Движущиеся части

Модель движущихся частей двигателя

Машины включают в себя как неподвижные, так и подвижные части . Движущиеся части имеют контролируемые и ограниченные движения. ^[1]^[2]

Под движущимися частями понимаются компоненты машины, за исключением движущихся жидкостей, таких как топливо , охлаждающая жидкость или гидравлическая жидкость . ^{[ необходимая цитата ]} Движущиеся части также не включают никаких механических замков , переключателей , гаек и болтов , навинчивающихся крышек для бутылок и т. д. Система без движущихся частей описывается как « твердотельная ».

Механический КПД и износ [ править ]

Количество движущихся частей в машине является фактором ее механической эффективности . Чем больше количество движущихся частей, тем больше энергии теряется на тепло из-за трения между этими частями. ^[3] Например, в современном автомобильном двигателе примерно 7% общей мощности, получаемой от сжигания топлива двигателя, теряется на трение между движущимися частями двигателя. ^[4]

И наоборот, чем меньше количество движущихся частей, тем выше эффективность. Машины без движущихся частей могут быть очень эффективными. Электрического трансформатора , к примеру, не имеет подвижных частей, и его механический КПД , как правило , выше 90% -ной отметки. (Остающиеся потери мощности в трансформаторе вызваны другими причинами, включая потери на электрическое сопротивление в медных обмотках и потери на гистерезис и потери на вихревые токи в железном сердечнике.) ^[5]

Два средства используются для преодоления потерь эффективности, вызванных трением между движущимися частями. Сначала смазываются движущиеся части . Во-вторых, движущиеся части машины сконструированы таким образом, что они имеют небольшой контакт друг с другом. Последнее, в свою очередь, включает два подхода. Машину можно уменьшить в размерах, тем самым довольно просто уменьшив площади движущихся частей, трущихся друг о друга; и конструкции отдельных компонентов могут быть изменены, изменяя их формы и структуры, чтобы уменьшить или избежать контакта друг с другом. ^[4]

Смазка также снижает износ , как и использование подходящих материалов. Износ движущихся частей может повлиять на точность станка. Таким образом, проектировщики должны проектировать движущиеся части с учетом этого фактора, гарантируя, что, если точность на протяжении всего срока службы машины имеет первостепенное значение, этот износ учитывается и, по возможности, минимизируется. (Простым примером этого является конструкция простой одноколесной тачки . Конструкция, в которой ось прикреплена к рычагам тачки, а колесо вращается вокруг нее, подвержена износу, что быстро вызывает колебание, тогда как вращающаяся ось, которая прикреплена к колесу и который вращается на подшипниках в рычагах, не начинает раскачиваться, поскольку ось изнашивается через рычаги.) ^[6]

Научная и техническая дисциплина, которая касается смазки, трения и износа движущихся частей, - это трибология , междисциплинарная область, охватывающая материаловедение , машиностроение , химию и механику . ^[7]

Ошибка [ править ]

Как уже упоминалось, износ движущихся частей машины. ^[8] Другие проблемы , которые приводят к недостаточности включают коррозии , ^[8] эрозии , ^[8] тепловой стресс и тепла, ^[8] вибрации , ^[8] усталостной нагрузки , ^[8] и кавитацию .

Усталость связана с большими инерционными силами и зависит от типа движения движущейся части. Движущаяся часть, которая имеет равномерное вращательное движение, подвержена меньшей усталости, чем движущаяся часть, которая колеблется вперед и назад. Вибрация приводит к отказу, когда частота форсирования работы машины достигает резонансной частоты одной или нескольких движущихся частей, таких как вращающиеся валы. Дизайнеры избегают этих проблем, вычисляя собственные частоты деталей во время проектирования и изменяя детали для ограничения или устранения такого резонанса.

К другим факторам, которые могут привести к выходу из строя движущихся частей, относятся сбои в системах охлаждения и смазки машины. ^[8]

Последний, особый фактор, связанный с отказом движущихся частей, - кинетическая энергия. Внезапное высвобождение кинетической энергии движущихся частей машины вызывает отказы из-за перенапряжения, если движущейся части препятствует посторонний предмет. Например, рассмотрим камень, застрявший на лопастях вентилятора или пропеллера, или даже пресловутый « гаечный ключ / гаечный ключ в работе». ^[8] (Для дальнейшего обсуждения см. Повреждение посторонним предметом .)

Кинетическая энергия движущихся частей машины [ править ]

Кинетическая энергия из машины равна сумме кинетических энергий отдельных ее движущихся частей. Машину с движущимися частями математически можно рассматривать как связанную систему тел, кинетическая энергия которых просто суммируется. Отдельная кинетическая энергия определяется из кинетических энергий подвижных частей сдвигов и поворотов вокруг своей оси. ^[9]

Кинетическая энергия вращения подвижных частей можно определить, отметив , что каждая такая система подвижных частей может быть сведено к совокупности связанных тел , вращающихся вокруг мгновенной оси, которые образуют либо кольцо или часть идеального кольца, из радиус вращения со скоростью вращения в секунду . Это идеальное кольцо известно как эквивалентный маховик , радиус которого равен радиусу вращения . Интеграл квадратов радиусов всех участков кольца по отношению к их массе , также экспрессируемый если кольцо моделируются как набор дискретных частиц в виде суммы произведений этой массы и квадраты их радиусами является кольцо ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle n}$ ${\ displaystyle \ int a ^ {2} dm}$ ${\ displaystyle \ sum _ {k = 0} ^ {n} m_ {k} \ times a_ {k} ^ {2}}$ момент инерции , обозначенный . Кинетическая энергия вращения всей системы движущихся частей равна , где - угловая скорость движущихся частей относительно той же оси, что и момент инерции. ^[9]^[10] ${\ displaystyle I}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} я \ omega ^ {2}}$ ${\ displaystyle \ omega}$

Кинетическая энергия перевода движущихся частей , где общая масса и является величиной от скорости . Это дает формулу для полной кинетической энергии движущихся частей машины как . ^[9]^[10] ${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} мв ^ {2}}$ ${\ displaystyle m}$ ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} I \ omega ^ {2} + {\ frac {1} {2}} mv ^ {2}}$

Эта техническая схема (иллюстрирующая принцип кинематического проектирования, согласно которому использование неправильных типов / количества механических рычагов может вызвать колебание неподвижных частей ^[6] ) показывает движение качающихся частей с твердым контуром движущейся части в одном положении на одном конце. движения и очертания фантомной линии детали в положении на другом конце.

Представление движущихся частей на инженерных схемах [ править ]

На техническом чертеже движущиеся части обычно обозначаются путем рисования сплошного контура детали в ее основном или исходном положении с добавленным контуром детали во вторичной перемещенной позиции, нарисованной фантомной линией (линия, содержащая " «точка-точка-тире», состоящая из двух коротких и одного длинного отрезка). ^[11]^[12]^[13] Эти соглашения закреплены в нескольких стандартах Американского национального института стандартов и Американского общества инженеров-механиков , включая ASME Y14.2M, опубликованный в 1979 году. ^[14]

В последние десятилетия использование анимации стало более практичным и широко распространенным в технических и инженерных схемах для иллюстрации движений движущихся частей. Анимация более четко представляет движущиеся части и позволяет легче визуализировать их и их движения. ^[15] Кроме того, инструменты автоматизированного проектирования позволяют моделировать движения движущихся частей, позволяя конструкторам машин определять, например, будут ли движущиеся части в данной конструкции препятствовать движению друг друга или сталкиваться с помощью простого визуального осмотра ( анимированной) компьютерной модели, а не непосредственно проектировщиком, выполняющим численный анализ. ^[16]^[17]

См. Также [ править ]

Кинетическое искусство - скульптура, содержащая движущиеся части
Движение (часовой механизм) - конкретное название движущихся частей часов или часов.

Ссылки [ править ]

^ В. Б. Bhandari (2001). Введение в конструкцию машин . Тата МакГроу-Хилл. п. 1. ISBN 9780070434493.
^ Томас Minchin Goodeve (март 2007). Элементы Механизма (Читайте книги, переиздание, 2007 г.). Лондон: Лонгман, Грин, Лонгман и Робертс. п. 1. ISBN 9781406700497.
^ Олден Дж. Балмер (2008). Док Физзикс Мышеловки Гонщики: Полное руководство строителя . Издательство Fox Chapel Publishing. п. 32. ISBN 9781565233591.
^ a b Стивен Т. Мёллер (2002). Энергоэффективность: проблемы и тенденции . Nova Publishers. п. 57. ISBN 9781590332016.
^ Тревор Линсли (2008). Расширенные электромонтажные работы (5-е изд.). Newnes. С. 216 . ISBN 9780750687522.
^ Б Эдгар Яркий Уилсон (1952). Введение в научные исследования . Дуврские книги, объясняющие науку (переиздание 1991 г.). Courier Dover Publications. С. 104–105, 108. ISBN 9780486665450.
^ Wakelin, RJ (1974). «Трибология: трение, смазка и износ движущихся частей». Ежегодный обзор материаловедения . 4 : 221–253. Bibcode : 1974AnRMS ... 4..221W . DOI : 10.1146 / annurev.ms.04.080174.001253 .
^ a b c d e f g h М. Т. Тодинов (2007). Анализ надежности на основе рисков и общие принципы снижения рисков . Эльзевир. стр. 208 -209. ISBN 9780080447285.
^ a b c Рассел К. Хиббелер (2009). Инженерная механика: Динамика (12-е изд.). Прентис Холл. С. 457–458. ISBN 9780136077916.
^ a b Джеймс Генри Коттерилл (1884). Прикладная механика. Элементарное общее введение в теорию конструкций и машин. С диаграммами, иллюстрациями и примерами (переиздание Adegi Graphics LLC). Лондон: Macmillan & Co., стр. 212–215. ISBN 9781421257013.
^ Джек Ло и Дэвид Прессман (2007). Как сделать патентные чертежи: сам запатентованный компаньон (5-е изд.). Нет вот. С. 226 . ISBN 9781413306538.
^ Дэвид А. Мэдсен (2001). Инженерный рисунок и дизайн . Редакционная серия Delmar (3-е изд.). Cengage Learning. п. 48. ISBN 9780766816343.
^ Сесил Ховард Jensen & Jay D. Helsel (1985). Основы инженерного рисунка (2-е изд.). Подразделение Грегга, Макгроу-Хилл. С. 28 . ISBN 9780070325340.
^ Пол Х. Райт (2002). Введение в инженерное дело . Серия Wiley Desktop Editions (3-е изд.). Джон Вили и сыновья. С. 155–156, 171 . ISBN 9780471059202.
^ Дэвид Л. Гетч; Уильям Чок; Джон А. Нельсон (1999). Технический рисунок . Серия технической графики Delmar (4-е изд.). Cengage Learning. С. 452, 456. ISBN 9780766805316.
^ Питер П. Комнинос (1989). "Компьютерная графика и анимация для дизайнеров интерьеров и промышленных дизайнеров". У Джона Лэнсдауна; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Springer. стр. 216 -217. ISBN 9780387968964.
↑ Филип Стедман (1989). «Компьютерное обеспечение процесса проектирования». У Джона Лэнсдауна; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Springer. С. 158 . ISBN 9780387968964.

Дальнейшее чтение [ править ]

«Условные обозначения линий и надписи». Нью-Йорк: Американский национальный институт стандартов . 1979. ANSI / ASME Y14.2M. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
«Метод построения схем для движущихся частей управления жидкостями». Национальная ассоциация гидроэнергетики и Американский национальный институт стандартов . 1976. ANSI / NFPA T3.28.9-1976. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[Bhandari2001-1] В. Б. Bhandari (2001). Введение в конструкцию машин . Тата МакГроу-Хилл. п. 1. ISBN 9780070434493.

[Goodeve1860-2] Томас Minchin Goodeve (март 2007). Элементы Механизма (Читайте книги, переиздание, 2007 г.). Лондон: Лонгман, Грин, Лонгман и Робертс. п. 1. ISBN 9781406700497.

[Balmer2008-3] Олден Дж. Балмер (2008). Док Физзикс Мышеловки Гонщики: Полное руководство строителя . Издательство Fox Chapel Publishing. п. 32. ISBN 9781565233591.

[Moeller2002-4] Стивен Т. Мёллер (2002). Энергоэффективность: проблемы и тенденции . Nova Publishers. п. 57. ISBN 9781590332016.

[Linsley2008-5] Тревор Линсли (2008). Расширенные электромонтажные работы (5-е изд.). Newnes. С. 216 . ISBN 9780750687522.

[Wilson1952-6] Б Эдгар Яркий Уилсон (1952). Введение в научные исследования . Дуврские книги, объясняющие науку (переиздание 1991 г.). Courier Dover Publications. С. 104–105, 108. ISBN 9780486665450.

[Wakelin1974-7] Wakelin, RJ (1974). «Трибология: трение, смазка и износ движущихся частей». Ежегодный обзор материаловедения . 4 : 221–253. Bibcode : 1974AnRMS ... 4..221W . DOI : 10.1146 / annurev.ms.04.080174.001253 .

[Todinov2007-8] М. Т. Тодинов (2007). Анализ надежности на основе рисков и общие принципы снижения рисков . Эльзевир. стр. 208 -209. ISBN 9780080447285.

[Hibbeler2009-9] Рассел К. Хиббелер (2009). Инженерная механика: Динамика (12-е изд.). Прентис Холл. С. 457–458. ISBN 9780136077916.

[Cotterill1884-10] Джеймс Генри Коттерилл (1884). Прикладная механика. Элементарное общее введение в теорию конструкций и машин. С диаграммами, иллюстрациями и примерами (переиздание Adegi Graphics LLC). Лондон: Macmillan & Co., стр. 212–215. ISBN 9781421257013.

[LoPressman2007-11] Джек Ло и Дэвид Прессман (2007). Как сделать патентные чертежи: сам запатентованный компаньон (5-е изд.). Нет вот. С. 226 . ISBN 9781413306538.

[Madsen2001-12] Дэвид А. Мэдсен (2001). Инженерный рисунок и дизайн . Редакционная серия Delmar (3-е изд.). Cengage Learning. п. 48. ISBN 9780766816343.

[JensenHelsel1985-13] Сесил Ховард Jensen & Jay D. Helsel (1985). Основы инженерного рисунка (2-е изд.). Подразделение Грегга, Макгроу-Хилл. С. 28 . ISBN 9780070325340.

[Wright2002-14] Пол Х. Райт (2002). Введение в инженерное дело . Серия Wiley Desktop Editions (3-е изд.). Джон Вили и сыновья. С. 155–156, 171 . ISBN 9780471059202.

[GoetschChalkNelson1999-15] Дэвид Л. Гетч; Уильям Чок; Джон А. Нельсон (1999). Технический рисунок . Серия технической графики Delmar (4-е изд.). Cengage Learning. С. 452, 456. ISBN 9780766805316.

[Comninos1989-16] Питер П. Комнинос (1989). "Компьютерная графика и анимация для дизайнеров интерьеров и промышленных дизайнеров". У Джона Лэнсдауна; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Springer. стр. 216 -217. ISBN 9780387968964.

[Steadman1989-17] Филип Стедман (1989). «Компьютерное обеспечение процесса проектирования». У Джона Лэнсдауна; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Springer. С. 158 . ISBN 9780387968964.

[1]