Для облегчения условий труда людей, повышения производительности труда используется много разных машин, которые частично или полностью берут на себя производственные функции человека. Машина — это устройство, предназначенное для выполнения полезной работы путём преобразования одного вида энергии в другой. Машины разделяют на пять классов.
Машины- двигатели – превращают энергию любого вида в механическую, их ещё называют энергетическими машинами. 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.
Машины-генераторы – преобразуют механическую энергию в другой вид энергии, например: турбина электростанции превращает энергию текущей в реке воды в электрическую энергию.
Технологические машины предназначены для изменения размеров и форм заготовок, например станки для обработки древесины и металла.
Транспортные и подъёмно-транспортные машины служат для перемещения людей, грузов, изделий, например, автомобили, подъёмные краны, лифты.
Информационные машины преобразуют информацию. К этой группе относятся электронно-вычислительные машины (ЭВМ) или персональные компьютеры (ПК).
Из этих пяти классов машин выделяют особую группу рабочих машин, к которым относятся технологические, транспортные, транспортирующие (подъёмно-транспортные) и бытовые машины. Как уже было сказано, транспортные машины осуществляют перемещение людей и грузов на большие расстояния. К ним относятся самолёты, локомотивы, автомобили. Транспортирующие машины перемещают людей и грузы на малые расстояния. К этой группе относятся эскалаторы, подъёмные краны, конвейеры. Технологические машины предназначены для преобразования материалов. Примером технологической машины является токарный станок для обработки древесины СТД-120М (рис. 1), основное назначение которого — изготовление деталей из древесины посредством точения. Бытовые машины используются в домашнем хозяйстве. К этой группе относятся, например, пылесосы, стиральные и посудомоечные машины, миксеры, соковыжималки (рис.2).
Любая рабочая машина состоит из трёх основных частей: рабочего (исполнительного) органа, двигателя и передаточного механизма. Напомню, 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 рабочий орган — 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.
Машины состоят из одного или нескольких связанных между собой механизмов. Механизм – это устройство, имеющее несколько деталей, в котором при движении одного элемента (звена) другие звенья выполняют определённые согласованные движения. В свою очередь все машины и механизмы состоят из отдельных деталей. Детали могут быть простыми и сложными. При этом детали, из которых состоят изделия, соединяются между собой определённым образом. Соединения деталей могут быть подвижными и неподвижными.
Существует большое количество разнообразных механизмов. В винтовом механизме при вращении винта гайка, удерживаемая от вращения, начинает перемещаться вдоль оси винта, например в винтовом механизме переднего и заднего зажимов столярного верстака. Фрикционный механизм (фрикционная передача) состоит из двух катков (дисков), которые прижаты друг к другу и при вращении одного катка вращается другой. Ремённая передача передаёт вращение от одного шкива 1 к другому 2 с помощью ремня 3 (см. табл. 1). Так, в сверлильном станке вращение шпинделю со сверлом передаётся от электродвигателя с помощью ремённой передачи.
А теперь рассмотрим ещё несколько механизмов передачи движения, являющихся составными частями машин: цепной, зубчатый, реечный (табл. 2).
Цепной механизм передачи движения имеется у велосипеда. Он состоит из цепи и двух звёздочек.
Зубчатый механизм (зубчатая передача) есть у ручной дрели. Механизм состоит из двух зубчатых колёс, которые вращаются в разных направлениях. Меньшее из двух находящихся в зацеплении колёс называют шестерней. Зубчатые колёса могут быть цилиндрическими или коническими (как у дрели).
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 поворот е рукоятки подачи (с закреплённым на ней зубчатым колесом) шпиндель со сверлом (связанный с рейкой) движется поступательно.
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:
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 . 3, 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.
Иногда необходимо, чтобы зубчатое колесо могло не только передавать вращательное движение, но и перемещаться вдоль вала. В этом случае применяют шлицевое соединение (рис . 3, 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.
Для графического описания принципа действия машины используют кинематические схемы. Кинематическая схема — это такая схема, на которой показана последовательность передачи движения от двигателя к рабочему органу машины посредством передаточного механизма (рис. 4). Для изображения элементов машины или механизма на схеме используются специальные обозначения (см. табл. 3).
Как уже упоминалось, все машины и механизмы состоят из отдельных деталей, которые могут быть простыми (рис.5) и сложными, а также подвижными и неподвижными (рис.6). Например, такие простые детали как болт, гайка, шайба – применяются почти во всех изделиях. Сложными называют детали, которые имеют непростую форму и на их изготовление требуется много времени, например, станина сверлильного станка, зубчатое колесо ручной дрели и др.
К подвижным соединениям деталей относят, например, шарнирное соединение прижима багажника велосипеда или соединение колеса с осью садовой тележки. К неподвижным соединениям относят заклёпочное соединение крыла переднего колеса велосипеда, а также резьбовое соединение узла крепления руля велосипеда (рис.6).
Для управления работой любой машины существуют устройства управления: рычаги, педали, кнопки. Некоторыми машинами управляют автоматические устройства, сигналы которым поступают с компьютера.
Источники информации:
1. Учебник «Технология» для 5 класса. Е.С.Глозман, О.А.Кожина и др., М., «Дрофа», 2019
2. Учебник «Технология» для 5 класса. В.Д.Симоненко, А.Т.Тищенко, П.С.Самородский. М., «Просвещение», 2010
3. Учебник «Технология» для 5 класса. А.Т.Тищенко, В.Д.Симоненко. М., «Вентана-Граф», 2013
4. Учебник «Технология» для 6 класса. А.Т.Тищенко, В.Д.Симоненко. М., «Вентана-Граф», 2016