Движущиеся части

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

Движущиеся части — это компоненты машины, за исключением любых движущихся жидкостей, таких как топливо , охлаждающая жидкость или гидравлическая жидкость . ^{[ нужна ссылка ]} К движущимся частям также не относятся никакие механические замки , переключатели , гайки и болты , завинчивающиеся крышки для бутылок и т. д. Система без движущихся частей описывается как « твердотельная ». ^{[ нужна ссылка ]}.

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. ^[3] Например, в современном автомобильном двигателе примерно 7% общей мощности, получаемой при сжигании топлива, теряется из-за трения между движущимися частями двигателя. ^[4]

И наоборот, чем меньше количество движущихся частей, тем выше эффективность. Машины вообще без движущихся частей могут быть очень эффективными. % . Например, электрический трансформатор не имеет движущихся частей, а его механический КПД обычно превышает отметку 90 (Остальные потери мощности в трансформаторе происходят по другим причинам, включая потери электрического сопротивления в медных обмотках, потери на гистерезис и потери на вихревые токи в железном сердечнике.) ^[5]

Для преодоления потерь эффективности, вызванных трением между движущимися частями, используются два средства. Сначала смазываются движущиеся части . Во-вторых, движущиеся части машины сконструированы таким образом, что они мало соприкасаются друг с другом. Последнее, в свою очередь, включает в себя два подхода. Машину можно уменьшить в размерах, тем самым довольно просто уменьшив площади движущихся частей, трущихся друг о друга; а конструкции отдельных компонентов можно модифицировать, изменяя их форму и структуру, чтобы уменьшить или избежать контакта друг с другом. ^[4]

Смазка также снижает износ , как и использование подходящих материалов. Поскольку движущиеся части изнашиваются, это может повлиять на точность работы станка. Таким образом, конструкторы должны проектировать движущиеся части с учетом этого фактора, гарантируя, что, если точность на протяжении всего срока службы машины имеет первостепенное значение, износ будет учтен и, если возможно, сведен 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 раскачивание, тогда как вращающаяся ось, которая прикреплена к колесу и которое вращается на подшипниках в рычагах, не начинает раскачиваться по мере износа оси через рычаги.) ^[6]

Научная и инженерная дисциплина, которая занимается смазкой, трением и износом движущихся частей, — это трибология — междисциплинарная область, охватывающая материаловедение , машиностроение , химию и механику . ^[7]

Отказ

Как уже упоминалось, износ – это проблема движущихся частей машины. ^[8] Другие проблемы, которые приводят к поломке, включают коррозию , ^[8] эрозия , ^[8] термический стресс и тепловыделение, ^[8] вибрация , ^[8] усталостная нагрузка , ^[8] и кавитация .

Усталость связана с большими силами инерции и зависит от типа движения движущейся части. Движущаяся часть, имеющая равномерное вращательное движение, подвержена меньшей усталости, чем движущаяся часть, колеблющаяся вперед и назад. Вибрация приводит к выходу из строя, когда частота вынужденной работы машины достигает резонансной частоты одной или нескольких движущихся частей, таких как вращающиеся валы. Конструкторы избегают этих проблем, вычисляя собственные частоты деталей во время разработки и изменяя детали, чтобы ограничить или устранить такой резонанс.

Еще одним фактором, который может привести к выходу из строя движущихся частей, являются неисправности систем охлаждения и смазки машины. ^[8]

Последний фактор, связанный с выходом из строя движущихся частей, — это кинетическая энергия. Внезапный высвобождение кинетической энергии движущихся частей машины вызывает отказы из-за перенапряжения, если движущейся части препятствует движению посторонний предмет. Например, рассмотрим камень, застрявший на лопастях вентилятора или пропеллера, или даже пресловутый « ключ гаечный в работе». ^[8] (Дальнейшее обсуждение этого вопроса см. в разделе «Повреждение посторонним предметом ».)

Кинетическая энергия движущихся частей машины.

Кинетическая энергия машины представляет собой сумму кинетических энергий ее отдельных движущихся частей. Машину с движущимися частями математически можно рассматривать как связанную систему тел, кинетические энергии которых просто суммируются. Отдельные кинетические энергии определяются из кинетических энергий поступательных движений и вращений движущихся частей вокруг своих осей. ^[9]

Кинетическую энергию вращения движущихся частей можно определить, заметив, что каждую такую систему движущихся частей можно свести к совокупности связанных тел, вращающихся вокруг мгновенной оси, которые образуют либо кольцо, либо часть идеального кольца, радиус $a$ вращающийся в $n$ оборотов в секунду . Это идеальное кольцо известно как эквивалентный маховик , радиус которого равен радиусу вращения . Интеграл массе квадратов радиусов всех частей кольца по их $\int a^{2}dm$ , также выражается, если кольцо моделируется как совокупность дискретных частиц как сумма произведений этих масс и квадратов их радиусов. $\sum _{k=0}^{n}m_{k}\times a_{k}^{2}$ кольца — момент инерции , обозначаемый $I$ . Вращательная кинетическая энергия всей системы движущихся частей равна ${\frac {1}{2}}I\omega ^{2}$ , где $\omega$ - угловая скорость движущихся частей вокруг той же оси, что и момент инерции. ^[9]^[10]

Кинетическая энергия перемещения движущихся частей равна ${\frac {1}{2}}mv^{2}$ , где $m$ это общая масса и $v$ это величина скорости . Это дает формулу для полной кинетической энергии движущихся частей машины : ${\frac {1}{2}}I\omega ^{2}+{\frac {1}{2}}mv^{2}$ . ^[9]^[10]

Представление движущихся частей на инженерных схемах

На техническом чертеже движущиеся части обычно обозначаются путем нанесения сплошного контура детали в ее основном или исходном положении с добавленным контуром детали во вторичном, перемещенном положении, нарисованным пунктирной линией (линия, содержащая « последовательности «точка-точка-тире» 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 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 компьютерного проектирования позволяют моделировать движения движущихся частей, позволяя разработчикам машин определять, например, будут ли движущиеся части в данной конструкции препятствовать движению друг друга или сталкиваться, путем простого визуального осмотра (анимированного) компьютера. модель, а не непосредственное выполнение разработчиком численного анализа. ^[16]^[17]

См. также

Кинетическое искусство — скульптура, содержащая движущиеся части.
Механизм (часовой механизм) — конкретное название движущихся частей часов.

Ссылки

^ В. Б. Бхандари (2001). Введение в проектирование машин . Тата МакГроу-Хилл. п. 1. ISBN 9780070434493 .
^ Томас Минчин Гудив (март 2007 г.). Элементы механизма (переиздание Read Books, 2007 г.). Лондон: Лонгман, Грин, Лонгман и Робертс. п. 1. ISBN 9781406700497 .
^ Олден Дж. Балмер (2008). Doc Fizzix Mousetrap Racers: Полное руководство для строителя . Издательство Fox Chapel. п. 32. ISBN 9781565233591 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Стивен Т. Мёллер (2002). Энергоэффективность: проблемы и тенденции . Издательство Нова. п. 57. ИСБН 9781590332016 .
^ Тревор Линсли (2008). Расширенные электромонтажные работы (5-е изд.). Ньюнес. стр. 216 . ISBN 9780750687522 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Эдгар Брайт Уилсон (1952). Введение в научные исследования . Дуврские книги, объясняющие науку (переиздание 1991 г.). Публикации Courier Dover. стр. 104–105, 108. ISBN. 9780486665450 .
^ Уэйклин, Р.Дж. (1974). «Трибология: трение, смазка и износ движущихся частей». Ежегодный обзор материаловедения . 4 : 221–253. Бибкод : 1974AnRMS...4..221W . дои : 10.1146/annurev.ms.04.080174.001253 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час М.Т. Тодинов (2007). Анализ надежности на основе рисков и общие принципы снижения рисков . Эльзевир. стр. 208–209 . ISBN 9780080447285 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Рассел К. Хиббелер (2009). Инженерная механика: Динамика (12-е изд.). Прентис Холл. стр. 457–458. ISBN 9780136077916 .
^ Перейти обратно: ^а ^б 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: помощник «Патент сам» (5-е изд.). Ноло. стр. 226 . ISBN 9781413306538 .
^ Дэвид А. Мэдсен (2001). Инженерный чертеж и дизайн . Серия чертежей Дельмара (3-е изд.). Cengage Обучение. п. 48. ИСБН 9780766816343 .
^ Сесил Ховард Дженсен и Джей Д. Хелсель (1985). Основы инженерного черчения (2-е изд.). Подразделение Грегг, МакГроу-Хилл. стр. 28 . ISBN 9780070325340 .
^ Пол Х. Райт (2002). Введение в инженерию . Серия Wiley Desktop Editions (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 155–156, 171 . ISBN 9780471059202 .
^ Дэвид Л. Гетч; Уильям Мел; Джон А. Нельсон (1999). Технический рисунок . Серия технической графики Delmar (4-е изд.). Cengage Обучение. стр. 452, 456. ISBN. 9780766805316 .
^ Питер П. Комнинос (1989). «Компьютерная графика и анимация для дизайнеров интерьера и промышленности». В Джоне Лэнсдауне; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Спрингер. стр. 216–217 . ISBN 9780387968964 .
^ Филип Стедман (1989). «Компьютерная помощь процессу проектирования». В Джоне Лэнсдауне; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Спрингер. стр. 158 . ISBN 9780387968964 .

Дальнейшее чтение

«Соглашения о линиях и надписи». Нью-Йорк: Американский национальный институт стандартов . 1979. ANSI/ASME Y14.2M. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
«Метод построения диаграмм управления жидкостью движущихся частей». Национальная ассоциация гидроэнергетики и Американский национальный институт стандартов . 1976. ANSI/NFPA T3.28.9-1976. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

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

[Goodeve1860-2] Томас Минчин Гудив (март 2007 г.). Элементы механизма (переиздание Read Books, 2007 г.). Лондон: Лонгман, Грин, Лонгман и Робертс. п. 1. ISBN 9781406700497 .

[Balmer2008-3] Олден Дж. Балмер (2008). Doc Fizzix Mousetrap Racers: Полное руководство для строителя . Издательство Fox Chapel. п. 32. ISBN 9781565233591 .

[Moeller2002-4] Перейти обратно: ^а ^б Стивен Т. Мёллер (2002). Энергоэффективность: проблемы и тенденции . Издательство Нова. п. 57. ИСБН 9781590332016 .

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

[Wilson1952-6] Перейти обратно: ^а ^б Эдгар Брайт Уилсон (1952). Введение в научные исследования . Дуврские книги, объясняющие науку (переиздание 1991 г.). Публикации Courier Dover. стр. 104–105, 108. ISBN. 9780486665450 .

[Wakelin1974-7] Уэйклин, Р.Дж. (1974). «Трибология: трение, смазка и износ движущихся частей». Ежегодный обзор материаловедения . 4 : 221–253. Бибкод : 1974AnRMS...4..221W . дои : 10.1146/annurev.ms.04.080174.001253 .

[Todinov2007-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час М.Т. Тодинов (2007). Анализ надежности на основе рисков и общие принципы снижения рисков . Эльзевир. стр. 208–209 . ISBN 9780080447285 .

[Hibbeler2009-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Рассел К. Хиббелер (2009). Инженерная механика: Динамика (12-е изд.). Прентис Холл. стр. 457–458. ISBN 9780136077916 .

[Cotterill1884-10] Перейти обратно: ^а ^б 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: помощник «Патент сам» (5-е изд.). Ноло. стр. 226 . ISBN 9781413306538 .

[Madsen2001-12] Дэвид А. Мэдсен (2001). Инженерный чертеж и дизайн . Серия чертежей Дельмара (3-е изд.). Cengage Обучение. п. 48. ИСБН 9780766816343 .

[JensenHelsel1985-13] Сесил Ховард Дженсен и Джей Д. Хелсель (1985). Основы инженерного черчения (2-е изд.). Подразделение Грегг, МакГроу-Хилл. стр. 28 . ISBN 9780070325340 .

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

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

[Comninos1989-16] Питер П. Комнинос (1989). «Компьютерная графика и анимация для дизайнеров интерьера и промышленности». В Джоне Лэнсдауне; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Спрингер. стр. 216–217 . ISBN 9780387968964 .

[Steadman1989-17] Филип Стедман (1989). «Компьютерная помощь процессу проектирования». В Джоне Лэнсдауне; Рэй А. Эрншоу (ред.). Компьютеры в искусстве, дизайне и анимации . Спрингер. стр. 158 . ISBN 9780387968964 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]