Использование конусов на транспорте

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

Использование конусов на транспорте

Кузнецов Е.С. 1
1МБОУ СОШ №6 УИОП г. Реутов
Лонская Л.Ф. 1
1МБОУ СОШ №6 УИОП г. Реутов
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

Введение

В своей жизнедеятельности мы часто видим использование различных геометрических фигур, которые своими геометрическими свойствами помогают людям в их деятельности. В этой работе мы постараемся рассказать об одной из таких фигур.

Объектом исследования являются принципы работы конструктивных элементов механизмов, применяемых на транспорте, в которых применяются свойства конусов.

В жизни мы видим множество механизмов, но не задумываемся о принципах их функционирования. Однако множество их функций основано на свойствах различных фигур, в том числе конусов. Использование свойств конусов в механизмах, применяемых на транспорте, и является предметом исследования данной работы.

Гипотеза: свойства конусов лежат в основе принципов работы конструктивных элементов механизмов, применяемых на транспорте.

Цель работы: исследование применения свойств конусов, реализованных в принципах работы конструктивных элементов механизмов, применяемых на транспорте.

Задачи работы:

определить что такое конус;

показать применение конусов в технике;

показать свойства конусов, используемые в механизмах, применяемых на транспорте

показать использование выделенных свойств на практическом примере.

В ходе научного исследования использовались следующие методы:

изучение литературных источников;

теоретические;

поисковые;

сравнение;

анализ.

Данная работа весьма актуальна, так как прикладное использование геометрических свойств конусов в механизмах будет полезно для учеников, интересующихся современной техникой.

Конусы

«Как поворачивают поезда»

Меня заинтересовал вопрос, как поворачивает поезд, ведь колеса у него накрепко приделаны к оси. На этот вопрос отец объяснил:

Колёса у всех поездов парные, из-за чего по факту поворот невозможен. Ведь для поворота необходимо, чтобы на одной стороне оси колесо вращалось быстрее, чем на второй. Именно так и происходит с автомобилями, у них есть специальное устройство – дифференциал, к которому крепятся полуоси.

Однако в случае с парными колёсами такой возможности нет. Выход мог бы быть, если бы одно колесо в паре было меньше диаметром, но тогда поезд не сможет ехать прямо.

На самом деле рельсы и колеса не совсем «одинаковые». Колесо имеет форму усечённого конуса, причём большее основание внутреннее, меньшее внешнее. Рельс же имеет чуть покатую форму.

В результате, при повороте под действием центробежной силы колёсная пара смещается по рельсам и получается, что по внутреннему рельсу колесо катится меньшим радиусом, по внешнему большим. Чтобы поезд не сошёл с рельс, на внутренней стороне колеса находится упорное кольцо – реборда.

За счёт этого внутреннее колесо пробегает расстояние меньше внешнего и поезд поворачивает. Однако разницу между внешним и внутренним радиусом сделать значительной нельзя, потому железнодорожные повороты имеют достаточно большой радиус (на российской колее радиус поворота не менее 130 м.).

Меня очень заинтересовала фигура – конус. И я начал в этом разбираться.

Что такое конусы

Конус — часть тела, которая имеет ограниченный объём и которая получена путём объединения каждого отрезка, которые соединяют вершину и точки плоской поверхности. Последняя, в таком случае, является основанием конуса, а конус называется опирающимся на данное основание.

К руговой конус - это тело, состоящее из круга (основание конуса), точки, которая не лежит в плоскости этого круга (вершина конуса и всех отрезков, которые соединяют вершину конуса с точками основания).

Отрезки, которые соединяют вершину конуса и точки окружности основания, называют образующими конуса. Поверхность конуса состоит из основания и боковой поверхности

Прямой конус – это конус, в котором прямая, которая соединяет вершину конуса и центр основания, перпендикулярна плоскости основания.

П рямой круговой конус – это тело, которое получено вращением прямоугольного треугольника вокруг его катета как оси.

Высота конуса – это перпендикуляр, который опущен из вершины конуса на плоскость основания. Основание высоты в прямом конусе совпадает с центром основания. 

Ось прямого кругового конуса – это прямая, которая содержит его высоту.

У сечённый конус – это часть конуса, ограниченная его основанием и сечением, параллельным плоскости основания.

Конусы в технике

Применение конусов

С амое известное применение в технике конусы получили в конических передачах. Самые часто используемые - это зубчатые конические передачи. С их использованием создаются различные передающие и преобразующие вращательные движения механизмы, например редукторы, дифференциалы и коробки передач. Поэтому использование конусов в технике часто связывают с транспортом.

Конусная зубчатая передача предназначена для передачи вращения между пересекающими валами, которые могут быть расположены в пространстве как в одной плоскости, так и в перпендикулярных друг другу.

Н аиболее часто конические передачи находят применение в оборудовании, в котором предусматривается перемещение вспомогательных механизмов в параллельном или перпендикулярном направлении к оси основного вала.

Конусность

Одним из важных показателей конической передачи является конусность. С помощью неё определяют жёсткость изделий, она влияет на подбор металлов для изготовления конструктивных элементов.

Конусностью называется отношение диаметра основания конуса к высоте. Конусность рассчитывается по формуле К=D/h, где D – диаметр основания конуса, h – высота. Если конус усечённый, то конусность рассчитывается как отношение разности диаметров усечённого конуса к его высоте. В случае усечённого конуса, формула конусности будет иметь вид: К = (D-d)/h.

,Применение конусов в вариаторах

Не смотря на широкое применение классических коробок передач, основанных на шестерёнчатых передачах с перемещением вспомогательных механизмов, существуют альтернативные конструкции, позволяющие регулировать крутящий момент от двигателя к колёсам.

На текущий момент более интересным и перспективным типом трансмиссии (коробки передач) на транспорте становится вариатор, ещё её называют бесступенчатой коробкой передач. Самым распространённым видом вариатора является клиноремённый.

Устройство вариатора было придумано Леонардо да Винчи в 1490 году. Но воплотить её в жизнь смогли только в 1950 годах. Первым легковым автомобилем с такой трансмиссией стала 600-я модель от фирмы «DAF». В ней установили вариатор под названием «Variomatic», затем эстафету перехватила компания «Volvo». Сейчас многие автомобильные компании стали поставлять на рынок свои автомобили именно с такой трансмиссией.

В основном он состоит из одной передачи, реже из двух. Такой вариатор имеет два шкива, которые между собой соединяются клиновидным ремнём. Один шкив ведущий, а второй ведомый. Вначале между ними закладывалась армированная резина, но затем её заменили стальные пластины. Они способны передавать больший крутящий момент, обладают меньшим радиусом изгиба и долговечны.

Конструкция шкивов состоит из двух конусовидных половин, которые имеют уклон к оси вала. Эти конструкции при движении то отдаляются, то приближаются друг к другу. Ремень не что иное, как металлическая лента, имеющая покрытие. А также встречаются варианты, когда она состоит из тросов, они являются наиболее прочными.

При раздвижении шкивов лента уходит внутрь, когда они сближаются — ремень приобретает форму клина.

В последнем случае радиус шкива увеличивается, а вместе с ним становиться больше и передаточное число, а в предыдущем варианте все наоборот.

Впромежутках между этими состояниями ремень становится прямым.

Для смещения шкивов используются пружины, а также центробежная сила, создаваемая гидравлическим приводом. Он управляется электроникой, которая способна создать оптимальные условия для бесперебойной работы мотора. Водитель выбирает режим, а она настраивает работу CVT. За счёт этого происходит увеличение его ресурса, снижение износа и уменьшение использования топлива.

Таким образом, при помощи конусов работают различные механизмы, преобразующие крутящий момент. Широкое использование трансмиссий различных видов так или иначе не обходится без данной геометрической фигуры.

Заключение

В рамках исследования были изучены различные источники, описывающие:

геометрическую фигуру конус, его свойства;

применение конуса в технике;

устройство различных видов трансмиссий.

В рамках работы были рассмотрены различны примеры использования конусов на транспорте, выявлены связи свойств конуса и их применение в принципах функционирования различных механизмов.

Изучен принцип работы современного вариатора, на его примере было показано использование конусов в коробках передач механизмов, использующих изменение крутящего момента.

По итогам проведённой работы гипотеза исследования подтвердилась, цель исследования считаем достигнутой.

Список используемых источников

Автослесарь. Учебное пособие. Ростов-на дону: Феникс, 2001-576 с.

Бескаравайный М.И. Устройство автомобиля просто и понятно для всех. М.: Эксмо, 2008-64 с.

Депман И.Я., Виленкин Н.Я. За страницами учебника математики: пособие для учащихся 5-6 классов средней школы. - М.: "Просвещение", 1989г.

ГОСТ 19325-73 Передачи зубчатые конические. Термины, определения и обозначения

Шеврин Л.Н., Житомирский В.Г. Путешествие по стране Геометрия. М.: Просвещение,1991 -132 с.

Просмотров работы: 216