(1) Introducción a los principios mecánicos
Máquina y mecanismo (teoría de) es el estudio de la estructura y el movimiento de los mecanismos en la maquinaria, así como como la estructura, fuerza y calidad de las máquinas y una disciplina del deporte. La gente generalmente se refiere a las instituciones y a las máquinas como máquinas. Un mecanismo es un conjunto de dos o más piezas que están conectadas entre sí de forma móvil para lograr un movimiento específico. Una máquina está compuesta por uno o más mecanismos que se utilizan para realizar un trabajo útil o completar la conversión entre energía mecánica y otras formas de energía. Los principales componentes de esta disciplina son la mecánica y la dinámica mecánica.
Las diferentes máquinas suelen constar de un número limitado de mecanismos comunes.
Por lo tanto, los mecanismos principales, como los motores de combustión interna, los compresores y las punzonadoras, son todos mecanismos de manivela deslizante. El movimiento de estos mecanismos es diferente del movimiento de la mecánica general. Sólo está relacionado con sus limitaciones geométricas y no tiene nada que ver con su fuerza, masa componente y tiempo. En 1875, el alemán F. Leroy separó los problemas de * * * antes mencionados de la mecánica general y compiló el libro "Cinemática teórica", sentando las bases de la ciencia de los mecanismos. Muchos de los conceptos, ideas y métodos de investigación propuestos en el libro todavía se utilizan en la actualidad. En 1841, R. Willis de Inglaterra publicó "Principios del mecanismo". Desde mediados del siglo XIX, la dinámica mecánica ha ido tomando forma paulatinamente. El siglo XX vio el surgimiento de una combinación de mecánica y dinámica mecánica.
Los principios mecánicos del estudio. En 1934 se publicó el libro "Principios mecánicos" escrito por Liu Xianzhou de China. En 1969 se fundó en Polonia la Asociación Internacional para los Principios de Mecanismos y Máquinas (IFTOMM).
El objeto de investigación de la ciencia de los mecanismos son varios mecanismos comúnmente utilizados en las máquinas, como mecanismos de enlace, mecanismos de leva, mecanismos de engranajes, mecanismos de tornillo, mecanismos de movimiento intermitente (como mecanismos de trinquete, mecanismos de polea, etc.) y mecanismo de combinaciones. Su contenido de investigación es el principio de composición y la certeza del movimiento de la estructura del mecanismo, así como el análisis del movimiento y la síntesis del mecanismo. La mecánica sólo estudia el movimiento de los mecanismos desde una perspectiva geométrica y no considera la influencia de las fuerzas en el movimiento. 1. Máquinas y mecanismos
Una máquina es una combinación de objetos creados por el hombre con movimiento mecánico definido que pueden usarse para convertir energía, completar un trabajo útil o procesar información para reemplazar y reducir el trabajo humano. Un mecanismo es una combinación de objetos creados por el hombre con movimiento mecánico definido que puede usarse para transmitir y transformar movimiento. La relación entre máquinas y mecanismos es la siguiente: 1) Las máquinas y los mecanismos son combinaciones de objetos creados por el hombre y tienen ciertos movimientos mecánicos; 2) Las máquinas están compuestas de mecanismos; Las máquinas simples pueden tener un solo mecanismo, pero normalmente habrá múltiples mecanismos. Por ejemplo, un compresor de aire solo contiene un mecanismo de biela, mientras que un motor de combustión interna incluye un mecanismo de biela, un mecanismo de leva, un mecanismo de engranajes, etc. La diferencia entre una máquina y un mecanismo es que un solo mecanismo no tiene la función de convertir energía o completar un trabajo útil, sino que solo puede transmitir y cambiar movimiento y potencia; una máquina puede realizar un trabajo útil, convertir energía o procesar información. Maquinaria es el término general para máquinas y mecanismos. 2. Componentes y Piezas
Los componentes son unidades que constituyen un mecanismo y tienen movimientos definidos. Las piezas se refieren a la unidad de fabricación más pequeña que no puede volver a desmontarse. Un conjunto puede constar de una pieza o de varias piezas diferentes, pero no existe movimiento relativo entre las piezas. Funcionan en general. La diferencia entre componentes y piezas es que los componentes son unidades de movimiento y las piezas son unidades de procesamiento y fabricación. Debido a que el movimiento relativo entre los componentes del mecanismo no tiene nada que ver con la forma y número de los componentes, la forma de los componentes y la forma y tamaño de sus secciones transversales por lo tanto, en el curso "Principios de Mecánica", el; El análisis y la síntesis del mecanismo y el diseño del plan de movimiento del sistema mecánico son todos Cuando se estudian los componentes como la unidad más pequeña, los componentes se representan mediante líneas simples y símbolos prescritos. Sabiendo esto, los estudiantes no se confundirán cuando aprendan el contenido de dibujar un diagrama de movimiento institucional en el futuro. 3. Cadena cinemática y mecanismo
Se debe hacer especial énfasis en el concepto de cadena cinemática y su relación con el mecanismo. Una cadena cinemática es un sistema de componentes compuesto por varios componentes conectados por pares cinemáticos. Si cada componente de una cadena cinemática contiene al menos dos subelementos cinemáticos, el sistema en el que cada componente forma una cabeza cerrada y un extremo cerrado se denomina cadena cerrada; de lo contrario, se denomina cadena abierta;
En una cadena cinemática, si un componente está fijo como un marco y se le da la ley de movimiento de otro componente o de varios componentes, el movimiento de los componentes restantes en la cadena cinemática se determina en consecuencia y la cadena cinemática se convierte en un mecanismo. Todas las instituciones tienen movimientos claros. Este punto no está claramente establecido en la mayoría de los libros de texto de principios mecánicos actuales de que el objeto de investigación de la dinámica mecánica es una máquina o una combinación de máquinas. El contenido de la investigación es determinar la verdadera ley del movimiento de la máquina bajo la acción de fuerzas conocidas y su ajuste, el equilibrio entre fricción y eficiencia mecánica, fuerza de inercia y otras cuestiones. Según el método tradicional de investigación de principios mecánicos, generalmente no se consideran la brecha entre las superficies de contacto de los componentes, la deformación elástica o por diferencia de temperatura de los componentes y los errores causados por la fabricación y el ensamblaje. Esto suele ser posible con máquinas de baja velocidad. Sin embargo, a medida que la maquinaria avanza hacia alta velocidad y alta precisión, es necesario estudiar los cambios de movimiento causados por los factores anteriores. Por lo tanto, a partir de la década de 1940, se planteó la cuestión de la precisión del mecanismo. Debido al rápido desarrollo de la tecnología espacial, los manipuladores y los robots industriales, la cuestión de la precisión de los mecanismos ha atraído cada vez más atención y se ha convertido en una parte indispensable de los principios mecánicos.
(2) Todas las etapas de la maquinaria
1. Maquinaria primitiva
En la antigüedad, los humanos crearon y utilizaron maquinaria primitiva como palancas, poleas y planos inclinados. y tornillos. Durante la construcción de las pirámides en Egipto, se utilizaron troncos rodantes para mover enormes rocas. Arquímedes utilizó un tornillo sin fin para elevar el agua a un lugar alto, que es el antepasado del transportador de tornillo actual. La nación china tiene una larga historia de civilización, tiene muchos inventos en maquinaria y también tiene sus propias características en el diseño y aplicación de algunas maquinarias especiales. Como brújula, drenaje de agua, sismógrafo, etc. , todos tienen características únicas. La brújula es uno de los tesoros culturales de la antigua China y un destacado representante de los antiguos logros científicos y tecnológicos. El coche guía del sur utiliza hábilmente el mecanismo de transmisión de engranajes. No importa en qué dirección viajaba el auto, el brazo de la figura de madera colocada en el auto siempre apuntaba hacia el sur. Este invento refleja plenamente la gran sabiduría de los antiguos y es el orgullo del pueblo chino. La maquinaria primitiva era impulsada únicamente por la fuerza humana, la fuerza animal y la fuerza hidráulica. Su función es reducir el trabajo físico humano y es la fuerza impulsora que restringe el desarrollo de la maquinaria. 2. Maquinaria tradicional
En el siglo XVIII, Watt inventó la máquina de vapor, que inició la revolución industrial. La máquina de vapor aportó un enorme poder a la humanidad, y varias máquinas impulsadas por energía, como máquinas textiles y tornos, surgieron como hongos después de una lluvia. La invención del motor de combustión interna y del motor eléctrico en el siglo XIX supuso otra revolución tecnológica. En la mayoría de los casos, la electricidad reemplazó al vapor y se instalaron motores independientes en máquinas herramienta y telares textiles. La invención del motor de combustión interna hizo posible el automóvil y el avión. En comparación con la maquinaria primitiva, la maquinaria tradicional tiene su propio "corazón": su función no es sólo reducir el trabajo físico humano, sino, lo que es más importante, reemplazar el trabajo físico humano.
3. Maquinaria moderna
En la segunda mitad del siglo XX, la invención de la computadora marcó una época en la historia del desarrollo científico. Con la aparición de los ordenadores, los robots, como representantes típicos de la maquinaria moderna, se utilizan cada vez más en la producción industrial y realizan tareas que muchos humanos no pueden realizar. La combinación de tecnología electrónica e informática con maquinaria hace que la maquinaria sea cada vez más automatizada e inteligente, y las máquinas pueden incluso funcionar normalmente sin intervención humana. La maquinaria moderna se está desarrollando en la dirección del control activo, la informatización y la inteligencia, lo que mejorará enormemente la producción y la vida humana. En comparación con la maquinaria tradicional, la maquinaria moderna tiene su propio "cerebro", un sistema de control cuya función no sólo puede reemplazar el trabajo físico humano, sino también el trabajo mental. [1]
El desarrollo de la producción ha impulsado el desarrollo de la disciplina de los principios mecánicos. El desarrollo de disciplinas, a su vez, proporciona condiciones favorables para el desarrollo de la producción y promueve el desarrollo de la producción. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, para satisfacer mejor las necesidades reales de producción y los requisitos de la automatización mecánica, es necesario innovar continuamente algunos mecanismos nuevos, por lo que la ciencia de los mecanismos, cuyo contenido principal es la innovación de mecanismos, se ha desarrollado rápidamente. Por ejemplo, se están investigando mecanismos de enlace plano de múltiples varillas y múltiples grados de libertad, mecanismos espaciales, diversos mecanismos de combinación (incluidos varios mecanismos de combinación que contienen componentes flexibles), mecanismos integrados mecánicos, eléctricos e hidráulicos, y algunos ya lo han hecho. sido aplicado.
Al mismo tiempo, la maquinaria biónica, como robots y manipuladores, se está desarrollando rápidamente, incluidos robots y manipuladores que funcionan en condiciones especiales como alta temperatura, alta presión, toxicidad, radiactividad, etc. Por ejemplo, brazos robóticos en naves espaciales utilizados para recuperar satélites; robots que instalan equipos en centrales nucleares; robots que trabajan en los fondos marinos, etc. Además, el desarrollo de la microtecnología también ha creado algunas micromáquinas. Por ejemplo, se han utilizado bisturís que pueden realizar operaciones dentro de la cavidad abdominal humana e incluso microrobots que pueden arrastrarse dentro de los vasos sanguíneos humanos.
Para analizar y diseñar estas nuevas máquinas, la disciplina de los principios mecánicos también ha desarrollado muchas teorías y métodos nuevos en los últimos años, e introducido algunas herramientas matemáticas y mecánicas diferentes, en particular, la popularización y aplicación. Las computadoras han proporcionado una nueva base para la maquinaria. El desarrollo de la disciplina principal proporciona condiciones extremadamente favorables. El análisis asistido por computadora, el diseño asistido por computadora y el diseño de optimización (incluido el diseño de optimización multiobjetivo) se han desarrollado rápidamente y han madurado.
A medida que la maquinaria evoluciona hacia alta velocidad, alta precisión, alta carga y alta eficiencia, se han propuesto algunos temas nuevos para la disciplina de los principios mecánicos y se han abierto algunas nuevas áreas de investigación. Por ejemplo, para maquinaria de alta velocidad y carga pesada, se debe estudiar no solo su desempeño de movimiento sino también su desempeño dinámico. A veces es necesario considerar el impacto de la deformación elástica, la distribución de masa, los espacios de conexión y la fricción en la maquinaria sobre el trabajo mecánico, así como la vibración, el impacto y el equilibrio mecánicos.
(3) Perspectivas de futuro
En los últimos años, los principios mecánicos se han desarrollado muy rápidamente. Tanto los principios básicos como los métodos de investigación han logrado grandes avances. También hay algunas creaciones nuevas en los tipos de instituciones. Algunas han superado el alcance de las instituciones tradicionales y han entrado en el campo de las llamadas "instituciones amplias", creando instituciones con vínculos de gas, líquidos, luz, electricidad y otros. En la actualidad, existen mecanismos combinados compuestos por tres mecanismos básicos, y también existen mecanismos combinados que incluyen componentes flexibles. Se ha trabajado mucho en la investigación de mecanismos de combinación espacial. Además, también se han estudiado algunos mecanismos combinados con propiedades dinámicas y de movimiento especiales. A medida que la maquinaria evoluciona hacia alta velocidad y cargas pesadas, la investigación sobre dinámica mecánica se ha desarrollado rápidamente. Debido al uso generalizado de computadoras electrónicas, el análisis y el diseño de instituciones asistidos por computadora se han desarrollado rápidamente. Del desarrollo de la disciplina de los principios mecánicos se desprende que la necesidad de desarrollo de la producción es la principal fuerza impulsora para el desarrollo de esta disciplina. El desarrollo de disciplinas a su vez promueve el desarrollo de la producción y mejora los niveles de producción. Se puede esperar que con la mejora continua de los requisitos de producción para la modernización tecnológica, la disciplina de los principios mecánicos continúe desarrollándose rápidamente. [2]