§ 13. Элементы машиноведения. Составные части машин

Вы уже знаете из 5 класса, что машина — это устройство, предназначенное для выполнения какой-либо работы путём преобразования одного вида энергии в другой. Важнейшая особенность каждой машины — наличие трёх основных частей: двигателя, передаточного механизма и рабочего (исполнительного) органа.

Например, в автомобиле есть двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия топлива превращается в энергию движения. Рабочими органами являются ведущие колёса автомобиля, а между двигателем и колёсами расположены передаточные механизмы.

Для управления работой любой машины существуют устройства управления: рычаги, педали, кнопки. Некоторыми машинами управляют автоматические устройства, сигналы которым поступают с компьютера.

В 5 классе вы изучали некоторые механизмы передачи движения — винтовой и фрикционный механизмы, а также ремённую передачу. Мы рассмотрим ещё несколько механизмов передачи движения, являющихся составными частями машин: цепной, зубчатый, реечный (табл. 9).

Таблица 9

Виды механизмов (передач)

Цепной механизм передачи движения имеется у велосипеда. Он состоит из цепи и двух звёздочек.

Зубчатый механизм (зубчатая передача) есть у ручной дрели. Механизм состоит из двух зубчатых колёс, которые вращаются в разных направлениях. Меньшее из двух находящихся в зацеплении колёс называют шестернёй. Зубчатые колёса могут быть цилиндрическими или коническими (как у дрели).

В реечном механьише при вращении зубчатого колеса 1 рейка 2 перемещается поступательно, и наоборот, при поступательном движении рейки 2 колесо 1 вращается. Например, в настольном сверлильном станке при повороте рукоятки подачи (с закреплённым на ней зубчатым колесом) шпиндель со сверлом (связанный с рейкой) движется поступательно.

В механизме, состоящем из двух звеньев (зубчатых колёс, звёздочек и др.), одно звено является ведущим, а другое ведомым. Ведущее звено передаёт движение ведомому звену. Например, звёздочка цепной передачи велосипеда, которую вы вращаете педалями, является ведущей, а звёздочка, которая закреплена на оси заднего колеса, ведомой.

Отношение диаметра ведомого колеса к диаметру ведущего называют передаточным отношением i:

где D₁ — диаметр ведущего колеса;

D₂ — диаметр ведомого колеса.

Шестерни зубчатой передачи, звёздочки цепной передачи, шкивы ремённой передачи обычно насаживают на валы. Для их надёжного закрепления на валу и передачи вращательного движения применяют шпоночное соединение (рис. 57, а). В шпоночном соединении в валу вырезают шпоночный паз, в который помещают шпонку — небольшой металлический брусок. Возвышающаяся над поверхностью вала часть шпонки входит в паз, прорезанный в шестерне, шкиве или звёздочке, и таким образом соединяет их с валом. Шпоночное соединение применяется, например, в соединении вала электродвигателя со шкивом ремённой передачи токарного станка для обработки древесины.

Рис. 57. Соединение шестерни с валом: а — шпоночное: 1 — вал: 2 — шпонка: 3 — шестерня: 4 — шпоночный паз; 6 — шлицевое: 1 — шлицевой вал: 2 — шлицы; 3 — шестерня

Иногда необходимо, чтобы зубчатое колесо могло не только передавать вращательное движение, но и перемещаться вдоль вала. В этом случае применяют шлицевое соединение (рис. 57, б). Для такого соединения на поверхности вала прорезают продольные канавки. В результате этого на валу образуются выступы — шлицы. А в отверстии колеса прорезают продольные пазы, в которые эти шлицы входят. Шлицевое соединение применяется, например, в шпинделе настольного сверлильного станка.

Практическая работа № 13

Изучение составных частей машин

1. Ознакомьтесь с механизмами, имеющимися в школьной учебной мастерской. Запишите в рабочую тетрадь их названия и назначение.
2. Замерьте диаметры зубчатых колёс ручной дрели и определите передаточное отношение этой зубчатой передачи.

Выполните поиск в Интернете, какие ещё механизмы, кроме имеющихся в мастерской, применяются в современных машинах. Расскажите о них на следующем уроке.

Новые слова и понятия

Основные части машин: двигатель, передаточный механизм, рабочий (исполнительный) орган; механизмы: цепной, зубчатый (зубчатая передача), реечный; шпонка, шлиц.

§ 13. Элементы машиноведения. Составные части машин

Вы уже знаете из 5 класса, что машина — это устройство, предназначенное для выполнения какой-либо работы путём преобразования одного вида энергии в другой. Важнейшая особенность каждой машины — наличие трёх основных частей: двигателя, передаточного механизма и рабочего (исполнительного) органа.

Например, в автомобиле есть двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия топлива превращается в энергию движения. Рабочими органами являются ведущие колёса автомобиля, а между двигателем и колёсами расположены передаточные механизмы.

Для управления работой любой машины существуют устройства управления: рычаги, педали, кнопки. Некоторыми машинами управляют автоматические устройства, сигналы которым поступают с компьютера.

В 5 классе вы изучали некоторые механизмы передачи движения — винтовой и фрикционный механизмы, а также ремённую передачу. Мы рассмотрим ещё несколько механизмов передачи движения, являющихся составными частями машин: цепной, зубчатый, реечный (табл. 9).

Таблица 9

Виды механизмов (передач)

Цепной механизм передачи движения имеется у велосипеда. Он состоит из цепи и двух звёздочек.

Зубчатый механизм (зубчатая передача) есть у ручной дрели. Механизм состоит из двух зубчатых колёс, которые вращаются в разных направлениях. Меньшее из двух находящихся в зацеплении колёс называют шестернёй. Зубчатые колёса могут быть цилиндрическими или коническими (как у дрели).

В реечном механьише при вращении зубчатого колеса 1 рейка 2 перемещается поступательно, и наоборот, при поступательном движении рейки 2 колесо 1 вращается. Например, в настольном сверлильном станке при повороте рукоятки подачи (с закреплённым на ней зубчатым колесом) шпиндель со сверлом (связанный с рейкой) движется поступательно.

В механизме, состоящем из двух звеньев (зубчатых колёс, звёздочек и др.), одно звено является ведущим, а другое ведомым. Ведущее звено передаёт движение ведомому звену. Например, звёздочка цепной передачи велосипеда, которую вы вращаете педалями, является ведущей, а звёздочка, которая закреплена на оси заднего колеса, ведомой.

Отношение диаметра ведомого колеса к диаметру ведущего называют передаточным отношением i:

где D₁ — диаметр ведущего колеса;

D₂ — диаметр ведомого колеса.

Шестерни зубчатой передачи, звёздочки цепной передачи, шкивы ремённой передачи обычно насаживают на валы. Для их надёжного закрепления на валу и передачи вращательного движения применяют шпоночное соединение (рис. 57, а). В шпоночном соединении в валу вырезают шпоночный паз, в который помещают шпонку — небольшой металлический брусок. Возвышающаяся над поверхностью вала часть шпонки входит в паз, прорезанный в шестерне, шкиве или звёздочке, и таким образом соединяет их с валом. Шпоночное соединение применяется, например, в соединении вала электродвигателя со шкивом ремённой передачи токарного станка для обработки древесины.

Рис. 57. Соединение шестерни с валом: а — шпоночное: 1 — вал: 2 — шпонка: 3 — шестерня: 4 — шпоночный паз; 6 — шлицевое: 1 — шлицевой вал: 2 — шлицы; 3 — шестерня

Иногда необходимо, чтобы зубчатое колесо могло не только передавать вращательное движение, но и перемещаться вдоль вала. В этом случае применяют шлицевое соединение (рис. 57, б). Для такого соединения на поверхности вала прорезают продольные канавки. В результате этого на валу образуются выступы — шлицы. А в отверстии колеса прорезают продольные пазы, в которые эти шлицы входят. Шлицевое соединение применяется, например, в шпинделе настольного сверлильного станка.

Практическая работа № 13

Изучение составных частей машин

1. Ознакомьтесь с механизмами, имеющимися в школьной учебной мастерской. Запишите в рабочую тетрадь их названия и назначение.
2. Замерьте диаметры зубчатых колёс ручной дрели и определите передаточное отношение этой зубчатой передачи.

Выполните поиск в Интернете, какие ещё механизмы, кроме имеющихся в мастерской, применяются в современных машинах. Расскажите о них на следующем уроке.

Новые слова и понятия

Основные части машин: двигатель, передаточный механизм, рабочий (исполнительный) орган; механизмы: цепной, зубчатый (зубчатая передача), реечный; шпонка, шлиц.

Виды машин и механизмов. Классификация механизмов

В зависимости от назначения (от вида преобразования) различают энергетические, техно-логические, транспортные и информационные машины.

Энергетические машиныпредназначены для преобразования любого вида энергии в механическую энергию (и наоборот). Электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.п. – примеры энергетических машин.

Технологические машиныпредназначены для изменения формы, размеров, свойств или состояния исходных материалов и заготовок. К ним относятся металлообрабатывающие станки и комплексы, кузнечно-прессовое оборудование, прокатные станы, литейное оборудование, полиграфические, пищевые и другие машины.

Транспортные машиныпредназначены для перемещения людей, грузов, инструментов и других объектов в пространстве с требуемой скоростью.

Информационные машиныпредназначены преобразовывать вводимую информацию для контроля, регулирования и управления движением.

Механизмы разделяют: на элементарные, простые, с постоянной структурой, с переменной структурой, с незамкнутыми кинематическими цепями, с замкнутыми кинематическими цепями, стационарные, нестационарные, сложные, однотипные, многотипные, комбинированные.

Элементарный механизм— механизм, который нельзя более расчленить на части, способные самостоятельно преобразовывать движение.

Элементарный механизм (рис.1.3) представляет собой подвижное звено 1 и стойку 0, объединенные между собой посредством кинематической пары. На рис.1.3, а представлена схема элементарного вращательного механизма, на рис.1.3, б и в – соответственно цилиндрического и сферического элементарных механизмов. Кинематические пары обозначены: А – вращательная, В – цилиндрическая иС – сферическая.

Рис. 1.3. Схемы элементарных механизмов

Простой механизм– механизм, состоящий из элементарного(ных) механизма(ов) с присоединенной к нему (ним) одной структурной группой (ступенью).

Простыми механизмами являются шарнирный четырех- и пятизвенник, кулисный, кулачковый, зубчатый, мальтийский и т. п.

Механизм с постоянной структурой – механизм, кинематическая цепь которого в процессе функционирования структурно не изменяется.

Механизм с переменной структурой– механизм, кинематическая цепь которого в процессе функционирования структурно изменяется.

Механизм с незамкнутой кинематической цепью– механизм, который имеет в своем составе только незамкнутые кинематические цепи.

Механизм с замкнутой кинематической цепью– механизм, который имеет в своем составе только замкнутые кинематические цепи.

Стационарный механизм– простой механизм, присоединенный своими внешними кинематическими парами только к неподвижной стойке.

Нестационарный механизм– простой механизм, закрепленный своими внешними кинематическими парами на подвижных звеньях другого механизма.

Простые подвижные механизмы могут иметь как замкнутую, так и незамкнутую кинематическую цепь.

Сложный механизм– механизм, состоящий из элементарного(ых) механизма(ов), к которому(ым) присоединены две или более структурные группы (ступени), простой(ые) механизм(ы).

Сложный однотипный механизм– механизм, в состав которого входят только элементарные механизмы, структурные группы и простые механизмы, имеющие одинаковые количественные и видовые простейшие перемещения звеньев и элементов кинематических пар.

Многотипный сложный механизм– механизм, в состав которого входят элементарные механизмы, структурные группы и простые механизмы, существующие в различных пространствах (поверхностях).

Комбинированный механизм– механизм, образованный в результате произвольного объединения как простых, так и сложных механизмов с замкнутыми и незамкнутыми кинематическими цепями.

Машины и их основные элементы

Тема: Механизм и машина. Классификация машин.

Тема: Критерии работоспособности деталей машин. Контактная прочность деталей машин

Машины и их основные элементы

Человек создал машины для производства различных видов ра­бот или преобразования энергии. Современные машины обеспечи­вают резкое повышение производительности труда человека. На­пример, человек в течение длительного времени может развивать мощность не более 0,1 кВт, а мощность машин-преобразователей энергии (электрических генераторов) достигает 1200 МВт.

Любая машина состоит из двигательного, передаточного и испол­нительного механизмов. Например, у металлорежущего станка дви­гательным механизмом является электромотор, а у автомобиля -двигатель внутреннего сгорания; исполнительным механизмом (его также называют рабочим органом) у токарного станка является суппорт с режущим инструментом, а у автомобиля — колеса. Пере­даточные механизмы преобразовывают и передают движение от двигателя к рабочим органам. Так, в токарном станке движение от электродвигателя к суппорту, т.е. исполнительному механиз­му, передается через ременную передачу, коробку скоростей, ко­робку подач, ходовой винт и ряд зубчатых кинематических пар. В автомобиле функцию передаточных механизмов выполняют коробка скоростей и карданный вал. Таким образом, механизм—это внутреннее устройство машины, приводящее ее в действие.

Детали машин — это составные части машин и механизмов, каж­дая из которых изготовлена без применения сборки(например, вал, шестерня, болт, шплинт, ходовой винт станка, гайка). Число де­талей в сложных машинах может измеряться десятками и сотнями тысяч. Например, в автомобиле более 15 тысяч деталей, в авто­матизированных комплексах прокатного оборудования — более миллиона.

В машине можно выделить совокупность совместно работаю­щих деталей, которые представляют собой конструктивно обособ­ленные единицы, объединенные одним назначением; эти сбороч­ные единицы называют узлами. Узлы одной машины можно изготавливать на разных заводах. Примерами таких узлов являются муфты, редукторы, электрошпиндели, шарикоподшипники.

Две подвижно соединенные детали образуют кинематическую пару. На рис.1.1 представлены соответственно низшие (а — враща­тельная; б — поступательная; в — винтовая) и высшая (г — зубчатая) кинематические пары.

Тела, образующие кинематическую пару, называются звеньями. Совокупность звеньев подвижно соеди­ненных кинематических пар называется ки­нематической цепью.

На рис. 2 представ­лены кине-матические цепи, состоящие из пары зубчатых колес (рис. 2, а), а также цилиндрических, конической и червячной пар (рис. 2, б). Если в кинематической

Рис.1 цепи одно звено закреплено, то она

является механизмом (рис.3).

В машиностроении при вычерчивании различных кинематиче­ских пар приняты условные обозначения, утвержденные ГОСТом 2.770-68*

Основные критерии работоспособности и