Движущиеся части - Moving parts

Модель движущихся частей двигателя

Машины включают в себя как неподвижные, так и подвижные части . Движущиеся части имеют контролируемые и ограниченные движения.

Под движущимися частями понимаются компоненты машины, за исключением движущихся жидкостей, таких как топливо , охлаждающая жидкость или гидравлическая жидкость . К движущимся частям также не относятся механические замки , переключатели , гайки и болты , винтовые крышки для бутылок и т. Д. Система без движущихся частей описывается как « твердотельная ».

Механический КПД и износ

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. Например, в современном автомобильном двигателе примерно 7% общей мощности, получаемой от сжигания топлива двигателя, теряется на трение между движущимися частями двигателя.

И наоборот, чем меньше количество движущихся частей, тем выше эффективность. Машины без движущихся частей могут быть очень эффективными. Например, электрический трансформатор не имеет движущихся частей, а его механический КПД обычно превышает отметку 90%. (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.)

Два средства используются для преодоления потерь эффективности, вызванных трением между движущимися частями. Сначала смазываются движущиеся части . Во-вторых, движущиеся части машины спроектированы таким образом, чтобы иметь 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, которые трутся друг о друга; и конструкции отдельных компонентов могут быть изменены, изменяя их формы и структуры, чтобы уменьшить или избежать контакта друг с другом.

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, обеспечивая, чтобы, если точность в течение всего срока службы машины имеет первостепенное значение, этот износ учитывался и, по возможности, сводился к минимуму. (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.)

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

Отказ

Как уже упоминалось, износ движущихся частей машины. Другие проблемы, которые приводят к отказу, включают коррозию , эрозию , термическое напряжение и тепловыделение, вибрацию , усталостную нагрузку 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 взад и вперед. 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.

Последний, особый фактор, связанный с отказом движущихся частей, - это 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». (Более подробно см. Повреждение посторонними предметами .)

Кинетическая энергия движущихся частей машины

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.

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 момент инерции кольца , обозначенный . Кинетическая энергия вращения всей системы движущихся частей равна , где - угловая скорость движущихся частей относительно той же оси, что и момент инерции. ${\ displaystyle a}$${\ displaystyle n}$ ${\ displaystyle \ int a ^ {2} dm}$${\ displaystyle \ sum _ {k = 0} ^ {n} m_ {k} \ times a_ {k} ^ {2}}$${\ displaystyle I}$${\ 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 . ${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} мв ^ {2}}$${\ displaystyle m}$${\ displaystyle v}$${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} I \ omega ^ {2} + {\ frac {1} {2}} mv ^ {2}}$

Эта инженерная диаграмма (иллюстрирующая принцип кинематического проектирования, согласно которому использование неправильных типов / количества механических рычагов может вызвать колебание неподвижных частей) показывает движение качающихся частей с твердым контуром движущейся части в одном положении на одном конце ее движения. и контур фантомной линии детали в положении на другом конце.

Представление движущихся частей на инженерных схемах

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" из двух коротких и одного длинного отрезка) очерчивают. Эти соглашения закреплены в нескольких стандартах Американского национального института стандартов и Американского общества инженеров-механиков , включая ASME Y14.2M, опубликованный в 1979 году.

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. 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 (анимированного) компьютера. модель, а не дизайнер, выполняющий численный анализ напрямую.

Смотрите также

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

использованная литература

дальнейшее чтение

• «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 )