§ 9. Технологические машины. Составные части машин

Какую роль, на ваш взгляд, играют машины и механизмы в развитии общества? Приведите примеры.

       Вы уже знаете из 5 класса, что машина — это устройство, предназначенное для выполнения какой-либо работы путём преобразования одного вида энергии в другой.    Например, электродвигатель преобразует энергию, станок – материалы, ЭВМ – информацию.

    В зависимости от функций, которые выполняют машины, они делятся на рабочие, энергетические и информационные.

     Энергетические машины преобразуют один вид энергии в другой. Можно различить несколько видов энергетических машин: паровые, электрические, двигатель внутреннего сгорания и реактивный двигатель. Например, в обычном автомобиле энергетическая машина   — бензиновый двигатель, который преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию вращения. В электрическом двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращающейся части двигателя — ротора.

Рис. 1. Карьерный самосвал  грузоподъёмностью 610 тонн

Информационные машины преобразуют информацию. К этой группе относятся электронно-вычислительные машины.

Рис.2. Кассовый аппарат

К рабочим машинам относятся технологические, транспортные, транспортирующие и бытовые машины. Транспортные машины осуществляют перемещение людей и грузов на большие расстояния. К ним относятся самолёты, локомотивы, автомобили (рис.1). Транспортирующие машины перемещают людей и грузы на малые расстояния. К  этой группе относятся эскалаторы, подъёмные краны (рис. 3), конвейеры.

Рис. 3.   128-метровый  портальный кран отечественного производства

Технологические машины предназначены для преобразования материалов. Примером технологической машины является токарный станок для обработки древесины СТД-120М (рис. 4), основное назначение которого — изготовление деталей из древесины посредством точения.

Рис.4. Токарный станок по обработке древесины

Бытовые машины используются в домашнем хозяйстве. К этой группе относятся, например, пылесосы, стиральные и посудомоечные машины, миксеры, соковыжималки (рис. 5).

Рис. 5. Соковыжималка и холодильник

    Важнейшая особенность каждой машины — наличие трёх основных частей: двигателя, передаточного механизма и рабочего (исполнительного) органа.  Двигатель — это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии (электрическую, тепловую, химическую) в механическую работу. Это источник движения рабочей машины. Рабочий орган выполняет необходимые технологические операции или сообщает движение заготовке и инструменту. Например, в сверлильном и токарном станках  — это шпиндель. Передаточные  механизмы служат для передачи движения от двигателя к рабочему устройству. Примером такого механизма является ремённая передача в токарном станке для обработки древесины.

В машинах, приспособлениях и инструментах движение от одних деталей должно передаваться другим. Механические системы, предназначенные для передачи или преобразования движения, называются механизмами. Существует большое количество разнообразных механизмов.

       В 5 классе вы изучали некоторые механизмы передачи движения — винтовой и фрикционный механизмы, а также ремённую передачу. Мы рассмотрим ещё несколько механизмов передачи движения, являющихся составными частями машин: цепной, зубчатый, реечный (табл. 1).

Таблица 1.  Виды механизмов (передач)

      Цепной механизм передачи движения имеется у велосипеда. Он состоит из цепи и двух звёздочек.

Рис.6. Цепная передача в велосипеде

       Зубчатый механизм (зубчатая передача) есть у ручной и электрической дрелях. Механизм состоит из двух зубчатых колёс, которые вращаются в разных направлениях. Меньшее из двух находящихся в зацеплении колёс называют шестернёй. Зубчатые колёса могут быть цилиндрическими или коническими (как у дрели).

Рис. 7. Зубчатая передача

      В реечном механизме при вращении зубчатого колеса 1 рейка 2 перемещается поступательно, и наоборот, при поступательном движении рейки 2 колесо 1 вращается. Например, в настольном сверлильном станке при повороте рукоятки подачи (с закреплённым на ней зубчатым колесом) шпиндель со сверлом (связанный с рейкой) движется поступательно.

Рис. 8. Реечная передача

винтовой механизм в зажимах столярного верстака.

Рис. 9. Винтовой механизм

Для передачи вращательного движения на сравнительно большое расстояние используют ремённую передачу, состоящую из двух шкивов и надетого на них плоского или клиновидного ремня.

          Рис. 10.  Ремённая передача

     Например, в автомобиле есть двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия топлива превращается в энергию движения. Рабочими органами являются ведущие колёса автомобиля, а между двигателем и колёсами расположены передаточные механизмы.

          Для управления работой любой машины существуют устройства управления: рычаги, педали, кнопки. Некоторыми машинами управляют автоматические устройства, сигналы которым поступают с компьютера.         

      В механизме, состоящем из двух звеньев (зубчатых колёс, звёздочек и др.), одно звено является ведущим, а другое ведомым. Ведущее звено передаёт движение ведомому звену. Например, звёздочка цепной передачи велосипеда, которую вы вращаете педалями, является ведущей, а звёздочка, которая закреплена на оси заднего колеса, ведомой.

       Отношение диаметра ведомого колеса к диаметру ведущего называют передаточным отношением i:

где D₁ — диаметр ведущего колеса;

D₂ — диаметр ведомого колеса.

      Шестерни зубчатой передачи, звёздочки цепной передачи, шкивы ремённой передачи обычно насаживают на валы. Для их надёжного закрепления на валу и передачи вращательного движения применяют шпоночное соединение (рис. 11, а). В шпоночном соединении в валу вырезают шпоночный паз, в который помещают шпонку — небольшой металлический брусок. Возвышающаяся над поверхностью вала часть шпонки входит в паз, прорезанный в шестерне, шкиве или звёздочке, и таким образом соединяет их с валом. Шпоночное соединение применяется, например, в соединении вала электродвигателя со шкивом ремённой передачи токарного станка для обработки древесины.

Рис. 11. Соединение шестерни с валом: а — шпоночное: 1 — вал: 2 — шпонка: 3 — шестерня: 4 — шпоночный паз; б — шлицевое: 1 — шлицевой вал: 2 — шлицы; 3 — шестерня

         Иногда необходимо, чтобы зубчатое колесо могло не только передавать вращательное движение, но и перемещаться вдоль вала. В этом случае применяют шлицевое соединение (рис. 11, б). Для такого соединения на поверхности вала прорезают продольные канавки. В результате этого на валу образуются выступы — шлицы. А в отверстии колеса прорезают продольные пазы, в которые эти шлицы входят. Шлицевое соединение применяется, например, в шпинделе настольного сверлильного станка.

Практическая работа    "Изучение составных частей машин"

1. Ознакомьтесь с механизмами, имеющимися в школьной учебной мастерской. Запишите в рабочую тетрадь их названия и назначение.
2. Замерьте диаметры зубчатых колёс ручной дрели и определите передаточное отношение этой зубчатой передачи.

Выполните поиск в Интернете, какие ещё механизмы, кроме имеющихся в мастерской, применяются в современных машинах. Расскажите о них на следующем уроке.

Новые слова и понятия

Основные части машин: двигатель, передаточный механизм, рабочий (исполнительный) орган; механизмы: цепной, зубчатый (зубчатая передача), реечный; шпонка, шлиц.

Проверяем свои знания

1. Что является рабочим органом у настольного сверлильного станка?
2. Как называется передаточный механизм в токарном станке для обработки древесины?
3. Какие механизмы передачи движения вы знаете?
4. За счёт чего медленное вращение рукоятки ручной дрели превращается в быстрое вращение сверла?