Kinematik von Maschinen im Maschinenbau

Wenn wir uns auf die Untersuchung der Kinematik von Maschinen beziehen, beziehen wir uns auf die Beziehung zwischen den Teilen der Maschine und darauf, wie sich diese Teile verhalten, wenn sie sich durch ihre Bewegungsbereiche bewegen. Dies bedeutet, dass die Relativbewegung von Maschinenteilen, dh wie sie sich zueinander, ihrer Position, Entfernung, Geschwindigkeit und Beschleunigung verhalten, ein besonderes Anliegen ist.

Wenn es um die Kinematik von Maschinen geht, wird ein Mechanismus als eine Kette mit einem System von miteinander verbundenen Gliedern betrachtet. Diese Kette ist eingeschränkt, was bedeutet, dass eine unabhängige Bewegung eines Teils nicht möglich ist. Diese Teile sind miteinander verbunden und bewegen sich alle miteinander. Die Bewegung an einem beliebigen Glied in dieser kinematischen Kette führt zu einer vorhersehbaren und relativen Bewegung für jedes der anderen. Mit “Kette” meine ich nicht unbedingt eine Kette im physischen Sinne, sondern die Tatsache, dass die Teile des Mechanismus miteinander verbunden sind.

Um zu veranschaulichen, wovon ich spreche, betrachten wir den in Abbildung 1 gezeigten Benzinmotor.

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Abbildung 1

Lassen Sie uns den Motor auf die Seite legen und die Teile eines seiner Antriebsstränge benennen, damit Sie ihn leichter verfolgen können. Dies ist in Abbildung 2 dargestellt.

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Figur 2

Angenommen, Sie möchten analysieren, wie schnell sich der Motorkolben zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Betriebs bewegt. Angenommen, Sie wissen weiter, wie schnell sich die Kurbelwelle dreht. Wo würden Sie mit Ihrer Analyse beginnen?

Nun, wenn Sie die Bewegungen der Teile einer Maschine untersuchen, ist es nützlich, die Teile zuerst in Skelettform zu zeichnen, damit nur die Dimensionen berücksichtigt werden, die ihre Bewegungen beeinflussen. Stellen wir die kinematische Kette von Abbildung 2 in Skelettform dar. Siehe Abbildung 3

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Figur 3

Schließlich verschönern wir das Skelett mit der Darstellung der Winkel, die im Spiel sind, wenn sich die Teile unseres Motors bewegen, und fügen die relevanten Symbole hinzu, mit denen wir die Gleichungen erstellen können, mit denen wir arbeiten werden. Dies ist in Abbildung 4 dargestellt.

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Figur 4

Während der Motor läuft, dreht sich die Kurbel AB um die Mitte der Kurbelwellenachse A. Die Pleuelstange BC ist am Stift C am Kolben befestigt. Der Kolben bewegt sich vor und zurück, wenn sich AB dreht. Hier wird es etwas knifflig, und für einige von Ihnen mag es wie ein Fremdcode oder eine Fremdsprache erscheinen.

Tangentialgeschwindigkeit V.zweite Die Kurbelwellenachse B ist in 4 als Vektor gezeigt. Ein Vektor ist etwas, das sowohl eine Größe als auch eine Richtung darstellt. Und als V.zweite es ist eine “Tangentialgeschwindigkeit”, sie bewegt sich in einer Richtung, die rechtwinklig ist, dh in einem Winkel von 90 Grad in Bezug auf die Kurbel AB. Diese Beziehung besteht immer zwischen V.zweite und die AB-Kurbel.

In dem gestellten Szenario ist V.zweite ist eine Geschwindigkeit, also nehmen wir an, ihre Größe wird in Einheiten von Zoll pro Sekunde angegeben. Die Größe des Vektors V.zweite dann steht es in direktem Zusammenhang mit der Drehzahl der Kurbelwelle AB und wird durch folgende Gleichung bestimmt:

V.zweite = 2∏RN ÷ 60

Bezugnehmend auf 4 ist R der Abstand zwischen der Mitte der Kurbelwellenachse und der Mitte des Kurbelwellenstifts in Zoll. N ist die Drehzahl der Kurbel AB in Umdrehungen pro Minute (U / min).

Wenn man den Winkel der Kurbel X, die Länge der Kurbel R und die Länge der Pleuelstange L in Fig. 4 kennt, kann man die Drehzahl des Kolbens mithilfe der Trigonometrie bestimmen. Diese Geschwindigkeit wird durch den Vektor V dargestelltC.und seine Größe oder sein Wert würde unter Verwendung der folgenden Gleichung gefunden werden …

V.C. = [VB] × [sin(X + Y)] ÷ [sin(90° – Y)]

… Wo der Winkel Y gefunden wird durch:

Y = [sin-1(R ÷ L)] × [sin(X)]

Die Analyse der Kinematik von Maschinen würde noch komplexer werden, wenn es um komplexe Mechanismen wie ungerade Glieder, Nocken und Mitnehmer sowie Getriebezüge geht.

Unser nächstes Thema im Maschinenbau wird sein: Festigkeit von Werkstoffen, Untersuchung der Eigenschaften von Werkstoffen. Die Geometrie und Dimensionierung von Bauteilen, Strukturen und Maschinenteilen wird ebenfalls untersucht.

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