Группы станков и их классификация: Классификация металлорежущих станков.

Содержание

Классификация металлорежущих станков

Металлорежущие станки можно классифицировать по отдельным признакам или по комплексу признаков. По технологическому назначению различают станки токарной, фрезерной, сверлильной и других групп. По степени универсальности различают станки универсальные, широкого применения, специализированные и специальные. Универсальные станки предназначены для выполнения разнообразных работ по обработке различных заготовок. Станки широкого назначения предназначены для выполнения определенных работ по обработке заготовок определенных наименований. Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, обработка зубчатого венца на зубофрезерном станке). На специальных станках выполняют вполне определенный вид работ на конкретной заготовке. Изменение любого размера заготовки требует модернизации станка.

По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы, станки с программным управлением.

Автомат – станок, для возобновления цикла обработки которого не требуется непосредственного участия человека. Если для возобновления цикла обработки нужно только нажать кнопку «Пуск», то формально это станок-полуавтомат.

По числу главных рабочих органов различают однои многошпиндельные станки, однои многопозиционные станки и т. д.

Различают пять классов точности станков: Н – нормальный, П – повышенный, В – высокий, А – особо высокой точности, С – особо точные станки.

В российском машиностроении принята Единая система условных обозначений станков, разработанная в научно-исследовательском экспериментальном институте металлорежущих станков (ЭНИМСе), в соответствии с которой каждому станку присваивается определенный шифр. Первые две цифры шифра определяют группу и тип станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различить станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Третья или четвертая цифра показывает условный типоразмер станка. Последняя буква указывает на различные модификации станков одной базовой модели.

Все металлорежущие станки разбиты на 10 групп, а каждая группа – на 10 типов. В представленной ниже классификации номер и название группы указаны курсивом, номер (от 0 до 9-го) и название типа указаны в скобках.

Группа 0 – резервная.
Группа 1 – токарные станки (0 – специализированные автоматы и полуавтоматы; 1 – одношпиндельные автоматы и полуавтоматы; 2 – многошпиндельные автоматы и полуавтоматы; 3 – револьверные; 4 – сверлильно-отрезные; 5 – карусельные; б – токарные и лобовые; 7 – многорезцовые; 8 – специализированные; 9 – разные токарные).
Группа 2 – сверлильные и расточные станки (0 – резервный; 1 – вертикально-свер-лильные; 2 – одношпиндельные полуавтоматы; 3 – многошпиндельные полуавтоматы; 4 – координатно-расточные; 5 – радиальносверлильные; 6 – горизонтально-расточные; 7 – алмазно-расточные; 8 – горизонтально-сверлильные; 9 – разные сверлильные).

Группа 3 – шлифовальные и доводочные станки (0 – резервный; 1 – круглошлифовальные; 2 – внутришлифовальные; 3 – обдирочные шлифовальные; 4 – специализированные шлифовальные; 5 – резервный; 6 – заточные; 7 – плоскошлифовальные; 8 – притирочные и полировочные; 9 – разные, работающие абразивом).
Группа 4 – комбинированные станки.
Группа 5 – зубои резьбообрабатывающие станки (0 – резьбонарезные; 1 – зубострогальные для цилиндрических колес; 2 – зуборезные для конических колес; 3 – зубофрезерные; 4 – для нарезания червячных пар; 5 – для обработки торцев зубьев; 6 – резьбофрезерные; 1 – зубоотделочные и поверочные; 8 – зубои резьбошлифовальные; 9 – разные зубои резьбообрабатывающие станки).
Группа 6 – фрезерные станки (0 – резервный; 1 – вертикальные консольные; 2 – непрерывного действия; 3 – резервный; 4 – копировальные и гравировальные; 5 – вертикальные бесконсольные; 6 – продольные; 7 – консольные широкоуниверсальные; 8 – горизонтальные консольные; 9 – разные фрезерные).
Группа 7 – строгальные, долбежные, протяжные (0 – резервный; 1 – продольно-строгальные одностоечные; 2 – продольно-строгальные двухстоечные; 3 – поперечно-строгальные; 4 – долбежные; 5 – протяжные горизонтальные; 6 – резервный; 7 – протяжные вертикальные; 8 – резервный; 9 – разные строгальные).
Группа 8 – разрезные станки (0 – резервный; 1 – разрезные, работающие резцом; 2 – разрезные, работающие абразивным кругом; 3 – разрезные, работающие гладким диском; 4 – правильно-отрезные; 5 – пилы ленточные; 6 – пилы дисковые; 7 – пилы ножовочные).

Группа 9 – разные станки (1 – опиловочные; 2 – пилонасекательные; 3 – правильнои бесцентрово-обдирочные; 4 – балансировочные; 5 – для испытания сверл и шлифовальных кругов; 6 – делительные машины).

Условный типоразмер станка обычно показывает наибольший размер обрабатываемой заготовки. Например, универсальный токарновинторезный станок модели 16К20: 20 – высота центров, т. е. расстояние от оси вращения заготовки до направляющих 200 мм; вертикальносверлильный станок модели 2Н135: 35 – наибольший диаметр сверления – 35 мм.

Новости сайта ВсеСтанки.рф. Классификация металлорежущих станков

Классификация. Основы классификации.

Металлорежущие станки являются главными элементами машиностроительных производств. Ключевая роль станкостроения в машиностроении определяется тем, что все машины и разнообразные изделия создаются с помощью металлорежущих станков. Уровень развития станкостроения определяет промышленный потенциал страны, экономическую неуязвимость, обороноспособность и независимость государства.

Металлорежущий станок – это технологическая машина, предназначенная для обработки материалов резанием с целью получения деталей заданной формы и размеров (с требуемыми точностью и качеством обработанной поверхности).

На станках обрабатывают заготовки не только из металла, но и из других материалов, поэтому термин «металлорежущий станок» является условным. [1]

Металлорежущий станок (станок) — машина для размерной обработки заготовок. К станкам относят и технологическое оборудование, использующее для обработки электрофизические и электрохимические методы, сфокусированный электронный или лазерный луч, поверхностное пластическое деформирование и некоторые другие виды обработки. [7]

Помимо основной рабочей операции, связанной с изменением формы и размеров заготовки, на станке необходимо осуществлять вспомогательные операции для смены заготовок, их зажима, измерения, операции по смене режущего инструмента, контроля его состояния и состояния всего станка. В связи с большим разнообразием функций, выполняемых на станках, их целесообразно рассматривать как систему, состоящую, из нескольких функциональных подсистем. [7]

Структурная схема станка. [7]

Io, I1 — входная и выходная информация; Mo, M1 — заготовка и изделия; Е — энергия; 1 — подсистема управления; 2 — подсистема контроля; 3 — подсистема манипулирования; 4 — подсистема обработки.

В зависимости от характера выполняемых работ различают девять групп станков. Каждая группа содержит девять типов станков, объединенных общими технологическими признаками и конструктивными особенностями [1], [3], [4], [6], [7].

Группа станков		Тип станков
№	Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Токарные	Одно-шпиндель-ные автоматы и полу-автоматы	Много-шпиндель-ные автоматы и полу-автоматы	Токарно-револь-верные	Сверлиль-но-отрез-ные	Карусель-ные	Токарно-винто-резные, токарные, лобо-токарные	Много-резцовые и копиро-вальные	Специали-зиро-ванные	Другие токарные
2	Сверлильные и расточные	Настоль-но- и вер-тикально- сверлиль-ные	Одно-шпин-дельные полу-автоматы	Много-шпин-дельные полу-автоматы	Коорди-натно- расточные	Ради-ально- и коорди-натно – свер-лильные	Расточные	Отделочно – расточные	Горизон-тально – сверлиль-ные	Другие сверлиль-ные
3	Шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные	Кругло – шлифо-вальные, бесцентро-во – шлифо-вальные	Внутри-шлифо-вальные, координат-но – шлифо-вальные	Обдирочно – шлифо-вальные	Специали-зирован-ные шлифо-вальные	Продоль-но – шлифо-вальные	Заточные	Плоско- шлифо-вальные	Притироч-ные, полиро-вальные, хонинго-вальные, доводоч-ные	Другие станки, работа-ющие абразивом
4	Электро-физические и электро-химические	_	Свето-лучевые, в том числе лазерные	_	Электро-химичес-кие	Электро-искровые	_	Электро-эрозион-ные, ультра-звуковые проши-вочные	Анодно- механи-ческие отрезные	_
5	Зубо – и резьбо – обрабатываю-щие	Зубо-долбежные для обработки цилиндри-ческих колёс	Зуборезные для обработки конических колёс	Зубо-фрезерные для нарезания цилиндри-ческих колёс и шлицевых валов	Зубо-фрезерные для нарезания червячных колёс	Для обработки торцевых зубьев колёс	Резьбо – фрезерные	Зубо-отделоч-ные, провероч-ные и обкатные	Зубо – и резьбо – шлифо-вальные	Другие зубо – и резьбо – обрабаты-вающие
6	Фрезерные	Вертикаль-но — фрезерные консольные	Фрезерные непрерыв-ного действия	Продоль-ные одно-стоечные	Копиро-вальные и гравиро-вальные	Верти-кально – фрезерные бескон-сольные	Продоль-ные двух-стоечные	Широко – универ-сальные фрезерные инстру-менталь-ные	Горизон-тально – фрезерные консоль-ные	Другие фрезерные
7	Строгальные, долбежные, протяжные	Продоль-ные одно-стоечные	Продоль-ные двух-стоечные	Поперечно – строгаль-ные	Долбеж-ные	Протяж-ные горизон-тальные	Протяжные вертикаль-ные для внутрен-него протя-гивания	Протяж-ные вертикаль-ные для наружного протяги-вания	_	Другие строгаль-ные
8	Разрезные	Отрезные, оснащен-ные токарным резцом	Отрезные, оснащен-ные шлифо-вальным кругом	Отрезные, оснащен-ные гладким или насечным диском	Правűльно – отрезные	Ленточно – пильные	Отрезные с дисковой пилой	Отрезные ножовоч-ные	_	_
9	Другие	Муфто – и трубо-обрабаты-вающие	Пило-насекатель-ные	Правűльно – и бесцентро-вообди-рочные	_	Для испытания инстру-ментов	Делитель-ные машины	Баланси-ровочные	_	_

Наиболее распространенные типы станков [6]:

По степени универсальности:

По степени универсальности (специализации)станки подразделяют на универсальные, специализированные и специальные. [1]

Универсальные станки (станки общего назначения) предназначены для обработки деталей широкой номенклатуры в единичном и мелкосерийном производстве, различных по форме и размерам деталей. Станки универсальные или общего назначения предназначенны для выполнения различных операций при обработке деталей разнообразной номенклатуры. Такие станки находят применение в (индивидуальном), отчасти — мелкосерийном производстве в ремонтных цехах, МТС. Станки для особенно большого диапазона работ называют часто широкоуниверсальными. [2]

Для этих станков характерен широкий диапазон регулирования скоростей и подач. К универсальным относятся токарные, токарно-винторезные , токарно-револьверные, сверлильные, фрезерные, строгальные и другие станки как с ручным управлением, так и с ЧПУ.

Универсальные станки с ручным управлением требуют от оператора и частичной или полной реализации программы, так же выполнения функций манипулирования (смена заготовки и инструмента), контроль и измерение. Универсальные станки с ЧПУ требуют от оператора лишь отдельных функций манипулирования и контроля. При этом становиться возможным обслуживание одним оператором нескольких станков. [1], [5], [7].

Специализированные станки используют для обработки деталей одного наименования, но разных размеров. Это станки для обработки труб, муфт, коленчатых валов; зубо- и резьбообрабатывающие, токарно-затыловочные и др. Для специализированных станков характерна быстрая переналадка сменных устройств и приспособлений; они применяются в средне- и крупносерийном производстве. Являются основным оборудованием современных машиностроительных заводов. Примером могут служить токарные станки для обработки коленчатых валов или шлифовальные станки для обработки колец шарикоподшипников. [1], [5], [7].

Специальные (называются иногда узкоспециальными) станки используют для обработки деталей одного наименования и размера; их применяют в крупносерийном и массовом производстве. Для облегчения изготовления специальных станков их собирают из нормализованных узлов. Такой способ изготовления специальных станков является самым целесообразным и эффективным. Им присвоено общее название — агрегатные станки. [1], [2].

По степени специализации:

По точности станки делят на пять классов:

1. Нормальной точности (Н) – к этому классу относится большинство универсальных станков;

2. Повышенной точности (П) – станки этого класса изготовляют на базе станков нормальной точности, но предъявляют повышенные требования к точности обработки ответственных деталей станка, качеству сборки и регулировки;

3. Высокой точности (В) – точность станков этого класса достигается благодаря специальной конструкции отдельных узлов, высоких требований к точности изготовления деталей, качеству сборки и регулировки станка в целом;

4. Особо высокой точности (А) – требования, предъявляемые при изготовлении таких станков, еще более жесткие, чем при изготовлении станков класса В;

5. Особо точные (С), или мастер-станки – на них изготавливают детали для станков классов точности В и А.

Прецизионные станки (классов точности В, А и С) желательно эксплуатировать в термоконстантных цехах, в которых температура и влажность регулируются автоматически. [1], [3].

В зависимости от массы станка:

В зависимости от массы станки подразделяют на легкие ( < 1 т), средние (1 … 10 т) (нормального веса по ранее разработанной классификации) и тяжелые(> 10 т) .

В свою очередь тяжелые станки бывают крупные (10 … 30 т), собственно тяжелые (30 … 100 т) и уникальные (> 100 т).

Для станков внутришлифовальных, хонинговальных и зубообрабатывающих градация тяжелых станков иная: крупные станки — от 10 до 29 т, тяжелые — от 20 до 60 т, особо тяжелые — массой более 60 т. [1], [2].

По степени автоматизации:

По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы и автоматы.

В станках с ручным управлением пуск и останов станка, переключение скоростей и подач, подвод и отвод инструмента, загрузку станка заготовками и разгрузку готовых деталей и другие вспомогательные операции выполняет рабочий.

Полуавтомат – станок, работающий с автоматическим циклом, для повторения которого требуется вмешательство рабочего. Например, загрузку на станок заготовки и разгрузку обработанной детали рабочий осуществляет вручную, после чего он включает станок для повторения следующего цикла.

Автомат производит все рабочие и вспомогательные движения цикла технологической операции и повторяет их без участия рабочего, который лишь наблюдает за работой станка, контролирует качество обработки и при необходимости подналаживает станок, т. е. регулирует его для восстановления достигнутых при первоначальной наладке точности, взаимного расположения инструмента и заготовки, а также качества получаемой детали.

Под циклом понимают промежуток времени от начала до конца периодически повторяющейся операции независимо от числа одновременно обрабатываемых заготовок. [1]

В зависимости от расположения шпинделя:

В зависимости от расположения шпинделя станки бывают горизонтальные, вертикальные и наклонные.

По степени концентрации операций:

По степени концентрации операций станки подразделяют на одно- и много- позиционные.

Концентрация операции – это возможность одновременной обработки на станке различных поверхностей заготовки многими инструментами. При этом развитие шло по двум направлениям: создание одно- позиционных, много- инструментальных станков, когда одновременно несколькими режущими инструментами обрабатываются различные поверхности одной заготовки, и разработка многопозиционных много- инструментальных станков, одновременно обрабатывающих две заготовки и более. [1]

Источники:

[1] Проектирование автоматизированных станков и комплексов: учебник: в 2 т. / под ред. П. М. Чернянского. – 2-е изд., испр.- М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014.

[2] Металлорежущие станки: учебник: под ред. д.т.н. проф. Н. С. Ачеркана. М. : Изд-во МАШГИЗ, 1957

[3] Металлорежущие станки: Колл. Авторов под ред. проф. В. К. Тепинкичиева. М., «Машиностроение», 1973

[4] Металлорежущие станки. Учеб. пособие для втузов Н. С. Колев, Л. С. Красниченко, Н. С. Никулин и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М., «Машиностроение», 1980

[5] Металлорежущие станки: А. М. Трофимов Учеб. пособие для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М., «Машиностроение», 1979

[6] Металлорежущие станки (альбом общих видов, кинематических схем и узлов). А. М. Кучер, М. М. Киватицкий, А. А. Покровский. – М., «Машиностроение», 1972

[7] Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов/Под ред. В. Э. Пуша. – М., «Машиностроение», 1985

Простые машины и их классификации – Информационный зал

15 408 всего просмотров, 3 просмотра сегодня

Машины — это энергоемкие инструменты, многие части которых используются людьми для выполнения действия. Они используются вместо рабочей силы, чтобы сделать работу проще, быстрее и с большей точностью. Машины экономят и время, и человеческие силы. Они используются повсеместно и для разных целей. У нас есть машины в домах, на фермах и во всех отраслях промышленности. Когда используются машины, применяется сила и происходит преобразование энергии.

Простым машинам требуется небольшое усилие для получения большой производительности, выходное усилие > входного усилия. Понятие «механическое преимущество» используется в простых машинах. Механическое преимущество (MA) — это отношение выходной силы и входной силы, MA = выход ÷ вход. Как правило, существует шесть классов простых машин. Это рычаг, шкив, винт, колесо и ось, наклонная плоскость и клин.
Подробнее о преимуществах использования машин здесь или о недостатках машин здесь
Рычаг
Рычаг — простая машина и один из инструментов, использовавшихся в старину. Он имеет стержень или точку опоры, на которую перемещается груз с приложением силы.

Общие примеры включают ножницы, плоскогубцы, щипцы для сахара, степлер, открывалку для бутылок, щипцы для орехов, тачку, ломы, удочки, молоток, качели, дверные ручки и другие.
Рычаг характеризуется точкой опоры (шарниром), нагрузкой и усилием. Положение или расположение точки опоры, рычага и усилия определяют класс рычага. Рычаги обычно имеют три класса: рычаг первого рода, рычаг второго рода и рычаг третьего рода.
(i) Рычаги первого класса
В этом классе точка опоры находится в середине нагрузки и усилия. Нет точного положения нагрузки или усилия. Каждый из двух может быть на одном из двух концов. Рычаги, попадающие в эту категорию, включают ножницы, плоскогубцы, молоток.
(ii) Рычаги второго класса
Здесь нагрузка находится между точкой опоры и усилием. Примеры включают щелкунчика, тачку, открывалку и степлер.

(iii) Рычаги третьего класса
Усилие между точкой опоры и нагрузкой в рычагах третьего класса. Например, щипцы для сахара, удочки и т. д.
Колесо и ось
Колеса имеют круглую форму и вращаются. Ось, с другой стороны, представляет собой стержень, помещенный в центр колеса. Оси позволяют вращать колесо. Примерами являются автомобильные колеса, велосипедные колеса, шестерни. Они также встречаются в машинах, которые совершают круговое движение, таких как вентиляторы.
Шкивы
В шкиве есть колесо и ось, но он отличается от колеса и оси веревкой, соединяющей колесо и ось. В некоторых шкивах вместо веревки используется цепь или другие формы хорд. Два шкива иногда соединяют вместе, чтобы облегчить работу или переместить или поднять тяжелый вес. Шкивы перемещают грузы как линейно (вверх-вниз), так и колебательно (вперед-назад). Они используются в промышленности для перевозки грузов, для поднятия и опускания флагов, в лифтах, а также в оконных жалюзи.

Наклонная плоскость
Они наклонные, горизонтальные и небрежные по своей природе, один конец которых выше другого. Эта простая машина поднимает предметы выше и перемещает вещи с нижней стороны на другую сторону, которая обычно выше. Они используются для перемещения тяжелых предметов в транспортные средства и из них. Другими примерами являются лестницы, лестницы, эскалаторы, инвалидные коляски и другие.
Клин
Клинья используются, чтобы скреплять предметы, резать, разламывать их на две части или отделять предметы друг от друга. Примерами являются канцелярские булавки, игла, топор, гвозди, скоба, лопата и нож.

Винт
Винт имеет спиральную форму и форму наклонной плоскости с резьбовым стержнем и острием, используемым для ввинчивания шурупа в материал, дерево или мягкий предмет, а также для скрепления предметов. Он наклонен по своей природе, потому что также перемещается из низкого положения в более высокое положение. Например, болты, краны, сверла и т. д.
Подробнее о преимуществах использования машин здесь или о недостатках машин здесь
Если вам понравилась эта статья, оставьте комментарий
Если эта статья показалась вам интересной, отметьте нас в Facebook и Twitter. Вы также должны поделиться ею, нажав кнопки ниже, чтобы другие люди могли извлечь из нее пользу.
Определение, список, примеры и типы
Облегчение «работы» — это то, чем мы все любим заниматься. На протяжении всей истории люди разрабатывали множество типов машин , чтобы сделать рабочие задачи более эффективными. Машины на фабриках используются для оптимизации производства продуктов и упаковки продуктов на протяжении многих лет. Сегодня на гигантских производственных складах для отгрузки продукции используются фабричные машины. Однако все машины можно разбить на несколько простых компонентов, в которых мало движущихся частей или они вообще отсутствуют. Давайте посмотрим на эти простые машины, чтобы узнать больше!
Простая машина Определение
A Простая машина — это устройство, содержащее всего несколько движущихся частей, которое можно использовать для изменения направления или величины приложенной к нему силы.
Простые машины — это устройства, используемые для умножения или увеличения приложенной силы (иногда за счет расстояния, на которое мы прикладываем силу). Энергия по-прежнему сохраняется для этих устройств, потому что машина не может выполнить больше работы, чем затраченная на нее энергия. Однако машины могут уменьшить входную силу, необходимую для выполнения работы. Отношение выходной мощности любой простой машины к величине входной силы называется ее механическим преимуществом (MA).
Принципы простых машин
Машина предназначена для простой передачи механической работы от одной части устройства к другой. Поскольку машина производит силу, она также контролирует направление и движение силы, но не может создавать энергию. Способность машины выполнять работу измеряется двумя факторами: механическим преимуществом и эффективностью.
Механическое преимущество:
В машинах, передающих только механическую энергию, отношение силы, прилагаемой машиной, к силе, приложенной к машине, называется механическим преимуществом. При механическом преимуществе расстояние, на которое перемещается груз, будет лишь частью расстояния, на которое приложено усилие. В то время как машины могут обеспечить механическое преимущество больше, чем $1,0$ (и даже меньше, чем $1,0$ при желании), ни одна машина не может выполнять больше механической работы, чем та механическая работа, которая была вложена в нее.
Эффективность:
Эффективность машины — это просто соотношение между работой, которую она производит, и работой, вложенной в нее. Несмотря на то, что трение можно уменьшить, смазывая любые скользящие или вращающиеся детали, все машины производят трение. Простые машины всегда имеют КПД меньше $1,0$ из-за внутреннего трения.
Энергосбережение:
Если мы пренебрежем потерями энергии из-за трения, работа, выполняемая простой машиной, будет такой же, как работа, выполняемая машиной для выполнения какой-либо задачи. Если входящая работа равна исходящей работе, то машина $ 100 \%$ эффективна.
Типы простых машин
В повседневном языке термин «работа» может использоваться для описания множества понятий. Однако в физике этот термин имеет гораздо более точное определение.
Работа $Вт$ – вид энергии, связанный с приложением силы $F$ на некоторое перемещение $d$. Математически это определяется как: \[W=F\cdot d\]
Машина облегчает работу с помощью одной или нескольких из следующих функций:
новая вкладка)
перенос силы из одного места в другое
изменение направления силы
увеличение величины силы
увеличение расстояния или скорости силы
Шесть классических типов простых машин облегчают работу и имеют мало или не имеют движущихся частей: клин, винт, шкив, наклонная плоскость, рычаг, ось и колесо (шестерня).
Давайте узнаем больше о каждой из этих простых машин.
Клин
Клин — это простой механизм, используемый для расщепления материала. Клин представляет собой инструмент треугольной формы и представляет собой переносную наклонную плоскость. Клин можно использовать для разделения двух объектов или частей объекта, подъема объекта или удержания объекта на месте. Клинья можно увидеть во многих режущих инструментах, таких как нож, топор или ножницы. На примере топора, приложив тонкий конец клина к бревну, можно ударить по нему молотком. Клин меняет направление силы и раздвигает бревно.
Имейте в виду, что чем длиннее, тоньше или острее клин, тем эффективнее он работает. Это означает, что механическое преимущество также будет выше. Это связано с тем, что механическое преимущество клина определяется отношением длины его наклона к его ширине. Хотя короткий клин с широким углом может выполнить работу быстрее, он требует больше усилий, чем длинный клин с узким углом.
Различные типы клиньев используются для облегчения работы во многих отношениях. Например, в доисторические времена клинья использовались для изготовления копий для охоты. В настоящее время клинья используются в современных автомобилях и самолетах. Вы когда-нибудь замечали заостренные носы на быстрых автомобилях, поездах или катерах? Эти клинья «рассекают» воздух, уменьшая сопротивление воздуха и заставляя машину двигаться быстрее.
Винт
Винт представляет собой наклонную плоскость, обернутую вокруг центрального стержня. Обычно это круглый цилиндрический элемент с непрерывным спиральным ребром, используемый либо в качестве крепежного элемента, либо в качестве модификатора силы и движения. Винт — это механизм, который преобразует вращательное движение в линейное движение, а крутящий момент — в линейную силу. Винты обычно используются для крепления объектов или их соединения. Некоторыми хорошими примерами винтов являются болты, винты, крышки для бутылок, гитарные колки, лампочки, краны для кранов и пробковые открывалки.
При использовании винта вы можете заметить, что его легче вбить в объект, если расстояние между резьбами меньше; это требует меньше усилий, но больше оборотов. Или, если промежутки между витками шире, шуруп труднее просверлить в объекте. Это требует больше усилий, но меньше поворотов. Механическое преимущество винта зависит от расстояния между витками резьбы и толщины винта. Это потому, что чем ближе нити, тем больше механическое преимущество.
Шкив
Шкив представляет собой колесо с канавкой и канатом в канавке. Канавка помогает удерживать веревку на месте, когда блок используется для подъема или опускания тяжелых предметов. Нисходящая сила поворачивает колесо с веревкой и тянет груз вверх на другом конце. Шкив также может перемещать предметы из низких областей в более высокие. Шкив имеет колесо, которое позволяет изменять направление силы. Когда вы тянете веревку вниз, колесо вращается, и все, что прикреплено к другому концу, поднимается вверх. Вы можете узнать о системе шкивов, увидев флаг, поднятый на шесте. Существует три типа шкивов: неподвижные составные и подвижные. Каждая система шкивов зависит от того, как сочетаются колесо и канаты. Лифты, грузовые подъемники, колодцы и тренажеры также используют шкивы для работы.
Наклонная плоскость
Наклонная плоскость представляет собой простой механизм без движущихся частей. Поверхность с ровным наклоном облегчает нам перемещение объектов на более высокие или более низкие поверхности, чем если бы мы поднимали объекты напрямую. Наклонная плоскость также может помочь вам перемещать тяжелые предметы. Вы можете знать наклонную плоскость как пандус или крышу.
Существует большее механическое преимущество, если склон не крутой, поскольку для перемещения объекта вверх или вниз по склону потребуется меньшее усилие.
Рычаг как простой механизм
Рычаг представляет собой жесткий стержень, опирающийся на ось в фиксированном месте, называемом точкой опоры. Качели — отличный пример рычага.
Рис. 1. Качели являются примером простой машины.
К частям рычага относятся:
Точка опоры: точка, в которой рычаг опирается и поворачивается.
Усилие (вложенная сила): характеризуется объемом работы, выполняемой оператором, и рассчитывается как используемая сила, умноженная на расстояние, на котором применяется сила.
Нагрузка (выходная сила): перемещаемый или поднимаемый объект, иногда называемый сопротивлением.
Для того, чтобы поднять груз слева (груз), необходимо усилие, направленное вниз, с правой стороны рычага. Величина усилия, необходимого для подъема груза, зависит от , где приложено усилие. Задача будет проще всего, если усилие будет приложено как можно дальше от точки опоры.
Рис. 2 – Пример простой машины с нагрузкой и усилием.
Крутящие моменты задействованы в рычагах, так как происходит вращение вокруг точки вращения. Расстояния от физического центра вращения рычага имеют решающее значение, и мы можем получить полезное выражение для МА через эти расстояния.
Крутящий момент: Мера силы, которая может заставить объект вращаться вокруг оси и заставить его приобретать угловое ускорение.
Классы рычагов
Существует три класса рычагов: 1-й класс, 2-й класс и 3-й класс.
Рычаги 1 класса
Точка опоры ставится между усилием и нагрузкой. Эти типы рычагов могут обеспечивать или не обеспечивать механическое преимущество, в зависимости от расположения силы усилия. Если усилие прикладывается дальше от точки опоры, чем нагрузка, вы получаете механическое преимущество (множитель силы). Однако, если вы прикладываете усилие ближе к точке опоры, чем к нагрузке, вы работаете с механическим недостатком (или с преимуществом < 1).
Примеры рычагов 1-го класса: автомобильный домкрат, лом, качели.
Рычаги 2-го класса
Нагрузка всегда находится между усилием и точкой опоры. Эти типы рычагов дают механическое преимущество (MA>1), потому что сила усилия прикладывается дальше от точки опоры, чем нагрузка. Сила усилия и нагрузка всегда находятся на одной стороне точки опоры.
Примеры рычагов 2-го класса: тачка, открывалка для бутылок и щелкунчик.
Рычаги 3 класса
Усилие между грузом и точкой опоры. Эти типы рычагов имеют механический недостаток, но допускают широкий диапазон движения груза. Во многих гидравлических системах используется рычаг 3-го класса, потому что выходной поршень может перемещаться только на короткое расстояние.
Примеры рычагов 3-го класса: удочка, человеческая челюсть, пережевывающая пищу.
При классификации рычагов лучше всего их ассоциировать с тем, что находится посередине. Простой трюк — запомнить: 1-2-3, F-L-E. Запомнив этот простой трюк, он подскажет, что находится посередине.
Например, в рычаге второго рода груз расположен в середине системы. Рычаги обеспечивают механическое преимущество. Идеальное механическое преимущество определяется тем, во сколько раз машина умножит силу усилия. Механическое преимущество представляет собой соотношение входной стороны (усилие) и выходной стороны (нагрузки) машины. Эти значения представляют собой расстояние точки опоры от усилия $ (I)$ и расстояние точки опоры от нагрузки $O)$. Идеальное механическое преимущество — это фактор, с помощью которого машина изменяет (увеличивает или уменьшает) входное усилие.
$$\mathrm{I M A}=I / O$$
Когда входная сила (усилие) прикладывается на большем расстоянии от точки опоры, чем местонахождение нагрузки, механическое преимущество увеличивается. В дополнение к расстоянию, $\mathrm{IMO}$ также может быть связано с силой через следующую формулу.
$$F_L=(\mathrm{I M A})F_e,$$
где $F_L$ — груз, который может поднять оператор, также известный как нагрузка или выходная сила, а $F_E$ — сила усилия.
Шестерня как простая машина
Рис. 5. Система зубчатых передач представляет собой простую машину.
Шестерня представляет собой колесо и ось простой машины с зубьями вдоль колеса. Часто они используются в сочетании друг с другом и меняют направление сил. Размер шестерни определяет скорость ее вращения. Шестерни используются в машинах для увеличения силы или скорости.
Если вы когда-нибудь пытались подняться на велосипеде по крутому склону, вы, вероятно, понимаете, как работают передачи. Подняться в гору практически невозможно, если у вас нет подходящего снаряжения для увеличения силы подъема. Точно так же, если вы едете на велосипеде, вы знаете, что движение прямо, быстро или в гору требует определенной силы для увеличения скорости или направления велосипеда в другом направлении. Все это связано с передачей вашего велосипеда.
Механизмы блестяще полезны, но есть одна вещь, которую мы должны учитывать. Если передача дает вам больше силы, она также должна вращать колесо медленнее. Если он вращается быстрее, он должен дать вам меньше силы. Вот почему, когда вы едете в гору на пониженной передаче, вам приходится крутить педали намного быстрее, чтобы пройти то же расстояние. Когда вы едете по прямому пути, шестерни дают вам больше скорости, но уменьшают усилие, которое вы производите с помощью педалей, в той же пропорции. Шестерни выгодны для машин всех видов, а не только для велосипедов. Это простой способ генерировать скорость или силу. Итак, в физике мы говорим, что шестерни — это простые механизмы.
Примеры простых механизмов
Возможно, вам интересно, как могут выглядеть некоторые повседневные примеры простых механизмов. Взгляните на приведенную ниже диаграмму с некоторыми примерами различных типов простых машин. Есть примеры, которые вас удивят?
Давайте поработаем над несколькими задачами для простых машин.
Обезьяна пытается затащить большой мешок бананов в свой домик на дереве. Потребуется $ 90 \mathrm{~N}$ силы, чтобы поднять бананы на дерево без использования простой машины. Обезьяна облегчает работу, соорудив пандус длиной $ 10$ футов до своего дома на дереве, что позволяет ей перемещать мешок с бананами с силой $ 10 \mathrm{~N}$. Каково механическое преимущество этой наклонной плоскости? Сопротивление $ 90 \, \mathrm{N}$ и усилие равно $10 \, \mathrm{N} $, что такое $\mathrm{MA}$?
$$\begin{align} \text {MA} &= \frac{\text {сопротивление}}{\text {усилие}} \\ &=\frac{90 \mathrm{~N}}{10 \ mathrm{~N}} \\ &=9 \mathrm{~N} \\ \mathrm{MA} &=9 \mathrm{~N} \end{aligned}$$
Каково идеальное механическое преимущество рычаг, плечо усилия которого измеряет $ 55 \mathrm{~см}$, а плечо сопротивления измеряет $ 5 \mathrm{~см}$? Сопротивление равно $5 \, \mathrm{см}$, а усилие $55 \, \mathrm{см}$, что такое $\mathrm{IMA}$?
$$\begin{align} \text {IMA} &= \frac{\text {плечо усилия}}{\text {плечо сопротивления}} \\ &=\frac{55 \mathrm{~cm}}{ 5 \mathrm{~см}} \\ &=11 \mathrm{~см} \\ \mathrm{IMA} &=11 \mathrm{~см} \end{aligned}$$
Простые машины – основные выводы
Простые машины — это устройства без движущихся частей или с очень небольшим количеством движущихся частей, которые облегчают работу.
Простые машины используются для (1) передачи силы из одного места в другое, (2) изменения направления силы, (3) увеличения величины силы и (4) увеличения расстояния или скорости движения сила.
Шесть типов простых механизмов: колесо и ось, шкив, рычаг, клин, наклонная плоскость и винт.
Крутящий момент — это мера силы, которая может заставить объект вращаться вокруг оси.
Рычаг состоит из точки опоры, усилия и нагрузки.
Ссылки
Рис. 1 — See-saw, Wikimedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aire_Jeux_Rives_Menthon_St_Cyr_Menthon_16.jpg) Лицензия CC BY-SA 4.0 (https://cre активные сообщества .org/licenses/by-sa/4.0/)

Рис. 2. Нагрузка и усилие, StudySmarter Originals.
Рис. 3 — Классы рычагов, StudySmarter Originals.
Рис. 4. Запоминание класса рычага, StudySmarter Originals.
Рис. 5 — Система передач, Wikimedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turning_shafts,_worm_gears_for_operation_of_lifting_or_lowering_jacks.