18. Кулисная передача
Это устройство, которое преобразовывает качательное или вращательное движение в движение возвратно-поступательное. Кулисы бывают вращающимися, движущимися прямолинейно и качающимися.
Конструкция: ведущий диск, ползун, ведомая кулиса. Изменяя длину ведомой кулисы и ползуна можно влиять на движение.
Применяется в станках и насосах и паровозах.
Первый паровоз в России изобрели в 1834 году братья Черепановы в Нижнем Тагиле, который тогда называли сухопутным пароходом. Первый паровоз не имел заднего хода и мог двигаться только по прямой.
Кулисная передача встречается в парораспределительном механизме паровоза. С ее помощью осуществляется регулирование мощности паровоза путем изменения количества пара, подающегося в цилиндр.
Эксперимент 18
Задача 1
Соберите модель для эксперимента . Измените высоту вращательной балки, перемещая центр ее крепления. Рассмотрите движение балки.
Применение в робототехнике
Пример 1
Роботу необходимо перемещаться по пересеченной области, где не проедут колеса. Система передвижения оснащена шагающим механизмом. Кулисная передача позволяет преобразовывать крутящее движение в сложные возвратно-поступательное движение ног.
Конференция "Инженерное образование: от школы к производству"
2-3 марта состоится наша традиционная конференция "Инженерное образование: от школы к производству".
В первый день конференции запланирована пленарная часть и дискуссионные площадки по следующим направлениям (названия будут скорректированы):
- “Робототехника на уроках информатики и технологии. Новая жизнь урока технологии”. “Обновление методики технологического образования в условиях реализации требований ФГОС общего образования”. Модераторы: Мустафин Сергей, Гагарина Динара, Копосов Д.Г. Иванова С.В.
- “Движение Juniorskills как условие и механизм профессионального самоопределения школьников”. Модераторы: Богряшова Н.Н., Камский В.В.
- Дискуссионная площадка для учителей математики “Начало инженерного образования в школе на уроках математики”. Модераторы: Филиппов С.А., Ходак Е.А.
- Дискуссионная площадка для учителей физики. Модераторы: Ершов М., Потоскуев С.Э., Овсянникова Н.П.
- Дискуссионная площадка “Начало инженерного образования в школе на уроках информатики: опыт и практика”. Модераторы: Копосов Д.Г.,
- Дискуссионная площадка для учителей начальных классов. Модераторы: Васильев Максим, президент РАОР
- Дискуссионная площадка для педагогов дошкольных образовательных организаций. Модераторы: Склярова М., Толстикова О.В.
Во второй день запланированы показательные выступления победителей различных соревнований, в т.ч. награждение призеров всероссийского этапа битвы историй. Затем пройдут мастерские от ведущих российских специалистов в области инженерного образования и робототехники. Далее мастерские педагогов Свердловской области.
Координаты для связи: Елена Валерьевна Тюгаева заведующая Центром образовательной робототехники ИРО Свердловской области
(343) 369-29-86, доб 134, +7-902-25-48-994 Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
17. Карданная передача
Механизм, передающий крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющий возможность взаимного углового перемещения. Используется, когда трудно обеспечить соосность вращающихся элементов.
1 — вилка; 2 — опора для цапф крестовины; 3 — крышка; 4 — крестовина.
Карданная передача имеет существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой — нет), повышающуюся при увеличении угла между валами.
Впервые карданная передача была описана в XVI веке итальянцем Джероламо Кардано в книге «Хитроумное устройство вещей». Книга получила широкую известность, поэтому именем Кардано и назвали
описанные там вал и подвес.
Эксперимент 17
Задача 1
Соберите модель для эксперимента . Измените угол между осями и проанализируйте изменение вращения.
Задача 2
Соберите различные модели карданных соединений Проведите эксперимент с их функциональностью.
Применение в робототехнике
Пример 1
Роботу необходимо передавать крутящий момент от одного двигателя в различные плоскости. Совмещение двух карданных передач позволяет передать крутящий момент под углом 90 градусов и меньше.
16. Червячная передача
Механическая передача, осуществляющаяся зацеплением червяка и подведенного к нему червячного колеса.
Входной и выходной валы передачи обычно скрещиваются под прямым углом.
Ведущим звеном является червяк. Передача работает только в одном направлении. Передаточное число зависит от количество зубьев на шестеренке и имеет отношение 1:n, где n –количество зубьев шестеренки
Червячная передача главным образом применяется в червячных редукторах.
Благодаря этим же характеристикам червячные передачи и червячные редукторы широко применяются в подъёмно-транспортных машинах и механизмах (например, лебёдках).
Часто в виде червячной пары изготавливаются механизмы натяжения струн музыкальных инструментов, например, гитары.
В данном применении полезным оказывается эффект самоторможения передачи.
Впервые механизм червячной передачи описывается у древних египтян. Однако, великий изобретатель Леонардо да Винчи в своих эскизах усовершенствовал данную технику.
Эксперимент 16
Задача 1
Соберите модель для эксперимента. Измените положение оси и установите различные шестеренки, проведите опыты.
Задача 2
Постройте артиллерийскую пушку c двумя червячными передачами.
Применение в робототехнике
Пример 1
Роботу необходимо создать механизм с большой грузоподъемностью. Для этого используется червячная передача и шестеренка.
15. Цепная передача
Это передача механической энергии при помощи гибкого элемента — цепи, за счёт сил зацепления.
Состоит из ведущей и ведомой звездочки и цепи. Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.
Достоинства цепной передачи:
- большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем;
- возможность передачи движения цепью нескольким звездочкам;
- отсутствие скольжения.
Цепную передачу изобрел Леонардо да Винчи. В своих записях он описывает отдельные базовые механизмы – колесо, червяк, пружину. Он написал «Трактат об элементах машин». В тех бумагах, что сохранились до нашего времени, содержится порядка пятнадцати тысяч зарисовок различных машин и механизмов.
В настоящее время существует несколько видом цепей для организации передачи.
Эксперимент 15
Задача 1
Соберите велосипед, вместо цепной передачи используйте ременную.
Применение в робототехнике
Пример 1
В робототехнике цепные передачи используются, когда расстояние между ведущим и ведомым валом большое. Создание зубчатой передачи из множества звеньев приведет к быстрому изнашиванию.
Пример 2
Цепные передачи позволяют передать крутящий момент валам под углом.
14. Ременная передача
Это передача механической энергии при помощи гибкого элемента — приводного ремня за счёт силы трения.
Состоит из ведущего, ведомого шкивов и ремня.
Элементы, используемые для ременной передачей.
С давних пор на Руси девушки и женщины занимались прядильным ремеслом. Самопрялка с ножным приводом — одна из самых древних механических помощников в домашнем труде. Она сочетает в себе рациональность, простоту и удобство.
Принцип работы прялки: горизонтально расположенное веретено приводится во вращение ременной передачей от большого колеса. Большое колесо приводит в движение рычаг с педалью.
Эксперимент 14
Задача 1
Постройте ременную передачу. Проведите эксперимент, изменяя натяжение ремня и добавляя дополнительные блоки.
Задача 2
Соберите ременную передачу с соотношением 1:1. Проведите эксперимент с различными способами установки ремня.
Задача 3
Постройте ременную передачу. Попробуйте передать движение в различных плоскостях. Проведите эксперимент с различными способами установки ремня.
Применение в робототехнике
Пример 1
Ременная передача позволяет создать перемещение рабочего узла в станках . В конструкции имеются два двигателя и две системы ремней. Перемещение узла осуществляется различным движением моторов.
13. Зубчатая передача
Зубчатая передача – это механизм передачи движения, при этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.
Ведущим зубчатым колесом называется колесо, вращающееся под воздействием внешней силы, например, руки или двигателя. Ведущее колесо передает внешнюю силу на ведомое колесо, которое тоже начинает вращаться.
Назначение:
- передача вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси;
- преобразование вращательного движения в поступательное и наоборот.
Повышающая передача (мультипликатор) служит для увеличения частоты вращения. При этом понижается усилие на ведомом колесе.
Понижающая передача (редуктор) служит для уменьшения частоты вращения. При этом увеличивается усилие на ведомом колесе.
Чтобы получить значение передаточного отношения двух шестерней, находящихся в зацеплении, нужно разделить количество зубьев на ведомой шестерне на количество зубьев на ведущей.
Если у ведомой шестерни 24 зуба и ее приводит в движение шестерня с 48 зубьями, то передаточное отношение составляет 1:2. Это значит, что ведомое колесо будет вращаться вдвое быстрее, чем ведущее.
Конические колёса применяются там, где необходимо передать крутящий момент под углом. Такие конические колёса с круговым зубом, например, применяются в автомобилях, используются для передачи крутящего момента от двигателя к колёсам.
Количество зубьев шестеренок
Паразитное зубчатое колесо - зубчатое колесо, вводимое в качестве промежуточного между ведущим и ведомым колесами в случаях, когда они не могут войти в сцепление или когда нужно изменить направление вращения ведомого вала.
В Древнем Египте зубчатые колеса использовали в системах орошения. Вначале зубчатые колёса были деревянными, со вставными зубьями из твёрдых пород деревьев – их применяли до начала ХХ века, в частности, на водяных мельницах. С древних времен применялись зубчатые колеса из медных сплавов, а в последующем чугунные и стальные.
Эксперимент 13
Задача 1
Постройте понижающую и повышающую передачу с соотношением 1:5 и 3:1.
Задача 2
Соберите зубчатую передачу с двух сторон от балки. Попробуйте изменить механизм с помощью других шестеренок.
Задача 3
Постройте модель захвата. Поместите червяк между шестеренками
Задача 4
Соберите модель вертолета, используя зубчатые передачи в разных плоскостях.
Применение в робототехнике
Пример 1
Необходимо повысить проходимость робота. Установить механизм зубчатой передачи, передающий крутящий момент на несколько колес.
Пример 2
Робот имеет поворотную платформу с руками. Это позволяет проводить захват объектов без разворота корпуса. Поворот корпуса осуществляется за счет поворотного стола и зубчатого колеса.
12. Фрикционная передача
Фрикционными называют передачи, в которых движение передается силами трения, возникающими в зоне контакта между двумя катками (колесами), прижимаемыми друг к другу с некоторой силой и при вращении одного из них.
Сила трения колес должна быть больше силы, передаваемой окружающей среде. Для увеличения силы трения между катками, их прижимают друг к другу с некоторой силой. Прижатие катков фрикционной передачи может осуществляться различными способами:
- собственным весом конструкции;
- рычагами;
- пружинами или специальными устройствами.
Фрикционная передача позволяет избежать серьезной поломки при заклинивании ведомого катка. Сила, передаваемая окружающей среде, превышает силу трения между катками, и ведущий каток начинает
проскальзывать.
В истории есть интересное инженерное изобретение, в основе которого лежит фрикционная передача. В 1920-1930 г. инженер Николай Ярмольчук изобрел «Шаропоезд». Конструкция колеса полое, внутри установлен электромотор с колесом. Мотор раскручивает внешнее колесо по внутреннему ободу.
Эксперимент 12
Задача 1
Соберите систему фрикционной передачи и проведите эксперимент, изменяя силу трения и силу передаваемую окружающей среде.
Задача 2
Соберите систему фрикционной передачи с тремя и более катками. Проведите эксперимент, изменяя силу трения на различных катках.
Применение в робототехнике
Пример 1
Устройство передачи движения с возможностью изменения скорости. Для этого подойдет конический вариатор. Он состоит из двух резиновых конусов, которые соприкасаются друг с другом. Передвигая колесо, можно изменять соотношение скорости между валами.
Пример 2
Фрикционная муфта передает вращательный момент от ведущего вала к ведомому. Муфта должна обеспечивать плавность сцепления валов, что и осуществляется за счёт силы трения.
11. Кривошипно-шатунный механизм
Механизм предназначен для преобразования поступательного движения во вращательное и наоборот.
Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях, компрессорах, насосах, швейных машинах.
Кривошипно-шатунный механизм был придуман задолго до появления первых автомобилей. Он использовался еще в восемнадцатом веке в конструкции штамповочных прессов, швейных машинок, приводов колесной пары паровозов и многих других механизмов.
Вопрос преобразования энергии движущихся поршней во вращение колес стоял с самого момента появления двигателя.
Эксперимент 11
Задача 1
Постройте макетный стенд работы двигателя автомобиля.
Применение в робототехнике
Пример 1
Робот с толкателем для соревнований «Робот сумо». Подвижный толкатель позволяет приподнимать робота при столкновении. Толкатель подсоединяется к колесным осям робота и представляет собой
кривошипно-шатунный механизм.
Пример 2
Кривошипно-шатунный механизм с изменением длины рычага толкателя.
10. Поршень
Деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу или, наоборот, возвратно-поступательного движения в изменение давления.
Поршни используются в пневмоцилиндрах.
Сила сжатия воздуха используется для поступательного движения. Например, в механизмах захвата, подъемной стрелы крана.
Самый известный тип поршневого насоса - это простейшая водоподъемная машина, имеющая три основных элемента: цилиндр, или корпус, поршень и водосливную трубу.
Эксперимент 10
Задача 1
Постройте пневмопресс, используя пневмоцилиндр, насос и ресивер. На схеме пневмоцилиндр изображен желтым элементом, ресивер белым, насос расположите в любом месте.
Задача 2
Постройте кран, используя пневмоцилиндры. Вместо пневмоцилиндров можно использовать систему из двух шприцев. Ниже представлена основа крана.
Задача 3
Постройте стрелу и ковш, используя пару пневмоцилиндров. Вместо пневмоцилиндров можно использовать систему из четырех шприцев. Ниже представлена основа стрелы и ковша.
Применение в робототехнике
Пример 1
Робот-экскаватор для погрузки сыпучих материалов или разработки грунта.
Пример 2
Захват с двумя пневмоцилиндрами и системой рычагов, позволяет с помощью воздуха создать достаточную силу сжатия.
