Maschinen und ihre Mechanismen: Eine umfassende Erklärung

Eine Maschine ist eine Anordnung von Teilen oder Organen, die gekoppelt sind, um die Wirkung einer Kraft zu ermöglichen oder zu regulieren, mit dem Ziel zu arbeiten.

Die Maschine besteht aus Mechanismen, die durch die Struktur gebildet werden. Die Mechanismen sind an jedem Teil gekoppelt.

Eine Werkzeugmaschine enthält Werkzeuge, die auf der Maschine montiert sind, um mechanische Bewegungen auszuführen.

Der Block, die Füße, der Rahmen usw. sind Teil der Struktur einer Maschine.

Die Achsen, Räder, Führungen, Riemenscheiben, Zahnräder, Kurbeln usw. sind Teil des Mechanismus einer Maschine.

Die Art der Bewegung, die eine Maschine ausführt, ist gerade, gebogen und alternierend.

Dieser Schritt folgt einer geraden Flugbahn, sowohl vertikal als auch horizontal.

Die Bewegung bewegt sich entlang einer gekrümmten Flugbahn.

Die Alternative ist eine Richtung, die abwechselnd horizontal und vertikal in die gleiche Richtung verläuft.

Physikalische Maschinen

Kraft (F) = größte zu einem [N = kg · m/s²] N = Newton
Arbeit (W) = F · x [J = N · m] J = Joule
Mechanische Leistung (P) = W / t [CV = J / s] = HP Pferdestärke
Wirkungsgrad = Genutzte Arbeit / Aufgewendete Arbeit [%]

Einfache Maschinen

Einfache Maschinen werden verwendet, um mittels Muskelkraft und der Gestaltung von anderen Maschinen zu arbeiten. Die grundlegenden einfachen Maschinen sind der Hebel, die schiefe Ebene, die Schnecke, das Rad und die Kurbel.

Komplexe Maschinen

Komplexe Maschinen sind die treibende Kraft, klassifiziert nach ihrem Zweck in Energieerzeuger und Betriebsgeneratoren.

Die Maschinen oder mehrere Motoren wandeln mechanische Energie in andere Energieformen wie Wasserkraft, Windkraft, Elektrizität usw. um.

Energieerzeugende Maschinen (Dynamos und Generatoren) nutzen Wasserkraft, Wind, fossile Brennstoffe usw. und wandeln sie in Strom um.

Betriebsmaschinen (Drucklufthämmer, Aufzüge usw.) wandeln eine Energieart (Elektrizität, fossile Brennstoffe usw.) in eine alternative oder Drehbewegung (mechanische Arbeit) um.

Der Hebel

Ein Hebel ist eine starre Stange, die sich um einen Drehpunkt dreht, der als Fulcrum bezeichnet wird. Die Hebelkraft muss den Widerstand überwinden, um einen Punkt anzuwenden. Je näher sich der Widerstand am Fulcrum befindet, desto weniger Kraft muss aufgewendet werden, um ihn zu überwinden.

Die Hebel werden in erste, zweite und dritte Art eingeteilt:

Die erste Art sind diejenigen, bei denen sich Kraft und Widerstand zwischen dem Fulcrum befinden. Beispiele: Waagen, Zangen, Scheren, Wippen, Schranken an Bahnübergängen...

Die zweite Art sind diejenigen, bei denen sich der Widerstand zwischen Kraft und Fulcrum befindet. Beispiele: Schubkarren, Nussknacker, Bremspedal im Auto...

Die dritte Art sind diejenigen, bei denen sich Kraft und Widerstand zwischen dem Fulcrum befinden. Beispiele: Pinzetten, Angelruten...

Das Gesetz des Hebels besagt, dass die Kraft multipliziert mit ihrem Arm gleich dem Widerstand multipliziert mit seinem Arm ist (der Abstand zum Fulcrum). F · d1 = R · d2

Die schiefe Ebene

Die schiefe Ebene wird verwendet, um ein Objekt auf eine höhere Ebene zu bewegen, mit geringerem Aufwand, als wenn es vertikal angehoben würde. F · l = P · h

Die schiefe Ebene wird verwendet, um Waren zu bewegen, Treppen zu vermeiden, Werkzeuge usw.

Die Schraube

Eine Schraube ist ein Teil mit einem zylindrischen oder kegelförmigen Außengewinde, das als Gewinde bezeichnet wird. Der Schraube-Mutter-Mechanismus wandelt Kreisbewegung in eine geradlinige Bewegung um und wird als Befestigungselement für lösbare Verbindungen verwendet. Sie findet sich in Schrauben, Korkenziehern, Schraubstöcken, Schraubenschlüsseln usw.

Die Gewindesteigung (p) ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gängen einer Schraube oder Mutter.

Der Widerstand (R), der überwunden werden muss, um eine Schraube zu drehen, wenn sie in eine Mutter eingeschraubt ist, hängt von der Kraft (F) ab: p = F · 2 · π · R

Gewinde können nach der Drehrichtung links- oder rechtsgängig sein. Basierend auf der Anzahl der Gänge können sie ein- oder mehrgängig sein. Basierend auf der Form des Gewindes können sie dreieckig, trapezförmig, rechteckig, rund usw. sein.

Europa nutzt das metrische System, bei dem Millimeter die Einheit ist. Beispiel: M10 bedeutet ein metrisches Gewinde mit 10 mm Durchmesser.

Das Whitworth-System verwendet Zoll als Einheit. Beispiel: W-3/8 ist ein Whitworth-Gewinde mit 3/8 Zoll (9,52 mm).

Das Rad und die Kurbel

Das Rad wurde als Durchbruch oder Einkaufswagen erfunden, der es dem Rad ermöglicht, sich zu drehen.

Die Kurbel ist eine Welle, die an einem Ende mit einem rotierenden Teil befestigt ist. Wichtige Anwendungen: die Kurbelwelle eines Fahrzeugs, das Ruder eines Bootes, ein Wasserhahn usw.

Die Kurbel dreht sich und ist mit einer Walze verbunden, die sich dreht und an der Kurbel endet.

Die Riemenscheibe

Die Riemenscheibe ist ein zylindrisches Teil mit einem zentralen Loch, das auf einer Achse befestigt ist und deren Rotation ermöglicht. Riemenscheiben können flach, geriffelt oder gezahnt sein.

Die Rolle ist eine feste Rolle auf ihrer Achse, die als Hebel erster Art fungiert (F = R).

Die bewegliche Riemenscheibe ist am Punkt der Unterstützung befestigt und nicht an der Achse. Das Seil, die feste Riemenscheibe und die bewegliche Riemenscheibe sind die Regel in Kombination.

Die Kombination von mehreren Riemenscheiben wird als Flaschenzug bezeichnet und reduziert die Kraft, die aufgewendet werden muss, um den Widerstand zu überwinden.

Das Getriebe

Ein Mechanismus besteht aus zwei Zahnrädern, bei denen das Drehen des einen das andere antreibt.

Die Zahnräder können außen oder innen verzahnt sein.

Räder mit geraden Zähnen

Der Durchmesser ist ein primitives Element, bei dem die Arbeit durch die Tangente der theoretischen Zähne eines Zahnrads realisiert wird. Sie ist direkt proportional zur Anzahl und Form der Zähne. d = m · Z

Teilung (größter Kreis) p = P
Modul (Zahnteilung) m = Keiner der Zähne
Fußhöhe des Zahns · m = 1,25
Zahnhöhe = a + a1
Außendurchmesser = d + 2a
Innendurchmesser = d - 2A1