Механизм который используется для изменения скорости автомобиля

Статьи

В настоящее время сотни миллионов редукторов работают на повышение эффективности на суше, в воде и воздухе во всем мире. Редукторы применяются уже не один десяток лет в различных областях техники и приборостроения, однако, наибольшее распространение, редукторы получили в автомобильной промышленности при производстве узлов и агрегатов автомобилей.

Ответить на вопрос «Что такое редуктор?» поможет данная статья. Мы постарались по-максимуму осветить теоретические аспекты понятия «редуктор».

Большая советская энциклопедия определяет редуктор как механизм, который входит в приводы различных машин, и который служит для снижения угловых скоростей ведомого вала для повышения крутящего момента.

Редуктор, также, является устройством для снижения и поддержания постоянного давления рабочей среды, например, газа, пара или жидкости на выходе из ёмкости с высоким давлением (баллона), при этом выполняющим функции запорного и предохранительного клапана. Редукторы устанавливаются в аппаратах газовой сварки, в сатураторах, хлораторах воды и др., и используются в различных аппаратах для осуществления таких дополнительных операций, как смешение, подогрев и охлаждение.

Многообразие сфер применения редукторов обусловило появление огромного количества его разновидностей. В зависимости от сферы применения и конструктивных особенностей выделяют: общепромышленные редукторы и мотор-редукторы. Выделяют, также, и другие разновидности: турборедуктор, мультипликатор (вариатор), конический, цилиндрический, червячный, волновой, планетарный редуктор.

Однако, в любом редукторе, главными характеристиками служат: коэффициент полезного действия (КПД), передаточное отношение, мощность, угловые скорости валов, количество ступеней или передач.

Итак, рассмотрим некоторые виды редукторов подробнее.

Мотор-редуктор – это сложная конструкция, которая представляет собой систему, состоящую из двух элементов: двигателя и, непосредственно, редуктора (Рисунок 1.)Используется мотор-редуктор в тех механизмах, в которых не требуется чрезмерно точное позиционирование. Конструктивно, в мотор-редукторе могут быть использованы червячные, цилиндрические или планетарные редукторы. Так, например, червячный мотор-редуктор предполагает использование, в своей конструкции, червячной передачи. Такой мотор-редуктор обладает относительно бесшумной работой и сравнительно небольшими размерами.

Рисунок 1. Мотор-редуктор

В редукторах используются зубчатые передачи, червячные передачи и цепные передачи, которые также могут применяться в различных сочетаниях одновременно, например, червячные и зубчатые, цепные и зубчатые и др. Существуют комбинированные приводы, в которых редукторы компонуют с вариатором.

Цилиндрический редуктор — такая конструкция редуктора является одной из самых популярных. Цилиндрические редукторы используются для изменения скорости вращения при передаче крутящего момента (Рисунок 2). Такие редукторы активно применяются в современных узлах и механизмах общепромышленного назначения.

Рисунок 2. Цилиндрический редуктор.

Цилиндрические редукторы представлены одно-, двух- и трехступенчатыми модификациями. Такие редукторы надежны и долговечны, поэтому, обладающие цилиндрическими редукторами машины и оборудование, выносливы и производительны.

Червячный редуктор – конструкция такого редуктора использует передачу, обладающую резьбой с червячным профилем (Рисунок 3). Механизм червячного редуктора является превосходным решением для передачи крутящего момента между двумя перпендикулярными осями. Так, например, Червячный редуктор используется в рулевом управлении механических транспортных средств, таких, как автомобили. Достоинством червячного редуктора является возможность получения большого передаточного числа в одной ступени (от 80 до нескольких сотен). Червячные редукторы бесшумны, обладают плавностью хода, а также, не требуют использования тормозных механизмов благодаря возможности самостоятельного торможения при достижении определенных передаточных чисел.

Рисунок 3. Червячный редуктор.

Комбинированный редуктор — данный тип редукторов — это совокупность нескольких конструктивных решений, включающая в себя разные виды передач объединенных в одном корпусе. Комбинированный редуктор относится к ряду наиболее практичных редукторов. Он выгодно отличается от других типов редукторов хорошими эксплуатационными характеристиками, при небольших габаритах, а также относительно невысокой ценой. К редукторам комбинированного типа относят: цилиндро-червячные редукторы (Рисунок 4), коническо-цилиндрические и др.

Рисунок 4. Цилиндро-червячный редуктор.

Коническо-цилиндрический редуктор — конструктивно включает в себя одну коническую и несколько цилиндрических передач (Рисунок 5). Использование коническо-цилиндрического редуктора оправдано в случаях, когда ось вала подвода перпендикулярно пересекается с осью вала отбора мощности. Коническо-цилиндрический редуктор, в зависимости от специфики эксплуатации, может быть изготовлен в вертикальном или горизонтальном исполнении. В первой ступени конические колеса, как правило, имеют зубья с криволинейным профилем, поскольку именно на эту ступень приходятся максимальные (до 60 тыс. об/мин) линейные и угловые скорости. В подобных случаях, зубья с плавным профилем не могут обеспечить плавность хода. Несомненными преимуществами конструкции коническо-цилиндрического редуктора являются достаточно высокий КПД, износостойкость и долговечность.

Рисунок 5. Коническо-цилиндрический редуктор.

Планетарный редуктор — один из типичнейших представителей механических редукторов. В основе конструкции такого редуктора лежит использование планетарной передачи, которая преобразует крутящий момент при помощи нескольких зубчатых шестерен, которые взаимодействуя с центральной шестернёй, изменяют скорость вращения на выходе (Рисунок 6).

Планетарный редуктор также называют дифференциальным. В таком редукторе может использоваться как одна, так и несколько планетарных передач (Рисунок 7).

Рисунок 7. Планетарный редуктор.

На сегодняшний день, редукторы широко распространены во всех сферах промышленности и народного хозяйства. Любая строительная, дорожная, землеройная, карьерная техника оснащается стандартными и специальными редукторами. Редукторы интегрируются как в гусеничный, так и в традиционный колесный привод; благодаря этому, специальные машины, эксплуатируемые в сложных условиях, имеют большой клиренс.

Используемое в лесной отрасли и сельском хозяйстве оборудование, такое, как транспортеры, погрузчики, приводы подъемников, поворотные механизмы и многое другое, должно соответствовать самым строгим критериям надежности, эффективности и долговечности. Именно поэтому, редукторы в этих механизмах, а также в оборудовании для горнорудной и добывающей сферы характеризуются максимальной выносливостью и способностью работать продолжительное время в режиме интенсивной эксплуатации.

Редукторы планетарной конструкции подходят для работы в устройствах и механизмах, в которых осуществляется передача очень больших крутящих моментов. Редукторы, удовлетворяющие самым жестким критериям долговечности и надежности, применяются на предприятиях энергетики и нефтепереработки в отопительных системах, вентиляторах, винтовых компрессорах, генераторных установках.

Редукторы, также, нашли применение в пищевой промышленности, особенно в тех механизмах, где реализуются циклы с высоким крутящим моментом при низких оборотах. Это такие механизмы, как мельницы, экструдеры, мешалки, спиральные морозильные аппараты.

В бытовой технике и электрооборудовании, в составе которого имеются электродвигатели, также применяются редукторы, как понижающие и регулирующие обороты устройства. Невозможно представить без редукторов конструкцию миксеров, стиральных машин, кухонных комбайнов, болгарок, дрелей.

Редукторы — необходимая и незаменимая часть очистных сооружений, насосных систем, вентиляционного оборудования.

Механическая коробка передач: устройство, эксплуатация, неисправности

Механическая коробка передач — это важный компонент автомобиля, который отвечает за передачу мощности от двигателя к колесам. Она состоит из сцепления, системы передач и подшипников. Механическая коробка передач позволяет выбрать оптимальную скорость и обеспечивает плавную передачу мощности на колеса. Avto.pro решил разобраться в устройстве механической коробки передач, ключевых особенностях ее обслуживания и эксплуатации, а также в неисправностях, с которыми может столкнуться автолюбитель.

Устройство механической коробки передач

Механическая КП конструктивно состоит из картера, валов с шестернями, механизма переключения передач, синхронизаторов и рычага. Типы валов: первичный, вторичный, промежуточный и дополнительный (в трехвальных КП). Связь первичного вала с коленвалом мотора осуществляется через комплект сцепления – пару дисков, маховик и выжимной подшипник.

Механическая коробка передач относится к т.н. ступенчатым коробкам – крутящий момент в ней меняется по ступеням (передачам). Для изменения ступени необходимо взаимодействие пары шестерен. Благодаря такому взаимодействию на ступенях изменяется передаточное число, т.е. обеспечивается изменение угловой скорости и крутящего числа.

Передаточное число – это отношение числа зубьев, находящихся на ведомой шестерне, к числу зубьев на шестерне ведущей. Если передаточное число будет больше единицы, передача является повышающей, а вот если меньше – то понижающей. В случае коробки передач чем больше передаточное число, тем ниже ступень. Если ступень является высшей, то передаточное число будет минимально возможным для данного агрегата. Сегодня наибольшее распространение имеют такие коробки передач:

• Пятиступенчатые (самые распространенные);
• Шестиступенчатые;
• Семиступенчатые.

Существует и агрегаты с меньшим или большим числом ступеней, однако их распространенность невелика. Другое дело – конструкции. Выделяют двух- и трехвальные коробки передач. Двухвальными МКПП оснащают переднеприводный легковой транспорт , тем временем как трехвальными – заднеприводный . К этому мы еще вернемся, а пока предлагаем в подробностях изучить устройство механической коробки передач.

Основные элементы агрегата

Как уже было сказано, механическая коробка передач преобразует крутящий момент. Этот момент передается к колесам. В том, чтобы снимать момент с коленчатого вала и сразу подавать его к колесам нет смысла – скорость вращения вала слишком велика. Для того чтобы автомобиль мог нормально двигаться как на низких, так и на высоких скоростях, нужен агрегат трансмиссии, который возьмет на себя задачу преобразования крутящего момента. В случае механической коробки передач изменение момента происходит наиболее простым способом – посредством взаимодействия шестерен разных конфигураций . К основным элементам такого агрегата относят:

• Картер;
• Первичный и вторичный вал, в тандеме с которыми работает и промежуточный вал с шестернями;
• Дополнительный вал с шестерней заднего хода (часто его называют четвертым валом);
• Несколько синхронизаторов;
• Механизм переключения скоростей с блокировочным и замковым устройствами;
• Рычаг переключения скоростей.

Разберем каждый из элементов подробнее. Картер включает в себя основные элементы трансмиссии . Он имеет связь с картером сцепления, который, в свою очередь, закреплен на двигателе. В силу того, что сцепленные шестерни испытывают значительные нагрузки, их необходимо смазывать – это предотвращает сухое трение и позволяет отвести излишки теплоты. Картер частично заполнен трансмиссионным маслом, которое и выступает в роли смазочного материала. Валы механической коробки передач фиксируются подшипниками, которые установлены в картере. Здесь же находятся шестерни с различным числом зубьев . В тандеме с ними работают синхронизаторы, которые позволяют плавно, быстро и без риска возникновения ударов включать передачу. Это становится возможным благодаря уравниванию скоростей вращающихся шестерен.

Крайне важным является механизм переключения. Именно он меняет передачи, однако управление осуществляется водителем при помощи рычага переключения скоростей , находящемся в салоне автомобиля. Замковое устройство предотвращает одновременное включение сразу двух передач, тем временем как блокировочное устройства не дает передачам выключаться самопроизвольно.

Подробнее о трехвальной коробке передач

Теперь вернемся к вопросу числа валов, который мы затронули в одном из разделов выше. МКПП бывают двух- и трехвальными. Для начала разберем трехвальную «механику», а затем вернемся к двухвальной. К основным элементам агрегата отнесем:

• Первичный (иначе называемый ведущим) вал;
• Промежуточный вал;
• Вторичный (иначе называемый ведомым) вал с блоками шестерен с синхронизаторами;
• Картер, в котором расположены указанные элементы и механизм переключения передач.

Ведущий вал трехвальной МКПП имеет шлицы, обеспечивающие соединение с ведомым диском сцепления. Крутящий момент, получаемый от ведущего вала, передается через соответствие шестерни, которые сцепляются с ним.

Промежуточный вал всегда располагается параллельно ведущему валу. На нем расположен блок шестерен, одна из которых и должно быть сцеплена с параллельно расположенной шестерней ведущего вала. Что касается ведомого вала, то он находится на одной оси в ведущим. Это возможно благодаря использованию торцевого подшипника на ведущем валу, в который также входит ведомый вал . При этом блок шестерен последнего не имеет жесткого крепления и может вращаться свободно. При этом шестерни промежуточного и ведомого вала, так же как и шестерни ведущего, находятся в постоянном зацеплении.

Читатель наверняка догадался, что между шестернями ведомого вала устанавливаются синхронизаторы, иначе называемые муфтами синхронизаторов . Их работы основана на выравнивании угловых скоростей шестерен за счет сил трений. Синхронизаторы закреплены на ведомом валу, однако они могут двигаться по вдоль вала благодаря шлицевому соединению. В современных агрегатах синхронизатором оснащена каждая из передач.

В трехвальной коробке передач механизм подключения находится прямо в корпусе агрегата. Он представляет собой совокупность рычага управления и т.н. ползунов с вилками. В тандеме с этим механизмом работает и устройство блокировки. Управляется все механизмы дистанционно, т.е. посредством манипуляций с рычагом переключения передач , который выведен в салон автомобиля.

Редуктор: простой способ изменить движение

Устройство преобразования и передачи крутящего момента — редуктор — очень широко используется в технике. Нашлось редуктору место и в автомобиле, причем не одному, а сразу нескольким. О том, что такое редуктор, какие редукторы и для каких целей применяются в автомобилях — читайте в этой статье.

Что такое механический редуктор

Механическим редуктором называют любой механизм, который осуществляет передачу и преобразование крутящего момента с помощью механической передачи (или нескольких передач). В свою очередь, механическая передача — это механизм, который служит для передачи и изменения характера движения. Наиболее часто используются зубчатые (цилиндрические и конические), червячные, ременные, цепные, гипоидные и другие передачи.

Принцип действия редуктора очень прост. Изменение крутящего момента происходит за счет использования колес разного диаметра. Например, если ведущая шестерня имеет малый диаметр, а ведомая — большой, то в результате ведомый вал вращается с меньшей скоростью, что приводит и к увеличению крутящего момента. А изменение направления передачи момента осуществляется с помощью конических зубчатых или гипоидных передач — в этих передачах ведущий и ведомый валы могут располагаться перпендикулярно или под любым углом друг к другу.

Одна из основных характеристик редуктора — передаточное число. Оно указывает на отношение угловой скорости или частоты вращения ведущего элемента к угловой скорости или частоте вращения ведомого элемента. Однако на практике передаточное число считается несколько иначе и зависит от типа редуктора. Например, в редукторах ведущих мостов передаточное число — это отношение числа зубьев шестерен, вне зависимости от того, какая из них ведущая, а какая ведомая. В рулевых редукторах используется такая характеристика, как отношение угла поворота руля к углу поворота колес.

Типы редукторов, используемых в автомобилях

В автомобилях применяется несколько типов редукторов, решающих разные задачи. Практически в любом легковом и грузовом автомобиле можно найти как минимум два типа редукторов:

Также в грузовых автомобилях, тракторах и другой тяжелой технике очень часто используются бортовые (или колесные) редукторы. О каждом из типов редукторов нужно сказать особо.

Редуктор ведущего моста. Этот редуктор необходим для передачи и изменения крутящего момента от коробки передач (через карданный вал) на колеса. Одновременно ведущий мост обеспечивает вращение колес с разной скоростью на поворотах, на неровной или скользкой дороге и в других случаях — это достигается применением дифференциала на основе планетарного механизма.

Бортовые (колесные) редукторы. Этот редуктор устанавливается у каждого колеса, он преобразует крутящий момент от редуктора ведущего моста и передает его непосредственно колесу. Такое решение несколько усложняет конструкцию автомобиля (так как в этом случае на одной оси установлено сразу три редуктора — центральный и два бортовых), однако оно имеет несколько преимуществ:

— Увеличивается дорожный просвет за счет уменьшения габаритов центрального редуктора;
— В разных автомобилях можно использовать один типовой центральный редуктор или даже весь ведущий мост, а необходимый крутящий момент достигается за счет применения разных бортовых редукторов;
— Повышается надежность ведущего моста, так как производится двухступенчатое преобразование крутящего момента, что снижает нагрузки на центральный редуктор.

Рулевой редуктор. Этот редуктор решает две задачи: повышает крутящий момент, значительно облегчая управление автомобилем, и преобразует вращательное движение руля в поступательное движение рулевых тяг. Наиболее часто используются редукторы с червячной передачей и зубчатой рейкой.

Формально, редуктором также является коробка передач и все ременные (или цепные) приводы вала ГРМ, генератора, насосов и т.д. Однако редукторами в автомобилях традиционно принято называть именно те механизмы, которые описаны выше.

Другие статьи

#Омывающие жидкости
29.09.2023 | Статьи о запасных частях

Зима и лето, два полюса, между которыми меняется весь наш мир. И в этом мире существуют омывающие жидкости — помощники, которые обеспечивают нашу безопасность на дороге. В этой статье мы окунемся в мир омывающих жидкостей и узнаем, какие они бывают, от чего зависит их температура замерзания и как их правильно выбрать.

#Рассухариватель клапанов
21.06.2023 | Статьи о запасных частях

Замена клапанов двигателя внутреннего сгорания затрудняется необходимостью съема сухарей — для этой операции используются специальные рассухариватели клапанов. Все об этом инструменте, его существующих типах, конструкции и принципе действия, а также о его выборе и применении читайте в данной статье.

#Переключатель света с регулировкой шкалы
14.06.2023 | Статьи о запасных частях

Во многих отечественных автомобилях ранних выпусков широко использовались центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Все о данных устройствах, их существующих типах, конструкции, работе, а также об их правильном выборе и замене читайте в статье.

#Пластина распределителя зажигания
07.06.2023 | Статьи о запасных частях

Одной из основных деталей распределителя зажигания является опорная пластина, отвечающая за функционирование прерывателя. Все о пластинах прерывателя, их существующих типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировках данных компонентов подробно рассказано в данной статье.

МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ

МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ, механические устройства, облегчающие труд и повышающие его производительность. Машины могут быть разной степени сложности – от простой одноколесной тачки до лифтов, автомобилей, печатных, текстильных, вычислительных машин. Энергетические машины преобразуют один вид энергии в другой. Например, генераторы гидроэлектростанции преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию бензина в тепловую, а затем в механическую энергию движения автомобиля (см. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ; ТУРБИНА). Так называемые рабочие машины преобразуют свойства или состояние материалов (металлорежущие станки, транспортные машины) либо информацию (вычислительные машины).

Также по теме:

Машины состоят из механизмов (двигательного, передаточного и исполнительного) – многозвенных устройств, передающих и преобразующих силу и движение. Простой механизм, называемый полиспастом (см. БЛОКИ И ПОЛИСПАСТЫ), увеличивает силу, приложенную к грузу, и за счет этого позволяет вручную поднимать тяжелые предметы. Другие механизмы облегчают работу, увеличивая скорость. Так, велосипедная цепь, входящая в зацепление со звездочкой, преобразует медленное вращение педалей в быстрое вращение заднего колеса. Однако механизмы, увеличивающие скорость, делают это за счет уменьшения силы, а увеличивающие силу – за счет уменьшения скорости. Увеличить одновременно и скорость и силу невозможно. Механизмы могут также просто изменять направление силы. Пример – блок на конце флагштока: чтобы поднять флаг, тянут за шнур вниз. Изменение направления может сочетаться с увеличением силы или скорости. Так, тяжелый груз можно приподнять, нажимая на рычаг вниз.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

Основной закон.

Хотя механизмы и позволяют получить выигрыш в силе или скорости, возможности такого выигрыша ограничиваются законом сохранения энергии. В применении к машинам и механизмам он гласит: энергия не может ни возникать, ни исчезать, она может быть лишь преобразована в другие виды энергии или в работу. Поэтому на выходе машины или механизма не может оказаться больше энергии, чем на входе. К тому же в реальных машинах часть энергии теряется из-за трения. Поскольку работа может быть превращена в энергию и наоборот, закон сохранения энергии для машин и механизмов можно записать в виде

Также по теме:
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

Работа на входе = Работа на выходе + Потери на трение.

Отсюда видно, в частности, почему невозможна машина типа вечного двигателя: из-за неизбежных потерь энергии на трение она рано или поздно остановится.

Выигрыш в силе или скорости.

Механизмы, как указывалось выше, могут применяться для увеличения силы или скорости. Идеальный, или теоретический, выигрыш в силе или скорости – это коэффициент увеличения силы или скорости, который был бы возможен в отсутствие потерь энергии, обусловленных трением. Идеальный выигрыш на практике недостижим. Реальный выигрыш, например в силе, равен отношению силы (называемой нагрузкой), которую развивает механизм, к силе (называемой усилием), которая прикладывается к механизму.

Механический КПД.

Коэффициентом полезного действия машины называется процентное отношение работы на ее выходе к работе на ее входе. Для механизма КПД равен отношению реального выигрыша к идеальному. КПД рычага может быть очень высоким – до 90% и даже больше. В то же время КПД полиспаста из-за значительного трения и массы движущихся частей обычно не превышает 50%. КПД домкрата может составлять лишь 25% из-за большой площади контакта между винтом и его корпусом, а следовательно, большого трения. Это приблизительно такой же КПД, как у автомобильного двигателя. См. АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ.

КПД можно в известных пределах повысить, уменьшив трение за счет смазки и применения подшипников качения. См. также СМАЗКА.

ПРОСТЕЙШИЕ МЕХАНИЗМЫ

Простейшие механизмы можно найти почти в любых более сложных машинах и механизмах. Их всего шесть: рычаг, блок, дифференциальный ворот, наклонная плоскость, клин и винт. Некоторые авторитетные специалисты утверждают, что на самом деле можно говорить всего лишь о двух простейших механизмах – рычаге и наклонной плоскости, – так как нетрудно показать, что блок и ворот представляют собой варианты рычага, а клин и винт – варианты наклонной плоскости.

Рычаг.

Это жесткий стержень, который может свободно поворачиваться относительно неподвижной точки, называемой точкой опоры. Примером рычага могут служить лом, молоток с расщепом, тачка, метла.

Рычаги бывают трех родов, различающихся взаимным расположением точек приложения нагрузки и усилия и точки опоры (рис. 1). Идеальный выигрыш в силе рычага равен отношению расстояния D_E от точки приложения усилия до точки опоры к расстоянию D_L от точки приложения нагрузки до точки опоры. Для рычага I рода расстояние D_E обычно больше D_L, а поэтому идеальный выигрыш в силе больше 1. Для рычага II рода идеальный выигрыш в силе тоже больше единицы. Что же касается рычага III рода, то величина D_E для него меньше D_L, а стало быть, больше единицы выигрыш в скорости.

Блок.

Это колесо с желобом по окружности для каната или цепи. Блоки применяются в грузоподъемных устройствах. Система блоков и тросов, предназначенная для повышения грузоподъемности, называется полиспастом. Одиночный блок может быть либо с закрепленной осью (уравнительным), либо подвижным (рис. 2). Блок с закрепленной осью действует как рычаг I рода с точкой опоры на его оси. Поскольку плечо усилия равно плечу нагрузки (радиус блока), идеальный выигрыш в силе и скорости равен 1. Подвижный же блок действует как рычаг II рода, поскольку нагрузка расположена между точкой опоры и усилием. Плечо нагрузки (радиус блока) вдвое меньше плеча усилия (диаметр блока). Поэтому для подвижного блока идеальный выигрыш в силе равен 2.

Более простой способ определения идеального выигрыша в силе для блока или системы блоков – по числу параллельных концов каната, удерживающих нагрузку, как это нетрудно сообразить, взглянув на рис. 2.

Уравнительные и подвижные блоки можно сочетать по-разному для увеличения выигрыша в силе. В одной обойме можно установить два, три или большее число блоков, а конец троса можно прикрепить либо к неподвижной, либо к подвижной обойме.

Дифференциальный ворот.

Это, в сущности, два колеса, соединенные вместе и вращающиеся вокруг одной оси (рис. 3), например, колодезный ворот с ручкой.

Дифференциальный ворот может давать выигрыш как в силе, так и в скорости. Это зависит от того, где прилагается усилие, а где – нагрузка, поскольку он действует как рычаг I рода. Точка опоры расположена на закрепленной (фиксированной) оси, а поэтому плечи усилия и нагрузки равны радиусам соответствующих колес. Пример такого устройства для выигрыша в силе – отвертка, а для выигрыша в скорости – шлифовальный круг.

Зубчатые колеса.

Система двух находящихся в зацеплении зубчатых колес, сидящих на валах одинакового диаметра (рис. 4), в какой-то мере аналогична дифференциальному вороту (см. также ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА). Скорость вращения колес обратно пропорциональна их диаметру. Если малая ведущая шестерня A (к которой приложено усилие) по диаметру вдвое меньше большого зубчатого колеса B, то она должна вращаться вдвое быстрее. Таким образом, выигрыш в силе такой зубчатой передачи равен 2. Но если точки приложения усилия и нагрузки поменять местами, так что колесо B станет ведущим, то выигрыш в силе будет равен 1/2, а выигрыш в скорости – 2.

Наклонная плоскость.

Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия. К таким устройствам относятся пандусы, эскалаторы, обычные лестницы, а также конвейеры (с роликами для уменьшения трения).

Идеальный выигрыш в силе, обеспечиваемый наклонной плоскостью (рис. 5), равен отношению расстояния, на которое перемещается нагрузка, к расстоянию, проходимому точкой приложения усилия. Первое есть длина наклонной плоскости, а второе – высота, на которую поднимается груз. Поскольку гипотенуза больше катета, наклонная плоскость всегда дает выигрыш в силе. Выигрыш тем больше, чем меньше наклон плоскости. Этим объясняется то, что горные автомобильные и железные дороги имеют вид серпантина: чем меньше крутизна дороги, тем легче по ней подниматься.

Клин.

Это, в сущности, сдвоенная наклонная плоскость (рис. 6). Главное его отличие от наклонной плоскости в том, что она обычно неподвижна, и груз под действием усилия движется по ней, а клин вгоняют под нагрузку или в нагрузку. Принцип клина используется в таких инструментах и орудиях, как топор, зубило, нож, гвоздь, швейная игла.

Идеальный выигрыш в силе, даваемый клином, равен отношению его длины к толщине на тупом конце. Реальный выигрыш клина, в отличие от других простейших механизмов, трудно определить. Сопротивление, встречаемое им, непредсказуемо меняется для разных участков его «щек». Из-за большого трения его КПД столь мал, что идеальный выигрыш не имеет особого значения.

Винт.

Резьба винта (рис. 7) – это, в сущности, наклонная плоскость, многократно обернутая вокруг цилиндра. В зависимости от направления подъема наклонной плоскости винтовая резьба может быть левой (A) или правой (B). Сопрягающаяся деталь, естественно, должна иметь резьбу такого же направления. Примеры простых устройств с винтовой резьбой – домкрат, болт с гайкой, микрометр, тиски.

Поскольку резьба – наклонная плоскость, она всегда дает выигрыш в силе. Идеальный выигрыш равен отношению расстояния, проходимого точкой приложения усилия за один оборот винта (длины окружности), к расстоянию, проходимому при этом нагрузкой по оси винта. За один оборот нагрузка перемещается на расстояние между двумя соседними витками резьбы (a и b или b и c на рис. 7), которое называется шагом резьбы. Шаг резьбы обычно значительно меньше ее диаметра, так как иначе слишком велико трение.

КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

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

Домкрат (рис. 8) представляет собой комбинацию винта и ворота. Головка винта подпирает нагрузку, а другой его конец входит в резьбовую опору. Усилие прилагается к рукоятке, закрепленной в головке винта. Таким образом, расстояние усилия равно длине окружности, описываемой концом ручки. Длина окружности дается выражением 2 p r, где p = 3,14159, а r – радиус окружности, т.е. в данном случае длина ручки. Очевидно, что чем длиннее ручка, тем больше идеальный выигрыш в силе. Расстояние, проходимое нагрузкой за один оборот ручки, равно шагу резьбы. В идеале можно получить очень большой выигрыш в силе, если длинную ручку сочетать с малым шагом резьбы. Поэтому несмотря на малый КПД домкрата (около 25%) он дает большой реальный выигрыш в силе.

Выигрыш в силе, создаваемый комбинированным механизмом, равен произведению выигрышей отдельных механизмов, входящих в его состав. Так, идеальный выигрыш в силе (ИВС) для домкрата равен отношению длины окружности, описываемой ручкой, к шагу резьбы. Для входящего в состав домкрата ворота ИВС равен отношению длины окружности, описываемой ручкой (расстояние усилия), к длине окружности винта (расстояние нагрузки). Для винта домкрата ИВС равен отношению длины окружности винта (расстояния усилия) к шагу резьбы винта (расстоянию нагрузки). Перемножая ИВС отдельных механизмов домкрата, получаем для комбинированного механизма

ИВС = (Окружность ручки/Окружность винта) ґ

(Окружность винта/Шаг резьбы) = (Окружность ручки/Шаг резьбы).

Для более сложных комбинированных механизмов вычислить ИВС труднее. Поэтому для них обычно указывают лишь реальный выигрыш. См. также КУЛАЧКОВЫЙ МЕХАНИЗМ; ДИНАМИКА; СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ; МЕХАНИКА.