Простые механизмы

Требования безопасности

При проектировании и монтаже рычажного механизма учитываются требований безопасности. Они во многом зависят от области применения устройства, а также особенностей самого механизма.

Среди особенностей этого момента можно отметить следующее:

  1. При изготовлении должен подбираться материал, который будет соответствовать всем требованиям. Примером можно назвать высокую коррозионную стойкость. При проектировании указывается то, какой именно материал должен применяться при изготовлении устройства. Часто отдается предпочтение углеродистой стали и легированным сплавам. Некоторые элементы могут быть изготовлены из уплотнительных и других материалов, все зависит то конкретного случая.
  2. При проектировании учитывается то, каким образом происходит перераспределение нагрузки. Это связано с тем, что в некоторых местах она будет критической.
  3. Под активным элементом при подъеме тяжелых объектов не должно находится людей, другого оборудования, а также частей самого рычажного механизма. Это связано с высокой вероятностью падения переносимого груза.
  4. Перед непосредственным применением оборудования следует проводить визуальный осмотр, который позволяет определить наличие или отсутствие повреждений. Кроме этого, должно проводится периодическое обслуживание. Даже незначительный дефект может стать причиной существенного снижения прочности рычажного механизма. Периодическое обслуживание позволяет существенно продлить срок службы устройства.
  5. Запрещается применять механизм не по предназначению. Перед каждым его использованием проверяется надежность крепления. Нагрузка должна оказываться на конструкцию соответствующим образом, так как в противном случае происходит неправильное перераспределение силы. Именно поэтому при проектировании указывается то, каким образом устройство должно устанавливаться и как использоваться.
  6. При применении учитывается то, на какую максимальную нагрузку рассчитано оборудование. Слишком высокий показатель может стать причиной, по которой происходит повреждение основных элементов. При проектировании учитывается то, какая нагрузка может оказываться на конструкцию.

Как правило, соответствующее руководство по применению устройства составляется непосредственно на месте его эксплуатации в соответствии с установленными нормами. Это связано с тем, что рычажные механизмы получили весьма широкое распространение, могут устанавливаться в качестве составного узла другого оборудования.

При этом узел оборудован тремя важными независимыми системами:

  1. Гидравлическая. Эта часть устанавливается в большинстве случаев для передачи усилия. Гидравлика получила весьма широкое распространение, так как она предназначена для непосредственной передачи усилия. Гидравлическая часть основана на подаче специальной жидкости, при помощи которой проводится передача усилия. Гидравлика несет с собой опасность по причине того, что подвижный элементы могут передавать усилие. Поэтому все основные элементы должны быть защищены от воздействия окружающей среды, для чего проводится установка различных кожухов.
  2. Механическая. Механика отвечает за непосредственную передачу усилия и достижения других целей. Неправильная работа устройства может стать причиной повреждения и деформации. Механика также защищается специальными кожухами, так как попадание посторонних элементов запрещается.
  3. Электрическая. Для управления механизмом проводится установка электрической части. Она должна быть защищена от воздействия окружающей среды, так как даже незначительное механическое воздействие может стать причиной повреждения магистрали электроснабжения.

Опасность с собой несет и электрическая часть, которая состоит из конечных выключателей. Схема подключения предусматривает использование как минимум двух выключателей, устройство должно обесточиваться в случае выхода из строя одного из них.

Механическая система защиты действует путем прерывания подачи масла в гидравлический цилиндр. При этом проводится слив масла с цилиндра в общую емкость. Подобная система срабатывает даже при незначительном повреждении устройства.

Презентация на тему: » 1.Для чего нужны простые механизмы? 2.Какие виды простых механизмов существуют? 3.Где простые механизмы встречаются в природе? 4.Дают ли простые механизмы.» — Транскрипт:

2

1. Для чего нужны простые механизмы? 2. Какие виды простых механизмов существуют? 3. Где простые механизмы встречаются в природе? 4. Дают ли простые механизмы выигрыш в силе? 5. Есть ли простые механизмы во мне?

3

В физике простыми механизмами называют приспособлении типа рычагов или винтов. Они предназначены для того, чтобы уменьшить необходимое для производства работы усилие человека и использовать это усилие наиболее эффективно. Часто несколько простых механизмов соединяют вместе. В результате получаются более сложные механизмы сверла, часы. Колесо одно из важнейших изобретений человечества. На нем основано действие многих механизмов.

4

Виды простых механизмов

5

Рычаги Рычаг-простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину),вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины от точки опоры, называются «плечами»рычага.

6

Наклонная плоскость Наклонная плоскость это плоская поверхность, установленная под углом, отличным от прямого и/или нулевого, к горизонтальной поверхности. Наклонная плоскость позволяет преодолевать значительное сопротивление, прилагая сравнительно малую силу на большем расстоянии, чем то, на которое нужно поднять груз.

7

Блок Блоки Блоки – простые механические устройства, позволяющие изменять силу: либо по направлению, либо по направлению и по модулю. Любой блок представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т.п.

8

Клин Клин простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета. Клин одна из разновидностей механизма под названием «наклонная плоскость».

9

Ворот Ворот простейший механизм, предназначенный для создания тягового усилия на канате (тросе, верёвке). Синоним простейшей лебёдки.

10

Винты Винт крепёжное изделие в виде стержня с наружной резьбой на одном конце и конструктивным элементом для передачи крутящего момента на другом. Передающим усилие элементом могут являться различного рода головки, шлицы в торце стержня и т. п. От шурупа винт отличается тем, что не имеет конического сужения на конце и не создаёт резьбу при вкручивании. Винт предназначен для образования резьбового соединения или фиксации.

11

Башенные краны используются при строительстве высотных домов Рычаги и блоки в устройстве экскаватора

12

Колесо Колесо́Колесо́ движитель, круглый (как правило), свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить. Широко применяется для транспортировки грузов, повсеместно используется в различных механизмах и инструментах. Модель колеса неизвестного назначения обнаружена при раскопках древней стоянки Сунгирь Владимирской области (25 тыс. лет назад).

13

Зубчатая передача Зубчатая передача это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

14

Одноплечий рычаг руки человека Рычаги передней конечности собаки

15

Сила тяги мышц и связок, прикреплённых к затылочной кости Сила тяжести головы Пример работы рычага – действие свода стопы при подъёме на полупальцы

16

Короткое плечо рычага стережёт вход в цветок Длинное плечо рычага

17

«Колющие орудия» многих животных и растений по форме напоминают клин

18

У кошек рычагами являются подвижные когти У членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета

19

Короткие лапы крота рассчитаны на развитие больших сил при малой скорости У двустворчатых моллюсков простыми механизмами являются створки раковины

20

Применение условия равновесия рычага при работе с тачкой Применяя условие равновесия рычага, первому человеку легче нести груз, если он находится ближе к плечу

22

Я проверил на практике: 1. Наклонная плоскость даёт выигрыш в силе во столько раз, во сколько её длина больше высоты. При увеличении крутизны наклонной плоскости выигрыш в силе уменьшается. 2. Так как действие стопы при подъёме тела на полупальцы является примером работы рычага, то я решил оценить свою мышечную силу при ходьбе. Моя мышечная сила при ходьбе 388Н. 3. Выигрыш в силе винта равен 22.

23

Выводы: нет ни одной семьи, которая не пользуется простыми механизмами; 100 % членов семей пользуются клином (разновидность наклонной плоскости);100% членов семей используют в своей жизни грабли, лопаты, мотыги, кусачки, гвоздодеры, веники и другие инструменты (рычаги).

24

Выводы: не все учащиеся 7»А» класса могут применять свои знания о рычагах, — некоторые школьники умеют правильно использовать свойства рычагов, хотя им никто этого не объяснял.

Рычаги в природе

Большое количество рычагов присутствует в разных частях тела животных и человека.

Например, у человека кости рук и ног, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев  – рычаги (рисунок 8).

Рисунок 8. Рычаги в частях тела человека.

Когда мы поднимаем рукой какой-то груз, наши мышцы сокращаются, и рука сгибается в локте. Действующая сила – сила наших мышц, а противодействующая сила – вес поднимаемого предмета.

Устройство задних ног многих животных использует принцип рычага. Благодаря такому строению животные могут эффективно использовать силу своих мышц. У представителей кошачьих рычагами являются почти все подвижные кости (рисунок 9). Даже обычная домашняя кошка может легко совершать прыжки на большую высоту.

Рисунок 9. Строение скелета кошки.

Створки раковины у двустворчатых моллюсков являются рычагом (рисунок 10).

Рисунок 10. Двустворчатый моллюск.

Также примерами рычагов в природе являются клешни у крабов и других членистоногих, подвижные когти у кошек, ствол дерева и его корень.

Использование простых механизмов

Подробности
Просмотров: 384

С древности простые механизмы часто использовались комплексно, в самых различных сочетаниях.
Комбинированный механизм состоит из двух или большего числа простых. Это не обязательно сложное устройство; многие довольно простые механизмы тоже можно считать комбинированными.
Например, в мясорубке имеются ворот (ручка), винт (проталкивающий мясо) и клин (нож-резак). Стрелки наручных часов поворачиваются системой зубчатых колес разного диаметра, находящихся в зацеплении друг с другом. Один из наиболее известных несложных комбинированных механизмов – домкрат. Домкрат представляет собой комбинацию винта и ворота.

Выигрыш в силе, создаваемый комбинированным механизмом, равен произведению выигрышей отдельных механизмов, входящих в его состав.
Простые механизмы — это труженники со стажем работы более чем 30 веков, но они ничуть не состарились.

Примерно такой лифт установил в «золотом доме» римский император Нерон (64 г. до н.э.).

Так поднимали мосты в средневековых замках.

На любой строительной площадке работают башенные подъемные краны — это сочетание рычагов, блоков, воротов. В зависимости от «специальности» краны имеют различные конструкции и характеристики.

Портальные поворотные краны. Грузоподъемность — 300 кН. Скорость подъема груза — 0,17 м/с.

Строительные башенные краны . Грузоподъемность — 20-400 кН. Скорость подъема до 1м/с.

Плавучие краны — самые сильные из семейства подъемных кранов: их грузоподъемность 4000 кН. Они поднимают затонувшие корабли, снимают суда с мели, с их помощью ремонтируют суда в открытом море, опускают на дно батисферы и камеры для ремонта кабелей и трубопроводов.

Рычаги, блоки, вороты, лебедки — непременные составные части путе- и трубоукладчиков.

Простые механизмы используются и в устройстве шагающих экскаваторов. В его большом ковше может поместиться экскаватор для городских строек.

Простые механизмы помогут передвинуть дом, чтобы расширить улицу. Под дом подводят рамы, опускают на катки, уложенные на рельсы, и включают электролебедки.

НАДО ПОДУМАТЬ

Как рассчитать максимальный груз, который может поднять автокран не перевернувшись?
Вот тут-то и пригодятся знания правила равновесия рычага!
Максимальную силу тяжести груза, который сможет поднять автокран, следует рассчитать по правилу равновесия рычага:F тяжести груза х L2 = Fтяжести крана х L1
тогдаFтяжести груза = Fтяжести крана х L1/L2

А как следует поступить опытному крановщику, если необходимо поднять еще более тяжелый груз?
Ответ:
1) уменьшить величину L2
или
2) увеличить отношение L1/L2.

Следующая страница «Занимательные фишки»

Назад в раздел «Занимательные фишки по физике для 7 класса»

Простые механизмы в физике

Рычаг, как любой простой механизм, – преобразователь сил.

Блок – равноплечий рычаг. Представлен вращающимся колесом с желобком для верёвки по всей длине окружности. Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, а направляет её. Ось подвижного блока располагается в обоймах, двигается с ними, поэтому позволяет управлять силой. Для получения выигрыша также применяются сдвоенные блоки разного диаметра, насаженные на одну ось.

Ворот – модифицированный двойной блок, ранее применяемый для перетаскивания и подъёма грузов на небольшие расстояния либо высоты. В вороток вставляются длинные спицы, играющие роль большего блока, с радиусом большим, чем у меньшего блока.

В технике также применяют:

  • полиспасты – сложные комбинации из двух групп блоков: одни – подвижные, вторые – неподвижные;
  • дифференциальные блоки – двойной и одинарный, где применяется бесконечная цепь.

Распространены простые механизмы, такие как винт и клин. Пример клина – лезвие колуна. По тыльной стороне инструмента наносятся удары, например, кувалдой, и устройство погружается в древесину, раскалывая её. Чем меньше угол заточки лезвия, тем проще оно входит в дерево.

Клин применяется и для подъёма грузов. Особенность обоих видов клина – значительная сила трения, действующая между телом и боковыми гранями приспособления.

Винт работает по принципу клина, где вместо ударов совершается вращение крупного болта с малым шагом резьбы. Применяется в прессах, колунах, домкратах, при завинчивании крепежей (саморезов).

Примеры простых механизмов в повседневной жизни:

  • винт – пресс для выжимки сока, подъёмные механизмы, домкрат;
  • рычаг – ножницы, плоскогубцы, клещи;
  • ворот – вороток для резьбонарезных метчиков, средства управления транспортом (руль автомобиля), колесо;
  • блок – подъём песка из ямы или на второй этаж на небольшой стройплощадке;
  • клин – колун для раскалывания поленьев, наклонная поверхность для качения бочек или цилиндрических предметов (огромных тюков сена) наверх.

Какие простые механизмы вы знаете и используете в быту кроме названных? К какой категории отнести дверь в автомобиле, тиски, лебёдку?

Составные механизмы

Составной механизм — это машина, состоящая из набора простых механизмов, соединенных последовательно, причем выходное усилие одного обеспечивает входное усилие следующему. Например, настольные тиски состоят из рычага (ручки тисков), соединенного последовательно с винтом, а простая зубчатая передача состоит из ряда последовательно соединенных шестерен (колес и осей).

Механический выишрыш составного механизма — это отношение выходной силы, прилагаемой последнему механизму в серии, к входной силе, приложенной к первому механизму, то есть

MAcompound=FoutNFin1{\displaystyle \mathrm {MA} _{\text{compound}}={F_{\text{outN}} \over F_{\text{in1}}}\,}

Поскольку выходная сила каждого механизма играет роль входной силы для следующего, Fout1=Fin2,Fout2=Fin3,…FoutK=FinK+1{\displaystyle F_{\text{out1}}=F_{\text{in2}},\;F_{\text{out2}}=F_{\text{in3}},\ldots \;F_{\text{outK}}=F_{\text{inK+1}}}, этот механический выигрыш также обеспечивается действием всей цепочки механизмов

MAcompound=Fout1Fin1Fout2Fin2Fout3Fin3…FoutNFinN{\displaystyle \mathrm {MA} _{\text{compound}}={F_{\text{out1}} \over F_{\text{in1}}}{F_{\text{out2}} \over F_{\text{in2}}}{F_{\text{out3}} \over F_{\text{in3}}}\ldots {F_{\text{outN}} \over F_{\text{inN}}}\,}

Таким образом, механический выигрыш составного механизма равно произведению механических выигрышей серии простых мехагизмов, которые его образуют.

MAcompound=MA1MA2…MAN{\displaystyle \mathrm {MA} _{\text{compound}}=\mathrm {MA} _{1}\mathrm {MA} _{2}\ldots \mathrm {MA} _{\text{N}}\,}

Точно так же эффективность составного механизма также является произведением эффективностей ряда простых механизмов, которые его образуют.

ηcompound=η1η2…ηN.{\displaystyle \eta _{\text{compound}}=\eta _{1}\eta _{2}\ldots \;\eta _{\text{N}}.\,}

Замена цилиндра замка

Цилиндровый замок врезной с защёлкой удобен тем, что при необходимости не обязательно демонтировать всё устройство – достаточно заменить личинку. Провести замену цилиндра замка можно самостоятельно следуя предложенному алгоритму:

  • Открыть дверь, в торце найти на планке винт возле цилиндра.
  • Выкрутить винт.
  • Если замки с ручками – цилиндр легко достаётся, если без – необходимо вставить ключ в разъём, повернуть против часовой стрелки до упора и потянуть на себя.
  • Затем ключ и ручку чуть передвинуть в противоположную сторону, чтобы рычаг опустился вниз – тогда цилиндр легко выйдет из корпуса.
  • Новый цилиндр помешается в механизм за ручку, или вставленным в него ключом. Следить за положением рычага – он должен полностью быть в секрете.
  • Попробовать закрыть врезной замок с защёлкой, передвигая верёд и назад, что бы он свободно закрывался.
  • Установить на место винт.
  • Проверить работу.

Чтобы заменить личинку накладного замка, корпус необходимо снять с полотна. Затем всё как с предыдущим – найти винт, достать старый цилиндр и заменить новым механизмом.

Чтобы не прогадать с размером цилиндра рекомендуется совершать покупку нового со старым механизмом или измерить его размер.

Примечания

  1. Chambers, Ephraim (1728), Table of Mechanicks, vol. 2, London, England, с. 528, Plate 11
  2. Mechanical sciences: engineering mechanics and strength of materials, Prentice Hall of India
  3. ↑ , Barnes & Noble
  4. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Том 1. — М., Наука, 1964. — с. 162
  5. ↑ , University of Virginia Physics Department
  6. ↑ Prater, Edward L. (1994), , U.S. Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037
  7. U.S. Navy Bureau of Naval Personnel (1971), , Dover Publications
  8. Reuleaux, F. (1963), The kinematics of machinery (translated and annotated by A.B.W. Kennedy), reprinted by Dover
  9. Cornell University, , Cornell University
  10. Chiu, Y.C. (2010), , Delft: Eburon Academic Publishers, с. 42, ISBN 978-90-5972-437-2
  11. Quoted by Pappus of Alexandria in Synagoge, Book VIII
  12. This fundamental insight was the subject of Galileo Galilei’s 1600 work Le Meccaniche (On Mechanics)
  13. Simmons, Ron. Discover! Work & Machines / Ron Simmons, Cindy Barden. — US : Milliken Publishing, 2008. — ISBN 978-1-4291-0947-5.
  14. Gujral, I.S. Engineering Mechanics. — Firewall Media, 2005. — ISBN 978-81-7008-636-9.
  15. ↑ Uicker, Jr., John J.; Pennock, Gordon R. & Shigley, Joseph E. (2003), Theory of Machines and Mechanisms (third ed.), New York: Oxford University Press, ISBN 978-0-19-515598-3
  16. Paul, Burton (1979), Kinematics and Dynamics of Planar Machinery, Prentice Hall, ISBN 978-0-13-516062-6

Структурный анализ рычажных механизмов

Проводя исследование рычажного механизма следует уделять внимание возможности выбора двух основных направлений, одно из которых связано с непосредственным анализом, другой синтезом. Оба понятия существенно отличаются друг от друга, что нужно учитывать

Структурный анализ – процесс определения структурных особенностей, который может заключаться в следующем:

  1. Определении кинематической пары.
  2. Изучение структур групп.
  3. Определение особенностей связи кинематической цепи.

Сегодня анализ проводится для определения дефектов структуры, которые в дальнейшем при необходимости могут устраняться.

Каждый случай исследования по-своему уникален

В рассматриваемом случае уделим внимание плоскому рычажному механизму, характеризующийся нерациональной структурой. Его особенности заключаются в нижеприведенных моментах:

  1. Работоспособность механизма сохраняется исключительно при определенном соотношении длины звеньев. Образующаяся фигура в ходе построения напоминает параллелограмм.
  2. Для исключения вероятности эксплуатации устройства с дефектами следует точно знать о наличии или отсутствии избыточных взаимосвязях, возможности пассивного распространения и их количества. Стоит учитывать, что они могут возникать исключительно в кинематических цепях замкнутого контура.
  3. На сегодняшний день выделяют два основных типа контуров: замкнутые и зависимые. Независимым считается вариант исполнения, у которого хотя бы один элемент контура отличается от других.

Зависимые варианты исполнения дублируют друг друга. Для определения числа контура применяется специальная формула.

Также для исключения вероятности появления дефекта проводится расчет количества структурных групп и некоторые другие моменты. В общем можно сказать, что проводимый анализ направлен на достижение следующих задач:

  1. Построение различных механизмов. При этом проводится определение подвижности и маневренности, так как подобные параметры считаются основными.
  2. Создание плоских механизмов. Процедура подразумевает анализ состава структуры, а также определяет подвижности.

В целом можно сказать, что преследуемые цели зачастую направлены на определение возможной деформации структуры. Провести полноценный анализ можно только при всестороннем рассмотрении механизма.

Современная теория механизмов

Машины рассматриваются как механические системы, состоящие из приводов и простых механизмов, передающих силы и движение, контролируемых датчиками и контроллерами. Компоненты актюаторов и механизмов состоят из звеньев и шарниров, образующих кинематические цепи.

Кинематические цепи

Иллюстрация четырёхзвенного рычага из Кинематики машин, 1876 г.

Простейшие механизмы — это элементарные примеры кинематических цепей, которые используются для моделирования механических систем, начиная от парового двигателя и заканчивая роботами-манипуляторами. Подшипники, образующие ось рычага и позволяющие вращаться колесу, оси и блокам, являются примерами кинематической пары, называемой шарнирным соединением. Точно так же плоская поверхность наклонной плоскости и клин будут примерами кинематической пары, называемой скользящим соединением. Винт обычно обозначается как его собственная кинематическая пара, называемая спиральным шарниром.

Два рычага или кривошипа объединяются в плоскую четырехзвенную рычажную систему путем присоединения рычага, который соединяет выход одного кривошипа с входом другого. Дополнительные звенья могут быть присоединены для образования шестизвенной связи или последовательно для формирования робота.

Классификация механизмов

Идентификация простейших механизмов возникает из желания сосдания систематического метода изобретения новых машин. Таким образом, важная проблема заключается в том, как простые механизмы объединяются для создания более сложных механизмов. Один из подходов заключается в последовательном подключении простых механизмов для получения сложных машин.

Однако более успешная идея была представлена Францем Рёло, который собрал и изучил более 800 элементарных машин. Он понял, что рычаг, блок, колесо и ось — это, по сути, одно и то же устройство: тело, вращающееся вокруг шарнира. Точно так же наклонная плоскость, клин и винт — это блок, скользящий по плоской поверхности.

Эта реализация показывает, что именно суставы или соединения, обеспечивающие движение, являются основными элементами машины. Начиная с четырёх типов шарниров, поворотного шарнира, шарнира скольжения, кулачкового шарнира и зубчатого шарнира, а также связанных соединений, таких как тросы и ремни, можно понять машину как сборку твердых деталей, которые соединяют эти шарниры.

Кинематический синтез

Конструкция механизмов для выполнения необходимого движения и передачи силы известна как кинематический синтез. Это набор геометрических методов для механического проектирования рычагов, кулачковых и ведомых механизмов, зубчатых колес и зубчатых передач.

Самоблокирующиеся механизмы

Самоблокирующееся свойство шурупа служит причиной его широкого использования в резьбовых крепежных деталях, таких как болты и шурупы.

Во многих простейших механизмах, если сила нагрузки Fout на механизме достаточно велика по отношению к входной силе Fin, то механизм будет двигаться назад, при этом сила нагрузки будет создавать работу с входящей силой. Таким образом, эти механизмы можно использоваться в любом направлении, с движущей силой, приложенной к любой точке. Например, если сила нагрузки на рычаге достаточно велика, то рычаг будет двигаться назад, перемещая входной рычаг в противоположном направдении от входной силы (перевесит). Их называют «реверсивными» или «неблокирующими» механизмами.

Однако в некоторых механизмах, если силы трения достаточно велики, никакая сила нагрузки не может сдвинуть их назад, даже если входная сила равна нулю. Это называется «самоблокирующейся», «необратимый» механизмом. Эти механизмы могут быть приведены в движение только силой на входе, и когда сила со входа убрана, они останутся неподвижными, «заблокированными» трением в любом положении, в котором они остановились.

Самоблокировка возникает в основном в механизмах с большими площадями скользящего контакта движущихся частей: винта, наклонной плоскости и клина:

  • Самый распространенный пример — винт. В большинстве винтов приложение крутящего момента к валу может вызвать его вращение, линейное перемещение вала для выполнения работы против нагрузки, но никакая сила осевой нагрузки на вал не заставит его повернуться назад.
  • В наклонной плоскости груз может подниматься вверх по плоскости с помощью боковой входной силы, но если плоскость не слишком крутая и имеется достаточное трение между грузом и плоскостью, то когда входная сила снимается, груз останется неподвижным и будет не скользить по поверхности, независимо от его веса.
  • Клин можно вбить в деревянный брусок силой на конце, например, ударив по нему кувалдой, раздвинув в стороны брусок, но никакая сила сжатия от деревянных стенок не заставит его выскочить обратно из бруска.

Машина будет самоблокирующейся тогда и только тогда, когда её КПД η ниже 50 %:

η≡FoutFindindout<0.50{\displaystyle \eta \equiv {\frac {F_{out}/F_{in}}{d_{in}/d_{out}}}<0.50\,}

Будет ли механизм самоблокирующимся, зависит как от сил трения (коэффициента трения покоя) между его частями, так и от отношения расстояний d in / d out (идеальный механический выигрыш). Если и трение, и идеальный механический выигрыш достаточно велики, то он самоблокируется.

Доказательство

Когда механизм движется в прямом направлении из точки 1 в точку 2, при этом входящая сила выполняет работу с силой нагрузки, то из закона сохранения энергии входная работа W1,2{\displaystyle W_{\text{1,2}}\,} будет равна сумме работ, проделанной с силой нагрузки Wload{\displaystyle W_{\text{load}}\,} и работы потерянной из-за трения Wfric{\displaystyle W_{\text{fric}}\,}

W1,2=Wload+Wfric{\displaystyle W_{\text{1,2}}=W_{\text{load}}+W_{\text{fric}}}

Если КПД ниже 50 % η=WloadW1,2<12{\displaystyle \eta =W_{\text{load}}/W_{\text{1,2}}<1/2\,}

2Wload<W1,2{\displaystyle 2W_{\text{load}}<W_{\text{1,2}}\,}

Из

2Wload<Wload+Wfric{\displaystyle 2W_{\text{load}}<W_{\text{load}}+W_{\text{fric}}\,}
Wload<Wfric{\displaystyle W_{\text{load}}<W_{\text{fric}}\,}

Когда механизм движется назад из точки 2 в точку 1, или когда сила нагрузки выполняет работу над входящей силой, энергия теряется из-за трения. Wfric{\displaystyle W_{\text{fric}}\,}. Аналогично

Wload=W2,1+Wfric{\displaystyle W_{\text{load}}=W_{\text{2,1}}+W_{\text{fric}}\,}

Таким образом, выходная работа

W2,1=Wload−Wfric<{\displaystyle W_{\text{2,1}}=W_{\text{load}}-W_{\text{fric}}<0\,}

Таким образом, механизм самоблокируется, потому что работа, рассеиваемая на трение, больше, чем работа, выполняемая силой нагрузки, перемещающей его назад, даже при отсутствии входной силы.

Устройство и принцип действия одинарного механизма смыкания

Подобный агрегат представлен сочетанием нескольких конструктивных элементов, за счет которых обеспечивается передача и увеличение усилия. Основными деталями можно назвать:

  1. Две неподвижные траверсы. Их соединение проводится при помощи цилиндрической колонны.
  2. Крепление проводится при помощи гаек и контргаек, которые существенно повышают прочность конструкции.
  3. Передача усилия осуществляется за счет гидравлического цилиндра. Его крепление проводится при помощи шарниров.
  4. Также есть серьги.

Принцип действия механизма достаточно сложный. Характеризуется он следующим образом:

  1. Смещение поршня вниз в гидравлическом блоке происходит выпрямление серьги, она совмещается с горизонтальной осью.
  2. В результате совмещения осей происходит соединение шарниров.
  3. Шарниры монтируются так, чтобы при контакте расстояние между ними было меньше, чем суммарная длина обеих серег.
  4. Выпрямление серег происходит за счет распорного усилия.

Приведенная выше информация определяет то, что главным недостатком конструкции становятся нескомпенсированные боковые усилия, которая возникают из-за нагрузки втулок и колонн. Именно поэтому рекомендуется использовать подобный вариант исполнения только в случае передачи небольшого усилия.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Исследуя условия равновесия рычага, ученик выполнил соответствующую лабораторную работу. В таблице представлены значения сил и их плеч для рычага, находящегося в равновесии. Определите, чему равно плечо ​\( l_1 \)​?

1) 12,8 м
2) 2,5 м
3) 0,8 м
4) 0,25 м

2. Ученик выполнял лабораторную работу по исследованию условий равновесия рычага. Результаты для сил и их плеч, которые он получил, представлены в таблице.

Чему равна сила ​\( F_1 \)​, если рычаг находится в равновесии?

1) 100 Н
2) 50 Н
3) 25 Н
4) 9 Н

3. Рычаг находится в равновесии под действием двух сил. Сила ​\( F_1 \)​ = 6 Н. Чему равна сила \( F_2 \), если длина рычага 50 см, а плечо силы \( F_1 \) равно 30 см?

1) 0,1 Н
2) 3,6 Н
3) 9 Н
4) 12 Н

4. Выигрыш в силе, приложенной к грузу, нельзя получить с помощью

1) подвижного блока
2) неподвижного блока
3) рычага
4) наклонной плоскости

5. С помощью неподвижного блока в отсутствие трения силе

1) выигрывают в 2 раза
2) не выигрывают, но и не проигрывают
3) проигрывают в 2 раза
4) возможен и выигрыш, и проигрыш

6. С помощью подвижного блока в отсутствие трения

1) выигрывают в работе в 2 раза
2) проигрывают в силе в 2 раза
3) не выигрывают в силе
4) выигрывают в силе в 2 раза

7. На рисунке изображён неподвижный блок, с помощью которого, прикладывая к свободному концу нити силу 20 Н, равномерно поднимают груз. Если трением пренебречь, то масса поднимаемого груза равна

1) 4 кг
2) 2 кг
3) 0,5 кг
4) 1 кг

8. Наклонная плоскость даёт выигрыш в силе в 2 раза. В работе при отсутствии силы трения эта плоскость

1) даёт выигрыш в 2 раза
2) даёт выигрыш в 4 раза
3) не даёт ни выигрыша, ни проигрыша
4) даёт проигрыш в 2 раза

9. Вдоль наклонной плоскости длиной 5 м поднимают груз массой 40 кг, прикладывая силу 160 Н. Чему равна высота наклонной плоскости, если трение при движении груза пренебрежимо мало?

1) 1,25 м
2) 2 м
3) 12,5 м
4) 20 м

10. Груз массой 10 кг поднимают по наклонной плоскости длиной 2 м и высотой 0,5 м, прикладывая силу 40 Н. Чему равен КПД наклонной плоскости?

1) 160%
2) 62,5%
3) 16%
4) 6,25%

11. Груз поднимают с помощью подвижного блока радиусом ​\( R \)​ (см. рисунок). Установите соответствие между физическими величинами (левый столбец) и формулами, по которым они определяются (правый столбец).

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) плечо силы ​\( \vec{F}_1 \)​ относительно точки A
Б) плечо силы \( \vec{F}_2 \) относительно точки A
B) момент силы \( \vec{F}_1 \) относительно точки A

ФОРМУЛЫ
1) ​\( F_1R \)​
2) \( 2F_1R \)
3) \( \frac{F_1}{R} \)
4) ​\( R \)​
5) ​\( 2R \)​

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Любой простой механизм даёт выигрыш в силе.
2) Ни один простой механизм не даёт выигрыша в работе.
3) Наклонная плоскость выигрыша в силе не даёт.
4) Коэффициент полезного действия показывает, какая часть совершенной работы является полезной.
5) Неподвижный блок даёт выигрыш в силе в 2 раза.

Часть 2

13. Чему равна сила, с которой действуют на брусок массой 0,2 кг, перемещая его по наклонной плоскости длиной 1,6 м и высотой 0,4 м, если КПД наклонной плоскости 80%.

Заключение

Как стало ясно, простые механизмы существенно облегчают труд человека. Они могут состоять из одной или нескольких деталей. При этом даже при наличии двух и более элементов могут оставаться простыми, но могут являться и достаточно сложными. Различные агрегаты, печатные прессы, двигатели включают в себя несколько деталей. Среди элементов есть и рычаги, блоки, винты, колеса на осях, наклонные плоскости, клин. Все эти приспособления работают в комплексе. Благодаря им человек существенно облегчает труд. Передача механической энергии от одной части устройства к другой может осуществляться по-разному. Цепи, ремни, шестерни или зубчатые колеса считаются наиболее распространенными устройствами, способствующими передаче усилия и заставляющими отдельные элементы двигаться медленнее или быстрее, в том или ином направлении. Сложными и высокоскоростными устройствами управляют, как правило, электронные приборы. Электрические датчики благодаря особой настройке показывают, когда необходимо включать тот или иной механизм, следят также за корректной и стабильной работой системы. Многие устройства пришли в современную жизнь человека из самой древности. Люди постоянно совершенствуют сложные механизмы, расширяя таким образом сферу их применения

Несомненно, в повседневной жизни человека различные устройства занимают очень важное место. Многое невозможно представить без использования простых и сложных механизмов

Приспособления широко применяются в строительстве, сельском хозяйстве, при добыче полезных ископаемых и в прочих областях деятельности человека.

  • Растения отдела «Голосеменные растения»: признаки, особенности строения, примеры
  • Методы расчета цепей Схема трёхфазного выпрямителя с нулевой точкой изображена на рисунке
  • Теория строения А.М. Бутлерова
  • Индикатор объема Better Volume
  • Всё про термопары: принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д
  • РАЗВИТИЕ РЕЧИ и АССОЦИАТИВНЫЕ ЗОНЫ
  • Сибирские ученые создали прибор для обнаружения токсичных наночастиц
  • Что такое ГЭП — объяснение простыми словами + рекомендации
  • Что будет, если Земля прекратит вращение вокруг своей оси
  • ЗАВОД: Химические пенообразователи

← Заметка о мошенничестве в области ипотеки (залога недвижимости) « Авторский блог об успехе, бизнесе и недвижимостиЗагородный дом: простые человеческие желания — Стройка, ремонт →