От механического лобзика до электрического один шаг
Ножной привод не может дать настоящей свободы действий и равномерности хода пилки. Разумнее приспособить для кривошипно-шатунного механизма электродвигатель. Однако, если вы используете настольный лобзиковый станок время от времени, нет смысла изготавливать стационарную конструкцию с собственным мотором.
Можно воспользоваться домашним электроинструментом. Например – шуруповертом с регулятором скорости вращения. Используются материалы, буквально из деревянных обрезков и старого хлама. Единственная ответственная деталь – станина. Ее лучше изготовить из прочной фанеры толщиной не менее 18 мм.
Все соединения делаем на шурупах по дереву, места стыков можно промазать клеем ПВА. Из того же материала собираем опорный постамент для штанги рычагов. Конструкция опоры не должна иметь люфтов, от ее прочности зависит последующая точность работы всего станка.
Рычажная конструкция собирается из деревянных заготовок. Разумеется, обычные сосновые бруски тут не подойдут. Надо использовать дуб или бук. Пусть вас не пугает стоимость такого материала – для рычагов прекрасно используются ножки от старого стула. Вырезаем наиболее прямые участки – и прочный рычажный механизм готов.
На концах рычагов делаем продольные пропилы, в которые устанавливаем крепления пилки для лобзиковых станков. Само крепление представляет собой металлическую пластину толщиной 2-3 мм с отверстиями. Верхнее отверстие для закрепления в рычаге, нижнее служит для зажима пильного полотна. Для удобства используем барашковые гайки.
В нижнем рычаге аналогичная конструкция в зеркальном исполнении.
Устанавливаем рычажную систему в станину. Задние части рычагов соединяем винтовой стяжкой (талрепом). С ее помощью регулируется натяжение пильного полотна.
Для удобства можно установить поддерживающую пружину. Кроме основной функции, она послужит буфером, смягчающим рывки при возвратно-поступательном движении механизма.
Кривошипно-шатунный механизм изготавливается из фанеры толщиной 10-12 мм. Для закрепления оси вращения используем закладные подшипники, которые усаживаются в подготовленные отверстия в стойках.
Стойки соединяются между собой, образуя прочную опору для маховика. В качестве оси используется обычный болт или шпилька. Класс прочности не меньше 8.
Соединяем маховик с нижним рычагом с помощью шатуна. Он изготавливается из такой же фанеры. Для увеличения длины посадочного места под ось, склеиваем две половинки. Тяги для соединения с рычагом – металлические.
Проверяем ход трапеции – рычаги должны двигаться свободно, натяжение полотна не меняется. Оси вращения можно смазать консистентной смазкой. После совмещения всех осевых соединений, производим окончательное закрепление конструкции.
Следующий этап – изготовление рабочего стола с поворотным механизмом. Поворотная дуга с прорезью выпиливается из фанеры.
Устанавливаем стол на станину, для затяжки поворотного механизма используем барашковую гайку или же изготавливаем удобный маховик из дерева. Поворот столешницы позволит производить распилы пол различными углами.
В качестве привода используется электрический шуруповерт. Патрон соединяется с осью маховика, и мы получаем съемный электромотор. Вы пользуетесь электроприбором как обычно, а когда нужно запустить самодельный лобзиковый станок – подсоединяете шуруповерт к оси маховика.
В качестве регулятора оборотов используем хомут с изменяемым усилием.
Это простое приспособление изготавливается из винтовой затяжки (от настольной лампы или струбцины) и прочного ремешка.
Чертежи для изготовления не требуются, все элементы конструкции делаются «по месту». Работать со станком удобно, несмотря на простоту конструкции.
Можно сделать станок и по этому чертежу, сути это не меняет. Все проверено – работать будет.
Очень поучительное видео английского мастера самоделкина. Подробный рассказ с показом чертежей и демонстрацией изготовления лобзикового станка из фанеры, а в качестве двигателя был применен шуруповерт, так же можно приспособить дрель.
Требования безопасности
При проектировании и монтаже рычажного механизма учитываются требований безопасности. Они во многом зависят от области применения устройства, а также особенностей самого механизма.
Среди особенностей этого момента можно отметить следующее:
- При изготовлении должен подбираться материал, который будет соответствовать всем требованиям. Примером можно назвать высокую коррозионную стойкость. При проектировании указывается то, какой именно материал должен применяться при изготовлении устройства. Часто отдается предпочтение углеродистой стали и легированным сплавам. Некоторые элементы могут быть изготовлены из уплотнительных и других материалов, все зависит то конкретного случая.
- При проектировании учитывается то, каким образом происходит перераспределение нагрузки. Это связано с тем, что в некоторых местах она будет критической.
- Под активным элементом при подъеме тяжелых объектов не должно находится людей, другого оборудования, а также частей самого рычажного механизма. Это связано с высокой вероятностью падения переносимого груза.
- Перед непосредственным применением оборудования следует проводить визуальный осмотр, который позволяет определить наличие или отсутствие повреждений. Кроме этого, должно проводится периодическое обслуживание. Даже незначительный дефект может стать причиной существенного снижения прочности рычажного механизма. Периодическое обслуживание позволяет существенно продлить срок службы устройства.
- Запрещается применять механизм не по предназначению. Перед каждым его использованием проверяется надежность крепления. Нагрузка должна оказываться на конструкцию соответствующим образом, так как в противном случае происходит неправильное перераспределение силы. Именно поэтому при проектировании указывается то, каким образом устройство должно устанавливаться и как использоваться.
- При применении учитывается то, на какую максимальную нагрузку рассчитано оборудование. Слишком высокий показатель может стать причиной, по которой происходит повреждение основных элементов. При проектировании учитывается то, какая нагрузка может оказываться на конструкцию.
Как правило, соответствующее руководство по применению устройства составляется непосредственно на месте его эксплуатации в соответствии с установленными нормами. Это связано с тем, что рычажные механизмы получили весьма широкое распространение, могут устанавливаться в качестве составного узла другого оборудования.
При этом узел оборудован тремя важными независимыми системами:
- Гидравлическая. Эта часть устанавливается в большинстве случаев для передачи усилия. Гидравлика получила весьма широкое распространение, так как она предназначена для непосредственной передачи усилия. Гидравлическая часть основана на подаче специальной жидкости, при помощи которой проводится передача усилия. Гидравлика несет с собой опасность по причине того, что подвижный элементы могут передавать усилие. Поэтому все основные элементы должны быть защищены от воздействия окружающей среды, для чего проводится установка различных кожухов.
- Механическая. Механика отвечает за непосредственную передачу усилия и достижения других целей. Неправильная работа устройства может стать причиной повреждения и деформации. Механика также защищается специальными кожухами, так как попадание посторонних элементов запрещается.
- Электрическая. Для управления механизмом проводится установка электрической части. Она должна быть защищена от воздействия окружающей среды, так как даже незначительное механическое воздействие может стать причиной повреждения магистрали электроснабжения.
Опасность с собой несет и электрическая часть, которая состоит из конечных выключателей. Схема подключения предусматривает использование как минимум двух выключателей, устройство должно обесточиваться в случае выхода из строя одного из них.
Механическая система защиты действует путем прерывания подачи масла в гидравлический цилиндр. При этом проводится слив масла с цилиндра в общую емкость. Подобная система срабатывает даже при незначительном повреждении устройства.
Основные виды полуосей
Зависимо от конструкции полуось может быть полностью или частично разгруженной от действующих на нее изгибающих моментов.
Разгруженная полуось
более характерна для транспортных средств с большой грузоподъемностью, в том числе автобусов. Такая полуось на чертеже будет выглядеть свободно установленной внутри моста деталью, а опираться на балку моста будет ступица колеса с помощью двух подшипников. В данной конструкции полуось передает исключительно крутящий момент, поскольку всю силу изгибающего воздействия на себя принимают подшипники.
Виды полуосей
Полузагруженная полуось
в подавляющем большинстве случаев установлена на легковых и легкогрузовых автомобилях. Устройство полуоси данного вида отличается тем, что в ней подшипник стоит между самой полуосью и ее кожухом, причем полуось крепится непосредственно к ступице колеса. По этой причине на плече периодически возникают изгибающие моменты, которые воздействуют на полуоси в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
На переднеприводных автомобилях для передачи крутного момента от КПП к колесам устанавливаются полуоси несколько иной конструкции. Состоит такой приводной вал из оси, внутреннего и наружного ШРУСов.
Устройство приводного вала переднеприводного автомобиля.
Вращающийся поднос своими руками из старого табурета
Старый табурет может превратиться в удобный вращающийся поднос. Для этого нам понадобится его круглое сиденье. Вращающийся механизм в подносе необходим, чтобы во время обеда каждый член семьи мог повернуть его к себе нужной стороной. На поднос можно выставлять специи, соусы или просто поставить на него вазу с цветами. Смотрится он очень интересно и стильно. Подробности изготовления вращающегося подноса своим руками из старого табурета в пошаговой инструкции.
Для работы приготовьте:
- сам табурет с круглым сиденьем;
кусок корковой доски круглой формы;
краску черного цвета;
шлифовальную машинку или наждачную бумагу;
Шаг 1. Вначале вам нужно будет разобрать табурет, чтобы отделить от него сиденье. Какой именно инструмент понадобится для разборки вам, будет зависеть от креплений в мебели. В данном случае использовалась отвертка.
Шаг 2. Снимите слой старой краски. В зависимости от его толщины вам могут понадобиться специальные растворители. Если же слой краски тонкий, воспользуйтесь шлифовальной машинкой с крупнозернистой насадкой.
Обработать нужно будет верхнюю и нижнюю поверхность, а также боковую часть сиденья.
Шаг 3. Полностью зачистив сиденье от краски, можете покрыть его морилкой. Выберите подходящий вам по стилю и задумке тон. Материал покрытия наносите на все поверхности.
Шаг 4. Поскольку поднос стилизован в рустикальном направлении, его нужно дополнительно состарить. Вмятины будут идеальным приемом декора. Наносите их молотком, но не делайте слишком глубокими.
Шаг 5. Нанесите повторный слой морилки. Дайте ей высохнуть в течение 24 часов. После этого определяйтесь, достаточно ли насыщенный у подноса получился цвет.
Шаг 6. На листе бумаге распечатайте заготовленную для трафарета надпись, которую вы будете переносить на поднос. С помощью канцелярского ножа сделайте сам трафарет.
Шаг 7. К уже высохшей поверхности подноса приложите трафарет. Можете зафиксировать его небольшими полосками скотча. С помощью краски черного цвета и кисти-спонжа заполните пустое пространство трафарета.
Шаг 8. После того, как краска высохнет, нанесите на поверхность подноса метки для крепления ручек.
Шаг 9. В намеченных точках просверлите отверстия.
Шаг 10. Прикрепите ручки к подносу.
Шаг 11. С нижней стороны подноса нанесите карандашом разметку, чтобы точно определить центр круга.
Шаг 12. Прикрепите вращающийся механизм.
Шаг 13. К нижней части механизма прикрепите круг из корковой доски.
Маятник Капицы
Обычный маятник, если перевернуть его кверху ногами, неустойчив. Для него крайне трудно найти верхнюю точку равновесия. Но если совершать быстрые вертикальные возвратно-поступательные колебания, то положение такого маятника становится устойчивым.
Петр Леонидович Капица
Советский академик и нобелевский лауреат по физике Петр Леонидович Капица (1894 — 1984) использовал модель маятника с вибрирующим подвесом для построения новой теории, которая описывала эффекты стабилизации тел или частиц. Работа Капицы по стабилизации маятника была опубликована в 1951 году, а сама модель получила название «маятник Капицы». Более того, было открыто новое направление в физике — вибрационная механика. Данная модель позволила наглядно показать возможности высокочастотной электромагнитной стабилизации пучка заряженных частиц в ускорителях.
Владимир Игоревич Арнольд
Другой советский математик и академик Владимир Игоревич Арнольд (1937-2010), который был заместителем Капицы, вспоминал его слова:
«Он (Капица — примечание) сказал: «Вот смотрите — когда придумывается какая-то физическая теория, то прежде всего надо сделать маленький какой-нибудь прибор, на котором его наглядно можно было-бы продемонстрировать кому угодно. Например, Будкер и Векслер хотят делать ускорители на очень сложной системе. Но я посмотрел, что уравнения, которые говорят об устойчивости этого пучка, означают, что если маятник перевернут кверху ногами, он обычно неустойчив, падает. Но если точка подвеса совершает быстрые вертикальные колебания, то он становится устойчивым. В то время как ускоритель стоит много миллионов, а этот маятник можно очень легко сделать. Я его сделал на базе швейной электрической машинки, он вот здесь стоит». Он нас отвел в соседнюю комнату и показал этот стоящий вертикально маятник на базе швейной машинки».
Демонстрация динамической стабилизации перевернутого маятника с помощью электробритвы
У математика Арнольда не было своей швейной машинки, и он огорчился. Но у него была электробритва «Нева», из которой и был собран перевернутый маятник. К сожалению, в первой конструкции маятник падал. Тогда Арнольд вывел формулу и увидел, что длина маятника не должна быть больше 12 сантиметров. Известный математик укоротил подвес до 11 сантиметров и все получилось.
Давайте посмотрим, какие силы действуют на «маятник Капицы». После прохождения верхней мертвой точки подвес маятника начинает тянуть грузик вниз. После прохождения нижней мертвой точки подвес толкает грузик вверх. Так как углы вежду векторами сил в верхней и нижней точке разные, то сумма их векторов дает силу, направленную к оси вертикальных колебаний маятника. Если эта сила больше силы тяжести, то верхнее положение маятника становится устойчивым.
А эта формула описывает взаимосвязь частоты вибраций подвеса, амплитуды колебаний и длины жесткого подвеса.
Видео:
- GetAClass. Маятник Капицы
- Маятник Капицы: диалог академика Арнольда и Капицы, вывод формулы
Электропривод
В качестве двигателей электропривода чаще всего применяют односкоростные асинхронные электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором. Асинхронная машина включается в трехфазную сеть, поэтому она должна иметь на статоре три фазные обмотки, создающие вращающееся магнитное поле, которое увлекает за собой ротор. Ротор вращается асинхронно, т. е. со скоростью, отличной от скорости поля. Обладая жесткой характеристикой (зависимостью крутящего момента от числа оборотов), эти двигатели обеспечивают постоянство мощности во всем диапазоне скоростей и незначительное изменение числа оборотов вала под нагрузкой.
Применение асинхронных электродвигателей с электрическим переключением скоростей путем изменения числа пар полюсов значительно упрощает коробки передач. Однако асинхронные электродвигатели с переключением скоростей обладают постоянным моментом на разных скоростях, что снижает их эффективность при малых оборотах.
Характерной частью большой группы электрических машин является коллектор — полый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга медных колец. Наличие коллектора у машин переменного тока позволяет подвести фазы к ротору. Асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются для механизмов с плавным, ступенчатым пуском в тяжелых условиях при продолжительном режиме работы.
Использование электродвигателей постоянного тока, частоту вращения которых в достаточно широких пределах можно регулировать (при постоянной мощности в определенном диапазоне скоростей) изменяя поле возбуждения, оказывается более предпочтительным, т. к. значительно упрощает коробку передач.
В двигателях постоянного тока коллектор обеспечивает постоянный по направлению вращающий момент. Область применения коллекторных машин, в особенности машин постоянного тока, достаточно обширна, а наличие простых и малогабаритных выпрямительных устройств позволяет подключать их к сетям переменного тока. Особенно ценное свойство коллекторной машины постоянного тока — возможность плавного (бесступенчатого) регулирования частоты вращения ротора.
Синхронной называется электрическая машина, скорость вращения ротора которой связана постоянным отношением с частотой сети переменного тока, в которую эта машина включена. Синхронные электродвигатели целесообразны в тех случаях, когда необходим двигатель, работающий при постоянной скорости. У синхронных двигателей КПД несколько выше, а масса на единицу мощности ниже, чем у асинхронных двигателей, рассчитанных на ту же частоту вращения.
Для осуществления вспомогательных движений нередко используют электромагниты.
Кинематика абсолютно твёрдого тела. Поступателное и вращателное движение — Класс!ная физика
«Физика — 10 класс»
При любом ли движении тела можно использовать такую его модель, как материальная точка? Какие модели тела ещё существуют?
Поступательное движение твёрдого тела.
Описание движения тела считается полным лишь тогда, когда известно, как движется каждая его точка.
Мы много внимания уделили описанию движения точки. Именно для точки вводятся понятия координат, скорости, ускорения, траектории. В общем случае задача описания движения тел является сложной. Особенно она сложна, если тела заметно деформируются в процессе движения. Проще описать движение тела, взаимное расположение частей которого не изменяется.
Абсолютно твёрдое тело — это одна из механических моделей, используемых при описании движения и взаимодействия тел.
На самом деле абсолютно твёрдых тел нет. Но в тех случаях, когда реальные тела при движении мало деформируются, их можно рассматривать как абсолютно твёрдые. Однако и движение абсолютно твёрдого тела в общем случае оказывается весьма сложным. Самое простое движение абсолютно твёрдых тел — поступательное.
Поступательным называется такое движение абсолютно твёрдого тела, при котором любой отрезок, соединяющий любые две точки тела, остаётся параллельным самому себе.
При поступательном движении все точки тела совершают одинаковые перемещения, описывают одинаковые траектории, проходят одинаковые пути, имеют в каждый момент времени равные скорости и ускорения. Покажем это.
Пусть тело движется поступательно (рис. 1.58). Соединим две его произвольные точки В и А отрезком. Расстояние |АВ| не изменяется, так как тело абсолютно твёрдое.
При поступательном движении остаются постоянными модуль и направление вектора . Вследствие этого траектории точек В и А одинаковы, так как они могут быть полностью совмещены параллельным переносом на вектор .
Согласно рисунку 1.58 перемещения точек А и В одинаковы и совершаются за одно и то же время. Очевидно, что любая точка твёрдого тела, например С, движется так же, как точки А и В.
Следовательно, точки А и В имеют одинаковые скорости и ускорения.
Совершенно очевидно, что для описания поступательного движения абсолютно твёрдого тела достаточно описать движение какой-либо одной его точки.
>Лишь при поступательном движении можно говорить о скорости и ускорении тела.
Примерно поступательно движутся ящик письменного стола, поршни двигателя автомобиля относительно цилиндров, вагоны на прямолинейном участке железной дороги, резец токарного станка относительно станины. Движение педали велосипеда или кабины колеса обозрения в парках (рис. 1.59, 1.60) — также примеры поступательного движения.
- Для описания поступательного движения абсолютно твёрдого тела достаточно написать уравнение движения одной из его точек.
- Вращательное движение абсолютно твёрдого тела.
- Вращательное движение вокруг неподвижной оси — ещё один частный случай движения твёрдого тела.
- В технике такой вид движения встречается очень часто: например, вращение валов двигателей и генераторов, турбин и пропеллеров самолётов.
Вращательным движением абсолютно твёрдого тела вокруг неподвижной оси называется такое его движение, при котором все точки тела описывают окружности, центры которых находятся на одной прямой, называемой осью вращения, при этом плоскости, которым принадлежат эти окружности, перпендикулярны оси вращения.
Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»
Кинематика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика
Физика и познание мира — Что такое механика — Механическое движение. Система отсчёта — Способы описания движения — Траектория. Путь. Перемещение — Равномерное прямолинейное движение. Скорость.
Уравнение движения — Примеры решения задач по теме «Равномерное прямолинейное движение» — Сложение скоростей — Примеры решения задач по теме «Сложение скоростей» — Мгновенная и средняя скорости — Ускорение — Движение с постоянным ускорением — Определение кинематических характеристик движения с помощью графиков — Примеры решения задач по теме «Движение с постоянным ускорением» — Движение с постоянным ускорением свободного падения — Примеры решения задач по теме «Движение с постоянным ускорением свободного падения» — Равномерное движение точки по окружности — Кинематика абсолютно твёрдого тела. Поступательное и вращательное движение — Кинематика абсолютно твёрдого тела. Угловая скорость. Связь между линейной и угловой скоростями — Примеры решения задач по теме «Кинематика твёрдого тела»
Основные понятия и определения
В своей деятельности человек создавал технические устройства, облегчающие труд и повышающие его физические возможности. Для приведения в действие этих устройств человек применял силу своих мускулов или преобразовывал и использовал силы природы (воду, ветер). Так появились машины, которые состоят из привода, преобразующего различные виды энергии в энергию движения, исполнительных механизмов — рабочих органов, выполняющих полезную работу, и механических передач, которые преобразовывают и передают энергию движения от привода машины к рабочим органам для выполнения полезной работы.
Приводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение рабочих органов. По виду источника энергии различают электрический, пневматический, гидравлический и другие приводы.
Рабочее движение машины с электрическим приводом выполняется посредством электричества; с пневматическим приводом — сжатым воздухом, а с гидравлическим приводом — жидкостью под давлением.
Энергия движения в производственной машине передается, как правило, от электродвигателя к рабочим органам через взаимодействующие различные детали, которые преобразовывают вращательное движение электродвигателя в движение рабочих органов по определенной закономерности (вращательное другой частоты, поступательное, качательное, прерывистое и др.). Некоторые из деталей являются неподвижными и обеспечивают возможность взаимодействующим подвижным деталям преобразовывать и изменять механическую энергию и направление ее передачи внутри машины в движения рабочих органов. В некоторых случаях взаимодействующие детали для удобства их рименения и в соответствии с их назначением конструктивно объединяются в cборочные единицы (узлы), представляющие собой отдельные устройства — механизмы.
Механизмы предназначены для передачи энергии с преобразованием механическими передачами скоростей и законов движения и с соответствующим изменением сил и моментов.
Например, в передней бабке токарного станка (рис.2.1, а) размещены шестискоростная коробка скоростей и шпиндель 13, которые приводят во вращение обрабатываемую деталь, закрепляемую в кулачковом патроне шпинделя 13. При выбранной глубине резания и подаче они обеспечивают, при участии различных механических передач, обработку детали на станке.
Вращение от электродвигателя 1 через ременную передачу 2 и муфту включения 3 передается на вал 5. Блок из трех шестерен 7, 8 и 9, расположенный на валу 5, с помощью реечной передачи связан с рукояткой 17. Этой рукояткой блок шестерен вводится в зацепление с зубчатым колесом 4 (или 10, или 11), жестко закрепленным на валу 6. Колеса 4 и 12 сопряжены соответственно с колесами 15 и 16, которые передают крутящий момент шпинделю через зубчатую муфту 14, соединенную с рукояткой 18. Если муфта передвинута вправо, то шпиндель получает вращение через зубчатое колесо 16, а если влево — через зубчатое колесо 15. Таким образом, коробка скоростей обеспечивает шесть ступеней частоты вращения шпинделя.
Связь шпинделя и суппорта станка для обеспечения оптимального режима резания осуществляется с помощью механизма подач, состоящего из реверсирующего устройства (трензеля) и гитары, которые осуществляют изм нение направления и скорости перемещения суппорта.
Привод этого механизма осуществл ется от коробки скоростей через трензель (рис. 1, б), который состоит из четырех зубчатых колес а, б, в, г, связанных с рукояткой 19 (рис. 1, а), переключением которой осуществляется реверс (т. е. изменение направления вращения) вала 20 (приводного вала суппорта).
Рис. 1. Механизмы: а — коробка скоростей токарного станка, б — трензель
При крайнем нижнем положении рукоятки 19 (положение А) зубчатые колеса а, б, в, г соединены последовательно и направление вращения вала 20 совпадает с направлением вращения шпинделя. При верхнем положении рукоятки 19 (положение В) соединены только зубчатые колеса а, в, г и направление вращения вала 20 изменяется на противоположное. В среднем положении рукоятки 19 (положение Б) зубчатые колеса б и в не соединяются с зубчатым колесом а и вал 20 не вращается.
С помощью гитары устанавливают (настраивают) сменные зубчатые колеса с определенным передаточным отношением, которым задают частоту вращения валу 20 для обеспечения необходимого перемещения суппорта на один оборот шпинделя.
