Мир вокруг нас пронизан механизмами – от мельчайших биологических структур до грандиозных инженерных сооружений. Понимание того, как устроено движение, как передаются силы и как рождается сложность из простых элементов, всегда было в центре человеческого познания. Сегодня, благодаря достижениям в области компьютерного моделирования, мы можем глубже погрузиться в эту увлекательную сферу.
2700 Анимированные механические механизмы Nguyen Duc Thang (загружено до 31 октября 2017 года) - один из лучших каналов YouTube, который когда-либо видел. Ушедший в отставку в 2002 году инженер-механик, доктор технических наук Nguyễn Đức Thắng взял на себя огромную задачу: создать трехмерные модели практически всех мыслимых механизмов в Autodesk Inventor и анимировать их для вашего развлечения и просветления. И нет, я не наблюдал за ними всеми за вас, но уверен, что вам будет интересно потратить хотя бы пару часов для просмотра.
Если вы на самом деле ищете что-то конкретное с таким большим количеством продемонстрированных механизмов, YouTube не является идеальной таблицей поиска. К счастью, Нгуен Дык Тханг также подготовил несколько сотен страниц документации (в формате PDF, в архиве), чтобы сопровождать с каждым механизмом, классифицированным, описанным и связанным с видео - включая изображения, краткие описания и ссылки на YouTube, можно скачать по адресу.
Список состоит из 4 частей:
Часть 1: Передача непрерывного вращения
Часть 2: Другие виды передачи движения
Часть 3: Механизмы специального назначения
Часть 4. Механизмы для различных отраслей промышленности.
Автоматические механизмы.
Автоматический механизм — машина, самостоятельно действующее устройство (или совокупность устройств), выполняющее по жёстко заданной программе, без непосредственного участия человека, процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, Представьте себе, что значит создать механическую машину, которая может писать в 1770 году? «Писатель», часовой автоматический механизм, который был создан еще в 1770-х годах известным часовщиком швейцарского происхождения, Пьером Жаке-Дро.
Созданный механизм состоит из около 6 000 деталей, каждая их которых ручной работы, миниатюрна и адаптирована чтоб поместиться в игрушечное тело, представлял собой сидящую за столом куклу, размером с пятилетнего ребенка. Важную роль в механизме играют кулачки игрушки, потому что они контролируют не только штрихи пера, а и уровень давления на бумагу. Это изделие обогнало время — попробуйте предположить, сколько времени понадобилось создателю данного автоматического механизма, сколько терпения и находчивости было положено для достижения желаемого результата.
Тело было сделано из дерева, голова — из фарфора, на изготовление у часовщика ушло 20 месяцев, он предназначался для записи слов и предложений до 40 символов. Заводной малыш выводит гусиным пером на чистом листе бумаге фразы (что-то вроде «Я люблю тебя, мой Минск». Не смотря на столь серьезный возраст механических компонентов, механизм отлично работает и по сей день, шокирую всех своей сложностью. Писатель способен следить глазами за словами, которые он воспроизводит. Сложность данного механизма невероятна. Как происходит весь описанный выше процесс, вы можете увидеть в видео ролике ниже.
Изучение кинематики и механизмов началось с Архимеда, который применил геометрию для изучения рычага, но полное математическое описание пришлось подождать до конца 1800-х годов, однако из-за сложности полученных уравнений изучение и разработка сложных связей очень упростилась с появлением цифрового компьютера.
Механические связи в целом представляют собой группу тел, связанных друг с другом для управления силами и движением. Тела или звенья, которые образуют связь, связаны друг с другом в точках, называемых опорами. Возможно, самый простой пример - это рычаг, который состоит из жесткой штанги, которая может поворачиваться вокруг точки опоры, используемой для получения механического преимущества: вы можете поднять объект, используя меньшее усилие при длинном рычаге, чем вес объекта.
Будь в моем распоряжении другая земля, на которую можно было бы встать, я сдвинул бы с места нашу.
Механизмы есть везде.
Механизмы есть везде, например четырехзвенная связь представляет собой шарнирную трапецию - тип механической связи, которая используется во многих различных устройствах. Существует четыре варианта связывания четырех стержней, и, как вы можете догадаться, процесс проектирования для получения необходимых нам сил и движений - задача не из легких. Соединение стержня и втулки в плоскости – скользящая заделка. Жесткая заделка ограничивает сразу все возможные степени свободы. Шарнирно-неподвижная опора ограничивает линейные перемещения, но допускает поворот относительно точки. В шарнирно-подвижной опоре может возникать только одна реакция, в такой опоре допустим поворот сечения, линейное перемещение в одном из направлений. Вот несколько примеров: запирающие клещи, нефтяные насосы, погрузчики, двигатели внутреннего сгорания, компрессоры и пантографы.
В биологии мы также можем найти примеры этой связи, как в коленном суставе человека, где механизм позволяет вращение и удерживает кости двух ног прикрепленными друг к другу. Коленный сустав человека представляет собой тип биологического шарнира, который позволяет двигаться только под одним основным углом. Колено соединяет бедренную кость (верхняя кость ноги) с большеберцовой костью (большая из двух костей голени). Эти две кости сидят рядом друг с другом и могут свободно вращаться вокруг одной оси. В случае человеческого колена это достигается с помощью четырехзвенной связи, состоящей из двух костей вместе с передней крестообразной связкой и задней крестообразной связкой.
Он также присутствует в некоторых рыбных челюстях, которые эволюционировали, чтобы воспользоваться преимуществом умножения силы, которое может обеспечить механизм четырех стержней. Рыба-попугай живет на коралловых рифах, из которых он питается, и должна размолоть коралл, чтобы добраться до полипов внутри. Для этой работы ей нужен очень сильный укус. У них на челюстях зубы сливаются, образуя подобие «клюва попугая», который состоит из двух разделенных швом пластинок на каждой челюсти. Рыба-попугай получает механическое преимущество для мышечной силы, используя четыре стержня в своих челюстях!
Дополнительные Источники Механической Мудрости
Помимо канала Нгуена Дык Тханга, существуют и другие замечательные ресурсы:
- "507 механических движений" Генри Т. Брауна (1871): Классическая оцифрованная книга с гравюрами механизмов. Цифровые архивы (Пример) делают ее доступной.
- Цифровая библиотека механизмов и передач (DMG Lib): Современный, постоянно пополняемый ресурс с 3D-моделями и информацией (https://dmg-lib.org/).
- Mekanizmalar.com: Отличный сайт с анимациями и объяснениями множества механизмов (https://www.mekanizmalar.com/).
С их помощью можно:
- Обходиться без разборки реальных устройств.
- Демонстрировать принципы работы механики детям.
- Ускорить конструирование и верификацию собственных проектов.
Первые спроектированные механизмы, возможно, получились бы компактнее, если я бы увидел это раньше.
Желаю счастливого начала дня, пусть сегодня все будет удаваться и гармонично складываться. Если у вас есть, что добавить по теме, не стесняйтесь. Понравился пост? Поделись с друзьями!
