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

Математические Трансформирующие Транспортирующие

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 де­рево- 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 маши­на представляет собой взаимодействующую совокупность источ­ника движения (энергии), передаточного механизма и исполни­тельного 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, кривошип- но-коромысловые, эксцентриковые, мальтийские, зубчатые ме­ханизмы с неполнозубыми колесами, храповые, кулачковые и зуб­чатые механизмы с некруглыми, обычно эллиптическими колеса­ми. 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. JI. Чебышева:

W = 3n – 2P₂ – P₁,

где: n — число подвижных звеньев, Р₂ — число низших кинемати­ческих пар, Р₁ — число высших кинематических пар, W — число степеней подвижности механизма. Оно указывает число ведущих звеньев в механизме. Если W = 0, 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 де­талей:

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 пере­дает 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 дета­лями (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 многоступенчаты­ми, 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 гиб­кие). 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 требования­ми 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 не­механические, 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 раз­дельно, соединяют штриховыми линиями. Размеры взаимодейству­ющих элементов на схеме должны быть пропорциональны разме­рам этих элементов в изделии.

На схеме, помимо графического изображен™ 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. Напри­мер: 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_n

Р_n = Рn,

где n — число заходов резьбы.

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

,

где m — 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 тг (3,14...), поэтому

.

Передаточное число. В передачах вращательного движения

, или , или ,

где n₁ — число оборотов ведущего колеса (вала), n₂ — число обо­ротов ведомого колеса (вала), Z₁ — число зубьев ведущего колеса, Z₂ — число зубьев ведомого колеса, D₁ — контактный диаметр ведущего колеса, D₂ — контактный диаметр ведомого колеса, u — передаточное число передачи.

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

u_общ = u₁ u₂ … u_n

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

При определении передаточного числа (отношения) для пере­дач трением и им подобных необходимо учитывать коэффициент полезного действия (КПД) передачи:

u_действ = uh,

где h — КПД передачи.

Задание

1. Продумать методику изложения нового материала и технику иллюстрации устного сообщения учебными пособиями.
2. Разработать ход проведения занятия.