Простые механизмы. подъемный механизм. простые механизмы в быту

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Исследуя условия равновесия рычага, ученик выполнил соответствующую лабораторную работу. В таблице представлены значения сил и их плеч для рычага, находящегося в равновесии. Определите, чему равно плечо ​\( l_1 \)​?

1) 12,8 м
2) 2,5 м
3) 0,8 м
4) 0,25 м

2. Ученик выполнял лабораторную работу по исследованию условий равновесия рычага. Результаты для сил и их плеч, которые он получил, представлены в таблице.

Чему равна сила ​\( F_1 \)​, если рычаг находится в равновесии?

1) 100 Н
2) 50 Н
3) 25 Н
4) 9 Н

3. Рычаг находится в равновесии под действием двух сил. Сила ​\( F_1 \)​ = 6 Н. Чему равна сила \( F_2 \), если длина рычага 50 см, а плечо силы \( F_1 \) равно 30 см?

1) 0,1 Н
2) 3,6 Н
3) 9 Н
4) 12 Н

4. Выигрыш в силе, приложенной к грузу, нельзя получить с помощью

1) подвижного блока
2) неподвижного блока
3) рычага
4) наклонной плоскости

5. С помощью неподвижного блока в отсутствие трения силе

1) выигрывают в 2 раза
2) не выигрывают, но и не проигрывают
3) проигрывают в 2 раза
4) возможен и выигрыш, и проигрыш

6. С помощью подвижного блока в отсутствие трения

1) выигрывают в работе в 2 раза
2) проигрывают в силе в 2 раза
3) не выигрывают в силе
4) выигрывают в силе в 2 раза

7. На рисунке изображён неподвижный блок, с помощью которого, прикладывая к свободному концу нити силу 20 Н, равномерно поднимают груз. Если трением пренебречь, то масса поднимаемого груза равна

1) 4 кг
2) 2 кг
3) 0,5 кг
4) 1 кг

8. Наклонная плоскость даёт выигрыш в силе в 2 раза. В работе при отсутствии силы трения эта плоскость

1) даёт выигрыш в 2 раза
2) даёт выигрыш в 4 раза
3) не даёт ни выигрыша, ни проигрыша
4) даёт проигрыш в 2 раза

9. Вдоль наклонной плоскости длиной 5 м поднимают груз массой 40 кг, прикладывая силу 160 Н. Чему равна высота наклонной плоскости, если трение при движении груза пренебрежимо мало?

1) 1,25 м
2) 2 м
3) 12,5 м
4) 20 м

10. Груз массой 10 кг поднимают по наклонной плоскости длиной 2 м и высотой 0,5 м, прикладывая силу 40 Н. Чему равен КПД наклонной плоскости?

1) 160%
2) 62,5%
3) 16%
4) 6,25%

11. Груз поднимают с помощью подвижного блока радиусом ​\( R \)​ (см. рисунок). Установите соответствие между физическими величинами (левый столбец) и формулами, по которым они определяются (правый столбец).

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) плечо силы ​\( \vec{F}_1 \)​ относительно точки A
Б) плечо силы \( \vec{F}_2 \) относительно точки A
B) момент силы \( \vec{F}_1 \) относительно точки A

ФОРМУЛЫ
1) ​\( F_1R \)​
2) \( 2F_1R \)
3) \( \frac{F_1}{R} \)
4) ​\( R \)​
5) ​\( 2R \)​

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Любой простой механизм даёт выигрыш в силе.
2) Ни один простой механизм не даёт выигрыша в работе.
3) Наклонная плоскость выигрыша в силе не даёт.
4) Коэффициент полезного действия показывает, какая часть совершенной работы является полезной.
5) Неподвижный блок даёт выигрыш в силе в 2 раза.

Часть 2

13. Чему равна сила, с которой действуют на брусок массой 0,2 кг, перемещая его по наклонной плоскости длиной 1,6 м и высотой 0,4 м, если КПД наклонной плоскости 80%.

Клин

Рассмотрим еще один инструмент: топор. Во время первого удара по бревну, топор прорезает его. Тут действует принцип ножа: небольшая площадь, большое давление (см. рис. 19)

Рис. 19. Принцип ножа

Но дальше мы бьём уже по-другому (см. рис. 20)

Рис. 20. Работа топором

Что происходит? Древесина движется вдоль лезвия топора (наклонной плоскости). На нее действует сила реакции опоры перпендикулярно поверхности лезвия (см. рис. 21), и под ее действием древесина раскалывается

Рис. 21. Клин

Топор является примером ещё одного частного случая наклонной плоскости, который называют клином

. И снова получаем выигрыш в силе и проигрыш в перемещении – топор вгоняется в бревно на несколько сантиметров, чтобы разъединить его на несколько миллиметров.

Про все виды наклонной плоскости мы можем сказать, что они дают выигрыш в силе. И чем меньше угол у основания плоскости, тем больше этот выигрыш (см. рис. 13) Известных нам математических инструментов пока не хватает, чтобы точно рассчитать этот выигрыш, но чуть позже мы научимся это делать.

Механизм трансформации дивана «Пантограф»(«Тик-так»,»Пума»,»Шагающая еврокнижка»)

С «Пантографом» та же история, что и с диванами «Танго».Видимо ради красного словца продавцы и производители придумали ряд ярких названий по сути одного и того же механизма. Итак, что еще удалось встретить под маской «Пантографа»-«Тик-так», «Пума» и даже «Шагающая еврокнижка».Что бы не путаться далее буду называть механизм «Пантографом» (звучит как-то солидно и загадочно))).

«Пантограф» возник как вариант механизма «Еврокнижка». Отличие в том, что в «пантографе» нет выкатных роликов.В остальном имеет похожие с «Еврокнижкой» параметры.Снабжен внутренними нишами для хранения, имеет большое и ровное спальное место.

Принцип работы механизма: Для раскладывания достаточно потянуть вверх сидение дивана взявшись за его край посередине.Часто диваны снабжены петлями — ручками для удобства раскладывания. Потянув вверх сидение дивана вы приводите в действие его механизм, который выдвигает вверх и вперед сидение и одновременно с этим раскрывает ножки опоры и встает на них. В образовавшуюся нишу укладывается спинка подушка. В итоге получается ровное, без видимых стыков место для сна двух человек.

Достоинства: диваны с «Пантографом» имеют комфортное место для сна. Механизм легко раскладываются. Подобный диван не испортит ваше напольное покрытие поскольку при раскладывании части дивана не ездят по полу.

Недостатки: механизм дорогой из-за этого и стоимость дивана становится более высокой. Из-за широкого сидения сидеть на диване не удобно, нужно использовать дополнительные подушки

Виды грузоподъёмных машин

Все виды грузоподъемных машин и механизмов классифицируют по нескольким признакам:

  • назначение (транспортировка, подъём, разгрузка/погрузка);
  • степень подвижности (самоходные, статичные, передвижные);
  • типу материалов (сыпучие, пеллетированные, штучные, жидкие);
  • уровень автоматизации;
  • характер движения (непрерывное, периодическое).

Кроме того, выпускаются агрегаты, отличающиеся по принципу работы: ручные и электрические устройства, агрегаты с пневмоприводом.

Домкраты

Одно из основных преимуществ применения домкрата в качестве грузоподъёмного приспособления – точность позиционирования поднимаемых конструкций независимо от их геометрии, габаритов и веса. Выпускаются механические, гидравлические, электрические, пневматические модели с широким диапазоном характеристик.

При их выборе за основу принимается грузоподъёмность (для винтовых домкратов её максимум составляет 1 т, для гидравлических – 100 т) и высота подъёма (ход штока). Также предлагаются специализированные модели. Чаще всего они используются на СТО для опрокидывания машин на один бок, подставки, применяемые во время ремонта для страховки других удерживающих приспособлений.

Лебедочные грузоподъемные механизмы

К грузоподъемным машинам относят лебёдочные механизмы. Они применяются в строительстве, сервисном обслуживании, на производстве для перемещения конструкций в горизонтальном или вертикальном направлении. Выпускаются модели, оснащённые приводом разного типа:

  • червячные (они отличаются большим передаточным числом);
  • цепные, отличающиеся высокой эффективностью;
  • барабанные электроустройства с коммутационной аппаратурой с номинальным напряжением 220 или 380 В;
  • рычажные, которые выделяются минимальными размерами и весом.

Основные критерии при выборе – тяговое усилие, канатоёмкость барабана, скорость движения троса, возможности регулировки рабочих параметров, вес изделия, грузоподъёмность.

Тали

Предлагается большой выбор модификаций талей с широким диапазоном характеристик. Это позволяет подобрать технику, учитывая особенности будущей эксплуатации. Отличительные особенности этого вида агрегатов – высокая надёжность, сравнительно высокие показатели скорости и высоты перемещения, грузоподъёмности. Тали часто применяют как вспомогательное устройство в комплексе с крановой техникой любого типа.

Для обеспечения высокой производительности, если важна скорость выполнения операций, речь идёт о конструкциях с большим весом выбирают электрические модели. При возможных перебоях в электроснабжении, на площадках с невысокой интенсивностью работы преобладают ручные тали. Также стоит учитывать при покупке необходимость перемещения механизма: есть стационарные и передвижные агрегаты.

Тельферы

Эффективной заменой крановой технике при погрузочно-разгрузочных работах становятся тельферы. Выпускаются следующие типы таких устройств: цепные и канатные. Грузоподъёмность агрегатов составляет до 25 т при высоте подъёма до 70 м. Управление может быть ручным или дистанционным (с помощью пульта ДУ).

Комплектация кареткой повышает функциональность модели за счёт возможности перемещения тельфера по территории цеха или строительной площадки. При необходимости обеспечения повышенной скорости движения каната или цепи технику оснащают частотным преобразователем.

Блоки и полиспасты

Блоки широко применяются в качестве самостоятельного или вспомогательного агрегата для подъёма конструкций. Они выпускаются в одно- и многороликовом исполнении. По назначению блоки делят на отводные и грузовые. Первые применяют для изменения направления движения троса, вторые – для перемещения по прямой.

Полиспасты – составная часть подъёмных агрегатов, которая представляет собой систему соединённых канатами блоков. Разделяют скоростные и силовые устройства (выбор зависит от поставленных задач). В рамках одной грузоподъёмной установки может использовать одновременно несколько полиспастов. Такое решение более эффективно и позволяет снизить нагрузку на каждый из них за счёт равномерного распределения усилий.

Сфера применения грузоподъемных машин и механизмов

Основной задачей, которую выполняют грузоподъемные механизмы, становится перемещение, подъём или опускание насыпных, штучных, пеллетированных материалов. Они широко применяются в машиностроении, сельском хозяйстве, в производственных цехах на строительных площадках. К отдельной категории принято относить приспособления, предназначенные для транспортировки людей (эскалаторы, подъёмники).

В зависимости от сферы использования разработана техника, отличающаяся по набору доступных функций, конструкции. К примеру, на СТО нужно поднимать автомобили на сравнительно небольшую высоту. При этом вес груза будет внушительным. С учётом этих особенностей эксплуатации разработаны домкраты. В зависимости от характера применения и характеристик поднимаемых конструкций мощность механизмов может существенно отличаться. Если есть необходимость в перемещении по свободной траектории, задействуются самоходные краны, оснащённые лебёдкой.

Учитывая тонкости использования, на предприятиях устанавливают грузоподъемную технику разной конструкции (существует более 20 типов агрегатов этого типа). Для работы с сыпучими материалами устанавливают машины циклического действия. Возможно движение по любой траектории, что позволяет учитывать особенности конкретного помещения. Вспомогательные функции при этом выполняют манипуляторы.

Механизм трансформации дивана «Итальянская раскладушка

Данный механизм трансформации относится к механизмам двойного сложения так же как и американская раскладушка..Механизм двойного сложения — это такой механизм, который приводится в рабочее положение в два приема.

Принцип работы механизма

Для раскладывания Итальянской раскладушки из дивана в кровать необходимо потянуть на себя за верхнюю часть спинки дивана ( обычно спинка для этих целей имеет специальную петлю).

  • На первом шаге раскладывания спинка дивана вместе с подушками наклоняется вперед и затем ложится и опирается на сидение дивана.
  • На втором этапе внутренняя часть конструкции  дивана делает оборот вокруг своей оси, это напоминает раскручивание скатанного в рулон матраса. После этого разворота открываются опорные ножки, скрытые до этого были скрыты и сложены внутри конструкции и на них опирается, образовавшееся спальное место дивана.

За счет усиленных пружин механизм можно складывать и раскладывать без существенных усилий .

Достоинства Итальянской раскладушки: этот механизм самый надежный и долговечный из раскладушек, это стало возможным благодаря применению усиленных металлических труб в каркасе механизма, диван в сложенном состоянии имеет компактный размер, при раскладывании нет необходимости снимать подушки с сидения дивана, итальянскин раскладушки среди прочих раскладушек  имеют самый толстый и комфортный матрац для сна , кроме того в каркасе используют ламели и ремни, которые создают ортопедический эффект.

Недостатки отсутствие мест для хранения белья, высокая цена

По удобству использования и по ортопедическим свойствам этот вид механизма наиболее подходит для спального дивана для ежедневного использования

Область применения

Кулисные механизмы находят применение в тех устройствах и установках, где требуется преобразовать вращение или качание в продольно- поступательное перемещение или сделать обратное преобразование.

Наиболее широко они используются в таких металлообрабатывающих станках, как строгальные и долбежные

Важное преимущество кулисно-рычажного механизма, заключается в его способности обеспечивать высокую скорость движения на обратном ходе. Это дает возможность существенно повысить общую производительность оборудование и его энергоэффективность, сократив время, затрачиваемое на непроизводительные, холостые движения рабочих органов

Здесь же находит применение кулисный механизм с регулируемой длиной ползуна. Это позволяет наилучшим образом настаивать кинематическую схему исходя из длины заготовки.

Механизм конхоидального типа применяется в легком колесном транспорте, приводимом в действие ножной мускульной силой человека- так называемом шагоходе. Человек, управляющий машиной, имитируя шаги, поочередно нажимает на педали механизма, закрепленные на оси с одного конца. Кулисная пара преобразует качательное движение во вращение приводного вала, передаваемое далее цепным или карданным приводом на ведущее колесо.

В аналоговых вычислительных машинах широко применялись так называемые синусные и тангенсные кулисные механизмы. Для визуализации различных функции в них применяются ползунные и двухкулисные схемы. Такие механизмы использовались в том числе в системах сопровождения целей и наведения вооружений. Их отличительной чертой являлась исключительная надежность и устойчивость к неблагоприятным воздействиям внешней среды (особенно- электромагнитных импульсов) на фоне достаточной для решения поставленных задач точности. С развитием программных и аппаратных средств цифровой техники область применения механических аналоговых вычислителей сильно сократилась.

Еще одна важная сфера применения кулисных пар- устройства, в которых требуется обеспечить равенство угловых скоростей кулис при сохранении угла между ними. Муфты, в которых допускается неполная соосность валов, системы питания автомобильных двигателей, устройство реверса на паровом двигателе.

Технология

§ 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

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.

Проверяем свои знания

  1. Чем отличается машина-двигатель от машины-генератора?

  2. Что такое механизм?

  3. Какие механизмы передачи движения ты знаешь?

  4. Как ты думаешь, деревянная ручка лобзика — это простая деталь или сложная?

Основные параметры кулачкового механизма

Наиболее важными параметрами устройства, определяющими его рабочие качества, служат:

  • наибольший ход толкателя (ход плеча коромысла);
  • наибольшая скорость поступательного перемещения;
  • траектория исполнительного органа.

Кроме того, в расчете участвуют и такие характеристики, как:

  • скорость вращения приводного вала;
  • заданное усилие на исполнительном органе;
  • период работы, у большинства схем принимается равным полному обороту вала (2π);
  • фазовыми углами Θ

Фазовые углы различаются на следующие:

  • фаза удаления Θу – угол, при повороте вала на который происходит максимальное перемещение толкателя между его крайними положениями;
  • фаза верхнего стояния Θв.в- угол максимального удаления толкателя от оси кулачка;
  • фаза сближения Θс соответствует перемещению толкателя из дальнего в ближнее положение, противоположна по смыслу фазе удаления, но не обязательно равна ей по величине;
  • фаза нижнего стояния Θ н.в — соответствует минимальному удалению и по смыслу противоположна Θ в.в.

Если сложить все фазовые углы, должна получиться полная окружность

Θ = Θу + Θв.в + Θс + Θн.в =2π.

Рабочий ход складывается из первых трех фаз:

Θр.х= Θy+ Θв.в+ Θс.

Холостой ход образуется из фазы нижнего стояния:

Θх.х= Θн.в.

Каждой фазе работы ставится в соответствие один из профильных углов Σ: Σу; Σв.в; Σс; Σн.в.

Обычно фазовый и профильный угол для каждого состояния не равны между собой

Θ ≠ Σ.

Расчет кинематики кулачкового устройства базируется на линейных и угловых размерах его компонентов. Соотношение между ними называют законом выходного звена кинематической схемы.

Его выражают как функцию от текущего угла поворота вала, он учитывает все свойства структуры системы и ее проектных характеристик:

S =f(Θ), где Θ – угол поворота ведущего вала.

Закон выходного звена можно получить двумя методами:

  • расчетно-аналитическим;
  • графоаналитическим.

Расчетно-аналитический способ существенно более точен, но требует сложных расчетов. Его используют как основной при проектировании ответственных механизмов.

Графоаналитический способ вычисления закона проще в исполнении и значительно более нагляден. Его используют для простых устройств и как способ предварительной оценки пред проведением расчетно- аналитических вычислений.

С развитием средств вычислительной техники и программного обеспечения сложности расчетно- аналитического метода отошли в прошлое. Средства трехмерного параметрического моделирования и кинематической симуляции, предлагаемые всеми ведущими производителями программных продуктов семейства CAD- CAE, позволяют одновременно проводить графическое моделирование и аналитические расчеты, существенно облегчая работу конструктора.

Классический графоаналитический способ реализуется:

  • построением кинематических диаграмм;
  • формированием кинематических планов с применением заменяющего механизма.

Чертеж его представляет собой упрощенную модель, содержащую лишь низшие пары. Их отличительное свойство заключается в том, что они обладают в фиксированных положениях ведущего звена теми же значениями координат, скорости и ускорения, как и у моделируемых ими компонентов высшей пары.

Во время построения упрощенной модели следует следить за тем, чтобы сохранялись законы движения ведущего и ведомого элементов кулачкового устройства, а также относительное положение их осей.

Пара высшего порядка моделируется связанной двойкой низших пар. Вследствие этого в схеме возникает фиктивное третье звено, а вместо схемы кулачковых механизмов подставляют эквивалентную схему рычажной системы.

Обычно функция движения выходного звена имеет вид второй производной расстояния по углу положения вала либо по времени. Тогда она имеет физический смысл ускорения, и для графического моделирования применяют способ построения кинематических диаграмм.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий