Механизм

Механи́зм

(от греч. mechane — машина)

система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения др. тел. М. составляют основу большинства машин (См. Машина), применяются во многих приборах, аппаратах и технических устройствах. Твёрдое тело, входящее в состав М., называемое звеном, может состоять из одной или нескольких неподвижно соединённых деталей (отдельно изготовленных частей). Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой (См. Кинематическая пара) (см. также Кинематика механизмов). Наиболее распространённые кинематической пары: вращательная (шарнир), поступательная (ползун и направляющая), винтовая (винт и гайка), сферическая (шаровой шарнир). Если в преобразовании движения, кроме твёрдых тел (звеньев), участвуют жидкие или газообразные тела, то М. называют соответственно гидравлическим или пневматическим.

Для изучения движения звеньев М. составляется кинематическая схема, на которой указываются данные, необходимые для определения положения звеньев. На рис. 1 показан чертёж М. двигателя внутреннего сгорания и его кинематическая схема. На кинематической схеме кривошип и шатун условно представлены в виде отрезков, соединяющих центры шарниров, ползун — в виде прямоугольника, стойка О — в виде отрезка со штриховкой, изображающего направляющую ползуна, и треугольника с шарниром, имеющим неподвижную ось вращения. Для определения по кинематической схеме положения всех подвижных звеньев М. достаточно знать положение одного звена. Звено, положение которого для любого момента времени задано, называют начальным. При исследовании М. число начальных звеньев должно совпадать с числом его степеней свободы (См. Степеней свободы число), т. е. с числом независимых переменных, определяющих положения всех звеньев. М. двигателя внутреннего сгорания имеет одну степень свободы; в качестве независимой переменной для М. можно принять угол φ. В шарнирном М. с двумя степенями свободы, (рис. 2) независимыми переменными могут быть углы φ₁ и φ₂, или φ₁ и φ₃, или, наконец, φ₂ и φ₃.

М. применяется в тех случаях, когда нельзя получить непосредственно требуемое движение тел и возникает необходимость в преобразовании движения. Например, ротор электродвигателя и подшипники, в которых он вращается, не образуют М., т. к. в этом случае электроэнергия непосредственно преобразуется в требуемое движение без какого-либо промежуточного преобразования механического движения. М. появляется только тогда, когда требуется уменьшить угловую скорость выходного вала, т. е. устанавливается понижающая зубчатая передача. М. двигателя внутреннего сгорания преобразует прямолинейное движение поршня во вращательном движение коленчатого вала. М., предназначенный для преобразования вращательных или прямолинейных движений во вращательные (и наоборот), называется передаточным М., или передачей (См. Передача). В зависимости от вида звеньев различают зубчатые, рычажные, фрикционные, цепные, ремённые передачи. К этому же типу М. относятся гидро- и пневмопередачи. М., служащий для воспроизведения движения некоторой точки по заданной траектории, называется направляющим. Наибольшее распространение имеют М., воспроизводящие движение по прямой линии (прямолинейно-направляющие) и по дуге окружности (круговые направляющие). М., предназначенные для сложного перемещения твёрдого тела в пространстве или в плоскости, называются перемещающими.

В 60 — начале 70-х гг. 20 в. появились новые М., созданные для выполнения задач, связанных с космической техникой (М. для передачи вращения в вакууме, М. пространственной ориентации), медицинской техники (регулируемые аппараты, биопротезы), для работы в средах, недоступных или опасных для человека (подводные глубины, космос, атомные реакторы). Для выполнения этих работ нашли применение манипуляторы, основу которых составляют пространственные М. со многими степенями свободы. Развитие манипуляторов привело к созданию промышленных Роботов, позволяющих автоматизировать процессы обработки, монтажа и сборки изделий. См. также Машин и механизмов теория.

Лит.: Кожевников С. Н., Есипенко Я. И., Раскин Я. М., Механизмы, 3 изд., М., 1965; Артоболевский И. И., Механизмы в современной технике, т, 1—2, М., 1970—71.

И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский.

Рис. 1. Чертёж (а) и кинематическая схема (б) механизма двигателя внутреннего сгорания; 1 — коленчатый вал (кривошип); 2 — шатун; 3 — ползун; О — стойка; φ — независимая переменная, угол поворота кривошипа.

Рис. 2. Схема шарнирного механизма с двумя степенями свободы (с двумя начальными звеньями).