Общие понятия о машинах и аппаратах.
Машина — это устройство, выполняющее механическое движение с целью преобразования энергии или материалов. В машине сочетаются три основных узла: двигатель, передаточный и исполнительный механизмы. Передаточный и исполнительный механизмы часто объединяются в рабочую машину (станок).
Двигатель – устройство, обеспечивающее движение всех других механизмов машины.
Исполнительный (рабочий) механизм – основа рабочей машины. Служит для воздействия на предмет труда и производит в нем необходимые изменения, являющиеся целью обработки.
Механизмы с непосредственным касанием деталей – фрикционная и зубчатая передача.
Фрикционная передача. Этот передаточный механизм состоит из двух колес, прижатых друг к другу настолько сильно, что при вращении колеса 1 начинает вращаться колесо 2 (в противоположные стороны). Движение, таким образом, передается исключительно благодаря трению между ободами колес. Вместо колес фрикционные передачи могут иметь катки цилиндрической или конической формы, а также диски.
Зубчатая передача представляет собой пару цилиндрических зубчатых колёс или шестерёнок, с помощью которых осуществляется передача вращательного движения с одного вала на другой. Для передачи вращательного движения ведущего вала на вал, расположенный перпендикулярно или под углом к нему, применяют коническую передачу. Для передачи вращения между перекрещивающимися валами применяют червячную передачу. В этом случае на ведущем валу монтируется червяк, а на ведомом – червячное колесо.
К передаточным механизмам, преобразующим вращательное движение тела в возвратно-поступательное, относятся шатунно-рычажные механизмы: шатунно-кривошипный, эксцентриковый, кулачковый.
Передаточные механизмы с промежуточной гибкой связью: ременная и цепная передача.
Цепная передача.Передача вращения между параллельными осями может быть осуществлена также при помощи замкнутой (бесконечной) цепи, надетой на снабженные зубьями колеса-звездочки, закрепленные на валах.
Аппарат — механическое устройство, предназначенное для проведения различных технологических процессов. В отличие от машины аппарат не имеет двигателя и передаточных механизмов. Примерами аппаратов являются фильтры, экстракторы, отстойники и т. п.
Тепловые процессы-
Закон Фурье: количество передаваемого тепла Q прямо пропорционально площади поверхности F, разности температур по обе стороны стенки t1-t2; времени τи пропорционально толщине стенки δ:
Коэффициент теплопроводности (λ) представляет собой количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности при разности температур 1˚С на единицу толщины стенки. Коэффициент теплопроводности зависит от свойств материала стенки и ее температуры.
Закон Ньютона: количество тепла Q, перееденное от теплообменной поверхности к окружающей среде или от окружающей среды к теплообменной поверхности, прямо пропорционально поверхности теплообмена F, разности температур поверхности и окружающей среды (θчаст.=tж-tст) и времени τ, в течение которого осуществляется теплообмен:
Коэффициент теплоотдачи (α) показывает, какое количество тепла передается от теплообменной поверхности с площадью 1 м 2 в окружающую среду (или наоборот) в единицу времени при разности их температур в 1 градус. Зависит от характера движения теплоносителя, его скорости, физических свойств, размера и формы поверхности теплообмена.
Лучеиспускание свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля (по шкале Кельвина). Лучистая энергия – энергия электромагнитных колебаний с разными длинами волн. Тела, поглощающие всю падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно чёрными.
Закон Стефана-Больцмана: количество тепла Q абсолютно черного тела, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т:
, где С – коэф лучеиспускания.
Сложный теплообмен – тепловой процесс, при котором распространение тепла осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением или хотя бы двумя из них.
α – коэф теплоотдачи
tw – температура теплоотдающей стенки
tf – температура тепловоспринимающей стенки
F – площадь поверхности теплообмена.
Различают два вида конденсации: поверхностную, при которой конденсирующие пары и охлаждающий агент разделены стенкой, а конденсация паров происходит на ее внутренней или внешней поверхности, и конденсацию смешением, при которой конденсирующие пары непосредственно соприкасаются с охлаждающим агентом.
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МАШИНАХ И АППАРАТАХ
Машиной называется сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии или производства работы. Основными частями любой машины являются двигательный, передаточный и исполнительный механизмы, работа которых протекает во взаимосвязи. В качестве двигательного механизма применяются двигатели, в которых тот или иной вид энергии преобразуется в механическую энергию вращающегося вала или прямолинейно движущегося поршня. Исполнительными механизмами служат орудия, с помощью которых производится изменение свойств, состояния, формы или положения обрабатываемого объекта. Для того чтобы исполнительный механизм был приведен в движение от двигательного механизма, нужны передаточные механизмы.
В условиях фармацевтического производства в качестве двигателей чаще всего используются электродвигатели и в меньшей степени паровые машины. Что касается передаточных механизмов и механизмов преобразования движения, то они встречаются в машинах и аппаратах фармацевтического производства почти во всем известном разнообразии.
Каждый передаточный (точнее приемно-передаточный) и преобразующий движение механизм представляет собой кинематическую цепь, состоящую из кинематических пар и звеньев. Звеньями называют твердые тела, входящие в механизм. Например, звеньями являются шатуны, приводные ремни, валы, подшипники и др. Кинематической парой будет любое подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев, например поршня и цилиндра. Эта кинематическая пара допускает только поступательное движение поршня в цилиндре и потому она (и аналогичные пары) называется поступательной парой. Шатун, который может поворачиваться около поршневого кольца, представляет вместе с ним так называемую вращательную пару. Винт с гайкой является винтовой парой.
Соединения нескольких кинематических пар составляют кинематическую цепь, которая может содержать различное число звеньев. Например, у кривошипно-шатунного механизма четыре звена, а у цепной передачи они насчитываются десятками.
 |
J>uc. 4. Фрикционная передача. Объяс-«ение в тексте.
Для чего служат двигатель передаточный и исполнительный механизмы в машине
Установи часы правильно
§ 9. Технологические машины. Составные части машин
Какую роль, на ваш взгляд, играют машины и механизмы в развитии общества? Приведите примеры.
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.
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
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
Рис. 10. Ремённая передача
Для управления работой любой машины существуют устройства управления : рычаги, педали, кнопки. Некоторыми машинами управляют автоматические устройства, сигналы которым поступают с компьютера.
Отношение диаметра ведомого колеса к диаметру ведущего называют передаточным отношением i :
где D1 — диаметр ведущего колеса;
D2 — диаметр ведомого колеса.
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»
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.
Для чего служат двигатель передаточный и исполнительный механизмы в машине
8. Составные части машин
Каждая машина состоит не менее чем из трех составных частей: двигателя, передаточного механизма и исполнительного механизма. Например, сверлильный станок состоит из электродвигателя, клиноременного механизма передачи движения и изменения частот вращения шпинделя, исполнительного механизма — шпинделя. Шпиндель выполняет непосредственно свер ление с помощью сверла, закрепленного в патроне.
В машинах могут быть и другие механизмы: подачи, управления, контроля и регулирования, сортировки, транспортировки, упаковки.
Механизмы передачи движения могут состоять из зубчатых колес, ременных передач со шкивами, зубчатых колес и реек. В табл. 3 представлены некоторые механизмы передач и их условные графические обозначения на кинематических схемах.
Зубчатые механизмы могут иметь цилиндрические и конические зубчатые колеса. Меньшее по диаметру из двух находящихся в зацеплении зубчатых колес обычно называют шестерней.
Ременные передачи передают вращение от одного шкива к другому плоскими или клиновыми ремнями.
С устройством такой передачи вы ознакомились в 5 классе при изучении сверлильного станка.
Цепные передачи передают вращение от одной звездочки к другой с помощью цепи, например от звездочки педалей к звездочке заднего колеса велосипеда.
Если в ременных и цепных передачах шкивы и звездочки вращаются в одном направлении (по часовой стрелке или против), то в зубчатых передачах два соединенных между собой колеса вращаются в разных направлениях.
Зубчатые колеса, шкивы, звездочки называют звеньями механизмов и машин.
Неподвижное звено механизма или машины называют стойкой. Это станины, корпуса, опоры валов.
Одно из звеньев, которое передает движение другому, называют ведущим. А звено, которое получает движение от ведущего звена, называют ведомым. Например, звездочка велосипеда, которая вращается педалями, называется ведущей, а звездочка заднего колеса — ведомой.
Если зубчатая, ременная и цепная передачи передают вращательное движение от одного звена к другому, то зубчато-реечная передача преобразует вращательное движение зубчатого колеса в поступательное движение зубчатой рейки, или наоборот.
Ввиду того, что диаметры зубчатых колес, шкивов и звездочек в передачах обычно неодинаковые, ведомое колесо вращается с другой частотой вращения, чем ведущее. Отношение частоты вращения ведущего звена к частоте вращения ведомого звена (или диаметра
ведомого колеса к диаметру ведущего колеса) называют передаточным отношением i.
Например, при диаметре ведущего шкива 40 мм и диаметре ведомого шкива 80 мм передаточное отношение будет равно: i = 80 : 40 = 2.
Ведущие и ведомые колеса, шкивы и звездочки насаживают на валы так, чтобы они не проворачивались на них. Для этого колесо и вал соединяют при помощи шпонки или шлицев (рис. 28). В колесе и валу вырезают шпоночные пазы, в которые вставляют шпонку.
Если колесо посредством шпонки закреплено на валу неподвижно, то такое шпоночное соединение называют неподвижным (рис. 28, а).
Если колесо может перемещаться вдоль вала со шпонкой или шлицами и одновременно передавать вращение, то такое соединение называют шпоночным или шлицевым скользящим (рис. 28, б, в).
Шлицевые соединения образуются соединениями выступов и впадин на валу и зубчатом колесе (рис. 28, в).
Изучение составных частей машин
1. Осмотрите какой-либо станок в учебных мастерских. Найдите в нем двигатель, передаточный и исполнительный механизмы, механизмы подачи, контроля и управления.
2. Рассмотрите зубчатую передачу в ручной дрели. Определите ее передаточное отношение.
3. Определите передаточное отношение и направление вращения звеньев в передачах, указанных учителем.
Новые термины: Двигатель, передаточный механизм, исполнитель ный механизм, передача (зубчатая, ременная, реечная, цепная), стойка, звено (ведущее, ведомое), передаточное отношение, шпонка, шлиц.
1. Для чего служат двигатель, передаточный и исполнительный механизмы в машине?
2. Из каких звеньев состоит зубчатая передача?
3. Из каких звеньев состоит цепная передача?
4. Какие звенья называют ведущими и ведомыми?
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
Машиной называется механизм или система механизмов, предназначенная для преобразования энергии или выполнения работы. Все машины делятся на две группы: машины-двигатели и машины-орудия (рабочие машины).
К машинам-двигателям относятся машины, преобразующие какой-либо вид энергии в энергию механическую. Машины-двигатели подразделяются на первичные и вторичные. К первичным относятся машины-двигатели, использующие силы природы: энергию ветра, воды, солнца, топлива, — ветряные, гидравлические и тепловые. Вторичные машины-двигатели используют уже полученную энергию, например электродвигатели и пневматические двигатели.
Использование и преобразование энергии в первичных и вторичных двигателях основано на законе сохранения и превращения энергии. Действие этого закона можно проследить на работе теплового двигателя, в котором внутренняя (химическая) энергия топлива при сгорании преобразуется во внутреннюю энергию газа, а последняя в процессе работы — в механическую энергию поршня или рабочего колеса.
Машины-орудия (рабочие машины) используют механическую энергию двигателей для выполнения полезной механической работы по обработке материалов и перемещению грузов. В соответствии с этим все рабочие машины подразделяются на технологические, т. е. обрабатывающие (станки и машины по обработке материалов), транспортные (автомобили, тепловозы, паровозы, самолеты, теплоходы и др.), грузоподъемные (подъемные краны, лебедки и т. п.) и транспортирующие (транспортеры, насосы и др.).
Принципиальное устройство машин заключается в том, что любая машина состоит из двигательного, исполнительного и передаточного механизмов.
Двигательный механизм служит для приведения машины в действие. Так, у токарного станка двигательным механизмом является привод со ступенчатыми шкивами и зубчатым перебором, у автомобиля — двигатель внутреннего сгорания.
Все большее распространение получают машины, представляющие собой сочетание машины-двигателя и машины-орудия. Примерами могут служить паровая машина на паровозе, двигатель внутреннего сгорания, установленный на автомобиле, тепловозе, самолете. На трамвае, троллейбусе, электропоезде двигателями являются электродвигатели, получающие электрическую энергию из сети.
На современных металлорежущих станках электродвигатели образуют со станком одно целое, причем на больших станках устанавливают два или несколько электродвигателей, обеспечивающих движения резания и подачи. Такая сложная машина, как шагающий экскаватор для приведения в движение различных механизмов (передвижение по земле, подъем и опускание стрелы, подъем и перемещение груза и т. д.), имеет при себе целую электростанцию и несколько десятков электродвигателей.
Рис. 1. Двигательный, передаточный и исполнительный механизмы автомобиля.
Передаточные механизмы служат для передачи движения от двигателя к исполнительному механизму. Примерами передаточных механизмов являются цепные передачи велосипеда и мотоцикла, ременная, цепная, фрикционная и зубчатые передачи в металлорежущих станках, молотах и прессах и т. д.
Передаточные механизмы часто бывают сложными по устройству, так как они не только передают движение, но и регулируют его, изменяя скорость и направление движения рабочих органов.
В современном токарно-винторезном станке для передачи движения от двигателя к шпинделю служит коробка скоростей, а для передачи движения к резцу — механизмы подачи (трензель, коробка подач, ходовые винт и валик, механизм фартука).
В автомобиле к механизмам передачи относятся сцепление, коробка скоростей, главная передача и дифференциал. В подъемных кранах и экскаваторах к передаточным механизмам относятся системы рычагов, блоков с троссами и т. д.
Исполнительный механизм приводит в движение рабочий орган машины, выполняя операции, ради которых создана машина. Например, у швейной машины исполнительным механизмом являются кривошипно-шатунный, кулисный, кулачковый и другие механизмы, а рабочие органы — шток с иглой, нитепритягиватель, гребенка, челнок.
В металлорежущих станках исполнительными механизмами являются устройства для приведения в движение режущих инструментов и обрабатываемого материала. Например, суппорт и шпиндель у токарного станка, шпиндель и стол у сверлильного и фрезерного станков; стрела у экскаватора и подъемного крана; механизмы перемещения гусениц и колес у самоходных машин.
Исполнительный механизм вместе с рабочим органом выполняет основную работу и является основным в машине.
Кроме двигательных, передаточных и исполнительных механизмов, большое место в современных машинах занимают механизмы управления двигателем и другими механизмами и частями машины.
Чтобы повысить производительность машин, сделать их более легкими и удобными в управлении, происходит постоянное улучшение их конструкций и автоматизация. Это освобождает рабочего от выполнения различных операций по установке и закреплению материалов и инструментов, по передвижению (подаче) резца, по включению и выключению двигателя и пр. Автоматизация машин в нашей стране быстро развивается. В производстве используются разнообразные станки-автоматы, создаются автоматические линии станков, которые не только выполняют обработку сложных изделий, но и контролируют их качество. Контроль за работой автоматических линий производится опытными механиками по специальным приборам на пульте управления.
Важнейшее место в современных станках-автоматах занимает комбинирование операций, которые раньше выполнялись на различных станках. Таким образом, вместо отдельных машин появляются так называемые комбайны. Комбайны широко применяются и в сельском хозяйстве (зерновой, свекольный, кукурузный), где они выполняют несколько различных операций: уборку, обработку и сортировку зерна или овощей.
В угольной промышленности горные комбайны выполняют и зарубку, и навалку, и перемещение угля. В металлообрабатывающей промышленности также применяются комбайны, которые называются агрегатными станками и используются для поточных автоматических линий.
Машины, применяемые в современной промышленности, отличаются большой скоростью работы, а следовательно, высокой производительностью.
В различных производствах применяются очень маленькие машины, производящие обработку мелких деталей, и машины-гиганты, имеющие огромные размеры и мощность и производящие обработку очень крупных изделий.
К современной машине предъявляются высокие требования, основными среди которых являются высокая производительность, быстроходность, легкость в управлении,
Очень важно, чтобы машина была небольшой по размеру и занимала немного места, была сравнительно легкой по весу и удобной для перемещения, требовала для изготовления как можно меньше материалов. Поэтому инженеры, создающие машины, стремятся облегчить их части, сделать их меньшими по размерам и в то же время повысить их прочность и износоустойчивость.