Поняття про машину та її компоненти

Машина – механізм, або сукупність механізмів, які служать для виконання корисної роботи або перетворення енергії.Іншими словами, машина - це пристрій, утворений людиною для використання законів природи з метою полегшення та заміни її фізичної і розумової праці, збільшення продуктивності її трудового процесу та підвищення якості продукції. Так чи інакше функціонування машини зв’язане з використанням і перетворенням енергії, матеріалів та переробленням інформації.

Оскільки машина відповідає вдосконаленим і цілеспрямованим органам людини, то, очевидно, принципова подібність між живою істотою і її механічним відображенням весь час зростає. Особливо це стосується автоматизованих машин автономної дії, промислових роботів.

Відповідно до визначення розрізняють 2 класи машин – машини-двигуни і робочі машини. Двигун виробляє або перетворює енергію, необхідну для приведення машини в дію і виконання роботи, він виконує в машині енергетичну функцію.

Основним компонентом машини є механізм — це пристосування для передачі і перетворення руху, а рух, у свою чергу, — обов'язковий атрибут машини; в цьому її істотна схожість з живим організмом. З цього випливає, що механізми теж можна поділити на 2 групи: – механізми-передачі та робочі механізми.

Передача служить для розподілу і кількісного та якісного перетворення руху (енергії) між робочими механізмами машини, яких в машини може бути один або декілька. Робочі органи обов'язкові в кожній машині. Без них немає машини, якщо виходити з її призначення..

Усі три складові є обов’язковими для кожної машини, це умова її існування. Автоматизовані машини крім цим складових мають також системи керування.

Первинною, або скелетною частиною механізмує ланка. Ланка – уявний, ідеальний елемент машини, абстрагований від фізичних властивостей, його точності, якості, фізико-механічних властивостей. Ланка як фізичне тіло, що має певну форму, масу та розміри тощо стає деталлю – це первинний матеріалізований елемент машини.

Ланками та їх матеріальними відповідниками у реальних машинах є зубчасті колеса, осі, ходові вали, диски, мальтійські хрести, кулачки, куліси тощо.

Кількість ланок значено менша від кількості механізмів. Сьогодні науці відомі близько 200 ланок, у той час, як механізмів існує не більш, ніж 4500.

Отже, можемо так сформулювати інше визначення: механізм – це замкнута послідовність з’єднаних між собою ланок. У машинах така послідовність ланок має назву кінематичного ланцюга. Замикання кінематичного ланцюга в машині відбувається через робочу зону і робочий процес. Наприклад, у металорізальному верстаті замикання ланцюгів приводів заготовки і інструменту відбувається через процес різання і здійснюється в ділянці контакту інструменту з заготовкою.

Важливою характеристикою кінематичних ланцюгів і ланок є їх кількість ступенів вільності. Відомо, що тверде тіло може мати 6 ступенів вільності; рухатися прямолінійно в напрямку трьох осей в прямокутній системі координат і обертатися навколо цих осей. У кінематичному ланцюзі, оскільки ланки перебувають в контакті, вони накладають обмеження на рух спряжених ланок, позбавляючи їх 1,2, 3, 4, або 5 ступенів вільності (принаймні 1 ступінь має залишатися, інакше ланка буде нерухомою, статичною тобто, перестає бути ланкою). Такі обмеження дають змогу зробити рух робочої ланки точним, передбачуваним і заданим, змінювати характер і параметри руху, швидкості та прискорення для забезпечення заданого закону руху робочого органу і реалізації необхідних функцій машини. В’язі статичні обмежують переміщення, в’язі кінематичні обмежують швидкості і прискорення. Розрахувавши кількість в’язей, що накладаються на ланцюг усіма кінематичними парами, у результаті отримаємо кількість ступенів свободи досліджуваного механізму.