книги из ГПНТБ / Радченко, А. К. Методика демонстрационного эксперимента по технической механике учебное пособие

Формула Эйлера для данного случая имеет вид

ии с. 4.25

ный одним концом. Если же сравнить со стержнем, кон­ цы которого закреплены шарнирно, то здесь (рис. 4.25, а)

одна волна синусоиды занимает половину волны стержня. Упругая линия стержня с одним защемленным кон­

цом и другим шарнирно-опертым (рис. 4.24, б, рис. 4,25, в) имеет точку перегиба на расстоянии, пример­ но равном одной третьей от защемления. На таком же расстоянии от шарнирного конца касательная к упругой

линии стержня параллельна его оси. Для данного слу­ чая закрепление концов стержней μ = 0,7.

Если известен коэффициент μ, можно рассчитать критическую силу для каждого случая закрепления кон­ цов стержня и сравнить с данными опыта.

Для теоретического расчета необходимо снять раз­

190

меры стержня: его длину I и размеры поперечного сече­ ния. Модуль упругости E для данной марки стали берем

из таблицы и вычисляем критическую силу для одного из способов закрепления концов стержня

п_ л cl tnin

к ~ (μZj≡ ■

Этим самым учащиеся проверяют формулу Эйлера и по­

лучают практические навыки.

4.2.НАГЛЯДНОСТЬ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КУРСА «ДЕТАЛИ МАШИН»

Курс «Детали машин» наиболее близко из всех об­

щетехнических дисциплин подводит учащихся к практи­

ке. Здесь учащиеся знакомятся с конструктивными осо­ бенностями и назначением как отдельных деталей, так и различных их соединений, изучают устройство и прин­ цип действия различных видов передач, делают необхо­ димые расчеты.

Качество теоретической и практической подготовки будущих техников при изучении данного курса во мно­ гом зависит от преподавателя и его методов препода­ вания.

В объяснительной записке к программе по курсу «Де­ тали машин» отмечено, что изучение каждой детали не­ обходимо начинать с более подробного изучения объекта и его назначения, устройства и принципа работы, кратких

сведений о конструктивных материалах, особенностях и методах изготовления и только после этого переходить

к основам расчета.

Поэтому при изучении каждой темы курса «Детали машин» необходимо использовать различные виды вспо­ могательного оборудования: реально существующие де­

тали, узлы, механизмы; модели различных видов передач,

которые должны иметь принятые в машиностроении конструктивные формы. Все это будет способствовать В' то же время ознакомлению учащихся с существующими конструкциями деталей и узлов.

Для более полного изучения объекта на уроке необ­ ходимо использовать плакаты, кинофильмы, с помощью которых можно показать детали в комплексе и в дина­ мике.

191

Кроме того, наглядность позволит разнообразить ме­ тоды проведения урока, экономить время при изложении нового материала, приблизить обучение к практике и про­

изводству, повысить качество обучения. Учащиеся обо­

гатятся конкретными представлениями об отдельных де­ талях и их конструкции, что облегчает в дальнейшем расчет деталей, подбор необходимого материала для их

изготовления, замену одной детали другой.

Большую помощь в освоении курса, расширении тех­ нического кругозора и развитии конструктивных навыков учащихся будут способствовать не только системати­ ческие применения различных средств наглядности непо­

средственно на уроке, но и регулярная тематическая де­

монстрация узлов и механизмов в виде витрин, стендов,

освещающих как отдельные темы, так и общие разделы курса (стенды резьбовых соединений, видов подшипни­

ков; стенд с образцами ремней и материалов, применяе­ мых для их изготовления; стенд видов муфт и т. д). Та­ кие тематические демонстрации в кабинете по техни­ ческой механике окажут значительную помощь учащимся

в выполнении домашних заданий и курсового проекти­ рования.

4.2.1. Фрикционные передачи

Как известно, различные виды передаточных меха­ низмов служат для передачи механической энергии с пре­ образованием скоростей. По принципу работы различают

передачи: 1) трением-ʒ-фрикционные, ременные; 2) за­ цеплением — зубчатые, червячные, цепные.

Действенным средством повышения качества знаний при изучении различных видов передач является приме­ нение моделей передач, которые помогут учащимся в изу­ чении устройства, принципа действия отдельных видов передач, их достоинств и недостатков; наборов различных видов колес, используемых в передачах, материалов рем­ ней, видов цепей и т. д., которые необходимо использо­ вать как раздаточный материал; плакатов с изображе­ нием различных видов передач и схем для пояснения приемов расчета; диапозитивов и кинофильмов, иллю­

стрирующих работу отдельных передач в реальных усло­

виях.

Такое комплексное использование моделей и набора

192

пар колес, участвующих в зацеплении, плакатов и черте­ жей на доске вносит четкость, конкретность и ясность в объяснение нового материала, развивает абстрактное мышление, приближает обучение к практике.

Оборудование: 1) модели фрикционных передач: модель передачи с условно-постоянным числом и модель передачи с пере­ менным передаточным числом; 2) набор различных форм колес, предназначенных для фрикционных передач; 3) плакаты.

фрикционными. Это можно продемонстрировать с помо­ щью модели (см. рис. 2.15).

Рукояткой приводим одно колесо во вращение, вто­ рое колесо начинает вращаться в противоположном на­

правлении под действием сил трения, возникающих по

ЛИНИИ COnpHKO1CHOBeHHH двух колес. Величина сил тре­

ния зависит от силы прижатия колес друг к другу, что создает дополнительные нагрузки на валы и подшипни­ ки, а это является большим недостатком фрикционных передач. Сила прижатия колес для данной модели —

постоянная величина. В реальных условиях можно регу­

лировать давление между колесами фрикционных пере­ дач ,и подбирать силу прижатия колес из расчета мак­ симальной полезной окружной силы. Бывают передачи с переменной силой прижатия колес — самозатягиваю-

щие, .где сила прижатия колес пропорциональна пере­

даваемому крутящему моменту.

Следует отметить полезное свойство фрикционных передач — самовыключение при перегрузке.

Уменьшить силу давления одного цилиндрического катка на другой можно изменив их форму обода на клинчатый. Показываем пару клинчатых колес и демон­

стрируем их сцепление при работе. Это позволяет не только усвоить устройство и принцип действия фрикци­

онных клинчатых передач, но и выяснить их недостатки,

вследствие которых клинчатые передачи нашли приме­ нение только в приводах малой мощности. Необходимо

отметить важное отрицательное свойство клинчатых пе­

редач — износ вследствие неустранимого относительно­ го скольжения.

Для передачи вращения с одного вала на другой, оси которых пересекаются, применяются конические КО­

леса. Принцип действия конической фрикционной пере­ дачи можно продемонстрировать при помощи модели,

выпускаемой промышленностью (рис. 4.26). Приводим во вращение горизонтальный вал с жестко насаженным

Рис. 4.26

на него коническим колесом III, передающим вращение колесу II, которое в свою очередь приводит во вращение колесо I.

Фрикционные передачи, рассмотренные выше, в ко­ торых расстояние между осями валов не меняется, на­

зываются передачами с условно-постоянным передаточ­ ным числом і, так как между колесами при передаче вращения всегда возможно проскальзывание. При под­ счете передаточного числа таких фрикционных передач

194

ном случае в зацеплении с головкой винта, передает ей

вращение. Винт пресса начинает совершать поступатель­

ное движение, направление движения которого можно изменить при помощи рычага 3, т. е. вывести из зацепле­ ния диск 1 и ввести в зацепление с головкой винта диск 2.

После объяснения на конкретных примерах принци­ па действия лобовых передач можно дать учащимся не­

обходимые сведения о івариаторах, используя при этом необходимые плакаты, рисунки <из книг.

4.2.2. Зубчатые передачи

Зубчатые передачи, наиболее распространенные из всех механических передач, состоят из колес с зубьями,

которые находятся в зацеплении между собой.

Если привести во вращение малое колесо винтового пресса (рис. 4.28), большое зубчатое колесо, находя­ щееся с ним в зацеплении, тоже приходит во вращение, но в противоположном направлении. Принцип действия зубчатого зацепления (можно продемонстрировать и при помощи модели (см. рис. 3. 54).

Большое применение зубчатые передачи нашли в ре­ дукторах (рис. 4.29), которые являются незаменимой наглядностью при изучении многих тем курса.

C помощью набора зубчатых колес можно показать

19β

их разнообразие в зубчатых передачах: цилиндрические колеса ¡применяются при передаче вращений, когда оси валов параллельны; конические — если оси валов пере­ секаются; шестерня и рейка — для преобразования вра­ щательного движения шестерни в поступательное дви­ жение рейки. Так с помощью набора зубчатых передач,

моделей учащиеся получат основные общие сведения о зубчатых передачах, выявят основные их достоинства и недостатки.

1. Элементы зубчатых зацеплений

Большую помощь в изучении элементов зубчатых за цеплений окажет модель (рис. 4.30), разработанная преподавателями Минского политехнического техникума.

Модель состоит из двух зубчатых колес, на­ ходящихся в зацеплении.

или иной элемент зацепления. Кроме того, по ходу объяс­ нения цветными мелками можно выделить шаг зуба, его

197

высоту и толщину, длину и угол зацепления для данной пары колес.

C помощью данной модели легко доказать учащим­

ся, что полюс зацепления всегда находится на линии за­

цепления, а угол зацепления для данной пары колес есть величина постоянная.

Модель элементов зубчатого зацепления необходимо использовать при закреплении материала и при опросе учащихся на последующих уроках, а также при изуче­ нии темы «Геометрический расчет цилиндрических зуб­

чатых колес».

Приводим одно зубчатое колесо, изготовленное, на­

пример, из светлого оргстекла, во вращение, т. е. это колесо в данном случае является ведущим. Следова­ тельно, второе колесо, находящееся с ним в зацепле­

нии,— ведомое. На модели видно, что зуб ведущего ко­ леса оказывает давление на зуб ведомого колеса по

длине контактной линии с силой Pτι, линия действия которой перпендикулярна к контактной линии. По ходу

объяснения материала фиксируем направление действия силы Pu цветным вектором.

Сила P оказывает двойное действие: изгибает зуб с

силой Pok и сжимает его с силой Ррал. На модели видно, что на зуб, как на консольную балку, действует изгибаю­

щий момент M = Poκfι и, следовательно, в сечении зуба возникают напряжения. Демонстрируем последователь­ ность зацепления зуба ведущего колеса с зубом ведомого и фиксируем при этом их опасные положения. Для ведо­ мого зуба максимальный изгибающий момент соответ­ ствует началу зацепления и концу — для ведущего зуба,

2. Построение э в о л ь в е н т н о г о профиля

Непрерывное зацепление и вращение зубчатых колес с постоянным передаточным числом возможно благода­ ря тому, что профили зубьев имеют очертания эвольвен­

ты.

Получить эвольвентную кривую можно C помощью тонкого шпагата, намотанного по ободу диска (рис. 4. 31). Диск диаметром 30—40 см с намотанным шпагатом по его ободу прижимаем одной рукой к плос­ кости доски и обводим его мелом. На доске получили ок­

198

ружность — окружность впадин колеса. На конце шпа­

гата закрепляем мел и свободной рукой начинаем рас­ кручивать шпагат, одновременно .прижимая мел к дос­ ке так, чтобы шпагат был все время натянут. На доске получили кривую — эвольвенту. (Русский ученый Эй­ лер первым предложил делать профили зубьев эвольвентными.)

Рис. 4.31

Эвольвента может быть построена по точкам, если учесть, что для любой точки окружности длины отрез­ ков касательной rzɪ^ɪ, a2b2 и т. д. должны быть соответ­

ственно равны дугам obi, ob2 и т. д.

3. Зацепление эвольвентного зубчатого колеса с рейкой

При изучении данной темы можно воспользоваться моделью (см. рис. 2. 11). Если приведем ¡во вращение зубчатое колесо, рейка получает поступательное движе­ ние. И наоборот, сообщая поступательное движение рейке, колесо начинает вращаться. По ходу объяснения

материала на модели восковыми цветными карандаша­ ми можно отметить основные элементы зубчато-реечно­

го зацепления: начальную линию рейки, угол зацепле­ ния и т. д.

Возможность зацепления эвольвентных зубчатых ко­ лес с рейкой используется для нарезания зубчатых колес

199