IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Бензовелосипед трехколесный
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современный мир - это мир робототехники и различных информационных технологий. Сложно представить жизнь простого человека без использования различной техники. У домохозяйки всегда в арсенале пылесосы (простой и моющий), стиральные и посудомоечные машины. А в хозяйстве любого жителя сельской местности Уральской глубинки, каковыми являемся мы, наша семья, всегда найдется техника разного предназначения для обработки садового участка, огорода.
Рассматривая эти механизмы, я часто задумывался: а нельзя ли конструировать самому технику, безопасную, но нужную в хозяйстве. У меня уже был велосипед, переконструированный мной на трехколесный, с коляской, куда я мог помещать груз до 30 килограммов. Но перемещать грузы на большие расстояния, оказалось тяжеловато для меня. Значит, нужно чтоб у моей техники был двигатель, который бы вращал колеса.
Наблюдая за простыми и сложными механизмами, я выделил основное: общим и необходимым элементом в большинстве у этих механизмов является передаточный механизм. Я решил разобраться в механизмах передачи движения, как передается и изменяется вращательное движение между двигателем и колесом.
Даная тема является актуальной, так как мы живем в веке бурного развития техники. Данное исследование может послужить сообщением на занятиях физики, технологии. Передаточные механизмы широко применяются также и в робототехнике. Думаю, что моя работа даст толчок и моим друзьям и ровесникам для того, чтобы применить мою работу не только в механике, но и в робототехнике.
Цель данной работы: исследовать, как передается и изменяется вращательное движение
Задачи:
Изучить литературу по данной теме;
Сделать чертеж передаточного механизма;
Провести эксперименты и наблюдения;
Конструировать продукт- бензовелосипед трехколесный
Подтвердить или опровергнуть гипотезу.
Объект исследования – передаточные механизмы
Предмет исследования: передача вращательного движения двигателя бензопилы колесам велосипеда через цепной передаточный механизм.
Методы исследования – изучение литературы по данной теме, эксперимент, анализ, систематизация, обобщение.
Гипотеза: при помощи цепного передаточного механизма можно передать от двигателя бензопилы вращательное движение колесам велосипеда, сконструировать бензовелосипед.
Глава 1. Теоретическая часть
Передаточные механизмы – это механизмы, передающие движение от одного тела к другому. В частности, они делятся на несколько основных видов : зубчатые, червячные , фрикционные, ременные, цепные и винтовая. Необходимость введения передаточных механизмов обусловлена передачей мощности и уменьшением или увеличением скорости звеньев. Передаточные механизмы – основа современных технологий. Они важны и необходимы в повседневной жизни . Ведь на них основываются различные отрасли, например, машиностроение.
Передаточный механизм является одним из основных элементов машины. Он устанавливается между двигателем и исполнительным органом ( в нашем случае, колесами). Передаточный механизм должен обеспечивать с заданной степенью точности передачу движения и его преобразование, быть экономичным и безопасным в работе.
Необходимость применения передач (передаточных механизмов) в машинах обусловлена следующими причинами:
скорости движения исполнительных органов машины чаще всего отличны от скоростей стандартных двигателей;
в процессе эксплуатации машины необходимо регулировать скорости исполнительного механизма и, соответственно, вращающие моменты, вероятнее всего в пределах, не осуществляемых непосредственно двигателем из-за неэкономичности или невозможности;
характер и законы движения, обеспечиваемые двигателем, отличаются от предусматриваемых для исполнительного механизма;
одним двигателем необходимо привести в движение несколько исполнительных механизмов с различными скоростями;
непосредственно из-за больших расстояний между двигателем и исполнительным механизмом или по соображениям безопасности, удобства обслуживания или габаритов машины.
Существует огромное количество различных типов передаточных механизмов. Дадим некоторую общую их классификацию по разным признакам.
Все передаточные механизмы можно разбить по способу передачи движения на три группы:
1) механизмы передачи вращения;
2) передаточные механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное движение и наоборот;
3) механизмы для преобразования движения по заданному закону.
К передачам вращения, предназначенным для передачи крутящих моментов между разными валами, относятся, например: ременные передачи, фрикционные, цепные, зубчатые, червячные и др.
Примерами передаточных механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное, являются: зубчато-реечная передача, винтовые механизмы скольжения, шариковинтовые и планетарновинтовые механизмы и др.
К механизмам, предназначенным для преобразования движения по заданному закону, можно отнести кулачковые, рычажные, мальтийские, храповые механизмы и др.
Наиболее широкое распространение в технике получило вращательное движение, так как оно может быть осуществлено наиболее простыми способами.
Классификация передач по способу передачи вращательного движения от ведущего вала к ведомому приведена ниже:
Таким образом, по способу передачи движения различают передачи:
трением (ременные, фрикционные и др.)
зацеплением (зубчатые, цепные, червячные и др.);
непосредственного касания (фрикционные, зубчатые, червячные, глобоидные, гипоидные, спироидные, волновые, винтовые и др.)
с гибкой связью (ременные, зубчатоременные, цепные и др.
Глава 2. Практическая часть
Для осуществления своей мечты, мне пришлось обратиться к своему отцу Садыкову Анвару Шамсетдиновичу. Мой отец много лет работает водителем или как у нас говорят, шофером с многолетним стажем. Я показал свои схемы, где было изложено, что я хочу получить и как я предполагаю это сделать. Отец сказал: «Давай, подумаем! Но выполнять все будешь сам, а я позабочусь о твоей безопасности». С учителем физики подобрали литературу и обозначили задачи, для достижения поставленной цели.
Я выбрал передачу вращательного движения зацеплением, точнее цепную передачу. (зубчатые, цепные, червячные и др.);Зубчатая передача – механическая передача, которая состоит из зубчатых колес. Эту передачу используют для передачи между валами. Зубчатые колеса изготавливают нарезанием зубьев в дисковых формах из стали , пластмассы чугуна, латуни и алюминия.
Для своих исследований я сделал рисунок-схему, которая представляет собой работу цепной передачи, где вращение от двигателя передается колесам, используя силу трения зацепления для передачи механической энергии.
Для осуществления своего проекта, я решил использовать двигатель старой бензопилы «Дружба-4».
По своей конструкции бензопилы относятся к классическим механизмам, приводимым в действие двигателями внутреннего сгорания. Можно сказать даже, к наиболее простым из них, поскольку в бензопилах используется простой одноцилиндровый двухтактный бензиновый двигатель, а редуктор у бензопилы, в строгом значении этого слова, просто отсутствует - если не считать редуктором одноступенчатую цепную передачу, приводящую в движение пильную цепь.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала.
Бензопилы оснащены сцеплением центробежного типа, срабатывающим автоматически в зависимости от числа оборотов двигателя. Двигатель бензопилы имеет максимальные обороты около 13500 об/мин.
При малых оборотах элементы с фрикционными накладками, имеющие степень свободы в радиальном направлении, притягиваются к центру вала пружинами и не передают вращение на барабан , соединенный со звездочкой движущей цепь. Когда обороты двигателя бензопилы достигают значений, при которых центробежная сила превышает усилие пружин, фрикционные сегменты прижимаются к внутренней поверхности барабана и начинают его вращать. В результате начинает вращаться ведущая звездочка, приводящая в движение пильную цепь.
А что, если вместо ведущей звездочки поставить звездочку велосипеда? Тогда вместо шины бензопилы будут вращаться колеса моего велосипеда.
Тогда и пригодилось наставничество моего отца. Вместе с отцом мы сделали рамку при помощи сварки, где можно было поместить «Дружбу». Я предположил, что, если двигатель будет располагаться в задней части, то не будет препятствовать управлению велосипедом. А в передней части должны были располагаться педаль и сцепление. А сцепление, конечно, лучше закрепить на руле.
Цепь для звездочек решили оставить, свой, от велосипеда. А двигатель будет заводиться статором. Пока моя техника будет работать на одной скорости, но мы обязательно поработаем над тем, чтобы можно было переключать на большую или меньшую скорость.
Мне понравилось, как я чистил, перебирал, шлифовал детали. И из двух велосипедов и бензопилы, которые были давно списанные хозяевами на металлолом, нам удалось сконструировать трехколесный бензовелосипед.
А когда все заработало, радости моей и гордости не было конца. Моя мечта сбылась. И я очень благодарен, прежде всего, своему отцу, который всегда поддерживает меня, учит меня обращаться с техникой, дает советы при сборке и разборке механизмов.
Таким образом, я убедился, что при помощи цепного передаточного механизма можно передать от двигателя бензопилы вращательное движение колесам велосипеда, сконструировать бензовелосипед.
Заключение
Без передаточных механизмов не было бы никаких технологий, как было уже отмечено нами в введении, и механика, и робототехника и другие отрасли. И все они состоят из передаточных устройств. А без этих отраслей науки у нас не было никакого прогресса, на котором развивается человечество.
Роль передаточных механизмов очень велика. Возьмем хотя бы сельское хозяйство, или личное подсобное хозяйство. Сколько различных механизмов можно сконструировать, для облегчения жизни сельского жителя! Сколько уже существует механизмов, а сколько ещё потребностей в таких механизмах. Очень многое хочется придумать и воплотить мечты в жизнь.
А пока, я хочу поработать дальше над своим бензовелосипедом, хочу, чтоб можно было переключать скорости, а поможет в этом, я думаю, передаточный механизм.
Список литературы
https://fam-drive.ru/News/shesterna_history
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D1%83%D0%B1%D1%87%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B5_%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%81%D0%BE
Аристотель. Физика.-М.: Гос. социально-экономическое изд-во, 1936.- 190с.
Большая книга экспериментов для школьников, 2006г. Под редакцией Антолнелы Мейеми.
Интернет ресурсы «Зачем нужны Шестеренки?»
Карцев В.Ньютон. - М.: «Молодая гвардия», 1987, серия «Жизнь замечательных людей».
Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики: учеб. Для вузов.-10 изд., перераб. И доп. – М.: Высш.шк., 1986- 416 с. , ил.