Какие станки бывают: Виды станков: токарные, сверлильные, расточные, шлифовальные, ЧПУ

Виды токарных станков. Референция в Санкт Петербурге

Данная статья больше не поддерживается в актуальном состоянии. Новая статья 2020го года — по ссылке

Оглавление:

Большую часть станочного парка составляют металлообрабатывающие токарные станки. Между собой они отличаются назначением, компоновкой, степенью автоматизации. Предназначены токарные станки для обработки внешних и внутренних поверхностей деталей различной формы, сверления отверстий и их обработки.

Токарные станки с ЧПУ могут дополняться устройствами для фрезерования, шлифования. По устройству шпинделя станки делятся на оборудование с вертикальной и горизонтальной компоновкой. Главные параметры токарных станков — максимальные диаметр заготовки и расстояние между центрами.

Также предлагаем широкий ассортимент режущего инструмента, предлагаемого в продажу в компании СтанкоМашКомплекс, можно ознакомится по ссылке.

Токарно-винторезные станки

Самая распространенная токарная группа станков предназначена для единичного и серийного выпуска продукции. На станках производятся все виды токарных работ. Нарезание всех видов резьбы выполняется специальными инструментами (метчиками, плашками, резцами).

Основными элементами токарно-винторезного станка являются: станина, передняя бабка с коробкой скоростей и вращающимся патроном, задняя бабка для закрепления обрабатывающего инструмента или поддерживания длинных заготовок, суппорт для зажима резцов, кинематика, обеспечивающая перемещение.

Установка заготовок возможна в патроне, патроне и удерживающем центре задней бабки, на оправке, в двух центрах. При зажиме в патроне, максимальный рекомендованный вылет заготовки составляет два-три диаметра. При большей длине выступающей части применяют задний центр. Обработка длинных валов, для обеспечения соосности нескольких сопрягаемых поверхностей, производится между двумя центрами. Оправки служат для обработки заготовки с предварительно выполненными центровыми отверстиями.

Недостатки:  основным недостатком является зависимость от квалификации токаря, сложно обеспечивать выполнение серийности деталей

Токарно-револьверные станки

Служат для серийного производства деталей из штучных заготовок или пруткового материала.

На направляющих станины установлен суппорт, на который устанавливается револьверная головка, предназначенная для установки режущего инструмента В зависимости от технологической карты обработки конкретной детали, инструменты расположены в определенной последовательности.

Револьверные головки могут быть с вертикальной или горизонтальной осью вращения. Револьверные головки с вертикальной осью вращения, как правило, обладают более высокой жесткостью. Револьверные головки с горизонтальной осью могут обладать более высокой скоростью смены инструмента и большим количеством позиций.

Токарно-револьверные станки с ЧПУ могут иметь две револьверные головки, способны вести обработку по четырем координатам. В револьверных головках, расположенные на верхнем и нижнем суппортах, может быть установлено большее количество инструментов для изготовления деталей сложной формы.

Обработка заготовок, ведущаяся по замкнутому циклу, полностью автоматизирована. Система ЧПУ, обрабатывая данные датчиков, вносит коррективы в технологический процесс, тем самым повышая точность изготовления деталей.

На текущий момент практически полностью заменены токарными автоматами или токарными станками с ЧПУ

Токарные станки с ЧПУ

Современные высокопроизводительные станки, постепенно вытесняют универсальные токарные станки. Упрощенная кинематика, высокоточные перемещения, возможность многоинструментальной обработки. Закрытая зона резания предотвращает разброс стружки и разбрызгивание СОЖ. Возможность установки гидравлического патрона повышает производительность. См ТС1625Ф3, ТС16К20Ф3

Опции противошпиндель, приводной инструмент, ось Y и прочее превращают станки в токарные обрабатывающие центры. Чаще всего выполнены в виде станков с наклонной станиной. См ТС1720Ф3, ТС1720Ф4

Токарно-карусельные станки

Такие станки обрабатывают детали весом в несколько тонн, имеющие большой диаметр при малой высоте. Горизонтально расположенный рабочий стол (планшайба) существенно облегчает загрузку и центрирование тяжелых заготовок.

На карусельных станках обработка цилиндрических и конических поверхностей (наружных и внутренних) проводится резцом. Установленная револьверная головка с инструментами позволяет высверливать и обрабатывать отверстия, нарезать резьбу.

Главным движением станка является вращение планшайбы. Два суппорта: вертикальный и боковой — осуществляют движения подачи инструментов. Основными характеристиками данных станков являются размеры обрабатываемых заготовок: диаметр и высота.

Токарно-карусельные станки изготавливаются промышленностью с одной или двумя стойками. На одностоечных обрабатывают детали до 2500 мм: выполняется обработка поверхностей, сверление, развертка и зенкование отверстий; прорезают канавки, обрабатывают торцы.

Установка системы ЧПУ позволяет вести обработку деталей, имеющих сложный, криволинейный профиль. Основные механизмы станков с ЧПУ имеют сходство со станками, имеющими ручное управление. Обычно с применением системы ЧПУ, цифровых приводов подач и многопозиционной резцедержки и защиты кабинетного типа станок переименовывается в вертикальный токарный станок

Лоботокарные станки

Для обработки заготовок, диаметр которых намного превышает их высоту (шкивы, железнодорожные колеса, маховики) используются лоботокарные станки. Поверхность обработки может быть как цилиндрической, так и конической. Есть возможность протачивать канавки, обрабатывать торцы.

Планшайба, диаметром до 4 метров, расположена вертикально, задняя бабка отсутствует. Станки для обработки особо крупных деталей состоят из двух частей, расположенных на разных основаниях: суппорт расположен обособленно. Планшайба у них имеет специальную выемку для закрепления заготовок с размерами, превышающими ее диаметр.

Токарно-затыловочные станки

Затылование — это специальный метод заточки задних поверхностей обрабатывающих инструментов: различного рода фрез, инструментов для сверления и нарезания резьбы. Такая операция проводится для сохранения формы инструмента при длительной эксплуатации.

По конструкции затыловочный станок похож на винторезный станок, но имеет свои особенности. Обрабатываемый инструмент вращается шпинделем. Режущий инструмент вместе с суппортом совершает линейные возвратно-поступательные движения в радиальном направлении, при этом проходит (затылует) обрабатываемый инструмент на один зуб.

Токарные автоматы и полуавтоматы

Современные токарные станки осуществляют обработку в автоматическом и полуавтоматическом режимах.

В станках-полуавтоматах загрузка заготовок и снятие готовых изделий производится оператором.

Станки выпускаются с вертикально и горизонтально вращающимся шпинделем. Станки с вертикально расположенным шпинделем, благодаря отсутствию изгибающих сил на ось вращения шпинделя, обладают значительно большей точностью обработки.

Различают одношпиндельные и многошпиндельный автоматы. Современные многошпиндельные автоматы успешно выпускаются с ЧПУ и сервоприводами.

дата внесения изменений 29.04.2016

ЧПУ станки для начинающих — какой выбрать? Основные советы по выбору ЧПУ станков

Основные виды ЧПУ станков. Какой выбрать?

Что такое ЧПУ? Какие бывают виды станков с ЧПУ и как они работают?

В этом разделе мы ответим на все эти вопросы и сравним механическую обработку при помощи ЧПУ станков с другими технологиями производства, чтобы помочь вам найти лучшее решение для себя.

Что такое ЧПУ

Обработка с ЧПУ (числовое программное управление) — это технология выборки материала. Что означает — детали создаются путем удаления материала из цельного блока, называемого заготовкой, с использованием различных режущих инструментов.

Это принципиально иной способ изготовления по сравнению с аддитивной 3D-печатью или технологией литья. Механизм выборки материала имеет как конструктивные ограничения, так и свои преимущества. Подробнее об этом, ниже.

Обработка на ЧПУ оборудовании – это в первую очередь цифровая технология. С её помощью, можно производить высокоточные детали с превосходными физическими свойствами непосредственно из файла CAD. Благодаря высокому уровню автоматизации, ЧПУ обработка является конкурентоспособной по цене, как для изготовления единичных деталей, так и для организации мелкосерийного производства.

Почти любой материал можно обработать на ЧПУ станке. Наиболее распространенные примеры — металлы (алюминиевые и стальные сплавы, латунь и т.д.), пластмассы, такие как АБС или нейлон. Композитные материалы и дерево тоже можно обрабатывать.

Основной процесс ЧПУ обработки можно разбить на 3 этапа. Сначала инженер проектирует модель CAD детали. Затем оператор станка превращает файл CAD в G-код и настраивает станок. Наконец, система ЧПУ выполняет все операции обработки. Конечно, для этого требуется некий контроль за выполняемыми действиями машины.

Краткая история ЧПУ станков

• Самым ранним из когда-либо обнаруженных механически обработанных предметов, была чаша, найденная в Италии. Её изготовили в 700 г. до н.э., с помощью токарного станка
• Попытки автоматизировать механическую обработку начались в 18 веке. Тогда станки были чисто механическими и работали на пару
• Первая программируемая машина была разработана в конце 40-х годов в Массачусетском Технологическом Университете. Для её работы использовали перфокарты, чтобы кодировать каждое движение
• Распространение компьютеров в 50-х и 60-х годах коренным образом изменило обрабатывающую промышленность
• Сегодня станки с ЧПУ являются передовыми роботизированными системами с многоосевым и мультиинструментальным оборудованием, в том числе с автоматической сменой инструмента, без остановки в работе

Виды станков с ЧПУ

В этом руководстве мы сосредоточимся на станках, которые обрабатывают материал с помощью режущих инструментов.  Они являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения. Так же существуют и другие станки с ЧПУ. Лазерные, плазменные и EDM — Электроэрозионные.

3-х осевые станки с ЧПУ

Фрезерные и токарные станки с ЧПУ служат примерами 3-осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещать режущий инструмент по трем линейным осям относительно заготовки (влево-вправо, назад-вверх и вверх-вниз).

Фрезерные с ЧПУ

• Заготовка удерживается неподвижно прямо на станине станка или в тисках.
• Материал удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов — фрез или свёрл, которые вращаются с высокой скоростью;
• Инструменты прикреплены к шпинделю, который может двигаться вдоль трех линейных осей.

3-осевые фрезерные станки с ЧПУ — самые широко известные. Их используют в основном для производства самых распространенных геометрий. Относительно просты в программировании и эксплуатации, поэтому затраты на обработку, относительно невелики.

Доступ к инструменту, при фрезеровке с ЧПУ ограничен конструкцией. Поскольку есть только три оси для работы, некоторые области заготовки могут быть недоступны. В целом – это не большая проблема, если заготовку нужно вращать только один раз. Но если требуется несколько вращений, затраты на обработку могут быстро увеличиться.

Каталог Фрезерных станков с ЧПУ 3-х осевых 

Плюсы

• Может производить большинство деталей с простой геометрией;
• Высокая точность и жесткие допуски.

Минусы

• Есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии;
• Ручное перемещение заготовки снижает достижимую точность.

Токарные станки с ЧПУ

Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью.

Режущий инструмент или центральное сверло обрабатывает внешний или внутренний периметр детали, образуя геометрию.

Инструмент не вращается. Он движется радиально и продольно.

Токарные станки с ЧПУ широко используются, потому что с их помощью можно производить детали с гораздо большей скоростью и с меньшими затратами на единицу, чем на таких же станках без поворотного устройства. Это особенно актуально для больших объемов работы.

Основное ограничение конструкции токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем (например, винты или шайбы). Чтобы преодолеть это ограничение, детали часто подвергаются фрезерной обработке с ЧПУ на отдельном этапе. В качестве альтернативы, используются 5и-осевые токарно-фрезерные станции с ЧПУ. С их помощью можно добиться нужных результатов за один процесс.

Каталог токарных станков с ЧПУ 

Плюсы

• Самая низкая стоимость за деталь на выходе, чем при других способах обработки с ЧПУ;
• Очень высокие производственные возможности.

Минусы

• Может производить только детали с радиальной симметрией и простой геометрией

5-осевая обработка с ЧПУ

Многоосевые станки с ЧПУ бывают трех вариантов: 5-осевые индексированные фрезерные станки, 5-осевые фрезерные станки с непрерывной обработкой и токарно-фрезерные с рабочим инструментом.

Эти системы, по сути, являются станками с дополнительными степенями свободы. Например, 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ позволяют вращать станину станка или головку инструмента (возможно, сразу всё вместе), в дополнение к трем линейным осям перемещения.

Широкие возможности этих машин влекут за собой их повышенную стоимость. Они требуют как специализированной техники, так и операторов с экспертными знаниями. Для очень сложных или оптимизированных по топологии металлических деталей приоритетнее будет 3D печать.

Индексируемое 5-осевое фрезерование с ЧПУ

• Во время обработки режущий инструмент может двигаться только вдоль трех линейных осей.
• Между операциями платформа и головка инструмента могут вращаться, давая доступ к заготовке под другим углом.
  

Индексированные 5-осевые фрезерные системы с ЧПУ также известны как 3+2 фрезерные станки. Они используют две дополнительные степени свободы, только между операциями обработки для вращения заготовки.

Основным преимуществом этих систем является то, что они устраняют необходимость ручного перемещения заготовки.Таким образом, детали с более сложной геометрией могут быть изготовлены быстрее и с большей точностью, чем на 3-осевом станке с ЧПУ. Хотя им не хватает возможностей для непрерывных операций.

Плюсы

• Исключает необходимость ручного перемещения
• Производит детали со сложной геометрией быстрее и с большей точностью, чем на 3-х осевом станке

Минусы

• Более высокая стоимость, чем 3-осевая обработка с ЧПУ
• Невозможно воссоздать мелкие детали на заготовке
  

Непрерывное 5-осевое фрезерование с ЧПУ

• Режущий инструмент может перемещаться вдоль трех линейных и двух осей вращения относительно заготовки.
• Все пять осей могут двигаться одновременно во время всех операций обработки.

5-осевые фрезерные системы с ЧПУ, работающие непрерывно, имеют архитектуру, аналогичную индексируемым 5-осевым фрезерным станкам. Однако они позволяют перемещать все пять осей одновременно во время всех операций обработки.

Таким образом, можно изготавливать детали со сложной, органичной геометрией, которые невозможно изготовить с таким уровнем точности при помощи другой технологии. Эти передовые возможности стоят дорого, так как не дёшево само оборудование, и для работы на нём требуются высококвалифицированные кадры.

Плюсы

• Такие станки производят сложные детали с точностью, которой невозможно добиться при использовании другого оборудования
• Очень гладкие органичные поверхности с минимальными следами обработки

Минусы

• Крайне высокая стоимость
• Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии
  

Фрезерные токарные станции с ЧПУ

• Заготовка прикреплена к шпинделю, который может либо вращаться с высокой скоростью (например, в качестве токарного станка), либо располагать его под точным углом (как 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ).
• Токарные и фрезерные инструменты используются для выборки материала из заготовки, образующей деталь.
  

Фрезерные токарные станции с ЧПУ — это, в основном, токарные станки оснащенные фрезерными инструментами. Их разновидностью служат токарно-фрезерные станции швейцарского типа, которые обычно имеют более высокую прецессию.

В токарных станках используются преимущества, как высокой производительности токарной обработки, так и геометрической гибкости фрезерования. Они идеально подходят для изготовления деталей с «рыхлой» осевой симметрией (например, распредвалы и центробежные рабочие колеса) при гораздо более низкой стоимости, чем другие 5-осевые системы обработки.

Плюсы

• Самая низкая стоимость среди 5-осевых систем обработки с ЧПУ
• Высокие производственные возможности и свобода дизайна

Минусы

• Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии
• Больше всего подходит для деталей с цилиндрическим контуром

Подведём итог

• 3-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с относительно простой геометрией и превосходной точностью и по низкой цене;
• Токарные станки с ЧПУ обладают самой низкой стоимостью, но подходят только для деталей с радиальной геометрией;
• Индексируемые 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с элементами, которые не выровнены с одной из основных осей быстро и с очень высокой точностью;
• Непрерывные 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с очень сложной, «органической» геометрией и гладкими контурами, но очень дорогостоящие;
• Токарно-фрезерные станции с ЧПУ объединяют преимущества токарной и фрезерной обработки в единую систему для производства сложных деталей по более низкой цене, чем другие 5-осевые системы с ЧПУ.

Токарно-фрезерные станки с ЧПУ по металлу

«Токарно-фрезерные обрабатывающие центры», «многофункциональные обрабатывающие центры», «многоцелевые станки» – это все различные названия современного типа металлообрабатывающего оборудования, которое можно также обозначить «завод-в-заводе».

Созданные на базе токарного станка с горизонтальной или вертикальной осью шпинделя многофункциональные обрабатывающие центры оснащаются особым шпинделем. Он способен работать как с фрезерным, так и со статическим инструментом (токарные резцы). Позволяет с высокой эффективностью производить фрезерно-сверлильные работы, токарную обработку тел вращения.

Этот тип оборудования меняет классический подход к технологическому маршруту как к последовательности различных технологических операций. Концентрация технологических операций обработки заготовок здесь достигает максимума, обеспечивая на выходе готовую деталь.

Конструктивно горизонтальные станки бывают оснащены противошпинделем или задней бабкой, а также дополнительным рабочим органом – револьверной головкой, для возможности работы в двух шпинделях одновременно.

Важная особенность – наличие поворотного фрезерного шпинделя (оси «В») и диапазона углов поворота шпинделя, а также его дискретности – это обеспечивает возможность обработки различных элементов под углом к оси детали.

Обрабатывающие центры оснащаются различными по емкости инструментальными магазинами: от 20-позиционного цепного до 320-позиционного матричного магазина, или роботизированными ячейками-складами инструмента.

Виды выполняемых работ

К основным токарно-фрезерным работам относятся:

• наружное точение, подрезка торцов;

• сверление, растачивание отверстий;

• обработка наружных, внутренних канавок;

• отрезка заготовки;

• сверление, зенкерование, развертывание приводным инструментом;

• фрезерование лысок, пазов, скосов;

• растачивание отверстий не в оси детали;

• нарезка резьбы метчиками, резцами.

Кроме перечисленных операций на многофункциональных станках выполняют ряд специализированных, традиционно выносимых на отдельные станки:

• зубофрезерования червячными фрезами;

• зубодолбления;

• зуботочения – технология Power Skiving;

• Invomilling™;

• наружное шлифование;

• глубокое сверление и расточку;

• лазерное упрочнение поверхности;

• контроль параметров детали.

Достоинства токарно-фрезерных обрабатывающих центров с ЧПУ

1. Высокая концентрация обработки на одном станке.

2. Высокая точность обработки детали за одну установку.

3. Возможность комплексной обработки детали.

4. Снижение трудоемкости процесса за счет снижения числа межоперационного перемещения и простоя.

5. Сокращение числа станков и оснастки.

6. Экономия производственных площадей.

7. Сокращение расходов на обслуживание.

Виды токарных станков

Токарные и токарно-копировальные станки, которые по характеру базирования деталей подразделяются на центровые-продольные и бесцентровые.

Токарный станок — станок для обработки резанием (точением) заготовок из металлов и других материалов в виде тел вращения.

На токарных станках выполняют обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, зенкерование и развертывание отверстий и так далее Заготовка получает вращение от шпинделя, резец — режущий инструмент — перемещается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, получающих вращение от механизма подачи. В состав токарной группы станков входят станки выполняющие различные операции точения: обдирку, снятие фасок, растачивание и так далее

Значительную долю станочного парка составляют станки токарной группы. Она включает, согласно классификации ЭНИМС, девять типов станков, отличающихся по назначению, конструктивной компоновке, степени автоматизации и другим признакам.

Станки предназначены главным образом для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезания резьб и обработки торцовых поверхностей деталей типа тел вращения с помощью разнообразных резцов, сверел, зенкеров, разверток, метчиков и плашек.

Применение на станках дополнительных специальных устройств (для шлифования, фрезерования, сверления радиальных отверстий и других видов обработки) значительно расширяет технологические возможности оборудования.

Токарные станки, полуавтоматы и автоматы, в зависимости от расположения шпинделя, несущего приспособление для установки заготовки обрабатываемой детали, делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные предназначены в основном для обработки деталей значительной массы, большого диаметра и относительно небольшой длины. Самый известный токарный станок в советское время 16К20

Виды токарных станков

Центровые-продольные. В центровых станках деталь базируется в центрах передней и задней бабки, короткие детали крепятся в различных патронах передней бабки. Центровые станки бывают:

универсальные, комбинированные, копировальные. Предназначены для продольного точения.

Универсальные: без суппортные, суппортные. Выполняют многообразные работы по цилиндрической, фасонной внешней обточке и внутренней расточке деталей.

Комбинированные: с выемкой, с лобовым суппортом.

Предназначены для продольного точения и обработки деталей большого диаметра при малой длине заготовке.

Копировальные: с обработкой по копиру, с ЧПУ

Бесцентровые. В бесцентровых токарных станках резание выполняет пустотелая токарная головка, а обрабатываемая деталь подается по оси вращения. Бесцентровые станки бывают:

Круглопалочные: для прямых деталей.

Торцеобточные: на конус, по сфере, шипорезные.

Описание основных узлов фрезерного станка с ЧПУ

  Станина

      Станина — несущая неподвижная  конструкция (основа) станка, предназначена для крепления, а также перемещения по ней других узлов . Станину в основном льют из чугуна, реже сваривают. 

Рисунок 1-Станина

 

Чугуны используемые для литья :

Серый чугун

1. Станины небольшого размера  льются из СЧ 21-40 и СЧ 35-56.
2. Станины для больших и точных станков, а также сложной конфигурацией льются из СЧ 15-32 и СЧ 21-40.
3. Некоторое применение для литья станины получил азотируемый чугун (содержит алюминий и хром) – повышенная износостойкость.  

Для сварных станин используют сталь 3 и сталь 4. Сварные являются более дешевыми и легкими, однако, менее жесткими. Их в основном используют при единичном производстве станков.

Направляющие

Направляющие, основное их назначение — обеспечение линейного перемещения по осям станка (главное движение  и движение подачи), крепиться к основанию-станине. В зависимости от траектории движения узлов подразделяются на: направляющие прямолинейного и кругового движения. По форме поперечного сечения : ласточкин хвост (трапециевидные), прямоугольные , круглые и др.

В основном используются двух видов:

А) Направляющие качения

Направляющие качения представляют собой опорный элемент при поступательном движении узлов станка. Бывают следующих видов: рельс-каретка, линейный подшипник-вал или рельс-рельс с плоским сепаратором.

Рисунок 2- Направляющие качения

Рассмотрим подробней комплект рельс-каретка, который чаще всего используются на станках.

Рельс. Все посадочные места рельсы шлифуются и проходят закалку, в том числе и дорожки качения, необходимые для перемещения тел качения. Каретка направляющей состоит из следующих частей:

• Корпус
• Тела качения
• Обойма, осуществляющая оптимальную рециркуляцию тел качения;
• Торцевые крышки

Рисунок 3-Каретка направляющей

Подразделятся в зависимости от тела качения:

1)     Шариковые направляющие качения

Рисунок 4- Шариковые направляющие качения

2)     Роликовые направляющие качения. Используются в высоконагруженных  станках с ЧПУ

Рисунок 5- Роликовые направляющие качения

Ролики в отличие от шариков позволяют увеличивать  жесткость направляющей, ее долговечность и грузоподъемность.

Также направляющие качения подразделяются в зависимости от конструктивной формы.

Основные преимущества направляющих качения:

1. Очень низкий коэффициент трения.
2. Плавное перемещение.
3. Точность перемещения и позиционирования.
4. Высокая скорость.

Недостатки направляющих скольжения:

1. Подвержены влиянию загрязнений.
2. Плохо противодействуют скачкам.
3. Высокая цена.

Основные производители направляющих качения:

• BOSCH (Германия)
• HIWIN (Тайвань)
• THK (Япония)
• SKF (Швеция) 

Б) Направляющие скольжения

Рисунок 6-Направляющие скольжения 

Направляющие скольжения выполняют ту же функцию, что и направляющие качения. Однако, в данном случае отсутствуют тела качения, а перемещение происходит по трению скольжения. Направляющие данного типа могут  изготавливаться, как одно целое со станиной из серого чугуна (закаленного до твердости 43….56 HRC) , также  возможно крепление на винты к станине (накладные направляющие), изготавливаются из стали 40Х (возможно также 15Х, 20Х) закаленной до твердости  57…63 HRC. Важно заметить, что направляющие скольжения из-за больших сил трения , менее точные и имеют менее плавный ход нежели направляющие качения, однако, они более просты и имеют меньшие габариты. На работоспособность очень сильно влияет температура. 

По виду трения скольжения существуют следующие направляющие:

• Гидростатические – смазочный слой образуется подачей под высоким давлением масла в специальные карманы.

 

Рисунок 7- Гидростатические направляющие скольжения

•  Гидродинамические направляющие- хорошо работают только при высоких скоростях. В данной направляющей используется гидродинамический эффект- эффект  всплывания подвижного узла. В конструкции присутствуют специальные клиновые скосы и при движении в эти сужающиеся зазоры затягивается смазка.
•  Аэростатические направляющие- в данном случае вместо масла в карманы под давлением подается воздух. По конструкции похожи на гидростатические направляющие. Имеет недостаток- малая нагрузочная способность.

Масла для направляющих должны соответствовать  DIN 51 502, ISO 6743-13 и ISO 3498. Всегда идут с различными присадками, улучшающие стойкость к окислению и антикоррозионные свойства, а также противозадирные и противоизностные присадки, антискачковые присадки. Преимущество направляющих скольжения:

• Жесткость при кручении
• Минимальный люфт
• Большая нагрузочная способность
• Надежность и долговечность работы.

Производители направляющих скольжения:

• SCHNEEBERGER GmbH (Германия)
• ZITEC Industrietechnik GmbH (Германия)
• item Industrietechnik GmbH
• KAMMERER Gewindetechnik GmbH (Германия).

        Шарико-винтовая передача (ШВП)

Следующий узел фрезерного станка —  шарико-винтовая передача (ШВП) .

Рисунок 8- Шарико-винтовая передача

Основное назначение -это преобразования вращательного движения приводов станка  в возвратно-поступательное  движение исполнительных узлов с использованием механизма циркулирующего шарика между винтом и гайкой. Принцип действия ШВП следующий- в гайке сделаны специальные винтовые канавки, по ним перемещаются тела качения, т.е. между витками винта и гайки. Сами шарики (тела качения) движутся по замкнутой траектории при вращении винта и одновременно поступательно перемещают гайку. Число рабочих витков составляет  от 1 до 6. Большее число витков  используется при нагруженных передачах тяжелых станков. ШВП изготавливают из высоколегированной стали, подвергаются поверхностной закалке (закалка поверхности с помощью ТВЧ- тока высокой частоты) после шлифуются.

Основные достоинства шариковинтовой передачи:

• Высокий КПД, может быть больше 80% (т.к. проскальзывание шариков в ШВП минимальное)
• Малые потери на трение
• Высокая нагрузочная способность при небольших габаритах
• Высокая точность при перемещении
• Плавный ход

Недостатки ШВП:

1. Сложная в изготовлении конструкция.
2. Высокая стоимость
3. Ограничение по длине (из-за накапливаемой погрешности)

Существуют две разновидности ШВП:

1. Катанные ШВП, в данном случае резьбовой винт накатывается на специальном накатном оборудовании. Они проще в производстве, дешевле.
2. Шлифованные ШВП. Сначала идет нарезка резьбы далее её шлифуют. Являются более точными, что, в свою очередь, влияет на точность позиционирования и повторяемости станка.

Производители шарико-винтовых пар:

• HIWIN (Тайвань)
• THK (Япония)
• SKF (Швеция)
• SBC (Корея)
• Steinmeyer (Германия)
• MecVel (Италия).

Помимо ШВП существуют РВП – ролико-винтовые передачи. В РВП в качестве элемента качения используются ролики, за счет этого увеличивается максимальная грузоподъемность, увеличивается срок эксплуатации, надежность. Однако, стоимость РВП в несколько раз превышает ШВП.

Рисунок 9- Ролико-винтовая передача

             Система ЧПУ- Числовое Программное Управление

Рисунок 8 — Система ЧПУ  

ЧПУ-  компьютеризированное управление обработкой заготовки по созданной заранее специальной программе , в которой всё представлено виде кодов. Принцип работы системы ЧПУ следующий- микроконтроллер подает сигналы (электрические импульсы) на исполнительные узлы станка, а также контроля их перемещения для реализации движения режущего инструмента согласно заданной программе. Исполнительными узлами  станка являются электродвигатель подач, электромотор шпинделя и другие системы.  Для мощных станков вместо электродвигателей используют серводвигатель (контроль перемещения осуществляется специальным датчиком положения).

Система ЧПУ состоит из следующих основных узлов:

• Микропроцессор- преобразования сигналов.
• Оперативная память- для хранения текущей информации
• Постоянная память- для хранения файлов управляющих программ.
• Устройство загрузки информации (программ)- USB и др.
• Устройство управление .

Системы ЧПУ делятся в соответствии со следующими признаками:

• По числу потоков информации (незамкнутые, замкнутые, самоприспосабливающиеся или адаптивные).
• В соответствии с приводом: ступенчатый, регулируемый, следящий, шаговый.
• По числу одновременно управляемых координат.

Основные производители ЧПУ:

• FANUC
• SIEMENS
• FIDIA
• Fagor
• HEIDENHAIN
• Ижпрэст
Привода

Привод – узел, служащий для приведения в действия исполнительного органа станка с требуемыми характеристиками скорости и точности.

Привода:

•  Электродвигатели постоянного тока
•  Электродвигатели переменного тока
•  Гидродвигатели
•  Пневмодвигатели

Для ступенчатого регулирования используют в основном асинхронные двигатели переменного тока, из-за их невысокой стоимости. Для бесступенчатого регулирования используют электродвигатели постоянного тока с тиристорным регулированием.

Крутящий момент передается от двигателей к рабочим органом с помощью различных передач:

• Передача трением
1. Фрикционные
2. Ременные.
• Передача зацеплением
1. С непосредственным контактом (зубчатые, червячные, храповые, кулачковые)
2. С гибкой связью (цепные).

Рисунок 9- Передачи зацепления

Привод подачи для станков с ЧПУ.

В качестве привода используется синхронные или асинхронные электродвигатели, управляемые от цифровых преобразователей, передающие и принимающие сигналы от системы ЧПУ станка.

В качестве привода главного движения для станков с ЧПУ используется двигатели переменного тока – для больших мощностей и постоянного тока — для малых мощностей.

Рисунок 10- Сервоприводы

Автоматическое устройство смены инструмента (АУСИ,магазины,автооператоры,револьверные головки)

АУСИ — необходимо для смены инструмента в процессе обработки заготовки.

Состоит из двух основных частей:

1)  Инструментальный магазин для формирования запаса инструмента. Инструментальные магазины бывают следующих видов:

• Дисковый- накопление небольшого количества инструмента до 30 штук.

Рисунок 11-Дисковый инструментальный магазин

• Цепного типа. Служит для накопления большого количества инструмента. Конфигурация цепи может быть изменена, за счет это можно увеличить количества инструмента- не значительно увеличивая общий объем магазина. Его можно располагать горизонтально, вертикально, наклонно.

Рисунок  12- Цепной инструментальный магазин

Анализ большого количества различных деталей средних размеров, показывает, что 18 % деталей требуют использования не более 10 инструментов, 50 % — до 20; 17 % — до 30, 10 % — 40 и 5 % — до 50 и более инструментов. В связи с этим в основном используют магазины с количеством инструмента равным 30 штук. Магазин может располагаться на шпиндельной бабке, на станине, колонне.  

2)  Устройство смены инструмента, передающий инструмент из магазина в шпиндель и обратно.

Существует два типа УСИ:

А) Без манипулятора  (карусельного типа, «зонтик»). Смена инструмента осуществляется без каких-либо  дополнительных приспособление.   Инструментальный магазин перемещается по оси Х к шпинделю, осуществляет смену инструмента и отходит в первоначальное положение. Приблизительно время смены 7-10 секунд.

Рисунок 13- УСИ без манипулятора

Б) С манипулятором. Смена осуществляется с помощью двухплечевого манипулятора за 1,8 сек, сам инструментальный магазин и шпиндель остается при этом неподвижными.

Рисунок 14- УСИ с манипулятором

Вне зависимости от типа УСИ и инструментального магазина, все инструменты устанавливаются в гнездо магазина с помощью стандартизированной оправки (оправки с коническим хвостовиком 7:24).

Стружкотранспортер

Два типа:

• Винтовой стружкотранспортер используется в основном для отвода мелкой, стружки надлома, скалывания (образует при обработке чугуна, твердых сталей).

Рисунок 15-Винтовой стружкотранспортер

• Ленточный стружкоуборончый транспортер, предназначен для отвода сливной стружки (образуется при обработки вязких и мягких материалов).

Рисунок 16-Ленточный стружкотранспортер

 

Станки токарной группы — Токарное дело


Станки токарной группы

Категория:

Токарное дело



Станки токарной группы

В группу токарных станков входят: токарно-винторезные токарно-револьверные, многорезцовые токарные, карусельно-токарные, лобовые, токарные автоматы и полуавтоматы и специальные токарные станки.

Станки токарной группы применяются чаще всего для обработки тел вращения. При выполнении работ на этих станках обеспечивается получение наружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей, фасонных поверхностей, торцовых плоскостей, нарезки на цилиндрической и торцовой поверхностях и др.

Основными инструментами для станков токарной группы служат резцы различных типов. На этих станках используются также сверла, зенкеры, зенковки, развертки, метчики, плашки и пр.

В большинстве машин и механизмов наибольшее количество деталей представляет тела вращения, поэтому естественно, что станки токарной группы на машиностроительных заводах, как правило, являются основным оборудованием механических цехов и составляют больше половины всех металлообрабатывающих станков.

Токарно-винторезные станки. Токарно-винторезные станки являются универсальными и применяются для изготовления самых разнообразных деталей. Эти станки широко используются в единичном, мелкосерийном производстве и на ремонтных работах, в механических, ремонтных, инструментальных, экспериментальных цехах заводов, а также в мастерских РТС, научно-исследовательских институтов, в учебных и передвижных мастерских.

Токарно-винторезные станки характеризуются широкими технологическими возможностями и используются для черновой и чистовой обработки цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, для сверления, рассверливания, развертывания и растачивания отверстий, нарезания резьбы различных видов и пр.

В массовом производстве универсальные токарные станки не применяются, уступая место автоматам, многорезцовым и специализированным станкам.

Токарно-винторезные станки бывают самых различных размеров: от настольных — для обработки деталей часовых и других мелких механизмов и приборов, до тяжелых — для обработки различных крупных деталей.

Основными размерными характеристиками токарно-винторезных станков являются высота центров над станиной и наибольшее расстояние между центрами передней и задней бабок.

На рис. 1 показан средний токарно-винторезный станок модели 1А62 выпуска завода «Красный пролетарий». Он является дальнейшим усовершенствованием токарно-винторезного станка 1Д62 (ДИП-200).

На станке могут обрабатываться детали с наибольшим диаметром 400 мм и длиной до 2000 мм.

Главные части (узлы) токарно-винторезного станка: станина, передняя бабка с коробкой скоростей, суппорт с фартуком, задняя бабка и механизм для передачи движения от шпинделя к суппорту, состоящий из трензеля, сменных колес, коробки подач, ходового винта и ходового валика.

Рис. 1. Токарно-винторезный станок, модель IA62

Станина служит для установки всех частей станка. Она отливается из чугуна и имеет коробчатую форму. Верхняя часть станины имеет направляющие (плоские и призматические) для передвижения по ним суппорта и задней бабки. Износостойкость направляющих повышают путем закалки ацетилено-кислородным пламенем.

Передняя бабка неподвижно крепится к станине и снимается только при капитальном ремонте станка.

Шпиндель служит для сообщения заготовке главного движения с помощью различных приспособлений.

На правой части шпинделя нарезана резьба для навин

чивания патронов или специальных приспособлений. Внутренняя часть шпинделя с правой стороны обработана на конус для установки втулки и центра. Отверстие в шпинделе делают сквозным для возможности пропуска прутков, являющихся заготовками для деталей.

Внутри корпуса передней бабки токарных станков обычно расположена коробка скоростей с зубчатыми колесами. То или иное число оборотов шпинделя достигается при переключении рукояток коробки скоростей (рукоятками осуществляется перемещение блоков колес внутри коробки).

Рис. 2. Правая часть шпинделя

На рис. 3 приведена кинематическая схема коробки скоростей станка 1А62. Электродвигатель и шкив коробки скоростей соединены клиновидными ремнями, что обеспечивает передачу мощности главного привода до 7 кет.

На схеме римскими цифрами обозначены валы, арабскими — числа зубьев зубчатых колес.

При постоянном направлении вращения электродвигателя прямое вращение шпинделя достигается подключением муфты вала I к колесу 51; обратное вращение — подключением ее через колесо 50.

Рис. 3. Кинематическая схема коробки скоростей станка IA62

Максимальное число оборотов шпинделя составляет 1200 об/мин., минимальное *— 11,5 об/мин.

Количество различных положений регулирования чисел оборотов шпинделя при прямом вращении составляет30 (бот вала III и 24 от вала V)\ при обратном вращении — 15 (3 от вала III и 12 от вала У).

Приведенная схема коробки скоростей является наиболее распространенной как у токарных станков, так и у станков других типов. Кроме этих механизмов, для регулирования скоростей применяют ступенчато-шкивные приводы без переборов и с переборами, двигатели с переменным числом оборотов, гидравлические коробки скоростей, приводы В. А. Светозарова и др.

Задняя бабка (рис. 4) применяется: при обработке валов — для их поддержания; для закрепления сверл, зенкеров, разверток и других инструментов, используемых при обработке отверстий; при обработке конусов с небольшими углами.

Нижняя поверхность основания задней бабки пришабрена по направляющим станины и скользит по ним при перемещении бабки. Планкой, болтом и гайкой производится закрепление бабки в той или иной части станины.

Рис. 4. Задняя бабка. лов очень важно обеспечить посто

На рис. 5 показана задняя бабка с вращающимся центром и пружиной, обеспечивающей постоянство осевого усилия. При вращении маховичка центр войдет в центровое отверстие вала.

Рис. 5. Задняя бабка с вращающимся центром и компенсатором

Суппорт предназначен для крепления режущих инструментов, главным образом резцов, и сообщения им движения подачи. С помощью отдельных частей суппорта резец можно перемещать в различных направлениях.

Самая верхняя часть суппорта — резцедержатель используется для закрепления резцов. Понятно, что резцедержатель (а с ним и резец) будет перемещаться при движении любой части суппорта, расположенной ниже. Токарно-винторезные станки оборудуются одноместными или чаще четырехпозиционными поворотными резцедержателями, позволяющими одновременно закреплять до четырех резцов. Преимуществом резцедержателей такого типа является экономия времени на установку резцов и обеспечение возможности работы по настройке.

Рис. 6. Суппорт

Продольные (нижние) салазки при вращении маховичка перемещаются по направляющим станины. При движении продольных салазок вершина резца будет перемещаться по прямой, параллельной оси шпинделя.

Поперечные салазки при вращении рукоятки перемещаются по направляющим нижних салазок. При движении поперечных салазок вершина резца будет перемещаться по прямой, перпендикулярной к оси шпинделя.

Поворотная часть центрируется в кольцевой выточке поперечных салазок и закрепляется на поперечных салазках гайками.

Верхние салазки с помощью рукоятки перемещаются по направляющим поворотной части. Установка (при необходимости) поворотной части под тем или другим углом производится по шкале.

Фартук крепится к продольным салазкам суппорта. На передней стенке фартука расположены маховички и рукоятки управления движением суппорта. Суппорт может передвигаться не только от руки, но и автоматически (самоходом) от ходового валика 6 или от ходового винта. На задней стенке фартука смонтированы различные детали, связывающие суппорт с зубчатой рейкой (привинченной к станине) ходовым винтом и ходовым валиком.

На рис. 7 в качестве простейшей приведена часть кинематической цепи подачи — механизм фартука (вид со стороны станины станка). На ходовой валик, имеющий продольную шпоночную канавку, надет червяк . При перемещении суппорта вдоль станины этот червяк также перемещается, увлекаемый приливами, которые расположены на задней стенке фартука. В отверстии червяка имеется шпонка, поэтому при вращении ходового валика червяк также вращается. От червяка вращение передается червячному зубчатому колесу и расположенному с ним соосно цилиндрическому зубчатому колесу; далее приводятся в движение зубчатые колеса. Колесо находится в постоянном зацеплении с зубчатой рейкой (привинченной к станине) и, обкатывая ее, сообщает движение суппорту. Включение и выключение самохода по этой схеме осуществляется конусной муфтой (на рис. 233 отсутствует), расположенной между колесами, посредством маховичка.

Рис. 7. Механизм самохода суппорта

На рис. 8 приведена кинематическая схема (а) и вид со стороны передней стенки (б) фартука токарно-винторезного станка 1А62. Механизмы фартука обеспечивают продольную и поперечную подачи самоходом (каждую в обоих направлениях), а также автоматическое выключение подачи при работе по упору и при перегрузках механизма подачи.

Рукоятка служит для выключения и реверсирования станка. Маховиком производится перемещение суппорта по станине вручную через колеса г106, z40, г12 от зубчатой рейки.

Для продольной подачи суппорта самоходом рукояткой подключают колесо z2i к колесу гБ0 (положение, приведенное на схеме), а рукояткой подключают червяк к червячному колесу г30. Тогда движение от ходового валика к колесу z]2, связанному с зубчатой рейкой, будет передаваться по пути, показанному сплошными стрелками. Чтобы изменить направление подачи, достаточно рукояткой 4 передвинуть блок колес zs3 и гы так, чтобы колесо z40 вошло в зацепление с колесом z40; очевидно, что направление вращения всей последующей системы колес при этом изменится, так как в кинематической цепи будет одним колесом меньше.

Для поперечной подачи суппорта самоходом рукояткой подключают колесо г24 к колесу z65. Тогда движение будет передаваться колесу z20, насаженному на винт поперечной подачи (пунктирные линии).

Рис. 8. Кинематическая схема (а) и общий вид (б) фартука станка 1А62

Количество продольных и поперечных подач суппорта составляет 35; пределы подач суппорта в мм на один оборот шпинделя: продольных 0,082 ч- 1,59, поперечных 0,027 f 0,52.

При увеличении усилия подачи сверх установленного, а также в случае контакта суппорта с упором червяк автоматически отключается от колена z30 и падает вниз; это обеспечивается шарнирным соединением червяка с ведущим валом, а также наличием муфты и регулируемой пружины.

Автоматическое перемещение суппорта с введением в цепь ходового винта обычно применяют при нарезании резьбы. Для соединения суппорта с ходовым винтом на задней стенке фартука имеется разъемная гайка (рис. 9), а на передней — рукоятка 2 маточной гайки, при повороте которой половины гайки либо плотно охватывают ходовой винт (тогда вращательное движение ходового винта преобразуется в поступательное движение гайки и, соответственно, суппорта), либо освобождают винт (суппорт останавливается).

Одновременное включение подач от ходового винта и ходового валика приводит к заклиниванию и поломке механизма подачи, поэтому современные станки снабжаются блокировочными устройствами, препятствующими такому включению.

Рис. 9. Механизм маточной гайки

На рис. 10 приведена кинематическая цепь передачи движения от шпинделя к суппорту. Такую простую схему имеют многие станки; она состоит из узла трензеля (реверсивного механизма), узла сменных зубчатых колес II, узла коробки подач III, ходового винта, ходового валика и узлов механизмов фартука IV (рассмотренных выше). Узлы сменных колес II и коробки подач III обеспечивают получение различных подач (крупных и мелких).

Рис. 10. Кинематическая цепь передачи от шпинделя к суппорту

При нарезании резьбы с помощью сменных колес, механизма коробки подач и ходового винта обеспечивается точное согласование вращения заготовки и поступательного движения суппорта с резцом. Наличие узла сменных колес связано с необходимостью нарезания резьб с разным шагом при ходовом винте с постоянным шагом.

Существуют станки без коробок подач. На этих станках первое сменное колесо надевается на палец трензеля (как и на станках с коробкой подач), а последнее — непосредственно на ходовой винт. карно-винторезного станка 1А62

Заводом «Красный пролетарий» выпускается станок 1К62, который имеет мощность электродвигателя 10 кет и верхний предел чисел оборотов шпинделя 2000 об/мин. Этот станок имеет ряд усовершенствований: ускоренное перемещение продольных и поперечных салазок суппорта от отдельного электродвигателя; механическую подачу задней бабки (вместе с суппортом) при сверлении, зенкеровании и других операциях, когда инструмент крепится в пиноли задней бабки; удобное управление коробкой подач и пр.

Приспособления для токарных станков. Центры служат для установки (базировки) заготовок между шпинделем станка и пинолью задней бабки. Для установки заготовок в центрах на их торцах предварительно высверливают центровые отверстия.

Цередача крутящего момента от шпинделя при обработке в центрах обычно осуществляется патронами или поводковыми устройствами. На рис. 240 приведен поводковый патрон, навинчиваемый на шпиндель, ихомутик, закрепляемый на левом конце заготовки с помощью болта. Кроме изогнутых хомутиков, существуют также прямые; для работы с ними применяются патроны с поводковым пальцем. При скоростной обработке валов применяют задние центры, наплавленные сормайтом или оснащенные пластинками твердых сплавов, а также вращающиеся центры.

Рис. 13. Центр и зацентрованная заготовка

Рис. 14. Установка заготовки в центрах

С целью сокращения времени на закрепление заготовки применяют различные самозажимные хомутики или самозажимные поводковые патроны. Действие самозажимного хомутика легко понять из рис. 15. При вращении поводкового патрона его палец упирается в рычаг хомутика, который и зажимает обрабатываемую заготовку.

Самоцентрирующие патроны применяются обычно для закрепления цилиндрических заготовок с одновременным их центрированием. Самоцентрирующий патрон закрепляется на шпинделе станка. Существует несколько конструкций центрирующих механизмов патронов: с двузначным винтом, спиральные, реечные и другие, с числом кулачков от 2 до 4. Значительная экономия времени при закреплении деталей в патронах достигается применением быстродействующих приводов.

Рис. 15. Самозажимной хомутик

Рис. 16.Самоцентрирующий патрон

Рис. 17. Четырехкулачковый патрон

Рис. 18. Крепление заготовки на планшайбе с помощью угольника

Рис. 19. Пневматический трехкулачковый самоцентрирующий патрон

У четырехкулачковых патронов каждый кулачок можно перемещать отдельно, что позволяет закреплять в них некруглые и несимметричные заготовки. Выверка заготовок в четырехкулачковых патронах в ряде случаев требует много времени.

Когда закрепление заготовок в обычных патронах невозможно, применяют специальное приспособление или планшайбу, к которой прикрепляется угольник. На нем устанавливается и закрепляется обрабатываемая заготовка. Для уравновешивания вращающихся масс к планшайбе прикрепляется противовес.

Самоцентрирующие и четырехкулачковые патроны приведенной конструкции, а также планшайба требуют ручного зажима заготовки. Это является их общим недостатком. В массовом и серийном производстве с целью сокращения вспомогательного времени применяют быстродействующие пневматические, гидравлические, электрические и другие патроны.

Рис. 20. Крепление заготовки на конусной оправке

На рис. 19 показан трехкулачковый пневматический самоцентрирующий патрон с клиновым механизмом. Действием сжатого воздуха (под давлением 4—7 ати) винт может перемещаться в ту или другую сторону в осевом направлении (показано стрелками). Одновременно в центральном отверстии корпуса будет передвигаться муфта с тремя наклонными пазами для связи со скошенными поверхностями кулачков. Вместе с кулачками передвигаются сменные кулачки , которыми закрепляется заготовка. При движении винта 2 влево кулачки будут зажимать заготовку, при движении вправо — освобождать.

Для обеспечения концентричности поверхностей обрабатываемых деталей (зубчатых колес, втулок, дисков и т. д.) чистовую обработку обычно начинают с отверстия; в дальнейшем это отверстие используется в качестве базы при установке деталей на специальные оправки. Имеется много различных конструкций оправок: жесткие, цанговые, плунжерные, самозажимные и др. На рис. 21 приведена простейшая конусная оправка, на которой заготовка (показана штрихпунктирными линиями) удерживается вследствие заклинивания в отверстии (D > d).

При обтачивании нежестких валов (длина которых в 10 раз и более превышает диаметр) установка их только на центрах, без опоры в средней части, оказывается недостаточной, так как под действием усилия резания будет происходить значительный изгиб заготовки. Это затрудняет обработку и вызывает снижение точности. Предотвращение изгиба обеспечивается введением дополнительной опоры для заготовок. В качестве такой опоры используются люнеты. Каждый токарный станок снабжается обычно двумя люнетами — подвижным и неподвижным.

Рис. 21. Неподвижный люнет с подшипниками качения

Рис. 22. Подвижный люнет-виброгаситель

Неподвижный люнет устанавливается и закрепляется на станине; он имеет три кулачка, поддерживающих заготовку при обработке.

Кулачки люнета обычно оснащаются бронзовыми подушками, заливаются баббитом или снабжаются роликами. При высоких скоростях резания наблюдается значительное нагревание бронзовых или даже баббитовых кулачков и обрабатываемой заготовки, поэтому для скоростной обработки валов рациональнее применять специальные люнеты. На рис. 12 приведен неподвижный люнет с подшипниками качения.

Подвижный люнет устанавливается на продольных салазках суппорта; его кулачки касаются обработанной поверхности и принимают на себя то давление, которое при отсутствии их вызвало бы изгиб заготовки. Рационально применять подвижные люнеты-виброгасители (рис. 22), которые не только предотвращают изгибы заготовок, но одновременно гасят вибрации, возникающие при обработке валов. Колебания от заготовки через ролики и поршни передаются гидравлической системе (находящейся под давлением 1,5—2 ати) и гасятся ею.

Механизирующие и автоматизирующие устройства для получения размеров. В целях увеличения производительности применяют различные устройства, механизирующие и автоматизирующие получение требуемых размеров деталей. К таким устройствам относятся продольные и поперечные лимбы и упоры.

На рис. 23 приведена схема работы по упору с длино-ограничителями (мерные бруски). Упор закрепляется на станине.

Рис. 23. Схема работы по упору с длинноограничителями

Получение того или иного из размеров детали достигается при соприкосновении суппорта с длиноограничителем и упором.

Автоматизирующие устройства позволяют автоматически получать заданные размеры как по длине, так и по диаметру, обеспечивают ускоренный автоматический отвод и подвод резца и т. д.

Револьверные станки. Токарно-револьверные станки применяются в условиях серийного производства для изготовления деталей как из штучной, так и из прутковой заготовки.

Сущестзенным отличием этих станков от токарно-винторезных является наличие револьверной головки вместо задней бабки. Револьверная- головка крепится на продольных салазках, она может поворачиваться около оси и фиксироваться в той или иной позиции. Число позиций у головок с вертикальной осью обычно равно шести, а у головок с горизонтальной осью — до шестнадцати. Обработка деталей на револьверном станке производится последовательно инструментами, закрепленными в различных гнездах револьверной головки.

К этим инструментам относятся: зенкеры, развертки, проходные, расточные, резьбовые резцы и пр.

На рис. 24 приведен токарно-револьверный станок с вертикальной осью револьверной головки для обработки штучных заготовок.

Рис. 24. Токарно-револьверный станок с вертикальной осью головки

Револьверная головка перемещается по станине с рабочим или холостым (ускоренным) ходом.

За один оборот револьверной головки, при последовательном использовании работы инструментов всех позиций производится весь цикл обработки заготовки — чаще всего наружное обтачивание и обработка отверстий.

Рис. 25. Схема револьверного станка с горизонтальной осью головки

Суппорт используется главным образом для переходов, выполняемых при поперечной подаче (обтачивание торцов обдирочными и подрезными резцами, протачивание канавок, отрезание и т. д.).

На рис. 25 приведен револьверный станок с горизонтальной осью револьверной головки для обработки прутковых заготовок.

Продольная подача обеспечивается при перемещении салазок по направляющим станины. Круговое движение револьверной головки используется для поперечной подачи и отрезки, поэтому надобность в поперечном суппорте отпадает. Большое число позиций допускает крепление большого количества инструментов, что позволяет обрабатывать детали сложной формы.

Механизмы главного движения и движения подачи у револьверных станков аналогичны этим механизмам токарно-винторезных станков.

По степени автоматизации и механизации вспомогательных движений револьверные станки стоят выше токарно-винторезных: поворот револьверной головки позволяет быстро перейти от обработки одним инструментом к обработке другим, выключение подачи в конце рабочего хода производится автоматически от упоров, сменяющихся при каждом повороте револьверной головки. Применение револьверных станков вместо токарно-винторезных дает значительную экономию штучного времени при обработке малых и средних серий сложной конфигурации. Для обработки крупных серий и в массовом производстве револьверные станки вытесняются автоматами и полуавтоматами.

Размер револьверных станков характеризуется наибольшим диаметром (от 200 до 630 мм) изделия — при обработке штучной заготовки, или наибольшим диаметром (от 12 до 110 мм) прутка.

Для обработки каждой серии (партии) деталей производится настройка станка: установка инструментов, упоров, скоростей и подач.

Карусельные станки. Карусельно-токарные (карусельные) станки применяются для обработки средних и крупных заготовок, диаметр которых обычно превышает их высоту. Ось вращения заготовки при обработке на карусельно-токариом станке вертикальна (а не горизонтальна, как у всех других станков токарной группы), потому эти станки и получили название карусельных.

На карусельных станках можно производить операции обтачивания и растачивания цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, обтачивания и подрезания торцов, отрезания, резьбонареза-ния, сверления, зенкерования и развертывания отверстий (последние три вида обработки не могут производиться на станках, не имеющих револьверной головки).

Заготовка закрепляется на планшайбе, установленной на круговых направляющих станины. На направляющих стойки имеется поперечина, несущая вертикальный суппорт с револьверной головкой. На тех же направляющих установлен боковой суппорт.

Карусельные станки разделяются на одностоечные и двухстоечные. Одностоечные станки изготовляются с боковым суппортом или без него. Наибольший диаметр обработки на этих станках, в зависимости от размеров станка колеблется от 800 до 1650 мм. Двухстоечные станки (рис. 253) являются более жесткими и применяются для обработки крупных заготовок; они имеют на поперечине два вертикальных суппорта, а на правой стойке — боковой суппорт. Некоторые станки снабжаются еще и четвертым суппортом, устанавливаемым на левой стойке. Эти станки изготовляются с наибольшим диаметром обработки от 1650 до 26 000 мм.

Карусельные станки получили широкое распространение на всех заводах среднего и крупного машиностроения в связи с удобством

установки и обработки на них тяжелых и крупных заготовок.

Токарные автоматы и полуавтоматы. Токарные автоматы применяются для изготовления различных деталей из прутковых, а также из штучных заготовок. Работа налаженного автомата — установка, закрепление заготовки и ее обработка — выполняется без участия рабочего. Обязанности рабочего заключаются в периодической зарядке автомата заготовками, периодическом контроле готовых деталей, осуществляемом, как правило, предельными калибрами и шаблонами. Настройку автоматов выполняют высококвалифицированные наладчики.

Токарные автоматы разделяются на одношпиндельные и многошпиндельные. На рис. 28 в качестве простейшей приведена схема одношпиндельного пруткового автомата. Управление работой автомата осуществляется распределительным валом, на котором закреплены барабаны и кулачки, приводящие в движение различные части автомата. Так, барабан управляет подачей прутка, барабан — зажимом прутка, кулачок — перемещением поперечного суппорта, барабан — перемещением продольного суппорта 6.

Рис. 26. Одностоечный карусельный станок

Рабочий цикл автомата соответствует одному обороту распределительного вала; это значит, что при каждом обороте вала автомат обрабатывает одну деталь.

Большинство одношпиндельных автоматов имеет револьверную головку, и технология обработки заготовок на них такая же, как и на револьверных станках. Принципиальное различие между револьверными станками и одношпиндельными автоматами заключаете J наличии у последних узла распределительного вала, выполняющего те функции, которые приходится выполнять рабочему у револьверного станка.

Таким образом, программа автомата определяется звеньями узла распределительного вала.

Рис. 28. Кинематическая схема одношпинделыюго пруткового автомата.

На рис. 29 приведена схема одношпиндельного токарно-револь-верного автомата 1136 для обработки прутковой заготовки круглого и многогранного (квадратного, шестигранного и др.) сечения.

Механизм служит для автоматической подачи заготовки; зажим заготовки осуществляется специальным механизмом шпиндельного узла. Работа этих механизмов, а также движения револьверной головки (имеющей горизонтальную ось вращения) смена ее позиций и движения поперечного суппорта управляются узлом распределительного вала 6. Привод рабочих органов станка обеспечивается электродвигателем и механизмами привода, расположенными в станине.

Многошпиндельные автоматы явились результатом технического прогресса; их применение обеспечивает повышение производительности. У одношпиндельных автоматов (как у револьверных станков) отдельные инструменты револьверной головки последовательно применяются для обработки заготовки, и каждая из позиций большую часть времени не используется. Этого недостатка не имеют многошпиндельные автоматы, где несколько шпинделей (четыре, пять, шесть или восемь) соединены в блок, и инструменты всех суппортов (по числу шпинделей) работают одновременно.

На рис. 30 приведена рабочая зона четырехшпиндельного автомата. Шпиндели вращаются в шпиндельном блоке, и каждый шпиндель несет закрепленный пруток. После каждого перехода шпиндельный блок поворачивается так, что все шпиндели последовательно становятся напротив суппортов 6,7,8 и 9, и пруток обрабатывается инструментами, закрепленными в этих суппортах.

Рис. 29. Одношпиндельный прутковый автомат

Помимо прутковых автоматов, существуют также автоматы для обработки штучной заготовки. В этих автоматах заготовки подаются из бункера и специальным устройством устанавливаются в шпинделе.

Токарным полуавтоматом называется станок, работающий с автоматическим рабочим циклом, для повторения которого требуется вмешательство рабочего.

Рис. 30. Шпиндельная бабка четырех-шпиндельного автомата

По полуавтоматическому циклу работают многорезцовые, револьверные, карусельные, одношпиндельные и многошпиндельные станки. Как и автоматы, эти станки имеют узел распределительного вала.




Реклама:

Читать далее:

Точение на станках

Статьи по теме:

Оснастка для магнитных сверлильных станков

Магнитные сверлильные станки в зависимости от своих технических характеристик и функциональных возможностей могут выполнять определенный ряд функций, а именно — сверление корончатыми и спиральными сверлами, зенкование, а так же нарезание резьбы. По этому сверлильные станки на магнитной подошве являться неотъемлемой частью при монтаже высотных металлоконструкций, строительстве мостов, демонтаже металлоконструкций, вагоностроении, сверление отверстий в трубах, рельсах и многом другом.

Рассмотрим оснастку для магнитных сверлильных станков более подробно.

Сверление отверстий

Магнитные станки в зависимости от модели, оснащены посадочным гнездом Weldon 19, КМ2, КМ3 или КМ4.


Несъемный держатель Weldon19 как правило применяется на небольших станках. Как пример, можно рассмотреть модель KORNOR MDK-38E, максимально допустимый диаметр на этом станке 38 мм. Такие станки на магнитном основании за счет своей небольшой массы зачастую используются при работе на высоте (строительство мостов, монтаж металлоконструкций). Если в процессе работы возникла необходимость воспользоваться спиральными сверлами, то данную модель необходимо укомплектовать переходником Weldon 19/B16 и кулачковым патроном. С данным комплектом можно производить сверление спиральными сверлами от 1. 5 до 13mm.


При использовании магнитных станков, оснащенных держателем Конус Морзе 2/3/4 , значительно расширяется спектр работ. Такие станки способны сверлить корончатыми сверлами до 200 мм. Сверление спиральными сверлами тоже упрощается, в этом случае сверло с коническим хвостовиком можно сразу вставить в посадочное гнездо без использования дополнительной оснастки.

При использовании корончатых сверл (кольцевых фрез) на станках оснащенных Конус Морзе используют держатели переходники на Weldon 19 или 32 мм. Данные переходники бывают с подачей и без подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Так же такие держатели широко применяются на стационарных станках, когда необходимо использовать корончатые сверла.


Зенкование
Зенкера (зенковки) используют для обработки кромки уже готовых отверстий. При изготовлении фасок, для заглубления соединительных элементов, а также для подготовки отверстий к операции нарезания резьбы. Зенкера Kornor изготовлены из быстрорежущей стали М2 (Р6М5), имеют 3 режущих кромки. Хвостовик Weldon 19 позволяет использовать зенкер на магнитных станках без какой либо дополнительной оснастки.


Нарезание резьбы
Станки на магнитном основании могут использоваться для нарезания резьбы. Такие станки должны быть оснащены функцией реверса, позволяющей менять направление вращения двигателя. А также должна быть опция изменения скорости, так нарезание резьбы происходит на низких оборотах. В комплект оснастки для нарезания резьбы входит:
1) Резьбонарезной патрон, который включает в себя — переходник Конус Морзе на В18 + патрон для метчиков.
2) Держатель для метчика, держатели бывают разных диаметров M12-M24


Адаптеры
В процессе работы на магнитных станках бывают ситуации, когда необходимо использовать оснастку, которая не подходит к штатному патрону. Для этого существуют адаптеры-переходники, позволяющие решить такую задачу.


Более подробно ознакомиться с полным ассортиментом оснастки вы можете в нашем каталоге и на нашем сайте www. kornor.ru

Simple Machines — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

В самом общем смысле машина — это любое устройство, которое можно использовать для выполнения задачи. В механическом смысле машина — это устройство для передачи работы из одного места в другое.

• Велосипед — это машина. Водитель работает с педалями, которые, в свою очередь, работают с передней рукояткой, которая работает с цепью, которая работает с задней звездочкой, которая работает с колесом, которая работает с осью, которая действительно работает на раме, которая работает на всадника.
• Велосипедист — это машина, то есть люди и другие животные со скелетами — это машины. Наши мышцы работают с костями, которые, в свою очередь, работают с окружающим нас миром.
• Дверная ручка — это машина. Работа выполняется по внешнему диаметру ручки, которая, в свою очередь, работает с шпинделем, который работает с цилиндром, который работает с защелкой.
• Молоток — это машина. Работа выполняется на ручке, которая, в свою очередь, воздействует на головку, которая воздействует на гвоздь.

Работа определяется как произведение силы и перемещения…

W = F _∥ ∆ с

Машины

— это устройства, с помощью которых первичная сила (называемая усилием ), прилагаемая к некоторому смещению в одном месте, вызывает вторичную силу (называемую нагрузкой ) и смещение в другом месте. Работа, выполненная на на машине в конце усилия, называется работой на , а работа, выполненная на на машине в конце нагрузки, называется работой на стороне нагрузки .

работ выполнено на станке

W дюйм = F усилие ∆ с усилие

выполненных работ по станков

Вт на выходе = F нагрузка ∆ с нагрузка

Нагрузка и усилие обычно различаются по величине и направлению, а также местоположению. В мире ideal механическая энергия никогда не теряется в других формах и работает на равных. (О, счастливый день!) В реальном мире, однако, механическая энергия всегда теряется, поэтому работа строго больше, чем работа. (Проклятия, снова сорвано!)

идеальный станок

Вт дюйм = Вт на выходе

F усилие ∆ с усилие = F нагрузка ∆ с нагрузка

реальная машина

Вт дюйм > Вт выход

F усилие ∆ с усилие > F нагрузка ∆ с нагрузка

КПД , ну нравится мне эта деталь.

За исключением греческого символа эта (η). Это слишком похоже на латинскую букву n .

механическое преимущество , хоум

коэффициент скорости , гул хо.

классических станка, простых станков. Стоит ли вообще учить эту тему?

Классический список насчитывает 6 устройств, но 3 из них являются вариациями одного и того же.

Первое употребление на английском языке 1545, для другой цели

1545 в J.Schäfer Early Mod. Англ. Lexicogr. (1989) II. (в процитированном слове) Дырочная машина этого мира разделена на 0,2. parte. То есть в небесных и стихийных областях.

Подробнее OED

1704 Дж. Харрис Лексикон Техникум Машина, или Двигатель, в «Механикс» — это то, что имеет Силу, достаточную для подъема или остановки движения тела … Простые машины обычно считаются шестью по числу, а именно. Балансировка, рычаг, шкив, колесо, клин и винт… Составные машины или двигатели бесчисленны.

простая машина n. тот, в котором нет комбинации частей, например рычаг или любая другая из так называемых механических сил.

• рычаг
  • качели
  • подъёмный мост
  • руки, ноги, пальцы рук, стопы, челюсть
  • лом
  • домкрат
  • молоток
  • меч
  • крикет / бейсбольная бита
  • гольф-клуб
• колесо и ось
  • пассивное колесо на тележке или прицепе — это машина? колесо само по себе — это машина? такие машины на шарикоподшипниках?
  • это саночные машины?
  • парус это машина?
  • брашпиль, лебедка
  • Кривошип для арбалета
  • поезд, байк, автомобиль, колеса грузовика
  • шестерни
  • дверная ручка
  • отвертка
• шкив
  • блокировка и снасть
  • цепная таль
• наклонная плоскость
  • пандусы, лестницы и эскалаторы
  • винт
    • винт архимеда
    • шуруп по дереву и металлу
    • червячная передача
    • пресс
  • клин

Почему наклонная плоскость в этом списке? На мой взгляд, ему здесь не место, потому что мы не должны использовать слово «машина». На наклонной плоскости нет различия между местоположениями нагрузки и усилия, если только машина не…

• устройство для изменения величины или направления силы.
• любое устройство, которое передает силу или направляет ее применение.
• Инструмент, предназначенный для передачи или изменения приложения мощности, силы или движения
• любое устройство, которое передает силу или направляет ее приложение
• Все, что передает силу или направляет ее применение.
  • перенос силы с одного места на другое
  • изменение направления силы
  • изменение величины силы
  • изменение расстояния или скорости силы

Усилие — неизменная сила. Нагрузка — это измененная сила.

сложных машин: определение, типы и примеры — видео и стенограмма урока

Шесть простых машин

Забавно то, что этот маленький степлер, который теперь кажется очень мощным инструментом, на самом деле представляет собой просто комбинацию двух простых машин. Удивительно, но всего шесть простых машин используются для изготовления сложных машин.

1. Рычаг

У вас есть рычаг, который представляет собой планку, опирающуюся на кончик треугольной платформы. Платформа позволяет доске двигаться вверх и вниз, когда ее толкают с одной стороны. Платформу или точку опоры можно разместить в любом месте под доской. Чтобы упростить подъем тяжелых предметов, точка опоры перемещается ближе к объекту, пока вы нажимаете на другой конец. Хороший пример такого рычага — лом.Качели — еще один пример рычага, но в этом случае точка опоры находится посередине.

2. Наклонная плоскость

Наклонная плоскость подобна пандусу, по которому грузчики перекатывают вещи с земли в свои грузовики.

3. Колесо и ось

Вы знаете, что такое колесо. Почти все, что вращается и движется, использует колесо, например, ваш велосипед. Ось — это стержень, который проходит через колеса. Это помогает колесу и шестерням вращаться.

4.

Клин

У вас также есть клин треугольной формы.Острый конец используется для разделения предметов. Топор, например, представляет собой клин с рукоятью.

5. Шкив

Шкив — это инструмент, облегчающий подъем предметов. Он использует веревку, которая вращается вокруг колеса. Вы тянете за одну сторону веревки, и шкив облегчает подъем груза, прикрепленного к другому концу веревки.

6. Винт

Наконец, у вас есть винт. Шурупы используются, чтобы скрутить все вместе. Ваш дом построен на шурупах, и если вы посмотрите на нижнюю или боковые стороны компьютера, вы увидите винты, которые удерживают крышку компьютера.

Вы не поверите, но все сложные машины создаются с использованием комбинации этих шести простых машин.

Типы сложных машин

Существует так много разных типов сложных машин. У вас есть сложные машины, которые помогут вам с офисными задачами, такие как степлер:

• Степлер — сделанный из рычага и клина

И у вас есть сложные машины, которые помогут вам с вашим автомобилем:

• Автомобильный домкрат — из клина и винта
• Эвакуатор — из рычага и шкива

У вас также есть сложные машины, которые помогают при работе на дворе:

• Колесная тележка — сделана из колеса и оси, рычага и наклонной плоскости
• Садовая мотыга — клин и рычаг

У вас также есть сложные машины, которые помогут вам перемещаться из одного места в другое:

• Велосипед — сделанный из винтов, рычагов, шкивов, колес и осей

Пример сложных машин

Теперь давайте посмотрим, как разбить сложную машину на части. Посмотрите на эту сложную машину.

Какие простые машины составляют эту сложную машину?

Вы видите шкив вверху, рычаг, образующий рычаг, а также колесные и осевые блоки, которые поворачивают кран и перемещают канаты, поднимающие предметы в воздух. И у вас есть винты, которые скрепляют различные части.

Несмотря на то, что она состоит из простых машин, эта сложная машина может выполнять довольно большие работы. Это то, что делает сложные машины такими полезными и важными в реальном мире и в повседневной жизни.Сложные машины делают больше, чем простые машины, из которых они состоят, могут делать сами.

Итоги урока

Давайте рассмотрим.

A сложная машина — это машина, состоящая из двух или более простых машин, которые облегчают вашу работу. Есть шесть простых машин, из которых сделаны все сложные машины. В их число входят:

• Рычаг
• Плоскость наклонная
• Колесо и ось
• Клин
• Шкив
• Винт

Комбинируя эти шесть простых машин, вы можете создавать всевозможные сложные машины, которые помогут вам выполнять вашу работу, например краны, велосипеды, степлеры, ножницы и тачки.

Простые машины

Эта основная идея исследована через:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Ежедневный опыт студентов

Современный мир богат примерами сложных машин, работа которых редко понимается. Студенты (и многие взрослые) обычно используют слово «машина» для описания сложных механических устройств, приводимых в действие двигателем или электродвигателем и предназначенных для выполнения полезных задач по экономии труда.

Студенты часто считают, что все машины производят гораздо больше работы, чем их операторы.Эта точка зрения согласуется с их опытом работы с большинством механических устройств с приводом, например бензопилы, электроинструменты и гидравлические экскаваторы.

Ежедневный опыт студентов редко признает такие устройства, как рычаги, наклонные плоскости, клинья и шкивы, как разновидности «простых машин». Хотя у большинства студентов будет общий опыт использования простых механизмов, таких как рычаги и шкивы, немногие будут иметь какое-либо представление о том, почему их конструкция может обеспечить преимущество или как их лучше всего использовать. Многие студенты также испытывают трудности с определением или объяснением этих переживаний другим и редко идентифицируют части человеческого тела, такие как руки или ноги, как составные из рычагов.

Исследования: Хапкевич (1992), Брайан, Лародер, Типпинс, Эмаз и Фокс (2008), Мейер (1995), Норбери (2006)

Научная точка зрения

Слово машина возникла как в греческом, так и в римском языках. Греческое слово «мачос» означает «целесообразный» или что-то, что «облегчает работу». У римлян такое же понимание слова «машина», что означает «уловка» или «устройство».

Основная цель, для которой сконструированы самые простые машины, — уменьшить усилия (силы), необходимые для выполнения простой задачи. Чтобы достичь этого, приложенная сила должна действовать на большем расстоянии или в течение периода времени, в результате чего такой же объем работы выполняется меньшей силой. Винты, рычаги и наклонные плоскости предназначены для увеличения расстояния, на котором действует уменьшенная сила, чтобы мы могли толкать или тянуть с меньшими усилиями. Эффект такой конструкции часто называют «механическим преимуществом».

Термин «простая машина» обычно используется учеными для обозначения одного из шести различных типов устройств, которые часто объединяются в более сложные машины.

Научные виды простых машин
Рычаг (лом или молоток) Состоит из жесткой балки, которая вращается вокруг фиксированной точки поворота (точки опоры), расположенной где-то вдоль балки. Движение одного конца балки приводит к движению другого конца в противоположном направлении.Расположение точки опоры может увеличить (или уменьшить) силу, приложенную к одному концу, за счет (или преимущества) расстояния, на которое проходит другой конец.
Клин (дровокол или нож) Используется для преобразования силы, приложенной в направлении движения клина, в раскалывающее действие, которое действует под прямым углом к ​​лезвию. Его часто используют для раскалывания, разрезания или подъема тяжелых предметов в зависимости от угла сторон клина.
Колесо и ось (рулевое колесо или отвертка) Объединяет колесо с центральной фиксированной осью, которая обеспечивает одновременное вращение обоих. Небольшая сила, приложенная к краю колеса, преобразуется вращением в более мощную силу на меньшей оси. Этот эффект можно обратить вспять, приложив большую силу к меньшей оси, что приведет к меньшей силе на краю большего колеса с гораздо большей скоростью вращения.
Винт (автомобильный домкрат ножничного типа или стеклоподъемник) Вращение вала с резьбой можно преобразовать в движение в любом направлении вдоль оси вращения в зависимости от направления его спиральной резьбы. Винт действует как «наклонная плоскость», намотанная на вал. Обычно они используются с шестернями или в качестве крепежного механизма.
Наклонная плоскость (пандус или лестница) Обычно используется для подъема или опускания тяжелых предметов.Большое движение объекта по пандусу преобразуется углом подъема пандуса в меньшее вертикальное движение. Поскольку трение на аппарели невелико, для вертикального подъема тяжелого предмета требуется меньшая сила, хотя для достижения этого преимущества его нужно перемещать на большее расстояние по аппарели.
Шкив (блок или шнур для штор) Использование одного фиксированного шкива и прикрепленного шнура позволяет изменять направление силы, приложенной к объекту.Хотя одиночный верхний шкив не дает никаких механических преимуществ, он может быть полезен, например, для повышения подъемной силы путем перенаправления силы вниз к земле для подъема объекта. Шкивы могут использоваться в сложных комбинациях для обеспечения больших механических преимуществ, таких как конструкция «блока и захвата».

Критические идеи обучения

• Мы обычно используем слово «машина» для обозначения сложного механического устройства, приводимого в действие двигателем, что сильно отличается от нашего научного использования термина «простая машина».
• Простые машины полезны, потому что они сокращают усилия или расширяют возможности людей выполнять задачи, выходящие за рамки их обычных возможностей.
• Простые машины, которые широко используются, включают колесо и ось, шкив, наклонную плоскость, винт, клин и рычаг.
• Хотя простые машины могут увеличивать или уменьшать силы, которые могут быть к ним приложены, они не изменяют общий объем работы, необходимой для выполнения общей задачи.

Обращаясь к этим важнейшим учебным идеям, важно помочь учащимся найти общие примеры «простых машин» в их мире.Студенты с трудом находят примеры простых машин, которые они обычно используют, потому что многие из них настолько широко используются, что их легко и часто упускают из виду.

Например, в случае обычной дверной ручки расположение ручки по отношению к дверным петлям действует как рычаг, облегчающий ее открывание, а большая круглая ручка (или удлиненный рычаг) обеспечивает механическое преимущество для помочь с вращением ручки.

Изучите отношения между идеями в Карты развития концепции — Законы движения и преобразования энергии

Преподавательская деятельность

Студенты часто бессознательно имеют много общего опыта с «простыми машинами».При преподавании этой темы постарайтесь помочь учащимся выявить повседневные примеры использования ими «простых машин» и дать им представление о преимуществах того, почему конкретная «простая машина» могла быть использована для этой задачи, и о преимуществах, которые она может дать. пользователю. Вначале старайтесь не приводить примеры повседневных предметов, в которых используется сложный дизайн, включающий комбинации более чем одного типа «простой машины», чтобы учащиеся могли ясно видеть цель дизайна. Позже студенты могут анализировать более сложные примеры с целью определения комбинации элементов, которые они используют в своем дизайне.

Открытое обсуждение через общий опыт

Принесите некоторые инструменты, которые четко разработаны с целью увеличения силы, которая может быть применена к ним (открывалка для бутылок, лом, плоскогубцы, автомобильный домкрат), и инициируйте обсуждение того, что каждый из них позволяет нам делать легче. Направьте это обсуждение, чтобы учащиеся узнали, как каждый может увеличить силу, приложенную к нему. Поощряйте студентов приводить больше примеров из своего собственного опыта (использование отвертки для снятия крышки с банки с краской — хороший пример опыта, который испытали многие студенты).Используйте это, чтобы ввести понятие о том, как рычаги и другие простые механизмы используются в более общем плане в их жизни.

Сосредоточьте внимание студентов на упускаемых из виду деталях

Изучив конструкцию и использование ряда обычных рычагов, выявите идеи, согласно которым каждый из них использует «точку опоры», вокруг которой они вращаются, и что часть рычага, которую мы перемещаем ( часто под действием небольшой силы) перемещается на гораздо большее расстояние, чем участок, который прилагает большую силу.

Другие простые машины можно вводить одну за другой, приводя несколько примеров каждой из них и ища общие черты.Рулевые колеса, ручки отверток и лебедки — все это примеры колеса и оси; топоры, дровоколы, гвозди и гвозди — все это примеры клиньев. В Интернете есть множество сайтов, на которых можно найти множество примеров различных простых машин. См. Ссылки в конце этой идеи.

Помогите студентам выработать для себя некоторые «научные» объяснения.

Попросите студентов попробовать вкрутить один и тот же винт в один и тот же кусок дерева с помощью отверток с ручками разного диаметра.Многие хозяйственные магазины продают недорогие наборы отверток с ручками разных размеров. Ювелирные отвертки скромных размеров — хороший пример того, насколько меньше преимуществ они обеспечивают из-за небольшого диаметра рукоятки. Вы можете снять пластиковую ручку с отвертки и предложить учащимся испытать трудности, связанные с попыткой повернуть винт одним стержнем. Этот опыт можно использовать, чтобы подчеркнуть взаимосвязь между диаметром «ручки» колеса и величиной силы, которую вы можете создать на «валу» оси.

Сбор данных для анализа

После того, как будет составлен список предметов с использованием различных типов «простых машин», попросите разные группы учащихся собрать примеры каждого из них в общих контекстах, таких как садовые навесы, кухни, мастерские, хобби и спорт.

Попросите учащихся изучить конструкцию каждого из них, чтобы определить тип «простой машины», на которой они основаны, и то, как они обеспечивают механическое преимущество. Парусные лодки полны оригинальных примеров шкивов; Весла гребной лодки представляют собой один из немногих примеров, когда точка опоры расположена так, что она снижает прилагаемую силу и увеличивает расстояние, на котором она действует.Обычно рычаги предназначены для увеличения приложенных к ним сил. Одна из целей — показать, насколько широко используются простые машины в нашей повседневной жизни.

Разъяснение и объединение идей для общения с другими

Поощряйте студентов исследовать примеры использования больших «простых машин» до широкого распространения паровых двигателей или двигателей внутреннего сгорания.

В средневековье общество очень зависело от того, что часто было очень большими «простыми машинами», увеличиваемыми в размерах для создания больших сил.Водяные колеса и ветряные мельницы, средневековое оружие, такое как требушеты (которые бросали большие камни или мертвых коров через стены замка), мосты, пересекающие ров, таран и башни замковых стен — вот лишь некоторые примеры, которые были основаны на конструкции «простых машин».

Различные группы студентов могли исследовать, строить масштабные модели, изучать их дизайн и сообщать о своих выводах классу на этих впечатляющих простых машинах.

Дополнительные ресурсы

Следующие ресурсы содержат разделы, которые могут быть полезны при разработке учебных программ:

• Мастерская изобретателей — этот веб-сайт Бостонского музея науки помогает студентам определять элементы более сложных повседневных машин.Используя различные материалы, учащиеся придумывают и конструируют изобретения для решения конкретных задач.
• Простые машины — на этом сайте Института Франклина представлены действия, основанные на идентификации простых машин.

Простые машины (Часть I)

Сара Уайтхед

1 ноября 1996 г.

Обзор: В этом уроке рассказывается о шести различных типах простых машин и примеры каждого.

Уровень оценки: 1-й

Общая информация для учителя: Простая машина — это машина, которая выполняет работу. легче при приложении силы. Шесть различных типов машин: клин, рычаг, винт, колесо и ось, наклонная плоскость и шкив.

У клина тонкий край или острие. Клинья используются для коления или раскалывания тяжелых предметов, таких как резка дерева или металла. Некоторые примеры клиньев — гвозди, булавки, топоры и иглы.

Рычаг состоит из стержня или планки, которые свободны с обоих концов, как доска качелей, и некоторых устойчивый объект, на который может опираться доска, например центральная стойка качелей. Фиксированная центральная точка по которой движется планка, называется точкой опоры. Рычаг помогает поднимать тяжести с меньшими усилиями.

Винт предназначен для увеличения нагрузки на резьбу винта за счет приложения небольшого усилия. Винты имеют множество практических применений. Чаще всего используются шурупы для дерева и крепежные винты.

Колесо и ось — это механическое устройство, используемое для подъема грузов. Примеры колеса и оси колеса велосипеда, автомобиля и грузовика.

Наклонная плоскость используется для перемещения тяжелых грузов с относительно небольшими усилиями. Например, когда человек толкает груз по наклонной рампе на платформу, он использует меньшую силу, чем если бы он поднимал груз на платформу. Пандус для инвалидных колясок — еще один пример наклонной плоскости.

Шкив — это колесо, через которое проходит веревка или ремень с целью передачи энергии и в процессе работы.Канат, проходящий через колесо, привязан к поднимаемому грузу, и к нему прилагается тяга. другой конец веревки. Пример шкива в школе — флагшток. Другой пример шнурок, который тянут, чтобы открывать и закрывать шторы.

Концепции:

Есть шесть базовых станков. Это: рычаги, клинья, винты, колеса и оси, шкивы и наклонные плоскости.

Простая машина — это машина, которая облегчает работу при приложении силы.

Примером клина является топор; Примером рычага являются качели; Примером винта является ввинтите стул, на котором вы сидите; Пример колеса и оси — велосипед с колесами. и цепочка; Примером шкива является флагшток; Пример наклонной плоскости — колесо пандус для стульев.

Материалы и оборудование:

1 деревянные качели / рычаг

Книга для чтения вслух о простых машинах

Много книг для демонстрации примеров

Большие карточки с надписью на каждой из шести основных машин (примеры на оборотной стороне)

Процедуры:

Введение : 1) Пригласите студентов присоединиться к вам в зале в кругу. Спросите студентов: «Можно ли кто-нибудь скажет мне, что такое простая машина? »Разрешите ученикам поделиться с классом своими определение простой машины.2) Объясните ученикам, что простая машина — это машина, которая облегчает работу при приложении силы. Покажите примеры большой техники, а также бытовые машины. Скажите детям, что шесть основных машин — это рычаг, винт, шкив, колесо и ось, наклонная плоскость и клин. Покажите карточки с примерами каждой из них. 3) Прочтите студентам книгу о простых машинах. Обсуждайте книгу, задавая вопросы. 4) Попросите учащихся назвать несколько простых машин в их доме или школе.5) Поговорим о рычаг и точка опоры. Объясните ученикам, что качели, которые вы принесли для упражнения, рычаг. Попросите добровольцев поднять руку, чтобы принять участие в мероприятии. Выберите двух человек, чтобы взять участие в деятельности. Объясните ученикам, что один человек сядет на один конец качелей и другой человек будет давить на другой конец качелей. Скажите студентам, что они будут сначала нажмите близко к точке опоры, а затем постепенно двигайтесь наружу, пока они не смогут поднять человек, сидящий на другом конце. После того, как они вырастили человека, поговорите о том, почему было легче поднимать человека, чем дальше он находился от точки опоры. Повторяйте это действие до тех пор, пока разрешения.

Завершение : Снова соберите студентов в круг и обсудите эксперимент, который они только что провели. Есть студенты объясняют, что такое простая машина, и называют шесть различных типов простых машин. Также попросите их привести примеры простых машин. Спросите студентов, почему это было проще поднимать человека на качелях по мере удаления от точки опоры.Спросите студентов рассказать вам все, что они узнали сегодня. После обсуждения похвалите их их сотрудничество.

Оценка: Я буду оценивать студентов, задавая им вопросы о простых машинах. я будет призывать не только людей с поднятой рукой, но и студентов, которые не поднимают их руки. Во время коллоквиума я смогу увидеть, какие знания они получили, так как я спросите их, почему рычаг было легче нажимать, когда он находился дальше от точки опоры. Ученики также напишет три факта о простых машинах в формате предложений.

Навыки процесса: Наблюдать, слушать, делать выводы.

Отражение первого урока

Сара Уайтхед

Простая механика

Честно говоря, я очень нервничал перед первым уроком естествознания. я хотел провести урок по летучим мышам или паукам, предметам, которые интегрированы с Хэллоуином (урок проводился в конец октября).Однако «завуч» начальной школы Джетер, миссис Приджен, предложила моему Учитель, миссис Сирси, эта простая машина была бы отличной темой для меня. я был был в ужасе от мысли преподавать концепции, которые я едва понимал, в классе первоклассников. Однако я понимал, что эта задача для меня не вариант — это требование.

В течение следующих нескольких дней я провел много часов в библиотеке, исследуя простые машины и отчаянно пытается найти детские книги по этой теме.Мы с Лиэнн Гилли много работали вместе, поскольку она вела один и тот же урок (ЛеАнн была студенткой лаборатории миссис Приджен номер). Тот факт, что наш учитель, миссис Кук, наблюдала за мной, пока я проводил этот урок, добавил к моим тревогам.

Тем не менее, настал день «простой машины». Я сказал студентам, что у меня будет посетитель пока я преподавал науку. Миссис Сирси напомнила студентам не разговаривать с миссис Кук, если она не задала им вопрос (многие любят разговаривать со взрослыми).

Я начал свой урок со студентов, сидящих на полу, а я перед классом. я показал им фотографии больших и маленьких машин. Я задавал им вопросы, чтобы узнать что они уже знали о машинах. Многие студенты могли назвать несколько машин. Однако большинство студентов были удивлены тем, что предметы в их доме и школе являются машинами. На самом деле, они сомневались во мне, пока я подробно не объяснил, что означает работа . Я сообщил студентам что есть шесть основных машин.Назвав каждого, я спросил, знает ли кто-нибудь пример. Удивительно, но некоторые из них помогли мне в обсуждении и объяснении. Я сделал карточки каждого из эти базовые машины. Я так рад, что сделал это, потому что большинство студентов пришли рано и новые читатели. Сказав название каждой базовой машины, я указал на ее карточку. Как и я поговорили о функциях каждой машины, я увидел, как некоторые дети начали ерзать, поэтому я взял фотографии каждого из них у меня были. Я узнал, что наглядные пособия очень помогают (особенно ярко цветные).

После знакомства я прочитал книгу о машинах. В книге в основном представлены изображения больших машины, о которых говорят многие студенты «Оохэд» и «Аххед». Я действительно проговорил книгу, чтобы дать студентам больше информации, чем сделал автор. После прочтения я попросили студентов назвать несколько простых машин в их домах. Меня поразило, что несколько названных бытовые приборы, такие как блендеры, открывашки для консервных банок и кофеварки. Затем мы искали любые базовые машинки в классе.Мы нашли точилку для карандашей, шурупы, дверную ручку и многое другое. объекты. Студенты пытались решить, на какой базовой машине будет каждый предмет. Они были довольно точны в своем выборе.

Студентам очень понравилось проводить эксперимент с рычагом и точкой опоры. Fulcrum был трудное слово для их запоминания. У некоторых студентов тоже были проблемы с его произношением. Конечно, каждый ученик по очереди сидел на «стульчике» рычага. Им нравилось расти в воздуха. Эта часть урока заставила меня немного нервничать, потому что я боялся, что студент резко нажмите на плоскую сторону рычага, заставляя сидящего в кресле человека взлететь в воздух.Однако я постоянно напоминала всем быть нежными. Я также стоял очень близко к человеку, который приложили силу к рычагу. Эта деятельность могла продолжаться вечно, но через некоторое время больше нечего учиться. Таким образом, мне пришлось закончить «веселье» примерно через десять минут — когда все дали очередь.

После эксперимента мы все собрались вокруг рычага и обсудили то, что только что произошло. я призвал студентов, которые не поднимали руки, чтобы убедиться, что они знают, что происходит на. Многие из этих «тихих» детей сначала не решались что-либо объяснять, но, пока я зондировал, говорили больше. их. Как обычно, у меня было около пяти студентов, которые хотели ответить на все вопросы, которые я задавал классу. Мне пришлось напомнить им, чтобы они подняли руки, хотя мы были вовлечены в неформальную встречу. обсуждение.

Хотя я намекнул на некоторые из моих слабостей, я считаю, что самой большой из них была неуверенность. я не думаю, что я был подготовлен к тому, чтобы студенты усвоили концепции. Я действительно ожидал простых машин быть выше голов моих первоклассников.Некоторым было сложно обработать информацию. один урок. Тем не менее, они запомнили некоторые из наиболее важных концепций. К моему Удивительно, но некоторые из самых медленных учеников смогли даже сказать мне, в чем заключалась функция точки опоры. я был поражен! Я должен был больше верить в способность моих учеников уловить эти идеи.

Я думаю, что моей самой сильной стороной было умение импровизировать, если я думал, что ученики не умеют Уделение внимания. Если им было скучно или они не интересовались, я мог немного изменить свой порядок планы уроков и материалы, которые я использовал.Например, я использовал фотографии и книги гораздо больше, чем Я изначально планировал. Это были инструменты, которые привлекали внимание студентов, поэтому я продолжал их использовать.

В целом я остался доволен тем, как прошел урок. Я считаю, что простые машины — это предмет что многие учителя начальных классов боятся преподавать. Страх — это недостаточное знание о предмет, сами. Я тоже боялся неизвестного, потому что мне никогда не давали адекватных уроков. про простые машины. Получив образование, я почувствовал уверенность в обучении своих учеников.В Урок был учебным опытом, который научил меня тому, что такое преподавание — обучению.

Инженерное дело: простые машины — Урок

(4 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 30 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области: Геометрия, Физические науки, Решение проблем, Рассуждение и доказательство, Наука и технологии

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Поделиться:

Резюме

Простые машины — это устройства с небольшим количеством движущихся частей или без них, которые облегчают работу. Студенты знакомятся с шестью типами простых машин — клином, колесом и осью, рычагом, наклонной плоскостью, винтом и шкивом — в контексте построения пирамиды, получая общее представление об инструментах, которые использовались с тех пор. древние времена и используются до сих пор. В двух практических занятиях учащиеся начинают собственное проектирование пирамиды, выполняя расчеты материалов, а также оценивая и выбирая строительную площадку. Шесть простых машин более подробно рассматриваются в следующих уроках этого раздела. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Почему инженеры заботятся о простых машинах? Как такие устройства помогают инженерам улучшать общество? Простые машины важны и распространены в нашем мире сегодня в виде повседневных устройств (ломы, тачки, съезды на шоссе и т. Д.), Которые люди, особенно инженеры, используют ежедневно.Те же физические принципы и механические преимущества простых машин, которые использовались древними инженерами для строительства пирамид, используются сегодняшними инженерами для строительства современных сооружений, таких как дома, мосты и небоскребы. Простые машины предоставляют инженерам дополнительные инструменты для решения повседневных задач.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

• Разберитесь, что такое простая машина и как она может помочь инженеру что-то построить.
• Определите шесть типов простых машин.
• Узнайте, как те же физические принципы, которые сегодня используются инженерами при строительстве небоскребов, использовались инженерами в древние времена для строительства пирамид.
• Сгенерируйте и сравните несколько возможных решений для создания простой рычажной машины в зависимости от того, насколько хорошо каждое из них соответствует ограничениям задачи.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
3-ПС2-2. Выполняйте наблюдения и / или измерения движения объекта, чтобы предоставить доказательства того, что шаблон можно использовать для прогнозирования будущего движения. (Класс 3) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Проведите наблюдения и / или измерения, чтобы получить данные, которые послужат основой для доказательства для объяснения явления или проверки проектного решения. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Научные открытия основаны на распознавании закономерностей. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Можно наблюдать и измерять закономерности движения объекта в различных ситуациях; когда это прошлое движение демонстрирует регулярный образец, будущее движение может быть предсказано по нему. (Граница: технические термины, такие как величина, скорость, импульс и векторная величина, не вводятся на этом уровне, но разрабатывается концепция, согласно которой для описания некоторых величин требуется как размер, так и направление.) Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Шаблоны изменений можно использовать для прогнозирования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Рабочие листы и приложения

Посетите [www. teachengineering.org/lessons/view/cub_simple_lesson01], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Урок средней школы Рычаги подъема

Студенты знакомятся с тремя из шести простых механизмов, используемых многими инженерами: рычагом, шкивом и колесно-осевым механизмом. Как правило, инженеры используют рычаг для увеличения силы, приложенной к объекту, шкив для подъема тяжелых грузов по вертикальному пути и колесо с осью для увеличения крутящего момента…

Урок начальной школы Сдвиньте вправо, используя наклонную плоскость

Учащиеся изучают построение пирамиды, узнавая о простой машине, называемой наклонной плоскостью. Они также узнают о другой простой машине, шурупе, и о том, как она используется в качестве подъемного или крепежного устройства.

Урок начальной школы Здание пирамиды: как использовать клин

Студенты узнают, как простые машины, в том числе клинья, использовались при строительстве как древних пирамид, так и современных небоскребов.На практических занятиях учащиеся тестируют различные клинья на различных материалах (воске, мыле, глине, пене).

Деятельность средней школы Всплеск, Поп, Физз: Машины Руба Голдберга

Освежено пониманием шести простых машин; Винт, клин, шкив, наклонная плоскость, колесо, ось и рычаг, группы студентов получают материалы и отведенное время, чтобы выступать в качестве инженеров-механиков при проектировании и создании машин, способных выполнять указанные задачи.

Введение / Мотивация

Как египтяне построили Великие пирамиды тысячи лет назад (~ 2500 лет до нашей эры)? Могли бы вы построить пирамиду из каменных блоков весом 9000 кг (~ 10 тонн или 20 000 фунтов) голыми руками? Это все равно, что пытаться голыми руками сдвинуть большого слона! Сколько людей потребуется, чтобы переместить такой большой блок? Сегодня все еще сложно построить пирамиду даже с использованием современных инструментов, таких как отбойные молотки, краны, грузовики и бульдозеры.Но как египетские рабочие могли вырезать, формировать, транспортировать и складывать огромные камни без этих современных инструментов? Что ж, одним из ключей к выполнению этой удивительной и сложной задачи было использование простых машин.

Простые машины — это устройства без движущихся частей или с очень небольшим количеством движущихся частей, которые облегчают работу. Многие из сегодняшних сложных инструментов на самом деле представляют собой более сложные формы шести простых машин. Используя простые машины, обычные люди могут раскалывать огромные камни, поднимать большие камни и перемещать блоки на большие расстояния.

Однако для постройки пирамид требовалось больше, чем просто машины. Также потребовалось грандиозное планирование и отличный дизайн . Планирование, проектирование, работа в команде и использование инструментов для создания чего-либо или выполнения работы — вот что такое Engineering . Инженеры используют свои знания, креативность и навыки решения проблем, чтобы совершать удивительные подвиги для решения реальных задач. Люди призывают инженеров использовать свое понимание того, как все устроено, для выполнения кажущейся невозможной работы и облегчения повседневной деятельности.Удивительно, сколько раз инженеров и обращаются к простым машинам для решения этих задач.

Как только мы поймем простые машины, вы узнаете их во многих обычных делах и повседневных предметах. (Раздайте справочный лист «Простые машины».) Это шесть простых машин: клин , колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт и шкив , . Теперь, когда вы видите картинки, узнаёте ли вы некоторые из этих простых машин? Можете ли вы увидеть какие-нибудь из этих простых машин в классе? Как они работают? Что ж, важным термином в лексике при изучении простых машин является феномен механического преимущества .Механическое преимущество простых машин означает, что мы можем использовать меньшее усилие для перемещения объекта, но мы должны перемещать его на большее расстояние. Хороший пример — толкание тяжелого предмета по пандусу. Может быть проще подтолкнуть объект вверх по пандусу, чем просто поднять его на нужную высоту, но это займет большее расстояние. Пандус — это пример простой машины, называемой наклонной плоскостью . Мы собираемся узнать намного больше о каждой из этих шести простых машин, которые представляют собой простое решение, помогающее инженерам и всем людям выполнять тяжелую работу.

Иногда бывает трудно распознать простые машины в нашей жизни, потому что они выглядят иначе, чем образцы, которые мы видим в школе. Чтобы упростить изучение простых машин, представим, что мы живем в Древнем Египте и что лидер страны нанял нас в качестве инженеров, чтобы построить пирамиду. Студенты могут выступать в роли инженеров в веселых и практических занятиях: Stack It Up! и Выбор места пирамиды для проектирования и планирования строительства новой пирамиды. Сегодняшняя доступность электричества и технологически продвинутых машин затрудняет понимание того, что делает эта простая машина.Но в контексте Древнего Египта простые машины, которые мы будем изучать, являются гораздо более простыми инструментами того времени. Разобравшись в понимании простых машин, мы перенесем наш контекст на строительство небоскреба в наши дни, чтобы мы могли сравнить и сопоставить, как простые машины использовались на протяжении веков и используются до сих пор.

Предпосылки и концепции урока для учителей

Используйте прилагаемую презентацию PowerPoint «Введение в простые машины» и справочный лист «Простые машины» в качестве полезных инструментов в классе. (Покажите презентацию PowerPoint или распечатайте слайды для использования с проектором. Презентация анимирована для продвижения стиля, основанного на запросах; каждый щелчок раскрывает новую точку зрения о каждой машине; попросите учащихся предложить характеристики и примеры, прежде чем вы их покажете .)

Простые машины везде; мы используем их каждый день для выполнения простых задач. Простые машины также использовались с первых дней существования человечества. Хотя простые машины могут принимать разные формы, они бывают шести основных типов:

• Клин : Устройство, разделяющее предметы.
• Колесо и ось : Используется для уменьшения трения.
• Рычаг : перемещается вокруг точки поворота для увеличения или уменьшения механического преимущества.
• Наклонная плоскость : поднимает объекты, перемещаясь вверх по склону.
• Винт : устройство, которое может поднимать или удерживать предметы.
• Шкив : изменяет направление силы.

Простые машины

Мы используем простые машины, потому что они облегчают работу.Научное определение работы — это величина силы , приложенная к объекту, умноженная на расстояние, на которое объект перемещается. Таким образом, работа состоит из силы и расстояния. Для завершения каждого задания требуется определенный объем работы, и это число не меняется. Таким образом, умножение силы на расстояние всегда равняется одному и тому же объему работы. Это означает, что если вы переместите что-то на меньшее расстояние, вам нужно будет приложить большую силу. С другой стороны, если вы хотите приложить меньшее усилие, вам нужно переместить его на большее расстояние.Это компромисс между силой и расстоянием, или механическое преимущество , общее для всех простых машин. Благодаря механическому преимуществу, чем дольше длится работа, тем меньше усилий вам нужно использовать на протяжении всей работы. Большую часть времени мы чувствуем, что задача трудная, потому что она требует от нас больших усилий. Следовательно, компромисс между расстоянием и силой может значительно облегчить выполнение нашей задачи.

клин

Клин — это простая машина, которая раздвигает предметы или вещества путем приложения силы к большой площади поверхности на клине, при этом сила увеличивается до меньшей площади на клине для выполнения фактической работы.Гвоздь — это обычный клин с широкой зоной шляпки гвоздя, на которую прикладывается сила, и небольшой точечной зоной, где прикладывается сосредоточенная сила. Сила увеличивается в острие, позволяя гвоздю пробить дерево. По мере того, как гвоздь погружается в древесину, форма клина на острие гвоздя смещается вперед и раздвигает древесину.

Рис. 1. Топор является примером клина. Copyright

Copyright © Martin Cathrae, Flickr https://www.flickr.com/photos/suckamc/3743184350

К повседневным образцам клиньев относятся топор (см. Рисунок 1), гвоздь, упор для двери, долото, пила, отбойный молоток, застежка-молния, бульдозер, снегоочиститель, конный плуг, застежка-молния, крыло самолета, нож, вилка и нос лодки или корабля.

Колесо и ось

Колесо и ось — это простая машина, которая снижает трение, возникающее при перемещении объекта, что упрощает его транспортировку. Когда объект толкают, необходимо преодолеть силу трения, чтобы он начал двигаться. Когда объект движется, сила трения противодействует силе, действующей на объект. Колесо и ось упрощают это, уменьшая трение, связанное с перемещением объекта. Колесо вращается вокруг оси (по сути стержня, который проходит через колесо, позволяя колесу вращаться), катясь по поверхности и сводя к минимуму трение.Представьте, что вы пытаетесь столкнуть каменный блок весом 9000 кг (~ 10 тонн). Не проще ли катить его, используя бревна, подложенные под камень?

Повседневные примеры колеса и оси включают автомобиль, велосипед, офисное кресло, тележку-колесо, тележку для покупок, ручную тележку и роликовые коньки.

Рычаг

Рычажная простая машина состоит из груза, точки опоры и усилия (или силы). Груз — это объект, который перемещается или поднимается. Точка опоры — это точка поворота, а усилие — это сила, необходимая для подъема или перемещения груза.При приложении силы к одному концу рычага (приложенная сила) создается сила на другом конце рычага. Приложенная сила либо увеличивается, либо уменьшается, в зависимости от расстояния от точки опоры (точки или опоры, на которой поворачивается рычаг) до нагрузки и от точки опоры до усилия.

Рисунок 2: Лом является примером рычага. Авторское право

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA. Все права защищены. С примечаниями программы ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2005 г.

Повседневные примеры рычагов включают качели или качели, стрелу крана, лом, молоток (с помощью когтя), удочку и открывалку для бутылок. Подумайте, как вы используете лом (см. Рисунок 2). При нажатии на длинный конец лома сила создается на конце нагрузки на меньшем расстоянии, еще раз демонстрируя компромисс между силой и расстоянием.

Плоскость наклонная

Наклонные плоскости облегчают подъем чего-либо. Представьте себе пандус.Инженеры используют пандусы, чтобы легко перемещать объекты на большую высоту. Есть два способа поднять объект: подняв его прямо вверх или подтолкнув вверх по диагонали. Поднимая объект прямо вверх, он перемещается на кратчайшее расстояние, но вы должны приложить большую силу. С другой стороны, для использования наклонной плоскости требуется меньшая сила, но вы должны прикладывать ее на большее расстояние.

Повседневные примеры наклонных плоскостей включают пандусы для доступа к шоссе, пандусы для тротуаров, лестницы, наклонные конвейерные ленты и обратные дороги или тропы.

Винт

Рисунок 3: Автомобильный домкрат — это пример простой винтовой машины, которая позволяет одному человеку поднять борт автомобиля. Copyright

Copyright © https://en.wikipedia.org/wiki/Jack_(device) # / media / Файл: Jackscrew.jpg

Винт представляет собой наклонную плоскость, обернутую вокруг вала. Винты выполняют две основные функции: они удерживают предметы вместе или поднимают предметы. Винт хорош для скрепления предметов из-за резьбы вокруг вала.Нити захватывают окружающий материал, как зубы, обеспечивая надежную фиксацию; единственный способ вывернуть винт — раскрутить его. Автомобильный домкрат — это пример винта, который используется для подъема чего-либо (см. Рисунок 3).

Примеры повседневных винтов: винт, болт, зажим, крышка банки, автомобильный домкрат, вращающийся стул и винтовая лестница.

Шкив

Рис. 4. Шкив на корабле помогает людям тянуть тяжелую рыболовную сеть. Авторское право

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA.Все права защищены.

Шкив — это простой механизм, используемый для изменения направления силы. Подумайте о поднятии флага или тяжелом камне. Чтобы поднять камень на свое место на пирамиде, нужно приложить силу, которая поднимет его. Используя шкив, сделанный из рифленого колеса и веревки, можно потянуть вниз на веревке, используя силу тяжести, чтобы поднять камень вверх на . Еще более ценно то, что систему из нескольких шкивов можно использовать вместе, чтобы уменьшить усилие, необходимое для подъема объекта.

Примеры повседневного использования шкивов: флагштоки, подъемники, паруса, рыболовные сети (см. Рис. 4), веревки для белья, краны, оконные шторы и жалюзи, а также снаряжение для скалолазания.

Составные машины

Составная машина — это устройство, объединяющее две или более простых машины. Например, тачка сочетает в себе использование колеса и оси с рычагом. Используя шесть основных простых машин, можно изготавливать всевозможные составные машины. У вас дома и в классе есть много простых и сложных машин.Некоторые примеры составных машин, которые вы можете найти: консервный нож (клиновой и рычажный), тренажеры / краны / эвакуаторы (рычаги и шкивы), лопата (рычаг и клин), автомобильный домкрат (рычаг и винт), колесная тачка ( колесо, ось и рычаг) и велосипед (колесо, ось и шкив).

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Сегодня мы обсудили шесть простых машин. Кто может назвать их для меня? (Ответ: клин, колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт и шкив.) Как простые машины облегчают работу? (Ответ: Механическое преимущество позволяет нам использовать меньшую силу для перемещения объекта, но мы должны перемещать его на большее расстояние.) Почему инженеры используют простые машины? (Возможные ответы: инженеры творчески используют свои знания в области естественных наук и математики, чтобы сделать нашу жизнь лучше, часто используя простые машины. Они изобретают инструменты, облегчающие работу. Они выполняют огромные задачи, которые невозможно было бы выполнить без механического преимущества простых машин.Они проектируют структуры и инструменты для лучшего и более эффективного использования наших ресурсов окружающей среды.) Сегодня вечером, дома, подумайте о повседневных примерах шести простых машин. Посмотрите, сколько вы можете найти вокруг своего дома!

Заполните таблицу оценки KWL (см. Раздел «Оценка»). Оцените понимание учащимися урока, назначив Рабочую таблицу «Простые машины» в качестве полезной викторины. В качестве расширения используйте прикрепленный файл Simple Machines Scavenger Hunt! Рабочий лист для проведения простой охоты за мусором на машинах, в которой учащиеся находят примеры простых машин, используемых в классе и дома.

На других уроках этого модуля студенты изучают каждую простую машину более подробно и видят, как каждую из них можно использовать в качестве инструмента для построения пирамиды или современного здания.

Словарь / Определения

дизайн: (глагол) Планировать в систематической, часто графической форме. Создавать для определенной цели или эффекта. Спроектируйте здание. (существительное) Хорошо продуманный план.

Инженерия: применение научных и математических принципов в практических целях, таких как проектирование, производство и эксплуатация эффективных и экономичных конструкций, машин, процессов и систем.

сила: толкать или тянуть объект.

наклонная плоскость: простая машина, поднимающая объект на большую высоту. Обычно это прямая наклонная поверхность и отсутствие движущихся частей, таких как пандус, наклонная дорога или лестницы.

рычаг: простая машина, которая увеличивает или уменьшает усилие для подъема чего-либо. Обычно штанга поворачивается на фиксированной точке (оси), к которой прилагается сила для выполнения работы.

механическое преимущество: преимущество, полученное за счет использования простых машин, позволяющих выполнять работу с меньшими усилиями.Облегчение задачи (что означает меньшее усилие), но может потребоваться больше времени или места для работы (большее расстояние, веревка и т. Д.). Например, приложение меньшей силы на большем расстоянии для достижения того же эффекта, что и приложение большой силы на небольшом расстоянии. Отношение выходной силы, прилагаемой к машине, к приложенной к ней входной силе.

шкив: простой механизм, который изменяет направление силы, часто для подъема груза. Обычно состоит из рифленого колеса, в котором движется натянутый трос или цепь.

пирамида: массивная структура древнего Египта и Мезоамерики, использовавшаяся для склепа или гробницы. Типичная форма — квадратное или прямоугольное основание на земле со сторонами (гранями) в форме четырех треугольников, которые встречаются в точке наверху. Мезоамериканские храмы имеют ступенчатые стороны и плоскую вершину, увенчанную камерами.

Винт: простая машина, которая поднимает или скрепляет материалы. Часто цилиндрический стержень, нарезанный спиральной резьбой.

простая машина: машина с небольшим количеством движущихся частей или без них, которая используется для облегчения работы (дает механическое преимущество). Например, клин, колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт или шкив.

спираль: кривая, которая огибает фиксированную центральную точку (или ось) на постоянно увеличивающемся или уменьшающемся расстоянии от этой точки.

инструмент: устройство, используемое для работы.

клин: простая машина, разделяющая материалы. Используется для раскалывания, затяжки, фиксации или подъема. Он толстый на одном конце и сужается к тонкому краю на другом.

колесо и ось: простая машина, уменьшающая трение при движении за счет качения. Колесо — это диск, предназначенный для вращения вокруг оси, проходящей через центр колеса. Ось — это опорный цилиндр, на котором вращается колесо или колесная пара.

работа: сила, действующая на объект, умноженная на расстояние, на которое он перемещается. W = F x d (сила, умноженная на расстояние).

Оценка

Оценка перед уроком

Таблица «Знай / Хочу знать / Учиться» (KWL): Создайте классную диаграмму KWL, чтобы помочь организовать изучение новой темы. На большом листе бумаги или на классной доске нарисуйте таблицу с заголовком «Строительство с помощью простых машин». Нарисуйте три столбца с названиями K, W и L, представляющие, что студенты знают о простых машинах, что они хотят, чтобы знал о простых машинах и что они узнали о простых машинах. Заполняйте разделы K и W во время введения к уроку по мере появления фактов и вопросов. Заполните L-часть в конце урока.

Оценка после введения

Справочный лист: Раздайте прилагаемый справочный лист Simple Machines. Просмотрите информацию и ответьте на любые вопросы. Предложите студентам держать листы под рукой в ​​своих партах, папках или журналах.

Наблюдения: Покажите ученикам пример каждой простой машины и попросите их сделать наблюдения и обсудить любые закономерности, которые можно использовать для прогнозирования будущего движения.

Итоги урока Оценка

Заключительное обсуждение: Проведите неформальное обсуждение в классе, спросив учащихся, что они узнали из заданий. Спросите у студентов:

• Кто может назвать разные типы простых машин? (Ответ: клин, колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, винт и шкив.)
• Как простые машины облегчают работу? (Ответ: Механическое преимущество позволяет нам использовать меньшую силу для перемещения объекта, но мы должны перемещать его на большее расстояние. )
• Почему инженеры используют простые машины? (Возможные ответы: инженеры творчески используют свои знания в области естественных наук и математики, чтобы сделать нашу жизнь лучше, часто используя простые машины. Они изобретают инструменты, облегчающие работу. Они выполняют огромные задачи, которые невозможно было бы выполнить без механического преимущества простых машин. Они проектировать конструкции и инструменты для лучшего и более эффективного использования наших экологических ресурсов.)

Напомните студентам, что инженеры учитывают множество факторов при планировании, проектировании и создании чего-либо.Спросите у студентов:

• Какие соображения должен учитывать инженер при проектировании новой конструкции? (Возможные ответы: размер и форма (конструкция) конструкции, доступные строительные материалы, расчет необходимых материалов, сравнение материалов и стоимости, изготовление чертежей и т. Д.)
• Какие соображения должен учитывать инженер при выборе площадки для строительства новой конструкции? (Возможные ответы: физические характеристики участка [топография, грунтовый фундамент], расстояние до строительных ресурсов [дерево, камень, вода, бетон], пригодность конструкции для использования по назначению [найдите школу или продуктовый магазин поблизости от места проживания людей]. )

Таблица KWL (Заключение): Как класс, завершите столбец L таблицы KWL, как описано в разделе «Оценка перед уроком». Составьте список всего, что они узнали о простых машинах. Были ли даны ответы на все вопросы W? Что нового они узнали?

Домашнее задание

Контрольный тест на вынос: Оцените понимание учащимися урока, назначив Рабочий лист «Простые машины» в качестве контрольного опроса на дом.

Дополнительные задания к уроку

Воспользуйтесь прилагаемым приложением «Охота на мусора на простых машинах»! Рабочий лист для веселой охоты за мусором.Попросите учащихся найти примеры всех простых машин, используемых в классе и дома.

Приведите повседневные примеры простых машин и продемонстрируйте, как они работают.

Проиллюстрируйте мощь простых машин, попросив учащихся выполнить задание, не используя простую машину, а затем с ее помощью. Например, создайте демонстрацию рычага, забив гвоздь в кусок дерева. Попросите учащихся попытаться вытащить гвоздь, сначала используя только руки

Приведите множество повседневных примеров простых машин.Раздайте по одному каждому ученику и попросите их подумать, что это за простая машина. Затем попросите учащихся распределить предметы по категориям с помощью простых машин и объяснить, почему они решили разместить свой предмет именно там. Спросите студентов, какой была бы жизнь без этого предмета. Подчеркните: простые машины облегчают нашу жизнь.

Интерактивная игра на простых машинах представлена ​​на веб-сайте Edheads: http://edheads.org.

Инженерное конструкторское развлечение с рычагами: дайте каждой паре учеников мешалку для краски, 3 небольших пластиковых стаканчика, кусок клейкой ленты и деревянный брусок или катушку (или что-нибудь подобное).Попросите учеников сконструировать простой рычаг машины, который будет бросать мяч для пинг-понга (или любой другой маленький мяч) как можно выше. На этапе редизайна разрешите учащимся запрашивать материалы для добавления к их дизайну. Проведите небольшое соревнование, чтобы увидеть, какая группа смогла отправить мяч для пинг-понга в высокий полет. Обсудите с классом, почему именно этот дизайн оказался успешным по сравнению с другими вариантами, замеченными во время конкурса.

Дополнительная поддержка мультимедиа

См. Http: // edheads.org для хорошего веб-сайта, посвященного простым машинам, с учебными материалами, включая обучающие игры и задания.

использованная литература

Dictionary.com. ООО «Издательская группа« Лексико ». По состоянию на 11 января 2006 г. (Источник некоторых словарных определений с некоторой адаптацией) http://www.dictionary.com

Простые машины. inQuiry Almanack, Интернет-институт Франклина, электронное обучение Unisys и Drexel.По состоянию на 11 января 2006 г. http://sln.fi.edu/qa97/spotlight3/spotlight3.html

авторское право

© 2005 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Грег Рэмси; Глен Сиракавит; Лоуренс Э. Карлсон; Жаклин Салливан; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон, при участии учащихся, участвовавших в весеннем курсе подготовки инженерного корпуса K-12.

Программа поддержки

Интегрированная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этих программ электронных библиотек было разработано в рамках Комплексной программы преподавания и обучения в рамках гранта GK-12 Национального научного фонда.0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 14 декабря 2021 г.

Шесть простых машин в доме :: Примеры :: Построение Moxie

*******

Станки

Не то что в Terminator или Matrix . Но те, которые некоторые из нас могли бы представить на нашей первой научной ярмарке. То есть, если бы вы, как и я, проходили начальную школу в какой-то момент в 70-х — Простые машины.

Проще говоря, машина — это все, что облегчает работу. А «простая машина» определяется как любое устройство, требующее приложения только одной силы для выполнения работы. Хотя Wikipedia напоминает нам, что на самом деле есть некоторые разногласия по этому поводу, традиционно считается, что всего существует шесть простых машин.

Шесть простых машин : наклонная плоскость, колесо и ось, рычаг, шкив, клин и винт. И есть вероятность, что по крайней мере один пример каждого из них существует где-то в вашем доме или вокруг него.

Простые машины в доме

Вот несколько популярных примеров простых машин в доме :

• Наклонная плоскость — Пандус, например пандус для инвалидных колясок. Парные наклонные плоскости составляют скатную крышу.
• Колесо и мост — На газонокосилках и тачках. Также встречается в дверных проемах шкафов и на бытовой технике. Другой распространенный пример — дверные ручки и даже замки внутри этих замков.
• Рычаг — Открывалка для бутылок. Инструменты — и лом, и ножницы, и плоскогубцы. Double Levers — дверь, сиденье для унитаза, веник.
• Шкив — Старые деревянные окна, некоторые гаражные ворота, подъемные системы для мастерских или гаражей.
• Клин — Прокладка — используется во всем доме при строительстве.Например, при установке дверей, окон, шкафов и т. Д. Иногда используется для выравнивания мебели или стульев.
• Винт — Как и клин наверху, ну, без шурупов дом не построить. Некоторые виды сантехнической арматуры. Кроме того, популярным примером является крышка от банки.

А теперь давайте рассмотрим простые машины, которые можно встретить в наших домах.

* Наклонная плоскость

Самым распространенным примером наклонной плоскости является простая аппарель .Но есть вероятность, что если ваш дом не оборудован для гостей на инвалидных колясках, вы не найдете в нем пандуса.

Парень моей матери недавно завершил лестницу на палубе пандусом, сделанным из фанеры и покрытым внешним ковром. Хотя это и не самое эстетичное, это, безусловно, облегчает жизнь стареющим собакам моей мамы. Она, собака, просто скользит вниз и снова ругается, когда заканчивает свои дела.

Если вы когда-либо передвигались самостоятельно, вы, вероятно, не смогли бы этого сделать без пандуса.Большинство движущихся грузовиков имеют большую металлическую рампу , которая выезжает из кузова грузовика и убирается под ним. Кроме того, если вы когда-нибудь были на стройке, в незавершенном строительстве, вы могли заметить временную лестницу. OSHA, вероятно, не любит это, но вы найдете 2 × 12, расположенные под углом от земли к входу. Он предоставляет бегун для быстрого входа.

Что касается вашего дома, то обычно можно увидеть два самолета, поставленные вплотную друг к другу. Крыша , хотя, возможно, и не самый верный пример, определенно имеет наклон.И если вы не живете в современном доме, у вас наверняка скатится крыша. Уклон позволяет кровле без особых усилий сбрасывать дождевую воду. В гораздо меньшем масштабе представьте себе нож как два наклонных участка, поставленных спиной друг к другу. Вы используете их при резке хлеба или изоляции.

У вас, вероятно, в вашем доме висит один или несколько потолочных вентиляторов . Наклоненные под углом лезвия этих штуковин прекрасно справляются с рассечением и перемещением воздуха. Также подумайте о некоторых поверхностях снаружи вашего дома.Когда все сделано правильно, ваши внешние подъезды и подоконники (дверь и окно) должны иметь небольшой наклон наружу. Этот наклон (или уклон) позволяет силе тяжести воздействовать на любую воду, которая должна достигнуть этих поверхностей.

* Колесо и ось

Думаю, было бы глупо, если бы я занялся диссертацией на колесе. Я имею в виду, что, на мой взгляд, колесо должно быть одним из самых значительных изобретений во всей истории человечества. Без него был бы возможен наземный транспорт? Хорошо, вы меня с вертолетом (кстати, использует наклонные самолеты.) Но не в этом суть этой статьи.

Включая очевидную газонокосилку и тачку , вы найдете колеса по всему дому. Они появляются на направляющих ящика шкафа, на дне холодильника, на пылесосе и в сборках для раздвижных / карманных дверей . В любом случае колесо делает возможным движение.

Это можно упустить из виду, но дверная ручка — это просто колесо, вращающееся на оси. Даже если у вас есть рычаги на ваших внешних дверях или модные дверные ручки с рычажными ручками, внутренний механизм обычно состоит из какой-то оси, которая вращается, убирая защелку и позволяя открыть дверь.

* Рычаг

В основном, рычаг с партнером в качестве точки опоры помогает перемещению. Есть рычаги трех типов , каждый из которых представлен в вашем доме.

Самым узнаваемым рычагом должна быть качельная пила . Я не уверен, у скольких людей во дворе есть качели; они требуют места и могут быть опасны для детей младшего возраста. Поэтому мы поищем примеры рычага в другом месте.

Во-первых, есть рычаги, о которых вы можете догадаться: открывалка для бутылок, лом и ножницы или плоскогубцы .Последние два — это «двойные рычаги», и все они инструменты. Тогда есть те, о которых вы, возможно, не догадались: как насчет двери , сиденья унитаза , метлы и даже руки или челюсти. Этот уровень далеко не так увлекателен, как колесо, но без него сложно представить.

* Шкив

Шкив, вероятно, самая сложная из всех наших простых машин, и, по совпадению, труднее всего привести примеры. Автомобильные парни скажут вам, что шкивы используются в автомобильных двигателях в нескольких местах.Но мы, домашние парни, должны признать, гораздо менее популярны в доме.

Если у вас нет старых деревянных окон , велика вероятность, что в вашем доме в настоящее время нет шкивов. Шкивы работают с тросом или цепью в выдвижных лестницах и полезны при транспортировке материала на несколько уровней строительных лесов.

Вот и все; это все, что у меня есть. Я скажу, однако, что в настоящее время я консультирую по проекту в Феллс-Пойнт, Балтимор. Мы искали способы облегчить подъем более тяжелых вещей на третий этаж через узкий чердак.Я предложил в духе тех, кто строил эти дома, систему веревок и блоков.

* Клин

Из этой группы у клина больше всего поводов для благодарности. Определенный как подвижный наклонный самолет, действительно ли он заслуживает отдельной категории? Если оставить в стороне все сомнения, к нему относятся с таким же уважением, как и ко всем остальным.

— Прокладка

Клин разделяет или поддерживает два объекта. И, остановившись на этом, этот раздел посвящен исключительно хорошему другу и популярному специалисту плотника, регулировочной шайбе — образцу клина.Особенно, если вы живете в новом доме, и поскольку парные прокладки стали стандартной строительной практикой с установками дверей и окон , скорее всего, они есть в вашем доме.

Прокладки

имеют так много практического применения, что трудно представить себе конец примеров, которые я мог бы привести. Наиболее распространенной прокладкой, вероятно, является шейк из белого кедра. Трудолюбивые типы и опытные плотники делают свои изделия самостоятельно. И для вас может быть несколько случаев, когда будет хорошей идеей сделать один из обрезков пиломатериалов, подвергнутых обработке давлением.(Примечание для себя: хорошая идея для практических занятий).

Металлические «подкладные» стальные балки или ретро-колонны. (Обратите внимание, что у него даже есть собственный глагол. ) Пластиковые прокладки в их уменьшительной форме, выравнивающие унитаза или мебель .

Прокладку можно сделать из чего-то столь же простого, как обрывок картона или старую игральную карту. Плотники используют их для незаметного изменения угла наклона торцовочной пилы. Я считаю эти машины незаменимыми. При попытке немного изменить дверь, окно или скошенный угол нет ничего лучше, чем кусок картона.Это переработка, и она обычно бесплатна.

* Винт

Винт — это механическое устройство. . . Просто шучу. Я даже не буду здесь вдаваться в подробности. Честно говоря, я чувствую, что он желает почтения. Вот почему мы выпустили руководство — Домашний справочник по общим винтам.

*******

Шесть простых машин

Возможно, вы сидите и почесываете голову, недоумевая, зачем вы читаете эту болтовню. Зачем вообще писать о простых машинах? Ничто из этой информации не совсем практично.Его нельзя использовать для исследовательского отчета третьего класса.

Ну, я полагаю, я придерживаюсь мнения, что понимание частей, элементарной механики системы помогает демистифицировать систему. И хотя целью всегда является целостная система, в целом лучше, если вы знаете, что эта система, наш дом, равна лишь горстке, часто простых, простых, как 2-й класс, частей, которые собираются вместе, чтобы собрать ее. .

Может быть, для вас простые машины открывают некоторую скрытую память, которая вас вдохновляет.Или, может быть, это поможет вам работать разумнее, по крайней мере, более осознанно, над вашим следующим домашним проектом.

Для получения дополнительной относительно полезной информации (но некоторые из наших Лучших ), пожалуйста, посетите нашу категорию верхнего уровня и т. Д. Спасибо за чтение. ~ jb

Простые машины и инструменты — Разъясните, что надо

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 сентября 2020 г.

Он создан, чтобы прослужить вам всю жизнь — вполне в прямом смысле. Но хотя человеческое тело — самый удивительный инструмент в вашем распоряжении, ему часто требуется рука помощи.Инструменты из металла, дерево и пластик работают как расширения вашего тела, заставляя вас чувствовать себя сильнее и помогая вам работать быстрее и эффективнее. В науке такие инструменты называются простых машин . И хотя вы можете подумать, что есть большая разница между крошечным гаечным ключом и огромным великим землеройным аппаратом, именно в обоих работает одна и та же физика. Давайте подробнее рассмотрим инструменты и машины и как они работают!

Фотография: В этом гидравлическом экскаваторе используется набор простых машин (колеса, оси и рычаги) для увеличения силы, которую может проявить водитель.Сколько разных машин вы можете увидеть в работе внутри экскаватора? Вот несколько примеров, с которых вы можете начать: рычаги, которые водитель тянет, чтобы заставить его что-то делать, колеса внутри гусениц, рычаг с ковшом на конце . .. и многое другое!

Что такое машина?

Сделать что угодно — поднять ящик, толкнуть машину, выбраться из кровать, подпрыгнуть, почистить зубы — нужно толкать или тянущее действие, называемое силой . Если ты будешь рассказывать люди, вы сильные, на самом деле вы имеете в виду, что ваше тело может применять большую силу.Ты могли наблюдать по телевизору невероятно сильных людей, тянущих грузовики или тренируется голыми руками, но есть предел тому, что даже самые мускулистое человеческое тело может сделать. Простые машины позволяют нам выйти за рамки этого предел. Простые машины могут сделать всех нас сильными!

Фото: Кнопки (иногда называемые булавками для рисования) немного похожи на гвозди со встроенными молотками. Когда вы нажимаете на большую плоскую головку, сила, которую вы прикладываете (к большому сплющенному концу), эффективно увеличивается, потому что она сконцентрирован на гораздо меньшей площади на крошечной головке булавки. Согласно науке, даже канцелярские кнопки — это простые машины.

Когда вы слышите слово «машина», вы наверняка о чем-то думаете. как бульдозер или паровоз. Но в науке машина — это все, что увеличивает силу. Итак, молоток — это машина. Нож и вилка — это пара машин. И даже венчик для яиц — это машина. У всех этих машин есть одна общая черта: когда вы прикладываете силу к они увеличивают его размер и прикладывают большую силу в другом месте.Одной рукой мясо разрезать нельзя, но если надавить на нож, длинная ручка и заостренное лезвие увеличивают силу, которую вы нанесите его рукой — и мясо нарежет без особых усилий. Когда вы забиваете гвоздь молотком, ручка увеличивает силу, с которой вы сталкиваетесь. применять. А поскольку головка молотка больше, чем головка гвоздя, сила, которую вы применяете, действует на меньшую площадь с гораздо большим давление — и гвоздь легко входит в дерево. Попробуйте вдавить гвоздь пальцем и вы оцените преимущество, которое дает вам молоток.

Существует пять основных типов простых машин: рычаги, колеса и оси (которые считаются за единицу), шкивы, аппарели и клинья (которые также считаются за один) и винты. Давайте посмотрим на них повнимательнее.

Рычаги

Рычаг — самый простой из всех механизмов: это просто длинный стержень, который помогает вам приложить большую силу, когда вы его поворачиваете. Когда вы сидите на качели, ты наверное разобрался что нужно сидеть подальше от баланса точка (известная как точка поворота или точка опоры ) если человек на противоположном конце тяжелее тебя.Чем дальше вы сидите от точки опоры, тем больше вы можете умножить силу вашего веса. Если ты долго сидишь с точки опоры вы можете поднять даже более тяжелого человека, сидящего на в другой конец — при условии, что они сидят очень близко к точке опоры на своей стороне. Сила, которую вы прикладываете своим весом, называется усилие . Благодаря точке опоры он создает большую силу для подъема нагрузка (вес другой человек). Слова «усилие» и «нагрузка» могут сбивать с толку. поэтому мы избегали их использования в этой статье.О рычагах важно помнить, что сила, которую вы продукция больше, чем сила, которую вы применяете:

С длинным рычагом можно использовать много, рычаг . Когда ты используйте топор или гаечный ключ, длинная ручка помогает увеличить силу, которую вы можно подать заявку. Чем длиннее ручка, тем больше у вас рычагов. Так что ключ с длинной ручкой всегда проще в использовании, чем с короткой ручкой. А если вы не можете сдвинуть гайку или болт с помощью короткого гаечного ключа, попробуйте более длинная ручка.

Фото: Два инструмента — рычаги. Слева: садовый культиватор (зеленый, вверху) и трубный ключ (красный, внизу). Культиватор — это рычаг класса 1, а гаечный ключ — рычаг класса 2 (эти термины объясняются непосредственно ниже). Справа: вот прополка в действии. Встроенная опора позволяет легко поднимать сорняки с помощью длинного и сильного стержневого корня.

Типы рычага

Рычаги вокруг нас. Молотки, топоры, щипцы, ножи, отвертки, гаечные ключи, ножницы — во всем есть рычаги.Все из них дают рычаги, но не все из них работают одинаково. На самом деле существует три разных типа рычаги (иногда называемые классы ).

Рычаги кл.1

В рычаге класса 1 сила, которую вы прикладываете, равна на противоположной стороне точки опоры силу, которую вы производите. Качели пример рычага 1 класса. Так ножницы:

Рычаги кл.2

A Рычаг 2 класса расположен немного по-другому, с точка опоры на одном конце.Вы применяете силу на другом конце и сила, которую вы производите, находится посередине. Щелкунчики, чесночные прессы, и тачки все примеры рычагов класса 2:

Рычаги кл.3

A Рычаг класса 3 снова другой. Нравится рычаг 2 класса, это имеет точку опоры на одном конце. Но две силы меняются местами. Теперь вы прикладываете силу посередине, и создаваемая вами сила равна противоположный конец. Рычаги 3-го класса отличаются от других машин тем, что уменьшают сила, которую вы применяете, дает вам гораздо больший контроль.Пинцет и щипцы Пример рычагов 3 класса:

Ручки тоже являются рычагами класса 3: поворачивая их на руках и удерживая их посередине, мы получаем гораздо больший контроль над пером или шариковая ручка.

Колеса и оси

Изобретение колеса и оси (стержень, вокруг которого вращается колесо) около 5500 лет назад на Ближнем Востоке произвело революцию в транспорте и постепенно внесло огромные изменения в общество, но что сделало его таким особенным? Легче толкать тележку с тяжелым ящиком, чем толкать тот же ящик по земле, потому что колеса и оси тележки уменьшают трение и обеспечивают рычаг.Вы можете узнать, как это сделать, в нашей основной статье от того, как работают колеса.

Artwork: Колесо может работать как множитель силы или как множитель скорости (но не оба одновременно). Если повернуть внешнюю сторону (обод) колеса, ось в центре поворачивается с меньшей скоростью, но с большей силой, поэтому колесо работает как множитель силы. Если вместо этого повернуть ось (как это делает автомобиль), колесо станет множителем скорости. Ось поворачивается только на короткое расстояние (синяя стрелка), но рычаг колеса означает внешний обод поворачивается намного дальше (красная стрелка) за то же время. Вот так колесо помогает ехать быстрее.

Большие колеса используются для увеличения силы и другими способами. К трубам, например, прикреплены колеса, называемые запорными кранами (или запорными клапанами). Когда ты поверните внешний обод крана, внутренняя ось поворачивается с большим большее усилие — поэтому трубу легче закрыть. Рулевые колеса работают это путь тоже. У грузовика или автобуса рулевое колесо часто больше, чем у легкового автомобиля. потому что для поворота колес требуется больше силы. Большое колесо дает у водителя больше рычагов.

Колеса могут увеличивать расстояние и скорость, а также силу. У велосипедов большие колеса, поэтому они быстрее. Когда вы крутите педали, вы включаете внутреннюю часть колеса. Но внешний обод колеса поворачивается быстрее и покрывает большую площадь, поэтому ваш педалирование имеет гораздо больший эффект. Так же работают и автомобильные колеса.

Тачки

великолепно сочетают в себе колеса и рычаги. А тачка позволяет легко транспортировать груз из одного места в другой — по двум причинам. Во-первых, его длинная рама действует как рычаг, поэтому груз поднять намного легче.Во-вторых, легче толкать груз, используя тачка, потому что трение возникает только между колесом и осью. Если вы толкнули груз по шероховатой поверхности земли, не используя тачка, трение было бы намного больше.

Шестерни

Фотография: Шестерня состоит из двух или более колес разного размера с зубьями, врезанными в их края, чтобы гарантировать, что они «сцепляются» (вращаются вместе без проскальзывания).

Шестерни — это колеса с зубьями, которые могут увеличивать скорость машины или ее силу, но не оба одновременно.Велосипеды используют шестерни в обоих направлениях. Если хочешь крутить педали в гору, вы используете шестеренки, чтобы увеличить свою силу, поэтому вам не нужно так много работать, хотя загвоздка в том, что они одновременно снижают вашу скорость. Если вы мчитесь по прямой дороге, вы можете использовать шестерни, чтобы увеличить скорость, но на этот раз загвоздка в том, что они уменьшат вашу силу. Хотя это не очевидно, просто взглянув у них шестерни работают точно так же, как рычаги (как и колеса). Это требует довольно много объяснений, поэтому мы не будем вдаваться в подробности здесь.Вместо этого вы можете прочитать все об этом в нашей статье о шестеренках.

Шкивы

Соедините два или более колеса и обвяжите их веревкой. раз, и вы создаете мощную подъемную машину, называемую шкивом. Каждый когда веревка наматывается на колеса, вы создаете большую подъемную силу или механическое преимущество. Если есть четыре колеса и веревка наматывается У них шкив работает так, как будто груз несут четыре троса. Таким образом, вы можете поднять в четыре раза больше, хотя загвоздка в том, что вам придется тянуть веревку в четыре раза дальше.Подробнее читайте в нашей статье о шкивах.

Пандусы и клинья

Работа: Голова топора работает как пандус. Когда он проникает в дерево, дерево раскалывается по диагонали. Это означает, что вы можете распиливать древесину, прикладывая меньшее усилие на большем расстоянии. Если вы хотите разорвать бревно голыми руками, вам потребуется приложить гораздо большую силу (хотя и на гораздо меньшем расстоянии).

Если вы когда-нибудь помогали вытаскивать лодку из моря, вы знаете, что это легче это сделать, если на берегу есть пандус.Вместо того, чтобы поднимать лодку вертикально, прямо вверх, вы можете вытащить его из моря с гораздо меньшими усилиями, если вы подняться по пандусу. Вы используете меньше силы, но вам нужно дольше тянуть лодку. расстояние — значит, вы используете такое же количество энергии в каждом случае. Hillwalkers иногда используют идею пандуса, чтобы подняться на вершину крутого подъема. От зигзагообразно перемещаясь из стороны в сторону на подъеме, они эффективно создать собственный пандус. Холм становится менее крутым, но им приходится пройдите немного дальше, чтобы добраться до вершины.

Пандусы иногда называют наклонными плоскостями или клинья . Голова топора — это клин, работающий в другой путь. Топор раздвигает дерево двумя способами. Ручка работает как рычаг, увеличивающий прилагаемую силу. Клинок клиновидной формы концентрирует силу на меньшей площади, увеличивая давление на дерево и расколоть его. Лезвие ножа работает так же способ.

Винты

Фото: Спиральная резьба на винте означает, что его заворачивание занимает больше времени. в дерево, но — по крайней мере теоретически — вам потребуется меньше усилий.Канавки также помогите винту остаться на месте.

Винт вгрызается в дерево, когда вы его поворачиваете. Вы часто читаете научные книги, в которых говорится, что винт похож на пандус, обернутый по кругу «, что довольно запутанно и сложно понять. Но представьте, что вы муравей и хотите пролезть снизу винта на верх. Если подняться вертикально снаружи вы пройдете относительно небольшое расстояние, но это займет ужасно много подъемной силы. Если вы подойдете к резьбе винта, намотка а вокруг вы действительно поднимаетесь по винтовой лестнице — пандусу завернутый по кругу.Да, вы идете намного дальше, но это целое намного проще. В винте есть еще одна хорошая вещь: потому что головка больше вала под ней, винт работает как колесо (или рычаг): каждый раз при повороте головы заточенный острие под ним вгрызается в древесину с большей силой. Сужение (конусообразная) конструкция облегчает ввинчивание винта.

Машины вокруг нас!

Это почти все, что касается науки о простых машинах. Как только вы поймете, как работают машины, вы начнете их видеть повсюду.Даже ваше тело забито машинами. Ваш скелет, для Например, это набор рычагов! Осмотрите свой дом и посмотрите, сколько еще «простых машин» вы можете заметить. Вы будете удивлены, сколько их здесь!

Есть подвох?

Подъем, резка, измельчение, перемещение, гибка — машины, подобные тем, которые мы рассмотрели выше, упрощают выполнение любых задач. создавая силы больше, чем вы обычно можете создать с помощью собственного тела. С первого взгляда, звучит так, как будто это может открыть путь к разработке машины, которая может дать нам что-то бесплатно — может быть, один который может производить энергию из воздуха, или вечный двигатель, который работает вечно.

На практике законы физики строги, и если вы облегчите себе жизнь одним способом, вы всегда усложняете другому человеку компенсацию. Это способ ученого сказать: «не существует такой вещи, как бесплатный обед «, а в физике это называется законом сохранения энергии. (проще говоря: мы не можем заставить энергию появляться волшебным образом из ниоткуда). Поэтому всякий раз, когда у вас есть машина, которая дает вам больше силы, она не дает вам дополнительных энергии , которых у вас не было раньше.Например, со шкивом канаты и колеса дают вам гораздо большую подъемную силу, но вам придется поднимать их намного дальше, поэтому вы используете то же количество энергии, что и раньше. Вы просто используете его медленнее, с меньшими усилиями, так что подъем кажется легче. Таким же образом вы можете использовать качели, чтобы поднять гораздо более тяжелого друга, сидя подальше. от точки уравновешивания, чем они есть, но вам придется переместить ноги намного дальше, чтобы это компенсировать.