Исследовательский проект Механизмы преобразования движения

Липецкий колледж транспорта и дорожного хозяйства

Исследовательская работа студентов группы К2-14

Тема: «Исследование работы механизмов для преобразования движения

Липецк

2015/2016 учебный год

Содержание

1.Введение (исторические основы вопроса преобразования движения)

2. Актуальность исследования (прикладной характер гипотезы),

3. Цель исследования

3. Способы и методы исследовательской работы

4. Задачи исследовательской работы

5. Практические основы исследовательской работы ( модели, проекты, наглядные примеры)

6. Выводы и предложения

7. Презентация проекта

1. Введение

Механизмы для преобразования движения

Краткий обзор истории развития простых механизмов

Согласно существующей в механике классификации ДПЭ относится к семейству простейших механизмов, веками верой и правдой служившим человеку, таким как колесо, блок, рычаг, ворот.

Все они изначально приводятся в действие мускульной силой человека и практическая их ценность состоит в многократном умножении (усилении) исходного мускульного воздействия. Каждый из этих механизмов прошел длительное испытание практикой и временем и по сути они стали своеобразными 'кирпичиками ' (элементарными звеньями) из которых построено великое множество разнообразных сложнейших механизмов. Особое место среди этих механизмов занимает, безусловно, колесо; потому что именно с его помощью было осуществлено непрерывное преобразование механической энергии, использующее в качестве источника силу тяжести.

Речь идет конечно же о преобразователе, известном как водяное колесо, впоследствие ставшим гидротурбиной (что увеличило эффективность механизма, оставив прежним принцип действия).

Широчайшее применение данного типа преобразователя объясняется очень просто: его идеальной сопрягаемостью( в простейшем случае - посредством одной общей оси вращения) с важнейшими механическими нагрузками - мельничным жерновом, а позже - электрогенератором.

Интересно также применение водяного колеса в "инверсном (обратном) включении" для подъема воды, используя "входную" мускульную силу человека.

Однако не все же нагрузки имели вращательный характер ( например, для мощных кузнечных мехов лучше бы подходил преобразователь возвратно-поступательного типа ), и тогда приходилось прибегать к промежуточным преобразователям (типа кривошипно-шатунного механизма) , которые вносят свои потери в процесс преобразования и увеличивают сложность и стоимость системы. Многие примеры необходимости применения промежуточных преобразователей при переходе от вращательного движения к возвратно-поступательному мынаходим в древних рисунках и гравюрах.

На рисунке внизу, например, показано сопряжение вращающегося водяного колеса с поршневым насосом - механической нагрузкой, требующей возвратно-поступательного движения приводного механизма.

Таким образом становиться очевидной полезность и востребованность

для многих практических применений преобразователей энергии возвратно-поступательного типа, приводимых в движение той же силой тяжести.

Наиболее подходящим простым механизмом в этом случае является рычаг.

Рычаг, в полном смысле - усилитель силы. Поэтому он и нашел широчайшее применение при подъеме тяжестей, например, в строительстве (классический пример - строительство пирамид египтянами). Однако, в этом применении

"входным" воздействием служили те же мускульные усилия людей, а режим работы рычага был, конечно же, дискретным.

Есть еще один интересный практический пример применения рычага как преобразователя энергии: это древняя боевая метательная машина - требушет.

Требушет интересен новым принципиальным отличием от классического применения рычага: он приводится в действие уже силой тяжести (а не мускульной силой) падающей массы. Однако признать требушет преобразователем энергии, с возможностью подсоединения полезной нагрузки не представляется возможным. Во первых это механизм единичного (разового) действия, во вторых чтобы его зарядить (поднять груз) требуется все та же мускульная сила (хотя и усиленная с помощью блоков и воротов).

Тем не менее, творческая мысль ищет новые пути в попытках сопряжения рычага с полезной нагрузкой и использования при этом силы тяжести в качестве исходной движущей силы.

Механизмы, преобразующие движение: зубчато-реечный, винтовой, кривошипный, кулисный, кулачковый. Их детали, характеристики и особенности целевого использования в различных отраслях производства и легкой промышленности. Схемы их работы в различных машинах.

Для приведения в действие рабочих органов, а также для преобразования одного вида движения в другой применяют кривошипно-шатунные, кулачковые и другие механизмы.

Кривошипно-шатунный механизм. Такой механизм преобразует вращательное движение в поступательное. В неподвижных подшипниках станины вращается вал с кривошипом, связанный шарниром с одним концом шатуна. Другой конец шатуна при помощи шарнира соединен с ползуном, скользящим в неподвижных прямолинейных направляющих. Если кривошип вращается непрерывно, то ползун совершает возвратно-поступательное движение. В течение одного оборота кривошипа ползун совершает два хода - сначала в одном, а затем в обратном направлении.

Кривошипно-шатунный механизм применяют в паровых машинах, двигателях внутреннего сгорания, поршневых насосах и т. д. Положение кривошипа в верхней точке поступательного хода называют мертвой точкой. Для перехода кривошипом этого положения, когда он является ведущим звеном механизма, предназначен маховик - колесо с тяжелым ободом, насаженное на кривошипный вал. Кинетическая энергия маховика обеспечивает непрерывное движение кривошипно-шатунного механизма.

Кулачковый механизм. Такой механизм преобразует вращательное движение в поступательное в различного рода автоматах, металлорежущих станках и других машинах. Кулачек, вращаясь вокруг оси, сообщает толкателю возвратно-поступательное движение.

Движение толкателя зависит от профиля кулачка. Если профиль кулачка представляет дугу окружности, описанной из центра, то толкатель на этом участке будет неподвижным. Такой кулачковый механизм называют плоским.

Преобразование вращательного движения в прямолинейное

Кривошипно-шатунные механизмы

Кулисные механизмы

Кулачковые механизмы

Шарнирно-рычажные механизмы

Кривошипно-шатунные механизмы

Кривошипно-шатунные механизмы служат для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Основными деталями кривошипно-шатунного механизма являются: кривошипный вал, шатун и ползун, связанные между собой шарнирно (а). Длину хода ползуна можно получить любую, зависит она от длины кривошипа (радиуса). Если длину кривошипа мы обозначим через букву А, а ход ползуна через Б, то можем написать простую формулу: 2А = Б, или А = Б/2. По этой формуле легко найти и длину хода ползуна и длину кривошипа. Например: ход ползуна Б = 50 мм, требуется найти длину кривошипа А. Подставляя в формулу числовую величину, получим: А = 50/2 = 25 мм, то есть длина кривошипа равна 25 мм.

а - принцип действия кривошипно-шатунного механизма,

б - одно-коленчатый вал, в - много-коленчатый вал,

г - механизм с эксцентриком

В кривошипно-шатунном механизме вместо кривошипного вала часто применяют коленчатый вал. От этого сущность действия механизма не меняется. Коленчатый вал может быть как с одним коленом, так и с несколькими (б, в).

Видоизменением кривошипно-шатунного механизма может быть также эксцентриковый механизм (г). У эксцентрикового механизма нет ни кривошипа, ни колен. Вместо них на вал насажен диск. Насажен же он не по центру, а смещено, то есть эксцентрично, отсюда и название этого механизма - эксцентриковый.

В некоторых кривошипно-шатунных механизмах приходится менять и длину хода ползуна. У кривошипного вала это делается обычно так. Вместо цельного выгнутого кривошипа на конец вала насаживается диск (планшайба). Шип (поводок, на что надевается шатун) вставляется в прорез, сделанный по радиусу планшайбы. Перемещая шип по прорезу, то есть удаляя его от центра или приближая к нему, мы меняем размер хода ползуна.

Ход ползуна в кривошипно-шатунных механизмах совершается неравномерно. В местах "мертвого хода" он самый медленный.

Кривошипно-шатунные - механизмы применяются в двигателях, прессах, насосах, во многих сельскохозяйственных и других машинах.

Кулисные механизмы

Возвратно-поступательное движение в кривошипных механизмах можно передавать и без шатуна. В ползунке, которая в данном случае называется кулисой, делается прорез поперек движения кулисы. В этот прорез вставляется палец кривошипа. При вращении вала кривошип, двигаясь влево и вправо, водит за собой и кулису.

а - принудительная кулиса, б - эксцентрик с пружинным роликом,

в - качательная кулиса

Вместо кулисы можно применить стержень, заключенный в направляющую втулку. Для прилегания к диску эксцентрика стержень снабжается нажимной пружиной. Если стержень работает вертикально, его прилегание иногда осуществляется собственным весом.

Для лучшего движения по диску на конце стержня устанавливается ролик.

Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы служат для преобразования вращательного движения (кулачка) в возвратно-поступательное или другой заданный вид движения. Механизм состоит из кулачка - криволинейного диска, насаженного на вал, и стержня, который одним концом опирается на криволинейную поверхность диска. Стержень вставлен в направляющую втулку. Для лучшего прилегания к кулачку, стержень снабжается нажимной пружиной. Чтобы стержень легко скользил по кулачку, на его конце устанавливается ролик.

а - плоский кулачек, б - кулачек с пазом, в - кулачек барабанного типа,

г - серцевидный кулачек, д - простейший кулачек

Но бывают дисковые кулачки другой конструкции. Тогда ролик скользит не по контуру диска, а по криволинейному пазу, вынутому сбоку диска (б). В этом случае нажимной пружины не требуется. Движение ролика со стержнем в сторону осуществляется самим пазом.

Кроме рассмотренных нами плоских кулачков (а), можно встретить кулачки барабанного типа (в). Такие кулачки представляют собой цилиндр с криволинейным пазом по окружности. В пазу установлен ролик со стержнем. Кулачок, вращаясь, водит криволинейным пазом ролик и этим сообщает стержню нужное движение. Цилиндрические кулачки бывают не только с пазом, но и односторонние - с торцовым профилем. В этом случае нажим ролика к профилю кулачка производится пружиной.

В кулачковых механизмах вместо стержня очень часто применяются качающиеся рычаги (в). Такие рычаги позволяют менять длину хода и его направление.

Длину хода стержня или рычага кулачкового механизма можно легко рассчитать. Она будет равна разнице между малым радиусом кулачка и большим. Например, если большой радиус равен 30 мм, а малый 15, то ход будет 30-15 = 15 мм. В механизме с цилиндрическим кулачком длина хода равняется величине смещения паза вдоль оси цилиндра.

Благодаря тому, что кулачковые механизмы дают возможность получить разнообразнейшие движения, их часто применяют во многих машинах. Равномерное возвратно-поступательное движение в машинах достигается одним из характерных кулачков, который носит название сердцевидного. При помощи такого кулачка происходит равномерная намотка челночной катушки у швейной машины.

Шарнирно-рычажные механизмы

Часто в машинах требуется изменить направление движения какой-либо части. Допустим, движение происходит горизонтально, а его надо направить вертикально, вправо, влево или под каким-либо углом. Кроме того, иногда длину хода рабочего рычага нужно увеличить или уменьшить. Во всех этих случаях применяют шарнирно-рычажные механизмы.

На рисунке показан шарнирно-рычажный механизм, связанный с другими механизмами. Рычажный механизм получает качательное движение от кривошипно-шатунного и передает его ползуну. Длину хода при шарнирно-рычажном механизме можно увеличить за счет изменения длины плеча рычага. Чем длиннее плечо, тем больше будет его размах, а следовательно, и подача связанной с ним части, и наоборот, чем меньше плечо, тем короче ход.

2. Актуальность исследования (прикладной характер гипотезы)

Работа с различными механизмами стала сегодня неотъемлемой частью нашей жизни. Мы используем механизмы преобразования движения, не задумываясь, а как они выполнены, почему облегчают нашу жизнедеятельность.

Актуальность темы нашей работы определяется тем, что в настоящее время роль таких механизмов в современной жизни не оценена в полном объеме, в процессе обучения по нашей профессии такие механизмы имеют важное значение.

В современном мире изучение механизмов преобразования движения является важной частью всего курса обучения по профессии «Машинист крана», так как зная основные принципы работы исполнения действующих органов, подъемных механизмов, работы двигателя внутреннего сгорания, преобразования движения в ходовой части автомобиля. Поэтому гипотезой нашего исследования будет следующая версия. При активном изучении работы подобных механизмов активнее происходит выполнение практических работ на различных видах производственных практик. (учебное вождение на автомобиле, учебная практика на автокране)

Многие интересуются и увлекаются изучением, конструированием и моделированием различными механизмами, в том числе и механизмами преобразования движения

Наверное, каждый человек хотя бы один раз в жизни задумывался над тем каким способом облегчить свою жизнь и создать необходимые удобства в обработке материалов, управление транспортом, строительстве

Всегда вызывало у людей множество вопросов проблемы работы подобных механизмов. Исследуя историю вопроса мы пришли к выводу, что подобные механизмы совершенствуются с развитием техники

3. Цель исследования

Цель работы

Цель работы - изучить, какую роль механизмы преобразования движения играют в современной технике

Основная цель работы - ответить на вопрос почему важно подробно изучать механизмыпреобразования движения в процессе овладения профессии «Машинист крана», также хотим доказать, что активное изучение подобных машин и механизмов помогает успешно проходить различные практические работы.

4. Задачи исследовательской работы

Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:

Задачи работы:

1.Изучить литературу по теме механизмов преобразования движения

2.Выяснить значение терминов кривошипно-шатунный механизм, кулачковый механизм, шарнирный механизм другие виды механизмов.

3. Найти примеры в технике, жизни бытовое применение, собрать материал для упорядочивания данных, изготовить модель механизмов

4.Провести наблюдение за работой подобных механизмов в практической работе

5.Сравнить полученные результаты

6.Сделать выводы о проделанной работе

5. Практические основы исследовательской работы ( модели, проекты, наглядные примеры)

</ фото

6. Выводы и предложения

Исследование может быть полезно и интересно студентам профессиональных учреждений, которые изучают подобные механизмов ,а также всем, кто интересуется техникой.

Своей работой мы хотели привлечь внимание студентов к проблеме изучения механизмов преобразования движения.

В процессе работы над исследованием мы приобрели опыт … Думаю, что полученные мной знания позволят мне избежать ошибок / помогут правильно …

Результаты исследования заставили меня задуматься …

Больше всего сложностей вызвало у меня …

Исследование в корне изменило мое мнение / представление о …