SCHEMATY MECHANICZNE

Rodzaje schematów

Zasady działania maszyn, urządzeń, instalacji itd. najlepiej przedstawiać w postaci rysunków schematycznych, które są zarówno prostsze i łatwiejsze do wykonania dla kon­struktora, jak i przejrzystsze dla użytkownika, niż rysunki konstrukcyjne.

W zależności od dziedziny techniki i tematu, rozróżnia się schematy kinematyczne, elektryczne, pneumatyczne, hydrauliczne, energetyczne, technologiczne, automatycz­nego sterowania, regulacji.

Schematy kinematyczne

Schematy kinematyczne zaleca się wrysowywać w obrysy maszyn lub zespołów, które w takich przypadkach rysuje się liniami cienkimi. Jeżeli pewne części schematu nie mieszczą się w obrysie lub mogą spowodować zaciemnienie schematu, to można je wynieść poza obrys i połączyć odnośnikami z odpowiednimi miejs­cami schematu.

Szczegółowe wytyczne dotyczące wykonywania schema­tów mechanicznych zawiera norma PN-80/M-01156, a schematów kinematycznych - norma PN-82/ M-01088.

 

Mechanizm - zespół współpracujących ze sobą części składowych maszyny lub przyrządu spełniających określone zadanie, jak np. przenoszenie ruchu, sił, sygnałów.

 

Rodzaje mechanizmów:

• dźwigniowy

• jarzmowy

• korbowy

• dwuwahaczowy

• zapadkowy

• krzywkowy

• korbowo-wahaczowy

• maltański

• różnicowy

• prowadzenia

• kierowniczy

• zwrotniczy

• śrubowy

• sterowania

• kierujący

 

Mechanizm składa się z następujących elementów:

• baza (lub ostoja) - część mechanizmu, względem której odnosi się ruchy pozostałych elementów. W układzie odniesienia mechanizmu baza jest nieruchoma.

• człon czynny - bezpośrednio napędza mechanizm, pobierając energię z zewnątrz.

• człon bierny - odbiera energię i przekazuje ją na zewnątrz mechanizmu

• człony pośredniczące - elementy mechanizmu pośredniczące w przekazaniu ruchu z członu czynnego na bierny.

Człony (ogniwa) mogą mieć różne formy i spełniać różne funkcje, zwykle są to:

• człony sztywne

  • popychacz

  • koło

  • wahacz

  • dźwignia

• człony elastyczne - cięgno

  • lina

  • łańcuch

  • pas

• człony podatne

  • sprężyna

  • amortyzator

• człony pneumatyczne i hydrauliczne

 

Elementy czynny, bierny i pośredniczące połączone są ze sobą za pomocą przegubów zwanych także parami kinematycznymi.

Przegub w mechanice to połączenie dwóch elementów umożliwiające ich wzajemny ruch obrotowy dookoła osi lub punktu.

Przeguby w układach napędowych służą do przekazywania momentu obrotowego z jednego wału na inny, w przypadkach, gdy osie obrotu tych wałów są do siebie nachylone.
Wał napędowy jest nachylony do osi wałka głównego skrzyni biegów oraz do osi wałka napędzającego przekładnię główną.
Dlatego jego prawidłowa praca, niezależnie od zmian położenia mostu, jest możliwa tylko przy zastosowaniu przegubów.

Mechanizm składa się z jednego lub więcej łańcuchów kinematycznych.

 

Łańcuch kinematyczny - część mechanizmu w postaci kilku połączonych ze sobą członów tworzących jedną lub wiele par kinematycznych, realizujący zdefiniowane przeniesienie ruchu.

Łańcuchy kinematyczne dzielą się na:

• kinematyczne płaskie

• kinematyczne przestrzenne

Podstawową cechą łańcucha kinematycznego jest jego ruchliwość. Ruchliwość określa ile stopni swobody posiada łańcuch, to znaczy ile różnych typów ruchu jest w stanie przenieść.

Ruchliwość w może być:

w = 0 lub w < 0 - łańcuch sztywny

w = 1 - łańcuch normalny

w > 1 - łańcuch swobodny

Ruchliwość łańcucha oblicza się ze wzoru strukturalnego

dla łańcucha przestrzennego

w = 6(n - 1) - 5p₅ - 4p₄ - 3p₃ - 2p₂ - p₁

dla łańcucha płaskiego

w = 3n - 2p₅ - p₄

Gdzie:

n - liczba ogniw

p_n - ilość par kinematycznych n-tej klasy

Interpretacja ruchliwości obliczonej ze wzoru strukturalnego wymaga pewnego doświadczenia, w szczególności gdy wskazuje on, iż łańcuch kinematyczny jest sztywny. Taka sytuacja jest oczywista w przypadku a.

W pewnych przypadkach jednak, przy szczególnej geometrii, łańcuch teoretyczne sztywny może przenosić ruch (przypadek b). Strukturalnie jest on identyczny z a, lecz występują w nim trzy geometrycznie identyczne człony co umożliwia ruch łańcucha. Para kinematyczna, która powinna łańcuch usztywniać (wskazana czerwoną strzałką) jest węzłem biernym.

Projektując mechanizm z węzłami biernymi, konstruktor musi zdawać sobie sprawę, że zużycie elementów mechanizmu, prowadzące do drobnych zmian w ich geometrii, może doprowadzić do usztywnienia mechanizmu.

Łańcuch kinematyczny o ruchliwości równej jeden jest najczęstszym przypadkiem mechanizmu. Rodzaj ruchu członu czynnego determinuje wtedy ruch członu biernego i wszystkich członów pośredniczących. Rysunek c pokazuje typowy czworobok przegubowy o ruchliwości równej jeden.

W pewnych przypadkach wymagane jest by mechanizm miał większą ruchliwość. Typowym tego przykładem jest przekładnia obiegowa d, lub mechanizm kreślarski e. Istnieją przypadki, że w bardzo odpowiedzialnych mechanizmach powiększa się ruchliwość normalnie zabezpieczoną bezpiecznikiem, by uniknąć samousztywnienia się mechanizmu w wyniku zużycia lub odkształcenia elementów. Gdy sytuacja taka zaistnieje bezpiecznik uruchamia dodatkową parę. Mechanizm może wtedy stracić swoją funkcjonalność, lecz unika się wtedy trwałego zniszczenia mechanizmu lub środowiska w jakim pracuje.

 

 

Więzy

Podpora – miejsce (najczęściej węzeł) konstrukcji, w którym znane jest jej przemieszczenie (najczęściej zerowe), bądź zależność pomiędzy przemieszczeniem, a reakcją (podpora podatna).

Rodzaje podpór i reakcji w układzie płaskim:

a)Podpora ruchoma (podpora przegubowo przesuwna) – w podporze tej występuje jedna reakcja prostopadle do podłoża na której podpora się znajduje. (R)

b) Podpora stała (podpora przegubowo nieprzesuwna, podpora obrotowa) – w podporze reakcja "R" występuje w postaci dwóch składowych (składowa "X" i "Y") równoległych do osi układu współrzędnych.

c) Utwierdzenie (podpora sztywna) – Reakcja "R" występuje w postaci dwóch składowych (składowa "X" i "Y") równoległych do osi układu współrzędnych oraz występuje jeszcze reakcja w postaci momentu obrotowego "M".

d) Łożysko czołowe – Reakcja "R" w tej podporze występuje w postaci dwóch reakcji składowych, jedna składowa jest prostopadła do osi symetrii łożyska a druga działa wzdłuż osi symetrii łożyska.

e) Łożysko – występuje jedna reakcja "R" prostopadła do osi symetrii łożyska.

Rodzaje podpór i reakcji w układzie przestrzennym:

a) Podpora ruchoma - w podporze tej tak jak w układzie płaski reakcja (R) jest prostopadła do płaszczyzny na której podpora się znajduje.

b) Podpora stała - w podporze tej reakcja "R" występuje w postaci trzech reakcji składowych (składowa "X", "Y" i "Z") będących równoległymi do osi układu współrzędnych.

Mechaniczny stopień swobody

W mechanice klasycznej jest to liczba niezależnych ruchów, jakie ciało jest w stanie zrealizować w przestrzeni.

Ciało sztywne - całkowicie swobodne (to jest takie, na które nie nałożono żadnych więzów) ma maksymalną liczbę sześciu stopni swobody:

trzy ruchy translacyjne w stosunku do osi układu współrzędnych x,y,z. (ruch postępowy)

trzy obroty względem osi równoległych do osi układu współrzędnych x,y,z. (ruch obrotowy)

 

Ciało materialne (np. człon mechanizmu) łączone z drugim w parę kinematyczną traci pewną liczbę stopni swobody, w zależności od klasy pary kinematycznej. Ogólnie, jeżeli układ składa się z dwóch ciał (podukładów) o odpowiednio: n₁ i n₂ stopniach swobody, oraz między tymi ciałami występuje w więzów, to układ taki ma n₁ + n₂ − w stopni swobody.

 

Para kinematyczna to połączenie ruchowe dwóch członów mechanizmu. Para kinematyczna odbiera część stopni swobody członom przez nią związanym.

Pary kinematyczne dzieli się na klasy w zależności od ilości więzów (dobranych stopni swobody) oraz w zależności od tego jakie rodzaju ruchu są przez parę dopuszczane lub ograniczane.

klasyfikacja par kinematycznych
Klasa
p1
p2
p3
p4
p5

Techniczne realizacje par kinematycznych

Elementy schematów kinematycznych

Pary kinematyczne
para obrotowa w mechanizmach płaskich
para przesuwna
para śrubowa (symbol ogólny)
para kulista z czopem
para  płaszczyznowa (płaska)
Mechanizmy dźwigniowe i ich ogniwa
Ogniwo nieruchome wchodzące w skład pary obrotowej w mechanizmach płaskich
Ogniwo nieruchome wchodzące w skład pary obrotowej w mechanizmach przestrzennych
Mimośród         Ogniwo wchodzące w skład dwóch par przesuwnych
Korbowód w mechanizmach płaskich
Korba (lub wahacz) w mechanizmach płaskich
Suwak
Jarzmo
Wodzik (suwak)
Ogniwo trzyelementowe
Mechanizmy zębate przekładnia
Przekładnia zębata;   przekładnia jednostopniowa (przykład a) przekładnia wielostopniowa (przykład b)       zazębienie zewnętrzne (przykład c)     zazębienie wewnętrzne (przykład d)
Schemat przekładni Nortona
czołowa
hipoidalna
walcowa
globoidalna
z kołem o uzębieniu śrubowym
czołowa z wycinkiem zębatym
śrubowa
Mechanizmy krzywkowe
obrotowa
obrotowa połączona sztywno ze sworzniem
poruszająca się prostoliniowo
ostrzowy
walcowy (łukowy
krążkowy
Mechanizmy maltańskie i zapadkowe
symbol ogólny
z   zaczepieniem  zewnętrznym
kołowy z zaczepieniem   zewnętrznym
kołowy z zaczepieniem wewnętrznym
listwowy
Przekładnie pasowe i linowe
z pasem klinowym   z pasem zębatym
Przekładnia linowa
Schematy hydrauliczne, pneumatyczne, energetyki cieplnej
Symbole pomp, sprężarek, przekładni hydraulicznych i silnikopomp: a) pompa o stałej wydajności i dwóch kierunkach tłoczenia, b) pompa o zmiennej wydajności i jednym kierunku tłoczenia, c) sprężarka, d) pompa próżniowa, e) przekładnia hydrauliczna z pompą o zmiennej wydajności i jednym kierunku obrotów oraz z silnikiem o stałej chłonności i jednym kierunku obrotów, f) silnikopompa o zmiennej chłonności (wydajności) i jednym kierunku przepływu
Symbole cylindrów hydraulicznych i siłowników pneumatycznych: a) cylinder (siłownik) jednostronnego działania z tłokiem powracającym pod działaniem sprężyny, b) cylinder (siłownik) dwustronnego działania z tłoczyskiem jednostronnym, c) z tłoczyskiem dwustronnym, d) teleskopowy, e) różnicowy, 0 cylinder (siłownik) z hamowaniem dwustronnym (o stałej wartoś­ci) przy końcu suwu, g) z hamowaniem jednostronnym
Symbole silników hydraulicznych i pneumatycznych wirujących: a) silnik hydrauliczny o stałej chłonności i jednym kierunku obrotów, b) silnik pneumatyczny o zmiennej chłonności i dwóch kierunkach obrotów, c) silnik hydrauliczny wahadłowy
Symbole sposobów sterowania: a) sterowanie ręczne lub nożne (symbol ogólny), b) sterowanie ręczne przyciskiem, c) nożne pedałem, d) sterowanie mechaniczne popychaczem, e) sprężyną, f) rolką, g) sterowanie elektromagnesem dwukierunko­we, h) silnikiem elektrycznym, j) sterowanie bezpośrednie nadciś­nieniem pneumatyczne, k) hydrauliczne, 1) sterowanie -pośrednie (ze wspomaganiem) przez wzrost ciśnienia
Symbole urządzeń podstawowych: a) sprężarka tło­kowa z napędem elektrycznym, b) zbiornik sprężonego powietrza, c) urządzenie schładzające (wymiennik ciepła), d) chłodnica rurowa żeberkowa, e) oddzielacz wody, f) odolejacz, g) filtr powietrza suchy, h) szafa sterownicza
Symbole przekaźników i aparatury pomiarowo--kontrolnej: a) przekaźnik ciśnieniowo-mechaniczny tłokowy, b) ciśnieniowy przeponowy, c) manometr wskazujący, d) termometr wskazujący, e) przepływomierz rejestrujący, f) wilgociomierz wskazujący
Zawory i przepusty: a) zawór (symbol ogólny), b) suwakowy, c) odrzutnikowy, d) regulacyjny dozujący, e) zapowietrzenia, f) ze sterowaniem ręcznym, g) ze sterowaniem na odległość (symbol ogólny), h) ze sterowaniem hydraulicznym lub pneumatycznym, j) elektromagnetycznym, k) elektrycznym, 1) przepust mechaniczny (symbol ogólny), ł) przepust posuwowy ze sterowaniem ręcznym, m) śluza próżniowa

 

 

Schematy kinematyczne oraz przełożenia typowych przekładni kołowych

 

 

 

 

 

 

 

 

Schemat kinematyczny tokarki rewolwerowej wykonany przy użyciu symboli graficznych z tab.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schemat kinematyczny regulacji stopniowej obrotów wrzeciona frezarki poziomej wykonany przy zastosowaniu symboli graficznych z tabl.