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

2.3.2. Плоская модель спарника

Модель (см. рис. 3.45) состоит из двух кривошипов, шарнирно-соединенных спарником. Весь механизм кре­ пится на панели штырями кривошипов. Спарник имеет отверстия, в которые вставляются самописцы, которыми можно записать траектории движения отдельных его то­ чек. Траектории лучше записывать на бумаге, закреплен­

ии с. 2.10

ной на панели под механизмом. Самописцы, используе­ мые в данной модели, по устройству и принципу действия

аналогичны самописцам кривошипно-шатунного меха­ низма.

Модель спарника можно использовать для демонстра­ ции поступательного, плоскопараллельного и вращатель­ ного движений непосредственно при изучении нового материала и при решении задач. C помощью этой модели можно показать, а затем доказать аналитически, что спарник совершает поступательное движение, так как его точки имеют одинаковые траектории, скорости и

ускорения.

Спарник применяется в качестве передаточного меха­ низма в колесной системе локомотивов для распределе­ ния, движущей силы между этими колесами. Это хорошо показать на модели (рис. 2.10). Механизм спарника при-'

меняется также в машинах, в которых требуется воспро­ извести круговое поступательное движение.

40

2.3.3. Модель эллипсографа

Модель состоит из линейки, к которой шарнирно при­ соединены ползуны А и В, движущиеся в неподвижных

ии с. 2.11

ных точек линейки на листе бумаги, закрепленной на па­ нели прибора. Самописцы, применяемые в модели эллип­ сографа, по устройству и принципу действия аналогичны самописцам, которые используются в моделях спарника и кривошипно-шатунного механизма.

Данную модель можно применять при изучении кине­

матики точки и твердого тела, при решении задач для выяснения физической сущности работы механизма, при определении скорости точек линейки для нахождения их

траекторий движения.

2.3.4. Модель колеса, катящегося без скольжения

Модель (рис. 2.11) состоит из шестерни 1 и зубчатой

рейки 2, смонтированных на панели. Причем рейка имеет

свободное перемещение вдоль паза, а также ее можно

фиксировать стопором относительно панели.

41

На делительной окружности шестерня имеет отвер­ стие, в которое ввинчивается самописец для записи тра­ ектории движения фиксированной точки шестерни при ее перемещении по рейке (рис. 350) .*

Эта модель дает ¡наглядный ответ на такие вопросы:

как практически можно осуществить качение тела без скольжения, какие траектории описывают различные точ­ ки шестерни. Эту модель можно использовать при ре­ шении задач, в которых требуется определить уравнение движения точек катящейся шестерни, и для демонстра­ ции преобразования видов движения: вращательного в поступательное и, наоборот, поступательного во враща­

тельное.

2.3.5. Модель зубчатого зацепления

Если имеется набор зубчатых колес с одним и тем же

модулем и необходимые приспособления (два кривошипа, две втулки, цепь) для их закрепления на стойке (рис. 2.12), можно получить несколько моделей зубчатых зацеплений, необходимых для демонстрации опытов по кинематике.

Если при помощи кривошипа и втулок закрепим на стойке шестерни 1 и 3, то получим модель внешнего зуб­ чатого зацепления (см. рис. 3.54). Шестерня 3 и криво­ шип сидят на подвижной оси O2. Шестерня 1 и второй конец кривошипа насажены на неподвижную ось O1. Обе шестерни могут свободно вращаться вокруг своих

осей. Шестерню 1 и кривошип можно фиксировать стопо­ ром относительно стойки прибора. Для этой цели они имеют отверстия с резьбой. Кроме того, эти отверстия служат для закрепления ручки, которой удобно приво­ дить шестерни в движение.

Если кривошип застопорим относительно стойки при­

бора, а на одну из шестерен закрепим, ручку, с помощью которой приведем ее во вращение, то вторая шестерня, находящаяся с ней в зацеплении, также начнет вращать­

ся. Получили модель простого зубчатого зацепления. Та­ кое зубчатое зацепление колес находит исключительно

* Если вдоль радиуса шестерни сделать паз, по которому можно перемещать самописец, то, закрепляя его ближе к головке зуба или ближе к центру шестерни, получим соответственно циклоиду с петлей или растянутую циклоиду.

42

большое применение в промышленности, особенно 6 современном машиностроении. Объясняется это рядом причин. Одна из основных причин состоит в том, что при

вращении одной из шестерен с постоянной угловой ско­ ростью другая будет вращаться также с постоянной угло­

вой скоростью в силу отсутствия -скольжения между ними. А это очень важно, так как незначительные коле­

бания угловых скоростей в быстроходных машинах при­ водят к ударам между ее отдельными частями, вызы­

вают в ней опасные крутильные колебания.

Модель простого зубчатого зацепления можно исполь­ зовать при изучении вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси, а также при определении передаточных отношений зубчатых передач.

Если застопорим шестерню 1 относительно стойки прибора, а шестерню 3 приведем в движение с помощью кривошипа, то эту модель можно применять при изучении темы «Сложение вращений вокруг параллельных осей, когда составляющие вращения происходят в одну сто­ рону».

Если при помощи кривошипа и втулок закрепим на стойке шестерни 2 и 3, то получим модель внутреннего зацепления зубчатых колес (см. рис. 3.55). Эту модель можно использовать при изучении сложения вращений

43

вокруг параллельных осей, когда вращения происходят в разные стороны с различными угловыми скоростями.

Если шестерни 3 и 4 с перекинутой на них цепью сое­ диним кривошипом, а ось одной из шестерен закрепим на стойке, то получим новую модель (см. рис. 3.56), с по­ мощью которой можно продемонстрировать пару вра­ щений.

2.3.6. Модель кулачкового механизма

- ɪ" ⅛

Модель (см. рис. 3.49) представляет собой клинооб­ разный кулачок 1, ведущая сторона которого наклонена

копорной поверхности, и толкатель, состоящий из верти­ кального стержня 3 с роликом 2 на нижнем его конце, который уменьшает силу трения толкателя о поверхность кулачка. Кулачок, ведущая сторона которого наклонена

копорной поверхности, может совершать возвратно-по­ ступательное движение вдоль направляющих по основа­ нию прибора. IIa ведущую сторону кулачка опирается

толкатель, свободно скользящий в направляющих

втулках.

На примере данной модели можно показать, что ку­ лачковый механизм преобразует возвратно-поступатель­

ное движение одного звена (кулачка) в возвратно-посту­

пательное движение другого (толкателя), но законы движения звеньев разные (в частном случае законы дви­ жения звеньев могут быть и одинаковыми). Высота и скорость подъема толкателя зависит от профиля (конту­ ра) кулачка. Если изменять вид контура кулачка, будет меняться її закон движения толкателя.

Кулачок в кулачковых механизмах может совершать вращательное, а также качательное движение, что мож­ но продемонстрировать с помощью модели, выпускаемой

промышленностью (рис. 2.13).

Следовательно, с помощью кулачковых механизмов можно осуществить разнообразные и нужные законы дви­ жения толкателя. Вот поэтому эти механизмы находят в

технике исключительно широкое распространение, осо­ бенно в машиностроении при автоматизации технологи­ ческих процессов. Кулачковые механизмы применяются в

различных станках-автоматах п полуавтоматах, двигате­ лях внутреннего сгорания, в металлообрабатывающих станках, прессах, паровых машинах и т. д.

44

Рис. 2.14

Рис. 2.13

Данные модели могут быть использованы при изуче­ нии кинематики точки, сложного движения точки, слож­ ного движения твердого тела, а также в теории машин и

механизмов.

2.3.7. Модель кривошипно-кулисного механизма

На 'вертикальной плоскости укреплены кривошип и кулиса так, что их осп параллельны между собой и пере­ секают плоскость на одной вертикальной линии

(рис. 2.14). Второй конец кривошипа шарнирно соединен с ползуном, скользящим вдоль паза кулисы. Для фик­ сирования направления движения ползуна на нем за­ креплены стрелки различного цвета.

Если ручкой привести в движение кривошип, то кули­ са будет совершать возвратно-вращательное движение вокруг оси θɪ, а ползун — возвратно-поступательное дви­ жение вдоль продольного паза кулисы и одновременно вращательное движение по окружности вокруг цен­ тра O2.

Кривошипно-кулисный механизм применяется в стро­ гальных станках для передачи движения от кривошипа к держателю резца.

Модель кривошипно-кулисного механизма может быть использована при изучении темы «Сложное движение твердого тела».

2.3.8. Модель фрикционной передачи

Модель (рис. 2.15) состоит из двух цилиндрических колес, насаженных на неподвижные оси так, что они ка­ саются друг друга, оказывая некоторое давление. Оси при помощи стоек закреплены на основании прибора. Одно колесо ручкой приведем во вращение, тогда второе колесо благодаря наличию силы трения между ними так­ же придет во вращательное движение. Сила трения между колесами зависит от силы нажатия и коэффициен­ та трения. Поэтому в практике при изготовлении колес для фрикционных передач применяют материал, обла­ дающий высоким коэффициентом трения.

Фрикционные передачи используются в качестве пе­ редач малой мощности от 12 до 20 кВт. Окружные ско­ рости допустимы до 7—8 м/с, передаточное число до 10.

46

Фрикционные передачи находят !применение в кузнечно­ прессовом оборудовании, некоторых грузоподъемных устройствах, широко используются в различных приборах

Рис. 2.16

как с постоянным, так и переменным передаточным числом.

Данная модель может быть использована при изуче­ нии темы «Передаточные механизмы».

2.3.9. Модель ременной передачи

Модель, выпускаемая промышленностью (рис. 2.16), состоит из двух шкивов, закрепленных с помощью стоек на основании прибора. На ободы этих шкивов набрасыва­

47

ется бесконечный ремень. Если одно колесо привести во

вращение, то другое колесо благодаря силе трения меж­ ду поверхностью ремня и ободами колес придет также во вращательное движение.

Механизм ременной передачи применяется для пере­ дачи вращения с вала та вал, находящихся на большом

расстоянии друг от друга.

Модель ременной передачи можно использовать при изучении кинематики и деталей машин.

2.3.10. Прибор по кинематике и динамике

Прибор (рис. 2.17) позволяет провести опытную про­ верку законов равномерного, равноускоренного и враща­

тельного движений, определить мгновенный центр скоро-

Puc. 2.17

стей и момент инерции диска, а также проверить формулу кинетической энергии тела, находящегося в плоскопарал­ лельном движении.

Прибор состоит из двух пар реек 7, опирающихся на валики—подвижный 4 и неподвижный 8. Валики уста­ новлены в стойках 6 и 9, укрепленных на основании 2 прибора. Рейки имеют отверстия, с помощью которых они насажены на подвижный валик, и пазы. В пазы входит неподвижный валик. Подвижный валик может переме­ щаться вдоль пазов 3 стоек 6 винтом 5. Нижний уровень паза стойки 9 находится на уровне паза в стойке 6. Это дает возможность устанавливать рейки в строго горизон­ тальном положении. О горизонтальном положении прибо­ ра и реек можно судить по уровню, укрепленному на

48

основании прибора. Угол наклона реек можно изменять от 0 до 5° винтом 5. Для определения угла наклона реек имеется угломерная шкала, нанесенная на стойке 6. Шка­ ла расстояний с ценой деления 1 см на крайней рейке служит для определения пути, пройденного диском.

В комплект прибора входит планка 1 с двумя цапфа­ ми. При демонстрации опытов планка помещается между одной из пар направляющих реек 7 так, чтобы цапфой, лзогнутой в виде скобы, она опиралась на подвижный

валик. Прибор укомплектован также дисками, насажен­ ными на стальные оси. Два из них изготовлены из стали, один — из органического стекла. Все диски имеют одина­ ковую форму и размеры и являются основными движу­ щимися телами при демонстрации опытов.

2.3.11. Центробежная машина с набором принадлежностей

Центробежная *машина (рис. 2.18, а)—вспомога­ тельный прибор, служащий для приведения во враща­ тельное движение специально сконструированных демон­ страционных приборов (тела неравных масс, регулятор

центробежный с дроссельной заслонкой, гибкие обручи),

а также для демонстрации опытов, где требуется враща­ тельное движение.

Центробежная машина состоит из следующих частей: чугунного корпуса 5, внутри которого находится червяч­ ная передача с передаточным числом 1 : 9; ручки 7, на­ саженной на ось червячной шестерни; шпинделя 6 с

зажимным винтом для укрепления демонстрационных

приборов; крючка 4 для подвешивания вращаемых пред­ метов; струбцины 1 для укрепления центробежной маши­ ны к столу; стержня 3, на верхней части которого уста­ новлен корпус машины, а нижняя часть входит в гнездо струбцины. Корпус машины может поворачиваться отно­ сительно стержня на 360 °, а также подниматься и опу­ скаться. Корпус на определенной высоте закрепляется

винтом 2.

Приборы к центробежной машине (рис. 2.18, б) пред­

* Выпускается промышленностью. Автором разработано приспо­ собление для измерения скорости вращения шпинделя центробежной машины.