Механизм — совокупность движущихся частей машины¶

Механизм — совокупность подвижных частей машины, аппарата или прибора, предназначенных для передачи и преобразования движения, механической энергии или информации. Термин происходит от греческого mechanismos (μηχανισμός) — «машинное устройство, хитрость». В широком смысле механизмом называют любую систему взаимосвязанных деталей, в которой движение одной части передаётся другой с изменением характера движения — направления, амплитуды, скорости или типа (поступательного на вращательное и наоборот).

¶Основные понятия

Классическая теория механизмов и машин (ТММ), сформировавшаяся в XIX веке, выделяет ряд базовых определений:

• Кинематическая пара — соединение двух звеньев, допускающее относительное движение (например, шарнир, ползун, винтовая пара).
• Звено — твёрдое тело или система тел, участвующая в передаче движения.
• Кинематическая цепь — система звеньев, соединённых парами.
• Механизм — кинематическая цепь, в которой одно звено (степень свободы) закреплено относительно неподвижной системы отсчёта, а движение передаётся от ведущего звена (ведущего звена) к ведомым.

Простейший пример — кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение вала в поступательное движение поршня и обратно. Такой механизм применяется в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, прессах.

¶Классификация механизмов

Механизмы классифицируют по нескольким признакам.

По характеру движения звеньев:

• Планарные — все точки звеньев движутся в параллельных плоскостях;
• Пространственные — движение происходит в трёхмерном пространстве (например, шаровой шарнир, карданная передача).

По виду кинематических пар:

• Низшие пары — контактирующие поверхности повторяют друг друга (цилиндрические, сферические, винтовые пары);
• Высшие пары — контакт происходит по линии или точке (зубчатое зацепление, кулачок, фрикционное колесо).

По назначению:

• Трансмиссионные — передают движение на расстояние (цепные, ремённые, карданные передачи);
• Регулирующие — изменяют параметры движения (редукторы, вариаторы);
• Исполнительные — преобразуют энергию в заданное движение (шатун, кулачок);
• Манипуляционные — обеспечивают перемещение объектов в пространстве (робототехника).

¶Основные типы механизмов

¶Зубчатые передачи

Зубчатое зацепление — один из наиболее распространённых механизмов передачи движения. Цилиндрические зубчатые колёса передают вращение между параллельными валами, конические — между пересекающимися, червячные — между перпендикулярными осями. Зубчатые передачи обеспечивают точное передаточное отношение, высокий КПД (до 0,98) и работоспособны при больших нагрузках.

¶Кулачковые механизмы

Кулачок — тело, форма поверхности которого задаёт закон движения ведомого звена. Кулачковые механизмы широко применяются в приводах клапанов двигателей, текстильном оборудовании, автоматических линиях. Разновидности: дисковые, цилиндрические, барабанные, кулачки качания.

¶Кривошипно-шатунные и кулисные механизмы

Преобразуют вращательное движение в поступательное и обратно. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа (вала с эксцентриком), шатуна и ползуна (поршня). Кулисные механизмы (например, механизм Ватта, механизм Чебышёва) используются для получения сложных траекторий.

¶Рычажные механизмы

Простейший рычажный механизм — пара рычагов, соединённых шарниром. Применяется в прессах, ножницах, подъёмных устройствах, тормозных системах. Четырёхзвенные рычажные механизмы (параллелограммные) обеспечивают параллельное перемещение звеньев.

¶Фрикционные и ремённые передачи

Передают движение за счёт сил трения между колёсами или между ремнём и шкивом. Обеспечивают плавное изменение передаточного отношения (вариаторы), защиту от перегрузок (ремень проскальзывает).

¶Винтовые механизмы

Винтовая пара преобразует вращательное движение в поступательное с большим передаточным отношением. Применяется в домкратах, шпинделях станков, линейных приводах.

¶Применение

Механизмы составляют основу практически всех технических устройств:

• Транспорт — двигатели, трансмиссии, рулевое управление, подвеска;
• Промышленность — станки, прессы, конвейеры, насосы, компрессоры;
• Приборостроение — часовые механизмы, приводы исполнительных органов, оптические системы с механической регулировкой;
• Бытовая техника — стиральные машины, швейные машины, кофемолки;
• Робототехника — манипуляторы, приводы суставов.

В России преподавание теории механизмов и машин имеет давние традиции: фундаментальные труды принадлежат Н. И. Мержеевскому, И. И. Артоболевскому, Л. Н. Лашевскому, а в XXI веке развитие ТММ связано с Санкт-Петербургским политехническим университетом, МГТУ им. Н. Э. Баумана и другими техническими вузами.

¶Механизм и машина

В технической науке механизм отличают от машины: механизм преобразует движение, а машина — это устройство, преобразующее энергию (механическую, электрическую, тепловую) с помощью одного или нескольких механизмов. При этом любая машина содержит механизмы, а механизм может существовать самостоятельно (например, часовой механизм, карандашный точилка с ручным приводом).

В современной технике механические механизмы дополняются электрическими, гидравлическими, пневматическими и их комбинациями (электромеханические, гидромеханические системы), однако принципы кинематического анализа, разработанные в рамках ТММ, остаются основой инженерного проектирования.

Источники:

• Артоболевский И. И. «Теория механизмов и машин»
• Мержеевский Н. И. «Курс теории механизмов и машин»
• Болотовский Н. П. «Теория механизмов и машин»
• ГОСТ 28868-90 «Механизмы. Термины и определения»