V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Передача и преобразование механической энергии. Виды редукторов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность рассмотрения темы заключается в повсеместном использовании механизмов и различных устройств для передачи и преобразования механической энергии. Это самый древний и самый распространенный в использовании вид энергии. Везде, где есть движущиеся детали, колеса или части механизмов, используются разные виды передачи механической энергии.
Объект – процесс передачи механической энергии.
Предмет – зубчатая передача механической энергии.
Гипотеза исследования заключается в построении зубчатой передачи с заранее заданными характеристиками и проверкой на практике предполагаемой скорости вращения ведущего и ведомого валов.
В первой главе будет рассмотрен процесс передачи механической энергии и разные виды этого процесса. Будет подробнее рассмотрен конкретный механизм зубчатой передачи механической энергии, который является нашим предметом исследования. Будут также рассмотрены разные виды редукторов и различное преобразование механической энергии.
Во второй главе, в практической части проекта, будет рассмотрен механизм зубчатой передачи и применение редуктора в нашем конкретном проекте, указаны их размеры, характеристики, представлены расчеты скорости и количества оборотов ведущего и ведомого валов. Будет опытным путем проверена зависимость скорости вращения ведомого вала от параметров зубчатой передачи.
В заключении предполагается сделать вывод о том, что в дальнейшем проект возможно применить для построения движущихся частей роботов в курсе робототехники. Это соответствует ориентиру школы на углубление в математику, информатику и робототехнику.
Глава 1. Теоретическая часть проекта. 1. 1. Что такое механическая энергия?
Энергия – это способность тела совершать работу. Есть разные виды энергии, каждый вид энергии изучают разные разделы науки.
Например, ядерная - энергия взаимодействий частиц в атомном ядре. Изучается в ядерной физике.
Электромагнитная - энергия электрических зарядов, магнитных полей и фотонов. Изучается в теории электромагнетизма.
Есть еще химическая - энергия химических связей. Изучается в химии.
И биохимическая - энергия в клетках живых организмов. Изучается в разделе биологии - биохимии.
В нашем проекте рассматривается механическая энергия.
Механическая энергия изучается механикой, это раздел физики.
Механическая энергия – это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.
Еще можно сказать, что механическая энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел).
Раз это величина, это значит, что ее можно измерить и выразить числом, можно сравнивать разные величины и подсчитывать математически. Это очень хорошо, потому что, в практической части мы будем эти величины сравнивать. Кроме того, механическую энергию можно легко передавать от одного тела другому. Поэтому этот объект нам для изучения подходит.
Механическая энергия делится на кинетическую энергию и потенциальную энергию. Это мы будем изучать в 5 классе на уроках физики.
Еще следует отметить, что разные виды энергии легко переходят один в другой. Например, электрическая энергия двигателя становится механической энергией движущихся шестеренок. Шестеренки нагреваются, как и все движущиеся части двигателя. И выделяется тепловая энергия в виде тепла.
Таким образом, происходит переход энергии из электрической в механическую и частично в тепловую. Это очень распространенное явление, и можно привести множество подобных примеров.
Теперь надо рассмотреть подробнее, что такое механическая передача энергии, потому что наш объект изучения – процесс передачи механической энергии.
1.2. Передача механической энергии. Виды передачи.
Механическая передача — механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии от энергетической машины до исполнительного механизма (органа) одного или более, как правило, с изменением характера движения (изменения направления и скорости). Как правило, используется передача вращательного движения.
Основные виды механических передач (по виду) используемых элементов:
Ременная передача
Цепная передача
Фрикционная передача
Червячная (зубчато-винтовая) передача
Зубчатая передача
Наиболее распространенный вид механической передачи. В зависимости от формы зубчатых колес и зубьев различают следующие виды зубчатых передач:
Цилиндрическая зубчатая передача
Коническая зубчатая передача
1. 3. Редукторы. Виды редукторов.
Устройство, предназначенное для передачи механической энергии и преобразования скорости вращения (крутящего момента) с одной или несколькими механическими передачами.
Обычно редуктором называют устройство, преобразующее высокую угловую скорость вращения входного вала в более низкую на выходном валу, повышая при этом крутящий момент, такой редуктор обычно называют демультипликатором, а редуктор, который преобразует низкую угловую скорость в более высокую, обычно называют мультипликатором.
Редуктор со ступенчатым изменением передаточного отношения называется коробкой передач, с бесступенчатым— вариатор.
1. 4. Преобразование механической энергии.
Зубчатое колесо или шестерня— основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса
Зубчатые колёса обычно используются парами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.
Глава 2. Практическая часть проекта. 2. 1. Практическое применение передачи механической энергии.
В практической части изготовили редуктор для изучения зависимости между количеством зубьев шестерен и скоростью вращения валов.
2. 2. Рассмотрение на примере зубчатой передачи.
Количество зубьев на шестеренках: 57, 43, 78, 40, 10
Кпередачи = Zведущего:Zведомого
Кредуктора=Кпередачи1·Кпередачи2·Кпередачи3·Кпередачи4
Кпередачи1=57:34=1.326
Кпередачи2=43:78=0.551
Кпередачи3=78:40=1.95
Кпередачи4=40:10=4
Кредуктора=1.326·0.551·1.95·4=5.7
При указанных количествах зубьев при одном полном обороте ведущего вала ведомый вал совершит 5,7 оборота.
Заключение
В ходе работы над проектом построен редуктор с зубчатыми передачами и проверено соотношение между количеством зубьев входящих в него шестерен и скоростями вращения ведущего и ведомого валов.
Кроме того изучено несколько других видов механических передач.
Список используемой литературы
”Что? Зачем? Почему? Для мальчиков” Минск “Харвест” 2011
nsportal.ru
vse-sekrety.ru
medroad.ru
ru.wikipedia.org