§ 21. Механізми передавання і перетворення руху

У будь-якому механізмі е рухомі й нерухомі деталі. Наприклад, нерухомий корпус лещат є нерухомою деталлю. Серед рухомих деталей механізму розрізняють ведучі й ведені деталі.

Деталь, від якої рух передається іншій деталі, називають ведучою.

Деталь, яка отримує рух від ведучої деталі, називають веденою.

Ведуча деталь набуває руху від зовнішньої сили (рука, нога, електродвигун тощо), а ведена деталь набуває руху від ведучої. Наприклад, у лещатах рукоятка є ведучою деталлю, рухомий корпус — веденою. За допомогою передач змінюють швидкість, напрям руху, перетворюють обертальний рух на поступальний і гвинтовий тощо.

Наприклад, частини лещат сполучені так, що в разі обертання рукоятки рухомий корпус переміщується поступально.

Потреба в зміні швидкості руху виникає, зокрема, під час підключення до машини двигуна. У будь-яких машинах доцільніше використовувати швидкохідні двигуни (з більшою кількістю обертів): у них менші розміри і вищий коефіцієнт корисної дії.

Оскільки швидкість обертання валу робочого механізму значно нижча, ніж у двигуна, їх не можна зв’язати безпосередньо. Тому між ними треба розташувати механізм для зміни швидкості обертання, що носить назву передачі обертального руху.

У багатьох машинах, машинах-знаряддях, зокрема металорізальних верстатах, робочі органи здійснюють не тільки обертальний, але й інші види руху. У таких випадках застосовують механізми, що перетворюють вид руху.

Для передачі обертального руху в машинах застосовують механізми, що складаються з кількох деталей, взаємодія між. якими забезпечує передачу руху і зміну його швидкості. За своєю будовою передавальні механізми, або передачі, підрозділяють на фрикційні, зубчаті, пасові й ланцюгові.

На мал. 162 показано лабораторну модель найбільш поширених передач, серед яких: черв’ячна, карданна, циліндрична зубчата, конічна зубчата, ланцюгова, пасова, фрикційна, гнучка.

Мал. 162. Модель різних видів передач

Мал. 163. Види передач: а — фрикційна; б — зубчата; в — пасова; г — ланцюгова; д — гвинтова

На малюнку 163 наведено приклади передач, що мають найбільше використання в сучасних машинах і механізмах.

За способом передачі обертального руху передачі поділяють на передачі тертям (пасові, фрикційні) і передачі зачепленням (зубчаті, черв’ячні, ланцюгові, гвинтові). На короткі відстані рух передається за допомогою гвинтового або зубчатого механізмів (мал. 164). Зубчаті механізми бувають циліндрові й конічні (відповідно складаються з циліндрових і конічних коліс).

Для передачі обертання на великі відстані використовують пасову передачу, що складається з двох шківів і надітого на них паса (мал. 165). Паси бувають плоскі й клинові.

Мал. 164. Основні типи зубчатих передач: а — циліндрична; б — конічна; в — косозуба; г — черв’ячна

Мал. 165. Пасова передача

Мал. 166. Рейковий механізм

Мал. 167. Гвинтова передача

Якщо шківи (або зубчаті колеса) не однакові за діаметром, то вони обертаються з різною швидкістю. Відношення кількості обертів за однаковий час ведучого і веденого шківів (зубчатих коліс) називають передавальним відношенням. Відношення діаметра D₂ веденого шківа до діаметра D₁ ведучого шківа називають передавальним числом і, тобто:

У механізмах і машинах рух не тільки передається, але й перетворюється (обертальний — у поступальний і навпаки). Для цього застосовують, наприклад, рейковий механізм, який перетворює обертальний рух зубчатого колеса на поступальну ходу зубчатої рейки, або навпаки (мал. 166).

Для перетворення обертального руху на поступальний можна використовувати гвинтову пару — гвинтову передачу, як у наведеному вище прикладі з лещатами (мал. 167).

Передачі мають широке розповсюдження в машинобудуванні з таких причин:

• 1) енергію краще передавати на великій швидкості обертання;
• 2) швидкості руху робочих органів машин, як правило, не збігаються з поширеними швидкостями двигунів, вони зазвичай менші, а створення тихохідних двигунів потребує збільшення їх розмірів і вартості;
• 3) швидкість виконавчого органу в процесі роботи машини-знаряддя треба змінювати (наприклад, в автомобілі, вантажопідйомному крані, токарному верстаті), а швидкість машини-двигуна зазвичай є постійною (наприклад, в електродвигунів);
• 4) досить часто від одного двигуна треба приводити в рух кілька механізмів з різними швидкостями;
• 5) в окремі періоди роботи робочому (виконавчому) органу машини потрібно передати зусилля, яке перевищує зусилля на валу машини-двигуна, а це можливо виконати за рахунок зменшення кількості обертів валу машини-знаряддя;
• 6) двигуни зазвичай розробляють і виготовляють для виконання рівномірного обертального руху, а в машинах часто виникає потреба поступального руху за певним законом;
• 7) двигуни не завжди можуть бути безпосередньо з’єднані з виконавчими механізмами через розміри машини, правила безпеки й незручності в обслуговуванні.

Чи добре засвоїли?

• 1. Чим відрізняється машина-знаряддя від машини-двигуна?
• 2. Чому обертальний рух найбільш поширений в механізмах і машинах?
• 3. Чим зумовлена потреба введення передачі як проміжної ланки між двигуном і робочими органами машини?
• 4. Які функції можуть виконувати механічні передачі?
• 5. Для яких цілей використовують механічні передачі?
• 6. Що таке передавальне число?

Основні частини велосипеда: 1 — кермо; 2 — рама; 3 — ведуча зірочка; 4 — ведена зірочка; 5 — крило; 6 — ланцюг; 7 — колесо; 8 — вісь

• 7. Які елементи належать до кінематичної частини велосипеда?
• 8. Покажіть на малюнку передачу велосипеда.

ТЕСТОВЕ ЗАВДАННЯ

Обери з трьох варіантів найбільш повну і правильну відповідь.

1. Який передавальний механізм має велосипед?

• A. Зубчату передачу.
• Б. Ланцюгову передачу.
• B. Пасову передачу.

2. З яких частин складається ланцюгова передача?

• A. З ланок замкнутого шарнірного ланцюга.
• Б. Із двох коліс-зірочок.
• B. Із двох коліс-зірочок і шарнірного ланцюга.

3. З яких частин складається пасова передача?

• A. Із двох шківів і паса.
• Б. Із двох пасів.
• B. Із клинового паса і вала.

4. Патрон свердлильного верстата зі свердлом є .

• A. . механізмом, що перетворює рух.
• Б. . механізмом передачі руху.
• B. . робочим органом.

5. Визначте механізми, що створюють рух і передають його на робочий орган велосипеда.

• A. 1 — робочий орган; 2 — руховий механізм; 3 — передавальний механізм.
• Б. 1 — передавальний механізм; 2 — робочий орган; 3 — руховий механізм.
• B. 1 — руховий механізм; 2 — передавальний механізм; 3 — робочий орган.

6. Дайте правильні назви позицій на малюнку.

• A. 1 — двигун; 2 — зчеплення, коробка швидкостей, вал; 3 — передні колеса.
• Б. 1 — двигун; 2 — зчеплення, коробка швидкостей, вал; 3 — задні колеса.
• B. 1 — руховий механізм; 2 — передавальний механізм; 3 — робочий орган.

7. Яка частина автомобіля є робочим органом?

• А. Задні колеса.
• Б. Коробка швидкостей.
• В. Двигун.

8. Яка частина велосипеда є робочим органом?

• А. Заднє колесо.
• Б. Зірочка.
• В. Ланцюгова передача.

9. Чим відрізняються одна від одної технологічні машини?

• A. Руховим механізмом.
• Б. Передавальним механізмом.
• B. Виконавчим механізмом.

§ 16. Механізми передавання та перетворення руху. Передаточне число

З попереднього параграфа тобі вже відомо, що механізми призначені для передачі та перетворення руху. Усі механізми складаються з деталей.

Деталі поділяються на кілька видів.

Кріпильні (гвинти, гайки, болти тощо) призначені для з’єднання частин механізму.

Вали застосовують для передавання руху закріпленим на них деталям (шківам, зубчастим колесам, зірочкам тощо).

Осі виконують функції підтримання деталей, що обертаються на них.

Опори (підшипники) – це деталі, призначені для підтримування валів.

Деталі механізмів, що передають рух, називаються ведучими, а деталі, які сприймають цей рух, – веденими. У різноманітних механізмах широко використовується обертальний рух. Цей рух можна передавати з ведучої деталі на ведену за допомогою з’єднань, які називаються передачами.

Розрізняють передачі тертям (пасові, фрикційні), передачі із зачепленням (зубчасті, черв’ячні, ланцюгові, гвинтові) та інші (табл. 2).

Таблиця 2. Механізми передачі обертального руху

Мал. 180. Кінематична схема; 1 – двигун; 2 – передавальний механізм; 3 – робочий орган

Складові механізму, їх зв’язок, у тому числі й механізм передачі руху, можна показати за допомогою умовних позначень на кінематичних схемах.

Кінематична схема (мал. 180) – це графічний документ, на якому за допомогою умовних позначень деталей показано послідовність передачі руху від двигуна 1 через передавальний механізм 2 до робочого органу машини 3 та їх взаємозв’язок.

На кінематичних схемах зображують тільки ті елементи (ланки) машини або механізму, які беруть участь у передачі руху (зубчасті колеса, ходові гвинти, вали, шківи та ін.), без дотримання розмірів і пропорцій.

Пасова передача, за допомогою якої можна передати обертальний рух на значну відстань, складається з ведучого вала, ведучого шківа, привідного паса, веденого шківа, веденого вала.

Шків, закріплений на валу електродвигуна свердлильного верстата, є ведучим, а шків, з’єднаний пасом з ведучим шківом, одержує від нього обертальний рух і є веденим. Відповідні назви мають і вали, на яких закріплено шківи.

Ведучі й ведені елементи пасової та зубчастої передач завжди перебувають у певній залежності один від одного.

Для кількісної оцінки зміни швидкості обертання, яка відбувається в передачі, введено поняття передаточного числа (u). Передаточне число пасової передачі залежить від співвідношення діаметрів шківів і виражається формулою:

де n₁ – частота обертання (кількість обертів за секунду) ведучого вала; n₂ – частота обертання (кількість обертів за секунду) веденого вала.

Ведуче колесо першим у передачі сприймає рух (від двигуна, іншої передачі) та передає його іншому – веденому колесу.

Якщо u = 1, то це означає, що швидкість обертання ведучого і веденого коліс однакова. Якщо u > 1, то ведуча ланка обертається швидше, ніж ведена. Якщо u < 1 - швидкість обертання ведучого колеса менша за швидкість обертання веденого.

У зубчастих передачах обертальний рух передається за допомогою зчеплення зубців ведучого та веденого коліс. Зубчасті передачі не мають проковзування, передають великі швидкості й потужності. Зубчасті

передачі знайшли широке застосування в автомобільних механізмах, тракторах, верстатах, механічних годинниках тощо. У сучасних машинах використовують зубчасті колеса від кількох міліметрів (механічний годинник) до кількох метрів (прокатний стан).

Передаточне число зубчастої передачі також можна визначити за кількістю зубців ведучого та веденого коліс за формулою:

де u – передаточне число; Z₂ – число зубців веденого колеса; Z₁ – число зубців ведучого колеса (шестірні).

На практиці передаточне число визначають рахуванням зубців кожного колеса.

За формою зубців розрізняють кілька видів зубчастих коліс: прямозубі, косозубі, шевронні (V-подібні). Кожне з’єднання має своє умовне позначення (див, табл. 2).

Ланцюгова передача — це механізм для передавання обертального руху між паралельними валами за допомогою двох зірочок та нескінченного ланцюга.

У найпростішому варіанті ланцюгова передача (мал. 181) складається з ведучої ланки 3 та веденої 1 (зірочок), які розміщені на відповідних валах, і ланцюга 2 у вигляді замкнутого контура, що знаходиться у зчепленні із зірочками. За аналогією з пасовими передачами вільний відрізок ланцюга, що набігає на ведучу зірочку 1, називається ведучою ланкою, а другий вільний – веденою. За рахунок зчеплення ланцюга із зубцями зірочок забезпечується передавання обертового руху від ведучої зірочки до веденої.

Мал. 181. Ланцюгова передача велосипеда: а – загальний вигляд; б – фрагмент передачі

Передаточне число визначається відношенням кількості зубців веденої та ведучої зірочок.

Для перетворення одного виду руху в інший, наприклад обертального в поступальний, застосовують механізми перетворення руху.

До таких механізмів можна віднести рейковий, гвинтовий і кривошипно-шатунний механізми.

Рейкові механізми перетворюють обертальний рух у поступальний і навпаки. Рейковий механізм складається із зубчастої рейки та зубчастого колеса (мал. 182).

Рейковий механізм використовується у різних приладах для точного переміщення окремих частин, наприклад шпинделя свердлильного верстата.

Мал. 182. Рейкові механізми

Мал. 183. Гвинтовий механізм

Мал. 184. Колона свердлильного верстата

Гвинтовий механізм перетворює обертальний рух у поступальний або навпаки. Він складається з гвинта 1 та гайки 2 (мал. 183). За допомогою такого механізму отримують виграш у силі. Гвинтовий механізм забезпечує велику точність переміщення.

Пригадай, у яких пристроях шкільної майстерні використовується такий механізм. Які ти знаєш побутові прилади, у яких застосовується такий механізм? Який принцип їх дії?

У свердлильному верстаті за допомогою різьби, що нарізана на колоні, та гайки можна змінити висоту корпуса верстата (мал. 184). Про особливості роботи цього механізму ти дізнаєшся на наступних уроках.

Варіанти конструкції гвинтового механізму:

• ведучий гвинт, гайка нерухома, тому гвинт, обертаючись, буде переміщуватися поступально (гвинтовий механізм у лещатах);
• ведучий гвинт (не рухається), гайка обертається, рухається поступально (механізм зміни висоти корпуса у свердлильному верстаті);
• ведуча гайка (обертається, але не рухається поступально), гвинт рухається поступально (гвинтовий механізм домкрата).

Кривошипно-шатунний механізм – це один з найпоширеніших механізмів, який застосовують у двигунах автомобілів, тракторів, мотоциклів, побутовій техніці тощо. Його використовують для перетворення обертального руху в зворотно-поступальний і навпаки.

Кривошип 1 рівномірно обертається і передає зусилля та рух через шатун 2 повзункові 3 (мал. 185).

Мал. 185. Кривошипно-шатунний механізм: загальний вигляд

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 16

Ознайомлення з механізмами обладнання шкільної майстерні

Обладнання: столярний верстак, слюсарні лещата, свердлильний верстат, ручний дриль.

Послідовність виконання роботи

1. За завданням учителя ознайомся з механізмами, які є в шкільній майстерні.

2. З’ясуй їх призначення та принцип дії.

3. Заповни таблицю.

№ з\п

Назва механізму

Назва пристосування, у якому застосовується механізм

Назва деталей, з яких складається механізм

Умовне позначення механізму

механічна передача, пасова передача, ланцюгова передача, рейковий механізм, гвинтовий механізм, кривошипно-шатунний механізм, передаточне число.

Ведене колесо — колесо, що рухається за рахунок того, хто передає рух.

Ведуче колесо — колесо, що першим у передачі сприймає рух (від двигуна, іншої передачі) та передає його іншому колесу.

Кривошип — ланка кривошипного механізму, яка може під час руху робити повний оберт навколо нерухомої осі.

Фрикціон — пристрій для передавання обертового руху між двома валами за допомогою сили тертя.

• 1. Що називають механізмом?
• 2. У чому відмінність між механізмами передачі та перетворенням руху?
• 3. Чим характеризується залежність між ведучою та веденою деталями механізмів?
• 4. З яких деталей складається ланцюгова передача?
• 5. Яка подібність та відмінність між зубчастою та ланцюговою передачами?
• 6. Які переваги рейкового механізму?
• 7. Поясніть варіанти конструкцій гвинтового механізму.
• 8. Де застосовують механізми?
• 9. Для чого застосовують умовні графічні зображення?

Тестові завдання

1. Який шків називається веденим?

• А той, що приводить у рух інший механізм
• Б той, що приводиться в рух іншим механізмом

2. На малюнку зображено.

• А механізм обертання
• Б механізм передачі руху
• В механізм зміни руху

3. На яких зображеннях показано передачі тертям?

4. На якому малюнку передаточне відношення з’єднання рівне 1?

5. На якому зображенні показано фрикційну передачу?