Исследование механизмов передачи движения

V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Исследование механизмов передачи движения

Тимонин С.А. 1
1МБОУ "СОШ №6"
Скачилова С.М. 1
1МБОУ "СОШ №6"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1.Введение.

Второй год, занимаясь на школьном курсе «Я-инженер», я заинтересовался вопросом применения механизмов передачи движения в современном мире, которые использовал ещё Архимед в своих гениальных изобретениях.

Известны такие изобретения Архимеда как винт, блок, ворот, рычаг, одометр, коготь Архимеда- механизм, ударяющий по кораблю противника и создающий пробоину. В этих и многих других механизмах использовались различные приспособления для изменения движения, получившие название – механизм передачи движения.

Какие изменения движения могут давать механизмы передачи и где они используются ? Ответ на этот вопрос даёт моя исследовательская работа.

Таким образом, мы определили тему исследования:

Тема: Исследование механизмов передачи движения.

Цель исследования:

Исследовать изменения движения в различных видах механических передач, создать модели этих передач, а также модель редуктора движения.

Задачи исследования :

Изучить основные виды механических передач и их предназначение.

Создать модели передач движения для исследования .

Создать модель редуктора движения.

Методы исследования:

Теоретические (изучение литературы, Интернет сайтов, и т.д.).

Математические (расчёт по физическим формулам)

Объект исследования: механизмы передачи движения.

Предмет исследования: изменения в движении.

2.Основная часть.

Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов.

Типы механических передач:

Зубчатые (цилиндрические, конические);

Винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);

С гибкими элементами (ременные, цепные);

Фрикционные (за счет трения, применяются при плохих условиях работы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:

Редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;

Мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

I.Зубчатая передача — это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.

Зубчатые передачи предназначены для:

передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;

преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача «рейка-шестерня»).

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом.

Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов:

с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);

с пересекающимися осями (конические);

с перекрестными осями (рейка-шестерня).

Достоинства зубчатых передач:

компактность;

возможность передавать большие мощности;

большие скорости вращения;

постоянство передаточного отношения;

высокий КПД.

Недостатки зубчатых передач:

сложность передачи движения на большие расстояния;

жесткость передачи;

шум во время работы;

необходимость в смазке.

II. Червячные передачи применяют для передачи движения между перекрещивающимися осями, угол между которыми, как правило составляет 90°. Движение в червячных передачах передается по принципу винтовой пары.

В отличие от большинства разновидностей зубчатых в червячной передаче окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Они направлены под углом и отличаются по значению. При относительном движении начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной низкого КПД, повышенного износа и заедания. Для снижения износа применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк – сталь, венец червячного колеса – бронза (реже – латунь, чугун).

Достоинства червячных передач:

Большие передаточные отношения;

Плавность и бесшумность работы;

Высокая кинематическая точность;

Самоторможение.

Недостатки червячных передач:

Низкий КПД;

Высокий износ, заедание;

Использование дорогих материалов;

Высокие требование к точности сборки.

III. Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передаются с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провода, стальную ленту, цепи различных конструкций. Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатыми или плавными изменениями его величины.

Ременная передача состоит из двух шкивов закрепленных

на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передаются за счет сил трения, возникающих между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего. В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи:

Плоскоременную;

Клиноременную (получили наиболее широкое применение);

Круглоременную.

Достоинства ременных передач:

Возможность передачи движения на значительные расстояния;

Плавность и бесшумность работы;

Защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня;

Защита механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня;

Простота конструкции и эксплуатации (не требует смазки).

Недостатки ременных передач:

Повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);

Непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания ремня;

Повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанная с большим предварительным натяжением ремня ( в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач);

Низкая долговечность ремней (1000-5000 часов).

2.1. Создание модели зубчатой передачи движения.

Цель: Исследование возможностей изменения движения при помощи зубчатой передачи.

Описание модели: Для того, чтобы создать модель зубчатой передачи движения, мне понадобилось 2 небольших куска фанеры. Из первого куска фанеры по заготовленным шаблонам зубчатых колес были вырезаны шестеренки обычным лобзиком. Первая шестерня больше, чем вторая в два раза. Первая шестерня с 12 зубьями, вторая – 6 зубьями и диаметрами 45 мм. и 25 мм. Далее они прикрепляются двумя отдельными осями к другой фанере в горизонтальном положении как параллельные оси. (рисунок 6)

Если большая шестерня ведущая, а маленькая- ведомая, то скорость больше у маленькой шестерни, а мощность меньше .

Если же маленькая шестерня – ведущая, а большая ведомая, то скорость меньше у большой шестерни, а мощность больше.

Вывод: В зависимости от расположения шестеренок и их диаметров преобразуется движение, а т.е. скорость увеличивается или падает, и изменяется мощность в этом механизме.

2.2. Создание модели изменения вращательного движения в поступательное «Шестерня- рейка» .

Описание модели: Были взяты 2 дощечки фанеры. В одной из дощечки фанеры был выпилен паз размером 155 мм на 10мм для установки шестерни рейки. Шестерня рейка была сделана также из фанеры в размерах 155мм на 7 мм и высотой 30 мм и с 16 зубьями, сделанных под углом 90°. Также как в первой модели зубчатой передачи была сделана шестерня из фанеры с 12 зубьями и диаметром 45 мм, которая была прикреплена к второй дощечки фанеры с помощью дополнительной оси. (рисунок 7,8)

Рейка двигается в горизонтальном положении, где с помощью шестерёнок преобразуется вращательное движение в поступательное движение рейки.

Вывод: Механизм «Шестерня- рейка» можно использовать для преобразования вращательного движения в поступательное.

2.3. Исследование возможностей ремённой передачи.

Описание модели: Переходим к созданию модели ремённой передачи. На небольшом куске фанеры был установлен электродвигатель с шкивом диаметром 6 мм, который будет ведущим. Далее установлен ведомый шкив диаметром 33 мм. Оба шкива были соединены ремнем, длиной 160 мм. На маленький шкив подается электрическая энергия и он передает на большой более мощное движение. Вращение ведущего шкива преобразуется во вращение ведомого, благодаря трению между ремнем и шкивами.

Т.е. мы создали модель ременной передачи со шкивами разных диаметров. Шкивы вращаются по- разному: большой шкив выполняет меньшее количество оборотов, а маленький – большее. (рисунок 9)

Диаметр малого шкива (ведущий)

Диаметр большого

шкива (ведомый)

Передаточное число i,

Межосевое расстояние

Время исследо-вания

Число оборотов

Скорость вращения

6 мм

33мм

5.5;

55 мм

1 мин

130 оборотов

2,2 об/с

Вывод: Ремённая передача позволяет создавать более мощное движение, но при этом уменьшается скорость . Меняя диаметры шкивов можно добиваться разных эффектов – повышения или понижения мощности движения.

2.4. Создание модели редуктора.

Изучив литературу, просмотрев видео на сайтах про механические передачи и создав примерные модели различных механических передач, я решил попробовать создать из подручных материалов редуктор для подтверждения изменения в движении.

В любом механизме каждая деталь имеет свою значимость, благодаря чему он и работает. Редуктор — главный элемент, который преобразует крутящий момент, что позволяет передавать мощность механической передачи на двигатель. Редуктор представляет собой комплект из шестеренок, которые находятся в картере, что позволяет защитить все детали от каких-либо повреждений, в том числе и загрязнения, а также обеспечивает необходимую смазку. Этот механизм предназначен для регулирования скорости вращения валов производящие крутящий момент.

Для изготовления моей модели редуктора был взят за основу материал пластик толщиной 4 мм. Сначала производил изготовление 2 –х одинаковых шестерен по готовым шаблонам (прил. 2) и колесо, имеющее зубья в виде цилиндрических пальцев (цевок) (прил.3). Диаметр одной шестерни составляет 55 мм и 12 зубьев и диаметр цевка 35 мм.

Собираем корпус редуктора. Размеры корпуса составляют 145мм * 75мм *35мм. В первую шестерню вставляется в центр ось и крепится в внутреннею часть корпуса, вторая шестерня также будет иметь в центре ось и 6 цилиндрических пальцев. Вторая шестерня крепится корпусу так, чтобы зубья первой шестерни зацеплялись за цилиндрические пальцы второй шестерни.

Далее устанавливаем цевок с 6 цилиндрическими пальцами, так чтобы зубья второй шестерни зацеплялись за цилиндрические пальцы колеса.

Потом устанавливаем двигатель на внешней стороне корпуса и соединяем его с цевочным колесом для того, чтобы механизм шестеренок привести в движении. Также с внешней стороны корпуса устанавливается элемент питания для подачи электроэнергии на двигатель. (Рисунок 9)

Вывод: При подаче энергии на двигатель вращается цевочное колесо и приводит в движении шестерни. Таким образом, преобразуется высокая скорость вращения входного вала в более низкую на выходном валу. При этом повышается вращающий момент.

3.Заключение

Ещё в древние времена Архимед использовал шестерни, цевки, колёса, вороты для передачи движения от одной части механизма к другой. При этом можно менять направление движений, вид движений и добиваться необходимых характеристик механизма. И в наши дни такие механизмы используются в автомобилях – коробка передач, ДВС, в станках, в швейных машинах, велосипедах, подъёмных кранах и часовых механизмах.

Мы в данной работе, в домашних условиях, исследовали изменения движения в различных видах механических передач. Создавая простые модели, я увидел, каким образом достигаются необходимые параметры механизма. В основном, за счёт диаметров шкивов, шестерён, количества зубьев или соединения разных видов движения.

Начальные знания я приобрёл, даже не изучая ещё предмета физики.

Уверен, что полученный опыт пригодится мне для дальнейшего изучения механического движения или механизмов.

4.Список литературы.

https://ru.wikipedia.org/wiki/

www.rg.ru/2010/12/31/deti-inform-dok.htm

https://ru.wikipedia.org/wiki

Просмотров работы: 618