пари, званої ковзним з'єднанням. Гвинт зазвичай вважають окремою кінематичною парою, званою спіральним шарніром.
Два важелі або кривошипи утворюють плоску чотириланкову важільну систему завдяки приєднанню важеля між виходом одного кривошипа і входом іншого. Приєднавши додаткові ланки можна отримати [en].
Класифікація механізмів
Ідентифікація простих механізмів дозволяє систематично підходити до винайдення нових машин. Отже, важливою проблемою є те, як прості механізми об'єднуються для створення складніших механізмів. Один з підходів полягає в послідовному підключенні простих механізмів для отримання складних машин.
Однак, успішнішу ідею запропонував Франц Рело, який зібрав і вивчив понад 800 елементарних машин. Він зрозумів, що важіль, блок, а також колесо і вісь — це, по суті, один і той самий пристрій: тіло, що обертається навколо шарніра. Так само похила площина, клин і гвинт — це блок, що ковзає по плоскій поверхні.
Ця ідея показує, що саме рухомі з'єднання є основними елементами машини. Починаючи з чотирьох типів зчленувань: [en], [en], кулачкового і зубчастого, а також зв'язувальних з'єднань, таких як троси і ремені, можна уявити машину як сукупність твердих деталей, з'єднаних цими зчленуваннями.
Кінематичний синтез
Конструювання механізмів для виконання необхідного руху і передавання сили відоме як кінематичний синтез. Це набір геометричних методів механічного проєктування важелів, кулачкових механізмів, зубчастих коліс і зубчастих передач.
Примітки
- , Barnes & Noble, архів оригіналу за 14 січня 2022, процитовано 14 січня 2022
- Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. McGraw Hill. с. 112. Процитовано 11 травня 2008.
- . Encyclopaedia Britannica. Т. 3. John Donaldson. 1773. с. 44. Архів оригіналу за 10 липня 2021. Процитовано 5 квітня 2020.
- . Gulf Professional Publishing. 1992. с. 1993. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том 1. — М., Наука, 1964. — с. 162
- , University of Virginia Physics Department, архів оригіналу за 3 серпня 2019, процитовано 14 січня 2022
- Usher, Abbott Payson (1988). . US: Courier Dover Publications. с. 98. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Wallenstein. . Springer. Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
{{}}
:|first3=
з пропущеним|last3=
()Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title () - Prater, Edward L. (1994), (PDF), U.S. Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037, архів оригіналу (PDF) за 6 листопада 2020, процитовано 14 січня 2022
- Reuleaux, F. (1963), The kinematics of machinery (translated and annotated by A.B.W. Kennedy), reprinted by Dover
- Cornell University, , Cornell University, архів оригіналу за 11 березня 2016, процитовано 14 січня 2022
- Chiu, Y.C. (2010), , Delft: Eburon Academic Publishers, с. 42, ISBN , архів оригіналу за 14 січня 2022, процитовано 14 січня 2022
- Процитовано за книгою Паппа Александрійського (Математичні збори), книга VIII
- Krebs, Robert E. (2004). . Greenwood Publishing Group. с. 163. ISBN . Архів оригіналу за 28 травня 2013. Процитовано 21 травня 2008.
- Stephen, Donald (2001). . W.W. Norton & Company. ISBN . Архів оригіналу за 18 серпня 2016. Процитовано 14 січня 2022.
- Armstrong-Hélouvry, Brian (1991). . Springer. с. 10. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Колесо изобрели не на Востоке. [ 12 грудня 2013 у Wayback Machine.] — Интервью с. н. с. Института истории материальной культуры РАН А. Д. Резепкина газете «Московский комсомолец».
- This fundamental insight was the subject of Galileo Galilei's 1600 work Le Meccaniche (On Mechanics)
- Bhatnagar, V.P. (1996). . India: Pitambar Publishing. с. 28—30. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Simmons, Ron; Cindy Barden (2008). Discover! Work & Machines. US: Milliken Publishing. ISBN .
- Gujral, I.S. (2005). Engineering Mechanics. Firewall Media. ISBN .
- Uicker, Jr., John J.; Pennock, Gordon R.; Shigley, Joseph E. (2003), Theory of Machines and Mechanisms (вид. third), New York: Oxford University Press, ISBN
- Paul, Burton (1979), Kinematics and Dynamics of Planar Machinery, Prentice Hall, ISBN
- Rao, S.; Durgaiah, R. (2005). . Universities Press. с. 80. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Goyal, M.C.; Raghuvanshee, G.S. (2011). . PHI Learning. с. 212. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Avison, John (2014). . Nelson Thornes. с. 110. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Gujral, I.S. (2005). Engineering Mechanics. Firewall Media. с. 382. ISBN .
- Rao, S.; R. Durgaiah (2005). . Universities Press. с. 82. ISBN . Архів оригіналу за 14 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Goyal, M.C.; G.S. Raghuvanshi (2009). . PHI Learning Private Ltd. с. 202. ISBN . Архів оригіналу за 15 січня 2022. Процитовано 14 січня 2022.
- Hartenberg, R.S. & J. Denavit (1964) Kinematic synthesis of linkages [ 19 травня 2011 у Wayback Machine.], New York: McGraw-Hill, online link from Cornell University.
Література
- Table of Mechanicks, from Ephraim Chambers (1728) Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences, Vol. 2, London, p.528, Plate 11.
- Попов С. В., Бучинський М. Я., Гнітько С. М., Чернявський А. М. Теорія механізмів технологічних машин: підручник для студентів механічних спеціальностей закладів вищої освіти. Харків: НТМТ, 2019. 268 с.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Prosti mehanizmi rizni pristroyi yaki dozvolyayut vikonuvati robotu za umovi dokladannya do tila porivnyano nevelikoyi sili pri odnochasnomu zbilshenni vidstani peremishennya ta zminyuvati napryam diyi sili na zruchnishij dlya lyudini Tablicya prostih mehanizmiv iz 1728 Prosti mehanizmi ye osnovoyu dlya rozuminnya principu roboti skladnih mehanizmiv i mashin Zhoden prostij mehanizm ne daye vigrashu v roboti a daye zalezhno vid nayavnih potreb tilki vigrash abo v sili F abo u vidstani Zagalom yih mozhna viznachiti yak najprostishi mehanizmi yaki vikoristovuyut vigrash u sili dlya zbilshennya sili Zazvichaj cej termin zastosovuyut do shesti klasichnih prostih mehanizmiv vinajdenih uchenimi epohi Vidrodzhennya Vazhil Kolovorot Blok Pohila ploshina Klin Gvint Inodi cej spisok skorochuyut vvazhayuchi napriklad sho klin ta gvint ye riznovidami pohiloyi ploshini Inodi do prostih mehanizmiv dodayut takozh gidravlichni pristroyi taki yak porshen Prostij mehanizm vikoristovuye odnu prikladenu silu dlya roboti proti odniyeyi sili navantazhennya Bez urahuvannya vtrat na tertya robota sho vikonuyetsya nad vantazhem dorivnyuye roboti yaku vikonuye prikladena sila Mehanizm mozhe zbilshuvati vihidnu silu zavdyaki proporcijnomu zmenshennyu vidstani na yaku peremishuyetsya vantazh Vidnoshennya vihidnoyi sili do prikladenoyi sili nazivayut vigrashem u sili Prosti mehanizmi mozhna zastosuvati dlya otrimannya vigrashu v shvidkosti peremishennya U cih vipadkah peremishuvana chastina pov yazana z dovgim kincem vazhelya napriklad porshen parovoyi mashini parovoza cherez shatun peredaye velike zusillya na korotke pleche krivoshipa vnaslidok chogo obid kolesa nabuvaye velikoyi shvidkosti vilnim kincem tali tosho i dlya privedennya mehanizmu v diyu slid zastosuvati silu u vidpovidne chislo raziv bilshu nizh sila protidiyi Prosti mehanizmi mozhna vvazhati elementarnimi budivelnimi blokami z yakih skladayutsya dedali skladnishi mashini inodi zvani skladenimi mehanizmami Napriklad kolesa vazheli ta bloki vikoristovuyut u mehanizmi velosipeda Vigrash u sili skladenogo mehanizmu dorivnyuye dobutku vigrashiv u sili prostih mehanizmiv z yakih vin skladayetsya Hocha voni yak i ranishe mayut velike znachennya v mehanici ta prikladnij nauci suchasna mehanika vijshla za ramki uyavlen pro najprostishi mehanizmi yak pro minimalni budivelni bloki z yakih skladayutsya vsi mashini sho vinikli v epohu Vidrodzhennya yak neoklasichne rozshirennya davnogreckih tekstiv Ci shist kategorij neadekvatno opisuyut velichezne rozmayittya ta vitonchenist suchasnih mehanichnih z yednan yaki vinikli pid chas promislovoyi revolyuciyi Rizni avtori post renesansu sklali rozshireni spiski prostih mehanizmiv chasto vikoristovuyuchi taki termini yak bazovi mashini skladeni mashini abo elementi mashin shob vidrizniti yih vid klasichnih prostih mehanizmiv opisanih vishe Do kincya 1800 h rokiv Franc Relo identifikuvav sotni elementiv mashin nazvavshi yih prostimi mashinami Suchasna teoriya mashin analizuye mashini yak kinematichni lancyugi skladeni z elementarnih zv yazkiv zvanih kinematichnimi parami IstoriyaIdeya prostogo mehanizmu vinikla priblizno v III st do n e v greckogo filosofa Arhimeda yakij vivchav arhimedovi prosti mehanizmi vazhil blok i gvint Vin viyaviv dlya vazhelya princip vigrashu v sili Znamenite zauvazhennya Arhimeda z privodu vazhelya Dajte meni misce na yakomu ya stoyatimu i ya posunu Zemlyu grec dῶs moi pᾶ stῶ kaὶ tὰn gᾶn kinasw virazhaye rozuminnya togo sho ne isnuye mezhi peredavalnogo koeficiyenta yakogo mozhna dosyagti za dopomogoyu vigrashu v sili Piznishe grecki filosofi viznachili klasichni p yat prostih mehanizmiv za vinyatkom pohiloyi ploshini ta zmogli obchisliti yihnij idealnij vigrash u sili Napriklad Geron Aleksandrijskij bl 10 75 n e u svoyij roboti Mehanika pererahovuye p yat mehanizmiv yaki mozhut privesti v ruh vantazh vazhil brashpil blok klin i gvint i opisuye yih vigotovlennya ta vikoristannya Odnak rozuminnya grekiv obmezhuvalosya statikoyu najprostishih mehanizmiv balansom sil i ne vklyuchalo dinamiki kompromisu mizh siloyu ta vidstannyu chi koncepciyi roboti V epohu Vidrodzhennya dinamiku mehanichnih sil yak nazivali prosti mehanizmi pochali rozglyadati z tochki zoru togo naskilki daleko voni mozhut pidnyati vantazh na dodatok do sili yaku voni mozhut doklasti sho vreshti resht privelo do novoyi koncepciyi mehanichnoyi roboti roci flamandskij inzhener Sajmon Stevin otrimav vigrash u sili pohiloyi ploshini i yiyi vklyucheno do inshih prostih mehanizmiv Povnu dinamichnu teoriyu prostih mehanizmiv rozrobiv italijskij uchenij Galileo Galilej 1600 roku v traktati Le Meccaniche Pro mehaniku v yakomu vin pokazav sho zbilshennya sili lezhit v osnovi matematichnoyi podibnosti cih mehanizmiv Vin buv pershim hto poyasniv sho najprostishi mehanizmi ne stvoryuyut energiyi a lishe peretvoryuyut yiyi Klasichni pravila dlya tertya kovzannya v mashinah vidkriti Leonardo da Vinchi 1452 1519 ale ne opublikovani a prosto zadokumentovani v jogo zapisnikah gruntuvalisya na donyutonivskij nauci takij yak vira v tertya yak efirnu ridinu Yih znovu vidkriv Gijom Amonton 1699 i rozvinuv Sharl Ogyusten Kulon 1785 Vidi prostih mehanizmivPrijnyato vidilyati visim prostih mehanizmiv z yakih chotiri ye riznovidami dvoh osnovnih Pohila ploshina prostij mehanizm u viglyadi ploshini vstanovlenoyi pid gostrim kutom do gorizontalnoyi poverhni Klin dozvolyaye zbilshiti tisk za rahunok koncentraciyi sili na malij ploshi Vikoristovuyetsya v spisi lopati kuli tosho Gvint vikoristovuyut u shurupah i dlya pidijmannya vodi arhimediv gvint yak sverdlo v drilyah tosho Vazhil opisav Arhimed Vikoristovuyut zokrema dlya pidijmannya tyagariv yak vimikachi i spuskovi gachki shatun krivoship vikoristovuyut u tkackomu verstati parovij mashini dvigunah vnutrishnogo zgoryannya Kolovorot vikoristovuyut dlya pidijmannya vodi v krinicyah i dlya pasovoyi peredachi tosho Blok koleso z zholobom yakim propuskayut motuzku tros abo lancyug Zastosovuyut dlya zminyuvannya velichini chi napryamu sili Koleso vikoristovuyut na transporti ta v zubchastih peredachah Najranishi znahidki kolis zustrichayut na teritoriyi suchasnoyi Rumuniyi neolitichna kultura Kukuten Tripillya i datuyut ostannoyu chvertyu 5 tisyacholittya do n e Porshen dozvolyaye vikoristovuvati energiyu nagritih gaziv abo pari sho rozshiryuyutsya Zastosovuyut zokrema u vognepalnij zbroyi dviguni vnutrishnogo zgoryannya ta parovij mashini Idealnij prostij mehanizmYaksho prostij mehanizm ne rozsiyuye energiyi za rahunok tertya znoshuvannya abo deformaciyi to energiya zberigayetsya i jogo nazivayut idealnim prostim mehanizmom U comu vipadku potuzhnist podavana v mehanizm dorivnyuye vihidnij potuzhnosti a vigrash u sili mozhna rozrahuvati na osnovi geometrichnih jogo rozmiriv Hocha kozhen iz mehanizmiv pracyuye mehanichno po riznomu matematichno voni pracyuyut odnakovo U kozhnomu mehanizmi sila Fin displaystyle F text in prikladena v odnij tochci sprichinyuye vikonannya roboti yaka polyagaye v peremishenni vantazhu za dopomogoyu sili Fout displaystyle F text out v inshij tochci Hocha deyaki mehanizmi zminyuyut tilki napryam sili napriklad neruhomij blok bilshist mehanizmiv zbilshuyut silu na koeficiyent rivnij vigrashu v sili MA Fout Fin displaystyle mathrm MA F text out F text in yakij mozhna rozrahuvati vihodyachi z geometriyi mashini ta tertya Prosti mehanizmi ne mistyat dzherela energiyi tomu voni ne mozhut vikonuvati bilshe roboti nizh otrimuyut vid vhidnoyi sili Prostij mehanizm bez tertya ta pruzhnosti nazivayut idealnim prostim mehanizmom Zavdyaki zberezhennyu mehanichnoyi energiyi v idealnomu prostomu mehanizmi vihidna potuzhnist shvidkist zmini energiyi u bud yakij chas Pout displaystyle P text out dorivnyuye spozhivanij potuzhnosti Pin displaystyle P text in Pout Pin displaystyle P text out P text in Vihidna potuzhnist dorivnyuye dobutku shvidkosti navantazhennya vout displaystyle v text out i sili navantazhennya Pout Foutvout displaystyle P text out F text out v text out Tak samo pidvidna potuzhnist vid prikladenoyi sili dorivnyuye dobutku shvidkosti vhidnoyi tochki vin displaystyle v text in i prikladenoyi sili Pin Finvin displaystyle P text in F text in v text in Otzhe Foutvout Finvin displaystyle F text out v text out F text in v text in Otzhe vigrash u sili idealnoyi mashini MAideal displaystyle mathrm MA text ideal dorivnyuye vidnoshennyu shvidkostej a same vidnoshennyu vhidnoyi shvidkosti do vihidnoyi shvidkosti MAideal FoutFin vinvout displaystyle mathrm MA text ideal F text out over F text in v text in over v text out Vidnoshennya shvidkostej takozh dorivnyuye vidnoshennyu vidstanej projdenih za bud yakij zadanij period chasu voutvin doutdin displaystyle v text out over v text in d text out over d text in Otzhe vigrash u sili idealnogo mehanizmu takozh dorivnyuye vidnoshennyu vidstani projdenoyi na vhodi do vidstani projdenoyi na vihodi MAideal FoutFin dindout displaystyle mathrm MA text ideal F text out over F text in d text in over d text out Jogo mozhna rozrahuvati na pidstavi geometriyi mehanizmu Napriklad vigrash u sili i vidnoshennya vidstanej dlya vazhelya dorivnyuye vidnoshennyu plechej vazhelya Vigrash u sili mozhe buti yak bilshim tak menshim vid odinici Yaksho MA gt 1 displaystyle mathrm MA gt 1 vihidna sila bilsha vid vhidnoyi mashina diye yak pidsilyuvach ale vidstan na yaku peremishuyetsya vantazh dout displaystyle d text out mensha nizh vidstan projdena vhidnoyu siloyu din displaystyle d text in Yaksho MA lt 1 displaystyle mathrm MA lt 1 vihidna sila menshe vid vhidnoyi ale vidstan na yaku peremishuyetsya navantazhennya bilsha nizh vidstan projdena vhidnoyu siloyu Dlya gvinta yakij vikoristovuye obertalnij ruh vhidnu silu slid zaminiti krutnim momentom a shvidkist kutovoyu shvidkistyu obertannya vala Tertya j koeficiyent korisnoyi diyiU vsih realnih mashinah ye tertya cherez yake chastina vhidnoyi potuzhnosti rozsiyuyetsya u viglyadi tepla Yaksho poznachiti Pfric displaystyle P text fric potuzhnist sho vtrachayetsya na tertya za zakonom zberezhennya energiyi Pin Pout Pfric displaystyle P text in P text out P text fric Mehanichnij koeficiyent korisnoyi diyi KKD h displaystyle eta mashini de 0 lt h lt 1 displaystyle 0 lt eta lt 1 viznachayetsya yak vidnoshennya vihidnoyi potuzhnosti do vhidnoyi i ye miroyu vtrat energiyi na tertya h PoutPin displaystyle eta equiv P text out over P text in Pout hPin displaystyle P text out eta P text in Yak i vishe potuzhnist dorivnyuye dobutku sili j shvidkosti tomu Foutvout hFinvin displaystyle F text out v text out eta F text in v text in Otzhe MA FoutFin hvinvout displaystyle mathrm MA F text out over F text in eta v text in over v text out Takim chinom u neidealnih mashinah vigrash u sili zavzhdi menshij nizh vidnoshennya shvidkostej na koeficiyent h displaystyle eta Otzhe mehanizm iz tertyam ne zmozhe peremishuvati takij samij vantazh yak i vidpovidnij idealnij mehanizm vikoristovuyuchi tu samu vhidnu silu Skladeni mehanizmiSkladenij mehanizm ce mashina yaka skladayetsya z naboru prostih mehanizmiv z yednanih poslidovno prichomu vihidne zusillya odnogo zabezpechuye vhidne zusillya dlya nastupnogo Napriklad nastilni leshata skladayutsya z vazhelya ruchki leshat z yednanogo poslidovno z gvintom a prosta zubchasta peredacha skladayetsya z nizki poslidovno z yednanih shesteren kolis i osej Vigrash u sili skladenogo mehanizmu ce vidnoshennya vihidnoyi sili ostannogo mehanizmu v seriyi do vhidnoyi sili prikladenoyi do pershogo mehanizmu tobto MAcompound FoutNFin1 displaystyle mathrm MA text compound F text outN over F text in1 Oskilki vihidna sila kozhnogo mehanizmu vidigraye rol vhidnoyi sili dlya nastupnogo Fout1 Fin2 Fout2 Fin3 FoutK FinK 1 displaystyle F text out1 F text in2 F text out2 F text in3 ldots F text outK F text inK 1 cej vigrash u sili takozh zabezpechuyetsya diyeyu vsogo lancyuzhka mehanizmiv MAcompound Fout1Fin1Fout2Fin2Fout3Fin3 FoutNFinN displaystyle mathrm MA text compound F text out1 over F text in1 F text out2 over F text in2 F text out3 over F text in3 ldots F text outN over F text inN Takim chinom vigrash u sili skladenogo mehanizmu dorivnyuye dobutku vigrashiv u sili seriyi prostih mehanizmiv yaki jogo utvoryuyut MAcompound MA1MA2 MAN displaystyle mathrm MA text compound mathrm MA 1 mathrm MA 2 ldots mathrm MA text N Tak samo KKD skladenogo mehanizmu takozh ye dobutkom KKD nizki prostih mehanizmiv yaki jogo utvoryuyut hcompound h1h2 hN displaystyle eta text compound eta 1 eta 2 ldots eta text N Samoblokovani mehanizmiSamoblokuvannya gvinta ye prichinoyu jogo shirokogo vikoristannya v nariznih kripilnih detalyah takih yak bolt i shurup U bagatoh prostih mehanizmah yaksho sila navantazhennya Fout na mehanizmi dosit velika vidnosno vhidnoyi sili Fin to mehanizm bude ruhatisya nazad pri comu sila navantazhennya vikonuvatime robotu proti vhidnoyi sili Takim chinom ci mehanizmi mozhna vikoristovuvati v bud yakomu napryamku z rushijnoyu siloyu prikladenoyu do bud yakoyi tochki Napriklad yaksho sila navantazhennya na vazheli dosit velika to vazhil bude ruhatisya nazad peremishayuchi vhidnij vazhil u protilezhnomu napryamku vid vhidnoyi sili perevazhit Yih nazivayut reversivnimi abo neblokovanimi mehanizmami Odnak u deyakih mehanizmah yaksho sili tertya dosit veliki niyaka sila navantazhennya ne mozhe zrushiti yih nazad navit yaksho vhidna sila dorivnyuye nulyu Taki mehanizmi nazivayut samoblokovanimi abo neoborotnimi Ci mehanizmi mozhna privesti v ruh tilki siloyu na vhodi i koli silu zi vhodu pribrano voni zalishayutsya neruhomimi zablokovanimi tertyam u bud yakomu polozhenni v yakomu yih zupineno Samoblokuvannya vinikaye perevazhno v mehanizmah z velikimi ploshami kovznogo kontaktu ruhomih chastin gvinta pohiloyi ploshini i klina Najposhirenishij priklad gvint U bilshosti gvintiv prikladennya krutnogo momentu do valu mozhe viklikati jogo obertannya linijne peremishennya valu dlya vikonannya roboti proti navantazhennya ale niyaka sila osovogo navantazhennya na val ne zmusit jogo povernutisya nazad U pohilij ploshini vantazh mozhna pidnimati vgoru po ploshini za dopomogoyu bichnoyi vhidnoyi sili ale yaksho ploshina ne duzhe kruta i ye dostatnye tertya mizh vantazhem i ploshinoyu to koli vhidna sila znimayetsya vantazh zalishitsya neruhomim i ne bude kovzati po poverhni nezalezhno vid jogo vagi Klin mozhna zabiti v derev yanij brusok siloyu na kinci napriklad vdarivshi po nomu kuvaldoyu i rozsunuvshi v boki derevinu ale niyaka sila stisnennya vid derev yanih stinok ne zmusit jogo viskochiti iz bruska Mashina bude samoblokovanoyu todi i tilki todi koli yiyi KKD h menshe 50 h Fout Findin dout lt 0 50 displaystyle eta equiv frac F out F in d in d out lt 0 50 Chi bude mehanizm samoblokovanim zalezhit yak vid sil tertya koeficiyenta tertya spokoyu mizh jogo chastinami tak i vid vidnoshennya vidstanej din dout displaystyle d in d out idealnij vigrash u sili Yaksho i tertya j idealnij vigrash u sili dosit veliki to vin samoblokuyetsya Dovedennya Koli mehanizm ruhayetsya v pryamomu napryamku z tochki 1 u tochku 2 pri comu vhidna sila vikonuye robotu proti sili navantazhennya to za zakonom zberezhennya energiyi vhidna robota W1 2 displaystyle W text 1 2 dorivnyuye sumi robit vikonanoyi proti sili navantazhennya Wload displaystyle W text load i vtrachenoyi cherez tertya Wfric displaystyle W text fric W1 2 Wload Wfric displaystyle W text 1 2 W text load W text fric 1 Yaksho KKD nizhche 50 h Wload W1 2 lt 1 2 displaystyle eta W text load W text 1 2 lt 1 2 2Wload lt W1 2 displaystyle 2W text load lt W text 1 2 Iz 1 2Wload lt Wload Wfric displaystyle 2W text load lt W text load W text fric Wload lt Wfric displaystyle W text load lt W text fric Koli mehanizm ruhayetsya nazad z tochki 2 v tochku 1 abo koli sila navantazhennya vikonuye robotu proti vhidnoyi sili cherez tertya vtrachayetsya energiya Wfric displaystyle W text fric Analogichno Wload W2 1 Wfric displaystyle W text load W text 2 1 W text fric Takim chinom vihidna robota W2 1 Wload Wfric lt 0 displaystyle W text 2 1 W text load W text fric lt 0 Otzhe mehanizm samoblokuyetsya tomu sho robota vitrachena na podolannya tertya bilsha nizh robota vikonuvana siloyu navantazhennya yaka peremishuye jogo nazad navit za vidsutnosti vhidnoyi sili Suchasna teoriya mehanizmivMashini rozglyadayutsya yak mehanichni sistemi sho skladayutsya z privodiv i prostih mehanizmiv yaki peredayut sili i ruh kontrolovanih davachami i kontrolerami Komponenti aktuatoriv i mehanizmiv skladayutsya z lanok i sharniriv sho utvoryuyut kinematichni lancyugi Kinematichni lancyugi Dokladnishe Kinematichnij lancyug Ilyustraciya chotirilankovogo vazhelya z Kinematiki mashin 1876 roku Prosti mehanizmi ce elementarni prikladi kinematichnih lancyugiv yaki vikoristovuyut dlya modelyuvannya mehanichnih sistem pochinayuchi vid parovogo dviguna i zakinchuyuchi robotami manipulyatorami Valni ci sho utvoryuyut vis vazhelya i dozvolyayut obertatisya kolesu osi i blokam ye prikladami kinematichnoyi pari zvanoyi sharnirnim z yednannyam Tak samo ploska poverhnya pohiloyi ploshini i klin ye prikladami kinematichnoyi pari zvanoyi kovznim z yednannyam Gvint zazvichaj vvazhayut okremoyu kinematichnoyu paroyu zvanoyu spiralnim sharnirom Dva vazheli abo krivoshipi utvoryuyut plosku chotirilankovu vazhilnu sistemu zavdyaki priyednannyu vazhelya mizh vihodom odnogo krivoshipa i vhodom inshogo Priyednavshi dodatkovi lanki mozhna otrimati en Klasifikaciya mehanizmiv Identifikaciya prostih mehanizmiv dozvolyaye sistematichno pidhoditi do vinajdennya novih mashin Otzhe vazhlivoyu problemoyu ye te yak prosti mehanizmi ob yednuyutsya dlya stvorennya skladnishih mehanizmiv Odin z pidhodiv polyagaye v poslidovnomu pidklyuchenni prostih mehanizmiv dlya otrimannya skladnih mashin Odnak uspishnishu ideyu zaproponuvav Franc Relo yakij zibrav i vivchiv ponad 800 elementarnih mashin Vin zrozumiv sho vazhil blok a takozh koleso i vis ce po suti odin i toj samij pristrij tilo sho obertayetsya navkolo sharnira Tak samo pohila ploshina klin i gvint ce blok sho kovzaye po ploskij poverhni Cya ideya pokazuye sho same ruhomi z yednannya ye osnovnimi elementami mashini Pochinayuchi z chotiroh tipiv zchlenuvan en en kulachkovogo i zubchastogo a takozh zv yazuvalnih z yednan takih yak trosi i remeni mozhna uyaviti mashinu yak sukupnist tverdih detalej z yednanih cimi zchlenuvannyami Kinematichnij sintez Konstruyuvannya mehanizmiv dlya vikonannya neobhidnogo ruhu i peredavannya sili vidome yak kinematichnij sintez Ce nabir geometrichnih metodiv mehanichnogo proyektuvannya vazheliv kulachkovih mehanizmiv zubchastih kolis i zubchastih peredach Primitki Barnes amp Noble arhiv originalu za 14 sichnya 2022 procitovano 14 sichnya 2022 Physics for Technical Students Mechanics and Heat McGraw Hill s 112 Procitovano 11 travnya 2008 Encyclopaedia Britannica T 3 John Donaldson 1773 s 44 Arhiv originalu za 10 lipnya 2021 Procitovano 5 kvitnya 2020 Gulf Professional Publishing 1992 s 1993 ISBN 9780122004001 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Landsberg G S Elementarnyj uchebnik fiziki Tom 1 M Nauka 1964 s 162 University of Virginia Physics Department arhiv originalu za 3 serpnya 2019 procitovano 14 sichnya 2022 Usher Abbott Payson 1988 US Courier Dover Publications s 98 ISBN 978 0 486 25593 4 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Wallenstein Springer Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite conference title Shablon Cite conference cite conference a first3 z propushenim last3 dovidka Obslugovuvannya CS1 Storinki z tekstom archived copy yak znachennya parametru title posilannya Prater Edward L 1994 PDF U S Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center NAVEDTRA 14037 arhiv originalu PDF za 6 listopada 2020 procitovano 14 sichnya 2022 U S Navy Bureau of Naval Personnel 1971 PDF Dover Publications arhiv originalu PDF za 22 veresnya 2016 procitovano 14 sichnya 2022 Reuleaux F 1963 The kinematics of machinery translated and annotated by A B W Kennedy reprinted by Dover Cornell University Cornell University arhiv originalu za 11 bereznya 2016 procitovano 14 sichnya 2022 Chiu Y C 2010 Delft Eburon Academic Publishers s 42 ISBN 978 90 5972 437 2 arhiv originalu za 14 sichnya 2022 procitovano 14 sichnya 2022 Procitovano za knigoyu Pappa Aleksandrijskogo Matematichni zbori kniga VIII Krebs Robert E 2004 Greenwood Publishing Group s 163 ISBN 978 0 313 32433 8 Arhiv originalu za 28 travnya 2013 Procitovano 21 travnya 2008 Stephen Donald 2001 W W Norton amp Company ISBN 978 0 393 32175 3 Arhiv originalu za 18 serpnya 2016 Procitovano 14 sichnya 2022 Armstrong Helouvry Brian 1991 Springer s 10 ISBN 978 0 7923 9133 3 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Koleso izobreli ne na Vostoke 12 grudnya 2013 u Wayback Machine Intervyu s n s Instituta istorii materialnoj kultury RAN A D Rezepkina gazete Moskovskij komsomolec This fundamental insight was the subject of Galileo Galilei s 1600 work Le Meccaniche On Mechanics Bhatnagar V P 1996 India Pitambar Publishing s 28 30 ISBN 978 81 209 0868 0 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Simmons Ron Cindy Barden 2008 Discover Work amp Machines US Milliken Publishing ISBN 978 1 4291 0947 5 Gujral I S 2005 Engineering Mechanics Firewall Media ISBN 978 81 7008 636 9 Uicker Jr John J Pennock Gordon R Shigley Joseph E 2003 Theory of Machines and Mechanisms vid third New York Oxford University Press ISBN 978 0 19 515598 3 Paul Burton 1979 Kinematics and Dynamics of Planar Machinery Prentice Hall ISBN 978 0 13 516062 6 Rao S Durgaiah R 2005 Universities Press s 80 ISBN 978 81 7371 543 3 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Goyal M C Raghuvanshee G S 2011 PHI Learning s 212 ISBN 978 81 203 4327 6 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Avison John 2014 Nelson Thornes s 110 ISBN 978 0 17 438733 6 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Gujral I S 2005 Engineering Mechanics Firewall Media s 382 ISBN 978 81 7008 636 9 Rao S R Durgaiah 2005 Universities Press s 82 ISBN 978 81 7371 543 3 Arhiv originalu za 14 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Goyal M C G S Raghuvanshi 2009 PHI Learning Private Ltd s 202 ISBN 978 81 203 3789 3 Arhiv originalu za 15 sichnya 2022 Procitovano 14 sichnya 2022 Hartenberg R S amp J Denavit 1964 Kinematic synthesis of linkages 19 travnya 2011 u Wayback Machine New York McGraw Hill online link from Cornell University LiteraturaTable of Mechanicks from Ephraim Chambers 1728 Cyclopaedia A Useful Dictionary of Arts and Sciences Vol 2 London p 528 Plate 11 Popov S V Buchinskij M Ya Gnitko S M Chernyavskij A M Teoriya mehanizmiv tehnologichnih mashin pidruchnik dlya studentiv mehanichnih specialnostej zakladiv vishoyi osviti Harkiv NTMT 2019 268 s