CLASIFICAREA MECANISMELOR

1.1.1.Noţiuni introductive şi definiţii.

Marea varietate de construcţii şi instalaţii destinate unor scopuri bine determinate pot fi împărţite în două grupe mari.

În prima grupă sunt construcţiile cu majoritatea elementelor fixe, cum ar fi: clădirile, podurile, barajele, rezervoarele, etc. ( nu se iau în considerare deplasările ce apar în urma deformaţiilor), iar cea de a doua grupă o formează construcţiile cu majoritatea elementelor mobile. În această grupă se includ: agregatele, cele mai diferite maşini, mecanisme, aparate şi dispozitive, etc.A. Maşina în accepţiunea cea mai generală, este o creaţie a minţii omului pentru folosirea legilor naturii, în scopul de a uşura sau chiar înlocui (parţial sau total) munca fizică, intelectuală cât şi funcţiile fiziologice ale omului.

Din punct de vedere ingineresc, maşina este un sistem tehnic în care părţile componente au mişcări determinate, dacă se imprimă o anumită mişcare, unui element sau mai multor elemente, în scopul transformării unui tip de energie în altul, în una din faze, fiind prezentă energia mecanică, sau transformă energia mecanică în lucru mecanic util.

Din punct de vedere al funcţiilor pe care le îndeplinesc, maşinile pot fi împărţite în:1. Maşini energetice;2. Maşini de lucru (tehnologice);3. Maşini de transportat şi ridicat;4. Maşini de control şi de comandă;5. Maşini de conducere sau logice;6. Maşini cibernetice.1. Maşinile energetice se subdivid în:

a) Maşini motoare (motor);b) Maşini transformatoare.

a) Maşinile motoare sunt destinate pentru transformarea unui fel oarecare de energie în energie mecanică (fig. 1.1). Se disting maşini motoare primare şi maşini motoare secundare.

În maşinile motoare primare are loc procesul de transformare în lucru mecanic a unei energii care se obţine direct din natură. De exemplu: în turbina hidraulică energia cinetică a apei se transformă în energie mecanică care se culege de la arborele turbinei. În motorul cu ardere internă, energia obţinută prin explozia gazelor în cilindri se transformă în energie mecanică care se culege de la arborele cotit.

În maşinile motoare secundare are loc transformarea în energie mecanică a unei energii care nu se obţine direct din natură. De exemplu: motoarele electrice transformă în energie mecanică energia electrică primită de la generatorul electric, motoarele hidraulice şi pneumatice transformă în energie mecanică, energia potenţială acumulată de lichidul sau de aerul comprimat care se află sub presiune.

b) Maşinile transformatoare (generatoare) sunt destinate pentru transformarea lucrului mecanic primit de la motor într-un fel oarecare de energie. Un exemplu tipic este generatorul electric care transformă energia mecanică primită de la maşina motor în energie electrică (generator) (fig. 1.1).

Motor

Generator

Energie mecanică„E.M.”

Tipuri de energie„W”

Fig. 1.1.Un exemplu sunt pompele hidraulice ce transformă energia mecanică în energie

potenţială a lichidului, care prin intermediul motoarelor hidraulice se transformă iar în energie mecanică.2. Maşinile care folosesc energia mecanică primită de la motor şi sunt destinate pentru schimbarea proprietăţii, stării, formei sau dimensiunilor corpurilor materiale sunt cunoscute ca maşini de lucru sau tehnologice. Astfel de maşini sunt maşinile pentru prelucrarea materialelor, a lemnului, maşinile textile, etc. (fig. 1.2).

Fig. 1.2.3. Când maşinile de lucru sunt pentru deplasarea corpurilor de materiale ele sunt cunoscute ca maşini de transport. Ca exemplu: maşinile de ridicat, lifturile, benzile rulante, elevatoarele, autovehicule, etc. (fig. 1.3).

Sistemul tehnic format din una sau mai multe maşini tehnologice respectiv maşini de transport, constituie „o linie tehnologică” sau „combină” (minieră, agricolă etc.) (fig. 1.3.).

Linie tehnologicăFig. 1.3.

4. Maşinile de control şi de comandă asigură controlul procesului tehnologic, semnalizând orice abatere de la programul stabilit, introducând automat, prin intermediul unor mecanisme de comandă, corecturile necesare, astfel încât îndeplinirea procesului tehnologic să aibă loc conform programului prescris.5. În categoria maşinilor de conducere sau logice, care sunt prevăzute şi cu elemente de inteligenţă artificială, se pot încadra maşinile care modelează diferite procese şi maşinile capabile să primească şi să transmită o informaţie precum şi maşinile de calcul.6. Maşinile cibernetice pot înlocui unele funcţii fiziologice ale omului. De exemplu pot fi amintite maşinile care execută anumite mişcări pe baza unor comenzi acustice emise de om sau maşinile care înlocuiesc anumite organe ale omului ( inimă sau rinichi artificiali, diferite proteze, roboţi, etc.).

De asemenea una sau mai multe maşini tehnologice, de ridicat sau de transportat, de comandă, de conducere şi de control, constituie un “robot”; când lipseşte maşina sau maşinile tehnologice se numeşte „manipulator” (fig. 1.4.). În general roboţii sunt sisteme tehnice programabile cu mai multe grade de libertate, puternic adaptive, caracterizate printr-o interacţiune continuă cu mediul. Pentru aceasta sunt prevăzuţi cu subsisteme tehnice de percepţie şi decizie; roboţii de mare performanţă conţin şi subsisteme de autoinstruire.

ROBOTMANIPULATOR

Maşini de control

Maşini de conducere

Maşini de comandă

Maşini de transportat

Maşină sau maşini tehnologice

Maşini tehnologice

Maşini de lucru

Maşina de transport 2

Maşina detransport 1

Maşina tehnologică

1

Masina de lucru Lucru mecanic util

„L.M.U.”Motor

Energie mecanică

Fig. 1.4.După sistemul de comandă şi gradul de dotare cu inteligenţă artificială roboţii pot fi:

generaţia I – când sunt prevăzuţi cu program prestabilit de programator;generaţia a II-a – cu program ce poate fi modificat după cerinţele programului de lucru;generaţia a III-a – cu autoinstruire – programul se adaptează cerinţelor procesului de lucru cu ajutorul maşinilor logice.

Roboţii din generaţia a II-a şi a III-a sunt dotaţi cu microprocesoare şi pot îndeplini cinci funcţii de bază: execuţia, comanda, percepţia, decizia şi comunicarea.B. Agregatul este un ansamblu tehnic format din mai multe unităţi de lucru destinate, legate între ele pentru a obţine un anumit scop final, îmbunătăţind parametrii tehnici şi economici ai unităţilor componente.

Atât maşina cât şi agregatul sunt cunoscute sub denumirea de sisteme tehnice, iar părţile componente din maşină sunt subsisteme tehnice.C. Mecanismul este o parte componentă a unei maşini, cu rolul de a transmite şi transforma mişcarea de la un element conducător sau motor, la un element condus sau de lucru.

În funcţie de natura elementului de lucru distingem:Mecanisme cu bare cu elemente rigide (mecanisme cu pârghii);Mecanisme hidraulice;Mecanisme pneumatice;Mecanisme electrice, magnetice, etc.

Mecanismele cu bare articulate cu elemente rigide sunt utilizate foarte mult în diverse domenii de activitate, cum ar fi: construcţia de maşini destinată domeniului mecanic, textil, metalurgic, energetic, chimic; utilaje electro-casnice; construcţii civile şi industriale; mecanică fină cu aplicaţii în construcţia aparatelor de măsură şi control, din toate domeniile de activitate; mecatronică cu aplicaţii în tehnica de calcul, roboţi şi miniroboţi.

Utilizarea acestor mecanisme, se bazează pe unele avantaje certe, cum ar fi: durabilitate ridicată; siguranţă în exploatare; realizarea unor legi de mişcare complexe; construcţie relativ simplă în anumite cazuri. Ca mecanism fundamental, în studiul mecanismelor cu bare articulate, se consideră mecanismul patrulater, format din patru elemente legate prin patru cuple de rotaţie. Prin diverse procedee de transformare rezultă o gamă variată de mecanisme, cum ar fi: manivelă-piston; culisă oscilantă. Aceste mecanisme se pot analiza şi studia cu elementele teoretice dezvoltate la mecanismul patrulater plan.

Atât maşina, în general, cât şi mecanismul în particular, sunt caracterizate de anumite cicluri: energetice, cinematice, geometrice.1. Ciclul energetic reprezintă o perioadă de timp după care forţele, şi prin urmare energiile dezvoltate de elemente în mişcare, recapătă aceleaşi valori.2. Ciclul cinematic este o perioadă de timp după care vitezele elementelor sau ale unor puncte au aceleaşi valori.3. Ciclul geometric este perioada după care elementul conducător îşi recapătă poziţia iniţială.

În aceste condiţii, mecanismul mai poate fi definit ca un sistem tehnic, din structura unei maşini, cu un anumit rol funcţional, în care părţile componente, numite elemente cinematice, au mişcări periodice bine determinate dacă se imprimă o anumită mişcare elementului conducător. În unele cazuri, pot fi mecanisme cu mai multe elemente conducătoare. De regulă, elementele conducătoare sunt legate la un element fix, numit batiu. Dacă elementul conducător nu este legat la batiu, el formează o grupă conducătoare. Elementele cu mişcare determinată se numesc elemente conduse şi pot fi intermediare, când

au numai rolul de a transmite mişcarea şi element de lucru, când el execută lucrul mecanic util, pentru care mecanismul a fost proiectat şi realizat.