Справочно-информационный блок

Внимательное изучение материала раздела [33. — С. 58] показывает, что будущему учителю технологии предстоит непростая задача изложения школьникам значительного по объему, изобилующего техническими определениями материала. Мы сочли полезным предложить подборку общих справочных материалов, которые могут быть использованы при подготовке занятий с учащимися. Обращаем внимание, что отбор необходимого для урока материала производится исключительно по усмотрению учителя.

Машинами называются технические устройства, предназначенные для выполнения производственных (логических, двигательных, физиологических) функций человека.

В зависимости от выполняемых функций машины можно классифицировать следующим образом:

Логические Двигательные Физиологические

Кибернетические Двигатели

К логическим машинам относятся — электронно-вычислительные машины, компьютеры...

К физиологическим — автономные роботы, искусственные органы человека и другие.

К двигательным — паровые машины, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), электродвигатели, турбины и т.п.

К трансформирующим (технологическим) — всевозможные де рево- и металлообрабатывающие станки, бумагоделательные машины, ткацкие станки, печатные машины и др.

К транспортирующим — автомобили, тракторы, эскалаторы, насосы, операторы-манипуляторы и т. п.

Современная машина — это машина развитая. Развитая маши на представляет собой взаимодействующую совокупность источника движения (энергии), передаточного механизма и исполни тельного органа. Двигателей у машины может быть несколько. Исполнительных органов — тоже. В этих случаях передаточный механизм должен обеспечивать согласованность всех их взаимодействий.

Механизмами называются технические устройства, служащие для преобразования движений или усилий. В различных технологических устройствах часто обе эти задачи решаются одновременно (параллельно), поэтому в каждом конкретном случае необходимо учитывать основное назначение механизма.

Действительно, в технических устройствах механизмы как бы «передают» движение (усилие) от двигателя к исполнительному органу. В связи с этим механизмы иногда называют передачами. Однако понятие «передача» в техническом смысле более узкое, чем «механизм».

Теория механизмов и машин разделяет все механизмы преобразования движения на две группы.

1. Механизмы преобразования движения. Сюда относятся технические устройства, преобразующие один вид движения в другой. Например, вращательное в поступательное, прерывистое в непрерывное и т.п.

2. Передачи — технические устройства, преобразующие определенным образом только параметры движения без изменения его вида. Например, передавая вращение, изменяют его направление, ускоряют или замедляют его. В отличие от механизмов, передачи не имеют каких-либо устройств для изменения параметров движения в каком-либо диапазоне. Изменение параметров движения в данной передаче всегда однозначно. Теория механизмов и машин к механизмам преобразования движения относит винтовые, реечные, кривошипно-шатунные, кривошипно-кулисные, кривошипно-коромысловые, эксцентриковые, мальтийские, зубчатые механизмы с неполнозубыми колесами, храповые, кулачковые и зубчатые механизмы с некруглыми, обычно эллиптическими колеса ми. К передачам — фрикционные, ременные, зубчатые, винтовые зубчатые и червячные, цепные, гидравлические и др.

В технических устройствах часто применяют сложные механизмы, состоящие из однотипных или разнотипных передач. Механизмы, включающие в себя однотипные передачи, например зубчатые, называют иногда сложными передачами в отличие от простых передач, решающих задачу передвижения или усилия за счет однократного их изменения.

Механизмы, все части которых движутся как бы в одной плоскости, называются плоскими, в отличие от пространственных механизмов.

Часть технического устройства, совершающую движение относительно других его частей, в теории машин и механизмов называют кинематическим звеном. Звено может состоять из одной или нескольких, неподвижно соединенных между собой деталей. Станина (корпус) технического устройства вместе со всеми неподвижно соединенными с ней деталями также представляет собой кинематическое звено — стойку.

Два подвижных, соединенных между собой звена, обеспечивающих взаимное перемещение, образуют кинематическую пару. Если относительное движение звеньев происходит в одной плоскости

пару называют плоской, если в пространстве — пространственной. Кинематические пары называются низшими, если соприкосновение звеньев происходит по поверхности, и высшими, если соприкосновение звеньев осуществляется по линии или в точке.

Работоспособность плоского механизма легко проверить, пользуясь формулой П. Л. Чебышева:

W=3п-2Р₂- Р₁

где: п — число подвижных звеньев, Р₂ — число низших кинематических пар, Р\ — число высших кинематических пар, W — число степеней подвижности механизма. Оно указывает число ведущих звеньев в механизме. Если W = О, то механизм превращается в жесткую форму. Если W = 1, то механизм работоспособен.

Элементарные части, на которые может быть расчленено техническое устройство, называются деталями. Деталь — это часть технического устройства, изготовленная, как правило, из одного куска материала и имеющая в данном устройстве самостоятельное значение и наименование. В технике различают два основных вида де талей:

1) типовые — повторяющиеся в различных устройствах;

2) специальные — встречающиеся только в данном устройстве. При определении вида детали надо исходить из основного ее

назначения. К типовым деталям часто относят и типовые узлы, например муфты, подшипники и т.д. В этом случае имеют в виду, что данные узлы состоят из типовых деталей. Узлом называют две или более детали, соединенные так, что они образуют часть технического устройства, имеющую самостоятельное назначение в данном устройстве.

Типовые детали подразделяют на две группы: типовые конструкционные и типовые крепежные. К первой группе относят валы, оси, шкивы, зубчатые колеса, ходовые винты и гайки, рычаги, стойки и другие детали, которые образуют конструкцию технического устройства. К типовым крепежным деталям относят болты, гайки, шпильки, шпонки, штифты и т.д. Назначение крепежных деталей — соединять (скреплять) конструкционные детали в единое целое.

Вал обычно представляет собой стержень цилиндрической (может быть и иной) формы. На валах закрепляются детали, с помощью которых передается крутящий момент (движение) от одного вала к другому. Валы могут быть гладкими, ступенчатыми, пустотелыми, коленчатыми и др.

Ось по форме напоминает вал, но, в отличие от него, не пере дает крутящего момента. Она только поддерживает вращающиеся вместе с ней или относительно ее детали. Оси могут быть неподвижными, например ось велосипедного колеса, или подвижными. Подвижные оси вращаются вместе с закрепленными на них дета лями (например, ось железнодорожного вагона).

Опорные части валов и осей называют шипами, или цапфами. Цапфу, расположенную на торце вала или оси, называют пятой.

Подшипники — это опоры для валов и осей, обеспечивающие нормальное их вращение. В простейшем случае это отверстие в стенке корпуса, в которое вставляется шип вала или оси. По принципу работы подшипники делятся на подшипники скольжения и подшипники качения. В подшипниках качения шарики или ролики заключены, как правило, в специальную обойму — сепаратор. Торцовые подшипники часто называют подпятниками.

Муфты — типовые узлы, служащие для соединения концов валов, труб, тяг и т. п. В технике используется большое количество видов муфт: кулачковые, фрикционные, глухие и т.д.

Шкив — обычно гладкое колесо с ободом, приспособленным для охватывания его ремнем. Обод может быть гладким — для гладкого ремня или иметь специальные профильные канавки — для профильных, например клиновых, ремней. В последние годы распространены зубчатые ремни с соответствующим профилем шкивов. Шкивы могут быть одноступенчатыми или многоступенчаты ми, одноручьевыми (одноканавочными) или многоручьевыми.

Зубчатые колеса делятся на прямозубые, косозубые и шевронные. Форма зуба может быть различной по профилю. Чаще всего используются зубчатые колеса с эвольвентными зубами. Зубчатые колеса в зависимости от расположения их осей делятся на цилиндрические, конические и червячные. Косозубые колеса применяются при значительных усилиях и скоростях вращения. Шевронные — при тяжелых условиях работы.

Конструкционные винты и гайки служат в основном для преобразования движения.

Шпонки служат для закрепления шкивов или зубчатых колес на валах (осях). Для этого на валу, и соответственно, на закрепляемой детали делают специальные канавки — шпоночные пазы, куда и вставляется шпонка. Различают призматические, сегментные и клиновые шпонки.

Шайба — деталь, помещаемая под гайку для улучшения каче­ства резьбового крепежного соединения.

Шпилька — крепежная деталь цилиндрической формы, имею­щая на обоих концах резьбу.

Шплинт — деталь, изготавливаемая из проволоки, обычно по­лукруглого сечения, и предназначенная для фиксации гайки или головки болта в определенном положении.

При сборке любого технического устройства из деталей эти де­тали необходимо соответствующим образом расположить и соеди­нить. Соединение деталей — конструктивное скрепление их в целях образования из деталей определенного технического устройства или отдельного узла. Все многообразие встречающихся в технике соединений можно объединить в две группы: подвижные и неподвижные соединения. Подвижные соединения обеспечиваются в основном за счет подвижных посадок (посадок с зазором). Неподвижные соединения подразделяются на неразъемные и разъемные. К неразъемным можно отнести заклепочные, сварные, клеевые, паяные и т.п. соединения. К разъемным — шпоночные, шлицевые, резьбовые, клиновые, соединения за счет посадок с гарантированным натягом и т. п.

Для расчета, ремонта, изучения устройства и работы технических устройств необходимо уметь составлять и читать их кинематические схемы.

Знакомство учащихся с кинематическими схемами технических устройств осуществляют параллельно с изучением этих устройств.

Кинематические схемы позволяют видеть за условными изображениями «живые» детали и их принципиальное взаимодействие. Это способствует формированию абстрактного мышления учащихся и развитию пространственного воображения. При помощи кинематических схем легче проводить сравнительный (политехнический) анализ технических устройств.

Кинематическая схема — это графическое, с помощью условных обозначений, изображение технического устройства, используемое для изучения принципов работы устройства. Схема не отражает действительного конструктивного устройства машин (аппарата, прибора, механизма...).

На кинематических схемах детали обозначаются в виде условных изображений, предусмотренных соответствующими ГОСТами. Как правило, указываются только подвижные соединения. Детали, неподвижно соединенные между собой, изображаются как одно целое (звено). Звенья могут быть твердыми (жесткие или гиб кие). Жесткие звенья могут передавать любые нагрузки, гибкие — только растягивающие, жидкие и газообразные — только сжимающие. Звенья образуют кинематические пары. Систему взаимосвязанных звеньев и кинематических пар, изображенных на схеме, называют кинематической цепью. Если каждое звено входит в две и более кинематические пары, то цепь называют замкнутой. Если же хотя бы одно звено входит лишь в одну пару, цепь называют разомкнутой.

Классификация и обозначение схем — по ГОСТ 2.701 — 76 ЕСКД. Кинематические схемы выполняют в соответствии с требования ми ГОСТ 2.703 — 68 и ГОСТ 2.701 — 76, который определяет общие правила выполнения схем всех видов.

На кинематической схеме технического устройства изображают все элементы и их соединения (звенья, пары, цепи), отражают кинематические связи между ними, как механические, так и не механические, а также связь с источником движения. Кинематическую схему составляют с таким расчетом, чтобы с ее помощью

можно было осуществить регулирование, управление и контроль заданных движений исполнительных органов технического устройства. Схему изделия вычерчивают, как правило, в виде развертки. Можно вписывать ее в контур изображения технического устройства, а также вычерчивать в аксонометрических проекциях. На кинематической схеме допускается:

а) перемещать элементы вверх или вниз относительно истинного положения, выносить их за контур изделия, не меняя положения;

б) поворачивать элементы до положения, наиболее удобного для изображения.

В этих случаях сопряженные звенья, пары, вычерченные раз дельно, соединяют штриховыми линиями. Размеры взаимодействующих элементов на схеме должны быть пропорциональны размерам этих элементов в изделии.

На схеме, помимо графического изображения деталей, указывают номера валов (римскими цифрами — I, II, III и т.д.) и всех других повторяющихся элементов (арабскими цифрами — 1, 2, 3 и т.д.), а также функциональное назначение и название (можно сокращенно) каждой самостоятельной группы элементов. Напри мер: Б1 (блок зубчатых колес), М2 (муфта) и т.д.

Чтение кинематических схем не сводится к простой расшифровке отдельных условных изображений, а предлагает выяснение отношений, которые заложены при соединении этих условных изображений в единую кинематическую цепь. При чтении кинематических схем в учебных целях часто ограничиваются определением последовательности передачи движения, выяснением характера взаимосвязей и взаимодействия отдельных элементов технического устройства.

Для выяснения количественных отношений между элементами технического устройства необходимо знание основных параметров этих элементов (шаг резьбы, модуль зубчатого зацепления и др.).

Шагом Р винтового или зубчатого зацепления называют расстояние между одноименными точками двух соседних витков резьбы (ниток) или зубьев зубчатого колеса (рейки). От шага следует отличать ход резьбы Р„

Р_п = Рп,

где п — число заходов резьбы.

Модулем называют число миллиметров диаметра делительной окружности зубчатого колеса, приходящееся на один зуб этого колеса:

m = D₀/Z

где т — модуль зубчатого зацепления, D₀, — диаметр делительной окружности, Z — число зубьев зубчатого колеса.

Работать в паре могут только колеса (или колесо с рейкой) одного модуля. Шаг зубчатого зацепления кратен числу (3,14...), поэтому

M = P/π

Передаточное число. В передачах вращательного движения

U = n₁ / n_2, или U = D₂/D, или U = Z₂/Z_1,

где n₁, — число оборотов ведущего колеса (вала), п₂ — число обо ротов ведомого колеса (вала), Z₁ — число зубьев ведущего колеса, Z₂ — число зубьев ведомого колеса, D₁ — контактный диаметр ведущего колеса, D₂ — контактный диаметр ведомого колеса, и — передаточное число передачи.

В сложных передачах и механизмах общее передаточное число равно произведению всех передаточных чисел:

U_обш = u₁и₂...и_п.

В практике иногда пользуются величиной обратной передаточному числу. Эта величина называется передаточным отношением

При определении передаточного числа (отношения) для перс дач трением и им подобных необходимо учитывать коэффициет полезного действия (КПД) передачи:

u_деств= uή

где ή— КПД передачи.