Механизм — это совокупность подвижных элементов¶

Механизм — это совокупность взаимосвязанных подвижных элементов (звеньев), образующих кинематическую или силовую цепь и предназначенную для передачи и преобразования движения и энергии. Термин происходит от греческого mēchanismós — «устройство, хитрость». Механизмы являются базовым понятием машиноведения, теории машин и механизмов (ТММ) и механики.

¶Основные понятия

Механизм состоит из тел, называемых звеньями, соединённых подвижными парами. Звено — это тело (или группа тел), рассматриваемое как единое целое при анализе движения. Подвижная пара — это соединение двух звеньев, допускающее относительное движение с одной степенью свободы (например, шарнир, ползун, винтовая пара).

Ключевые характеристики механизма:

• Степень свободы — число независимых параметров, полностью определяющих положение механизма в пространстве. У простейших механизмов (кривошипно-ползунный, кулачковый) степень свободы равна единице.
• Кинематическая пара — соединение звеньев с одной степенью свободы относительного движения (нижняя пара — с поверхностным контактом, верхняя — с точечным или линейным, например зубчатое зацепление).
• Кинематическая цепь — система звеньев, соединённых парами. Если в цепи одно звено зафиксировано, она становится механизмом.

¶Классификация

Механизмы классифицируют по нескольким признакам.

По назначению:

• Силовые (передаточные) — передают энергию от двигателя к рабочему органу (редукторы, трансмиссии).
• Управляющие — формируют заданный закон движения (кулачковые механизмы, следящие приводы).
• Измерительные — преобразуют физические величины в перемещения (манометры с мембранным сенсором).

По виду преобразования движения:

• Поступательные — возвратно-поступательное движение (кривошипно-ползунный механизм).
• Вращательные — непрерывное вращение (зубчатые передачи).
• Вращательно-поступательные — комбинированные (кривошипно-шатунный).
• Ограничительные — движение с переменным периодом (эксцентриковые, кулачковые).

По роду кинематических пар:

• Низшие — пары с поверхностным контактом (шарнирные, резцовые, винтовые, направляющие).
• Высшие — пары с точечным или линейным контактом (зубчатое зацепление, подшипник качения).

По виду траектории:

• Линейные — прямолинейное перемещение.
• Криволинейные — сложные траектории.
• Планетарные — движение вращающихся звеньев относительно вращающейся опоры (планетарные редукторы).

¶Простейшие механизмы

К простейшим механизмам относятся:

• Кривошипно-шатунный механизм — преобразует вращательное движение кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна (и обратно). Широко применяется в двигателях внутреннего сгорания, прессах, компрессорах.
• Кулачковый механизм — передаёт движение через кулачок и толкатель по заданному закону. Позволяет реализовать произвольный график перемещения.
• Зубчатая передача — передаёт вращение между валами через зубчатые колёса. Обеспечивает точное передаточное отношение.
• Винтовая передача — преобразует вращение в поступательное движение с большим передаточным отношением (винт-гайка).
• Кривошипно-шатунный и ползунный — основа большинства приводных систем.
• Рычажные механизмы — используют рычаги для изменения амплитуды и направления движения.

¶Математическое описание

Кинематика механизмов основывается на теории замкнутых контуров векторных цепей. Для плоских механизмов применяется комплексный метод описания положений звеньев. Динамика анализируется с помощью теорем об изменении количества движения, работосиловых методов и принципа Даламбера.

Основные кинематические характеристики:

• Передаточное отношение — отношение угловых скоростей входного и выходного звеньев.
• Механическое преимущество — отношение силы на выходе к силе на входе.
• Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезной работы к затраченной.

¶Применение

Механизмы составляют основу практически всей техники:

• Промышленность — станки, прессы, конвейерные линии, робототехника.
• Транспорт — двигатели, трансмиссии, рулевые механизмы, подвески.
• Бытовая техника — часовые механизмы, стиральные машины, швейные машины.
• Микромеханика — часовые и измерительные приборы, MEMS-устройства.
• Аэрокосмос — приводы управления, механизмы укладки и раскрытия конструкций.

¶История

Понятие механизма восходит к античным описаниям простых машин (рычаг, наклонная плоскость, клин, винт, блок, ворот). Научная теория механизмов начала формироваться в XVII–XVIII веках в работах Галилея, Ньютона, Л. Эйлера. В XIX веке Ч. Баббаж, А. Ф. Резаль и другие сформулировали принципы синтеза механизмов. В XX веке теория механизмов получила развитие в работах Л. В. Ассура, И. И. Артоболевского, Р. С. Артемьева, заложивших основы кинемато-статического анализа механизмов.

В современной инженерии анализ и синтез механизмов выполняются с использованием компьютерных систем (CAD/CAE), методов робототехники и вычислительной кинематики.

¶См. также

• Теория машин и механизмов
• Простая машина
• Кинематическая пара
• Зубчатая передача
• Кулачковый механизм

¶Источники

• Артоболевский И. И. «Теория механизмов и машин»
• Ассур Л. В. «Кинематика механизмов»
• Ефимов Н. В. «Теория механизмов и машин»
• ГОСТ 26833-86 «Механизмы. Термины и определения»