Проектно-исследовательская работа "От колеса до миксера. История разработок"

Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение

Центр Образования № 1495 ВАО

Проектно-исследовательская работа

«От колеса до миксера. История разработок»

                                                                                                         Выполнили:

                                                                                                       учащиеся 4 класса «А»:

                                                                                                      Морозов Александр,

                                                                                                  Сафрутина Анна,

                                                                                                        Сильчева Маргарита

                                                                                                       Руководитель проекта:

                                                                                                       воспитатель ГПД

                                                                                                            Процко Е.А.

Москва 2014 г.

Содержание

Введение

1. План работы
2. Тот же принцип действия
3. История разработок
4. Ход выполнения работы
5. Виды зубчатых колёс

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

В современных машинах и механизмах для передачи вращательного движения широко применяются зубчатые передачи. Они находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, а также в автомобилестроении, станкостроении, производстве сельхозмашин и других отраслях.

Целью настоящей работы является возможность показать применение зубчатой передачи в различных механизмах и устройствах в быту.

Задачи, которые мы должны были решить:

• создать модель  миксера-смесителя с использованием зубчатой передачи;
• рассмотреть различные механизмы и приспособления, в которых применяется зубчатая передача;
• познакомиться с историей возникновения зубчатого колеса.
• Оформить исследования в виде проекта:

– научиться делать презентации;

– научиться оформлять работу в печатном виде.

1. План работы

• Сборка моделей;
• Сравнение принципа действия;
• Изучение источников информации;
• Анализ собранных материалов;
• Изучение (анализ) зубчатой передачи;
• Подготовка презентации;
• Защита проекта.

На уроке лего-конструирования было задание собрать модель домашнего бытового прибора. Нашей группой был собран миксер сначала ручной, а затем в ГПД мы продолжили работу и собрали миксер-смеситель многофункциональный и миксер электрический с программным обеспечением.

2. Тот же принцип действия

Мы обратили внимание, что во всех моделях использовали зубчатые колёса для передачи вращательного движения. Нас это заинтересовало. А где же ещё применяется зубчатая передача. Мы вспомнили, что в прошлом году ребята из 3-их классов собирали модель ирригационного устройства и там использовали тоже зубчатую передачу. Оказалось, что в бытовых приборах часто используется зубчатая передача: это часы механические, дрель, электромясорубка, стиральная машина и другие приборы.

3. История разработок

Нас заинтересовало, а когда же появилась эта передача впервые и вот, что мы смогли выяснить:

-  первые открытия

В 3500 году до нашей эры было изобретено первое колесо в государстве Шумеры. Прогресс не стоял на месте и в 250 году до нашей эры Архимед изобрел свой знаменитый винт, который дал толчок к развитию водяных колес, появившихся в 200 году до нашей эры в Риме. - зубчатая передача (мельницы, смесители) Первые водяные мельницы появились около 300 года нашей эры возле Барбегаля во Франции и в Британии, они применялись сначала только для помола зерна. Ветряные мельницы с горизонтальной осью появились около 700 года нашей эры в Персии, а затем в 1200 году в Европе появились мельницы с вертикально расположенным колесом. Как видим на рисунках, ещё не было зубчатых колёс, в нашем теперешнем понимании, были колёса в которые горизонтально вставлялись штыри, заменяющие зубья или барабаны с вертикально вставленными штырями. Но в это время люди поняли, что мельничный двигатель можно использовать для выполнения любой работы. И появляются такие машины, которые могут дробить, размалывать и смешивать. На старинной гравюре мы видим одну из таких машин, которая дробит, размалывает, промывает золотую руду и смешивает золото с ртутью.

В 16 веке в Соловецком монастыре игумен Филипп (Федор Степанович Колычев), впоследствии митрополит Московский изобрел установку: в неё входили мельницы, которые мололи зерно, просеивали помол и были ещё крупорушками. Установка имела к тому же устройство для приготовления кваса.

Первая деревянная зубчатая передача появилась только в XVII веке. А в конце 17 века начале 18 века были разработаны методы профилирования различных зубчатых колес.

- ученые в поисках

Знаменитый римский архитектор Витрувий в I веке до нашей эры первым описал в своих трудах такое новшевство, как водяная мельница. В основе механизма - два изобретения александрийских инженеров: водяное колесо (в мельнице оно не поднимает воду, а, наоборот, движется благодаря её течению) и передаточный механизм, состоящий из двух зубчатых колес (с его помощью вращение колеса передавалось на ось с насаженным на неё мельничным камнем).

И как видим, актуальность проблемы не потеряла значения и до 17 века.

В 17 веке ученые были в постоянных поисках усовершенствования, так появляется проект «сухой» водяной мельницы, вместо речной воды механизм должен работать за счет неподвижной воды. То есть вода, поднятая архимедовым винтом из нижней ёмкости в верхнюю, станет стекать по трубе, вращая турбину, которая приведет в движение жернова (или другой какой-то механизм) и винт.

- бытовые миксеры

 Прогресс не стоял на месте. Было изобретено множество промышленных механизмов для смешивания различных ингредиентов и смесей. Но в быту человек по прежнему использовал для перемешивания продуктов различные механические приспособления: лопаточки, взбивалки различных форм, венчики. И только в 1910 году был придуман первый ручной миксер. В настоящее время в домашних условиях применяются миксеры различной конфигурации с электродвигателем.

4. Виды зубчатых колёс

Зубчатые колеса классифицируются в зависимости от формы продольной линии зуба на: прямозубые, косозубые, шевронные.

Прямозубые колёса — самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно. Прямозубые колеса имеют наименьшую стоимость, но, в то же время, предельный крутящий момент таких колес ниже, чем косозубых и шевронных.

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали.

Достоинства:

Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.

Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом, предельный крутящий момент, передаваемый зубчатой парой, тоже больше.

Недостатками косозубых колёс можно считать следующие факторы:

При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;

Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Шевронные колёса. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило — на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами).

Конические зубчатые колёса. Во многих машинах осуществление требуемых движений механизма связано с необходимостью передать вращение с одного вала на другой при условии, что оси этих валов пересекаются. В таких случаях применяют коническую зубчатую передачу. Различают виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями. Конические колёса с прямым зубом, например, применяются в автомобильных главных передачах, используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.

Реечная передача (кремальера) применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное и обратно. Состоит из обычной прямозубой шестерни и зубчатой планки (рейки). Работа такого механизма показана на рисунке.

Зубчатая рейка представляет собой часть колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Поэтому делительная окружность, а также окружности вершин и впадин превращаются в параллельные прямые линии. Эвольвентный профиль рейки также принимает прямолинейное очертание. Такое свойство эвольвенты оказалось наиболее ценным при изготовлении зубчатых колёс.

Также реечная передача применяется в зубчатой железной дороге.

Коронное колесо — особый вид колёс, зубья которых располагаются на боковой поверхности. Такое колесо, как правило, стыкуется с обычным прямозубым, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах.

5. Ход выполнения работы

Простые механизмы можно использовать для создания более сложных. Проанализировав свою работу, мы решили усовершенствовать модель своего миксера-смесителя, и для этого использовал конструктор Лего-дакта с электромотором и программным обеспечением Роболаб.

Применение электромотора позволило увеличить производительность миксера, а программный блок позволил не только приводить двигатель в действие, но и менять как скорость вращения, так и направление вращения и изменять время вращения.

Для своей модели мы использовали прямозубые и коронные зубчатые колёса.

Заключение

По применению и распространению в различных областях народного хозяйства зубчатые передачи по праву занимают первое место. В любой отрасли машиностроения, приборостроения, на транспорте и т.д. зубчатые передачи находят широкое применение.

В наше время зубчатые колёса являются важнейшей частью машиностроения. Поэтому в своей работе мы постарались дать описание некоторых видов зубчатых колёс, которые дают возможность оценить целесообразность того или иного вида передачи движения и дают начальное представление об оптимальных вариантах использования тех или иных зубчатых колёс.

Список литературы

1. Атлас по технике. - Пер. с исп. - М.: ОЛМА-ПРЕСС Экслибрис, 2003. - 96 с. (Иллюстрированный энциклопедический атлас).
2. Большая Советская Энциклопедия, (в 30 томах). Гл. ред. А. М. Прохоров. 3-е изд. М., «Советская Энциклопедия», 1971.
3. История Открытий. Энциклопедия., перевод с англ. А. М. Голова., Москва «РОСМЭН»., 1999.
4. Краткая энциклопедия «Домашнего хозяйства» (в 2-х томах)., Государственное научное издательство «Большая Советская Энциклопедия»., Москва., 1959.
5. Лев Ф. Г. Из чего всё: Научно-художественная лит-ра/ Рис. Р. Варшамова, В. Радаева, М. Ромадина. - Переизд. М.: Дет. Лит., 1983. - 192 с, ил. (Библиотечная серия).
6. Школьная энциклопедия «Естественные науки»., Кристин Роджерс и др., перевод с англ., Москва «РОСМЭН»., 2002.
7. Энциклопедия для детей. Том 14. Техника., глав. Ред. М. Д. Аксёнова. - М.: Аванта+, 2000. - 688 с: ил.
8. Энциклопедический словарь юного техника/ сост. Б. В. Зубков, С. В. Чумаков - М.: Педагогика, 1980. - 512 с, ил.
9. http://ru.wikipedia