Это всего лишь игрушка, изобретённая 2000 лет назад. Струи воды, вытекая из трубок, заставляют сосуд вращаться, причем в направлении, противоположном течению воды. Кстати, и Робик с трудом удерживает шланг, который при вытекании струи толкает его назад. Этот же принцип используют в современных реактивных двигателях.
Двигатели самолёта гонят потоки газа с громадной скоростью и развивают такую силу тяги, что даже тысячи Робиков не смогут противостоять ей и удержать самолёт от движения
Реактивная сила
Реактивная сила
сила
сила
Поток газа образуется при сгорании топлива
Топливо в двигат ели поступает из плоских баков, расположенных в крыльях
Поток воздуха необходим для сгорания топлива
УДИВИТЕЛЬНАЯ
МЕХАНИКА
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Подача топлива из бака в камеру сгорания
Реактивная сила потока газа
Передняя подшипниковая опора вала
Камеры сгорания топлива в воздухе представляют собой \ небольшие реактивные двигатели, из которых потоки газа направляются
Лопастные роторы \ к турбинам компрессора установлены на полом валу. Компрессор
Поток воздуха, перемещаемый вентилятором
Сила тяги,	/
развиваемая вентилятором
Направляющие лопатки турбины не допускают закручивания потока газа, и через них воспринимаются реактивные силы (сила тяги и реактивный момент)
Сопло
Вентилятор
Поток газа с большой скоростью вырывается наружу
Направляющие лопатки не допускают закручивания потока воздуха: изменяют направление потока, заданное
Направляющие лопатки компрессора
Вторая турбина вращает вал, на котором закреплён вентилятор
Первая турбина через полый вал передаёт вращение лопастным роторам компрессора
В этом двигателе сила тяги, развиваемая вентилятором, и реактивная сила потока газа суммируются, в результате образуется общая сила, которая толкает корпус двигателя вместе с самолётом вперёд.
вентилятором, на продольное. Они также служат опорой для внутреннего корпуса, и через них воспринимаются реактивные силы (сила тяги и реактивный момент)
нагнетает воздух в камеру сгорания
МОСКВА • МАШИНОСТРОЕНИЕ
Александр Крайнев
УДИВИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
МОСКВА «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
2005
УДК 621.01
ББК 34.41
К78
Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, опубликованных в данной книге, допускаются только с разрешения издательства и со ссылкой на источник информации.
Крайнев А.Ф.
К78 Удивительная механика. - М.: Машиностроение, 2005. 120 с., ил.
В краткой и популярной форме, в основном в виде красочных рисунков приведены начальные сведения о физических явлениях и закономерностях процессов, встречающихся в современных машинах.
Рассказано, как бороться с трением, инерцией и вибрациями и каким удивительным образом они служат человеку. На большом числе примеров продемонстрировано преобразование простого рычага в сложнейшие механизмы и не менее удивительное превращение клина в винт, вентилятор, в шнек мясорубки, в несущий винт вертолета и даже в турбовентиляторный двигатель.
Представлены “прозрачными” лифт, эскалатор, грузоподъемный кран и экскаватор, пресс, двигатель внутреннего сгорания, коробка передач, гидронасос и гидромотор, гидроэлектростанция, обрабатывающий станок и многое другое.
В приведенных пояснениях удалось обойтись без математических формул. Книга рассчитана на широкий круг читателей, в том числе учащихся.
Для понимания представленных решений не нужно быть специалистом в данной области, достаточно иметь самые элементарные знания физики.
УДК 621.01
ББК 34.41
ISBN 5-217-03276-6
ISBN 5-94275-156-0
© А.Ф. Крайнев, 2005
© ОАО “Издательство “МАШИНОСТРОЕНИЕ”, 2005
© ООО “Издательство МАШИНОСГРОЕНИЕ-1”, 2005
СОДЕРЖАНИЕ
Эскалатор
Полиспаст с. 40, 41
Механизмы лифта с. 34...36
Подшипники качения - /У с- 18 (П
Шлицевое соединение для передачи вращающего момента - с. 12
Ленточный конвейер - с. 20
Рычажные весы - с. 33
Центробежное литьё - с. 26
Подшипник скольжения - с 15
Грузоподъёмная лебёдка -с. 41
Зубчаторемённая передача - с , 42
Введение - с. 8
Движение и силы - с. 9... 13 Трение мешает движению, но без него не обойтись - с. 14...16 Уменьшение сил трения.
Подшипники - с. 17, 18
Полезное трение. Фрикционные механизмы и соединения - с. 19...24 Инерция препятствует разгону, замедлению или повороту - с. 25 Решения технических задач с помощью сил инерции - с. 26...28 Равновесие механических систем (тел, соединений, механизмов) - с. 29...31 Деформирование и разрушение - с. 32 Рычажные весы и уравнительные механизмы - с. 33...39
Полиспасты - с. 40, 41 Зубчато-ремённые и цепные передачи - с. 42, 43
Тележка тепловоза с установкой колёс на равноплечих рычагах - с. 37
Удивительная механика.
JJ
СОДЕРЖАНИЕ
Дисковый тормоз с гидроприводом с. 56
Ковочно-штамповочный пресс - с. 63
Силовой гидроцилиндр - с. 55
Станок-качалка для добычи нефти - с. 58
Зубчатые механизмы - с. 44...52 Гидроцилиндры и насосы - с. 53...57 Машины на основе рычажных механизмов - с. 58...64
Редуктор U механизма поворота	.
платформы - с. 48
Коническая зубчатая передача с дифференциальным механизмом - ___
с- 49	У
Глубинный поршневой насос - с. 58
Многоскоростная зубчатая передача - с. 50...51

Дифференциальный механизм автомобиля - с. 49
4
Удивительная механика.
СОДЕРЖАНИЕ
Экскаватор - с. 62
Двигатель внутреннего сгорания -с. 65-69
J Подъём подводной лодки -
\ С. 73
Дисковая пила - с. 71
Механизмы свободного хода - с. 72
Бульдозер с клиновым отвалом - с. 70
Металлообрабатывающий станок - с. 64
Грузоподъёмный кран - с. 61
Машины на основе рычажных механизмов - с. 58—64 Поршневые двигатели внутреннего сгорания - с. 65—69 Клин в технологических процессах - с. 70, 71 Клиновые механизмы - с. 72, 73
Удивительная механика.
СОДЕРЖАНИЕ
Вертолёт - с. 88
Бур - с. 85
Мясорубка - с. 80
Винтовая прокатка трубы - с. 77
Винтовая гидротурбина - с. 83
Болтовое соединение с. 79
Бетономешалка - с. 8!
Гребной винт - с. 87
Сверло - с. 85
Винтовой пресс - с. 78
Червячная передача -с. 76
Винт, винтовые механизмы и соединения - с. 74...79 Винтовые конвейеры, насосы и турбины - с. 80...84 Режущие винты - с. 85 Винтовые движители - с. 8б...89
Самонарезающий винт - с. 85
Удивительная механика.
СОДЕРЖАНИЕ
Аэродинамическая труба - с. 82
Демпфер с. 97, 98
Самолёт с. 89...91
Виброзащитная подвеска машины -с. 94-99
Турбовентиляторный двигатель - с. 92, 93
Вибростенд для уплотнения бетона - с. 101
Стиральная машина - с. 99
Дробеструйная обработка деталей - с. 100
Механизмы танка - с. 47, 95
Аэродинамическая труба - с. 82 Реактивные самолёты и двигатели - с. 90—93
Удары, вибрации и защита от них - с. 94—99 Использование ударов и вибраций в технологических процессах - с. 100... 103
Приложение. Продолжение и развитие темы современного конструирования и новейшихтехнологий - с. 104—119
Удивительная механика.
7
ВВЕДЕНИЕ

"Те, кто влюбляются в практику без теории, уподобляются мореплавателю, садящемуся
в корабль без руля и компаса и потому никогда не знающему, куда он плывет" Леонардо да Винчи
Повествование в данной книге в основном построено на картинах из мира машин и механизмов. Раскрывать сущность устройств помогают придуманные мною сказочные герои Робик и Магик. Причем Робик был моим помощником ещё лет 30 назад, когда я читал лекции для студентов и инженеров по конструированию машин. Изображённый мелом на доске он наглядно демонстрировал взаимодействие тел: толкал тяжёлые „ блоки, вращал рукоятку лебёдки, тянул канат, раскачивал маятник и выполнял много других трудных дел. А вот Магик появился сравнительно недавно.
В его задачу входит выполнение всяких волшебных превращений и изложение ’— обобщающих пояснений. Робик и Магик хорошо себя зарекомендовали	Tvl
в серии цветных вкладок на тему “Учимся конструировать” (Справочник. X X Инженерный журнал). Серия начата с середины 2002 г., и она по сути является продолжением приводимых здесь сведений. Редакция намерена помещать материалы данного плана в каждом номере журнала и в будущем. Чтобы расширить круг читателей, мы пришли к выводу о необходимости издания небольшого пособия, ознакомившись с которым, можно было бы понимать более сложные вещи в области современного конструирования и новейших технологий.
В предлагаемой Вашему вниманию книге я постарался дать ответы на многие вопросы, которые возникают при внимательном знакомстве с техникой. Как можно судить по названию, речь идёт в основном о конструкциях машин. Само слово ’’механика” в древности толковалось как “искусство (уловка, хитрость, умение) построения машин”. А удивительной механика названа потому, что самые, казалось бы, вредные механические свойства или явления неожиданно могут принести большую пользу.
В современном представлении машину определяют как устройство, содержащее двигатель (источник механической энергии); механизм (совокупность звеньев, преобразующих движение и силы); рабочее оборудование (’’рабочий орган”, инструмент, выходное звено) и систему управления (’’мозг машины”). Машины -это существенная часть искусственного мира. Основная их черта - заметное для человека движение в отличие от другой части мира, представляющей собой неподвижные сооружения. Принципы создания и функционирования машин и сооружений в большей части общие, чем раздельные.
Так или иначе, многим из Вас придётся или приходится участвовать в создании новой техники (этим, кстати, напрямую и косвенно занимается около
1/3 специалистов на земле). Начинать готовиться к этому нужно как можно раньше. С самого начала надо понять, почему технику следует всё время совершенствовать. Совокупность новых знаний (их еще называют интеллектуальной собственностью) в стоимости современной машины составляет большую её часть. Чтобы создавать новые машины, можно, конечно, покупать чужие знания и опыт, но в этом случае мы заведомо будем отставать от тех, кто уже разработал и выпускает машины. Нам ведь потребуется ещё много времени и материальных средств, чтобы воплотить какую-либо идею в жизнь. Поэтому стоит самим получать новые технические решения. Для этого нужно тщательно изучать весь предшествующий опыт. Никогда не начинайте создавать новое с пустого места (особенно не делайте этого, разрушив старое), постарайтесь только усовершенствовать уже известное. А ещё при создании машин необходимо усвоить следующие три правила:
-	машина должна быть безопасной и не причинять вреда людям и окружающей среде;
-	её нужно делать аккуратно и точно в соответствии с намеченной рабочей задачей;
-	она должна быть красивой и удобной.
Чтобы выполнять эти правила потребуются знания из многих областей науки, но мы начнём пока с свмых элементарных сведений и, возможно, кое-что повторим (или дополним) из того, что уже Вам известно.
8
Удивительная механика.
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
Любая машина характеризуется движением (перемещением с места на место или вращением) её частей (деталей, звеньев). Чтобы задать движение одной из её частей, нужно воздействовать (например, давить или тянуть) на неё другой частью. Такое воздействие называют силой. Изображают её в виде прямой линии и стрелки на конце, а вращение показывают в виде дуги со стрелкой. Направление (скорости) движения изображают также в виде стрелки. Если сила способствует разгону (ускорению), поддержанию равномерного прямолинейного движения или препятствует замедлению, это движущая сила. Она совпадает с направлением движения. А вот если сила препятствует разгону (замедляет движение) или полностью уравновешивает движущую силу при равномерном движении, то её называют силой сопротивления. Она всегда направлена навстречу движению. Одним из основных видов сопротивления движению является трение. Сила трения всегда направлена навстречу движущей силе. А вот инерция - сопротивление разгону, замедлению или повороту тела, обусловленное только его массой. При равномерном и прямолинейном движении инерция отсутствует. Что же касается движущей силы, то она представляет собой либо давление одного тела на другое, либо сцепление (трение) одного тела с другим. Сила инерции в случае торможения (например, в результате трения тел) совпадает с направлением движения и является при этом движущей силой. Из возможных сил стоит отметить реакцию - противодействие одного тела (в том числе неподвижного) другому.
Направление вращения рукоятки под действием опускающегося груза
Момент сил инерции препятствует разгону барабана
Реакция
(противодействие) рукоятки
на Робика
Движущая сила -воздействие Робика на рукоятку
Сила тяжести подвешенного груза
-Плечо (приложения) движущей силы
Вращающий
момент - произведение силы на плечо
Момент сил трения в подшипниках
всегда направлен навстречу движению
Плечо (приложения) силы натяжения каната (силы тяжести подвешенного груза) на барабане
Сила тяжести подвешенного на канате груза здесь является силой сопротивления. Если её умножить на радиус барабана, то получится момент силы сопротивления, который противодействует моменту движущей силы
Здесь Робик отпустил рукоятку, и барабан начал вращаться (в направлении, противоположном тому, которое было при подъёме груза). Движущей силой теперь стала сила тяжести подвешенного груза. Опускаясь, груз разгоняется (движется всё быстрее и быстрее), но всё же его ускорению препятствуют моменты сил инерции барабана и сил трения в подшипниковых опорах. А вот если бы канат оборвался, то ускорение падения груза увеличилось бы.
Удивительная механика.
9
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
I
СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ (ОДНОГО ТЕЛА НА ДРУГОЕ) И МОМЕНТЫ СИЛ
Плечо движущей силы руки
Плечо сил ! сопротивления гайки
Здесь показаны силы, приложенные
к инструменту со стороны взаимодействующих
с ним тел.
А Направление ’момента движущей силы совпадает с направлением вращения (поворота) гаечного ключа
Сила
руки,
Рычаг не обязательно служит
Сила тяжести груза
Направление движущей силы-совпадает с направлением поворота молотка
-Плечо движущей силы руки
Плечо силы сопротивления выдёргиванию гвоздя
уравновешивающая
для увеличения силы,
силу тяжести груза
К рычагу обычно
Поддерживающая сила руки зачастую он просто позволяет в этих случаях равна сумме выполнить какую-либо работу, двух других сил
приложены три силы, и их соотношение не зависит от того, какое из мест приложения силы представляет собой неподвижную опору. Более того, все воздействующие тела могут быть подвижными или неподвижными. К этому мостику (балке на двух опорах) приложены силы точно так же, как и к рычагу, но в данном случае он неподвижен.
Реакция
опоры
Сила тяжести перемещаемого груза
Поддерживающая сила руки
Направление движения руки штукатура при набрасывании строительного раствора на стену
Захватываемый предмет
Сила сопротивления-сжатию захватываемого предмета
Передвижение Робика приведёт к изменению соотношения плеч и, соотвественно, к изменению соотношения
Равнодействующая * (суммарная)
Шарнирное соединение рычагов
сжимающей силы руки
Плечо силы сопротивления сжатию
реакций опор, хотя их сумма будет оставаться прежней.
сила тяжести Реакция
балки и Робика опоры

10
Удивительная механика.
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
ПЕРЕДАЧА ВРАЩАЮЩЕГО
Вращающие силы руки распределены по поверхности рукоятки отвёртки и приложены на большем плече, чем силы сопротивления со стороны шурупа. При равенстве величин моментов суммарные силы на рукоятке меньше сил на рабочих кромках отвёртки. Таким образом, соотношение сил здесь такое же, как в обычном рычаге.
МОМЕНТА
| Сила давления отвёртки на кромку плоского шлица
Отвёртка Плечо пары сил
Отвёртка
Вращающий момент
Момент сопротивления вращению
Вращающий момент
Здесь острая кромка легко сминается при нажатии ''---
на неё плоскостью отвёртки
Силы сопротивления вращению шурупа приложены к рабочи кромкам отвёртки
Вращающий момент
Крестообразное углубление для отвёртки
Четырёхгранное отверстие под ключ
Вращающий момент и направление вращения
Момент сопротивления вращению при завинчивании винта (шурупа) Головка гаечного ключа с замкнутым профилем паза и с выступами, давящими только на боковые плоскости гайки, а не на её кромки (для уменьшения смятия)
Плечо сил сопротивления вращению гайки
Только при равенстве величин параллельных сил образуется вращающий момент в виде пары сил. Но если силы различны по величине или пересекаются (расположены под углом друг к другу), то обязательно возникнет третья сила - реакция опоры (например, боковая сила руки, воздействующей на отвёртку).
Замкнутый профиль крестообразного углубления (под отвёртку) менее подвержен разрушению (смятию), чем плоский шлиц.
Крестообразное
-^Силы, действующие на выступы, в реальных условиях не бывают одинаковыми
Вращающий момент
КРУЧЕНИЕ ЦИЛИНДРА
Момент сопротивления вращению
Вращающий момент и направление вращения
На цилиндре (валу) предварительно были нарисованы продольные полосы. После приложения моментов к его концам продольные полосы превратились в винтовые. Для многих материалов и деталей такое деформирование настолько мало, что даже незаметно для глаз и может быть измерено только специальным прибором. Момент, вызывающий деформацию кручения, называют крутящим моментом. В данном примере он равен вращающему моменту.
Удивительная механика.
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА
Охватывающая Сила Давления на шпонку деталь \	X
ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Охватывающая деталь (колесо, шкив, диск, маховик, барабан, рычаг)
Шпоночный паз в отверстии охватывающей детали
При сборке шпонку
Подшипниковая опора вала
вводят в паз
охватывающей детали
ШЛИЦЕВОЕ (ЗУБЧАТОЕ)
СОЕДИНЕНИЕ
Плечо силы давления на шпонку Сила давления охватывающей детали на вал
Шпонка перед установкой в паз вала
Паз шпонки
Врашаюший момент вала уравновешен моментом сил давления на шпонку и цилиндрическую поверхность вала со стороны охватывающей детали
Охватывающая деталь не может провернуться на валу, так как этому препятствует шпонка. Но всё же при большом вращающем моменте она может быть разрушена, поэтому лучше применять шлицевое соединение деталей.
Зубья, сформированные на валу, при сборке вводят в шлицевые пазы охватывающей детали
Охватывающая деталь
Шлицы
- это пазы между зубьями
Охватывающая деталь имеет шлицы, выполненные в отверстии
При плотном прилегании поверхностей деталей в передаче вращающего момента может участвовать большое количество пар зубьев. Врашаюший момент вала здесь уравновешивается общим моментом сил давления
на боковые поверхности зубьев
Вращающий момент
12
Удивительная механика.
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
Реакция соседнего камня
Сила тяжести
КЛИНОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ
Во всех этих примерах силу тяжести или силу удара можно представить в виде диагонали параллелограмма и разложить на две составляющих силы (стороны параллелограмма) по направлениям их действия.
ила тяжести
Сила растяжения каната
Сила тяжести подвешенного груза
Толкать ящик по наклонной доске легче, чем просто поднимать его.
Здесь Робик преодолевает только небольшую составляющую часть (вдоль доски) силы тяжести и силу трения.
Стропило
Стена
.	Реакция опоры
Стена Поперечная балка
Чем более пологой выполнена крыша, тем больше величины реакций поперечной балки на стропило, и тем больше нагрузка растяжения, действующая на балку. А вот если стропило опереть непосредственно на стены (без балки или стягивающего стержня), то боковые силы будут их распирать (могут раздвинуть и даже совсем обрушить). Представленная здесь схема сил лишь весьма приближённо отражает действительную картину, но она позволяет ощутить клиновое взаимодействие стержней стропила и балки.
Робик, приподнимая ящик с помощью клина, по сути, раздвигает поверхности так же, как и при раскалывании полена.
С помощью клина можно преобразовывать силы почти так же, как и с помощью рычага. Кстати, о возможностях рычага и клина знали ещё в древности. Достаточно вспомнить весло (рычаг), топор или копьё (клин). Мостик, на котором стоит Магик, сложен из камней клиновидной формы, благодаря чему они сильно прижаты друг к другу. Такое сооружение может выдержать довольно большую нагрузку. В основе клинового взаимодействия лежит передача сил давлением тел только по нормали (перпендикулярно) к поверхности их взаимодействия (контакта). Правда, пока здесь не учитываются силы трения, а они направлены вдоль поверхности контакта и могут довольно сильно влиять на соотношение сил.
Сила \ удара
Боковая реакция полена на забиваемый клин
Если распределенную нагрузку от сил тяжести стропила, покрытия и снега на крыше приближённо представить в виде одной (равнодействующей) силы, то её можно разложить на составляющие силы, направленные вдоль стержней стропила. Эти составляющие вызывают реакции опор, равные им по величине и противоположно направленные.
Удивительная механика.
ТРЕНИЕ МЕШАЕТ ДВИЖЕНИЮ, НО БЕЗ НЕГО НЕ ОБОЙТИСЬ
СИЛЫ И МОМЕНТЫ СИЛ ПРИ СКОЛЬЖЕНИИ
Движущая сила
Сила тяжести
Плечо приложения движущей силы
Сила сцепления (трения) ног с полом
Ой! Ноги скользят, а блок ни с места.

Наибольшее^ (возможное) плечо приложения силы тяжести,
Каким бы сильным не был Робик, ему не удастся создать движущую силу больше силы сцепления (трения) его ног с
полом.
Чтобы сдвинуть блок с места, сила сцепления (трения) ног с полом должна быть больше силы трения скольжения блока по полу. Сила трения
Реакция пола на блок может сместиться до самого ребра, вокруг которого возможно опрокидывание
Силу сцепления предметов вдоль их поверхности соприкосновения при отсутствии скольжения называют силой трения (покоя).
при котором из-за момента движущей силы блок начинает отрываться от пола
Силу сопротивления скольжению одного предмета по другому называют силой трения (скольжения).
Сила трения обычно тем больше, чем крупнее шероховатости и чем сильнее скользящие предметы прижаты друг к другу.
При очень больших выступах и впадинах, когда скольжение
Даже если поверхности трушихся предметов кажутся гладкими, на них всегда можно обнаружить шероховатости, которые в основном и создают сопротивление скольжению.
невозможно, взаимодействие выступов называют зацеплением.
Скольжение возможно, когда движущая сила больше силы трения в начале движения или равна ей
Движущая сила
Здесь показаны только движущая сила и сила трения
в процессе движения.
Движущая сила
При трогании с места сила трения обычно больше, чем при скольжении.
Сила тяжести
Наибольшее (возможное) плечо
Здесь плечо приложения ---движущей силы довольно мало, а плечо приложения силы тяжести велико, поэтому возможно только скольжение и невозможно опрокидывание
приложения силы тяжести

14
Удивительная механика.
ТРЕНИЕ МЕШАЕТ ДВИЖЕНИЮ, НО БЕЗ НЕГО НЕ ОБОЙТИСЬ
Уменьшить силу трения скольжения можно несколькими способами (отдельно и в совокупности):
-	выполнить трущиеся детали из специального (антифрикционного) материала (например, одну деталь - из бронзы, другую - из закалённой стали), лучше выполнить только втулку или вкладыш из антифрикционного материала, а ещё лучше сделать эту деталь многослойной;
-	сделать трущиеся поверхности достаточно твердыми и как можно более гладкими (уменьшить шероховатости), причем твёрдой выполняют обычно одну из деталей, а вторая имеет мягкий слой, поверхность которого прирабатывается (выглаживается) при скольжении; - смазывать трущиеся поверхности специальным материалом (жидким или пластичным), иногда одну из деталей выполняют пористой, а поры заполняют смазочным материалом;
-	непрерывно подавать (например, накачивать под давлением) смазочный материал
в пространство между трущимися поверхостями (при этом сила трения будет незначительной). Существенным образом можно уменьшить силу трения, если перейти на качение одного предмета по другому, разместив между трущимися поверхностями круглые катки (ролики или шарики) или выполнив одну из трущихся деталей в виде круглого цилиндра или шара.
СИЛЫ И МОМЕНТЫ СИЛ ПРИ СКОЛЬЖЕНИИ ТЕЛ,
Вращающийся вал "всплывает' в слое масла
тяжести
Движущая сила
Благодаря наклону лыж по отношению к набегающему потоку Робик легко скользит по воде и не тонет.
Реакция воды при достаточно быстром движении и наклонном положении лыж представляет собой сумму вертикальной (подъёмной) силы и небольшой силы трения (вдоль поверхности)
Подача масла от насоса
Врашаюший момент
Ползун "плывёт” по слою масла так же, как лыжи скользят по воде
Здесь подъёмная сила уравновешивает силу тяжести Движущая сила
Сила трения
При вращении вала слои масла "втягиваются' в серповидный зазор под валом и создают подъёмную силу
Подача масла \ от насоса
Неподвижный корпус
Втулка или вкладыш из антифрикционного материала
При таком смешении силы тяжести ползун может наклониться, в результате чего зазор станет клиновидным
-Только при наличии клиновидного зазора и достаточной скорости движения возможно получение подъёмной силы масляного слоя
Удивительная механика.
ТРЕНИЕ МЕШАЕТ ДВИЖЕНИЮ, НО БЕЗ НЕГО НЕ ОБОЙТИСЬ
СИЛЫ И МОМЕНТЫ СИЛ ПРИ ОПРОКИДЫВАНИИ И КАЧЕНИИ
Опрокидывающий момент	Движущая сила	Здесь момент движущей силы
и направление опрокидывания	больше момента силы тяжести,
поэтому стало возможным опрокидывание предмета вокруг ребра поворота
Движущая сила
Сила тяжести
Ребро поворота Сила тяжести
Плечо силы тяжести
Сила трения должна быть достаточно большой, чтобы ребро поворота не могло скользить
Сила трения Плечо движущей силы
Чем меньше опорная плошадка у бруса или многогранника, тем легче его опрокинуть. Но для этого нужна неподвижная опора (ребро поворота), создаваемая силой трения.
У круглого цилиндра опорная площадка настолько мала, что опрокидывание превращается в непрерывное качение под действием небольшой движущей силы.
Движущая сила
Плечо движущей силы
Сила тяжести
Сила трения
Движущая сила
Ребро поворота
Плечо силы тяжести
Многогранник
Сила трения
Сила тяжести
Круглый цилиндр
Если сила трения очень мала, то даже круглый цилиндр может скользить, а не катиться.
Ребро поворота
КАЧЕНИЕ НЕПРИВОДНОГО КОЛЕСА ПО МЯГКОЙ ИЛИ ТВЁРДОЙ ДОРОГЕ
Неприводное колесо движется
Недостаточно накачанная
При малой силе трения
за счёт толкающей или тянущей движущей силы, приложенной
к оси колеса (через подшипник)
Сила
шина продавливается на твёрдой дороге
(недостаточной, чтобы преодолеть момент трения
Сила трения
Чем больше колесо погружается в грунт или чем больше оно продавливается, тем труднее его катить (требуется большая движущая сила)
Сила трения
Сила тяжести
Движущая сила
в подшипниковой опоре) неприводное колесо будет скользить по дорожному полотну, не вращаясь
Направление движения
Здесь между шиной и дорогой образовался клиновидный слой воды, и сила трения настолько мала, что колесо движется самопроизвольно (не подчиняясь торможению или повороту)
16
Удивительная механика.
УМЕНЬШЕНИЕ СИЛ ТРЕНИЯ. ПОДШИПНИКИ
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ БРУСА НА КАТКАХ
Брус лежит на четырёх одинаковых катках на ровной и твердой дорожке. Реакции дорожки на катки одинаковые и каждая из них равна четверти от силы тяжести бруса.
Реакции дорожки качения на катки
Чтобы уменьшить сопротивление движению, нужно поверхности качения выполнить твёрдыми и гладкими. При этом катки должны быть круглыми и одинаковыми.
Здесь два катка оказались чуть большего диаметра, чем два других катка, и вся сила тяжести воспринимается ими, а два малых катка даже не касаются поверхности бруса.
Приложение движущей силы на некотором плече от поверхности качения привело к перераспределению нагрузки на катки, но при твёрдых и гладких поверхностях это почти не влияет на сопротивление качению.
В следующем примере дорожка под наиболее нагруженным катком продавилась настолько, что сопротивление качению существенно увеличилось. При этом брус под действием момента движущей силы наклонился настолько, что каток большого диаметра (на рис. крайний слева) оказался ненагруженным.
ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ
Ось подшипника при нагружении смешается от центра не менее чем на половину зазора
Подшипник качения имеет замкнутые (в виде круглых колец) дорожки качения и круглые катки -ролики или шарики. Даже если они одинаковые,
и давит на нижние катки.
Внешнее кольцо
Зазорг
а дорожки почти не продавливаются, всю нагрузку
воспринимают только нижние катки (в данном примере). При этом внутреннее и внешнее кольца сближаются в направлении действующих сил и сдавливают находящиеся между ними катки.
Общая
на катки
со стороны оси
Реакция дорожки качения на каток
Ролик

Удивительная механика.
17
УМЕНЬШЕНИЕ СИЛ ТРЕНИЯ. ПОДШИПНИКИ
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ СЛУЖАТ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ
СИЛ ТРЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ И ОПОРАХ
У этих подшипников, изготовленных на заводе, специально вырезаны части деталей только для того, чтобы лучше можно было рассмотреть их устройство.
Шарик
Борт кольца удерживает ролики от осевого перемещения
Внешнее кольцо
Внутреннее кольцо Ролик
В этом подшипнике вместо роликов использованы шарики, которые катятся по кольцевым жёлобам. Сепаратор здесь пока не установлен
Сепаратор отделяет соседние ролики один от другого перегородками. Здесь он выполнен в виде кольца с окнами, в которых установлены ролики. Сепаратор обычно выполняют из антифрикционного материала (латуни или пластмассы)
Желоб внешнего кольца
Жёлоб внутреннего кольца
Этот сепаратор выполнен в виде двух скреплённых между собой изогнутых лент из сравнительно мягкой стали.
Кольца подшипника и тела качения делают из специальной закалённой стали
ПОДШИПНИК
С ПРУЖИННЫМИ РОЛИКАМИ
Трубчатый ролик	Радиальная
с винтовой прорезью	нагрузка
Рабочие поверхности колец и тел качения (роликов или шариков) выполняют твёрдыми и гладкими.
Радиальная
-Этот подшипник наряду с пружинными роликами имеет пружинные кольца, и поэтому он способен воспринимать ещё большие ударные нагрузки. Здесь для наглядности кольца сдвинуты относительно ^сепаратора вдоль оси Внешнее пружинное Пружинные ролики кольцо
F
Внешнее кольцо
Пружинные ролики при радиальном деформировании (сжатии) “смягчают” ударные нагрузки
I
Соединительный стержень - ось ролика
Перемещение при сборке подшипника
Внутреннее кольцо
Сепаратор в виде
"беличьего колеса'
Внутреннее пружинное кольцо Сепаратор
18
Удивительная механика. I
ПОЛЕЗНОЕ ТРЕНИЕ. ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
Если в подшипниках добиваются уменьшения сил трения, то в передаточных фрикционных механизмах стремятся обеспечить сцепление без скольжения взаимодействующих тел. Всё же при нормальной нагрузке имеет место незначительное скольжение, а вот если действующие силы превысят допустимые, то начинается пробуксовка, и передачи движения не будет. Пробуксовка может иметь место при недостаточном натяжении гибкой детали (ленты, ремня или каната) и, соответственно, недостаточном её прижатии к приводному барабану или шкиву.
В то же время, если сильно натянуть гибкую деталь, то потребуется больше энергии для действия механизма, а кроме того, она может и порваться. Чтобы улучшить сцепление деталей при нормальном натяжении, стремятся увеличить дугу огибания гибкой деталью приводного барабана или шкива. В ленточных конвейерах рабочую поверхность барабана делают рифлёной, а в ременных и канатных передачах на приводном шкиве протачивают канавки клиновидного профиля. Ремень или канат прижимается к боковым поверхностям канавки с большей силой, чем к шкиву без канавок, при той же силе натяжения.
КАНАТОВЕДУЩИЙ ШКИВ
Канатоведуший шкив позволяет за счёт трения (сцепления) преобразовывать своё вращение в натяжение и продольное перемещение каната. Благодаря этому можно поднимать грузы на большую высоту без наматывания каната на барабан, как это делают в грузоподъёмных лебёдках.
Силы трения (сцепления) каната со шкивом распределены по дуге прилегания^ каната к шкиву
Обе ветви каната обязательно должны быть натянуты, чтобы канат плотно был прижат к шкиву, иначе силы сцепления каната со шкивом будут отсутствовать.
Вращающий момент привода уравновешивает общий момент от сил трения (сцепления) каната по шкиву, а силы натяжения обеих ветвей каната (силы тяжести груза и противовеса) воспринимаются опорой и уравновешиваются реакцией опоры.
Опора
Реакция опоры
стальной шкив
Ведущий вал
Вращающий момент привода
Канат сплетён из тонких стальных проволочек, а внутри имеется гибкий промасленный сердечник, чтобы канат не ржавел (см. с. 118)
Поперечное сечение каната
Сила тяжести Y поднимаемого груза
Сила^__
давления в месте контакта шкива с канатом
контакта шкива с канатом намного
Сила тяжести противовеса Сила давления в месте больше силы прижатия каната вследствие его клинового
взаимодействия с канавкой на шкиве, что приводит к соответстуюшему увеличению силы трения (сцепления)
Распределённая по дуге прилегания сила прижатия каната к шкиву, обусловленная натяжением каната
Удивительная механика.
9J
ПОЛЕЗНОЕ ТРЕНИЕ. ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫЙ ЛЕНТОЧНЫЙ КОНВЕЙЕР БОЛЬШОЙ ДЛИНЫ
Лента должна быть прижата к приводному барабану на большой дуге, чтобы можно было передавать движение за счёт сил трения.
Здесь рама конвейера не нарисована, а в местах опор показаны стрелками реакции опор
Силы трения (сопротивления движению ленты)
Направление движения ленты
Этот ролик служит для натяжения ленты и увеличения дуги огибания лентой барабана
Опору натяжного барабана перемещают (по направлению стрелки) для создания требуемого натяжения ленты
Вращающий момент
Натяжной барабан
Ролики поддерживают ленту и не допускают
её существенного прогибания
Реакция опоры
Реакция опоры
Приводной	Замкнутая лента
барабан	огибает приводной
и натяжной барабан
Рама
Электродвигатель быстро вращает ведущий вал редуктора
Редуктор преобразует вращение электродвигателя в медленное вращение приводного барабана
Рама, на которой закреплены опоры барабанов и ролики
Здесь ролики расположены так, что из ленты получился вогнутый лоток, благодаря чему перемещаемый материал удерживается на ленте
Рабочий участок
20
Удивительная механика.

ПОЛЕЗНОЕ ТРЕНИЕ. ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
РЕМЁННАЯ ПЕРЕДАЧА
Ремённая передача позволяет передавать вращение с помощью трения. При этом большой шкив вращается с меньшей скоростью, чем малый, и благодаря этому преодолевается большой момент сил сопротивления на ведомом валу.
Клиноремённая передача при тех же размерах, что и у плоскоремённой, способна передавать намного большую окружную силу благодаря более сильному прижатию ремня к рабочим поверхностям шкива, а следовательно, и увеличению сил трения.
Здесь шкив и ремни специально показаны в разрезе так, чтобы было видно, как они взаимодействуют
Сила прижатия ремня, вызванная его натяжением, такая же, как в плоскоремённой передаче
Ремень выполнен из резины. Внутри ремня расположены прочные нити или шнуры, чтобы он не мог сильно растягиваться и рваться
Шкив имеет канавки, которые не позволяют ремню соскакивать со шкива. Форма ремня повторяет форму канавки. Благодаря этому ремень более плотно прижимается к рабочим (боковым) поверхностям, чем при гладком шкиве в плоскоремённой передаче, при одинаковом натяжении ремня
Реакция боковой стенки клиновидной канавки на ремень
вал
Сила, передаваемая ремнём, на обоих шкивах одинаковая, а вот момент силы на большем шкчве увеличивается, так как плечо её приложения больше, чем на малом шкиве
Преодолеваемый момент сил сопротивления направлен навстречу вращению ведомого вала
Опора ведущего вала
Ведущий
Малый шкив
Перемещение опор для натяжения ремня
Опора ведомого вала
Ведомый вал
Большой шкив
Вращающий момент и направление вращения ведущего вала
-Ремень обязательно должен быть хорошо натянут и плотно прижат к обоим шкивам, иначе сил трения будет недостаточно, чтобы передавать значительные силы. Натягивают ремень, например, перемещая опоры вала
Опора
ведомого вала
Удивительная механика.

ПОЛЕЗНОЕ ТРЕНИЕ. ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
СЦЕПНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА
ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА
Если диски сильно прижать друг к другу, то благодаря трению
Рычаг для включения
или выключения муфты
вращаться
Ведомый диск установлен на скользящих шлицах и его можно прижать к ведущему диску
Ведущий диск закреплён на ведущем ва
момент
(как одно целое или при небольшом проскальзывании) и передавать вращающий момент.
Ведущий вал
Опора
Момент сил сопротивления вращению
Направление вращения
Накладки из фрикционного материала
Подшипниковые опоры не допускают продольных перемещений валов
они смогут совместно
Скользящие шлицы допускают продольные перемещения диска на валу и в то же время способны передавать вращающий момент
Ведомый вал вращается, если ведомый диск прижат к ведущему диску
Эта муфта может плавно подключать ведомый вал к валу двигателя (ведущему валу) или разъединять валы без остановки двигателя.
При перегрузке она начнёт проскальзывать и тем самым защитит двигатель от поломки.
Сцепляющиеся между собой детали изготовляют из специальных (фрикционных) материалов с большим значением силы трения (при определенной силе прижатия деталей). Обычно детали выполняют составными: из фрикционного материала делают только накладки, а для несущей части используют сталь. Накладки, например, получают прессованием из смеси металлического и керамического порошков. Прикрепляют накладку к несущей детали спеканием (при высокой температуре), склеиванием или с помощью заклёпок.
Если в сцепной фрикционной муфте одну из сцепляющихся деталей выполнить неподвижной (например, прикрепить её к корпусу), то получится фрикционный тормоз.
При его включении замедляется вращение вала, и вал может быть полностью остановлен.
22
Удивительная механика.
ПОЛЕЗНОЕ ТРЕНИЕ. ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
СОЕДИНЕНИЕ ФРИКЦИОННОЙ НАКЛАДКИ С ДИСКОМ
Накладка из фрикционного материала
диск
Стальной диск
накладку от проворачивания относительно диска
Вращающий момент уравновешивается общим моментом сил, действующих на боковые поверхности заклёпок
Концы цилиндрической заклёпки расплющивают так, чтобы на ней образовались утолщения, которые удерживают накладку на диске
Накладка
Стальной диск
ФРИКЦИОННОЕ НЕПОДВИЖНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ
ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА
До сборки вал имеет немного больший диаметр, чем отверстие
В процессе остывания охватывающей детали она стремится принять прежние размеры и при этом так зажимает вал, что её уже нельзя провернуть или сдвинуть относительно вада.
Охватывающая
—Эту деталь нагревают,
Сила зажатия вада
охватывающей
Сила
деталью
Вращающий момент вада
в результате чего её размеры увеличиваются. Только после этого вад можно свободно вставить в отверстие
уравновешивается моментом сил трения распределённых по всей поверхности соединения деталей

Удивительная механика.
2'^
ПОЛЕЗНОЕ ТРЕНИЕ. ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
КАЧЕНИЕ ПРИВОДНОГО КОЛЕСА
Сила тяжести Подшипниковая опора колеса j—r Направление движения
Шина'.
L к*
Вращающий момент
Приводной вал
ТОРМОЖЕНИЕ КОЛЕСА
Тормозной момент-.
Шина
Сила тяжести
Приводное колесо движется за счёт вращающего момента, передаваемого ему от двигателя через систему механизмов и приводной вал. Оно передаёт толкающую или тянущую силу через подшипниковую опору на корпус и, соответственно, на неприводные колёса.
Если сила трения мала, то приводное колесо может проворачиваться на месте, то есть пробуксовывать.
Подшипниковая опора колеса "^^Движение по инерции
Силы сопротивления движению машины воспринимаются через подшипниковые опоры как приводных, так и неприводных колёс.
Вращение колеса замедляется за счёт тормозного момента, но если его резко затормозить, то движение автомобиля продолжится по инерции .	при скольжении колеса по дороге.
Сила трения______
ПЕРЕДНИЕ ПРИВОДНЫЕ КОЛЁСА ТЯНУТ АВТОМОБИЛЬ
Сила тяжести,— приходящаяся на неприводное колесо
Здесь размещён двигатель, приводящий во вращение передние колёса
Сила тяжести, приходящаяся на приводное колесо
Движущая сила, толкающая вперёд неприводное колесо
Неприводное колесо
АВТОМОБИЛЬ И ДОРОЖНОЕ ПОЛОТНО -ФРИКЦИОННЫЙ МЕХАНИЗМ
_	Поток воздуха
Колеса вращаются,	от вентилятора (см. с. 82)
а автомобиль стоит на месте.	уравновешивает
движущую силу
Вращающий момент
Сила трения Приводное колесо Направление движения автомобиля
Если дорожное полотно сделать подвижным и сообщать ему движение, например, вращением колёс автомобиля, то действующие силы можно сохранить такими же, как в реальных условиях. Приём ’’обращения движения” используют при испытании автомобиля. Роль дорожного полотна при этом играет замкнутая лента или барабаны.
^^Направление движения ленты Момент сопротивлени я вращению барабана
Натяжной барабан
Ролики, поддерживающие ленту
24
Удивительная механика.
ИНЕРЦИЯ ПРЕПЯТСТВУЕТ РАЗГОНУ, ЗАМЕДЛЕНИЮ ИЛИ ПОВОРОТУ
СИЛА ИНЕРЦИИ - сопротивление разгону, замедлению или изменению направления движения (повороту, вращению) свободно расположенного предмета (без действия на него сил трения). Чем тяжелее предмет, тем труднее его разогнать, если он неподвижен, или затормозить, если он движется, или изменить его направление движения (например повернуть, если он движется прямо).
Сила инерции приложена к ведущему или тормозящему предмету через неподвижное (в направлении силы) соединение, за счёт трения (сцепления), через магнитное поле или иную связь. При значительной величине силы инерции эта связь может быть нарушена.
Сила трения (сцепления), приложенная к кирпичу со стороны фанеры, оказалась меньше его силы инерции, поэтому кирпич остался неподвижным
Сила инерции тем больше, чем больше величина ускорения или замедления
Если фанеру тянуть медленно, то кирпич будет двигаться вместе с ней. Но если резко выдернуть фанеру из-под кирпича, он из-за инерции останется на месте
Центробежная сила тем больше, чем дальше предмет расположен от центра вращения. На меня, например, она вообще не действует, так как я стою в самом центре. А вот если центробежная сила, действующая на кирпич, превысит силу трения, то кирпич начнёт
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА -разновидность силы инерции. Она представляет собой сопротивление преобразовани ю прямолинейного движения в движение по кривой линии.
СИЛЫ ИНЕРЦИИ РАЗРУШАЮТ АВТОМОБИЛЬ
движение к самому краю диска и в конце концов упадёт.
Сила трения
Центробежная сила
Движущая сила
Плечо силы
Робика
ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ
ЕГО С ПРЕПЯТСТВИЕМ
Здесь показан пример	Передняя часть автомобиля,
испытания машины,	деформируясь, смягчает
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА ВЫРЫВАЕТ КУСОК ОБОДА БЫСТРОВРАЩАЮЩЕГОСЯ
но вместо водителя в ней
удар по отношению к другим
МАХОВИКА
находится манекен.
В этом сечении на детали кузова действуют силы-=й инерции деталей задней у, части автомобиля
частям и пассажирам и рассеивает энергию удара
/ Силы инерции отдельных деталей автомобиля
Центробежная
сила
Прочность в этом месте оказалась недостаточной, N чтобы противостоять \ центробежной
силе части обода
Вращающий момент
СГьЯ-СЙфаЛнеб
Силы инерции деталей в действительности приложены к сопряжень с ними деталям и элемег замедляющим движение
Удивительная механика.
25
РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ СИЛ ИНЕРЦИИ

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЁ ДЕТАЛЕЙ
С помощью центробежных сил можно изготовить втулку или трубу, заливая расплавленный металл (бронзу, чугун, сталь), пластмассу или жидкий бетон во вращающийся сосуд (форму).
Верхнюю часть формы снимают и извлекают готовую деталь после того, как материал детали остынет и станет твёрдым. Благодаря центробежным силам наружный слой отливки формируется из наиболее тяжёлых частиц, поэтому получается более плотным, не имеет пустот и ненужных лёгких примесей. Внутренний слой отливки обычно неровный и рыхлый. Его удаляют при последующей обработке
Заливка расплавленного материала в форму
Электродвигатель через зубчатую передачу приводит во вращение форму
Обычно в таких установках для центробежного литья имеются механизмы замыкания и размыкания формы, выталкиватели для удаления затвердевшей отливки из формы и другие вспомогательные устройства. Здесь они условно не показаны, а даны только основные элементы установки, необходимые для понимания самого процесса литья.
Форма вместе с расплавленным материалом очень быстро вращается
Зубчатая передача
Вращающаяся форма постепенно заполняется жидким материалом, из которого и получается деталь в виде трубы
Корпус перемещается в продольном направлении по мере заполнения формы материалом
Неподвижный лоток по которому течёт материал
Удивительная механика. |,
26
РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ СИЛ ИНЕРЦИИ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
Отводной трубопровод
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР
Улиткообразный выходной канал в корпусе
Спиральные лопасти обеспечивают плавное изменение направления потоков
Отводной т рубопровод, по которому сжатый воздух с большой скоростью подаётся потребителю
Вал, через который ротор приводится во вращение
Потоки воздуха, разгоняемые за счёт центробежных сил, устремляются к отводным \ трубопроводам <
Воздух поступает через защитную сетку по неподвижным направлящим каналам к лопастному ротору
Вращающийся лопастной ротор (колесо компрессора) имеет радиальные лопасти в рабочей части со слегка изогнутыми (винтовыми) элементами на входе для обеспечения плавного изменения направления потока воздуха при его поступлении во вращающиеся каналы, образованные лопастями и поверхностью корпуса
Неподвижный корпус здесь раскрашен жёлтым цветом
Жидкость подводится через полый вал лопастного ротора в осевом направлении. Далее по каналам, образованным спиральными лопастями и торцовыми стенками ротора, она отбрасывается за счёт центробежных сил от центра к периферии и направляется по выходному каналу к потребителю
Направление движения частиц воздуха за счёт центробежных сил
Удивительная механика.
27
РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ СИЛ ИНЕРЦИИ

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СУШКА БЕЛЬЯ
&
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МУФТА
$ to

®e®L® 0 «Я® е ®его ® е
Центробежная сила--------
преодолевает сопротивление пружины и прижимает колодку к барабану
Колодка
Рычаг, закреплённый на ведущем валу
Барабан с внутренней рабочей поверхностью закреплён на ведомом валу
Пружина
возвращает колодки в исходное положение при снижении скорости вращения ведущего вала
Капельки воды под действием центробежных сил проходят через отверстия барабана и разлетаются в разные стороны. Так можно удалить воду из мокрого белья, но барабан для этого нужно вращать очень быстро.
Колодки при достаточно большой скорости вращения прижимаются к барабану благодаря центробежным силам и передают ему вращение (от ведущего вала) за счет сил трения.
-Подшипник, установленный между ведущим и ведомым валом
Если барабан выполнить неподвижным, то есть прикрепить к корпусу, то такая муфта превратится в центробежный тормоз, способный уменьшить скорость ведущего вала
28
Удивительная механика.
РАВНОВЕСИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (ТЕЛ, СОЕДИНЕНИЙ, МЕХАНИЗМОВ)
УСЛОВИЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ:
суммарные силы, действующие с разных сторон, равны по величине и направлены навстречу друг другу по одной линии действия, и моменты сил тоже равны по величине и направлены навстречу друг другу.
УСТОЙЧИВОЕ
РАВНОВЕСИЕ
НЕУСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ
Здесь сила тяжести и реакция опоры маятника расположены на одной линии действия
и уравновешивают друг друга. Но достаточно слегка дотронуться до груза, как равновесие будет нарушено, и груз опустится в самое нижнее положение
Реакция опоры
Cicia тяжести
А вот здесь, даже если сильно толкнуть груз, он будет стремиться вернуться в прежнее, самое нижнее положение
НЕЙТРАЛЬНОЕ (БЕЗРАЗЛИЧНОЕ)
Реакция опоры
Серьга, на которой подвешен блок
Подшипник позволяет блоку свободно вращаться на оси, прикреплённой к серьге
Блок
Силы тяжести обоих грузов одинаковы
Сила тяжести этого “отрезка каната может / преодолеть силу трения в подшипнике и нарушить равновесие
Реакция опоры
каната
Нарушение равновесия
Реакция опоры
Сила тяжести
Сила натяжения каната
РАВНОВЕСИЕ
Здесь оба груза одинаковые, поэтому их можно смещать по высоте вверх или вниз. При этом равновесие не будет нарушено, если пренебречь влиянием трения в опоре блока и различием сил тяжести левой и правой ветвей каната. В реальной конструкции при существенном начальном различии длин каната может иметь место неустойчивое равновесие
Распределённая сила тяжести каната
При действии на канат растягивающих сил канат всегда находится в устойчивом равновесии
Гибкий канат невозможно установить вертикально: он тут же упадёт под действием собственных сил тяжести, хотя вначале эти силы расположены на общей линии действия и уравновешены
Удивительная механика.
РАВНОВЕСИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (ТЕЛ, СОЕДИНЕНИЙ, МЕХАНИЗМОВ)
ВЛИЯНИЕ СИЛЫ ИНЕРЦИИ НА ПАРАМЕТРЫ ДВИЖЕНИЯ (НАПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬ, УСКОРЕНИЕ) И ОРИЕНТАЦИЮ (УГЛОВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ) ТЕЛА
Плечо силы инерции
Сила трения
Уменьшение реакции приводит к уменьшению силы трения
При торможении автомобиля дополнительно нагружаются передние колёса и уменьшается нагрузка на задние. Из-за момента сил инерции автомобиль "клюёт носом", а время его торможения увеличивается. А вот при разгоне нагрузка на передние колёса уменьшается, уменьшается их сцепление с дорогой, а значит, ухудшается управляемость, понижается устойчивость направления движения.
Сила инерции
Сила тяжести
Сила трения Увеличение реакции может— привести к увеличению силы трения только до величины, ограниченной степенью сцепления колеса с дорогой
Плечо силы тяжести
В современном автомобиле наклон кузова может быть автоматически уменьшен или даже полностью устранён за счёт управления подвеской. Но при этом неравномерность нагружения колёс из-за момента сил инерции почти не изменится, а значит, не изменится и устойчивость движения.
УСТОЙЧИВОСТЬ РАВНОВЕСИЯ
АВТОМОБИЛЯ ПРИ ПОВОРОТЕ
При создании автомобиля центр тяжести нужно располагать как можно ниже, а расстояние между колёсами следует выбирать по возможности наибольшим.
Направление движения
*
илы трения
Плечо силы тяжести, препятствующей опрокидыванию
Плечо силы инерции, вызывающей опрокидывание
Опорное ребро поворота - ось Ух^дарнирной опоры
{-Равнодействующая сил тяжести
Эта схема демонстрирует состояние неустойчивого равновесия
Сила инерции
Сила тяжести
Чтобы автомобиль не опрокинулся, момент силы тяжести (восстанавливающий момент) должен быть больше момента силы инерции (опрокидывающего момента). При увеличении наклона увеличивается плечо силы инерции и уменьшается плечо силы тяжести. При пересечении опорного ребра поворота равнодействующей всех сил наступает неустойчивое равновесие.
Направление опрокидывающего момента ' -силы инерции Силы трения создают опорное ребро поворота, вокруг которого происходит опрокидывание
30
Удивительная механика.
РАВНОВЕСИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (ТЕЛ, СОЕДИНЕНИЙ, МЕХАНИЗМОВ)
СКОЛЬЖЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ ПРИ ПОВОРОТЕ НА ЛЬДУ Вращательное скольжение автомобиля с.
Направление начального движения
СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ЗА СЧЁТ ПОДТОРМАЖИВАНИЯ ОДНОГО ИЗ КОЛЁС
Сила инерции и силы трения совместно образуют вращательный момент, который и приводит к нежелательному вращательному скольжению автомобиля.
ЗАНОС ЗАДНЕЙ ОСИ Фактическое направление при скольжении передних колёс
Сила инерции
Боковая сила трения
Заданное направление движения автомобиля
Боковая сила трения
Это колесо наиболее сильно прижато ко льду, поэтому боковая сила трения здесь наибольшая
Силы трения (сцепления со льдом) невелики, особенно для задних колёс, поэтому задняя часть автомобиля стремится двигаться по инерции прямо, в результате задние колёса заносит по отношению к передним, а автомобиль самопроизвольно разворачивается на льду намного круче, чем был задан поворот
Боковая сила трения
Автомобиль по инерции стремится двигаться вперёд. Боковые составляющие сил трения на повёрнутые колёса слишком малы для заданного изменения направления движения, поэтому в начале поворота передние колёса скользят в направлении прямолинейного движения и автомобиль почти не поворачивается
Сила
инерции
На современном автомобиле в данной ситуации автоматически подтормаживается левое заднее колесо, в результате чего увеличивается момент, способствующий повороту
Продольные силы трения (сцепления) приводных колёс здесь не показаны, так как они невелики, и поэтому их недостаточно (при передних приводных колёсах), чтобы осуществить заданное изменение направления движения.
СКОЛЬЖЕНИЕ
УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЁС

На современном автомобиле в данной ситуации автоматически подтормаживается правое переднее колесо, в результате чего увеличивается момент, препятствующий вращательному скольжению автомобиля
Удивительная механика.
31
ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ
ПРОЧНОСТЬ - сопротивляемость разрушению. Прочность характеризуется минимальной силой, способной настолько безвозвратно изменить форму детали (разломать, изогнуть, сжать, растянуть), что она не сможет нормально выполнять заданную функцию (воспринимать или передавать нагрузку,
совершать определённое движение и др.).
Вот видишь, Робик, к чему привела беспечность водителя легкового
автомобиля: он оставил его
в неположенном месте, а водитель самосвала, подавая назад свою машину, не увидел легковой автомобиль и раздавил его.
ЖЁСТКОСТЬ - сопротивляемость тела (детали) изменению формы [деформированию].
Жёсткость характеризуется силой, способной изменить размеры тела на единицу длины (например, на 1 мм).
В данном примере жёсткость и прочность кузова легкового автомобиля оказались
недостаточными, чтобы выдержать
силу тяжести такого большого самосвала. Если же погрузить легковой автомобиль
в кузов самосвала, то раздавить самосвал
ему не удастся, так как тот способен выдерживать и не такие нагрузки.
Реакции дороги на колёса самосвала - встречное давление,
уравновешивающее силу тяжести. Каждая из реакций
равна примерно четверти силы тяжести самосвала
Легковой автомобиль оказался под воздействием силы тяжести самосвала (сверху) и реакции дороги (снизу). В результате он раздавлен подобно яичной скорлупе, сжатой пальцами руки. Скорлупа может быть твёрдой как камень, но она тонкостенная и поэтому разрушается упругими пальцами. Подушечки пальцев хотя и продавливаются, но затем восстанавливают свою форму, а вот форму яйца уже не вернуть
Резиновая шина наполнена воздухом, поэтому она упругая, как пружина.
Если при большой нагрузке шина сильно продавится, то после снятия нагрузки она примет первоначальную форму.
Камень раздавить пальцами руки при всём желании не удастся,’**» так как он обычно не имеет пустот и намного более жёсткий, чем тонкостенная скорлупа
Если колесо наезжает на камень, то шина прогибается, но не разрушается, а принимает свою прежнюю форму после того, как колесо съезжает с камня
Удивительная механика.
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Равноплечий рычаг при равенстве сил тяжести подвешенных на его концах грузов находится в нейтральном (безразличном) равновесии
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ
Ось, вокруг которой рычаг может свободно поворачиваться
Реакция опоры равна общей силе тяжести рычага и подвешенных на нём грузов
Робик! Стой спокойно и не прыгай, иначе весы не смогут правильно определить твой вес
Сила тяжести гири
Сила тяжести Магика
Плечо силы тяжести гири
На эту платформу — устанавливают гирю, если взвешиваемый предмет настолько тяжёл, что полностью сжимает пружину
По отклонению стрелки судят о величине силы тяжести взвешиваемого груза
На этих весах момент силы тяжести Робика уравновешивается общим моментом силы упругого сопротивления сжатию пружины и силы тяжести гири.
Сила тяжести гири постоянна
Плечо силы тяжести Магика
Этот рычаг--------------
поворачивается тем значительнее, чем большая сила тяжести взвешиваемого предмета действует на него

Этот рычаг точно такой же, как и верхний рычаг, и установлен он для того, чтобы платформы не перекашивались при движении вверх или вниз
Платформа с установленным на ней взвешиваемым предметом опускается тем ниже, чем больше его сила тяжести
Неподвижная опора весов
Пружина сжимается тем больше, чем более тяжёлый предмет установлен на платформе
Удивительная механика.
33}
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ В КАБИНЕ ЛИФТА
Выключатели
Боковой рычаг
Здесь подвижный пол изображён прозрачным, чтобы можно было увидеть устройство рычажных весов
Подожди, Робик, и лучше послушай, что я расскажу! Под полом лифта расположены настояшие весы, которые взвешивают груз, находящийся на полу кабины. Они позволяют лифту работать только тогда, когда груз не слишком мал и не слишком велик. Когда мы вошли, то пол немного опустился, и теперь можно нажимать на кнопки управления Маленькому ребёнку, если он вдруг окажется в кабине один лифт не будет подчиняться. Если же в кабину втащить недопустимо большой груз, то весы также отключат пульт управления.
Упругий валик
Магик, мне не дотянуться до пульта управления!
Средний рычаг при повороте поднимает малый противовес и включает один из выключателей. Если нагрузка на пол слишком велика, то рычаг поворачивается на больший угол, поднимает большой противовес и отключает другой выключатель
Боковые рычаги независимо от того, в каком углу пола находится груз, обеспечивают опускание пола без перекоса. При этом они заставляют поворачиваться средний рычаг, который управляет выключателями.
34
Удивительная механика-
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Редуктор
Тормоз
МЕХАНИЗМЫ ЛИФТА
Противовес
Силы трения (сцепления) каната со шкивом распределены по дуге прилегания каната к шкиву
Канатоведущий шкив -сообщает движение огибающим его канатам за счёт сил трения
- Привод лифта
Направляющий рельс для движения кабины
Механизмы ловителя кабины
Сила тяжест противовеса
По этому кабелю подводится электричество в кабину
Электродвигатель
Балансирная подвеска кабины
Центробежный тормоз " > управления
Опора канатоведущего шкива
Кабина и противовес подвешены на нескольких канатах, обладающих высокой прочностью.
Для нормальной работы лифта натяжение канатов должно быть одинаково. Равномерное распределение нагрузки между канатами обеспечивает балансирная подвеска кабины (см. с. 36)
Вращающий момент привода
-^-Дверь открывается только тогда, когда за ней остановится кабина лифта
Кабина лифта
Клинья ловителя
Каркас шахты лифта
Выключатели установлены на каждом этаже. Это они останавливают кабину в заданном положении
Сила тяжести кабины
Канаты, на которых подвешен противовес
Натяжной шкив канатной передачи управления ловителем
Пружинный буфер смягчит удар при опускании кабины в самое нижнее положение (в случае падения или при остановке её для ремонта лифта)
Удивительная механика.
35|
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Рычаг |
При этом канат поворачивает рычаг включения ловителя
Фрикционный шкив-----------
канатной передачи управления ловителем
Направляющий рельс -------
кабины
Клинья ловителя
Силы натяжения канатов всегда направлены вверх, как при подъёме кабины, так и при её опускании
Внешняя рама кабины
Механизм передачи движения ловителю, расположенному с другой стороны
Натяжной шкив
----Направляющий рельс кабины
БАЛАНСИРНАЯ ПОДВЕСКА И ЛОВИТЕЛЬ КАБИНЫ ЛИФТА
Этот канат -------
включает в действие ловитель если кабина начинает двигаться слишком быстро
Через эти тяги при включении ловителя движение передаётся клиньям которые зажимают направляющий рельс, и кабина останавливается
Опора —____ В самом низу ШаХТЫ установлен шкив, который натягивает канат
Центробежный тормоз управления ловителем
Колодки тормоза прижмутся к неподвижному барабану, если скорость вращения фрикционного шкива будет слишком большой
Силы натяжения во всех ветвях канатов одинаковы благодаря подвеске кабины на балансирах -равноплечих рычагах
При аварии (обрыве канатов, проскальзывании канатов на канатоведущем шкиве, поломке тормоза, неисправности электродвигателя) клинья ловителя автоматически удержат кабину лифта от падения.
35
Удивительная механика.
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ТЕЛЕЖКА ТЕПЛОВОЗА
С УСТАНОВКОЙ КОЛЁС НА РАВНОПЛЕЧИХ РЫЧАГАХ
Магик, нельзя ли обойтись без рычагов?
Если колёса присоединить к тележке без рычагов, то на такой тележке нельзя будет передвигаться по волнистой дороге.
Рама тележки -равноплечий рычаг выравнивающий нагрузку между двумя балансирами
Рама тепловоза шарнирно присоединена к двум тележкам
Пружины уменьшают тряску
Балансир - равноплечий рычаг, выравнивающий нагрузку между двумя колёсными парами
Колёсная пара -два колеса на оси, соединённой с балансирами
Подвижная опора рамы тепловоза на тележке
Подвижная опора тележки на балансире
На рис. внизу кузов тепловоза условно приподнят, а размеры тележек и неровности рельсовой дороги увеличены для наглядности процесса самоустановки колёс.
Кузов тепловоза установлен на раме
Удивительная механика.
371
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
fcWWHOCIPOt
ШАРНИРНАЯ
НЕСООСНЫМИ
МУФТА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩЕНИЯ МЕЖДУ
ДЕТАЛЯМИ (ВАЛОМ И КОЛЕСОМ ТЕПЛОВОЗА)
После того как Вы разберётесь в конструкции муфты (рис. внизу), обратите внимание на представленную справа схему. Примерно так упрощенно изображают механизмы в инженерных справочниках. Эта схема позволяет понять, в каком месте установлена муфта и какие детали она соединяет.
Здесь рама тележки опирается на ось колёсной пары через пружины
Опора ----
кронштейна
Кронштейн корпуса двигателя и опоры вала соединён с рамой тележки
Ось колесной пары (двух колёс, неподвижно соединенных между собой)
при движении тепловоза всё время перемещается вверх-вниз относительно ведущего вала. В этих условиях две пары поводков не препятствуют таким перемещениям, а передают вращение от ведущего вала колесу.
Ось колёсной пары
Вечушил вал в виде трубы
Шарнирная муфта
Цилиндрический шарнир, допускающий поворот поводка
и оси колёсной пары
Рельс
Ось колёсной пары '
К промежуточному кольцу шарнирно присоединены все четыре поводка
с
Зубчатая ередача
Рама тележки
Соединение корпуса двигателя рамой тележки
Опора ведущего вала на корпусе двигателя	Корпус
\	двигателя
Колесо
Зазор между осью и валом достаточен для их относительного перемещения
-Ведущий вал, выполненный в виде трубы, передаёт вращающий момент
(пару сил) через два внутренних поводка
Внутренний поводок, через который ведущий вал воздействует на промежуточное кольцо
Колесу передаётся вращающий момент от промежуточного кольца через внешние поводки
Внешний поводок, через который промежуточное кольцо воздействует на колесо
38
Удивительная механика.
РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
гро^ие-1
МУФТА
Направление вращения
Ведомый вал
Крестовина
Опоры валов
Силы, действующие на крестовину
Крестовина
ШАРОВАЯ МУФТА
Шары
Сепаратор с шарами.
Детали шаровой муфты в разобранном виде
Резиновый кожух защищает детали от грязи и воды
Момент сил сопротивления вращению
Внешнее кольцо с жёлобами для шаров
Здесь ведущий и ведомый валы перекошены, но это не мешает передавать вращение от одного вала другому, причём
Здесь показана муфта, специально разрезанная так, чтобы можно было увидеть её внутреннее устройство
Детали шарнирной муфты в разобранном виде с приложенными силами -	,
Силы, действующие на вилку ведомого вала
Силы, действующие на вилку ведущего вала
Ступица неподвижно соединена с внешним кольцом
Вал-неподвижно соединён с внутренним кольцом
Ведущий
вал
Вращающий момент
Вращающий момент^
ШАРНИРНАЯ
Вилка ведомого вала
В это отверстие вставляют другой вал, которому нужно передать вращение от первого вала
Соединив последовательно две шарнирных или шаровых муфты промежуточным валом, можно осуществить передачу вращения между валами, оси которых перекрещиваются в пространстве или параллельны.
ПЕРЕДАЧА ВРАЩЕНИЯ МЕЖДУ Шарнир ВАЛАМИ, ОСИ КОТОРЫХ ПЕРЕСЕКАЮТСЯ
Вилка ведущего вала
с той же угловой скоростью
размешенными в отверстиях
для шаров
Внутреннее кольцо с жёлобами
Удивительная механика.
39b
ПОЛИСПАСТЫ
ПОЛИСПАСТ был изобретён ещё в древности и наряду с рычагом предназначался для подъёма или перетаскивания с места на место тяжёлых предметов. Так же как и у рычага, увеличение силы сопровождалось соответствующим уменьшением пути перемещения груза. Но тем не менее по сравнению с рычагом полиспаст позволял перемещать грузы на большие расстояния.
Подшипник
Тянуть канат в два раза легче чем просто поднимать тот же груз без полиспаста.
Тянуть канат стало ещё легче, но идти приходится дальше, и поэтому может не хватить места на крыше.
Неподвижное закрепление конца каната
Сила тяжести груза j'
Груз висит на двух ветвях каната,
и поэтому сила натяжения каната в два раза меньше силы тяжести груза
Силы натяжения каната одинаковы по всей его длине
Силы натяжения каната
Сила тяжести грузовой площадки вместе с уложенным на ней грузом
Свободно вращающийся блок делит силу тяжести поднимаемого груза поровну между ветвями огибающего его каната точно так же, как это делает равноплечий рычаг в балансирной подвеске кабины лифта (см. с. 36)
Здесь груз висит на четырёх ветвях каната, и поэтому сила натяжения каната в четыре раза меньше силы тяжести груза. Но и Робику придётся проделать в четыре раза больший путь, чем в случае подъёма груза, подвешенного на одной ветви каната на ту же высоту
40
Удивительная механика.
ПОЛИСПАСТЫ
ГРОЕ
Да здесь ещё легче поднимать тот же груз!
Сила натяжения каната
1/8 силы тяжести
груза
ПОЛИСПАСТ
С ГРУЗОПОДЪЁМНОЙ ЛЕБЁДКОЙ
Сила тяжести груза
Сила Робика
Здесь груз также висит на четырёх ветвях каната, а канат навивается на барабан лебёдки.
Лебёдку можно расположить внизу или в другом месте. Барабан вместе с рукояткой представляет собой рычаг и также позволяет Робику с меньшим усилием поднимать груз.
Барабан
Крепление каната на барабане
Длина рукоятки больше плеча силы натяжения
Барабан
Плечо силы натяжения каната равно половине диаметра____
барабана
Робик! Не отпускай рукоятку при поднятом грузе, иначе груз упадёт. Канат при разматывании раскрутит барабан, а рукоятка при этом может сильно ударить тебя.
Рукоятка
каната
Сила тяжести поднимаемого груза делится пополам между ветвями каната, огибающего первый (нижний) блок. Каждый последующий блок делит пополам уже силу натяжения каната, огибающего предыдущий блок, и т.д.
СТЕПЕННОЙ ПОЛИСПАСТ
Хотя здесь груз также висит на четырёх ветвях каната, но сила натяжения в последней ветви в 8 раз меньше силы тяжести поднимаемого груза. При этом перемещение конца каната будет в 8 раз больше вертикального перемещения груза.
1/4 силы тяжести груза
1/2 силы тяжести груза
Опора барабана
Удивительная механика.
411
ЗУБЧАТО-РЕМЁННЫЕ И ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Этот зубчатый в данном примере имеет в 2 раза больше зубьев, чем ведущий шкив, и поэтому вращается в 2 раза медленнее
Натяжной перемещается для обеспечения требуемого натяжения ремня
Направление движения зубчатого ремня
Второй ведомый зубчатый шкив имеет в полтора раза больше зубьев, чем ведущий шкив,
и вращается в полтора раза медленнее
ЗУБЧАТО-РЕМЁННАЯ ПЕРЕДАЧА
зубчатый ремень огибает все зубчатые колёса и передаёт движение за счёт давления зацепляющихся зубьев
Ведомый вал вращается в ту же сторону, что и ведущий вал
В этой передаче по сравнению с фрикционной передачей (см. с. 21) ремень не проскальзывает, а передаваемая нагрузка может ч быть намного больше.
шкив
установлен на ведущем валу и сообщает движение ремню
Зубчатый ремень по сравнению
за счёт давления на его зубья
с фрикционным при одинаковой передаваемой нагрузке имеет меньшие размеры и поэтому должен обладать целым рядом противоречивых свойств:
-	гибкостью, поскольку ему нужно огибать зубчатые шкивы малого диаметра;
-	прочностью, так как нужно выдерживать большие растягивающие нагрузки;
-	высокой жёсткостью в направлении растяжения, чтобы обеспечивать точное соотношение скоростей ведомого и ведущего шкивов;
-	твёрдой поверхностью зубьев, чтобы при контакте с зубьями шкива иметь малые потери на трение и не изнашиваться.
Для обеспечения такого сочетания свойств зубчатый ремень делают многослойным, причём слои прочно и плотно скреплены между собой.
КОНСТРУКЦИЯ ЗУБЧАТОГО РЕМНЯ
Верхний защитный
слой ремня
(мягкая) основа тела зубьев
Несущий слой армирован прочными шнурами
ограничивающие боковые
перемещения
ремня
Контактный слой зубьев сформирован из тонкой ленты с твёрдой поверхностью

42
Удивительная механика. I
ЗУБЧАТО-РЕМЁННЫЕ И ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Приводная звёздочка
ЭСКАЛАТОР -ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА СО СТУПЕНЬКАМИ
Поручень -гибкая (резиновая) замкнутая лента
Ведомый шкив
Редуктор
Ведомая звёздочка
Замкнутая шарнирная цепь, к которой присоединены все ступеньки
Электродвигатель Приводные шкивы поручней
Ремённая передача
Шарнирная цепь \ Опорный ролик цепи
Тормоз
удерживает вал от самопроизвольного
вращения
при отключённом
электродвигателе
Ступеньки сохраняют горизонтальное положение
благодаря качению их опорных роликов по направляющим.
Неподвижная рама, на которой закреплены опоры валов и направляющие для роликов
Направляющая для роликов цепи
Видишь, Робик, ступеньки плавно уходят под пол.
Сила тяжести
Опорный ролик ступеньки
Тяговая сила цепи всегда направлена вверх при движении эскалатора как вверх, так и вниз. Это объясняется тем, что сила тяжести, воспринимаемая цепью, всегда направлена вниз
Натяжной шкив поручня
Направляющая для роликов цепи воспринимает силы тяжести ступенек и находящихся на них людей
Направляющая для опорных роликов ступенек
Здесь ступеньки плавно опускаются под неподвижный пол
Ступеньки эскалатора присоединены к замкнутой шарнирной цепи и удерживаются на направляющих в горизонтальном положении
Здесь ступеньки плавно поднимаются из-под неподвижного пола J
Здесь цепь условно не показана, но если в действительности разъединить цепь, то ступеньки покатятся вниз по направляющей
Удивительная механика.
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ЫАШФОСТ
РЕЕЧНАЯ ПЕРЕДАЧА С ВЕДУЩЕЙ ШЕСТЕРНЁЙ
Реечная передача позволяет преобразовывать вращение шестерни в прямолинейное движение рейки. Передача сил происходит за счёт давления зубьев шестерни на зубья рейки. Детали реечной передачи изготовляют из стали. Поверхности зубьев выполняют твёрдыми и гладкими. Реечная передача при тех же размерах способна воспринимать намного большую нагрузку, чем аналогичная фрикционная передача.
Ох, трудновато!
Момент силы (относительно оси вала), развиваемый Робиком, преодолевает момент силы сопротивления Магика (относительно той же оси)
Направление вращения шестерни
Рукоятка
Зубчатая рейка
Шестерня gaj]
Робик, не раздави меня!
Опора вала
Плечо силы Робика
Сила, '
с которой Робик поворачивает рукоятку
Опора
вала -
Плечо —— силы Магика
Направление движения рейки
Сила, с которой Магик сопротивляется движению I
Ролики воспринимают давление рейки (вниз) на опору и уменьшают
Направляющая опора рейки
силы трения вдоль опоры
Силы в реечной передаче
действуют так же,
как в этом рычаге
ЗУБЧАТОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ РЕЕЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Этот зуб шестерни давит на зуб рейки и непрерывно передаёт
В увеличенном виде само зубчатое зацепление шестерни с рейкой выглядит так----------
движение, пока другая пара зубьев не войдет в соприкосновение
Зубья рейки обычно имеют прямолинейное очертание
Очертания зуба шестерни выполняют по специальной
кривой, обеспечивающей плавное взаимодействие с зубом рейки
Зубья шестерни плавно перекатываются по зубьям рейки. Следующая пара зубьев начинает передавать нагрузку прежде, чем предыдущая пара выйдет из соприкосновения
44
Удивительная механика
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
В реечной передаче можно толкать рейку, а шестерня при этом будет
вращаться.
Для этого нужно преодолеть момент сил сопротивления на валу шестерни.
Магик, что там происходит?
РЕЕЧНАЯ ПЕРЕДАЧА
С ВЕДУЩЕЙ РЕЙКОЙ И ВЕДОМОЙ ШЕСТЕРНЕЙ
Шестерня
Направление вращения шестерни
Вал
>чатая рейка
Робик, ты меня поднимаешь! j
Рукоятка
Опора вала
Момент силы (относительно оси вала), развиваемый
Робиком, преодолевает момент силы тяжести Магика (относительно той же оси).
Плечо силы Сила
тяжести
Магика
тяжести Магика
Плечо силы Л, Робика I
7 4 Опора вала
Направление движения рейки
Движущая сила Робика
Силы в реечной передаче действуют так же.
РЕЕЧНАЯ ПЕРЕДАЧА В РУЛЕВОМ МЕХАНИЗМЕ АВТОМОБИЛЯ
как в этом рычаге
Поворотный рычаг с подшипником для колеса
Ось
Опора
рулевого
Рулевой
вал
поворота рычага и с подпружиненной опорой на раме
Здесь показана всего лишь модель механизма, но на ней видно, как, вращая рулевой вал, можно с помошью реечной передачи поворачивать опоры колёс автомобиля.
Опора поворотного рычага на раме в реальном автомобиле соединена с рамой или кузовом с помощью специального механизма с упругими элементами и демпфером (см., например, с. 98)
Боковая тяга
вала
Магик! Сначала я установлю колесо, а уж потом посмотрим, можно ли управлять автомобилем с помошью реечного механизма.
Рама или лонжероны (продольные
ребра) кузова

Удивительная механика.
451
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА В ГРУЗОПОДЪЁМНОМ МЕХАНИЗМЕ
*йЛ1ЕИк_уТР0^ИЕ-1

Рукоятка
Ведущий вал
Шестерня
Зубчатое колесо
Г рузоподъёмный барабан - это тоже рычаг с учётом момента силы на ведомом валу
Опора ведомого вала
Плечо силы на зубчатом колесе больше, чем на шестерне, поэтому момент силы на колесе больше, но колесо вращается медленнее, чем шестерня.
Сила, с которой Робик давит на рукоятку
Опора барабана
Радиус барабана
Плечо силы, действующей на колесо со стороны шестерни
Длина рукоятки
Канат, на котором подвешен груз, наматывается на барабан
Сила тяжести поднимаемого груза
Плечо силы, действующей на шестерню со стороны колеса
Силы, действующие в зубчатом зацеплении
Рычаг, эквивалентный соединению
"зубчатое колесо - барабан'
Ведомый вал
Зубья в зацеплении, плавно перекатываясь друг по другу, передают движение и нагрузку от шестерни зубчатому колесу
СИЛЫ В ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕ
Рычаг, эквивалентный соединению "рукоятка - шестерня"
Сила тяжести поднимаемого груза
46
Удивительная механика.
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Опорно-поворотный механизм
•'Gs. ха.’ззлв/'
Ходовая тележка Двигатель
Опорное кольцо Зубчатый венец /
Башня
Опорное кольцо
Шестерня
Зубчатый венец
ОПОРНО-ПОВОРОТНЫЙ
МЕХАНИЗМ
ПЛАТФОРМЫ ИЛИ БАШНИ
Опорное кольцо прикреплено к поворотной платформе
Между поворотной платформой и рамой ходовой тележки установлен большой подшипник качения, на одном из колец которого имеется зубчатый венец зацепляющийся с шестерней, приводимой во вращение двигателем через редуктор.
Ось вращения башни I
Башня
Корпус танка
Тормоз
Шестерня закреплена на выходном валу редуктора
Редуктор размешен
на поворотной платформе
Зубчатый венец
прикреплен к невращаюшеися
части машины (раме ходовой
тележки, корпусу, станине)
Шарики
Удивительная механика.
47
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Значит, всё это затеяно для того, чтобы можно было вращать такую тяжёлую платформу.
Шестерня при вращении обкатывается по зубчатому венцу и сообщает движение
ЗУБЧАТЫЙ РЕДУКТОР МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА [ВРАЩЕНИЯ] ПЛАТФОРМЫ
Редуктор имеет три пары зубчатых колёс, которые последовательно во много раз уменьшают скорость вращения вала двигателя и увеличивают вращающий момент на выходном валу. Благодаря этому выходной вал, на котором закреплена обегающая шестерня, через опору сообщает значительную силу платформе и поворачивает её.
ЭКСКАВАТОРА
В этом тормозе---
колодки отводятся от шкива при подаче электричества к управляющему магниту
Корпус редуктора закреплён на платформе
Поворотная платформа вращается в ту же сторону что и выходной вал редуктора
Управляющий магнит
Опора вала
Корпус электродвигателя закреплён на корпусе редуктора
Выходной вал редуктора
Шестерня закреплена на валу электродвигателя
На эти катки опирается поворотная платформа, благодаря чему она может легко вращаться вокруг своей оси
Зубчатый венец закреплён на основании машины

поворотной платформе
Здесь должна быть опора вала. Она не показана, чтобы можно было лучше рассмотреть зубчатую передачу и опорные катки

48
Удивительная механика. 
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
КОНИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА
И КОНИЧЕСКИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
Сателлит подобно равноплечему рычагу распределяет врашаюший момент поровну между левым и правым зубчатыми колёсами
Коническое зубчатое колесо
Водило перемешает по кругу ось сателлита
Левое зубчатое колесо
Правое зубчатое колесо
Поперечный вал, соединённый с левым колесом
--Коническая шестерня установлена на ведущем продольном валу
Поперечный вал, соединённый с правым колесом
Движущая сила, действующая на сателлит со стороны водила
Силы сопротивления, действующие на сателлит
Левое колесо-----
при повороте машины направо проходит больший путь и поэтому вращается быстрее, чем правое колесо
Ведущий вал приводится во вращение двигателем через муфту сцепления и коробку передач автомобиля
Коническая зубчатая передача позволяет передавать вращение от продольного вала поперечным валам и вращающим колёсам автомобиля. Конический дифференциальный механизм выравнивает нагрузку между колёсами и допускает их вращение с разными скоростями.
Сателлит
Водило
След правого колеса
Направление качения колёс автомобиля
Правое колесо катится медленнее левого колеса
Опоры валов и корпуса условно не показаны
След левого колеса
Удивительная механика.
491
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
МНОГОСКОРОСТНАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА (КОРОБКА ПЕРЕДАЧ)
Зубчатую передачу обычно устанавливают между двигателем и ведомыми звеньями (барабаном лебёдки, колёсами автомобиля, приводной звёздочкой эскалатора и др.). Используют её для увеличения вращающего момента и уменьшения частоты вращения вала двигателя. Двигатели стараются делать быстроходными, так как они при этом имеют малые габаритные размеры при той же развиваемой мощности. Двигатель даже в совокупности с зубчатой передачей не может одинаково хорошо работать, например, при разгоне машины или при движении по ровной и гладкой дороге. В первом случае требуется большой момент и желательно иметь соответствующую зубчатую передачу, а во втором случае нужна другая передача или лучше соединить двигатель напрямую с ведомым звеном.
Теперь представьте себе, что требуется изменить направление движения на противоположное, а многие двигатели не допускают реверсирования движения. В этом случае требуется ещё одна зубчатая передача. Таким образом, в совокупности нужно объединить несколько зубчатых передач в одном корпусе (коробке) и при необходимости включать ь действие ту или иную из них. Обычно такие многоскоростные передачи позволяют получать пять - восемь режимов движения (у автомобиля). В других случаях требуется получение от 2 до 20 режимов. Здесь представлена лишь модель простейшей коробки передач с кулачковыми муфтами, включаемыми при остановке двигателя. А вот на с. 52 показан пример реальной конструкции муфты для многоскоростной передачи.
Зубчатые колёса на ведущем валу могут свободно вращаться. Чтобы какое-либо из них вращалось вместе с валом, его надо соединить с ним с помошью муфты
Ведущий вал приводится во вращение от двигателя
Робик! Нельзя одновременно включать обе муфты, так как зубчатая передача может сломаться. Поэтому давай будем включать и выключать их поочерёдно.
Поводки для включения муфт
Промежуточное зубчатое колесо может свободно вращаться на своей оси
Эти зубчатые колёса закреплены на ведомом валу и могут вращаться
Ведомый вал не вращается, пока ни одна из муфт не включена
Все подшипниковые опоры установлены в корпусе
22___________________
Удивительная механика.
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ВАРИАНТЫ ВКЛЮЧЕНИЯ МУФТ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ
Повышающая (увеличивающая скорое 1b) передача
Это зубчатое колесо соединено муфтой с ведущим валом
Первая сцепная муфта
Ведущий
Через эту зубчатую передачу движение сообщается ведомому валу
Понижающая (уменьшающая скорость) передача
Ведущий вал
Включая ту или иную муфту, соединяют ' ведущий или ведомый валы различными зубчатыми передачами и благодаря этому у	получают
различные скорости и различные Ж	направления
(п	вращения
ведомого вала.
I
Эти зубчатые передачи не участвуют в работе
Ведомый вал вращается в противоположном направлении и быстрее ведущего вала
Ведомый вал вращается
в противоположном
Это зубчатое колесо соединено муфтой с ведущим валом
направлении и медленнее ведущего вала
Первая сцепная муфта смещена вправо X
Через эту зубчатую передачу движение сообщается ведомому валу
Это зубчатое колесо соединено муфтой с ведущим валом, а в передаче движения ведомому валу участвуют ещё два зубчатых колеса.
Первая муфта выключена
Включена вторая сцепная муфта
Ведущий вал
"Задний ход”-изменение направления движения (по сравнению с первыми
представленными здесь вариантами)
/Ведомый вал вращается в том же направлении, что и ведущий вал

Удивительная механика.
51
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Через эти шлицы ведущие диски соединены с валом
Сила нажатия, создаваемая — гидроцилиндром
Ведущий диск
Пружина служит для возвратного — движения поршня
ЗДесь показаны отдельно диски муфты в раздвинутом положении
Сила нажатия, создаваемая — гидроцилиндром
СЦЕПНАЯ МУФТА ДЛЯ ПЛАВНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ИЛИ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧИ
_ Реакция нажимного диска
Нажимнои
диск
Через эти шлицы ведомые диски соединены с зубчатым колесом
Рабочая полость гидроцилиндра
Ведущий вал
этому каналу рабочая жидкость поступает
в гидроцилиндр
Ведомый диск
Поршень гидроцилиндра
Реакция нажимного — диска Зубчатое колесо может свободно вращаться на валу, а при включении муфты оно вращается вместе с валом
Для включения передачи гидроцилиндр прижимает ведущие диски к ведомым, и благодаря трению передаётся врашаюший момент.
Через этот клапан рабочая жидкость выливается
из гидроцилиндра при выключении муфты

Удивительная механика.
1
ГИДРОЦИЛИНДРЫ И НАСОСЫ
Хотя с помошью маленького насоса можно поднять даже слона, но чтобы накачать достаточно жидкости в большой цилиндр, тебе, Робик, придётся много раз опустить и поднять поршень насоса.
ГИДРОДОМКРАТ
Рабочая жидкость по мере заполнения
большого гидроцилиндра давит
Магик! Долго ешё качать?
«с
Этот клапан закрыт при опускании поршня насоса. Он откроется только тогда, когда поршень насоса начнёт
Этот клапан открыт, когда поршень насоса опускается вниз, но когда поршень остановится и пойдёт вверх, клапан под действием пружины закроется
Большой гидроцилиндр домкрата
Бачок с рабочей
ЖИДКОСТЬЮ
Насос
Поршень насоса
Направление потока жидкости при опускании поршня насоса
подниматься, и в результате полость насоса будет заполняться жидкостью
Чтобы опустить груз, нужно открыть сливной кран (на рис. не показан) и постепенно перелить рабочую жидкость из большого гидроцилиндра в бачок.
РЫЧАГ,--------
ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ
ГИДРОДОМКРАТУ
(ПО СООТНОШЕНИЮ СИЛ)
на поршень и поднимает расположенный на нём груз.
соответствует рабочей площади поршня большого гидроцилиндра
силы соответствует рабочей площади поршня насоса

Удивительная механика.
53
ГИДРОЦИЛИНДРЫ И НАСОСЫ
Ведомая шестерня
Нагнетательная полость (здесь она пока не заполнена жидкостью)
Бачок с рабочей жидкостью
ШЕСТЕРЁНЧАТЫЙ НАСОС
С ВНЕШНИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
По этому трубопроводу жидкость может подаваться, например, в полость гидроцилиндра или к распылителю
Ведущий вал вращается электродвигателем.
Это только один из видов различных исполнений насосов. Его обычно применяют для подачи смазочного материала (масла) к подшипникам и в других вспомогательных системах. Здесь показан насос в начале работы. Через “прозрачную стенку” видно, как порции рабочей жидкости перемещаются шестернями насоса из всасывающей полости в нагнетательную полость
Ведущая шестерня
Порция жидкости размещена в замкнутой полости
Всасывающая полость
Корпус
о oa.ivirs.n_y 1 им 1 iuj 1 i ri	11
между поверхностями зубьев и стенками	-
работы, когда все рабочие полости заполнены жидкостью
ШЕСТЕРЁНЧАТЫЙ НАСОС
С ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
корпуса
Здесь показан насос в процессе
Этот трубопровод соединяет насос с бачком, в котором имеется запас рабочей жидкости
Канал для выхода жидкости из нагнетательной полости
Нагнетательная полость
Затвор, образуемый зубьями
Всасывающая полость
Окно
в торцовой Шестерня стенке
Зубчатое
колесо
Это ещё одна из конструктивных разновидностей насоса. Здесь шестерня зацепляется с колесом, имеющим внутренние зубья. Вращаются шестерня и колесо в одну сторону. А вот принцип работы насоса тот же, что и при внешнем зацеплении зубьев: порции жидкости (в замкнутых полостях) перемещаются из всасывающей полости в нагнетательную полость.
Зацепление зубьев непрерывно образует затвор между полостями, исключающий перетекание жидкости
Неподвижный сектор - часть корпуса,----
размещенная
между его торцовыми 1 стенками. Поверхность^ сектора образует с поверхностями зубьев замкнутые полости для перемещения порций жидкости
Канал г для входа (всасывания) жидкости
54
Удивительная механика, j
ГИДРОЦИЛИНДРЫ И НАСОСЫ
Цилиндр
Шток
провода
Неподвижная опора
поршень уплотнение
\ поршня
Поршень
ГИДРОПРИВОД ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Давление жидкости
Давление жидкости на на торцовую поверхность цилиндра
Насос
Уплотнение штока
Легко передвигая гидрораспределитель, можно направлять поток жидкости в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра и тем самым выталкивать или втягивать шток.
Предохранительный клапан открывается, если, например, шток упрётся во что-нибудь и не сможет дальше двигаться. Тогда лишняя жидкость будет возвращаться в бачок
А сейчас меня тянут, хотя и с меньшей силой.
Робик!
Что ты ощущаешь?
Пода! жидкости от насоса Электрические
Поршневая полость
жидкости в бачок
Электродвигатель
Бачок с рабочей жидкостью
В ГИДРОЦИЛИНДРЕ
С этой стороны площадь поршня, на которую давит жидкость, меньше, чем с противоположной стороны
ИЗМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ
Неподвижная опора
Подача жидкости от насоса
-Гпарораспределитель здесь сдвинут влево и направляет рабочую жидкость в штоковую полость гидроцилиндра
Подача жидкости от насоса
Штоковая полость
Слив жидкости в бачок
Шток давит на меня с такой силой, что я не могу его удержать!
При поступлении жидкости в полость гидроцилиндра она раздвигает поршень и цилиндр в направлениях её давления.
- Г парораспределитель здесь установлен в положении, при котором происходит выталкивание штока гидроцилиндра, но он может быть переведён в положение обеспечивающее втягивание штока, или положение, запирающее каналы. В последнем случае шток неподвижен

Удивительная механика.
ГИДРОЦИЛИНДРЫ И НАСОСЫ
Вращающийся тормозной диск
ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ АВТОМОБИЛЯ
Педаль тормоза представляет собой рычаг, через который движение передаётся поршню главного тормозного цилиндра
Тормозные КОЛОДКИ
Гидроцилиндры тормоза во время торможения прижимают тормозные колодки к вращающемуся диску
Опора (суппорт) тормоза неподвижно соединена с рамой (или кузовом) автомобиля (не может вращаться)
Поршни гидроцилиндров тормоза имеют большую площадь торцовой (рабочей) поверхности, чем у поршня главного тормозного цилиндра
(насоса), поэтому жидкость давит на них с большей силой, а перемещение каждого из них намного меньше хода главного тормозного цилиндра.
Поршень главного тормозного цилиндра (насоса)	\
передаёт	I
давление через тормозную жидкость поршням гидроцилиндров тормоза
Силы прижатия колодок к вращающемуся диску намного превышают силу давления в главном тормозном гидроцилиндре. Прижатые к диску колодки препятствуют его вращению, а могут и совсем остановить диск.
Этими шпильками тормозной диск прикреплён к колесу автомобиля
Трубопровод, по которому жидкость поступает из главного тормозного цилиндра к гидроцилиндрам тормоза
56
Удивительная механика
ГИДРОЦИЛИНДРЫ И НАСОСЫ
ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЯ
При нажатии на педаль главный тормозной цилиндр создаёт давление рабочей жидкости на все поршни гидроцилиндров колёсных тормозов
Разветвлённая сеть трубопроводов соединяет рабочую полость главного тормозного цилиндра с гидроцилиндрами колёсных тормозов
Вакуумный усилитель увеличивает силу нажатия на педаль. По сути, это пневмоцилиндр, приводимый от двигателя
Педаль
В каждое колесо встроен тормоз
К впускной трубе-----*
двигателя
Клапан
Гидроаккумулятор энергии
Гцдрораспределители по команде компьютера могут открыть один или несколько трубопроводе для подачи тормозной жидкости или перекрыть их.
На педаль тормозной системы нужно нажимать только тогда, когда требуется снизить скорость движения. При этом автомобиль из-за сил инерции не может сразу остановиться даже при отключённом двигателе, поэтому начинать тормозить надо заранее. Здесь представлены упрощённые схемы тормозных систем.
В действительности
в них имеется ряд устройств, облегчающих управление автомобилем и обеспечивающих его безопасность Например, главный тормозной цилиндр имеет два поршня, каждый для одной пары колёсных тормозов.
В современном автомобиле осуществляют автоматическое независимое управление каждого из тормозов для стабилизации направления движения (см. с. 30). В связи с этим в каждом трубопроводе установлен управляемый компьютером гидрораспределитель. Кроме главного тормозного цилиндра в систему вводят также приводимые от двигателя насосы, чтобы можно было управлять тормозами в дополнение к нажатию на педаль.
Удивительная механика.
57:
МАШИНЫ НА ОСНОВЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
СТАНОК-КАЧАЛКА
С ГЛУБИННЫМ НАСОСОМ (ДЛЯ ВЫКАЧИВАНИЯ НЕФТИ ИЗ СКВАЖИНЫ)
__Тяга
Качающееся /Противовес коромысло 'на коромысле
Редуктор
Порция нефти за один ход поршня
Противовес на кривошипе
К этому валу редуктора присоединён электродвигатель
По отводному трубопроводу нефть направляется в нефтехранилище
Шток насоса, к концу которого присоединён поршень Цилиндр насоса
Скважина------
Столб нефти над поршнем при движении поршня вниз дополняется снизу ещё одной порцией нефти, а при движении поршня вверх столб поднимается, и часть нефти выливается в отводной трубопровод
Верхний клапан открыт из-за давления нефти на шарик снизу вверх
Поршень выполнен в виде перевёрнутого стакана с клапаном в днище.
Поршень свободно опускается под действием силы тяжести в глубь слоя нефти. Такому движению ничто не мешает, так как нефть перетекает через открытый верхний клапан в надпоршневое пространство
Нижний клапан закрыт, из-за давления нефти на шарик сверху вниз
Нефть в скважине находится на большой глубине,____________
туда и опускают насос	-
58
Канат, на котором подвешен шток насоса
Вращающийся I кривошип
Противовесы уравновешивают силы тяжести штока, поршня и столба нефти, находящегося над поршнем. Они уменьшают момент, необходимый для вращения кривошипа, и обеспечивают плавное нагружение привода
Ход поршня
Верхний клапан закрыт из-за ' давления нефти на шарик сверху вниз
Здесь поршень поднимается ввер (при первом ходе)\ под действием тянущей силы штока. При этом он поднимает порцию нефти, которая находится над поршнем. Эта порция уже не может проникнуть вниз под поршень, так как верхний клапан закрыт
Нижний клапан-открыт из-за 4 давления нефти на шарик снизу вверх
Удивительная механика.
МАШИНЫ НА ОСНОВЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ГИДРОМОТОР
Цилиндры расположены в общем корпусе Специальное \ кольцо удерживает шатуны в контакте с эсцентриковым валом при изменении направления сил
1оршень
Шатун
Подача рабочей ЖИДКОСТИ в цилиндр
Выпуск— рабочей жидкости из цилиндра
Гидрораспределител ь вращается вместе с валом и соединяет в определённый период полость гидроцилиндра
с входным (от насоса) или сливным каналом
Силы давления на поршни, поочерёдно вступающие в работу благодаря гидрораспределителю, сообщают с помощью кривошипно-ползунных механизмов вращение выходному эксцентриковому валу.
Сливной канал соединён с бачком
ДЛЯ ЖИДКОСТИ
Шатуны в режиме гидромотора всё время прижаты к эксцентриковому валу силами давления жидкости на поршни, а для удержания их в контакте с валом в режиме насоса (при всасывании жидкости меняется направление сил) служат специальные кольца
Эксцентриковый вал представляет собой кривошип кривошипноползунного механизма, причём его сопряжение с шатуном выполнено по неполной цилиндрической поверхности
Сферический шарнир -соединение поршня и шатуна
Поршень
Шатун
Входной канал соединён с насосом
Канал подачи рабочей жидкости в цилиндр или удаления её из цилиндра
Этот гидромотор представляет собой соединение нескольких гидроцилиндров, поочерёдно сообщающих движение эксцентриковому валу. Вращающий момент равен сумме моментов сил давления рабочей жидкости на поршни.
-Плечо движущей силы давления жидкости на поршень одного гидроцилиндра увеличивается от нуля до величины эксцентриситета за четверть оборота эксцентрикового вала, а затем снова уменьшается (за следующую четверть оборота). При повороте ещё на пол-оборота рабочая жидкость вытесняется из цилиндра. Далее цикл повторяется. Соответственно изменяется и момент каждой из сил.
Эксцентриковый вал приводит во вращение гидрораспределитель и сообщает вращающий момент потребителю энергии (преодолевает момент сил сопротивления).
_
Выходной вал нагружен моментом сил сопротивления присоединённого к нему потребителя энергии
59|
Удивительная механика.
МАШИНЫ НА ОСНОВЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ТРЕНАЖЁР
ДЛЯ пилотов
Платформа
Шток гидроцилиндра
‘ Сферический шарнир
Г идроцилиндры
Здесь расположены насос и гидрораспределитель. Они обеспечивают подачу рабочей жидкости в гидроцилиндры в соответствии с командами компьютера.
По этим трубопроводам рабочая жидкость распределяется и направляется к гидроцилиндрам
Купол, на котором с помощью компьютера изображаются облака горы, леса, поля, города, самолёты такими, какими их обычно видит пилот из настоящего самолёта
Гидроцилиндры, управляемые с помощью компьютера, поворачивают платформу, раскачивают её точно так же, как поворачивается и раскачивается настоящий самолёт в действительном полёте.
Робик! Покаты не натренеруешься как следует и не научишься управлять самолётом, тебе нельзя садиться в настоящий самолёт.
60
Удивительная механика
МАШИНЫ НА ОСНОВЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Полиспаст
Выдвижные
стрелы
Прибор, который следит за изменением 'х. длины стрелы
Барабан, на который наматывается грузовой канат .. .
Поворотная платформа
Гидроцилиндр выносной опоры
Г рузовой канат
Дополнительные выносные опоры
Гидроцилиндр изменения наклона стрелы
Грузовой крюк \
Направление движения каната при его наматывании на барабан и подъёме груза
ГРУЗОПОДЪЁМНЫЙ КРАН
И ЕГО УСТОЙЧИВОСТЬ ОТ ОПРОКИДЫВАНИЯ
Робик! Ты правильно сделал, что установил кран на дополнительные опоры, < иначе он мог бы опрокинуться.
А вот чтобы поднимать груз на большую высоту, надо сначала выдвинуть секции стрелы, тоесть сделать её длиннее.
Удивительная механика.
МАШИНЫ НА ОСНОВЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
одноковшовый
ЭКСКАВАТОР
Шланги, по которым подводится рабочая жидкость к гидроцилиндру поворота ковша
Гидроцилиндр, поворачивающий ковш относительно рукояти
Гидроцилиндр, поворачивающий рукоять относительно стрелы
Шланги, по которым подводится рабочая жидкость к гидроцилиндру поворота рукояти
Шланги, по которым подводится рабочая жидкость к гидроцилиндрам наклона стрелы
Стрела
Ковш
Гусеничный ход представляет собой цепную передачу-"' с присоединёнными к цепи пластинами
Ось поворота
рукояти
ковша
Ось вращения поворотной платформы
---Рукоять
Ось поворота
На поворотной платформе установлен двигатель внутреннего сгорания, приводящий в движение насос. От насоса рабочая жидкость через управляемые гидрораспределители подаётся к гидроцилиндрам и гидромоторам
Гидроцилиндры наклоняющие стрелу Шарнирное присоединение — стрелы к поворотной платформе
Опорно-поворотный механизм
Одноковшовый экскаватор— это не что иное как механическая рука (манипулятор).
Он может перемешаться по земле, его платформа может вращаться вокруг вертикальной оси, его стрела наклоняется, а рукоять поворачивается относительно стрелы, и, наконец, ковш зачерпывает грунт и высыпает его в кузов самосвала.
62
Удивительная механика.
МАШИНЫ НА ОСНОВЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Станина-
Шатун
Ползун-
ВЫРУБКА
ВЫТЯЖКА
Острая кромка
Вырубленная часть-
Неподвижный инструмент
Листовая заготовка-
ВИДЫ ЛИСТОВОМ ШТАМПОВКИ
Подвижный инструмент
КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫМ МЕХАНИЗМ
В КОВОЧНО-ШТАМПОВОЧНОМ
ПРЕССЕ
Корпус---------- -
электродвигателя
прикреплён	\
к станине /Х<х'\\ пресса //''Ч? . \
Скруглённая кромка
 Штампованная деталь
Ползун-.^ может двигаться вверх-вниз
Штампованная-деталь --с отверстием
Скруглённая кромка
Направляющая опора ползуна
Опоры коленчатого вала закреплены __ на станине'4^ пресса
Коленчатый вал (кривошип)-через шатун сообщает движение ползуну
Нижний неподвижный Острая инструмент	кромка
Верхний инструмент прикреплён к подвижному ползуну
Штампованная
(-—деталь
В зависимости
от установленных
на прессе инструментов можно, например, вырубить отверстие в листе, вьщавить из листа колпачок или выпуклую крышку
Ведомый шкив
Эксцентриковый механизм с регулируемым ходом ползуна Эксцентриковый^ вал - это тоже кривошип, а эксцентриситет равен длине кривошипа Эксцентриситет изменяют	.
поворотом	/
эксцентриковой / втулки, после / чего её скрепляют с эксцентриком вала Направляющая — ] опора ползуна i
Ход полуна- J]
_Ведущий шкив ремённой передачи закреплён на валу электродвигателя и приводится от него во вращение. .Клиновые замкнутые ремни за счёт трения передают движение от ведущего шкива ведомому шкиву.
Фрикционная муфта позволяет соединять ведомый шкив к^^Хремённой передачи с коленчатым j валом. Она проскальзывает при недопустимой нагрузке И/zP' и тем самым защищает механизм от поломки. Здесь же обычно размещают и фрикционный тормоз
Регулировочная । эксцентриковая втулка
\	Шатун1
Удивительная механика.
МАШИНЫ НА ОСНОВЕ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Давным-давно древние люди обрабатывали камни, делали из них топоры, копья и стрелы. Они брали один камень (инструмент) в одну руку, а другой камень (заготовку) - в другую руку. Ударяя одним камнем по другому, они откалывали ненужные куски и получали желаемое изделие.
Любой станок имеет также две механических руки: одна держит заготовку, другая - инструмент. Они движутся относительно друг друга так, что на заготовке срезается ненужный слой
материала и получается деталь заданной формы.
МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ СТАНОК
Двигатели для поворота заготовки
Пульт управления
Двигатель для вращения инструмента
Инструмент
Двигатель в основном для продольного перемещения заготовки
Заготовка
Двигатели для перемещения инструмента
П невмоцилиндр для восприятия сил тяжести звеньев
ДвигателгХ^''"\^ /	X
в основном	/
для вертикальногоуХхХ^	/
перемещения заготовкиХ^ Х^ X
В этом станке включением одного из двигателей получают! только вращательное движение (движение точки по дуге). Для любого другого движения компьютер включает сразу несколько двигателей. Можно получить и прямолинейное движение без использования дорогостоящих направляющих (таких, например, как в станке на с. 75)
Подвод воздуха от компрессора
Магик, смотри!
Заготовка была шероховатая и имела неровные края, а деталь из неё получилась гладкая и с ровными краями.

64
Удивительная механика. J
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ОСНОВЕ КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННОГО МЕХАНИЗМА (ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ)
Цепная передача привода
Кулачковый валик при вращении поочерёдно нажимает на коромысла и в нужный момент
Двигатель внутреннего сгорания преобразует энергию сжигаемого (внутри него) топлива в механическую энергию (вращения выходного вала).
кулачкового валика
открывает или закрывает впускной или выпускной клапан того или иного цилиндра \
Пружина удерживает клапан в закрытом состоянии до воздействия на него коромысла
Водяной насос , заставляет циркулировать жидкость для охлаждения двигателя в его водяной "рубашке”
Коромысло
Стартёр (пусковой электромотор, питаемый от аккумулятора) передаёт движение через зубчатый венец маховику и разгоняет коленчатый вал при запуске двигателя
Вентилятор -обдувает г двигатель и радиатор W для охлаждения жидкости
Шкив-----
привода электрогенератора
Ремённая передача (см. с. 21) привода вентилятора, водяного насоса и электрогенератора
Я Клапан
ИНД]
Коленчатый вал
Цепная передача привода масляного насоса
Электрогенератор служит
Масляный насос (см. с. 54) подаёт масло по каналам ко всем
Маховик с зубчатым венцом Поддон закреплён на конце наполнен коленчатого вала, маслом к торцу маховика через \	фрикционную муфту
сцепления подсоединяют
для подзарядки аккумулятора, для снабжения электричеством систем зажигания, освещения, для привода топливного насоса и других устройств машины
подшипникам.
На пути подачи масла обычно устанавливают фильтр для его очистки. Из мест смазывания масло стекает в поддон
агрегаты машины
Чтобы можно было заглянуть внутрь двигателя, здесь часть его корпуса срезана
Удивительная механика.
65]
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Здесь кулачок повёрнут так, что пружина сжата, шток впускного клапана сдвинут вниз
Воздух
Всасывание воздуха, впрыск топлива и перемешивание его с воздухом
Через форсунку впрыскивается и распыляется топливо Поршень имеет специальную форму днища для лучшего " -^смесеобразования
Сжатие смеси топлива с воздухом
БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ОСНОВЕ КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННОГО МЕХАНИЗМА (ПРОЦЕСС РАБОТЫ) Сгорание (взрыв) топливной смеси позволяет сказать на поршень громадное давление, которое с помощью механизма преобразуется во вращающий момент. Но перед этим важно быстро и качественно получить смесь топлива (бензина) с воздухом. Обычно её начинают приготавлять вне камеры сгорания (в карбюраторе или впускном канале). Здесь же показан процесс работы самого современного двигателя с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания.
Коленчатый вал при взрыве смеси так сильно разгоняется, что продолжает вращаться по инерции и может вернуть поршень в прежнее положение. При этом процесс повторяется и происходит очень быстро - за 1с вал совершает обычно от 15 до ПО оборотов.
Смесь
Масло
В этом положении оба клапана закрыты смесь топлива и воздуха уплотнена (сжата) и поджигается электрической искрой, благодаря чему происходит взрыв
внутри камеры, а образующийся при этом газ с большой силой давит на поршень
Развиваемый вращающий момент Подшипниковая
Коленчатый опора коленчатого вал	вала
Шатун
Впускной клапан открыт, поршень перемешается вниз и всасывает
в камеру сгорания поток воздуха. Распыляемое через форсунку топливо смешивается с воздухом
Принудительное вращение коленчатого вала от стартера (при запуске) или по инерции или от другого поршня (в многоцилиндровом двигателе)
Магик! Понятно, что поршень движется вниз из-за взрыва, а как же он возвращается назад, в верхнее положение?
Поршень движется вниз и с помощью шатуна заставляет вращаться у коленчатый вал /
Взрыв смеси топлива (бензина) и воздуха, рабочий ход поршня
Сюда подводится электричество
Выпуск газа, образовавшегося при сгорании смеси топлива и воздуха
Здесь кулачок повёрнут так, что пружина сжата, а шток выпускного клапана сдвинут вниз
Кулачок
Пружина
Шток клапана
66
Удивительная механика. |
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ДИЗЕЛЬ - поршневой двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем
в
Главная особенность дизеля по сравнению с бензиновым двигателем заключается в самовоспламенении топлива (без электрической искры). Но для этого при движении поршня вверх воздух в цилиндре сжимают настолько, что он становится горячим. В конце хода поршня впрыскивают (распыляют) топливо, которое, смешиваясь с раскаленным воздухом, мгновенно загорается. Вот и получается взрыв для осуществления	(Кет
рабочего хода. Всё это происходит очень быстро, и за секунду коленчатый jvt вал может провернуться, <£-например, сто раз.
Для впрыскивания топлива используют форсунку. По сути она представляет собой клапан, который открывает доступ топлива в камеру сгорания (в цилиндр). Форма отверстия такова, что образуется распыляемая струя. Топливо к форсунке подаётся под большим давлением от общего топливного насоса (схема внизу), либо от встроенного в форсунку насоса (схема справа).
Форсунка дозирует и
топливо
Шатун
Свеча накаливания
топлива под высоким давлением (135 МПа)
Здесь подключают провода системы управления
Клапана
1896 г.
Насос-форсунка дизеля и кулачковый механизм Неподвижная опора коромысла
Качающееся коромысло передаёт движение от кулачка плунжеру [поршню] насоса
Плунжер насоса в заданный момент проталкивает порцию топлива в форсунку. Форсунка, управляемая электромагнитны м клапаном, распыляет только заданную часть топлива из этой порции.
Шток насоса
Кулачок привода насоса-
Плунжер насоса
Возвратная пружина насоса
Свеча
Электромагнитный клапан управляет работой форсунки
Кулачок привода клапана
Один из клапанов для впуска воздуха и выпуска сгоревшей смеси
для подачи (и отвода оставшегося) топлива
иглы -
помогает воспламенять смесь только в первые минуты запуска холодного двигателя, когда смесь еще не может
самовоспламеняться Игла форсунки в зависимости от времени tn степени открывания отверстия точно дозирует количество впрыскиваемого топлива
Удивительная механика.
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Вкладыш опоры коленчатого вала
ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ПРИ СБОРКЕ)
затем обжимают и вместе поршнем вводят в цилиндр помощью оправки
Пружинные кольца, устанавливаемые между поршнем и цилиндром, служат в основном для того, чтобы газы из камеры сгорания не проникали под поршень, а масло из-под поршня не проникало в камеру сгорания
Палец
Шейка для коренного подшипника
Пружинные кольца сначала надевают на поршень, например, с помощью специальных клещей, а с с
Сдвоенный	Поршневое
симметричный	кольцо
рычажный механизм преобразует силы руки в силы, необходимые для раздвигания концов пружинного кольца. В то же время зажимные губки удерживают и ориентируют его
Оправка с конусным отверстием для обжатия колец при осевом движении поршня
Кольца
Поршень
Шатун \ БЛОК у цилиндров
С помощью оправки утапливают пружинные кольца в кольцевые канавки настолько, что поршень вместе с ними можно свободно ввести в цилиндр
Здесь на валу устанавливают и закрепляют шкив ремённой передачи и звездочку цепной передачи
Шатун
Втулка служит для уменьшения силы трения между пальцем и шатуном Вкладыш ' шатунного подшипника
Шейка для шатунного подшипника
Вкладыш шатунного подшипника служит для уменьшения силы трения
Робик! Сначала надо установить втулку в отверстие шатуна, завести шатун внутрь поршня, только после этого можно вставлять поршневой палец. А еще не забудь закрепить палец в осевом направлении стопорными кольцами.
Стопорное упругое кольцо предварительно сжимают, затем вводят в отверстие и устанавливают в специальную кольцевую канавку Поршень
Болт соединяет шатун с крышкой шатунного подшипника
Противовес делает коленчатый вал уравновешенным (при его вращении центробежные силы не воздействуют на корпус)
Здесь к коленчатому валу присоединяют маховик
Крышка шатунного подшипника
Вкладыш опоры коленчатого вала служит для уменьшения силы трения между валом и корпусом
68
Удивительная механика.
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ (изобретён в 1957 г.)
В этой камере происходит сгорание топливной смеси,
и образуемое при этом давление на ротор
сообщает ему движение
Сила рабочего давления на ротор
Плечо силы— рабочего давления относительно оси вращения коленчатого вала
Уплотнительная пластина отделяет камеры одну от другой (
Впускной канал
Здесь заканчивается выпуск отработанных газов и начинается всасывание топливной смеси
Выпускной канал
Зубчатое колесо с внутренними зубьями закреплено на роторе. Вместе с ротором оно вращается вокруг шейки коленчатого вала и одновременно обкатывается вокруг неподвижного центрального колеса. Такое движение называют планетарным движением (подобным движению планет вокруг солнца). Здесь оно требуется, чтобы не допустить самопроизвольного вращения ротора и обеспечить непрерывный контакт его граней с поверхностью рабочей полости в корпусе. При трёхгранном роторе и двухгранной полости числа зубьев колес должны относиться как 3/2 Центральное неподвижное зубчатое колесо В этой камере в данный момент происходит сжатие топливной смеси (подготовка к сгоранию)
Корпус с водяной Свеча''	"рубашкой"
зажигания	охлаждения
Здесь показано осевое сечение двухроторного двигателя. В таком двигателе в два раза чаще происходит рабочее воздействие на коленчатый вал. Благодаря этому вал вращается более равномерно.
Корпус	Первый ротор
Противовес
В роторно-поршневом двигателе одновременно происходят все четыре такта: всасывание топливной смеси, её сжатие, её сгорание и выпуск отработанных газов (продуктов сгорания). Конструкция двигателя проще традиционных исполнений (см. с. 66...6Б).
В нём отсутствуют поступательно
движущиеся части. Двигатель > мал по размерам и массе, довольно экономичен в эксплуатации.
Но на освоение производства таких двигателей требуются большие расходы, поэтому пока их выпускают сравнительно небольшими партиями.
-L0
- Второй ротор
Коленчатый вал
Центральное зубчатое колесо закреплено в корпусе
Зубчатое колесо с внутренними зубьями,.
Противовес
Уплотнительная пластина
На выходном валу нужен маховик для уменьшения неравномерности вращения.
Благодаря диаметрально противоположному расположению шеек коленчатого вала вала и наличию противовесов устранена передача центробежных сил на корпус
Удивительная механика.
69.1
СРЕЗАНИЕ ГРУНТА КЛИНОВИДНЫМ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ БУЛЬДОЗЕРА
Магик! Мне кажется, что бульдозер - это большой рубанок.
Рабочее оборудование многих машин, срезающих или разрушающих породу, имеет клиновидную форму.
Гидроцилиндры, с помощью которых нож заглубляется на заданную толщину срезаемого слоя грунта
Срезаемый грунт
Движение бульдозера приводит к внедрению ножа в грунт.
Отвал

70
Удивительная механика.
КЛИН В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
ОБТАЧИВАНИЕ ЦИЛИНДРА	Заготовка
Стружка
Резец
ПРОТЯГИВАНИЕ ОТВЕРСТИЯ
Протяжка
Заготовка
ПЛОСКОЕ ПРОТЯГИВАНИЕ
Вращающийся зажимной патрон
Вращающий момент
Грубая / поверхность
Гладкая поверхность
Заготовка
Цилиндрическая фреза
ФРЕЗЕРОВАНИЕ
Варианты срезания слоя материала при плоском фрезеровании
Резец Движение резца
Плоская заготовка
Вращающий
момент	ШЛИФОВАНИЕ
\ Шлифовальный
Опорный нож
Шлифовальный круг
Шлифовальный круг
Плоская заготовка
Фрикционный ролик, приводящий во вращение заготовку

Движение заготовки
БЕСЦЕНТРОВОЕ
ШЛИФОВАНИЕ------
ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ
Кристаллики шлифовального круга выкрашиваются в неопределённых местах, и его форму обычно "исправляют" с помощью другого шлифовального круга
Во всех этих видах резания клин легко внедряется в металл или любой другой материал. Важно только, чтобы клин был достаточно жёстким и имел более твёрдую поверхность, чем у заготовки.
Протяжка
Оказывается, и здесь мелкие твёрдые клинышки врезаются в обрабатываемую поверхность
Ролик, поддерживающий
Заготовка заготовку
Удивительная механика.
71
КЛИНОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
КЛИНОВИДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ТОРМОЗАХ И МУФТАХ СВОБОДНОГО ХОДА Направление свободного вращения барабана относительно храповика^у^
Собачки способны зацепляться с зубьями храповика при одном направлении вращающего момента и свободно перескакивать через зубья при другом направлении.
Робик, ты можешь не бояться отпустить рукоятку, так как в данном случае барабан не станет вращаться под действием силы тяжести подвешенного груза.
Сила тяжести подвешен него на канате груза
Храповик установлен на общем валу с рукояткой и барабаном
Барабан
Храповой механизм
Направление вращающего момента при зацеплении собачки с храповиком Подшипник, установленный между соединяемыми деталями Храповик
Роликовый фрикционный механизм Ролики заклиниваются между наклонными поверхностями, благодаря чему звёздочка и обойма неподвижно соединяются между собой
Винтовая пружина
Листовая пружина слегка прижимает ролик и не допускает,/ выкатывания его I из клинового зазора |
Направление свободного вращения обоймы
Л/ относительно звёздочки
Собачка поджата к храповику листовой пружиной и может отжиматься клиновидными зубьями при вращении храповика только в одном — направлении
Направление—_______ свободного вращения / внешнего кольца относительно внутреннего
Кулачки из-за сил трения могут поворачиваться и заклиниваться между внутренним и внешним кольцами
Лепесток пружины создаёт начальное прижатие кулачка к поверхностям колец
Звёздочка Обойма Направление вращающего момента при заклинивании роликов
Кулачковый фрикционный механизм
Направление вращающего момента при заклинивании кулачков
72
Удивительная механика.
КЛИНОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
НАШкг;
КЛИНОВЫЕ ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА В ГРУЗОПОДЪЁМНОМ МЕХАНИЗМЕ
Нижние клинья удерживают канат от его опускания, когда верхние клинья скользят по нему вниз, и освобождают его при движении вверх
Верхние клинья при движении вверх зажимают канат и тянут его за собой, а при движении вниз они свободно скользят по канату
Свободный конец каната может быть направлен вниз. Его наматывают на барабан или укладывают на палубе в бухту
Гидроцилиндры перемешают вверх-вниз верхний клиновой захват, малыми шажками тянут канат и постепенно поднимают груз. Нижний захват удерживает канат на месте при перемещении верхнего захвата вниз.
Подача рабочей жидкости под давлением в гидроцилиндр
Используют одинаковых подъёмных устройств обычно намного больше, чем показано внизу на принципиальной схеме. Все они работают одновременно. Движения гидроцилиндров при этом должны быть точно согласованными, чтобы поднимаемое затонувшее судно не перекашивалось или не переломилось.
Управляет включением и выключением гидроцилиндров компьютер
Сила у тяжести поднимаемого каната и груза
Удивительная механика.
73 i
ВИНТ, ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
ВИНТ ПОЛУЧАЕТСЯ ИЗ КЛИНА
Робик наматывает на цилиндр лист бумаги в виде клина и образует винтовую линию.
Вообще-то винт изготовляют иначе: на стальном цилиндре нарезают или продавливают винтовую канавку (см. с. 75 и 77), но принцип образования винта остаётся тем же.
Робик перекатывает цилиндр и наматывает на него ленту.
Здесь винт закреплён в основании
ВИНТОВАЯ ПЕРЕДАЧА ИМЕЕТ ВИНТ И СОПРЯЖЁННУЮ с ним
ДЕТАЛЬ
Вместо рейки можно установить гайку--
с винтовой канавкой в отверстии
Если вращать винт, то рейка будет подниматься или опускаться.
В винтовой передаче ведущим звеном может быть гайка или винт, причём вращающееся звено может при этом совершать поступательное движение.
Рейка
Винт-----
- Направляющая опора рейки
74
Удивительная механика.
ВИНТ, ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
НАРЕЗАНИЕ ВИНТА С ПОМОЩЬЮ ВИНТОВОЙ ПЕРЕДАЧИ
Это вовсе не обязательно! Здесь винтовая передача (передача винт-гайка) осуществляет непрерывное перемещение резца вдоль заготовки. Эту же задачу можно решить и с помощью другой передачи или с помощью самостоятельных приводов заготовки и резца. Важно только, чтобы резец и заготовка перемещались одновременно и с заданными скоростями.
Заготовка
Магик! Выходит так, что для получения винтовой резьбы нужен уже готовый винт?
Вращающийся винт сообщает продольное движение гайке и прикреплённому к ней резцу
Резец
Винтовая
канавка
— Гайка
Корпус, внутри которого расположены электродвигатель и зубчатая передача, обеспечивающая постоянное соотношение скоростей вращения винта и заготовки
Нарезание винтовой резьбы резцом
Обычно резьбу нарезают за несколько проходов. После каждого прохода - резец углубляют в тело заготовки на небольшую величину.
При последующих чистовых проходах снимают тонкую стружку. Благодаря этому получают высокую точность резьбы и малую шероховатость обрабатываемой поверхности.
Нарезной метчик для нарезания внутренней резьбы (гайки)
Канавка для размещения и удаления из отверстия стружки
Направляющий паз предотвращает вращение гайки
Продольная подача резца
Радиальная подача резца
Нарезной метчик, ввинчиваясь в заранее просверленное отверстие, срезает материал своими клиновидными зубьями и формирует таким образом винтовую канавку в заготовке
Поперечное сечение метчика-раскатника
Подача резца вдоль боковой поверхности формируемой резьбы
Метчик-раскатник ввинчивают v	Метчик-раскатник
в заранее подготовленное	для накатывания
(гладкое цилндрическое) отверстие	внутренней резьбы
заготовки. Обрабатываемый материал деформируется и заполняет свободное пространство между гребнями метчика, и в результате получается профиль винтовой резьбы
Удивительная механика.
Канавка для пдачи в зону обработки смазочной
жидкости Заготовка

751
ВИНТ, ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
ВИНТОВАЯ [КОСОЗУБАЯ] ЗУБЧАТАЯ
МНОГОЗАХОДНЫЙ ВИНТ
Робик перекатывает цилиндр и наматывает на него две ленты.
Получился двухзаходный винт. В его основе заложен клин с большим углом, чем в однозаходном винте, поэтому выигрыш в силе получается меньшим, но зато и силы трения меньшие. В передаче с многозаходным винтом можно ведущее звено перемещать
поступательно, а ведомое звено будет при этом вращаться. Возможны также другие варианты: например, в косозубой передаче зубчатые колёса - это многозаходные винты.
Шестерня с винтовыми зубьями -это тоже многозаходный винт.
С ней может зацепляться, например, зубчатое колесо с винтовыми зубьями или косозубая рейка.
Винтовые зубья способны передавать большую нагрузку по сравнению с прямыми зубьями, а кроме того, плавность работы такой передачи получается более высокой
Опора вала
-Здесь может быть приложена сила, в результате чего рукоятка, а вместе с ней и шестерня будут вращаться Вал, на котором
гзакреплены рукоятка и шестерня
ПЕРЕДАЧА
Винт, зацепляющийся с червячным колесом, называют червяком. Он может быть однозаходным или тоже мнозаходным (обычно принимают не более четырех заходов). Его почти всегда соединяют с двигателем
ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧА
Здесь зубчатое (червячное) колесо выполняют с винтовыми зубьями, которые при зацеплении с винтом плотно соприкасаются с его витками своими боковыми поверхностями.
Вращающий момент
Шестерня с винтовыми зубьями Направление вращения—
Косозубая колеса рейка Момент сопротивления вращению "" колеса
Опоры червяка и червячного колеса обязательно должны ограничивать перемещения этих деталей вдоль их осей вращения
Опора червяка
Опоры’червячного колеса здесь не показаны, чтобы не заслонять зацепление зубьев с витками червяка
Так может быть направлена сила сопротивления движению рейки.
Эта сила преодолевается при вращении рукоятки, и рейка движется навстречу силе 76
Опора рейки имеет паз, вдоль которого может перемещаться рейка.
Паз не допускает поперечного движения рейки Направление движения рейки
С помощью червячной передачи можно передавать вращение между валами, оси которых перекрещиваются. При этом можно во много раз увеличивать вращающий момент. Но вот потери энергии на трение в ней велики, особенно при малом числе заходов червяка.
Удивительная механика. *
ВИНТ, ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
НАКАТЫВАНИЕ ВИНТА РОЛИКАМИ В основу технологии изготовления винтов может быть положена винтовая передача с гайкой в виде катящихся по винту роликов.
Принципиальная схема роликовой винтовой передачи
Приводные валы роликов
Накатывание винтовых ребер на трубе в горячем (пластичном) состоянии	Набор дисков
из твердого материала
Ролик-
I
Винт или заготов
Винтовая канавка
'"Ролик
Оси роликов гайки и винта перекрещиваются в пространстве (не параллельны и не пересекаются). При этом сами ролики могут катиться вдоль винтовой канавки, а на сплошной пластичной заготовке даже образовывать винтовую канавку.
VI
Готовое изделие (труба с ; винтовыми ребрами)
Оправка
Заготовка
!|1 V V1
Оправка нужна, чтобы стенка	,
трубы не Здесь ролик выполнен в виде набора дисков, продавливалась которые при накатывании ребра постепенно внедряются в тело трубы и выдавливают материал из образуемой винтовой канавки
НАКАТЫВАНИЕ ВИНТА ВИНТОВЫМИ ВАЛКАМИ Заборная часть валка /
— Калибрующая часть валка имеет полнопрофильные витки для придания точной формы резьбе на заготовке
Накатанный
i.'li
Л/
I? V

Приводные валки втягивают в рабочу зону заговку и накатывают на ней резьбу
Заготовка
Заготовка j
Винтовой валок выполнен в виде винта с постепенно увеличивающимся по длине внешним диаметром и изменяемым
профилем винтовой канавки.	/
Вворачивание заготовки между валками ( (за счет их вращения) приводит к выдавливанию на ней винтовой канавки
ФРИКЦИОННАЯ ВИНТОВАЯ ПЕРЕДАЧА Гладкий цилиндр зажат между \ роликами. ' Движущая сила ролика в точке контакта направлена наклонно к образующей цилиндра, поэтому цилиндру сообщается (за счёт трения) винтовое движение.
ВИНТОВАЯ ПРОКАТКА ТРУБ
По аналогии с винтовой фрикционной передачей здесь приводные валки придают нагретой (пластичной) заготовке винтовое движение.
Благодаря конической форме они еще и обжимают заготовку на дорне. Прокатываемая	Приводные
труба	валки
Приводные - ролики имеют перекрещивающиеся оси
Дорн -стержень, прошивающий отверстие в заготовке ВОДНОЙ валок
Удивительная механика.
77
ВИНТ, ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
ВИНТОВАЯ ПЕРЕДАЧА В КОВОЧНО-ШТАМПОВОЧНОМ ПРЕССЕ
Этот диск неподвижно соединён с маховиком
Гидронилиндр, ' поднимающий ползун в процессе холостого хода
Ползун совершает рабочий ход вниз и холостой ход вверх
—Подшипник винта, не допускающий его осевых перемещений
Многозаходный винт приводится во вращение маховиком при включении сцепной муфты
Сцепная муфта, соединяющая винт с маховиком для осуществления рабочего хода ползуна
Гайка, неподвижно соединённая с ползуном
Направляющие полозья, по которым скользит ползун
Накопленная энергия маховика позволяет осуществлять очень сильный удар по заготовке.
Посмотрим, сможет ли пресс расплющить эту заготовку.
Электродвигатель, приводящий во вращение малый шкив клиноремённой передачи
Маховик одновременно является большим шкивом клиноремённой передачи и служит для накопления энергии при холостом ходе ползуна, а отдаёт накопленную энергию при рабочем ходе
Малый шкив приводится во вращение от электродвигателя и передаёт движение через клиновые ремни маховику
Станина, на которой закреплены: опоры шкивов, опора винта, направляющие полозья ползуна, опоры гидроцилиндра и другие детали
Нижняя плита —
78
Удивительная механика.
ВИНТ, ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
Упругая шайба -разрезное кольцо, устанавливаемое под гайку для предотвращения самопроизвольного отвинчивания Направление	Плечо силы
вращения гайки /	Сила
Винт и гайка здесь использованы
для того, чтобы скрепить детали между собой.
БОЛТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Гайка
ШУРУП - ЭТО ВИНТ, ФОРМИРУЮЩИЙ ДЛЯ СЕБЯ РЕЗЬБУ
Ключ для вращения гайки
В отверстиях этой детали нарезана резьба, а в неё ввёрнуты винты
См.также самонарезающий винт на с. 85.
Ключ для вворачивания болта с потайной головкой может быть выполнен из металлического шестигранного прутка ----------
Такой болт имеет потайную головку, внутри которой сделано четырёх-или шестигранное углубление для установки в него ключа
В этой детали выполнены углубления, в которые "утоплены" головки болтов
Отвёртка
Шуруп имеет заострённый конец, а его резьба выполнена клиновидной, поэтому она легко внедряется в дерево и формирует в нём канавки, одновременно вворачиваясь в них, как в гайку.
Крестообразное углубление \ под отвёртку \
Металлический уголок
Деревянный брус, к которому с помощью шурупов прикрепляют металлический уголок
Удивительная механика.
79
ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ, НАСОСЫ И ТУРБИНЫ
Магик! Выходит так, что шнек-это винт, а вместо гайки здесь движутся кусочки мяса. Но что мешает им вращаться вместе со шнеком?
3
ШНЕК В МЯСОРУБКЕ
Продольный паз на внутренней поверхности корпуса
Продольные пазы не позволяют кусочкам мяса вращаться вместе со шнеком, а шнек проталкивает кусочки вдоль пазов.
Шнек
Выход измельчённого продукта (фарша)
Решётка, через которую проталктваются измельчённые кусочки
” Вращающийся нож
С помощью шнеков перемещают сыпучие материалы (в шнековых конвейерах или питателях), перемещают и выдавливают расплавленные пластмассы (в экструдерах для литья или прессования пластмассовых изделий или для нанесения покрытий). Шнеки или лопастные винты используют также в смесителях. Во всех случаях стремятся предотвратить или уменьшить вращение материала вместе со шнеком за счёт различия сил трения в окружном и продольном направлениях или за счет сил тяжести.
ВИНТОВОЙ НАСОС
В винтовом насосе используют зацепляющиеся между собой	"Порция" жидкости,
многозаходные винты (их может быть два или три, как в приведённом перемещаемая здесь примере). При вращении они перемещают (по аналогиии	боковым винтом
с шестерёнчатым насосом на с. 54, но в продольном направлении)	-----—
“порции” жидкости, размещённые в замкнутых полостях, ограниченных поверхостями винта, корпуса и линиями соприкосновения винтов. Для такой работы длина винта	V	i
должна быть больше его хода.
Поперечное	Выходной Боковой	Центральный Ведущий
Центральный винт Боковой винт “11орция” жидкости, перемещаемая центральным винтом
80
Удивительная механика.
ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ, НАСОСЫ И ТУРБИНЫ
ВОДОПОДЪЁМНЫЙ ВИНТ АРХИМЕДА, изобретённый почти 2300 лет назад
ВИНТОВЫЕ ЛОПАСТИ В БЕТОНОМЕШАЛКЕ
В основе современной бетономешалки заложено изобретение Архимеда. Но в ней отсутствует внутренний вал, а во вращение приводится барабан (аналогичный по назначению трубе) вместе с винтовыми лопастями.
Режим выгрузки бетонной смеси (рис. внизу) соответствует режиму подъёма воды (рис. слева).
Сила тяжести порции воды удерживает её от вращения вместе с винтом
При вращении винта вместе с прикреплённой к нему трубой перемещаются порции воды, расположенные между винтом и трубой
Направление вращения Винтовые лопасти прикреплены барабана при загрузке .^к внутренней стенке барабана и перемешивании /

“6.
OY

Загрузка жидкой бетонной смеси, приготовленной на заводе
Роликовая опора барабана (два ролика поддерживают барабан и допускают его вращение)
Двигатель, приводящий барабан во вращение (через зубчатую передачу)
От вращения вместе с барабаном смесь удерживается за счет своей силы тяжести.
Передняя подшипниковая опора барабана
Реверсирование вращения барабана приводит к выгрузке смеси
Направление вращения барабана при выгрузке смеси
Выгрузка бетонной смеси
Удивительная механика.
81
ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ, НАСОСЫ И ТУРБИНЫ
Вентилятор установлен на вращающемся валу электродвигателя.
Каждая из лопастей вентилятора представляет собой короткую винтовую
ВЕНТИЛЯТОР В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ
поверхность, а несколько лопастей образуют многозаходный винт.
Вентилятор X-.' гонит воздух по замкнутому Хк каналу и обдувает автомобиль. Кроме того, > в закрытом помещении его испытывают воздействием тепла, солнечных лучей и дороги. Если автомобиль не выдерживает этих воздействий, то его конструкцию улучшают.
ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
Направляющая лопасть неподвижна.
Она не позволяет воздушному потоку закручиваться, с её помощью корпус электродвигателя прикреплён к трубе
\ Ж *• / 1>----^Светильник создаёт освещение, подобное !	солнечному
Электродвигателем , вращается	/	—
вентилятор
^-Направления вращения барабанов
Вращающиеся барабаны (или подвижная замкнутая лента - см. с. 24), по которым катятся колёса, создают такую же на1рузку, как и дорожное полотно
Здесь воздух проходит между трубками, по которым подаётся горячая вода, и от этого нагревается
Горячая
\ вода
Здесь поток воздуха сужается и благодаря этому его скорость возрастает
Автомобиль неподвижен, хотя его колёса вращаются. Равновесие поддерживается автоматически обеспечением равенства сил потока воздуха, обдувающего автомобиль, и сил противодействия
По изменению сил противодействия потоку воздуха и по характеру огибания автомобиля струями воздуха судят об аэродинамическом сопротивлении выбранной внешней формы. Определяют также вертикальные силы на колёса в зависимости от потока воздуха. Увеличение сил приводит к излишнему сопротивлению движения, а уменьшение сил - к понижению устойчивости и управляемости автомобиля. Эти данные используют для улучшения конструкции. I
8?
Удивительная механика. I
ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ, НАСОСЫ И ТУРБИНЫ
Турбина
Опора вала
Направление потока воды
Заслонка входного' канала
Нам здесь не проплыть!
Выходной канал для потока воды
Входной канал для потока воды
ВИНТОВАЯ ТУРБИНА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Разъединитель электрической цепи
ВИНТОВОЙ НАСОС
Ведущий вал приводится во вращение электродви гателем
Корпус насоса выполнен в виде трубы. Нижним торцом его опускают в воду, а сверху к нему может быть подключён шланг
Генератор вырабатывает электричество при вращении турбины
А здесь я представляю вам ещё одно удивительное превращение винта. Конструкции громадной турбины и небольшого насоса очень похожи друг на друга. Но в одном случае поток воды давит на винтовые лопасти и вращает турбину (так же как J гайка вращает винт, перемещаясь вдоль него), а в другом случае ч ротор с винтовыми лопастями, вращаемый электродвигателем, выкачивает воду из бассейна.	с
Решётка------------
предохраняет от попадания в турбину рыб, веток деревьев и щепок
 Неподвижные направляющие лопатки предотвращают закручивание потока Вращающийся ротор с винтовыми лопастями подобно винту, перемещающему гайку, образует поток воды и поднимает его вверх
Вал, соединяющий турбину с генератором
Направляющие лопасти
, Трансформатор Xпреобразует электричество для передачи его на большие расстояния
Бетонная плотина перегораживает реку, поэтому X. вода может вытекать из водохранилища только по каналам (в плотине) через турбину
Удивительная механика.
831
ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ, НАСОСЫ И ТУРБИНЫ
ГИДРОТРАНСФОРМАТОР
Турбинное	Направляющие неподвижные
Насосное лопастное колесо лопатки лопастное колесо Ведущий вал \
На этой модели представлен только сам процесс передачи движения. Насосное колесо раскручивает поток жидкости, а тот в свою очередь заставляет вращаться турбинное колесо. Направляющие лопатки препятствуют раскручиванию потока и воспринимают момент реактивных сил
ПРИМЕР КОНСТРУКЦИИ ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА Ведомое турбинное
Замкнутый поток жидкости
Гидротрансформатор используют, например, для плавного изменения скорости движения автомобиля. Его устанавливают между двигателем и автоматической коробкой передач.
СЕЧЕНИЯ ЛОПАТОК
И ЗАДАВАЕМОЕ ИМИ ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА
Ведущее насосное колесо
колесо
Корпус
Ведущее насосное колесо
Ведущее насосное колесо
Поток жидкости
ЖИДКОСТИ Ведомое турбинное колесо
Направляющие лопатки
Направляющие лопатки
Направление | движения "" лопаток
Ведомый вал /
Замкнутое движение потока жидкости задаётся центробежными силами, возникающими из-за вращения турбинного колеса
Момент сил сопротивления В реальных конструкциях лопастные колёса располагают как можно ближе друг к другу, чтобы не прерывать поток жидкости. Компактную циркуляцию потока обеспечивает тороидальная форма колёс. Наличие направляющих лопаток позволяет преодолевать момент сил сопротивления в 2...4 раза больший, чем движущий момент. Момент сил сопротивления равен по величине сумме моментов движущих сил (насосного колеса) и реактивных сил (неподвижных направляющих лопаток).
84
Удивительная механика 1
РЕЖУЩИЕ ВИНТЫ
СВЕРЛО ИМЕЕТ ВИНТОВЫЕ КАНАВКИ ДЛЯ ВЫХОДА СТРУЖКИ Электродвигатель, расположенный внутри дрели, вращает сверло
(Движение продольной подачи
Сверло
САМОНАРЕЗАЮЩИЙ ВИНТ
Вращение
Винтовая канавка
Стружка
Режущая кромка
^Направление вращения при вворачивании винта в отверстие детали без резьбы
Сверло при вращении снимает тонкую стружку своей режущей кромкой и как бы вворачивается в заготовку, но для этого на него надо давить в продольном направлении.
В отличие от бура здесь стружка отделяется от боковых стенок отверстия и по винтовой канавке выходит наружу.
Самонарезающий винт, или шуруп, образует для себя винтовую канавку и вворачивается в нее (по аналогии с метчиком -см. с.75).
Здесь витки выполнены
Это превращает витки резьбы в настоящие резцы, благодаря чему такой винт можно ввернуть не только в дерево, но и в мягкий металл
Бур врезается в землю так же, как шуруп вворачивается в дерево. Периодически его нужно вынимать с вырезанной порцией почвы. С помощью бура можно делать ямки для деревьев или столбов. Его также устанавливают на машинах для бурения глубоких скважин и для добычи полезных ископаемых.
БУР - САМОНАРЕЗАЮЩИЙ ДВУХЗАХОДНЫЙ ВИНТ
и не требуют нарезания широкой канавки
с режущими элементами
Пара сил сопротивления врезанию обеспечивает самоцентрирование бура вворачивание строго вдоль оси его вращения
Вращающий момент и направление вращения бура
Роль гайки здесь
Винтовая играет почва, только винт ещё и нарезает в ней резьбу
Нож, установленный на конце лопасти, может разрезать почву и способен разрушать встречающиеся в почве камни
Удивительная механика.
ВИНТОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ
ВЕНТИЛЯТОР НА НЕПОДВИЖНОЙ ОПОРЕ
вентилятора
прикреплена к полу
Каждая из лопастей представляет собой ограниченную винтовую поверхность, а несколько лопастей образуют многозаходный винт. При вращении вентилятор гонит воздух (в основном вдоль оси) и создаёт довольно сильный ветер
ВЕНТИЛЯТОР
НА ПОДВИЖНОЙ ОПОРЕ
Опора вентилятора расположена на катках, которые могут свободно катиться по гладкому полу
Удивительно!
Ветер почти утих, а вентилятор вдруг поехал назад.
Видишь ли, Робик, поскольку трение качения опоры по гладкому полу невелико, то теперь получается, что вентилятор практически ничем не удерживается в осевом направлении. Он вворачивается в в неподвижные слои воздуха и тянет (или толкает) опору.	ЛГ /
ВЕНТИЛЯТОР (ПРОПЕЛЛЕР, ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ) НА ЛОДКЕ -САМЫЙ НАСТОЯЩИЙ ДВИЖИТЕЛЬ
Так как сила трения лодки о воду невелика, тот же вентилятор, который создавал ветер, теперь как бы ввинчивается в воздух и толкает вперёд опору вместе с лодкой.
Опора вентилятора прикреплена к корпусу лодки
Удивительная механика.
ВИНТОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ
I ч
Здесь вал гребного винта присоединен к двигателю, размещенному внутри лодки
-Поворотная колонка
Гцдроцилиндры через реечный механизм поворачивают колонку
Насадка"винта формирует поток воды с относительным осевым движением, благодаря чему уменьшаются потери энергии на движение воды, задаваемое центробежными силами
Опора гребного винта прикреплена к корпусу лодки и передаёт ему движущую силу.
Внутри опоры имеется подшипник и уплотнение, которое не допускает проникновения воды внутрь лодки
Гребной винт! вворачивается в воду
и толкает лодку
Боковое одностороннее давление встречного потока воды
ГРЕБНОЙ ВИНТ	Рычаг для поворота
И РУЛЕВАЯ ЛОПАСТЬ рулевой лопасти Боковое воздействие
на опору руля, закреплённую на корме, при повороте лодки
ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВАЯ КОЛОНКА ГЛУБОКОВОДНОГО АППАРАТА Электродвигатель через редуктор приводит во вращение винт
Корпус лодки
Конический зубчатый редуктор
Движительно-рулевой винт
Рулевая лопасть при её повороте заставляет изменять направление встречного (относительно лодки) потока воды, из-за чего возникает одностороннее боковое давление на лопасть. Оно передаётся на опору и далее на корму лодки, благодаря чему лодка поворачивается. Получается так, что без движения лодки или без встречного потока воды повернуть лодку нельзя.
Значит, в повороте участвует не только рулевая лопасть, но и требной винт. Для маневрирования судов при малой скорости или для поворота на месте используют специальные рулевые винты. Их устанавливают обычно в поперечном направлении к оси судна. Применяют также винты, установленные на поворотной колонке. В приведенном здесь примере совмещены функции движителя и руля. Изменение направления движущей силы приводит к повороту глубоководного аппарата
Удивительная механика.
871
ВИНТОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ
НЕСУЩИЕ И ТЯНУЩИЕ ВИНТЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Поворот лопасти вокруг продольной оси
Опорные колеса шасси
ВЕРТОЛЁТ С ОДНИМ НЕСУЩИМ И ОДНИМ РУЛЕВЫМ ВИНТАМИ
"Вворачивание” несущего винта__-__—
X	В воздух
Здесь размещён главный редуктор, который передаёт вращение от двигателей несущему винту
Сила, W создаваемая рулевым винтом. Момент этой силы уравновешивает момент сопротивления вращению несущего винта
Здесь размещены / газотурбинные двигатели
может "висеть в воздухе, когда сила тяжести
уравновешена подъёмной силой винтов.
Лопастной винт как бы вворачивается в воздух и тянет за собой корпус вертолета. Чтобы уравновесить вращающий момент, этот вертолёт имеет два несущих винта, вращающихся в разные стороны. Их подъёмные силы суммируются, а для стабилизации положения и поворота корпуса служат рулевые лопасти
На преобразуемом летательном аппарате (внизу) оси винтов вместе с двигателями могут быть повёрнуты так, чтобы обеспечить либо вертикальный взлёт А или посадку (как	|	\	/
у вертолёта), либо ]	Ш
такой же полёт,	L 'it/
как у самолёта	г	_
Поворотом лопасти несущего винта вокруг её продольной оси (с помощью специального механизма) изменяют подъемную силу. Синхронный поворот всех лопастей обеспечивает подъём или опускание вертолёта. Если же поворачивать лопасть в процессе каждого оборота винта, то можно получить горизонтальную составляющую движущей силы и горизонтальное перемещение вертолёта.
88
Удивительная механика.
ВИНТОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ
Элерон (плоскость управления движением самолёта) можно поворачивать вокруг оси его шарнирного соединения с крылом, тем самым создавая дополнительное сопротивление движению \
ВИНТ СООБЩАЕТ ДВИЖЕНИЕ САМОЛЁТУ
Поворот самолёта осуществляется из-за дополнительного давления <	.
встречного потока воздуха на одну сторону руляТ^^^ Я
Руль поворота
Верхний поток воздуха
Кабина
Руль высоты
Нижний поток воздуха
Стабилизатор ' ^Заднее колесо шасси
Пропеллер -это короткий винт---------:
в виде двух или более лопастей
Фюзеляж^ Верхний -----'''"~\/поток воздух?
' I Нижний поток
— воздуха
Элерон
Двигатель
Передние — колёса шасси
Верхний -----
поток воздуха
Нижний Крыло
поток
Пропеллер вворачивается в воздух так же, как шуруп вворачивается в дерево, и тянет за собой самолёт, а крыло разделяет встречный поток воздуха на верхний и нижний потоки и создаёт подъёмную силу так же, как это делает воздушный змей, но воздух скользит по крылу без завихрений.
Нижний поток получается более плотным из-за меньшей скорости обтекания воздуха даже при горизонтальном положении крыла самолёта,
воздуха
Подъёмная сила
благодаря чему создаётся подъёмная сила, направленная вверх. (Зазоры между стрелками, обозначающими верхний поток
на рисунке, показывают, что там воздух сильнее разрежен по сравнению с нижним потоком)
Поворотом плоскости управления добиваются дополнительного сопротивления движению (торможения) при посадке или увеличения подъёмной силы при взлёте самолёта. Если обеспечить торможение с одной стороны крыла, то самолёт начнёт поворачиваться
Удивительная механика.
РЕАКТИВНЫЕ САМОЛЁТЫ И ДВИГАТЕЛИ
ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ САМОЛЁТОВ
Чем большую силу (тянущую или толкающую) способен развить двигатель, I тем проще обеспечить достаточно большую подъёмную силу и большую скорость полёта при малых размерах крыла. Наиболее подходящими в этом плане оказались газотурбинные двигатели, построенные по тем же принципам, что и обычные винтовые турбины. В них движущий поток газа образуется при сгорании топлива в предварительно сжимаемом воздухе. Эти двигатели могут просто вращать воздушные винты (турбовинтовые двигатели), но могут создавать и громадные реактивные силы (турбореактивные и турбовентиляторные двигатели - см. с. 92, 93).
Предкрылок,
Через этот патрубок заливают топливо из самолёта-заправщика (в полёте)
Ось поворота консоли крыла
РЕАКТИВНЫЙ САМОЛЁТ С ИЗМЕНЯЕМОЙ СТРЕЛОВИДНОСТЬЮ КРЫЛА
Элерон Стабилизатор
Тормозной щиток
Здесь размещён правый двигатель
Киль
Руль поворота
Затвор сопла двигателя
Руль высоты
Носовой конус поворачивают для доступа к антенне
Здесь размещён левый двигатель
Тормозной щиток
Элерон
/Передняя' колёсная опора
Компьютеры помогают пилоту
Стрелкой обозначена сила, создаваемая гидроцилиндром для поворота консоли крыла
Топливный бак расположен внутри крыла Левая основная колёсная опора
управлять самолётом. Кроме его команд они анализируют информацию об окружающих условиях и внешних воздействиях и включают исполнительные
Консоли крыла у этого самолёта могут поворачиваться, в результате изменяется угол между консолями. Он зависит от режима полёта: при взлёте и посадке или при небольшой [ скорости полёта консоли отведены от фюзеляжа
устройства управления работой двигателей, рулей поворота и высоты,
на наибольший угол, а при высокой скорости полёта консоли наиболее приближены к фюзеляжу подобно тому,
элеронов, тормозных щитков и других как птица складывает крылья при стремительном движении, систем. Благодаря этому задаётся
устойчивое движение самолёта
90
Удивительная механика
РЕАКТИВНЫЕ САМОЛЕТЫ И ДВИГАТЕЛИ
РЕАКТИВНАЯ СИЛА СТРУИ
РЕАКТИВНЫЙ САМОЛЁТ В ПОЛЁТЕ
Поток газа образуется при сгорании топлива
Поступление воздуха необходимо
для сгорания топлива
Это всего лишь игрушка, изобретённая о > 2000 лет назад. Струи воды, вытекая	Д—j
из трубок, заставляют сосуд вращаться, причем, в направлении,	>
противоположном течению воды.
Кстати, и Робик с трудом удерживает	Tsf
шланг, который при вытекании струи	<
толкает его назад. Этот же принцип используют в современных реактивных двигателях.
Турбовентиляторный двигатель
Топливо поступает в двигатели из плоских баков, расположенных в крыле
Реактивная сила
Реактивная сила
Реактивная сила
Двигатели самолёта гонят потоки газа с громадной скоростью и развивают такую силу тяги (реактивную силу), что даже тысячи Робиков не смогут противостоять ей и удержать самолёт от движения.
Реактивная сила
Удивительная механика.
->1
РЕАКТИВНЫЕ САМОЛЁТЫ И ДВИГАТЕЛИ
Направляющие лопатки не допускают закручивания потока воздуха (изменяют направление потока, заданное вентилятором, на продольное). Они также служат опорой -для внутреннего корпуса, и через них воспринимаются реактивные силы (сила тяги и реактивный момент)
ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА (МОДЕЛЬ)
Поток воздуха, перемещаемый вентилятором
Направляющие лопатки турбины не допускают закручивания потока газа, и через них воспринимаются Реактивная реактивные силы сила	(сила тяги
потока	и реактивный момент)
газа
в камеру
сгорания
Сила тяги, развиваемая вентилятором
Вентилятор, приводимый во вращение второй турбиной
Подача топлива из бака
Поток газа с большой скоростью вырывается наружу
Вторая турбина вращает вал, на котором закреплён вентилятор
Лопастные роторы (вентиляторы) компрессора установлены на полом валу и приводятся во вращение первой турбиной
Направляющие лопатки компрессора не допускают закручивания потока воздуха
Камеры сгорания топлива в воздухе представляют собой небольшие реактивные двигатели, из которых потоки газа направляются к турбинам
Первая турбина через полый вал передаёт вращение лопастным роторам компрессора
Компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания
В этом двигателе сила тяги, развиваемая вентилятором, и реактивная сила потока газа (полученного в результате сгорания топлива) суммируются, и образуется общая сила, которая толкает корпус двигателя вместе с самолётом вперёд.
Наряду с данной схемой применяют и другие решения газотурбинных двигателей:
-	турбореактивный двигатель имеет только турбины и компрессор, а вся его сила тяги образуется за счет реактивной силы потока газа;
-	турбовинтовой двигатель напоминает по структуре турбовентиляторный двигатель, но вместо вентилятора в нём установлен тянущий винт, а реактивная сила потока газа может быть незначительной.
Конструктивно газотурбинные двигатели выглядят намного сложнее представленной здесь схемы (см. след. с.).
92
Удивительная механика. I
РЕАКТИВНЫЕ САМОЛЁТЫ И ДВИГАТЕЛИ
ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. ПРИМЕР КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ
Вентилятор
установлен на общем валу со второй турбиной и приводится от неё
во вращение
На этой конструктивной схеме показано, что двигатель состоит из двух крупных вращающихся узлов: синим цветом отмечено соединение вентилятора и второй турбины; красным цветом отмечено соединение компрессора и первой турбины. Каждый из этих узлов установлен в корпусе (обозначенном жёлтым цветом) на двух подшипниковых опорах, как это обычно делают для валов.
В этом месте двигатель крепится к самолёту (задняя опора)
В этом месте двигатель крепится к самолёту (передняя опора)
Подшипники общего вала компрессора и первой турбины
Вторая турбина установлена на общем валу с вентилятором
Передний подшипник общего вала ветилятора и второй турбины
Лопастные роторы компрессора установлены на общем валу с первой турбиной
Первая турбина установлена на общем валу с лопастными роторами компрессора
Камера сгорания топлива в воздухе
Направляющие лопатки------
вентилятора служат также в качестве элементов корпуса
Каждое турбинное колесо (диск) имеет большое число лопаток, прикреплённых к ободу. В реальных конструкциях компрессора также имеется большое число лопаток. Чтобы избежать неуравновешенных центробежных сил из-за высоких скоростей вращения, все лопатки должны быть одинаковы по массе и расположению центра тяжести. Лопатки компрессора и турбины несколько отличаются по форме, но самое главное, что лопатки турбины изготовляют из материалов, способных работать при высокой температуре.
Задний подшипник общего вала вентилятора и второй турбины
Торцовые шлицы для соединения дисков турбины между собой и для передачи вращающего момента
Удивительная механика.
931
УДАРЫ, ВИБРАЦИИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
ВИБРАЦИИ - механические ке^ебан^ тела или его элементов (периодические перемещения относительно какого-либо среднего положения). Вибрациями сопровождаются практически все процессы в окружающей нас природе, в машинах и сооружениях. Причиной вибраций может быть не только сила инерции, возникающая из-за смещения центра тяжести (при раскачивании на качелях), но и многое другое,
например удар по упругому телу. От вибраций
стремятся защитить человека, машины, приборы и сооружения, но зачастую их специально воспроизводят для осуществления или улучшения технологических процессов.
Магик! Я только подпрыгнул один раз и не упал, а очень мягко опустился, но после этого пружина стала раскачивать меня вверх и вниз так, что я не могу остановиться.
То, что твоё падение, Робик, смягчилось объясняется постепенным замедлением движения (увеличением времени восприятия удара) и уменьшением инерционной составлющей реакции по сравнению с падением на жёсткое основание. Чем меньше жёсткость (см. с. 32) пружины, тем эффективнее смягчение удара. Важно только, чтобы пружина не сжималась до соприкосновения витков.
А вот от длительного раскачивания может спасти демпфер, который рассеивает энергию внешнего воздействия (см. с. 97, 98). Жёсткость пружины зависит от её размеров и формы. Например, бочкообразная пружина может деформирова гься на большую величину (меньшие витки свободно опускаются, не соприкасаясь с большими витками, и её жёсткость изменяется непропорционально деформации).
Такая пружина обладает лучшими
виброзащитными свойствами. Добавлю также, что изготовляют пружины обычно из прочной стальной проволоки, I навивая её на оправку, i
УПРУГАЯ ПОДВЕСКА ТРАНСПОРТНОЙ
Корпус машины может	МАШИНЫ
раскачиваться вверх и вниз так же, как Робик раскачивается на пружине. S'
Здесь опора каждого из колес соединена ;  с рамой машины 1 - упругим звеном.
Торсион - тонкий и длинный упругий валик, работает как пружина, закручиваясь при повороте рычага
Рычаг
Если колесо при большой скорости наедет на камень-^ или провалится в ямку, то рычаг плавно повернётся, закручивая валик, и удар, переданный на корпус машины, будет смягчён.
Внутри колеса -----имеется подшипник, с помошью которого колесо опирается на рычаг Здесь показано присоединение к корпусу машины только одного колеса, а на самом деле их присоединяют по два (а иногда и по четыре или по шесть) с каждой стороны машины
94
Удивительная механика.
УДАРЫ, ВИБРАЦИИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
УПРУГАЯ ПОДВЕСКА ТАНКА
Почему танк не разбивается при падении с обрыва?
г


Схема упругого присоединения одной пары опорных катков к раме танка
Рычаг подвески правого катка
Здесь к рычагу прикреплён упругий валик (торсион)
Рычаг подвески левого катка
Резиновый обод катка
Реакция дороги
Правый каток
Здесь валик прикреплён к раме
Рама
Упругий валик подвески левого катка Шарнир Упругий валик подвески правого катка
Схема гусеничного хода танка
Демпфер Опорные	Гусеница
катки Торсионы /
Демпфер
Натяжное устройство I
Приводная звёздочка сообщает движение гусенице
Подача жидкости для ослабления гусеницы
Рычаг Натяжное-""" колесо
Схема натяжного устройства Рычаги подвески Гидравлическая полость ^Подача жидкости для натяжения гусеницы Рама Гидроцилиндр натяжения Газовая полость обеспечивает упругое натяжение гусеницы
Танк сильно разогнался поэтому не упал отвесно вниз с обрыва, а летит по инерции, постепенно снижаясь из-за силы тяжести. Но всё же он сильно ударяется о грунт в момент приземления. Смягчает удар упругая подвеска опорных катков
Внутри катка расположен подшипник (каток шарнирно соединён с рычагом подвески)
Левый каток (если смотреть со стороны водителя)
Упругая подвеска танка представляет собой соединение с корпусом каждого опорного катка гусеничного хода через рычаг и торсион. Благодаря этому каждый каток может независимо друг от друга перемешаться относительно корпуса вверх или вниз. Во время удара каток поворачивает рычаг и закручивает торсион.
То же самое происходит, когда гусеница одним из катков наезжает на камень или бревно. Резиновый обод катка смягчает небольшие, но частые удары.
Удивительная механика.
951
УДАРЫ, ВИБРАЦИИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
Верхний, самый длинный лист рессоры 5
МНОГОЛИСТОВАЯ РЕССОРА _ Проушины, через которые присоединяют рессору к раме машины Нагрузка—' на рессору со стороны рамы машины
Центральный болт
Центральный болт и хомуты соединяют листы в единый пакет
Хомут
При изгибе листы трутся друг о друга, и благодаря этому быстро прекращается раскачивание после отдельных толчков. Энергия вибраций преобразуется в тепло из-за трения листов
Здесь рессора опирается на балку, по концам которой установлены колёса
В местах, обозначенных стрелками, рессоры присоединены к раме. Под действием нагрузок рессоры прогибаются и смягчают удары, например вызванные тем, что колесо наехало на камень или провалилось в ямку
Нагрузка на рессору со стороны колеса машины
Правая Левое
Правое колесо
Нагрузка на рессору со стороны ижний, самый	рамы
короткий лист рессоры машины До сборки листы рессоры имеют разную кривизну. Чем меньше лист, тем больше он изогнут (при отсутствии нагрузки).
В процессе сборки листы плотно прижимают друг к другу.
Все это делают для того, чтобы обеспечить равномерное нагружение и совместную работу всех листов.
Места контакта листов в начале сборки рессоры
Здесь правая рессора присоединена к раме автомобиля
Рама
колесо
Силы сжатия пакета листов
Серьга позволяет рессоре при изгибе удлиняться
рессора
Левая
ссо
Внутри колеса имеется
-подшипник, с помощью которого колесо опирается на балку
Здесь левая рессора присоединена
Балка, на концах которой установлены подшипники колёс, а в средней части прикреплены центральные хомуты рессор ОДНОЛИСТОВАЯ РЕССОРА В ПОДВЕСКЕ ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ к раме автомобиля Демпфер “успокаивает” вибрации, рассеивая Однолистовая короткая рессора здесь имеет их энергию (конструкцию см. на с. 98)	/Ф°РМУ в виде буквы С. Она изготовлена
из специального прочного композиционного материала (пластмасса, армированная прочными волокнами, - см. с. 104). Этот материал хорошо рассеивает энергию вибраций, но тем не менее данную рессору применяют только в совокупности с демпфером

Пнёвмо-амортизатор -резиновый баллон, наполненный воздухом, работает, как пружина
Продольный рычаг (из легкого алюминиевого сплава)
Поперечная балка с колёсами
Продольная тяга удерживает поперечную балку с колёсами в продольном направлении, допуская лишь вертикальные перемещения балки относительно рамы еъ&ЭфаЫ
Удивительная механика. *“
УДАРЫ, ВИБРАЦИИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
ад?
Тяга
Колесо
рычаг
Ползун с подшипниками оси колёс Рельс при сжатии пружин перемещается относительно платформы
ФРИКЦИОННЫЙ ДЕМПФЕР В ПОДВЕСКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ПЛАТФОРМЫ
Да, без демпфера почти невозможно прекратить вибрации. Они ведь будут продолжаться, пока вся механическая энергия толчка или удара не будет рассеяна (в частности, превращена в тепло). В данном примере постоянно | притормаживается качающийся рычаг, I соединяющий платформу с подшипниками колёс, и тем самым уменьшается раскачивание платформы. |
ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР В ОПОРЕ АГРЕГАТА НА БАЗОВОЙ ПЛАТФОРМЕ
Резинометаллическая опора имеет металлические элементы каркаса, разделенные слоями резины. При вибрациях газ (воздух) перетекает _ через дроссели из одной полости В другую, и тем самым замедляется относительное движение элементов опоры. Резиновые слои
Станина агрегата
Внутренний дроссель [/отверстие)
Элементы vкаркаса
Внешний дроссель (отверстие)
I Внутренние [полости
Фундамент (платформа)
Магик! Выходит, что если бы не было демпфера, то от любого толчка мы бы очень долго раскачивались. А вот трение, похоже здесь играет положительную роль.
Платформа
Работа любой машины, и тем более транспортной, сопровождается вибрациями. Неровности и волнистость дороги, даже железной, всегда имеют место. Упругая подвеска лишь смягчает удары. Она как бы растягивает во времени механическое воздействие, уменьшая величину силы. Но при этом энергия воздействия остаётся почти неизменной и вызывает вибрацию. Преобразуя эту энергию, например, с помощью демпфера в другой вид энергии, можно прекратить возникшее раскачивание.
Кроме фрикционных и пневматических демпферов используют гидравлические демпферы, а также демпфирующие опоры из пористых и композиционных материалов и др.
Удивительная механика.
97
УДАРЫ, ВИБРАЦИИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
Шток
Цилиндр
Верхняя полость наполнена жидкостью
Клапан прямого хода
ДЕМПФЕР В ПОДВЕСКЕ АВТОМОБИЛЯ
полость
При опускании штока вниз газовая полость сжимается, клапан прямого хода открывается и жидкость перетекает из нижней полости в верхнюю, замедляя тем самым движение штока относительно .цилиндра
— Поршень с клапанами
Направление сопроти вления жидкости
Клапаны обеспечивают разное сопротивление перетеканию жидкости при движении штока вниз или вверх и соответственно разное замедление.
Клапан обратного хода
При движении штока вверх газовая полость расширяется, клапан обратного хода открывается и жидкость перетекает из верхней полости в нижнюю, замедляя тем самым движение штока относительно
цилиндра
Демпфер ограничивает раскачивание кузова при движении колеса по неровной дороге
Привод тормоза
^-Нижняя полость наполнена жидкостью
В этом месте пружина и шток демпфера присоеди йены к кузову автомобиля
Пружина смягчает толчки со стороны колеса, если оно наезжает на камень
вращение колесу
, —Свободно перемещаемый поршень отделяет жидкостную полость от газовой полости
Направление сопротивления жидкости
Кожух — защищает демпфер от пыли и грязи
Не такое уж это сложное устройство. Демпфер, по сути, тот же гидроцилиндр, но только с отверстием в поршне.
Резиновое колесо смягчает несильные, но частые толчки со стороны дороги
Этим рычагом ступица колеса присоединена к раме автомобиля. Через него передаются продольные нагрузки
Этими рычагами ступица колеса присоединена к раме автомобиля. Через них передаются поперечные нагрузки
98
Удивительная механика
УДАРЫ, ВИБРАЦИИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
ВИБРОЗАЩИТНАЯ ПОДВЕСКА ОПОРЫ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ НЕУРАВНОВЕШЕННОГО БАРАБАНА
Корпус
Пружина 2 Корпус
Пружина 1
После того как вы рассмотрите внутреннее строение стиральной машины (рис. внизу), обратите внимание на представленную справа схему. Примерно так упрощенно изображают машины в инженерных справочниках.
Со временем, может быть, стоит научиться не только разбираться в таких схемах, но и изображать таким образом конструкции.
Подшипниковая опора вращающегося барабана закреплена во внешнем барабане, подвешенном в корпусе на пружинах
Ремённая передача
Электродвигатель
Пружина 3
Корпус Демпфер 1
Внешний барабан
Вращающийся барабан
Центробежная сила Противовес
Корпус
^"Демпфер 2
Сила "^Корпус тяжести
КОНСТРУКЦИЯ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ
Пружины, на которых подвешен внешний барабан, воспринимают нагрузку, но при этом почти не передают вибрации барабана на корпус
По этому шлангу подаётся чистая вода из водопровода
Сюда засыпают стиральный порошок
Блок управления включает и выключает в нужное время привод барабана, нагреватель или насос
Из этого шланга отработанная (грязная) вода сливается в канализацию
СХЕМА СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ
 с
е ® в
© ©
© е
© е
I В
е
Внешний (невращаюшийся) барабан
Ремённая передача---
Нагреватель
Двухскоростной реверсивный привод барабана (электродвигатель)




®е® е
Сливной насос
Фильтр не допускает попадания оторвавшихся пуговиц и других предметов в сливной насос (чтобы его не испортить)
Фильтр
Демпферы “успокаивают вибрации барабана
Внутренний неуравновешенный (из-за смещающегося к одной из его сторон белья) вращающийся барабан
Удивительная механика.
99
J. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УДАРОВ И ВИБРАЦИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
ВИБРАЦИОННОЕ ВЫГЛАЖИВАНИЕ
И УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВАЛА
Магик!
Поверхность вала казалась совсем гладкой, а вот через увеличительное стекло видны какие-то канавки.
Постоянное давление на инструмент
Вращение вала
При поперечных вибрациях инструмента канавка получается в виде змейки
УДАРНАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ
ОБРАБОТКА ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ
ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА	Заготовка
Рабочее тело
Твёрдые металлические шарики с большой скоростью перемещаются воздушной струёй и ударяются о поверхности зубьев и впадин между зубьями
Защитная оправка закрывает те поверхности детали, которые не нужно обрабатывать \
Обрабатываемое зубчатое колесо медленно вращают, чтобы подставить под струю
шариков всю поверхность зубьев
100
Да, это так, Робик!
При вибрационном выглаживании высота шероховатости уменьшается (что важно, например, для уменьшения сил трения), а инструмент оставляет следы на поверхности в виде неглубоких ямок или канавок.
Но они не мешают работе деталей.
Зато исходные выступы приминаются, трещинки смыкаются, и в результате образуется плотный и прочный поверхностный слой металла. Благодаря этому деталь может воспринимать большие нагрузки.
Инструменту сообщают периодические малые поперечные перемещения (вибрации)
ЦЕНТРОБЕЖНО-УДАРНАЯ
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ВАЛА
Центробежная сила
Упрочнённый слой
-При вращении ротора твёрдые рабочие тела ударяют по обрабатываемой поверхности вращающейся заготовки.
Благодаря этому поверхностный слой вала делается более прочным
Ударной поверхностной обработкой можно очистить поверхность зубьев от окалины, образовавшейся в процессе изготовления заготовки, можно уменьшить шероховатость поверхности, а самое главное - уплотнить и сделать очень прочным поверхностный слой зубьев колеса.

Удивительная механика. '
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УДАРОВ И ВИБРАЦИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
УПЛОТНЕНИЕ БЕТОНА С ПОМОЩЬЮ ВИБРАЦИЙ
При вертикальных вибрациях формы (раскачивании вверх-вниз) частицы бетона (смесь гравия, щебня, песка и цемента) постепенно проникают в имеющиеся пустоты и рыхлый бетон становится бочее плотным. После затвердевания из формы извлекают готовую бетонную плиту. Она получается намного более прочной, чем плита, полученная без помощи вибраций.
/Сйла тяжести •
Центробежная с ила
Движение
вниз
Форма, в которую заливают жидкий бетон Пружина воспринимает силу тяжести, сжимается при движении формы вниз. Её сжатие ослабляется при движении формы вверх
Здесь показано положение деталей, повернутых на четверть оборота от нижнего положения
Неуравновешенные детали вращаются электродвигателем. Возникающие при этом центробежные силы тянут форму вниз (как на этом рисунке), а как только детали повернутся на пол-оборота, то центробежные силы тянут форму вверх, и так будет повторяться до тех пор, пока включён двигатель. В результате форма качается вниз-вверх. Это и есть вибрации формы
В процессе вращения неуравновешенные детали занимают положение, при котором центробежные силы направлены в разные стороны или навстречу друг другу. При этом они уравновешивают друг друга и форма не качается из стороны в сторону
УДАРНО-ВИБРАЦИОННЫЙ МОЛОТ ДЛЯ ЗАБИВКИ СВАЙ В ГРУНТ
Зубчатое колесо
Рама вибровозбудителя
Неуравновешенная деталь (дебаланс)
Пружины сжатия
Боёк
Зубчатая передача здесь обеспечивает согласованное встречное вращение дебалансов
Вибровозбудитель в виде вращающихся в разные стороны неуравновешенных деталей (дебалансов) заставляет перемешаться боёк вверх-вниз.
При движении вниз боёк ударяет по наголовнику, закреплённому на верхнем конце сваи, и постепенно погружает сваю в грунт
 — Наголовник
---Свая
Удивительная механика.
10’
1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УДАРОВ И ВИБРАЦИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
ВИБРОКОНВЕЙЕР
Удивительно! Камни сами собой прыгают и перемещаются вверх по наклонному лотку. В чём же тут дело, Магик?
По сравнению со схемой на с. 101 здесь вибровозбудитель и пружины установлены наклонно по отношению к вертикали. Поэтому воздействия вибраций направлены под углом к силе тяжести камня, и в результате возникает составляющая силы, толкающая камень вдоль лотка.

МОЛОТКОВАЯ ДРОБИЛКА
Воздействие лотка на камень
Центробежная сила
Сила тяжести
Удивительная механика.
Колосники выходной решётки
Высыпание размельченного материала
Направляющий стержень -
Опора на основании (фундаменте)
Колебания лотка
Дебаланс
Пружина Вибровозбудитель
Ничего особенного, просто лоток, поднимаясь, сообщает камню наклонное к вертикали движение. А когда лоток опускается, камень продолжает двигаться по инерции и падает на лоток уже в другом месте (немного впереди относительно начального положения). Если вместо лотка установить сито, то можно сортировать камни: мелкие будут проваливаться в отверстия, а крупные -выгружаться в конце сита.
Реакция камня на молоток —
Стержень входной решётки
Молотки при вращении приводного вала наносят удары по камням и откалывают от них «ебольшие куски. При ударе юлоток отклоняется а некоторую величину, р тем не менее удерживается от проворота центробежной силой.
Благодаря этому привод дробилки защищён от перегрузок и вибраций.
Загрузочный бункер
Пружина Опора на основании
Наклон лотка не должен быть большим, иначе камни покатятся по нему вниз.
-Молотки

Направление , вращения ведущего вала
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УДАРОВ И ВИБРАЦИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
УДАРНО-ВИБРАЦИОННЫЙ ГАЙКОВЁРТ -------------------Ведущий вал, РЭ приводимый J во вращение " электродвигателем
 -Упорный подшипник Пружина сжатия Ползун с зубьями при достаточно большом моменте сил сопротивления сжимает пружину с помощью винтового механизма и выводит из зацепления зубья муфты. В результате зубья проскакивают и совершают удар по зубья и ведомой детали
Сопротивление
Четырёх- сжатию пружины гранный ----------1	..
хвостовик fV .
Ползун — с зубьями Осегой фиксатор
Ведомая деталь —— с зубьями
УДАРНО-ВИБРАЦИОННАЯ
ДРЕЛЬ (ПЕРФОРАТОР)
Пружина
Корпус
Здесь ведущий вал соединён______
с инструментом через кулачковую муфту со скошенными зубьями. При достаточно большом моменте муфта начинает проворачиваться, что сопровождается частыми ударами. В результате облегчается разрушение ’\ твёрдого материала, .X например, F \ при сверлении
\ отверстия
Момент сшк сопротивления вращению
Сверло
е Сборка г”
Это далеко не всё, что хотелось бы показать вам, I дорогие читатели. Думаю, вы уже представляете себе удивительное многообразие возможностей механики в нашей жизни. Если же вы захотите познакомиться с более полной реализацией приведенных здесь принципов и с новыми техническими решениями, то рекомендую обратиться к рубрике "Учимся конструировать" в журнале “Справочник. Инженерный журнал”,, а также к нашим ежемесячным цветным вкладкам в журналах “Заготовительные производства в машиностроении” и “Сборка в машиностроении, приборостроении”. По сути там продолжение и развитие данной темы. Чтобы вы смогли воочию убедиться в этом, на следующих страницах приведено несколько опубликованных и подготовленных к печати иллюстраций, касающихся материалов, ' технологических процессов, истории развития техники, строения машин, зданий и сооружений.:
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ	1
- Винтовой механизм, преобразующий m относительный поворот	->-~Ш
звеньев в возвратно-поступательное движение ползуна	nJ
•^Вращающий момент	(
Периодические удары улучшают /процесс закручивания гайки
I или облегчают её отворачивание
Момент сил сопротивления
'Шаговое движение
_^-Сила нажатия на корпус
'--- ^4"^ 'Х приводит
' к появлению сопротивления
\	вращению
Направление вращения ведущего вала
Ведущий вал приводится во вращение электродвигателем
~ Этой детали передаётся вращающий момент от ведущего вала. Она может также скользить вдоль шлицев, и поэтому её зубья способны выходить из зацепления и совершать удар
Удивительная механика.
103]
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ”
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ [КОМПОЗИТЫ] состоят из полимерной, металлической, углеродной или карбидной основы [матрицы] и армирующего
наполнителя из высокопрочных волокон или нитевидных кристаллов с заданным распределением их в изделии.
Армирующие наполнители воспринимаю! основную долю нагрузки. Их выполняют в виде стальной, вольфрамовой или молибденовой проволоки, в виде стеклянных волокон, волокон карбида кремния, углеродных волокон и других материалов. По форме наполнители
выполняют в виде коротких или длинных волокон, крученых и некрученых нитей, жгутов, лент, тканей плетеных сеток или матов.
Наполнитель -армирующие хаотично расположенные короткие волокна
Наполнитель -параллельно расположенные нити
Наполнитель в виде перекрещивающихся нитей или стержней
Основа [матрица] служит в качестве связующего (склеивающего) материала. Наиболее распространены^ -полимерная матрица, образующая после отверждения (полимеризации) эпоксидные, полиэфирные
или термопластичные смолы;
-углеродная матрица;
-металлическая (алюминиевая, титановая или магниевая) матрица.
Из композиционных материалов с полимерной матрицей распространены стеклопластики, углепластики, органопластики, боропластики и гибридные армированные пластики (первая часть названия дана по материалу волокон).
Слои ткани соединены между собой полимерным связующим материалом
В композиционных материалах можно | получать такие сочетания свойств (малую плотность; высокую прочность, жесткость и коррозионную стойкость; хорошие теплозащитные, шумопоглощающие и виброзашитные свойства), которыми не обладают отдельно взятые составляюшие компоненты.
Эти слои имеют высокую прочность вдоль параллельных нитей, но их прочность в поперечном направлении мала. Чтобы получить примерно одинаковую прочность во всех направлениях, нити каждого последующего слоя располагают под углом 45° к направлению нитей предыдущего слоя. Но и в этом случае прочность при сдвиге вдоль слоев очень мала. Межслойный сдвиг может быть определяющим даже при изгибе пластин или балок из такого материала
ИСПЫТАНИЕ ОБРАЗЦА НА СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕЖСЛОЙНОМУ СДВИГУ ПРИ ИЗГИБЕ КОРОТКОЙ БАЛКИ
Сила нагружения
Резиновый протекторный слой
Резиновое покрытие бортовой стенки
Наполнитель в виде переплетенных МНОГОСЛОЙНАЯ нитей	ШИНА
Упрочняющий слой из арамида
При переплетении нитей получаются примерно одинаковые свойства материала в разных направлениях и сечения?.
Слои с диагональными нитями
Радиальный каркас
Вставки, препятствующие сжатию спущенной шины
Внутренний сплошной слой—
ШУМОПОГЛОЩАЮЩАЯ СОТОВАЯ ПАНЕЛЬ

Перфорированная пленка
Армирующая сетка
104
Ъаза протектора Клиновое кольцо Бортовая несущая стенка *- Бортовое кольцо
—Перфорированная пленка ^Стеклотекстолит
Капроновая ткань Армирующая сетка
Сотовые полимерные ячейки .с волокнистым наполнителем
Слой клея и ткани
Лопасть несущего винта вертолета имеет ячеистую (сотовую) сердцевину, которая придаёт и сохраняет форму тонкостенной внешней обшивки
Стенка сотовых полимерных ячеек
Волокнистый наполнитель
Обшивка из прочного композиционного материала
Справочник. Инженерный журнал I
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ”
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
МНОГОСЛОЙНОЕ
ЗАЩИТНОЕ (ОТ КОРРОЗИИ) ПОКРЫТИЕ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ
Электрический
Стальная труба (индукционный) нагреватель
Прижимной ролик уплотняет и выравнивает нанесенное покрытие
I Охлаждение водой
Нанесение эпоксидного слоя
Прижимной ролик
Привод вращения и продольного перемещения трубы
ПРИМЕР
МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ
СТАЛЬНОГО ЛИСТА
Экструзия (выдавливание) и нанесение адгезива (сополимера)
ГАЗОПЛАМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА
Напыляемый порошок Покрытие
Экструзия (выдавливание) и нанесение верхнего полиолефинового слоя
—--«——----
Питание от источника электроэнергии
Полимерное покрытие '-Грунтовка
Сдой пассивации
Слой цинка
Стальной лист толщиной - 0,5 мм
Бункер ___
с порошком
Пламенный
Сопло
Подложка
Кислород + горючий газ
Транспортирующий газ
Слой цинка Слой пассивации (химически пассивная пленка) рунтовка
Полимерное покрытие
ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ
НАПЛАВКА МЕТАЛЛА ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА,,
В процессе получения металлического покрытия в горячем состоянии нужно принять меры по защите зоны нанесения материала от окисляющего воздействия внешней среды.
45
ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ
ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА I Электроэнергия
Мундштук, ___
через который осуществляют подачу электрода Бункер —— с флюсом Электрод
Электрическая дута
Наплавляемая -* деталь
Наплавленный металл
Ломкая шлаковая корка, удаляемая в конце процесса
Частипы порошка оплавляются в плазме, с большой скоростью (~200 м/с) ударяются о подложку и образуют плотное покрытие
Жидкий флюс
Эластичная оболочка образуется из расплавленного флюса
Сопло-с защитным покрытием
Плазменный факел
Плазмообразующий
Катод-
Вода
Вода для охлаждения плазмотрона
(защитный газ)
Насадка
Покрытие
- Подложка
Порошок
Справочник. Инженерный журнал
105]
Приложение. Примеры из цикла ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
(в историческом и логическом развитии)”
Стержни уравновешивающей подвески верхнего валка
Станина
Рычаг,
-опора— нижнего валка
Опора рычага
Через эти стержни противовесы воспринимали силу тяжести верхнего валка
Прокатная листовая клеть (из книги О. К. Стародубцева
Атлас чертежей к технологии металлов”. С.-Петербург, 1902 г.) Конические зубчатые передачи
Винтовые передачи обеспечивали синхронное перемещение подшипников верхнего валка по высоте, но из-за их погрешностей неизбежно возникали перекосы. Сегментный подшипник верхнего валка	'
размешен в ползуне, соединенном с регулирующим винтом и стержнями уравновешивающей подвески
Неподвижная седлообразная подшипниковая
Винтовые передачи
Верхний валок
Нижний валок
Ручной привод для регулирования высоты положения оси верхнего валка
Привод валков осуществлялся от двигателя через зубчатую (шевронную) передачу (для обеспечения встречного согласованного вращения валков) и карданные передачи, которые компенсировали изменение положения осей валков
Опора рычага
Противовес
Противовес
Деформирование валков
1 ________________
Решение проблемы обеспечения геометрической точности прокатываемой полосы в современных станах Гидроцилиндры, обеспечивающие Четыре автоматически управляемых компенсационное нагружение	нажимных гидроцилиндра, встроенных
(противоизгиб) опорного	/в колонны, осуществляют
валка	заданное перемещение опор валков.
В результате можно задать клиновидную щель между валками или исправить клиновидность сечения прокатываемой полосы
Компенсационное нагружение (противоизгиб) опорного валка здесь решено за счет моментов сил, приложенных к его шипам
Специальный ролик служит для измерения планшетности полосы

Fy - нажимные силы - реакции опор валков
F- сила давления полосы на валок
Рабочие валки
для деформирования твердых материалов (особенно в холодном состоянии) должны иметь малый диаметр. При большой длине им придают необходимую жесткость за счет опорных валков, которые одновременно служат в качестве катков для обеспечения трения качения.
Опорный валок
валок
Сигналы датчиков и результаты измерений геометрической формы полосы непрерывно поступают в компьютер, управляющий гидроцилиндрами.
Датчик положения установлен на каждом из гидроцилиндров
106
двадцать валков. Внешним опорным валкам придают противоизгиб, а четырем промежуточным валкам (имеющим небольшую конусность) сообщают осевые перемещения для компенсации износа и отклонений формы рабочих валков
Научно-технический журнал “Заготовительные производства в машиностроении*’ |
Приложение. Примеры из цикла ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
(в историческом и логическом развитии)”
Пример конструкции прокатной клети
Размещение привода и передач при вертикальной установке прокатной клети
Зубчатый редуктор
СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОКАТКИ ПРУТКОВ И ПРОВОЛОКИ
Через червячные передачи от общего приводного вала сообщается синхронное вращение двум парам винтов, находящихся с противоположных сторон клети. Здесь размещен обший приводной вал нажимного; механизма \
Направляющая проводка
Валы карданных передач
Подшипниковые опоры винтов (во внешней раме)
Роликовый подшипник верхнего валка
Роликовый подшипник нижнего валка
Электродвигатель
Манипулятор для монтажа валов и удержания их при смене прокатной клети 'Корпус для размещения червячных передач и верхних подшипниковых опор винтов Приводной винт одновременно выполняет роль замыкающей колонны станины прокатной клети ---Гайка (с правой резьбой) закреплена в опоре верхнего валка -Опора верхнего прокатного валка может скользить вдоль винтов Прокатные валки При вращении винта опоры прокатных валков сближаются или удаляются друг от друга. Соответственно изменяется зазор между валками. Опора нижнего прокатного валка может скользить вдоль винтов ---Гайка (с левой резьбой) закреплена в опоре нижнего валка	Установка прокатной
Уплотнение	клети во внешней раме
Внешняя рама воспринимает осевые нагрузки на валки и тем самым разгружает поступательн не направляющие винтов от боковых сил
Упорный [осевой] поднипник валка
Двухвалковая клеть для прокатки прутков, проволоки
Прокатный валок
Общий приводной вал нажимных механизмов
Научно-технический журнал “Заготовительные производства в машиностроении
Наконечник валка для присоединения приводного вала
'Радиальные роликовые подшипники валка
Внешняя рама
Ofc
Внешняя рама
Установочный винтовой механизм с фиксаторами / регулировочных винтов Поступательные соединения определяет положение клети винтов с опорами	относительно внешней рамы
1071
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ (в историческом и логическом развитии)” ,
Ленточная пила
Коромысло
Рисунок Виллара де Гонекура (1235 г.) Механизм подачи
-бревна Упругое
I..	1	1 * I
CAvrlm err. tha
• I Г	1-
fAwf bif en^irnT Ц,
I
Lvcito cd
Маховик Кривошипнокоромысловый механизм ручного привода пилы
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
ЛЕСОПИЛЬНАЯ РАМА с ручным приводом (пример из книги Жака Бессона, опубликованной через 9 лет после его смерти, Леон, 1578 г.)
Пила— 
‘ [ривод И илы
tyr( I* Э»дс|).Т1«-junr Uftr I;
СУППОРТ Леонардо да Винчи (1452 -1519) имел два параллельных винта и шестерни для получения равных скоростей вращения винтов
я
ВИНТОРЕЗНЫЙ СТАНОК Жака Бессона (до 1569 г.) - наиболее близкий прототип станка Модели: он имел крестовой суппорт и кинематическое (фрикционное) соединение заготовки и резца. Привод станка осуществлялся вручную (натяжением шнура). Грузы служили для уравновешивания подвижных частей, а также для создания постоянной силы врезания резца
Крестовой суппорт Гайка
подачи бревна Цепной механизм подачи бревна
ЛЕСОПИЛЬНАЯ РАМА по рисунку Р. Виллиса (1842 г.) аналогична одному из вариантов, приведенных в трудах Агостино Рамелли (1588 г.)
Здесь показан разветвленный механизм: от общего привода А через кривошипнокоромысловый механизм BED движение передается пиле D, а через механизм свободного хода FG и реечную передачу НК осуществляется шаговая подача бревна W.
Данная схема легла в основу созданных в последующем расточных станков
Приводное
колесо
СТАНОК А. К. Нартова (начало XVIII в.) для обтачивания опорных цапф орудийных стволов Сам А. К. Нартов считал этот станок наивысшим достижением в своей жизни. Ведь недаром российские пушки благодаря ему стали самыми точными в стрельбе Врашающаяся--------
резцовая головка Обрабаты ваемая----
цапфа на литой заготовке ствола
Подвижный'^"! Г стол, на котором ’ закреплена заготовка
Приводной
Заготовка
Резец
ЕГ, Ходовой винт
ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫЙ СТАНОК (- 1800 г.) (1771 - 1831) по рисунку Д. Несмита Короткое и жесткое кинематическое Резец соединение заготовки и суппорта позволило получать высокую точность $ обработки на станках Модели.
Крестовой суппорт "Л имел два ходовых винта L причем поперечный
винт приводился вручную Перекладина, нажимая на которую, мастер отводил
— резец от заготовки
108
Груз для движения подачи заготовки Реечный механизм
перемещения стола
Задняя бабка Направляющая Станина
Справочник. Инженерный журнал I
Сменные зубчатые колеса позволяли изменять передаточное отношение между заготовкой и ходовым винтом
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ (в историческом и логическом развитии)”
КОПИРОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ И МЕХАНИЗМЫ
Примерно так выглядел токарно-копировальным станок с луч ковым приводом (XV в.), который мог быть прототипом станка Жака Бессона.
Упругое звено
Шаблон (прорезь в стенке станины)
Сила тяжести
Инструментом отслеживали форму шаблона и обрабатывали заготовку.
П ерекладина-----jT
(общий толкатель) Ч ।
Инструмент
Копирующий палец
Резец
Заготовка
Заготовка
Цилиндр-копир Заготовка

Резец
Резец
•Кулачок, задающий продольные перемещения
Замыкающие зубчатые колеса
Резцовый суппорт
Центр поворота оси шпинделя
- Ве дущий вал
Здесь устанавливали цилиндр-копир
Пружина
Заготовка
толкатель
Пружина
Резцовый
суппорт
Цилиндр -
копир
палец В станках А. К. Нартова копировались выступы и впадины (рельеф) так же, как в копирующем
- кулачковом механизме. Продольная подача обоих суппортов осуществлялась в точном соответствии с передаточным отношением соединяющей их кинематической цепи.
шпинделя
— Внешний вид одного । из станков А. К. Нартова Справочник. Инженерный журнал
Токарно-копировальный станок Жака Бессона (до 1569 г.) для обточки некруглых предметов по сути представлял собой замкнутое соединение двух копирующих механизмов: один имел шаблон для воспроизведения осевой образующей тела вращения, второй (кулачковый) служил для перемещения шаблона и придания эллиптического очертания телу. В результате движения обоих механизмов суммировались и воспроизводилась сложная поверхность.
Шаблон (прорезь в перекладине)
Инструмент
(Приводной шнур
I
Токарно-копировальный станок А. К. Нартова (1712 Кинематическая схема
Принципиальная схема копирования
Вал привода суппорта
Шпиндель
Nirimiii
ipinni Ц111ПП1'
Кулачковый копировально-суммирующий механизм (из книги X. М. Ланца и А. А. Бетанкура “Курс построения машин”. С.- Петербург, 1808 г.) Кулачок, задающий поперечные перемещения

В отличие от станка Жака Бессона здесь суммируются взаимно-
перпендикулярные перемещения и воспроизводится плоская фигура Пружина
Поперечный толкатель
(эллиптическое сечение) / „ - „
/ Общий вал Наклонный диск (задающий кулачок)
Вал привода Цилиндр-копир суппортов \ \ Заготовка
Приводной шкив /
Резец Кинематическая цепь привода (продольных движений) суппортов Копирующий Заготовка палец /


109j
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ (в историческом и логическом развитии)’
НАРЕЗАНИЕ ЗУБЬЕВ (ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС)
ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЕ
ДЕЛИТЕЛЬНЫМ МЕТОД Заготовку после обработки одной впадины поворачивают на один угловой шаг, и процесс повторяют
Делительный метод менее производителен, а при механическом управлении поворотом заготовки менее точен, чем метод огибания. Современные способы управления приводом движения заготовки позволяют нарезать делительным методом |убчатые колеса высокой точности.
Модульная фреза вырезает впадину между зубьями
МЕТОД ОГИБАНИЯ
Кинематическая связь в виде механической передачи или системы управления индивидуальными приводами движения заготовки и фрезы
Зуборезный прямозубый дисковый долбяк
Зуборезные долбяки с винтовыми [косыми] зубьями
Кинематическая связь в виде механической передачи или системы управления индивидуальными приводами движения заготовки и долбяка
Заготовка
Справочник. Инженерный журнал
При нарезании прямых зубьев ось вращения червячной фрезы устанавливают под углом /3, равным углу подъема винтовой линии зубьев фрезы. Винтовые [косые) зубья можно нарезать, повернув дополнительно ось червячной фрезы на заданный угол наклона зубьев колеса
Червячная фреза имеет многократно повторенный профиль зубчатой рейки. Каждый зуб фрезы имеет клиновидную форму (в сечении, перпендикулярном режущей кромке). Благодаря этому он срезает заданный слой металла
Общая передняя поверхность
Зубья долбяка имеют клиновидную форму, аналогичную резцу. Затачивают долбяк по передней поверхности, снимая слой металла
Процесс зубодолбления менее производителен, чем нарезание зубьев червячной фрезой, а огибающая заданной поверхности зуба получается в виде многогранника, т.е. менее г 1авной, чем при зубофрезеровании.
Здесь каждый зуб имеет индивидуальную переднюю поверхность и одну боковую режущую кромку
ПО
Для нарезания зубьев используют два метода: делительный метод формирования [копирования] впадины между зубьями инструментом, рабочий профиль которого соответствует ее профилю; метод огибания [обкатывания], при котором боковые поверхности зубьев образуются как огибающие режущей кромки инструмента при воспроизведении зацепления заготовки и инструмента. Инструменту и заготовке сообщают взаимозависимые движения, обозначенные стрелками. При этом движения подачи осуществляют таким образом, что за один проход срезается небольшой слой металла. Наиболее тонкие слои снимаются при окончательном (чистовом) формировании зубьев. Метод огибания получил распространение с конца XIX в. благодаря возможности выполнения инструмента в виде рейки с прямыми режущими кромками (для нарезания эвольвентных зубьев).
ЗУБОДОЛБЛЕНИЕ МЕТОД ОГИБАНИЯ Долбяк в виде рейки в настоящее время применяют очень редко.
Долбяку " и заготовке-----
сообщают взаимосвязанные движения, аналогичные движениям звеньев в зубчатой передаче
Зуборезный хвостовой долбяк
Долбяком нарезают обычно внутренние зубья зубчатых колес.
Для нарезания винтовых зубьев требуется долбяк с винтовыми зубьями с таким же углом наклона, как и у нарезаемых зубьев.
При этом в процессе резания долбяку сообщают винтовое движение. Долбяк как бы ввинчивается в неподвижную заготовку. За каждый ход он снимает небольшой слой металла. Кинематически связанные вращательные движения заготовке и долбяку сообщают в промежутке между ходами,	„еггг^
Приложение. Примеры из цикла “СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ПРИБОРОВ
(функциональная целесообразность и технологичность)”
СОСТАВНЫЕ ДЕТАЛИ И ИХ НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Соединения, получаемые пластическим деформированием Неразборный блок деталей планетарной коробки передач автомобиля Штамповочно-	^Внешнее кольцо
сварное водило
Установка седла клапана из специального матери? ла в литой корпус _
сателлита	_
Пластический замок,	Сателлит
стопоряший ось сателлита в водиле
Пластические замки, стопорящие крышку
муфты свободного хода
Муфта свободного хода
Сварочный шов
Вращающийся инструмент с разжимными вальцами (роликами)
Пластический замок
Крышка-подшипник из антифрикционного материала
Вставное кольцо разжимают и плотно присоединяют к корпусу |
Соединения, получаемые литьем
Соединения деталей регулятора давления в топливной системе автомобиля (современное решение)
Пластический замок Корпус
Пластический замок
Составная (из разных материалов) отли^ха поршня дизеля
Корпус
Еще совсем недавно _	это соединение
X	выполняли
внахлестку^ Обжатие	1
тонкостенного корпуса
Фал ьцов'анное соединение Соединение трубы с торцовой стенкой парового котла,
получаемое взрывом
Верхняя часть
-Трубка
Цепь деталей в вид-
Керамическая вставка
Нижняя часть поршня выполнена из легкого сплава
Отливка с закладными деталями, образующими маслопровод Штуцер
выполнена из специальной стали
Пластмассовая капсула
Эти парные детали для удобства транспортировки и последующей сборки соединены между собой гибкой нитью, отлитой как одно целое с деталями
Элементы шарнира в виде упругого замка
Корпус
Керамическая вставка---
Канал для охлаждения тела поршня
Перемычка, экви валентная пружине Соединительный элемент, эквивалентный шарниру
Взрывател
Торцовая стенка
Детонационный шнур
Взрывчатое вешество
Соеди нительный элемент в виде спирали
Соединительный элемент в виде нити
Научно-технический журнал “Сборка в машиностроении, приборостроении”
ЦП
Приложение. Примеры из цикла “СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ПРИБОРОВ
(функциональная целесообразность и технологичность)”
КОМПАКТНЫЕ НЕРАЗБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА, УДОВЛЕТВОРЯЮЩИЕ УСЛОВИЯМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СБОРКИ Автомобильные электробензонасосы	Направление потока
для распределенного впрыска топлива	бензина „
Встроенный в крышку Пластический Статор	Ротор	неразборный обратный
замок	электродвигателя электродвигателя	клапан
Выходной канал
Крышка
замок
электроподвода
Входной канал
Насос с боковыми каналами
Шестеренчатый насос Торцовый Пластический Щетка коллектор
Штекер
Пластический замок
Статор	р
электродвигателя элек^одвигателя
Пластический замок , Щетка "электроподвода
Двухступенчатый ] насос-----------/Л—
llllllllhlll
Входной канал
/ Штекер
J Закладная деталь
Характерные черты приведенных решений Корпус выполнен в виде тонкостенной трубы с внутренними центрирующими поверхностями.
Корпус замыкает всю цепь деталей и соединений с помощью | пластических замков.
Детали имеют простейшую форму и в основном сопрягаются i со смежными деталями по плоскости, а центрируются непосредственно в корпусе либо на валу двигателя.
Многие детали выполнены из пластмассы, и совмещают в себе функции подшипников и подпятников, а также электроизоляторов.
Отдельные сборочные единицы выполнены неразъемными и, в частности, получены литьем (под давлением) и содержат закладные детали.
Выходной канал
Встроенный
_	неразборный
Детали и сборочные единицы электробензонасоса обратный клапан
 (2-й пример) в процессе сборки
Бензин проходит через зазор между ротором и статором, охлаждая их Щетки электроподвода установлены на .центрирующей перегородке
и боковыми каналами
элементы двух ступеней насоса
Насос
Ротор
* в сборе с валом
Корпус Статор	и коллектором
Примеры (поперечные сечения) простейших исполнений насосов, применяемых в системах распределенного впрыска топлива
Крышка в сборе
Приведенные простые решения обладают высокой технологичное! ью
с периферийным Входной канал Шестеренчатый нагнетанием	(в стенке	насос
корпуса)
Входной канал
Выходной канал
Kopnyi Турбина
Роликовый насос
Входной канал
Шестерни с внутренним зацеплением
Ротор
Выходной Ролик канал lz
Корпус
Выходной канал
но они не могут быть приняты (без изменения структуры и геометрических форм деталей) для более мощных устройств из-за несоответствия критерию функциональной целесообразности.
112
Научно-технический журнал “Сборка в машиностроении, приборостроении”
Приложение. Примеры из цикла “СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ПРИБОРОВ
(функциональная целесообразность и технологичность)”
Корпус редуктора Манжетное уплотнение „ входного вала1 Компенсирующая муфта -подвижное соединение приводного вала с входным валом редуктора
Шариковый подшипник опоры входного вала
Сечение передачи в месте соединения корпуса с замыкающей планкой
Поворотная опора------
редуктора -подвижное соединение корпуса с рамой машины
Шариковый подшипник опоры выходного вала
Зубчатое колесо закреплено на выходном валу
Паз для фиксации положения замыкающей планки
Двухступенчатый зубчатый соосный редуктор без поперечных (относительно опорных поверхностей подшипников) разъемов
Крестовину (в данном примере) можно установить внутри вилки, только поворачивая ее и перемещая по сложной траектории
Промежуточный вал / с шестерней (вал-шестерня)
Конический подшипник------
вместе с роликами и сепаратором (установленный
на выходном салу) вставляют в предварительно помещенное в корпусе наружное кольцо
1131
Научно-технический журнал “Сборка в машиностроении, приборостроении”
Выходной вал вместе с зубчатым колесом, подшипником и крышкой можно установить в рабочее положение, только поворачивая его и перемещая по сложной траектории
Зубчатая передача (конечная в трансмиссии транспортной машины), Шестерня в которой предусмотрена возможность осевой сборки и разборки выполнена как одно целое с входным валом
Крышка редуктора Роликовый подшипник (без внутреннего кольца) входного вала
Роликовый /Подшипник / (без внутреннего ' кольца) выходного вала
Это уплотнение можно заменить, не разбирая редуктора Замыкающая планка при сборке стопорит наружное кольцо шарикоподшипника в осевом направлении
Представленный редуктор имеет корпус с плоскостью разъема, перпендикулярной осям валов. Это решение обусловило компактность конструкции, высокую жесткость валов и зубчатых колес, технологичность основных деталей. Упростилась соответственно и сборка: последовательно в корпус вставляют входной вал вместе с уплотнением и шариковым подшипником и выходной вал с зубчатым колесом и шариковым подшипником, а затем закрывают редуктор крышкой, в которую предварительно вмонтированы роликовые подшипники. Единственная специфическая деталь - замыкающая планка, которая необходима для реализации выбранной схемы соединения деталей.
Выходной вал имеет подшипниковые опоры в корпусе редуктора, обеспечивающие восприятие внешних нагрузок со стороны колеса, закрепленного консольно на валу
Сборка универсального шарнира Подшипник и стопорное КОЛЬЦО вставляют после установки крестовины Вилка
Входной вал вместе с подшипниковой опорой, крышкой и шестерней при сборке устанавливают в рабочее положение осевым перемещением
Это зубчатое колесо заводят через окно в корпусе и совмещают его ось с осью отверстий для подшипников промежуточного вала, и только после этого вставляют сам вал
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
ТРАНСПОРТНАЯ ТЕХНИКА (в историческом и логическом развитии)”
Французская фирма ” Панар-Левассер" (предприниматель Рене Панар и конструктор Эмиль Левассор) в 1891 г. создали автомобиль, _ общая схема которого(переднее расположение двигателя и привод на задние колеса) использовалась в последующие годы всеми автомобилестроителями мира.
Радиатор
ШАССИ ПАНАРА 1904 г.
Двигатель
Рулевая тяга колесо
Рулевое Тормозная система
Рулевая-'''
_	"трапеция1
Зависимая подвеска	&
современного^, S автомобиля
Продольная тяга-—__
подвески^-
s'/	' Поперечная
Амортизатор балка заднего Qy	"моста" /
Наиболее важные усовершенствования // автомобиля в XX веке:	//
- переднеприводное шасси и шаровые (~С/ муфты равных угловых скоростей;	CJy
- независимая подвеска колес (впервые применена на паромобиле Боллее в 1899 г., а в автомобилях -в начале 30-х годов XX века), рычажная подвеска
с направляющей амортизационной стойкой Эрла МакФерсона (1949 г.), подруливающая и автоматически управляемая подвески (90-е гг.);
-	гидравлические амортизаторы и однотрубные газонаполненные амортизаторы изобретателя де Карбона (производство начато в 1954 г. Гансом Бильштайном); -дисковое сцепление и система управления им; - гидротрансформатор (был сначала применен на большегрузных машинах, а в 50-е гг. "перекочевал” в легковые автомобили вместе с автоматической коробкой передач);
-	дисковые тормоза и системы управления ими: - гидроусилитель руля и система автоматического
управления (стабилизации направления движения); - многослойные армированные шины.
Наполненные (при испытаниях)
подушки безопасности в салоне современного автомобиля
Подушка для зашиты головы отударов -
выдвигаемых дуг и др.
Патент на дугу безопасности
Patantaohrlft DE 1732441 С1
Боковые подушки
Подушка для зашиты водителя размешена в ступице рулевого колеса.
114
Глушитель!
Маховик - j *^=------------
и сцепление Зубчатая коробка передач
Дифференциал
—Тяга Панара вот уже почти 100 лет передает поперечные нагрузки в зависимой подвеске автомобиля (между рамой и поперечной балкой). Из-за смещения центра тяжести машины (при поворотах) \ ее заменяли прямолинейно-направляющими механизмами Джемса Уатта, Скотта Рассела и др. Но в некоторых автомобилях ее используют до сих пор
БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
Профессионально безопасностью автомобиля стали заниматься только с конца 30-х п. XX в. Венгр Белла Барени получил в этой области до 1972 г. 2500
патентов. Фирма Мерседес-Бенц первой создала в 1949 г.
"безопасное шасси” (с клеткой
безопасности и энерго-погяошаюшими зонами). Эта концепция развивается
в наше время почти всеми автомобилестроителям и мира. Наиболее полно она реализована в автомобилях "Мерседес”. Кроме данной концепции важнейшими являются изобретения пневматических подушек безопасности, а также автоматических ремней безопасности и подголовников.
складывающейся колонки руля, безосколочного стекла, боковых балок, автоматически
Патент на "безопасное шасси"
На рисунке показаны максимально деформируемые части спереди и сзади автомобиля
(при столкновении с препятствием)
и жесткая кабина в центре.
ЕгмШ aWf Спим! «м Entaa nWiUHtnaom—ы— «лав E|aU 1*4*
UNDMRIFUaUK DIUTSCHLAHD
DEUTSCH IS FaTENTAMT PATENTSCHRIFT M6B« 167 KLMUUt <3RUrra«*«
Справочник. Инженерный журнал |
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
МЕХАНИЗМЫ МАШИН (в историческом и логическом развитии)”
АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ И РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ
В этом насосе из книги Агостино Рамелли (Париж, 1588 г.) кулачковый механизм последовательно соединен с коромыслово-ползунным механизмом
Коромысло Аксиально-поршевой насос/гвдромотор  с изменяемым наклоном вращающегося блока цилиндров (Германия, 60-е годы XX в.)
Плоский кулачок
Эксцентриковый кулачок эквивалентен кривошипу
Поршень Шатун
Л	7 момент
Врашаюший
Ролики
Шток поршня
Плечо действия силы
Реакция поршня-на кулачок направлена вдоль оси шатуна
Приводной вал
шатуна с диском < кривошипом) вала
Приводной
Ролик
Реакция ролика на кулачок
Блок цилиндров / Гпарораспределитель соединен с корпусом ।
Кулачок имеет четное число выступов, а число поршней нечетное. Благодаря этому движения поршней не совпадают по фазе, и вал вращается более плавно
Пружина Поршень
Современный радиально-поршневой гидромотор на основе кулачкового механизма Входной канал	Г
соединён	Q
с насосом \ Поршень Сливной	~
канал
Врашаюшиися наклонный блок цилиндров
Управляющий гидроцилиндр служит для изменения угла наклона блока цилиндров. Благодаря этому можно изменять Поршень производительность насоса
Гпарораспределитель
В этом аксиально-поршневом насосе (пример из книги Агостино Рамелли "Различные и искусные машиньГ Париж, 1588 г.) толкатели-штоки поршней поднимаются с помощью многократно повторенного вращающегося кулачка, а опускаются под действием сил тяжести.
Приводной вал
В современном аксиально-поршневом гидромоторе использована аналогичная схема взаимодействия толкателей с кулачком, но кулачок имеет плавный профиль Ц на всем протяжении, а толкатели прижаты к кулачку пружинами.
Толкатель - шток поршня
Кулачок с несколькими выступами
Цилиндры
Справочник. Инженерный журнал
Радиально-поршневой насос/гидромотор на основе кулисного механизма
Цилиндр насоса
Реакция поршня на кулачок направлена по нормали к поверхности Схема взаимодействия кулачка, поэтому имеется боковая составляющая, способствующая перекосу поршня в цилиндре Приводной вал
Угол наклона блока цилиндров 'К j к оси вала
Вал неподвижно соединен с вращающимся блоком цилиндров
Ц
Кулачок неподвижно соединен с корпусом
1151
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
КРАСОТА И УСТОЙЧИВОСТЬ (исторические и логические аспекты)
Для этой конструкции основной критерий работоспособности -утойчивость стержней
при продольном сжатии
Симметричный купол составлен из ряда соединенных между собой секторов iv и представляет собой оболочку, опирающуюся на жесткую кольцевую замкнутую стену
и снега
л l ( V •
При такой форме контура и его опирании на колонны ничто не препятствует перемещениям (отмеченным
’ стрелками) и потере устойчивости равновесия оболочки
Здание рынка торгового центра Блэк Хорз (город Аудубон штата Нью-Джерси, середина XX в.)
Сечение купола собора Св. Павла (проект Кристофера Рена, Лондон, 1675-1710 гг.)
Конусный кирпичный, армированный железными прутьями купол несет на себе внешний купол и световой фонарь
Жесткий пояс
Общая высота 111,5 м Световой фанарь массой 836 т
Свинцовую оболочку купола / поддерживает ' деревянный каркас Внутренний полусферический купол в основном нагружен только своей силой тяжести
SVfiZS-
Сектор параболоидного купола в виде стальной фермы (из книги Hertwig, J.W. Scwedler und sein Week.
Berlin, 1930)
Предпочтительные решения (из истории создания арок и куполов): - симметричная конструкция (купол в виде тела вращения);
-	максимальная кривизна несущих ребер или оболочек (в XX в. получили распространение параболические арки и параболоидные купола, нагруженные в основном силами сжатия - без изгиба);
-	опирание концов арки на фундамент через шарниры;
-	прочный и жесткий кол. цевой замкнутый контур [бандаж, пояс] в основании купола (во избежание "расползания” и потери устойчивости оболочки, особенно для материалов низкой прочности при растяжении и изгибе:	___ Силы тяжести крыши
кирпичей кладки и бетона).
Наклонные (по линии действия сил) колонны и конические стены, а также жесткий пояс обеспечивают устойчивость сооружения. Среди современных железобетонных---
сооружений имеются примеры установки куполообразной крыши на вертикальные колонны (не ограничивающие свободу боковых перемещений). При этом полагают, что распирающие силы будет воспринимать бандаж - гигантский пояс, охватывающий купол (по аналогии с цепями в соборе Св. Петра). Такой пояс в полной мере выполняет свою функцию, только при его форме в виде круглого обруча и симметричном куполе. В сооружении по приведенной схеме неравномерное деформирование пояса может привести к существенному перекосу колонн и потере устойчивости равновесия оболочки. Для пологих крыш вертикальные нагрузки (например, от снега) многократно Ъ преобразуются в боковые силы. Осадка крыши вверху в 3._5 см может привести к перемещению ее края в десятки см. При отсутствии жесткого опирания контура крыши ее несущие элементы растягиваются и изгибаются, что для бетона недопустимо, а рассчитывать только на арматуру неприемлемо. Пример рациональной конструкции крыши и схемы ее опирания на колонны см. на след. стр.
Поперечное сечение здания магазина фирмы “Пенн Фруит” (середина XX в.)
Co< авная деревянная арка
Жесткая рама прилегающего Окно фонаря здания
Составная деревянная арка
Шарнирная Пролет около 120 м Шарнирная/ опора арки	опора арки
Шарнирная опора Параболические арки шарнирно опирали на фундамент либо на жесткие коробчатые строения.
116
Справочник. Инженерный журнал f
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
КРАСОТА И УСТОЙЧИВОСТЬ (исторические и логические аспекты)
Аэровокзал аэропорта Кансай построен на насыпном острове в заливе Осака (Япония) по проекту Ренцо Пиано в 1991-94 гг.
Покрытие имеет 90 000 панелей из коррозионно-стойкой стали
I
Раскосы фермы
Нижний трубчатый пояс фермы
САМОЕ ГРАНДИОЗНОЕ И КРАСИВОЕ
ЗДАНИЕ XX ВЕКА
Общая длина здания 1700 м, наибольшая ширина навеса 300 м
Верхние трубчатые пояса -3 фермы

Вертикальные колонны Стержневая опора фермы При взгляде сверху (через иллюминатор самолета) здание напоминает гигантское крыло с гармонично соединенным с ним фюзеляжем (центральным пролетом). При наблюдении с поверхности земли и изнутри оно создает ощущение легкости, изящества и (визуальной) устойчивости.
Трубчатые стальные колонны и стержни опоры имеют бочкообразную форму, продиктованную критерием устойчивости при продольном сжатии
Физическая устойчивость обеспечена комплексом решений самой крыши, ее гибкого (компенсирующего сейсмические колебания и тепловые деформации) соединения с фермами, точного центрирования передачи сил в соединении ферм с колоннами и системы компенсации оседания грунта.
Изогнутые фермы каркаса (треугольного поперечного сечения) опираются на 900 колонн. Под каждой колонной установлен гидравлический домкрат. Оседание грунта непрерывно измеряют датчики и анализирует компьютер, который дает соответствующие команды гидравлической системе, обеспечивая тем самым компенсацию вертикальных отклонений положения точек сооружения.
Пояса фермы выполнены из труб и соединены между собой (с помощью сварки) трубчатыми раскосами. Стоит отметить, что японские строители для наиболее важных узлов предпочитают использовать точные болтовые соединения (шлифованные детали из коррозионно-стойких материалов). Таким образом соединены, например, крыши.
Поперечное сечение здания Нижний в иенТральной его части водонепроницаемый Подвесной потолок слой покрытия
Двухподвижное К шарнирное соединение колонны с фермой обеспечивает самоустановку звеньев системы и точное центрирование передачи сил (совмещение линии действия сил с осью колонны) Верхний теплоотражающий слой покрытия Стержневая опора фермы допускает только поворот вокруг продольной оси и воспринимает распорные силы крыши Вертикальная колонна/
детали продольных балок
Форма крыши аэродинамически способствует движению воздуха, поступающего через большие отверстия высоко вверху.
Вертикальная колонна -компенсационная опора фермы
ш.
к“
ас
117
Справочник. Инженерный журнал
- 4 КП



ш
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
КРАСОТА И УСТОЙЧИВОСТЬ (исторические и логические аспекты)”
Из наиболее крупных подвесных мостов с массивными пилонами старейший
ПОДВЕСНЫЕ МОСТЫ
Реакция опоры
Расплетенный конец каната залит жидким бетоном. Отдельные проволоки, или жилы, присоединены к анкерам, расположенным в теле бетонной опоры
Расположение жил в поперечном сечении каната
Тонкая проволока обычно обладает высокой прочностью благодаря пластическому упрочнению поверхностного слоя материала при ее изготовлении. Причем чем меньше диаметр проволоки, тем большая часть ее поперечного сечения упрочнена. Поэтому канат намного прочнее сплошного стержня при одинаковых общих поперечных сечениях
Наиболее нагруженный трубчатый пилон /
Обычно канат состоит из нескольких жил, тф каждая из которых свита -gr, из большого числа проволок (в том числе проволок разного диаметра).
Сердечник	у
Боковые сечения распорки	I
у Центральный ' /\ стержень----
Опора в виде рамы, шарнирно установленной на фудаменте --------------------339,4м
I ' Вертикальный пилон Все ванты нагружены только в направлении растяжения, а все / стержни - в направлении сжатия. / Одним из основных критериев / работоспособности является / устойчивость стержней	/ 
Каждый из двух главных несущих канатов моста состоит из компактно уложенных (в виде сот) 290 шестигранных жил. Каждая жила состоит из 127 круглых проволок, а обшее число проволок 36800
Шестигранная жила
Самый длинный в мире (до 2004 г.) подвесной мост Асаки Кайкио (Япония) общей протяженностью /к*и - -_________
около 4 км (средний пролет / Ьч ,*  между опорами 1990 м) / р"5 '
Жила
Канат (для подвесного моста в Кельне) с обжатыми, плотно прилегающими друг к другу слоями холоднотянутой проволоки (из книги “Strassenbnicke Koln-Mulheim" Beilin, 1929) лучше защищен от внешней среды и имеет меньший диаметр при той же несущей способности, что	А
и канат из круглых проволок. /
Стальные канаты
Внутри каната расположен мягкий сердечник. Вокруг него навивают стальные проволоки или жилы. Сердечник обычно
Ш И S пропитан W Ид v/ff s смазочным И V	материалом,
h 1 wvr предохраняющим vs, \ канат от коррозии
Поперечные
t
I	Ввд снизу \
Трубчатые шарнирно соединенные элементы Ванты - натянутые канаты центрального стержня________	____Л .	.
ВАНТОВАЯ СТРЕЛА ОТВАЛООБРАЗОВАТЕЛЯ (Ново-Краматорский машиностроительный завод, 60-е гг. XX в.) по сути тоже подвесной мост (длиной 182 м), но только консольный и подвижный (может наклоняться и поворачиваться относительно корпуса	_*=====г=°======^	/
машины)
был построен в Будапеште через Дунай в 1844 г., Бруклинский мост (протяженностью между опорами 485 м) в Нью-Йорке был сооружен в 1883 г.
Цепь Цепной подвесной мост во Флорианополисе (Бразилия, 20-е гг. XX в.) Тяги	4
Справочник. Инженерный журнал
118
Приложение. Примеры из рубрики “УЧИМСЯ КОНСТРУИРОВАТЬ.
КРАСОТА И УСТОЙЧИВОСТЬ (исторические и логические аспекты)’
СОВРЕМЕННОЕ ЗДАНИЕ С НАРУЖНЫМ СТАЛЬНЫМ КАРКАСОМ -----------
Это здание напоминает по своему строению этажерку с несущими внешними стойками и перемычками из прочной стали. Железобетонные перекрытия (пластины) опираются на колонны, пронизывающие их насквозь по всей высоте здания. Колонны воспринимают силы тяжести перекрытий, а удерживает все сооружение в устойчивом состоянии наружный каркас
При большой высоте
эти колонны потеряли бы устойчивость, если бы не было наружного каркаса Снаружи к несущему каркасу прикрепляют стеклянные панели,— стены и декоративные полосы
•w
I
449 м
I iill
Справочник. Инженерный журнал
Эмпайер Стейтс Билдинг (высота 381 м, 102 этажа) построен в 1929-31 гг.
ЗДАНИЕ С НЕСУЩИМ СТЕРЖНЕМ

ВНУТРЕННИМ
Структура этого здания напоминает дерево с несущим стволом -стержнем, к которому присоединены ветви - этажи здания. Здесь, так же как и у дерева, ствол снабжен артериями, по которым осуществляется жизнеобеспечение помещений
' и-Ь.1. JJ.
 • —
Внутренний несущий стержень лучше защищен от разрушения, чем внешние стержни. Например, в реальных условиях авиационной
катастрофы (в 1945 г.), несмотря на сильный взрыв и пожар на уровне 78 - 79 этажей, здание в целом не разрушилось. Оно могло бы сохранить устойчивость даже при разрушении верхней части стержня.
Несущий стержень выполнен из прочных материалов. Внутри стержня размещены пассажирские и грузовые лифты, а также коммуникации энергообеспечения и связи. Каждый этаж вокруг стержня имеет несущий каркас, на котором снаружи навешены стены. Этажи разделены между собой железобетонными перекрытиями (пластинами), внутри которых выполнена сеть каналов различных комуникаций
Более 200 свай, погруженных в землю до твердой породы, воспринимают силу тяжести здания и обеспечивают опирание стержня
При ослаблении одной из стоек (например, из-за нагрева при пожаре) даже небольшое смещение центра тяжести верхней части может привести к потере устойчивости здания в целом.
ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАШНЯ, УСИЛЕННАЯ СТАЛЬНЫМИ КАНАТАМИ
Эта башня выполнена в виде бетонной трубы. Для обеспечения прочности при изгибе (например, от сильного ветра) служат стальные канаты, проходящие вдоль стенки трубы от поясов жесткости до основания.
Ближе к основанию размещено больше канатов, так как изгибающий момент в нижних сечениях больше, чем в верхних. При ослаблении натяжения канатов башня может сильно раскачиваться подобно гибкому стержню. Чтобы избежать этого, канаты периодически 1 натягивают.
Даже при небольшом локальном пожаре	_
в башне может	L
возникнуть тяга, такая же, как в высокой дымоходной трубе. Чтобы пожар не распространялся по всей внутренней полости, должны быть предусмотрены защитные перегородки, разделяющие трубу на изолированные секции.
1 Стальной шпиль
ZJ
Сила ветра
Стальные канаты
i Натяжные стройства
Поперечное сечение башни
П	Бетонная
пояс	стенка трубы
жесткости ।
Канаты
Внутри трубы размещены коммуникации и шахты лифтов
Бетонная плита в основании установлена на твердой породе и обеспечивает устойчивость башни от опрокидывания, так как общая сила тяжести всщда проходит внутри внешнего контура плиты
Уровень поверхности земли
Центр тяжести башни
Общая сила тяжести башни
119
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
Александр Филиппович КРАЙНЕВ
УДИВИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
Лицензия ИД № 05672 от 22.08.2001
Редакторы: С.М. Макеева, А.А. Куликова
Компьютерная графика и дизайн А.Ф. Крайнев
Корректоры: М.С. Рослякова, СВ. Сидоренко
Инженеры по компьютерному макетированию: М.А. Румянцева, КЮ. Подживотов
Ответственный за выпуск П.Е. Клейзер
Сдано в набор 27.05.04. Подписано в печать 30.11.04. Формат 60x88 1/8 Бумага мелованная. Гарнитура Times. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 14,70. Уч.-изд. л. 17,53
Тираж 2000 экз.
Ордена Трудового Красного Знамени ОАО "Издательство "Машиностроение", 107076, Москва, Стромынский пер., 4
Оригинал-макет изготовлен в ООО "Издательство Машиностроение - 1"
Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в ОАО "Типография "Новости" 105005, Москва, ул. Фридриха Энгельса, 46
Александр Крайнев
УДИВИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
Увлекательное путешествие в мир машин
•
100 красочных рисунков (конструкций и моделей) с подробными и точными пояснениями
•
Яркое и образное представление внутреннего строения машин и механизмов
•
Развитие техники от рычага до современного станка, от клина и винта до турбовентиляторного двигателя
•
Реализация законов физики и физических явлений в современных конструкциях машин и механизмов
•
Примеры из рубрики "Учимся конструировать" (Справочник. Инженерный журнал). Материалы. Технологические процессы.
История техники. Структура машин и сооружений
УДИВИТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
И ПРЕВРАЩЕНИЯ
•	Трение сопровождается потерями энергии при движении, но без него невозможно обеспечить качение колёс автомобиля по дороге, невозможно плавно подключить двигатель к трансмиссии или затормозить движущийся автомобиль.
•	Инерция препятствует разгону, торможению или повороту, но она помогает, например, преобразовать возвратно-поступательное движение поршня в плавное вращение маховика в двигателе внутреннего сгорания. Инерция позволяет постепенно накапливать энергию и быстро возвращать её для получения удара при ковке.
•	Вибрации и удары разрушают машины и приносят вред здоровью людей, но тем не менее их используют для транспортировки и уплотнения различных материалов, для повышения эффективности ряда технологических процессов, а также при испытаниях машин и приборов.
• Простейший рычаг позволяет не только в несколько раз увеличить движущую силу, но на его основе можно построить сложнейшие механизмы, которые воспроизводят самые разнообразные движения и силы.
•	Клин нужен не только для то-
го, чтобы расколоть полено или разрезать какой-либо предмет. Из него путём удивительных преобразований можно получить винт для скрепления деталей, бур или сверло для образования отверстий, гребной винт для теплохода и даже турбовентиляторный двигатель для самолёта.
МОСКВА • МАШИНОСТРОЕНИЕ