Механикалық күшейткіш - Mechanical amplifier

A механикалық күшейткіш, немесе механикалық күшейткіш элемент - бұл сызықтық және айналу жүйелеріндегі күш, орын ауыстыру, жылдамдық, үдеу және момент сияқты механикалық шамалардың шамасын күшейтетін байланыс механизмі.[1] Кейбір қосымшаларда табиғаттың әсерінен туындаған механикалық күшейту немесе техногендік конструкцияларға кездейсоқ бақылау жасау мүмкін апатты. Тиісті түрде қолданған кезде, бұл шағын механикалық сигналдарды практикалық қолдану үшін үлкейтуге көмектеседі.

Кез келген берілген механикалық күшейткіштен қосымша энергияны жасау мүмкін емес энергияны сақтау. Механикалық күшейткіштерді пайдалану туралы шағымдар мәңгілік қозғалыс машиналары не жұмыс механизмін түсінбеудің салдарынан, не жалған жалғандықтан.[2]

Жалпы механикалық күшейткіштер

Күшейткіштер, жалпы мағынада, сигналдың шамасын арттыратын аралық элементтер.[3] Оларға механикалық күшейткіштер, электр / электронды күшейткіштер, гидравликалық / сұйық күшейткіштер, пневматикалық күшейткіштер, оптикалық күшейткіштер және кванттық күшейткіштер. Механикалық күшейткішті қолданудың мақсаты, әдетте, берілгенге берілетін механикалық сигналды үлкейту болып табылады түрлендіргіш сияқты редукторлар жылы генераторлар немесе берілген түрлендіргіштен шығатын механикалық сигналды күшейту үшін диафрагма жылы спикерлер және граммофондар.

Электрлік күшейткіштер сигналдың қуатын сыртқы көзден берілетін энергиямен арттырады. Бұл көбінесе механикалық күшейткіш ретінде сипатталатын құрылғылардың көпшілігінде болмайды; барлық энергия бастапқы сигналмен қамтамасыз етіледі және қуатты күшейту жоқ. Мысалы, рычаг сигналдың жылжуын күшейте алады, бірақ күш пропорционалды түрде азаяды. Мұндай құрылғылар дұрыс сипатталған трансформаторлар, дегенде контексінде механикалық-электрлік ұқсастықтар.[4][5]

Түрлендіргіштер - бұл энергияны бір түрден екінші түрге түрлендіретін құрылғылар, мысалы, механикалық-электрлік немесе қарама-қарсы; және механикалық көздерден энергияны түрлендірудің тиімділігін арттыру үшін механикалық күшейткіштер қолданылады. Механикалық күшейткіштерді кеңінен резонанстық / тербелмелі күшейткіштер (мысалы, мембраналар) немесе резонанстық емес / тербелмелі күшейткіштер (мысалы, редукторлар) деп жіктеуге болады.

Резонансты күшейткіштер

Екінші ретті серіппелі демпферлік жүйенің жалпы моделі.

Кез-келген механикалық дене, ол шексіз қатаң емес (шексіз демпфер) діріл сыртқы мәжбүрлеу кезінде. Көптеген дірілдейтін элементтер келесі екінші ретті дифференциалдық теңдеумен басқарылатын екінші ретті масса-серіппелі-демпферлік жүйемен ұсынылуы мүмкін.

қайда, х орын ауыстыру, м бұл тиімді масса, c демпферлік коэффициент, к -ның көктемгі тұрақтысы қалпына келтіру күші, және F (t) уақыттың функциясы ретінде сыртқы мәжбүрлеу болып табылады.

«Механикалық күшейткіш дегеніміз - бұл жұмыс жиілігінде резонанс тудыратын және түйінге қарсы жерде түрлендіргіштің тербеліс амплитудасын үлкейтетін механикалық резонатор».[6]

Резонанс дегеніміз - тербеліс (шығу) амплитудасы уақыт бойынша сыртқы күштеу (енгізу) жиілігі резонанстық жиіліктің маңында болған кезде жинақталатын физикалық құбылыс. Осылайша қол жеткізілген нәтиже ығысу, жылдамдық немесе үдеу тұрғысынан кірістен үлкенірек болады. Әдетте резонанстық жиілік табиғи жиілікпен синоним ретінде қолданылғанымен, іс жүзінде айырмашылық бар. Резонансқа табиғи жиілікте қол жеткізуге болатын болса, оны басқа бірнеше режимдерде, мысалы, бүгілу режимдерінде алуға болады. Сондықтан резонанстық жиілік термині резонанстың кейбір түрлеріне қол жеткізуге болатын барлық жиіліктің өткізу қабілеттілігін қамтиды; және оған табиғи жиілік жатады.

Тікелей резонаторлар

Әр түрлі демпферлік жағдайда механикалық тербелмелі жүйенің негізгі резонанстық режимі.

Барлық механикалық діріл жүйелері табиғи жиілікке ие fn, ол ең негізгі түрінде келесі ретінде ұсынылған.

Сыртқы форсаж жүйеге оның табиғи жиілігінің жиілігінің айналасында (тербелмелі ығысу жазықтығына параллель) қолданылған кезде, онда резонанстың негізгі режимі қол жеткізуге болады. Осы жиілік аймағынан тыс тербелмелі амплитуда әдетте резонанстық шыңнан және кіріс амплитудасынан аз болады. Резонанстық шыңның амплитудасы мен резонанстың өткізу қабілеттілігі тәуелді демпфер шарттар және өлшемсіз шама арқылы анықталады Q факторы. Жоғары резонанс режимдер және әртүрлі жазықтықтағы резонанстық режимдер (көлденең, бүйірлік, айналмалы және иілгіштік) әдетте жоғары жиілікте іске қосылады. Осы режимдердің нақты жиілігі табиғатқа және шекаралық шарттар әрбір механикалық жүйенің Қосымша, субармония, суперармония немесе суб супермармония әр режимнің шекара жағдайында қозғалуы мүмкін.[7]

«Детектордың үлгісі ретінде сіз салмақты серіппеге іліп қойсаңыз, содан кейін серіппенің жоғарғы ұшын жоғары және төмен жылжытсаңыз, салмақтың амплитудасы жетекші амплитудадан әлдеқайда үлкен болады, егер сіз резонанста болсаңыз жаппай және серіппелі жинау жиілігі. Бұл мәні бойынша механикалық күшейткіш және сезімтал детекторға жақсы үміткер ретінде қызмет етеді ».[8]

Параметрлік резонаторлар

Параметрлік резонанс - бұл белгілі бір жиіліктегі және ығысу жазықтығына әдеттегідей ортогоналды сыртқы қозу тербелмелі амплитуданың жинақталуына алып келетін жүйелік параметрлердің бірінде периодты модуляция енгізетін физикалық құбылыс. Ол басқарылады Матье теңдеуі. Төменде өшірілген Матье теңдеуі келтірілген.

қайда δ - меншікті жиіліктің квадраты ε - параметрлік қозудың амплитудасы.

Әткеншек мәні бойынша маятник болып табылады, оны қоздыру сипатына және шекаралық жағдайларға байланысты тікелей немесе параметрлік резонансты қозғауға болады.

Бірінші реттік немесе негізгі параметрлік резонанс қозғау / қозу жиілігі берілген жүйенің табиғи жиілігінен екі есе көп болғанда қол жеткізіледі. Параметрлік резонанстың неғұрлым жоғары реттері табиғи жиіліктің немесе кіші көптіктерінде байқалады. Тікелей резонанс үшін жауап жиілігі әрдайым қозу жиілігіне сәйкес келеді. Алайда, параметрлік резонанстың қай ретін іске қосқанына қарамастан, параметрлік резонанстың жауап беру жиілігі әрдайым табиғи жиіліктің маңында болады.[9] Параметрлік резонанс қолайлы жағдайда жұмыс істегенде тікелей резонанстан гөрі жоғары механикалық күшейтуді көрсете алады, бірақ әдетте ұзаққа созылады /өтпелі күй.[10]

«Параметрлік резонатор көптеген зерттеушілер жасаған өте пайдалы құрал ұсынады, өйткені ішінара параметрлік резонатор тар жиіліктер диапазонында механикалық күшейткіш ретінде қызмет ете алады».[11]

Тербеліс ұқсастығы

Тікелей резонансты баланы әткеншекте итеріп жатқан адамға теңестіруге болады. Егер итеру жиілігі (сыртқы мәжбүрлеу) баланың тербелісі жүйесінің табиғи жиілігіне сәйкес келсе, онда тікелей резонансқа қол жеткізуге болады. Параметрлік резонанс, керісінше, баланың өз салмағын уақытқа ауыстыруы (табиғи жиіліктің екі еселенген жиілігі) және әткеншектің тербелмелі амплитудасын ешкім итермелемей тұруы. Басқаша айтқанда, жүйенің параметрі (баланың салмағы) уақыт бойынша өзгеріп, өзгеріп отыратындықтан, ішкі энергияның берілуі (қолда бар барлық энергияны таратудың орнына) бар.

Басқа резонаторлар / осцилляторлар

Механикалық және электрлік салаларға қолданылатын сигналды күшейтудің басқа құралдары бар. Бұған кіреді хаос теориясы, стохастикалық резонанс және басқалары бейсызықтық немесе діріл құбылыстары. Жаңа энергия жасалмайды. Алайда, механикалық күшейту арқылы қолда бар қуат спектрінің көп бөлігін таралмай, оңтайлы тиімділікте пайдалануға болады.

Резонансты емес күшейткіштер

Рычагтар мен редукторлар механикалық артықшылыққа жету үшін қолданылатын классикалық құралдар болып табылады MA, бұл механикалық күшейту шарасы.

Рычаг

Рычаг жылжуды немесе күштеуді күшейте алады.

Рычаг күш немесе орын ауыстыру сияқты берілген механикалық сигналдың шамасын өзгерту үшін қолданыла алады.[1] Рычагтар жетектер мен генераторларда механикалық күшейткіштер ретінде кеңінен қолданылады.[12]

Бұл әдетте бұрылыс айналасында бекітілген қатты сәуледен / шыбықтан тұратын механизм. Теңгерімі болған кезде рычагтар теңдестірілген болады сәт немесе момент бұрылыс туралы. Үш негізгі классификация бұрылыс, кіріс және шығыс күштерінің орналасуына байланысты бар. Рычагты механизмнің негізгі қағидаты келесі қатынаспен реттеледі, оның негізі Архимед.

қайда FA дегеніміз - нүктеге әсер ететін күш A қатты тетік арқалықта, FB дегеніміз - нүктеге әсер ететін күш B қатты рычагты пучкада және а және б нүктелерден сәйкес қашықтық A және B бұрылыс нүктесіне дейін

Егер FB шығыс күші және FA бұл кіріс күші, содан кейін механикалық артықшылық MA шығу күшінің кіріс күшіне қатынасы арқылы беріледі.

Беріліс пойызы

Екі торлы беріліс айналмалы қозғалысты жібереді. Кіріс және шығыс тісті доңғалақтар арасындағы тістердің саны әр түрлі болған кезде момент пен жылдамдықты күшейтуге немесе азайтуға болады.

Беріліс пойыздары[13] әдетте екі немесе одан да көп торларды біріктіру арқылы қалыптасады берілістер а қалыптастыру үшін жақтауда берілу. Бұл қамтамасыз ете алады аударма (сызықтық қозғалыс) немесе айналу сонымен қатар механикалық өзгерту орын ауыстыру, жылдамдық, жылдамдық, үдеу, бағыт және момент қолданылатын берілістер түріне, беріліс конфигурациясына және тісті берілу коэффициенті.

Редукторлық пойыздың механикалық артықшылығы шығу моментінің қатынасы арқылы беріледі ТB және кіріс моменті ТA, бұл сондай-ақ шығыс тісті доңғалақтар санының бірдей қатынасы NB және кіріс берілісінің тістерінің саны NA.

Демек, шығыс берілісінің тістерінің саны кіріс берілісіне қарағанда көп болса, моментті күшейтуге болады.

Беріліс тістері санының қатынасы тісті берілістердің жылдамдықтарымен де байланысты ωA және ωB келесідей.

Демек, егер шығыс берілісінің тістерінің саны кіріске қарағанда аз болса, шығыс жылдамдығы күшейтіледі.

Басқалар

Жоғарыда аталған механикалық шамалар жоғарыда келтірілген немесе механикалық беріліс жүйелерінің жоғарыдағы немесе басқа қайталануларының тіркесімі арқылы күшейтілуі және / немесе түрлендірілуі мүмкін, мысалы, кранктар, жұпар, момент күшейткіштері сияқты механикалық компаратор Йоханссон Микрокатор және тағы басқалары.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б Б.з.д. Накра және К.К. Чаудри, (1985), аспаптар, өлшеу және талдау, Tata McGraw-Hill баспасы, ISBN  0-07-048296-9, 153 бет.
  2. ^ Мичио Каку (2009) Мүмкін емес физика: Фазерлер әлемін ғылыми зерттеу, күш өрістері, телепортация және уақыт жүрісі, Пингвин Ұлыбритания, 14 тарау: Мәңгілік қозғалыс машиналары.
  3. ^ Б.з.д. Накра және К.К. Чаудри, (1985), аспаптар, өлшеу және талдау, Tata McGraw-Hill баспасы, ISBN  0-07-048296-9.
  4. ^ Сергеевич Владимирович Серенсен, Михаил Урнестович Гарф, Василий Александрович Куземенко, Шаршауды сынау машинасының динамикасы, 148, Ғылыми аудармаларға арналған Израиль бағдарламасы, 1970 ж
  5. ^ Лео Леруа Беранек, Тим Мэллоу, Акустика: дыбыстық өрістер және түрлендіргіштер, 76, Academic Press, 2012 ж ISBN  0123914213.
  6. ^ Ю. Чжоу, (2008), Микроқосу және наножастау, Woodhead Publishing and Maney Publishing, Материалдар, минералдар және тау-кен институтының атынан, 186 бет.
  7. ^ А.А. Шабана, (1996), Діріл теориясы: Кіріспе, Springer-Verlag Telos Нью-Йорк, ISBN  9780387945248.
  8. ^ Academic Press, (1969), Эксперименттік физика әдістемесі 8 том, студенттерге арналған есептер мен шешімдер, Конгресс кітапханасының каталог картасының нөмірі: 69-13487, 1 бет.
  9. ^ Минорский, Н. Сызықты емес тербелістер. Krieger Publishing (1974 ж. Маусым). ISBN  0882751867.
  10. ^ Е.И. Бутиков (2005) Шаршы толқынды модуляция кезіндегі сызықтық осциллятордағы параметрлік резонанс, Еуропалық физика журналы, т. 26, No1, 157-174 бет.
  11. ^ А.Н. Клеланд, (2002), наномеханиканың негіздері: қатты денелер теориясынан құрылғының қосымшаларына, Springer-Verlag Berlin and Heidelberg, 321 бет.
  12. ^ W Bolton, (1991), Өнеркәсіптік бақылау және аспаптар, Longman Group, ISBN  81 7371 364 2, 80 бет.
  13. ^ Дж. Рао және Р.В. Дуккипати, (1989), Механизм және машина теориясы, New Age International: Нью-Дели, ISBN  81-224-0426-X, 9-тарау.

Сондай-ақ қараңыз