Без кинематической схемы невозможно представить ни один вид оборудования. Речь идет как об автомобилях, тракторах, станках, так и о более простых типах механизмов. В целом кинематика представляет собой специальный отдел в механике, который направлен на изучение свойств звеньев механизмов. Наука позволяет провести кинематический анализ посредством изучения траекторий движения звеньев, определения точек, положений и скоростей элементов. Достижение конечного результата невозможно без обоснования понятия "кинематическая схема", о чем и пойдет речь в данной статье.
Что такое схема кинематическая? Основные понятия
Если коротко ответить на этот вопрос, то кинематическая схема - это некий рисунок или документ, если так можно выразиться, на котором изображены все механические звенья с указанием размеров. Очень часто звенья схемы называют кинематическими парами. Если дать определение научным языком, то это сопряженные твердые элементы в количестве 2 штук, которые благодаря условиям связи ограничивают движение друг друга.
Наличие размеров необходимо для проведения кинематического анализа, который изучает основы движения механизмов, их траектории и скорости. Решить задачи кинематики можно как графически, так и экспериментально.
В общем, о кинематической схеме мы говорим тогда, когда анализируем тип механизма. Им называют некую систему тел, которая преобразует движение одних для требуемого движения других. В состав любого механического элемента входят звенья - несколько твердых частиц, жестко соединенных между собой. Звено, которое считают неподвижным, называют стойкой.
Элементом кинематической пары или звена называют систему поверхностей и линий, по которой одно звено соприкасается с другим. Эту точку еще именуют узлом сопряжения.
Области применения кинематических схем
Кинематическая схема применяется абсолютно во всех областях промышленности - машиностроении, станкостроении и т. д. Все правила выполнения регулируются специальным документом - так называемым ГОСТом.
Правила выполнения схем
Существует несколько основных законов составления кинематических чертежей:
- Документ может быть выполнен как на бумаге, так и на электронном носителе. Рекомендуется составлять конструкторские схемы на одном листе с возможностью деления его на необходимые форматы при печати.
- В случае использования сложных схем допускается применение мультимедийных средств, то есть можно показать движение в динамике наглядным образом.
Кинематические чертежи подразделяют на три вида: принципиальные, структурные и функциональные. Правила их составления также отличаются друг от друга.
Что касается принципиальных схем, то на рисунке обязательно должны быть нанесены все виды связей между элементами. Документ предоставляют в виде развертки. Принципиальная кинематическая схема, обозначения которой разработчик указывает на полях, должна изображаться в контуре изделия в аксонометрической проекции. Более подробные правила по их составлению можно узнать по ГОСТ 2.303 и 2.701.
Главное отличие структурных схем от принципиальных заключается в том, что на первых изображаются функциональные части изделия и отношения между ними. Как правило, их представляют в виде графических изображений или аналитической записи.
Функциональные схемы иллюстрируют взаимосвязи между частями элементов, которые изображаются простыми геометрическими фигурами.
Кто регулирует правильность составления схем?
Правила составления прописаны в межгосударственных документах по стандартизации. За вступление в силу этого документа проголосовало большинство стран мира много лет назад. Периодически в ГОСТ вносятся изменения, это и понятно - научный прогресс не стоит на месте, наука развивается, а вместе с ней претерпевают изменения и регулирующие документы. Помимо основного стандарта, правила выполнения кинематических схем прописаны в в Единой системе конструкторской документации.
Определение строения механизмов
Как уже было сказано выше, все механизмы состоят из определенного количества кинематических пар. Они подразделяются на несколько основных:
- по виду места связи - на низшие и высшие;
- по способу замыкания;
- по относительному движению в паре - на поступательные, вращательные, цилиндрические и т. д.
Кинематические схемы механизмов определяют их структуру. Если дать этому понятию определение, то это - совокупность всех элементов устройства и отношений между ними. Кроме того, чтобы определить строение механизма, нужно установить состав входящих звеньев.
На основе приведенных классификаций выделяют основные виды элементов машины, которые определяют ее строение:
- стойка;
- шатун;
- кривошип;
- ползун.
Виды механизмов
Существует большое количество различных конструкций. Чаще всего механизмы подразделяют на:
- рычажные или стержневые;
- фрикционные;
- кулачковые;
- механизмы с гибкими звеньями;
- зубчатые и др.
Среди основных классификаций механизмов выделяют такую, которая подразделяет их на три группы:
- функциональные (по принципу выполнения технологического процесса);
- структурные (по строению);
- структурно-конструктивные (по конструктивным принципам).
Более подробно о кинематических схемах будет рассказано на примере электропривода.
Что такое привод? Его предназначение
Прежде чем говорить о кинематической схеме привода, нужно знать, что это такое. Привод - специальное устройство, которое приводит в действие машины при помощи двигателя. Иными словами, механизм начинает движение от потока энергии, которая идет либо от двигателя, либо от дополнительных элементов. Кинематическая схема редуктора незаменима при изучении понятия "привод". Это устройство представляет собой механизм из червячных или зубчатых колес, который передает вращение от двигателя непосредственно к валу машины. Его корпус состоит из подшипников, валов и зубчатых колес.
Кинематическая схема привода
В любом приводе все элементы, связанные между собой, оказывают определенное влияние друг на друга. То есть изучения движения только одного звена будет недостаточно, важно учитывать и их взаимное влияние. Для этого все силы в конструкции приводят к единой точке, как правило, это вал двигателя. Кинематическую схему привода называют эквивалентной, а параметры - приведенными.
Схемы этого оборудования состоят из таких основных элементов, как:
- электродвигатель;
- открытая передача;
- редуктор;
- приводной вал машины;
- муфта.
Это классический состав кинематической схемы, некоторые элементы могут отсутствовать.
Кинетическая схема других механизмов
Кинематика - наука, изучающая различные конструкции, поэтому для любого типа оборудования схема своя. Рассмотрим чертеж наиболее часто встречаемого агрегата - станка. Конечно, существует целый ряд других механизмов, и на изучение их схем может уйти масса времени. Изображения сложных конструкций более детально рассматриваются учеными, механиками и любителями кинематики.
Станок - простой пример механизма, который приводится в действие благодаря определенным силам. Исполнительными органами конструкции являются: стол, суппорт, шпиндель и другие детали. Цепи кинематики станка состоят из различных передач, которые размещены в определенной последовательности. Кинематические схемы передач могут иметь в своем составе ременные, зубчатые или червячные механизмы. На чертеже все элементы обозначаются специальными знаками, которые прописаны в ГОСТе 3462-61. Кинематическая схема станка обязательно включает в себя шаги ходовых винтов, модули захода червяков, число оборотов двигателей, мощность и т. д.
Современное оборудование имеет не только механические передачи, зачастую применяют гидравлические или пневматические устройства, и, соответственно, в паспортах станков можно встретить не кинематические схемы, а комбинированные пневмогидравлические или электрические.
Современный мир машин и деталей огромен, существуют тысячи разнообразных механизмов и элементов. Однако каждый механический агрегат имеет свою кинематическую схему, будь то кран, подвеска автомобиля, металлорежущий станок или буровая вышка. Кинематические чертежи и конструкторские описания помогают разобраться со структурой и составом механизмов, облегчают процесс изучения движения элементов и звеньев в цепи. Благодаря таким схемам и науке кинематике в целом научно-технический прогресс не стоит на месте, появляются все более совершенные механизмы, станки и агрегаты, которые активно входят в нашу с вами жизнь.
