Zwangsbewegung verstehen: Definition, Arten & Praxisbeispiele

Was ist Zwangsbewegung?

Eine Zwangsbewegung ist eine Bewegung eines Objekts, die auftritt, wenn ein Objekt gezwungen wird, sich in einer eingeschränkten Weise zu bewegen.

Anders ausgedrückt: Die Bewegung, die nicht willkürlich in irgendeiner Art und Weise verlaufen kann, heißt Zwangsbewegung.

In einfacher Sprache: Es ist die Bewegung, die wir eintreten lassen wollen, oder schlicht die erforderliche Bewegung, die als Zwangsbewegung bezeichnet wird.

Beispiel: Angenommen, wir wollen eine Geradlinigbewegung von einem Auto, aber das Auto fährt eine Kurve und wir kontrollieren es und bewegen es zwangsweise in einer Geraden. Die Geradlinigbewegung ist die Zwangsbewegung.

Beispiele für Zwangsbewegungen

• Bewegung eines Gasmoleküls in einem kugelförmigen Behälter.
• Ein Teilchen, das eine raue oder glatte schiefe Ebene hinuntergleitet.
• Ein Teilchen, das unter Schwerkraft eine Kurve hinuntergleitet.
• Bewegung eines starren Körpers, da der Abstand zwischen je zwei Teilchen konstant bleibt.
• Fahrradfahren ist das beste Beispiel. Dort ist die Eingabe das durch das Treten erzeugte Moment. Die Ausgabe ist die Drehung des Hinterrads.
• Bewegung der Punktmasse eines einfachen Pendels ist zwangsbewegt, da sie immer auf festem Abstand vom Aufhängepunkt bleibt.
• Ein Teilchen, an einem Fadenende befestigt und in einer bestimmten Weise bewegt.
• Bewegung der Perlen eines Rechenbretts (Abakus) ist in einer Dimension durch die Tragdrähte zwangsbewegt.
• Bewegung eines Teilchens auf der Oberfläche einer Kugel ist beschränkt, da es sich nur auf der Oberfläche oder außerhalb der Kugeloberfläche bewegen kann.

Was sind Zwangsbedingungen (Constraints)?

Wenn ein Objekt gezwungen wird, sich unter der Wirkung äußerer eingeleiteter Kräfte entlang eines bestimmten vorgegebenen Pfades zu bewegen. Die Beschränkungen, die auf die Bewegung oder Position oder beides eines Objektsystems einwirken, heißen Zwangsbedingungen. Zwangsbedingungen begrenzen die Bewegung eines Objekts.

Was sind Zwangskräfte (Constraint Forces)?

Zwangskräfte sind die Kräfte, die das zwangsausübende Objekt auf das Objekt ausübt, damit es den Bewegungszwängen folgt. Zwangskräfte sind die Kräfte, die das zwangsausübende Objekt auf das Objekt ausübt, um es den Bewegungszwängen folgen zu lassen.

Die Bewegung eines Objekts wird durch Zwangskräfte begrenzt. Zwangsbewegung ist definiert als eine Bewegung, die sich nicht willkürlich in irgendeine Richtung bewegen kann, oder die Bewegung, die wir eintreten lassen wollen, oder schlicht die erforderliche Bewegung. Beispiel: Wenn wir von einem Ventilator eine Kreisbewegung als Ausgabe wollen und er sich kreisförmig bewegt, haben wir Zwangsbewegung.

ARTEN DER ZWANGSBEWEGUNG

1. Vollständig zwangsbewegte Bewegung (Completely Constrained Motion)

Wenn die Bewegung zwischen zwei Elementen eines Paares in eine bestimmte Richtung erfolgt, unabhängig von der Richtung der angewendeten Kraft, spricht man von vollständig zwangsbewegter Bewegung. Die zwangsbewegte Bewegung kann linear oder drehend sein. Das Schiebeelementpaar in Abb. 1.3(a) und das Drehpaar in Abb. 1.3(b) sind Beispiele für vollständig zwangsbewegte Bewegung. Im Schiebeelementpaar kann der innere Prisma nur im hohlen Prisma gleiten. Im Drehpaar kann die innere Welle aufgrund der Bunde an den Enden nur eine Drehbewegung ausführen. In jedem Fall muss die Kraft eine bestimmte Richtung für die erforderliche Bewegung haben.

Beispiel: In einer Dampfmaschine bilden Kolben und Zylinder ein Paar, und die Kolbenbewegung ist auf eine bestimmte Richtung beschränkt, d. h., er wird sich nur relativ zum Zylinder hin und her bewegen, unabhängig von der Kurbelrichtung.

Weitere Beispiele:

• Bewegung eines Vierkantstabs in einem Vierkantloch
• Bewegung einer Welle mit Bund an jedem Ende in einem Rundloch.

2. Unvollständig zwangsbewegte Bewegung (Incompletely Constrained Motion)

Wenn die Bewegung zwischen zwei Elementen eines Paares in mehr als einer Richtung möglich ist und von der Richtung der angewendeten Kraft abhängt, spricht man von unvollständig zwangsbewegter Bewegung. Beispiel: Wenn das Drehpaar in Abb. 1.4 keine Bünde hat, kann die innere Welle je nach Richtung der angewendeten Kraft Gleit- oder Drehbewegung ausführen. Jede Bewegung ist unabhängig von der anderen.

Beispiel: Ein kreisförmiger Streifen oder eine Welle in einem Rundloch ist ein Beispiel für unvollständig zwangsbewegte Bewegung, da es sich im Loch drehen oder gleiten kann. Beide Bewegungen sind unabhängig voneinander.

3. Erfolgreich zwangsbewegte Bewegung (Successfully Constrained Motion)

Wenn die Bewegung zwischen zwei Elementen eines Paares in mehr als einer Richtung möglich ist, aber durch äußere Mittel auf eine einzige Richtung beschränkt wird, handelt es sich um erfolgreich zwangsbewegte Bewegung.

Beispiel Fußlager: Eine Welle in einem Fußlager kann außer der Drehbewegung auch eine Vertikalbewegung haben (Abb. 1.5). Aber aufgrund der auf die Welle wirkenden Last ist sie gezwungen, sich in Mechanismen und Maschinen in diese Richtung zu bewegen, und ist somit eine erfolgreich zwangsbewegte Bewegung.

Ebenso wird ein Kolben in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors gezwungen, nur Hubbewegung und keine Drehbewegung auszuführen, aufgrund der Zwangsbedingung des Kolbenbolzens. Auch das Ventil eines Verbrennungsmotors wird durch die Kraft einer Feder auf dem Sitz gehalten und hat somit erfolgreich zwangsbewegte Bewegung.

Beispiel: Bewegung der Welle

Wenn eine Drucklast auf die Welle wirkt, ist die Bewegung der Welle in einem Fußlager erfolgreich zwangsbewegt. Die Welle kann sich im Lager aufwärts bewegen oder drehen. Dies ist ein Beispiel für teilweise zwangsbewegte Bewegung. Wenn jedoch eine Last auf die Welle wirkt, wird sie daran gehindert, sich axial aufwärts zu bewegen. Erfolgreich zwangsbewegte Bewegung bezeichnet die Bewegung zweier Personen.

Weitere Beispiele:

• Bewegung eines Verbrennungsmotorenventils, diese werden durch eine Feder auf ihrem Sitz gehalten
• Der Kolben, der in einem Motorzylinder hin und her läuft
• Welle in einem Fußlager

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist Zwangsbewegung?

Zwangsbewegungen sind Bewegungen, die auftreten, wenn ein Objekt gezwungen wird, sich in einer bestimmten Weise zu bewegen. Es muss sich entlang einer Kurve bewegen, auf einem Tisch gleiten, der nach oben beschleunigt, Kontakt mit einem beschleunigenden Keil halten usw.

Was ist erfolgreich zwangsbewegte Bewegung?

Wenn die Bewegung zwischen die Elemente bildenden Paare so ist, dass die zwangsbewegte Bewegung durch andere Mittel als durch sich selbst vervollständigt wird, heißt die Bewegung erfolgreich zwangsbewegt.

Was ist vollständig zwangsbewegte Bewegung?

Wenn die Bewegung eines Paares auf eine bestimmte Richtung beschränkt ist, unabhängig von der Richtung der angewendeten Kraft, heißt die Bewegung vollständig zwangsbewegt.

Was ist unvollständig zwangsbewegte Bewegung?

Wenn die Bewegung eines Paares in mehr als einer Richtung erfolgen kann. Dies wird als "unvollständig zwangsbewegte Bewegungen" bezeichnet. Eine Änderung der Richtung der einwirkenden Kraft kann die Richtung der relativen Bewegung zwischen dem Paar ändern.

Was ist der Unterschied zwischen zwangsbewegt und unzwangsbewegt?

Unzwangsbewegt bedeutet einfach, dass die Wahlvariable jeden Wert annehmen kann – es gibt keine Beschränkungen. Zwangsbewegt bedeutet, dass die Wahlvariable nur bestimmte Werte innerhalb eines größeren Bereichs annehmen kann.

Dies waren die Details zur Zwangsbewegung und ihren Arten. Wir haben auch die Definitionen verschiedener damit verbundener Begriffe behandelt. Hoffentlich hat Ihnen der Artikel gefallen. Bitte geben Sie Ihr Feedback in den Kommentaren unten.