§ 18. Понятие о машине и механизме

В современном мире человека окружают различные машины. Многие из них ты видел.

Машина — это устройство, предназначенное для выполнения какой-либо работы путём преобразования одного вида энергии в другой. Машины разделяют на пять классов.

Машины-двигатели — превращают энергию любого вида в механическую, например электрическую в механическую (стиральная машина) или тепловую в механическую (двигатель в автомобиле).

Машины-генераторы — преобразуют механическую энергию в другой вид энергии, например: турбина электростанции превращает энергию текущей в реке воды в электрическую энергию.

Технологические машины предназначены для изменения размеров и форм заготовок, например станки для обработки древесины и металла.

Транспортные и подъёмно-транспортные машины служат для перемещения людей, грузов, изделий, например автомобили, подъёмные краны, лифты.

Информационные машины предназначены для преобразования информации, например электронно-вычислительные машины (ЭВМ) или персональные компьютеры (ПК).

Машины состоят из одного или нескольких связанных между собой механизмов. Механизм — это устройство, имеющее несколько деталей, в котором при движении одного элемента (звена) другие звенх>я выполняют определённые согласованные движения (табл. 3).

Таблица 3

Виды механизмов(передач)

В винтовом механизме при вращении винта гайка, удерживаемая от вращения, начинает перемещаться вдоль оси винта, например в винтовом механизме переднего и заднего зажимов столярного верстака.

Фрикционный механизм (фрикционная передача) состоит из двух катков (дисков), которые прижаты друг к другу. При вращении одного катка вращается и другой.

Ремённая передача передаёт вращение от одного шкива 1 к другому 2 с помощью ремня 3 (см. табл. 3). В сверлильном станке, с которым ты ознакомишься в § 29, вращение шпинделю со сверлом передаётся от электродвигателя с помощью ремённой передачи.

Детали, из которых состоят изделия, соединяются между собой тем или иным образом. Соединения деталей могут быть подвижными и неподвижными (табл. 4).

Таблица 4

Виды соединений

Все машины и механизмы состоят из отдельных деталей. Детали могут быть простыми и сложными (табл. 5). Простые детали (болт, гайка, шайба) применяют почти во всех изделиях. Сложными называют детали, которые имеют непростую форму и на их изготовление требуется много времени (например, станина станка, зубчатое колесо ручной дрели и др.).

Таблица 5

Примеры простых и сложных деталей

Знакомимся с профессиями

Машинист — специалист, занимающийся управлением различных машин, например машинист электровоза, тепловоза, экскаватора, подъёмного крана. Эта профессия требует большой ответственности, поскольку связана с перемещением людей или грузов.

Водитель — это специалист, который управляет легковым или грузовым автомобилем. Он знает устройство автомобиля, правила его обслуживания, может выполнять несложный ремонт.

Наладчик — специалист, обслуживающий технологические машины — станки. Это рабочий высокой квалификации, который выполняет наладку и настройку станков, следит за точностью их работы. Оператор ЭВМ — это специалист, который занимается вводом и обработкой информации на электронно-вычислительных машинах. Он должен знать устройство компьютера, уметь обслуживать компьютерную технику, работать с программными комплексами и многое другое.

Лабораторно-практическая работа № 16

Ознакомление с машинами, механизмами, соединениями, деталями

1. Ознакомьтесь с машинами, имеющимися в школьной учебной мастерской. Запишите в рабочую тетрадь их названия, определите, к какому классу они относятся.
2. Ознакомьтесь с механизмами, имеющимися в мастерской. Запишите в рабочую тетрадь их названия и назначение.
3. Запишите в рабочую тетрадь примеры подвижных и неподвижных соединений, кроме указанных в таблице 4.
4. Найдите в машинах и механизмах, имеющихся в мастерской, простые и сложные детали.

Найди в Интернете информацию о том, какие интересные машины и механизмы помогают человеку в его жизни.

Новые слова и понятия

Машина, технологические машины, информационные машины, механизмы, соединения деталей (подвижные, неподвижные), детали (простые, сложные), машинист, водитель, наладчик, оператор ЭВМ.

Общие понятия о машинах и аппаратах.

Машина — это устройство, выполняющее механи­ческое движение с целью преобразования энергии или материалов. В машине сочетаются три основных узла: двигатель, передаточный и исполнительный меха­низмы. Передаточный и исполнительный механизмы часто объединяются в рабочую машину (станок).

Двигатель – устройство, обеспечивающее движение всех других механизмов машины.

Исполнительный (рабочий) механизм – основа рабочей машины. Служит для воздействия на предмет труда и производит в нем необходимые изменения, являющиеся целью обработки.

Передаточный механизм — это связующее звено между двигателем и исполнительным механизмом, ко­торое осуществляет свою функцию путем передачи, регулирования, преобразования и распределения пер­воначального вращательного движения, создаваемого двигателем, и приведения этого движения в работу в соответствии с задачами исполнительного механиз­ма.

Механизмы с непосредственным касанием деталей – фрикционная и зубчатая передача.

Фрикционная передача. Этот передаточный механизм состоит из двух колес, прижатых друг к другу настолько сильно, что при вращении колеса 1 начинает вращаться колесо 2 (в противоположные стороны). Движение, таким образом, передается исключительно благодаря трению между ободами колес. Вместо колес фрикционные передачи могут иметь катки цилиндрической или конической формы, а также диски.

Зубчатая передача представляет собой пару цилиндрических зубчатых колёс или шестерёнок, с помощью которых осуществляется передача вращательного движения с одного вала на другой. Для передачи вращательного движения ведущего вала на вал, расположенный перпендикулярно или под углом к нему, применяют коническую передачу. Для передачи вращения между перекрещивающимися валами применяют червячную передачу. В этом случае на ведущем валу монтируется червяк, а на ведомом – червячное колесо.

К передаточным механизмам, преобразующим вра­щательное движение тела в возвратно-поступательное, относятся шатунно-рычажные механизмы: шатунно-кривошипный, эксцентриковый, кулачковый.

Передаточные механизмы с промежуточной гибкой связью: ременная и цепная передача.

Ременные передачи. Втех случаях, когда расстояние между осями двигателя и машины велико, для передачи вращения применяют ременные передачи. Для этой цели на каждую ось накрепко насаживают колеса, называемые шкивами, на которые в свою очередь надевают приводной ремень. Шкив, который передает вращение, называется ведущим, а принимающий вращение — ведомым.

Цепная передача.Передача вращения между параллельными осями может быть осуществлена также при помощи замкнутой (бесконечной) цепи, надетой на снабженные зубьями колеса-звездочки, закрепленные на валах.

Аппарат — механическое устройство, предназначен­ное для проведения различных технологических про­цессов. В отличие от машины аппарат не имеет дви­гателя и передаточных механизмов. Примерами аппа­ратов являются фильтры, экстракторы, отстойники и т. п.

Тепловые процессы-

процесс, при котором осуществляется передача тепла от одного вещества к другому. Теплопроводность — процесс распростра­нения тепла между частицами тела, находящимися в соприкосновении. При этом тепловая энергия пере­дается от одной частицы к другой вследствие их ко­лебательного движения, без перемещения друг относи­тельно друга.

Закон Фурье: количество передаваемого тепла Q прямо пропорционально площади поверхности F, разности температур по обе стороны стенки t₁-t₂; времени τи пропорционально толщине стенки δ:

Коэффициент теплопроводности (λ) представляет собой количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности при разности температур 1˚С на единицу толщины стенки. Коэффициент теплопроводности зависит от свойств материала стенки и ее температуры.

Конвекция — процесс переноса тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости называется конвекцией. Конвективный теп­лообмен происходит одновременно с теплопроводно­стью.

Закон Ньютона: количество тепла Q, перееденное от теплообменной поверхности к окружающей среде или от окружающей среды к теплообменной поверхности, прямо пропорционально поверхности теплообмена F, разности температур поверхности и окружающей среды (θ_част.=t_ж-t_ст) и времени τ, в течение которого осуществляется теплообмен:

Коэффициент теплоотдачи (α) показывает, какое количество тепла передается от теплообменной поверхности с площадью 1 м 2 в окружающую среду (или наоборот) в единицу времени при разности их температур в 1 градус. Зависит от характера движения теплоносителя, его скорости, физических свойств, размера и формы поверхности теплообмена.

Лучеиспускание свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля (по шкале Кельвина). Лучистая энергия – энергия электромагнитных колебаний с разными длинами волн. Тела, поглощающие всю падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно чёрными.

Закон Стефана-Больцмана: количество тепла Q абсолютно черного тела, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т:

, где С – коэф лучеиспускания.

Сложный теплообмен – тепловой процесс, при котором распространение тепла осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излуче­нием или хотя бы двумя из них.

α – коэф теплоотдачи

t_w – температура теплоотдающей стенки

t_{f –} температура тепловоспринимающей стенки

F – площадь поверхности теплообмена.

Конденсация — переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного. Конденсация проводится в аппаратах, называемых конденсаторами, в которых пар охлаж­дается холодным теплоносителем и переводится в жид­кое состояние. Конденсация применяется с целью ус­корения процесса выпаривания растворов, а также для улавливания ценных экстрагентов и растворите­лей.

Различают два вида конденсации: поверхностную, при которой конденсирующие пары и охлаждающий агент разделены стенкой, а конденсация паров проис­ходит на ее внутренней или внешней поверхности, и конденсацию смешением, при которой конденсирую­щие пары непосредственно соприкасаются с охлаж­дающим агентом.

Машина

Маши́на (лат. machina (от др.-греч. Μηχανή — двигать) — механизм, устройство, конструкция) — техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. [1]

Машина предназначена для облегчения труда человека путём частичной или полной его замены. Особенностью машины, отличающей её от других устройств, является использование механической энергии (совершение определенного механического движения) для выполнения возложенной на неё функции (предназначения, работы, действий). Машина — это, прежде всего, механическое устройство, но не механизм.

Основной характеристикой машины является развиваемая ею мощность. Одной из первых единиц измерения мощности была лошадиная сила (л. с.). Несмотря на то, что в Российской Федерации принята Международная система единиц (СИ) и единицей измерения мощности является ватт, лошадиная сила продолжает использоваться и в настоящее время.

Содержание

Устройство машины и её составляющие

Основой устройства машины являются механизмы (например, кривошипно-шатунный механизм как часть паровой машины). Внешне разные машины могут содержать подобные или схожие механизмы. Но наиболее важные составляющие, остаются неизменными всегда, во всех машинах, такие как: двигатель, подвижные части и т.д

Машина состоит из двигателя как источника энергии (движения), передаточного и исполнительного устройств и системы управления. Вместе первые три части обычно называют машинным агрегатом. Механическое передаточное устройство называют передаточным механизмом, а механическое исполнительное устройство — исполнительным механизмом.

В машинах либо двигатель, либо исполнительное устройство (либо и то, и другое вместе) совершают механические движения. Остальные части машины могут основываться на иных принципах действия (например, использовать законы оптики, электродинамики и т. д.).

Часть машинного агрегата, включающая двигатель и передаточное устройство, составляет привод. В машинах используют механические, а также на комбинированные приводы — электромеханические, оптикомеханические, гидроэлектромеханические и т. п.

Двигатель и/или исполнительное устройство машины выполняют заданную функцию, совершая определенные движения, например, перемещение поршня насоса, руки робота. Проектирование таких устройств заключается в создании механизмов, обеспечивающих, прежде всего, заданные вид и закон движения. Эти задачи решаются методами теории механизмов и машин.

Механическое передаточное устройство (передаточный механизм) предназначено для передачи механической энергии. Оно необходимо для согласования взаимного положения и параметров движения двигателя и исполнительного устройства. Это, в свою очередь, позволяет подразделить передаточные устройства на следующие:

• трансмиссии — только передают движение от удаленного двигателя к исполнительному устройству без изменения характеристик этого движения. Например, от двигателя автомобиля, расположенного в его передней части, к задним колесам (ведущему мосту);
• передачи — согласуют параметры и вид движения на выходе двигателя с входными характеристиками исполнительного устройства. Механические передачи, замедляющие передаваемое движение, относят к редукторам, а ускоряющие — к мультипликаторам.

История

Первым известным прообразом машины было наливное водяное колесо, его с древнейших времён использовали для ирригации древние египтяне и персы. Это механическое устройство служило для преобразования энергии падающей воды (гидроэнергии) в энергию вращательного движения.

В эпоху античности машины как механические устройства применялись для усиления человеческих возможностей применительно к одной точке: подъёмные блоки, рычаг, колёсные повозки, машина для замеса теста, винтовой пресс, шнек (винт Архимеда). Машинами также считались простые строительные леса. Прообразы более сложных машин в качестве хитроумных устройств служили для развлечения публики, как, например, паровая машина Герона.

Во времена Римской империи конструирование машин относилось к архитектуре и имело прикладной характер. [2] Основные усилия инженеров были направлены на усовершенствование военной техники и ручных орудий труда, метательных орудий, устройств для распилки каменных блоков.
В эпоху поздней Римской империи и средневекового Запада слово «машина» применялось лишь к осадным орудиям.

Создание в 1774 г. Джеймсом Уаттом универсальной паровой машины положило начало технической революции и всё более ускоряющемуся техническому прогрессу. Появляются сложное оборудование и двигательные установки, такие как изобретенные в 1889 г. К. Лавалем паровая турбина, в 1870…1890 гг. двигатель внутреннего сгорания (газовый — Н. Отто, бензиновый — Г.Даймлера и К.Бенца, дизельный — Р.Дизеля), в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским — электродвигатель переменного тока.
Функционирование новых машин начинает широко использовать явления механики, термодинамики, электромагнетизма. Технические объекты становятся сложными физически. Для обозначения отдельных видов технических устройств вводятся термины «аппарат», «прибор».

Виды машин

По функциональному назначению выделяют следующие виды машин:

• энергетические, которые служат:
  • для преобразования какого-нибудь вида энергии в механическую (двигатели электрические, тепловые и другие);
  • для преобразования механической энергии в любой другой вид энергии (генераторы, как, например, электрогенератор);
• рабочие. Они служат:
  • для изменения положения физического объекта (транспортные машины, например, автомобиль, транспортер). Их исполнительным устройством, обеспечивающим движение, является движитель, например, колёса (колёсный движитель), гусеницы (гусеничный движитель);
  • для изменения формы физического объекта, свойств и взаимного положения частей (технологические машины, например, станок, пресс, миксер);
• информационные, которые служат:
  • для обработки информации с целью управления машинами (контрольно-управляющие машины, например, парорегулятор);
  • для получения различных математических образов в форме отдельных чисел и фигур (математические машины, например, арифмометр) [3] ;
  • для помощи человеку или с целью его замены в умственном труде, управлении и контроле рабочих процессов (логические машины);
• кибернетические, выполняющие определенные движения, присущие человеку или живой природе, одновременно обладая элементами искусственного интеллекта (роботы и автоматически функционирующие машины).