Чтобы понять, как работает машина или механизм, не обязательно разбирать устройство на отдельные детали. Во многих случаях достаточно рассмотреть его кинематическую схему. Она показывает основные звенья механизма, их соединения и путь передачи движения. Умение читать такие схемы помогает определить, откуда начинается движение, какие элементы передают его дальше, как меняются скорость и направление движения и какой элемент в итоге выполняет полезную работу.
Кинематические схемы используют для изображения самых разных механизмов. На них можно увидеть валы, механические передачи, подвижные звенья, рабочие органы и другие элементы. При этом реальные детали изображаются условно и упрощённо. Поэтому для правильного чтения схемы важно знать основные обозначения и понимать принцип работы механических передач.
Что такое кинематическая схема
Кинематическая схема — это условное графическое изображение механизма, показывающее его основные звенья, соединения и передачу движения.
На такой схеме важно прежде всего определить, какие звенья участвуют в движении и как они взаимодействуют друг с другом.
Ведущее звено — это звено, которое передаёт движение следующему элементу механизма.
Ведомое звено — звено, которое получает движение.
Механическая передача — устройство для передачи механического движения от одного звена к другому.
Таким образом, при чтении кинематической схемы нужно не просто назвать изображённые детали, а проследить всю последовательность передачи движения — от источника до рабочего органа.
Основные виды механических передач
В машинах и механизмах могут использоваться различные способы передачи движения. Среди основных механических передач можно выделить зубчатую, ременную, цепную, фрикционную и червячную.
Зубчатая передача
Зубчатая передача состоит из взаимодействующих зубчатых колёс. Когда одно колесо начинает вращаться, его зубья воздействуют на зубья второго колеса и приводят его в движение.
Два непосредственно соприкасающихся зубчатых колеса вращаются в противоположных направлениях. Поэтому зубчатая передача позволяет не только передавать вращение, но и изменять его направление.
Ременная передача
В ременной передаче используются шкивы, соединённые ремнём. Один шкив является ведущим и приводит ремень в движение. Ремень, в свою очередь, заставляет вращаться второй шкив.
При чтении кинематической схемы ременную передачу можно узнать по двум шкивам и соединяющему их ремню.
Цепная передача
Цепная передача включает два колеса и охватывающую их цепь. Вращение одного элемента через цепь передаётся другому.
На схеме такую передачу важно отличать от ременной: в одном случае элементы соединяет ремень, а в другом — цепь.
Фрикционная передача
Во фрикционной передаче движение передаётся между соприкасающимися поверхностями вращающихся элементов. Один элемент приводит во вращение другой непосредственно через контакт поверхностей.
Червячная передача
Червячная передача состоит из червяка и взаимодействующего с ним зубчатого колеса. Её внешний вид заметно отличается от обычной зубчатой передачи, поэтому на рисунках и схемах её можно определить по характерной форме червяка.
Несмотря на различия, все перечисленные устройства выполняют общую функцию: передают механическое движение от одного звена к другому. В процессе передачи могут изменяться направление движения и скорость вращения.
Как читать простую кинематическую схему
Чтение схемы удобно выполнять в определённой последовательности. Такой порядок помогает не пропустить важные элементы механизма и правильно понять принцип его работы.
- Определить назначение машины или механизма.
- Найти источник движения.
- Найти ведущее звено.
- Определить передачи, валы и соединения.
- Проследить путь движения к рабочему органу.
- Определить, что изменяется по пути: скорость, направление или вид движения.
Именно последовательное чтение схемы позволяет увидеть механизм не как набор отдельных условных обозначений, а как единую работающую систему.
Источник движения и рабочий орган
Первый элемент, который следует найти на схеме, — источник движения. Например, таким источником может быть электродвигатель.
От двигателя движение передаётся дальше через другие элементы механизма. На простой схеме за двигателем может находиться ведущий шкив ременной передачи. Он приводит в движение ремень, а затем ведомый шкив.
После ременной передачи движение может перейти на зубчатую передачу. При взаимодействии двух зубчатых колёс направление вращения изменяется: соседние колёса вращаются в противоположные стороны.
В конце кинематической цепи располагается рабочий орган — элемент, непосредственно выполняющий необходимое действие. Например, в качестве рабочего органа на схеме может быть показана крыльчатка или пропеллер.
Таким образом, путь движения можно представить как последовательность:
источник движения → механическая передача → следующая передача → рабочий орган.
Как определить изменение движения
При анализе схемы важно следить не только за тем, куда передаётся движение, но и за тем, что с ним происходит.
В механизмах встречаются разные виды движения:
- вращательное — звено вращается вокруг оси;
- колебательное — звено совершает движения в одну и другую сторону;
- поступательное — звено перемещается по направляющей вперёд и назад.
Один из важных признаков работы механизма — способность преобразовывать один вид движения в другой.
Рычажный механизм и его элементы
Рассмотрение рычажного механизма позволяет увидеть, как движение последовательно передаётся между соединёнными звеньями и преобразуется.
В такой схеме могут присутствовать следующие элементы:
- кривошип;
- промежуточное звено;
- коромысло;
- тяга;
- ползун;
- неподвижная опора;
- направляющая.
Кривошип соединён с неподвижной опорой и может совершать вращательное движение. Через промежуточное звено движение передаётся коромыслу.
Коромысло совершает уже не полное вращение, а колебательное движение. Далее через тягу движение передаётся ползуну. Ползун перемещается вдоль направляющей поступательно.
Получается последовательное преобразование:
вращательное движение → колебательное движение → поступательное движение.
Такая схема хорошо показывает, почему при чтении кинематического изображения недостаточно просто назвать детали. Необходимо определить характер движения каждого звена и понять, каким становится движение после прохождения через механизм.
Что такое кинематическая схема привода
Более сложные схемы могут показывать работу целого привода. В такой кинематической цепи движение проходит через несколько устройств прежде, чем достигает рабочих элементов.
На схеме привода можно встретить:
- электродвигатель;
- муфту;
- редуктор;
- карданную муфту;
- карданный вал;
- дифференциал;
- ведущую ось с колёсами.
Чтение такой схемы также начинается с источника движения. Если источником является электродвигатель, сначала необходимо найти его обозначение, а затем последовательно двигаться по схеме в сторону колёс.
Как движение передаётся от двигателя к колёсам
Движение начинается от электродвигателя. Через муфту оно передаётся к редуктору.
Редуктор служит для изменения частоты вращения и крутящего момента. После него движение через карданную муфту поступает на карданные валы.
Карданные валы передают вращение дальше — к дифференциалам, а от них движение поступает к ведущим осям с колёсами.
Путь движения можно представить в следующем виде:
электродвигатель → муфта → редуктор → карданная муфта → карданный вал → дифференциал → ведущая ось с колёсами.
Для чего нужен дифференциал
Дифференциал является одним из элементов привода. Он передаёт движение к колёсам и позволяет колёсам одной оси вращаться с различной скоростью при повороте.
Поэтому при чтении кинематической схемы важно не только правильно назвать дифференциал, но и понимать его место в общей цепи передачи движения.
Как анализировать кинематическую схему
При работе со схемой полезно мысленно задавать к каждому её участку несколько вопросов:
- Где находится источник движения?
- Какое звено является ведущим?
- Какому элементу передаётся движение дальше?
- Какая механическая передача используется?
- В каком направлении вращаются элементы?
- Меняется ли скорость движения?
- Изменяется ли вид движения?
- Какой элемент является рабочим органом?
Ответив на эти вопросы, можно последовательно восстановить принцип действия всего механизма.
От отдельных элементов — к принципу работы механизма
Главная задача чтения кинематической схемы заключается не в запоминании большого количества условных изображений. Гораздо важнее научиться видеть связи между элементами.
Сначала определяется источник движения. Затем находится ведущее звено и прослеживается передача движения от одного элемента к другому. После этого определяется вид механической передачи и характер движения отдельных звеньев. В конце устанавливается, какой элемент выполняет функцию рабочего органа.
Если механизм состоит из нескольких частей, его удобно рассматривать поэтапно. Например, сначала определить ременную передачу, затем зубчатую, после этого установить направление вращения колёс и только затем перейти к рабочему органу.
Почему важно уметь читать кинематические схемы
Кинематическая схема помогает представить работу механизма в упрощённом и понятном виде. По ней можно определить, где возникает движение, через какие элементы оно проходит и каким становится к концу кинематической цепи.
Для уверенного чтения схем необходимо различать основные механические передачи, понимать значения понятий «ведущее звено» и «ведомое звено», определять характер движения и уметь прослеживать его путь.
При анализе более сложных механизмов эти же действия выполняются последовательно: от двигателя — к передачам и валам, от них — к другим элементам привода и далее к рабочему органу.
Главное
Кинематическая схема показывает основные звенья механизма, их соединения и передачу движения.
Механические передачи служат для передачи движения между звеньями. К основным видам относятся зубчатая, ременная, цепная, фрикционная и червячная передачи.
При чтении схемы необходимо найти источник движения, определить ведущее звено, распознать передачи, проследить путь движения и установить рабочий орган.
В механизмах движение может не только передаваться, но и преобразовываться. Например, вращательное движение может переходить в колебательное, а затем в поступательное.
Последовательный анализ кинематической схемы позволяет понять принцип работы машины или механизма и объяснить, каким образом движение передаётся от источника к рабочему органу.