Простые механизмы

Устройство и принцип действия одинарного механизма смыкания

Подобный агрегат представлен сочетанием нескольких конструктивных элементов, за счет которых обеспечивается передача и увеличение усилия. Основными деталями можно назвать:

1. Две неподвижные траверсы. Их соединение проводится при помощи цилиндрической колонны.
2. Крепление проводится при помощи гаек и контргаек, которые существенно повышают прочность конструкции.
3. Передача усилия осуществляется за счет гидравлического цилиндра. Его крепление проводится при помощи шарниров.
4. Также есть серьги.

Принцип действия механизма достаточно сложный. Характеризуется он следующим образом:

1. Смещение поршня вниз в гидравлическом блоке происходит выпрямление серьги, она совмещается с горизонтальной осью.
2. В результате совмещения осей происходит соединение шарниров.
3. Шарниры монтируются так, чтобы при контакте расстояние между ними было меньше, чем суммарная длина обеих серег.
4. Выпрямление серег происходит за счет распорного усилия.

Приведенная выше информация определяет то, что главным недостатком конструкции становятся нескомпенсированные боковые усилия, которая возникают из-за нагрузки втулок и колонн. Именно поэтому рекомендуется использовать подобный вариант исполнения только в случае передачи небольшого усилия.

Презентация на тему: » 1.Для чего нужны простые механизмы? 2.Какие виды простых механизмов существуют? 3.Где простые механизмы встречаются в природе? 4.Дают ли простые механизмы.» — Транскрипт:

2

1. Для чего нужны простые механизмы? 2. Какие виды простых механизмов существуют? 3. Где простые механизмы встречаются в природе? 4. Дают ли простые механизмы выигрыш в силе? 5. Есть ли простые механизмы во мне?

3

В физике простыми механизмами называют приспособлении типа рычагов или винтов. Они предназначены для того, чтобы уменьшить необходимое для производства работы усилие человека и использовать это усилие наиболее эффективно. Часто несколько простых механизмов соединяют вместе. В результате получаются более сложные механизмы сверла, часы. Колесо одно из важнейших изобретений человечества. На нем основано действие многих механизмов.

4

Виды простых механизмов

5

Рычаги Рычаг-простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину),вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины от точки опоры, называются «плечами»рычага.

6

Наклонная плоскость Наклонная плоскость это плоская поверхность, установленная под углом, отличным от прямого и/или нулевого, к горизонтальной поверхности. Наклонная плоскость позволяет преодолевать значительное сопротивление, прилагая сравнительно малую силу на большем расстоянии, чем то, на которое нужно поднять груз.

7

Блок Блоки Блоки – простые механические устройства, позволяющие изменять силу: либо по направлению, либо по направлению и по модулю. Любой блок представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т.п.

8

Клин Клин простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета. Клин одна из разновидностей механизма под названием «наклонная плоскость».

9

Ворот Ворот простейший механизм, предназначенный для создания тягового усилия на канате (тросе, верёвке). Синоним простейшей лебёдки.

10

Винты Винт крепёжное изделие в виде стержня с наружной резьбой на одном конце и конструктивным элементом для передачи крутящего момента на другом. Передающим усилие элементом могут являться различного рода головки, шлицы в торце стержня и т. п. От шурупа винт отличается тем, что не имеет конического сужения на конце и не создаёт резьбу при вкручивании. Винт предназначен для образования резьбового соединения или фиксации.

11

Башенные краны используются при строительстве высотных домов Рычаги и блоки в устройстве экскаватора

12

Колесо Колесо́Колесо́ движитель, круглый (как правило), свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить. Широко применяется для транспортировки грузов, повсеместно используется в различных механизмах и инструментах. Модель колеса неизвестного назначения обнаружена при раскопках древней стоянки Сунгирь Владимирской области (25 тыс. лет назад).

13

Зубчатая передача Зубчатая передача это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

14

Одноплечий рычаг руки человека Рычаги передней конечности собаки

15

Сила тяги мышц и связок, прикреплённых к затылочной кости Сила тяжести головы Пример работы рычага – действие свода стопы при подъёме на полупальцы

16

Короткое плечо рычага стережёт вход в цветок Длинное плечо рычага

17

«Колющие орудия» многих животных и растений по форме напоминают клин

18

У кошек рычагами являются подвижные когти У членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета

19

Короткие лапы крота рассчитаны на развитие больших сил при малой скорости У двустворчатых моллюсков простыми механизмами являются створки раковины

20

Применение условия равновесия рычага при работе с тачкой Применяя условие равновесия рычага, первому человеку легче нести груз, если он находится ближе к плечу

22

Я проверил на практике: 1. Наклонная плоскость даёт выигрыш в силе во столько раз, во сколько её длина больше высоты. При увеличении крутизны наклонной плоскости выигрыш в силе уменьшается. 2. Так как действие стопы при подъёме тела на полупальцы является примером работы рычага, то я решил оценить свою мышечную силу при ходьбе. Моя мышечная сила при ходьбе 388Н. 3. Выигрыш в силе винта равен 22.

23

Выводы: нет ни одной семьи, которая не пользуется простыми механизмами; 100 % членов семей пользуются клином (разновидность наклонной плоскости);100% членов семей используют в своей жизни грабли, лопаты, мотыги, кусачки, гвоздодеры, веники и другие инструменты (рычаги).

24

Выводы: не все учащиеся 7»А» класса могут применять свои знания о рычагах, — некоторые школьники умеют правильно использовать свойства рычагов, хотя им никто этого не объяснял.

История

Идея простейшего механизма возникла у греческого философа Архимеда примерно в третьем веке до нашей эры, который изучал архимедовы простейшие механизмы: рычаг, блок и винт. Он обнаружил для рычага принцип механического выигрыша.Знаменитое замечание Архимеда по поводу рычага: «Дайте мне место, на котором я буду стоять, и я подвину Землю» (греч. δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω) выражает понимание того, что не существует предела передаточного коэффициента, которое можно достигнуть с помощью механического выигрыша. Позднее греческие философы определили классические пять простейших механизмов (за исключением наклонной плоскости) и смогли вычислить их (идеальный) механический выигрыш. Например, Герон Александрийский (ок. 10-75 нашей эры) в своей работе «Механика» перечисляет пять механизмов, которые могут «привести в движение груз»; рычаг, брашпиль, блок, клин и винт и описывает их изготовление и использование. Однако понимание греков ограничивалось статикой простейших механизмов (балансом сил) и не включало динамику, компромисс между силой и расстоянием или концепцию работы.

В эпоху Возрождения динамика механических сил, как назывались простейших механизмов, начала рассматриваться с точки зрения того, насколько далеко они могут поднять груз, в дополнение к силе, которую они могут приложить, что в конечном итоге привело к новой концепции механической работы. В 1586 году фламандский инженер Саймон Стевин получил механическое преимущество наклонной плоскости, и она была включена в другие простейшие механизмы. Полная динамическая теория простейших механизмов была разработана итальянским ученым Галилео Галилеем в 1600 году в трактате Le Meccaniche («О механике»), в котором он показал, что увеличение силы лежит в основе математического сходства этих механизмов. Он был первым, кто объяснил, что простейшие механизмы не создают энергию, а только преобразуют её.

Классические правила для трения скольжения в машинах были открыты Леонардо да Винчи (1452—1519), но они не были опубликованы и просто задокументированы в его записных книжках и основывались на доньютоновской науке, такой как вера в трение как эфирную жидкость. Они были вновь открыты Гийомом Амонтоном (1699 г.) и получили дальнейшее развитие Шарлем-Огюстеном де Кулоном (1785 г.).

Задачи на применение представлений о винтах

Пример 1

Условие: мини-компьютер имеет системный блок, состоящий из основания и крышки. Обе детали изготовлены из специального пластика. Крышка к основанию крепится при помощи винтов-саморезов. По всему периметру основания есть выступы с отверстиями, в которые и вкручиваются винты для компьютера при сборке. В процессе вкручивания винт нарезает резьбу внутри отверстия, совершая пластическую деформацию материала. Так обеспечивается довольно надежное крепление, однако для ремонта внутренней части компьютера системный блок приходится постоянно разбирать, и, следовательно, многократно выкручивать винты и потом ставить их на место. Из-за этого внутренняя резьба разрушается, и прочность крепления снижается, что, в свою очередь, негативно сказывается на функционировании компьютера. Как предотвратить эту проблему и снизить скорость разрушения резьбы?

Рисунок 4

Ответ: для профилактики необходимо нагреть саморез перед вкручиванием до такой температуры, чтобы пластик немного размягчился (но не расплавился), после чего поставить винты на нужное место. Механическое поле способствует быстрому формированию резьбы, а тепловое размягчает материал, после чего он упрочняется опять.

Пример 2

Условие: имеется ручной пресс с ручкой длиной 30 см. При вращении винта вдоль оси при полном обороте шаг составляет 5 мм. Определите силу давления пресса при закручивании ручки с силой F1, равной 200 H.

Рисунок 5. Винтовой пресс с ручкой

Решение

При одном обороте ручки проходится путь, равный 2πl. Перемещение винта вдоль вертикальной оси осуществится на расстояние h. Значит, сила, которую мы прикладываем к концу ручки, совершила работу, равную 2πlF1, а сила давления пресса – работу, равную hF2. «Золотое правило механики» говорит нам, что A1=A2.

Получили, что 2πlF1=hF2. Отсюда можно найти F2:

F2=2πlF1h=2·3,14·,13·200,005=75,4 кН.

Ответ: сила давления пресса будет равна 75,4 кН.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Равенство работ при использовании простых механизмов. Золотое правило механики. 7 класс

Подробности

Просмотров: 279

1. Какое соотношение существует между силами, действующими на рычаг, и плечами этих сил?

По правилу равновесия рычага:

В случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу, применяют простые механизмы.2. Какое соотношение существует между путями, пройденными точками приложения сил на рычаге, и этими силами? Действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути.Пути, пройденные точками приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам:

При движении рычага за одно и то же время точка приложения меньшей силы F₂ проходит больший путь s₂, а точка приложения большей силы F₁ — меньший путь s₁.

А вот работы (А₁ = F₁s₁ и A₂ = F₂s₂), совершаемые силами, приложенными к рычагу, равны друг другу:

При использовании рычага выигрыша в работе не получают.
Пользуясь рычагом, мы можем выиграть или в силе, или в расстоянии.
Если мы силу приложим к длинному плечу, то выиграем в силе, но во столько же раз проиграем в расстоянии.
Действуя же силой на короткое плечо рычага, мы выиграем в расстоянии, но во столько же раз проиграем в силе.
3 Легенда об Архимеде.
Существует легенда, что Архимед, восхищенный открытием правила рычага, воскликнул: » Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю!»
Конечно, Архимед не мог бы справиться с такой задачей, если бы даже ему и дали точку опоры (которая должна была бы находиться вне Земли) и рычаг нужной длины.
Для подъема Земли всего на 1 см длинное плечо рычага должно было бы описать дугу огромной длины.
Для перемещения длинного конца рычага по этому пути, например со скоростью 1 м/с , потребовались бы миллионы лет.4. Во сколько раз проигрывают в пути, испрльзуя для поднятия грузов подвижный блок? Не дает выигрыша в работе и неподвижный блок.
Пути, проходимые точками приложения сил F₁ и F₂, одинаковы, одинаковы и силы, а значит, одинаковы и работы.

Чтобы при помощи подвижного блока поднять груз на высоту h, необходимо конец веревки, к которому прикреплен динамометр, переместить на высоту 2h.

Получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следовательно, и подвижный блок не дает выигрыша в работе.
5. В чем состоит «золотое правило» механики?
«Золотое правило» механики для всех простых механизмов:Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.
Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или в пути.Ни один из механизмов не дает выигрыша в работе.

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Трение и эффективность

Все настоящие машины подвержены трению, из-за которого часть входной мощности рассеивается в виде тепла. Если обозначить Pfric{\displaystyle P_{\text{fric}}\,} мощность, теряемую на трение из-за закона сохранения энергии

Pin=Pout+Pfric{\displaystyle P_{\text{in}}=P_{\text{out}}+P_{\text{fric}}\,}

Механический КПД η{\displaystyle \eta \,} машины (где <η <1{\displaystyle 0<\eta \ <1}) определяется как отношение выходной мощности к входной и является мерой потерь энергии на трение.

η≡PoutPin{\displaystyle \eta \equiv {P_{\text{out}} \over P_{\text{in}}}\,}

Pout=ηPin{\displaystyle P_{\text{out}}=\eta P_{\text{in}}\,}

Как и выше, мощность равна произведению силы и скорости, поэтому

Foutvout=ηFinvin{\displaystyle F_{\text{out}}v_{\text{out}}=\eta F_{\text{in}}v_{\text{in}}\,}

Следовательно,

z=reiϕ=x+iy{\displaystyle z=re^{i\phi }=x+iy\,\!}

Таким образом, в неидеальных машинах механический выигрыщ всегда меньше, чем отношение скоростей на коэффициент η. Таким образом, механизм с трением не сможет перемещать такой же большой груз, как и соответствующий идеальный механизм, используя ту же входную силу.

Использование простых механизмов

Подробности

Просмотров: 381

С древности простые механизмы часто использовались комплексно, в самых различных сочетаниях.
Комбинированный механизм состоит из двух или большего числа простых. Это не обязательно сложное устройство; многие довольно простые механизмы тоже можно считать комбинированными.
Например, в мясорубке имеются ворот (ручка), винт (проталкивающий мясо) и клин (нож-резак). Стрелки наручных часов поворачиваются системой зубчатых колес разного диаметра, находящихся в зацеплении друг с другом. Один из наиболее известных несложных комбинированных механизмов – домкрат. Домкрат представляет собой комбинацию винта и ворота.

Выигрыш в силе, создаваемый комбинированным механизмом, равен произведению выигрышей отдельных механизмов, входящих в его состав.
Простые механизмы — это труженники со стажем работы более чем 30 веков, но они ничуть не состарились.

Примерно такой лифт установил в «золотом доме» римский император Нерон (64 г. до н.э.).

Так поднимали мосты в средневековых замках.

На любой строительной площадке работают башенные подъемные краны — это сочетание рычагов, блоков, воротов. В зависимости от «специальности» краны имеют различные конструкции и характеристики.

Портальные поворотные краны. Грузоподъемность — 300 кН. Скорость подъема груза — 0,17 м/с.

Строительные башенные краны . Грузоподъемность — 20-400 кН. Скорость подъема до 1м/с.

Плавучие краны — самые сильные из семейства подъемных кранов: их грузоподъемность 4000 кН. Они поднимают затонувшие корабли, снимают суда с мели, с их помощью ремонтируют суда в открытом море, опускают на дно батисферы и камеры для ремонта кабелей и трубопроводов.

Рычаги, блоки, вороты, лебедки — непременные составные части путе- и трубоукладчиков.

Простые механизмы используются и в устройстве шагающих экскаваторов. В его большом ковше может поместиться экскаватор для городских строек.

Простые механизмы помогут передвинуть дом, чтобы расширить улицу. Под дом подводят рамы, опускают на катки, уложенные на рельсы, и включают электролебедки.

НАДО ПОДУМАТЬ

Как рассчитать максимальный груз, который может поднять автокран не перевернувшись?
Вот тут-то и пригодятся знания правила равновесия рычага!
Максимальную силу тяжести груза, который сможет поднять автокран, следует рассчитать по правилу равновесия рычага:F _{тяжести груза} х L₂ = F_{тяжести крана} х L₁
тогдаF_{тяжести груза} = F_{тяжести крана} х L₁/L₂

А как следует поступить опытному крановщику, если необходимо поднять еще более тяжелый груз?
Ответ:
1) уменьшить величину L2
или
2) увеличить отношение L1/L2.

Следующая страница «Занимательные фишки»

Назад в раздел «Занимательные фишки по физике для 7 класса»

Качественные показатели рычажных механизмов

Для формирования общего описания устройства применяются различные качественные показатели, которые могут касаться самых различных моментов. Наиболее распространенными можно назвать:

1. КПД считается наиболее важным параметром, который рассматривается при создании самых различных механизмов. Эта безразмерная величина определяет количество энергии, которая применяется для достижения поставленных целей с учетом потерь. Стоит учитывать тот момент, что подобный показатель рычажного механизма находится всегда меньше единицы, то есть при работе возникают потери. При приближении значения КПД к единице существенно снижаются потери, а также повышается качество рычажного механизма. Провести расчет рассматриваемого показателя достаточно сложно, так как для этого требуются самые различные формулы.
2. Ход механизма также учитывается при проектировании подходящего устройства. Ход определяется начальной и конечной точкой. При этом стоит учитывать, что в некоторых случаях провести расчеты достаточно сложно, так как траектория движения может быть криволинейной.
3. Угол размаха коромысла измеряется путем вычитания двух крайних точек положения на момент работы. В большинстве случаев устройство совершает повторяющееся цикличное движение.
4. Коэффициент, отражающий неравномерность распределения средней скорости. Этот показатель определяется соотношением времени холостого хода к рабочему. Провести соответствующие расчеты можно только при применении формул, а также построении чертежа.
5. Угол давления и передачи. Подобный параметр представлен соотношением острого угла между векторной активной силы, которая действует на предшествующем звене.

Каждый параметр рассматриваемые в отдельности, после чего составляется оценочный анализ, отражающий общее состояние механизма.

Требования безопасности

При проектировании и монтаже рычажного механизма учитываются требований безопасности. Они во многом зависят от области применения устройства, а также особенностей самого механизма.

Среди особенностей этого момента можно отметить следующее:

1. При изготовлении должен подбираться материал, который будет соответствовать всем требованиям. Примером можно назвать высокую коррозионную стойкость. При проектировании указывается то, какой именно материал должен применяться при изготовлении устройства. Часто отдается предпочтение углеродистой стали и легированным сплавам. Некоторые элементы могут быть изготовлены из уплотнительных и других материалов, все зависит то конкретного случая.
2. При проектировании учитывается то, каким образом происходит перераспределение нагрузки. Это связано с тем, что в некоторых местах она будет критической.
3. Под активным элементом при подъеме тяжелых объектов не должно находится людей, другого оборудования, а также частей самого рычажного механизма. Это связано с высокой вероятностью падения переносимого груза.
4. Перед непосредственным применением оборудования следует проводить визуальный осмотр, который позволяет определить наличие или отсутствие повреждений. Кроме этого, должно проводится периодическое обслуживание. Даже незначительный дефект может стать причиной существенного снижения прочности рычажного механизма. Периодическое обслуживание позволяет существенно продлить срок службы устройства.
5. Запрещается применять механизм не по предназначению. Перед каждым его использованием проверяется надежность крепления. Нагрузка должна оказываться на конструкцию соответствующим образом, так как в противном случае происходит неправильное перераспределение силы. Именно поэтому при проектировании указывается то, каким образом устройство должно устанавливаться и как использоваться.
6. При применении учитывается то, на какую максимальную нагрузку рассчитано оборудование. Слишком высокий показатель может стать причиной, по которой происходит повреждение основных элементов. При проектировании учитывается то, какая нагрузка может оказываться на конструкцию.

Как правило, соответствующее руководство по применению устройства составляется непосредственно на месте его эксплуатации в соответствии с установленными нормами. Это связано с тем, что рычажные механизмы получили весьма широкое распространение, могут устанавливаться в качестве составного узла другого оборудования.

При этом узел оборудован тремя важными независимыми системами:

1. Гидравлическая. Эта часть устанавливается в большинстве случаев для передачи усилия. Гидравлика получила весьма широкое распространение, так как она предназначена для непосредственной передачи усилия. Гидравлическая часть основана на подаче специальной жидкости, при помощи которой проводится передача усилия. Гидравлика несет с собой опасность по причине того, что подвижный элементы могут передавать усилие. Поэтому все основные элементы должны быть защищены от воздействия окружающей среды, для чего проводится установка различных кожухов.
2. Механическая. Механика отвечает за непосредственную передачу усилия и достижения других целей. Неправильная работа устройства может стать причиной повреждения и деформации. Механика также защищается специальными кожухами, так как попадание посторонних элементов запрещается.
3. Электрическая. Для управления механизмом проводится установка электрической части. Она должна быть защищена от воздействия окружающей среды, так как даже незначительное механическое воздействие может стать причиной повреждения магистрали электроснабжения.

Опасность с собой несет и электрическая часть, которая состоит из конечных выключателей. Схема подключения предусматривает использование как минимум двух выключателей, устройство должно обесточиваться в случае выхода из строя одного из них.

Механическая система защиты действует путем прерывания подачи масла в гидравлический цилиндр. При этом проводится слив масла с цилиндра в общую емкость. Подобная система срабатывает даже при незначительном повреждении устройства.

Общая информация

Простые механизмы (от греч. «машина, орудие») – устройства, дающие выигрыш в силе. Некоторые из этих приспособлений появились в самой древности. Простые механизмы могут являться самостоятельными устройствами либо быть элементами более сложных агрегатов. В зависимости от типа конструкции определяется и сфера применения того или иного приспособления. Использование простых механизмов существенно облегчает человеческую деятельность. Такие устройства дают выигрыш в силе. К примеру, клин, который вбивается в полено, обладает большей силой, чем сам удар по приспособлению. Поэтому дерево быстро распирает в разные стороны. Вместе с этим, удар на клин приходится сверху вниз, а части полена раздвигаются в стороны. То есть в данном случае происходит еще и преобразование в направлении движения.

Виды простейших механизмов

Принято выделять восемь простейших механизмов, из которых четыре являются разновидностью двух основных:

• Наклонная плоскость — простой механизм в виде плоскости, установленной под острым углом к горизонтальной поверхности.
  • Клин — позволяет увеличить давление за счёт концентрации силы на малой площади. Используется в копье, лопате, пуле и др.
  • Винт — используется в шурупах и для подъёма воды (Архимедов винт), в качестве сверла в дрелях и др.
• Рычаг — описан Архимедом. Используется, в частности, для подъёма тяжестей, в качестве выключателей и спусковых крючков (шатун-кривошип — используется в ткацком станке, паровой машине, двигателях внутреннего сгорания).
  • Ворот — используется для подъёма воды в колодцах и для ременной передачи и др.
  • Блок — колесо с жёлобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь. Применяется для изменения величины или направления силы.
• Колесо — используется на транспорте и в зубчатых передачах. Наиболее ранние находки колёс встречаются на территории современной Румынии (неолитическая культура Кукутени — Триполье) и датируются последней четвертью V тысячелетия до н. э.
• Поршень — позволяет использовать энергию расширяющихся нагретых газов или пара. Применяется, в частности, в огнестрельном оружии, двигателе внутреннего сгорания и паровой машине.