10张动态图带你看懂复杂的机械原理

逆光飞舞2016-01-19 10:56

  机器是由一个或一个以上的机构组成,用来作有用的功或完成机械能与其他形式的能量之间的转换。不同的机器往往由有限的几种常用机构组成,如内燃机、压缩机和冲床等的主体机构都是曲柄滑块机构。这些机构的运动不同于一般力学上的运动,它只与其几何约束有关,而与其受力、构件质量和时间无关。

  机构学的研究对象是机器中的各种常用机构,如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构和间歇运动机构(如棘轮机构、槽轮机构等)以及组合机构等。它的研究内容是机构结构的组成原理和运动确定性,以及机构的运动分析和综合。机构学在研究机构的运动时仅从几何的观点出发,而不考虑力对运动的影响。机械原理听起来都觉得很深奥,下面小编整理了一些有趣的动态图,复杂的机械结构一眼就能看懂。

  重力机械运动

  一个是物质系统,一个是像重力场一样的空间极性场存在,还有一个必须存在的场就是物质系统的空间极性绕轴极性场,如果没有绕轴极性场,只有空间极性场(这里指的是重力场),那么这个动画的示意运动是无法实现的。

机械原理动画

  在终极理论面前,像这篇博客的复杂运动是一个系统力学运动现象,如果不通过终极理论的系统力学原理进行分析,这篇博客动画示意图的本质运动原理是无法认识的。

机械原理动画

  重力场是一个面向地球的极性场,对于这篇博客的动画示意图,重力对与重力方向一致的微观运动体产生重力加速,对与重力方向相反的微观运动体产生重力减速,重力加速,微观运动体的势能转化为动能,重力减速,微观运动体的动能转化为势能。如果这个动画没有旋转极性场的持续作用,这个动画的系统运动是无法实现的。地球重力将会使系统变为一个相对重力场的极性静止体。

 

  多米诺骨牌

机械原理动画

  多米诺骨牌(domino)是一种用木制、骨制或塑料制成的长方体骨牌。玩时将骨牌按一定间距排列成行,轻轻碰倒第一枚骨牌,其余的骨牌就会产生连锁反应,依次倒下。 多米诺是一种游戏,多米诺是一种运动,多米诺还是一种文化。它的尺寸、重量标准依据多米诺运动规则制成,适用于专业比赛,与蝴蝶效应相似。

  多米诺骨牌本身具有大约8种颜色,一般人们把它们称为“基本色”。这些基本色都是单色的,若要拼出美丽的图案,关键的一步是要为骨牌涂色。

  涂色有两种方法:一种是用毛笔沾颜料涂在骨牌上面,这种涂法多用于涂单色。有时候一枚骨牌上会要求有多种颜色,这时就要用一种叫做Poska的专用笔,涂出的实际上是一种漆料。最后在推骨牌之前,还要把骨牌竖起朝向外的侧面涂成较统一的颜色。

  机械键盘原理

  用键盘分薄膜普通和机械键盘的。机械键盘的每一个按键都是独立的一个机械开关,开关内部是由金属弹簧来控制的,所以会比薄膜键盘额寿命更长一些,时间久了也不会有老化的情况。

机械原理动画

  机械键盘采用类似金属接触式开关,工作原理是使触点导通或断开,具有工艺简单、噪音大、易维护的特点。机械式键盘是最早被采用的结构,一般类似金属接触式开关的原理使触点导通或断开,具有工艺简单、维修方便、手感一般、噪声大、易磨损的特性,大部分廉价的机械键盘采用铜片弹簧作为弹性材料,铜片易折易失去弹性,使用时间一长故障率升高,现在已基本被淘汰, 机械式键盘之所以被淘汰,并不在于质量不好,手感不佳。而是因为成本过高,于是逐渐消失于市场上。如今的现状是,越来越多电脑使用者和游戏玩家,对使用电脑的舒适度、手感、品质提出了更高的要求,作为外设之一的键盘也出现了一些变化,机械键盘不再只是发烧友的最爱,而且开始被越来越多的追求品质和手感的朋友所认可。

 

  齿轮

  齿轮箱在风力发电机组当中就经常用到,而且是一个重要的机械部件,其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低,远达不到发电机发电所要求的转速,必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现,故也将齿轮箱称之为增速箱。

  轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件,齿轮在传动中的应用很早就出现了。19世纪末,展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现,随着生产的发展,齿轮运转的平稳性受到重视。

  齿轮被广泛应用于机械设备中。它们有一些非常重要的作用,但其中最重要的则是它们在机动设备中提供的齿轮减速功能。这种功能之所以重要,是因为在通常情况下,虽然转速极高的小电动机能够为设备提供足够的动力,但它们不能提供足够的力矩。例如,电动螺丝刀具有非常大的齿轮减速比,这是因为它需要大量的力矩才能转动螺丝钉,但电动机在高速运转下只能生成较小的力矩。利用齿轮减速装置,将可以减小输出速度,同时增大力矩。

机械原理动画

  常用的齿轮箱润滑方式有齿轮油润滑,半流体润滑脂润滑,固体润滑剂润滑几种方式。对于密封比较好,转速较高,负荷大,封闭性能好的可以使用齿轮油润滑;对于密封性不好,转速较低的可以使用半流体润滑脂润滑;对于禁油场合或高温场合可以使用二硫化钼超微粉润滑。

 

  四脚机器人

  爬行机器人是移动机器人的一种,爬行机器人按仿生学角度来分,可分为:螳螂式爬行机器人、蜘蛛式爬行机器人、蛇形机器人、尺蠖式爬行机器人等;按驱动方式来分可分为:气动爬行机器人、电动爬行机器人和液压驱动爬行机器人等;按工作空间来分可分为:管道爬行机器人、壁面爬行机器人和球面爬行机器人等;按功能用途可分为:焊弧爬行机器人、检测爬行机器人、清洗爬行机器人、提升爬行机器人、巡线爬行机器人和玩具爬行机器人;按行走方式可分为:轮式、履带式、蠕动式等。根据不同的驱动方式和功能等可以设计多种不同的结构和用途的爬行机器人,如气动管内检测爬行机器人,电磁吸附多足爬行机器人、电驱动壁面焊弧爬行机器人等,每一种形式的爬行机器人都有各自的应用特点。

机械原理动画

  现有的爬行机器人由铰链杆件机构组成。运动时平稳,适合不同环境下的使用;但它对控制的要求很高,操作比较复杂,在平地行走时运动幅度不大,动作缓慢。国外在多脚爬行机器人方面的研究已经有一百多年的历史,成果也较多,但是它们大多结构复杂、造价昂贵,远远超出了发展中国家人民的经济承受能力。国内的研究相对较晚,虽然也诞生了很多专利,但由于受到体积、重量、稳定性及安全性的限制,还没有产品真正投入使用。由此可见,为了解决爬行机器人使用受限的问题,同时考虑到我国使用者的经济承受能力,需要研究一种价格低廉、功能多样的多脚爬行机器人。

机械原理动画

 

  缝合原理

  纫机是用一根或多根缝纫线,在缝料上形成一种或多种线迹,使一层或多层缝料交织或缝合起来的机器。缝纫机能缝制棉、麻、丝、毛、人造纤维等织物和皮革、塑料、纸张等制品,缝出的线迹整齐美观、平整牢固,缝纫速度快、使用简便。

  就像汽车一样,大多数缝纫机的基本原理都是相同的。汽车的核心是内燃机引擎,缝纫机的核心是线圈缝合系统。

  线圈缝合方法与普通手工缝纫差异很大。在最简单的手工缝合中,缝纫者在针尾端的小眼中系上一根线,然后将针连带线完全穿过两片织物,从一面穿到另一面,然后再穿回原先一面。这样,针带动线进出织物,把它们缝合在一起。

机械原理动画

  虽然这对手工来说非常简单,但是要用机器进行牵拉却极其困难。机器需要在织物的一边释放针,然后在另一边即刻再次抓住它。然后,它需要把松散的线全部拉出织物,调转针的方向,然后反方向重复所有步骤。这一过程对一个简单的机器来说太复杂了,并且不实用,而且即使对手工来说,也只有用较短的线时才好用。

 

  万向节

  万向节即万向接头,英文名称universal joint,是实现变角度动力传递的机件,用于需要改变传动轴线方向的位置,它是汽车驱动系统的万向传动装置的 “关节”部件。万向节与传动轴组合,称为万向节传动装置。 在前置发动机后轮驱动的车辆上,万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间;而前置发动机前轮驱动的车辆省略了传动轴,万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间。

  万向节的结构和作用有点像人体四肢上的关节,它允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。为满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化,前驱动汽车的驱动桥,半轴与轮轴之间常用万向节相连。但由于受轴向尺寸的限制,要求偏角又比较大,单个的万向节不能使输出轴与轴入轴的瞬时角速度相等,容易造成振动,加剧部件的损坏,并产生很大的噪音,所以广泛采用各式各样的等速万向节。

  在前驱动汽车上,每个半轴用两个等速万向节,靠近变速驱动桥的万向节是半轴内侧万向节,靠近车轴的是半轴外侧万向节。在后驱动汽车上,发动机、离合器与变速器作为一个整体安装在车架上,而驱动桥通过弹性悬挂与车架连接,两者之间有一个距离,需要进行连接。汽车运行中路面不平产生跳动,负荷变化或者两个总成安装的位差等,都会使得变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间的夹角和距离发生变化,因此在后驱动汽车的万向节传动形式都采用双万向节,就是传动轴两端各有一个万向节,其作用是使传动轴两端的夹角相等,从而保证输出轴与输入轴的瞬时角速度始终相等。

机械原理动画

 

  压水机

  压水机采用杠杆来推动。活塞本身并没有活门,但在吸管的顶部,却有一个向上开的活门v2,第二个活门v1则装在压力管接连唧筒的开口处。提高活塞时,唧筒内便形成空气稀薄的空间,大气压将水从低处压入这个空间。

  在这个过程中,活门v1关闭,v2打开。当活塞向下压时,v2关闭,唧筒里面的水经由打开的活门v1,被压入压力管中,并从这个管中强烈地喷射出去。它与抽水机一样,水被正常气压压入吸水管时,最多只能抽到10.33米的高度。但是压水管做成任何长度都可以,因为压力管里的水并非是由于外界气压的作用,而是经由加在活塞上的压力所压出的。因此,压水机常被用在需要把水压高到超过10米的各种场合。

机械原理动画

  此外,水在继续运动时,如需克服巨大的压力,例如供应锅炉之给水,也非应用压水机不可,所以压水机必须造得更加坚固。

 

  星型发动机原理

  星型发动机是一种气缸环绕曲轴呈星型排列的一种活塞式发动机,气缸数多为奇数。

  一般星型发动机的汽缸组数是奇数个,有5缸,7缸,9缸,为了增加功率还可以将其多排叠加,将多个汽缸组排成好几排,最多竟然能到4排×7缸。

  大多采用星型设计,因其曲轴短战场生存性强,再因其结构紧凑占用飞机空间小而被舰载机广泛使用;其余发动机则采用V型设计。现代的一些轻型飞机则采用直列或水平对置型发动机。星型发动机可靠性高,重量轻,功率提升潜力大,维修性和生存性也不错。星型发动机结构复杂装配要求高,制作成本高,结构可视性差,不适用于本科阶段进行机械类学生进行理论学习,故要求简化结构,且结构可视性强原理简单明了。

机械原理动画

  在喷气发动机出现之前,活塞式飞机发动机大多采用星型设计,因其曲轴短战场生存性强,再因其结构紧凑占用飞机空间小而被舰载机广泛使用;其余发动机则采用V型设计。现代的一些轻型飞机则采用直列或水平对置型发动机。

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