механічні передачі
Пристрої, призначені для передачі потужності двигуна виконавчими органами машин, називаються передавальними механізмами або механічними передачами.
Механічні передачі дозволяють знижувати (підвищувати) швидкість, здійснювати ступеневу або безступінчасте регулювання її в широкому діапазоні, змінювати напрямок руху, перетворювати один вид руху в інший, приводити в рух декілька механізмів від одного двигуна.
Типи механічних передач LEGO «Technic»:
v зубчасті (циліндричні, конічні, черв'ячна, рейкова, планетарна);
v з гнучкими елементами (ланцюгові, ремінні);
За способом передачі руху:
v рух з вала на вал передається за рахунок сил тертя (ремінні, черв'ячні, фрикційні);
v рух передається зачепленням (зубчасті, ланцюгові, з зубчастими ременями, черв'ячні).
Розглянемо принцип роботи механічної передачі. Будемо умовно називати пару, яка здійснює обертальний рух, колесами. Колесо, від якого передається обертання, прийнято називати ведучим, а колесо, яке отримує рух - веденим.
Знаючи число оборотів в хвилину ведучого колеса, ми можемо визначити число обертів веденого колеса.
Число оборотів веденого колеса залежить від співвідношення діаметрів з'єднаних коліс. Якщо діаметри обох коліс будуть однакові, то і колеса будуть крутитися з однаковою швидкістю. Якщо діаметр веденого колеса буде більше ведучого, то ведене колесо стане крутитися повільніше, і навпаки, якщо його діаметр буде менше, воно буде робити більше оборотів (рис 211).
Мал. 211 Залежність числа оборотів від діаметрів коліс
Кожен двигун має свою механічну потужність (N), специфічну для конкретного типу двигуна. Важливим є те, що механічна потужність двигуна залежить від двох величин: кутовий швидкості і крутного моменту.
Кутова швидкість (ω) - це число оборотів вала двигуна, вироблене протягом заданого інтервалу часу. У LEGO механізмах кутова швидкість обертових осей двигуна перетворюється в лінійну швидкість транспортного засобу. Одиниці виміру кутової швидкості - обороти в хвилину (обороти в секунду). Різні типи двигунів LEGO мають різні значення кутових швидкостей, з менш ніж 20 оборотами в хвилину до понад 1000 оборотів в хвилину.
Крутний момент (M) - це сила, з якою приводний вал обертається. Чим вище крутний момент, тим важче зупинити приводний вал. Тому двигуни, які пропонують високий крутний момент, як правило, краще, оскільки вони можуть приводити в рух важкі транспортні засоби або більш складні механізми, ніж двигуни з низьким обертовим моментом (чим більше крутний момент, тим потужніше двигун). Одиниця виміру обертального моменту в LEGO моторах - Н · см (твір Ньютон на сантиметр). Значення крутного моменту у моторів LEGO «Technic» коливається від 0,5 до 16,7 Н · см.
Механічна потужність в деякому спрощення - це твір крутного моменту і кутової швидкості.
механічна потужність = крутний момент × кутова швидкість
Потужність двигуна при нормальній швидкості обертання є величина постійна, тому M = N / ω. тобто крутний момент двигуна обернено пропорційний кутовий швидкості вала двигуна.
У практичних розрахунках залежність між потужністю, швидкістю обертання валу і крутним моментом на валу визначається для електродвигунів формулою: М = 5,8N / n, М - крутний момент на валу, N - потужність, n - швидкість обертання валу.
Таким чином, для того щоб при тій же потужності двигуна, яку ми маємо, збільшити крутний момент, треба знизити швидкість обертання валу. Зробити це можна за допомогою спеціальних механізмів, які називаються редукторами (від англійського слова reduce - зменшувати, знижувати).
Механізми, призначені для збільшення швидкості, а, отже, і для зменшення крутного моменту на валу, називаються мультиплікаторами (multiplication - множення, збільшення).
Розглянемо модель колісного робота - ми хочемо, щоб він був легким і швидким. Так як легкому роботу не потрібно великого крутного моменту для переміщення, то ми можемо перетворити швидкість обертання валу двигуна за рахунок використання пари зубчастих коліс. Використовуючи вище наведене правило, нам необхідно на вал двигуна поставити шестерню більшого діаметра (ведуча шестерня), а як відомий використовувати шестерню меншого діаметра, при цьому ми зменшимо крутний момент і збільшимо швидкість.
Питання: як змінитися крутний момент і швидкість, якщо в якості ведучого колеса використовувати шестерню меншого діаметру, ніж у відомої шестерні?
Зубчастої передачею називається механізм, службовець для передачі обертального руху з одного вала на інший і зміни частоти обертання за допомогою зубчастих коліс і рейок.
Мал. 212 Зубчасті передачі
Кількість зубів на зубчастих колесах може бути різним. Найменше число зубів - шість. Зубчасті колеса з таким числом зубів називалися шестернями. Пізніше ця назва стала застосовуватися до всіх зубчастих коліс з будь-якою кількістю зубів.
Мал. 213 Приклади кріплення зубчастих коліс з балками
Якщо при безпосередньому з'єднанні двох зубчастих коліс ведене колесо обертається не в тому напрямку, який потрібно конструктору, досить розділити два колеса третім з будь-яким числом зубів, і ведене колесо змінить напрямок обертання. При цьому передавальне відношення (і передавальне число) не зміняться. Це проміжне зубчасте колесо називають «паразитних». «Паразитні» колеса встановлюють в тому випадку, коли необхідно збільшити відстань між центрами ведучого і веденого валів.
Мал. 214 Приклади використання «паразитних» коліс
Отже, левередж може:
v передавати обертальний рух;
v змінювати число об / хв;
v збільшувати або зменшувати силу обертання;
v міняти напрямок обертання.
Залежно від форми коліс і їх взаємного розташування розрізняють наступні види зубчастих передач. циліндрична, конічна, черв'ячна, рейкова, планетарна.
Циліндрична передача складається з двох або декількох циліндричних коліс встановлених на паралельних валах.
Мал. 215 Циліндрична передача
Конічна передача складається з двох конічних коліс, що знаходяться на двох валах, осі яких перетинаються. Кут перетину може бути будь-який, але зазвичай він дорівнює 90º.
Мал. 216 Конічна передача
Черв'ячна передача (зубчасто-гвинтова передача) - механічна передача, яка здійснюється зачепленням черв'яка і сполученого з ним черв'ячного колеса. Черв'ячна передача застосовується для перехресних, але не перетинаються валів. Черв'ячна передача складається з гвинта (черв'яка) і зубчастого колеса.
Мал. 217 Черв'ячна передача
Черв'ячна передача має низку унікальних властивостей. По-перше, вона може бути використана тільки в якості ведучого зубчастого колеса, і ніяк не може бути відомою шестернею. Це дуже зручно для механізмів, які потрібні для підняття та утримання вантажу без навантаження на двигун. Існує багато можливих застосувань цього властивості черв'ячної передачі, наприклад, у багатьох видах підйомних кранів і навантажувачів, залізничних бар'єрів, розвідних мостах, лебідках. Дуже широко черв'ячна передача LEGO використовується в конструкції захоплення для робота-маніпулятора.
По-друге, характерною особливістю черв'ячної передачі є те, що вона має велике передавальне відношення. Тому черв'ячні передачі використовуються як понижуючий щоразу, коли є дуже високий крутний момент.
Висновок: черв'ячна передача має ряд переваг:
v Займає мало місця.
v Має властивість самоторможения.
v Набагато знижує число об / хв.
v Збільшує силу приводу.
v Змінює напрям обертального руху на 90 °.
Рейкова передача - механічна передача, що перетворює обертальний рух зубчастого колеса в поступальну ходу рейки і навпаки. Рейку можна розглядати як витягнуту в пряму лінію коло великого зубчастого колеса.
Ріс.218 Рейкова передача
Реверс - зміна ходу механізму на зворотний, протилежний.
Мал. 225 Приклад конструкції планетарної передачі: корона нерухома, водило провідне, сонце ведене
Механічні передачі з гнучкими елементами
Для передачі руху між порівняно далеко розташованими один від одного валами застосовують механізми, в яких зусилля від ведучого ланки до веденого передається за допомогою гнучких ланок. Для гнучких ланок застосовуються ремені, шнури, ланцюги різних конструкцій.
Передачі з гнучкими ланками можуть забезпечувати постійне і змінне передавальне відношення зі ступінчастим або плавним зміною його величини.
Ремінна передача складається з двох шківів, закріплених на валах, і ременя, що охоплює ці шківи. Навантаження передається за рахунок сил тертя, що виникають між шківами і ременем внаслідок натягу останнього. Ремінна передача мало чутлива до взаємного положення ведучого і веденого валів. Їх можна навіть повернути під прямим кутом один до одного або ремінь надіти в вигляді перехрещеної петлі, і тоді напрямок обертання веденого вала змінитися.
Мал. 226 Ремінна передача
Якщо два зубчастих колеса знаходяться на значній відстані один від одного, то замість великої кількості паразитних шестерень, які неминуче ускладнять конструкцію і зроблять її більш важкої, зубчасті колеса з'єднують ланцюгом, як ременем в пасової передачі. При ланцюгової передачі зубчасті колеса називаються зірочками. Ланцюгова передача, на відміну від пасової, дозволяє зберігати постійним передавальне відношення.
Мал. 227 Ланцюгова передача
Мал. 228 Фрикційна передача
При фрикційної передачі обертання від одного колеса до іншого передається за допомогою сили тертя. Обидва колеса притискаються один до одного з деякою силою і внаслідок виникає між ними тертя одне обертає інше.
Фрикційні передачі широко застосовуються в машинах. Недолік фрикційної передачі: велика сила, що давить на колеса, що викликає додаткове тертя в машині, а, отже, вимагає і додаткову силу для обертання.
Крім того, колеса при обертанні, як би вони не були притиснуті один до одного, дають прослизання. Тому там, де потрібне точне співвідношення чисел обертів коліс, фрикційна передача себе не виправдовує.
Проект «Шлагбаум»:
1. Сконструюйте модель автоматичного шлагбаума.
а) в модель входить один сервомотор, мікроконтролер NXT;
б) в конструкції використовується черв'ячна передача;
в) автоматичне піднімання і опускання стріли шлагбаума має відбуватися за допомогою ультразвукового датчика.
2. У робочому зошиті виконайте ескіз моделі.
3. Обговоріть проект з учителем.
4. В рамках робототехнического гуртка виготовте автоматичний шлагбаум.
5. За допомогою мови програмування NXT-G напишіть програму для управління моделлю.
6. У робочому зошиті складіть опис автоматичного шлагбаума.
1. Сконструюйте модель поворотної платформи.
а) в модель входить один сервомотор, мікроконтролер NXT;
б) в конструкції використовується шестерня з внутрішнім зачепленням;
в) автоматичний поворот платформи відбувається за допомогою датчика торкання (датчика освітленості).
2. У робочому зошиті виконайте ескіз моделі.
3. Обговоріть проект з учителем.
4. В рамках робототехнического гуртка виготовте поворотну платформу.
5. За допомогою мови програмування NXT-G напишіть програму для управління моделлю.
6. У робочому зошиті складіть опис поворотною платформи.
Проект «Раздвіжниеавтоматіческіе двері»:
1. Сконструюйте модель розсувних автоматичних дверей.
а) в модель входить один сервомотор, мікроконтролер NXT;
б) в конструкції використовується рейкова передача;
в) автоматичне відкривання дверей відбувається за допомогою ультразвукового датчика (датчика освітленості).
2. У робочому зошиті виконайте ескіз моделі.
3. Обговоріть проект з учителем.
4. В рамках робототехнического гуртка виготовте модель розсувних автоматичних дверей.
5. За допомогою мови програмування NXT-G напишіть програму для управління моделлю.
6. У робочому зошиті складіть опис моделі розсувних автоматичних дверей.