МКОУ «Солодушинская  СОШ»

 

 

 

 

 

Разработка учебного кейса по разделу: «Машиноведение».

Тема:  «Машины и механизмы».

 

 

 

                                              Выполнил:

 

           учитель технологии МКОУ «Солодушинская СОШ»

ЕрмамбетовБикбулатТлепович.

 

 

   

 

 

                                                           2015

 

 

 

Разработка учебного кейса по разделу «Машиноведение» - 8кл.

Тема: «Машины и механизмы».

Цели, задачи:

Главными целями применения кейс-метода являются следующие:

·        обобщение, активизация и закрепление знаний учащихся, приобретенных при изучении раздела;

·        умение анализировать ситуацию, разбираться в сути проблем, предлагать возможные варианты решения и выбирать лучший из них;

·        развитие навыков работы учащихся в группе, сотрудничество, взаимная помощь;

Основная задача:обращение к жизненным реалиям для их последующего осмысления и преобразования.

 

Введение

 

Ситуация

ИНТЕРНЕТФорум ->Разработка систем для Web

«НеОпытный - «Скачал презентацию, файл РНР. Ни одна программа, установленная в системе его не хочет открывать. Прошу подсказать, какой программой открывают такие файлы?».

Эксперт - … В интернетеможно найтикучу описаний установки/настройки. Я думаю надо просто засучить рукава и начать изучать, как работает интернет и какие технологии используются. Если лень, то разориться и заказать работу у профессионалов. Считайте, что сейчас Вы при задаче перебрать двигатель у автомобиля, спрашиваете, как в нем хотя бы капот открыть».

Можно ли всю работу поручить профессионалам или надо просто засучить рукава и начинать изучать, как работает, скажем, двигатель автомобиля? Что у автомобиля под капотом, какие механизмы и как они устроены?

«Однажды Винтик и Шпунтик никому ничего не сказали, закрылись у себя в мастерской и стали что-то мастерить. Целый месяц они пилили, строгали, клепали, паяли и никому ничего не показывали, а когда месяц прошёл, то оказалось, что они сделали автомобиль. Этот автомобиль работал на газированной воде с сиропом. Посреди машины было устроено сиденье для водителя, а перед ним помещался бак с газированной водой. Газ из бака проходил по трубке в медный цилиндр и толкал железный поршень. Железный поршень под напором газа ходил то туда, то сюда и вертел колёса. Вверху над сиденьем была приделана банка с сиропом. Сироп по трубке протекал в бак и служил для смазки механизма. Николай Носов, «Приключения Незнайки и его друзей».

Обобщим эти высказывания и попытаемся ответить на вопрос - достаточно ли Вы знаете об устройстве машин и механизмов, чтобы иметь представление об их перспективности? Вопрос этот непростой, даже в трудах исследователей он рассмотрен не до конца. Чтобы осветить эту проблему, нам необходимо рассмотреть подробнее виды и устройство машин и механизмов, другую информацию, так или иначе связанную с этим вопросом.

 

Задание для учащихся.

 

Вам может встретиться информация о машинах и механизмах в Интернете, сказках, научно-популярных журналах и т. д. Проанализируйте предложенные сведения, выясните, какие машины имеют будущее, какие механизмы применяются в современных машинах и каковы перспективы их применения.

 

Задача.

На основе глубокого анализа дать рекомендации по инвестиционной привлекательности производства сложных механизмов в автомобилестроении.

 

Уточнение задания:

·        какие машины будут иметь будущее? Какие параметры диктуют будущее?

·        какие механизмы наиболее часто используются в современных машинах?

·        как Вы думаете, какие типы механизмов являются устаревшими?

·        что необходимо производить, чтобы не оказаться в отстающих?

 

Контекст задания:

·подберите и изучите информацию о различных механизмах, применяемых в современных машинах;

·определите, какие механизмы на Ваш взгляд являются перспективными, какие нет;

·заполните таблицу, ответьте на вопросы теста.

Информационные приложения.

Маши́на (лат.machina (от др.-греч.Μηχανή — двигать) — механизм, устройство, строение) — техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

Машина предназначена для облегчения труда человека путём частичной или полной его замены. Особенностью машины, отличающей её от других устройств, является использование механической энергии (совершение определенного механического движения) для выполнения возложенной на неё функции (предназначения, работы, действий). Машина — это, прежде всего, механическое устройство, но не механизм. В современной технике используется огромное количество машин и механизмов разнообразного назначения и устройства.

Машиной принято называть механическое устройство, выполняющее определенную полезную работу, связанную с процессом производства или преобразованием энергии. Во всякой машине имеется исполнительный (рабочий) орган, который приводится в действие машиной-двигателем через систему механизмов.

Основной характеристикой машины является развиваемая ею мощность. Одной из первых единиц измерения мощности была лошадиная сила (л.с.). Не смотря на то, что в Российской Федерации принята Международная система единиц (СИ) и единицей измерения мощности является ватт, лошадиная сила продолжает использоваться и в настоящее время.

Устройство машины и ее составляющие.

Основой устройства машины являются механизмы (например, кривошипно-шатунный механизм как часть паровой машины). Внешне разные машины могут содержать подобные или схожие механизмы. Но наиболее важные составляющие, остаются неизменными всегда, во всех машинах, такие как: двигатель, подвижные части и т.д

Машина состоит из двигателя как источника энергии (движения), передаточного и исполнительного устройств и системы управления. Вместе первые три части обычно называют машинным агрегатом. Механическое передаточное устройство называют передаточным механизмом, а механическое исполнительное устройство — исполнительным механизмом.

В машинах либо двигатель, либо исполнительное устройство (либо и то, и другое вместе) совершают механические движения. Действия остальных частей машины могут основываться на иных принципах действия (например, использовать законы оптики, электродинамики и т. д.).

Часть машинного агрегата, включающая двигатель и передаточное устройство, составляет привод. В машинах используют механические, а также комбинированные приводы — электромеханические, оптико-механические, гидро-электро-механические и т. п.

Двигатель и/или исполнительное устройство машины выполняют заданную функцию, совершая определенные движения, например, перемещение поршня насоса, руки робота. Проектирование таких устройств заключается в создании механизмов, обеспечивающих, прежде всего, заданные вид и закон движения. Эти задачи решаются методами теории механизмов и машин.

Механическое передаточное устройство (передаточный механизм) предназначено для передачи механической энергии. Оно необходимо для согласования взаимного положения и параметров движения двигателя и исполнительного устройства. Это, в свою очередь, позволяет подразделить передаточные устройства на следующие:

• трансмиссии — только передают движение от удаленного двигателя к исполнительному устройству без изменения характеристик этого движения. Например, от двигателя автомобиля, расположенного в его передней части, к задним колесам (ведущему мосту);
• передачи — согласуют параметры и вид движения на выходе двигателя с входными характеристиками исполнительного устройства. Механические передачи, замедляющие передаваемое движение, относят к редукторам, а ускоряющие — к мультипликаторам.

История.

Первым известным прообразом машины было наливное водяное колесо, его с древнейших времён использовали для ирригации древние египтяне и персы. Это механическое устройство служило для преобразования энергии падающей воды (гидроэнергии) в энергию вращательного движения.

В эпоху античности машины как механические устройства применялись для усиления человеческих возможностей применительно к одной точке: подъёмные блоки, рычаг, колёсные повозки, машина для замеса теста, винтовой пресс, шнек (винт Архимеда). Машинами также считались простые строительные леса. Прообразы более сложных машин в качестве хитроумных устройств служили для развлечения публики, как, например, паровая машина Герона.

Во времена Римской империи конструирование машин относилось к архитектуре и имело прикладной характер. Основные усилия инженеров были направлены на усовершенствование военной техники и ручных орудий труда, метательных орудий, устройств распилки каменных блоков. В эпоху поздней Римской империи и средневекового Запада слово «машина» применялось лишь к осадным орудиям.

Создание в 1774 г. Джеймсом Уаттом универсальной паровой машины положило начало технической революции и всё более ускоряющемуся техническому прогрессу. Появляются сложное оборудование и двигательные установки, такие как изобретенные в 1889 г. К. Лавалем паровая турбина, в 1870…1890 гг. двигатель внутреннего сгорания (газовый — Н. Отто, бензиновый — Г. Даймлера и К. Бенца, дизельный — Р. Дизеля), в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским — электродвигатель переменного тока. Функционирование новых машин начинает широко использовать явления механики, термодинамики, электромагнетизма. Технические объекты становятся сложными физически. Для обозначения отдельных видов технических устройств вводятся термины «аппарат», «прибор».

Виды машин.

По функциональному назначению выделяют следующие виды машин:

• энергетические, которые служат:
  • для преобразования какого-нибудь вида энергии в механическую (двигатели электрические, тепловые и другие);
  • для преобразования механической энергии в любой другой вид энергии (генераторы, как, например, электрогенератор);
• рабочие. Они служат:
  • для изменения положения физического объекта (транспортные машины, например, автомобиль, транспортер). Их исполнительным устройством, обеспечивающим движение, является движитель, например, колёса (колёсный движитель), гусеницы (гусеничный движитель);
  • для изменения формы физического объекта, свойств и взаимного положения частей (технологические машины, например, станок, пресс, миксер);
• информационные, которые служат:
  • для обработки информации с целью управления машинами (контрольно-управляющие машины, например, парорегулятор);
  • для получения различных математических образов в форме отдельных чисел и фигур (математические машины, например, арифмометр);
  • для помощи человеку или с целью его замены в умственном труде, управлении и контроле рабочих процессов (логические машины);
• кибернетические, выполняющие определенные движения, присущие человеку или живой природе, одновременно обладая элементами искусственного интеллекта (роботы и автоматически функционирующие машины).

Устройство механизма и его составляющие.

Механи́зм (греч.μηχανή mechané — машина) — это совокупность совершающих требуемые движения тел (обычно — деталей машин), подвижно связанных и соприкасающихся между собой. Механизмы служат для передачи и преобразования движения.

Как преобразователь движения механизм видоизменяет скорости, или траектории, или же и то, и другое. Он преобразует скорости, если при известной скорости одной из его частей другая его часть совершает движение, подобное движению первой, но с другой скоростью. Механизм преобразует траекторию, если, в то время как одна из его точек описывает известную траекторию, другая описывает другую заданную траекторию.

Механизмомтакже называют определенную совокупность подвижных и неподвижных частей, которые обеспечивают передачу и преобразование движений и сил для выполнения машиной полезной работы.

Тела, входящие в механизм, называются звеньями. Звено может состоять из одной или нескольких неподвижно соединенных между собой деталей. В любом механизме, кроме подвижных звеньев, обязательно имеется неподвижное звено. Звено, движение которому сообщается за счет приложения внешних сил или моментов сил, называют ведущим, а звено, которому движение передается, называют ведомым. Так, в машинных тисках рукоятка — ведущее звено, подвижная губка — ведомое звено, а неподвижная губка вместе с корпусом образует неподвижное звено. Иногда механизмы имеют самостоятельное применение — преобразователи движения (механизмы часов, арифмометров, тахометров и т. п. приборов), но чаще всего механизм является кинематической основой машины.

Таким образом, машину и механизм отличает от сооружения основной признак: при выполнении своего назначения элементы сооружения находятся в статическом состоянии, в то время как в механизме и машине отдельные части обязательно находятся в движении.

В то же время механизм от машины отличается тем, что механизм не предназначен ни для преодоления полезных сопротивлений (то есть для совершения полезной работы), ни тем более, для преобразования энергии, в то время как машина именно эти функции и выполняет.

История.

Пандусы, или наклонные плоскости, широко использовались при строительстве ранних каменных сооружений, дорог и акведуков. Также они применялись при штурме военных укреплений.Эксперименты с наклонными плоскостями помогли средневековым физикам (таким, как Галилео Галилей) изучить законы природы, связанные с гравитацией, массой, ускорением и т. д.

Человек стал использовать рычаг ещё в доисторические времена, интуитивно понимая его принцип. Такие инструменты, как мотыга или весло, применялись, чтобы уменьшить силу, которую необходимо было прикладывать человеку. В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия.[1][2] Позже, в Греции, был изобретён безмен, позволивший изменять плечо приложения силы, что сделало использование весов более удобным. Около 1500 года до н. э. в Египте и Индии появляется шадуф, прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой.

Неизвестно, пытались ли мыслители тех времён объяснить принцип работы рычага. Первое письменное объяснение дал в III веке до н. э. Архимед, связав понятия силы, груза и плеча. Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит как: «Усилие, умноженное на плечо приложения силы, равно нагрузке, умноженной на плечо приложения нагрузки, где плечо приложения силы — это расстояние от точки приложения силы до опоры, а плечо приложения нагрузки — это расстояние от точки приложения нагрузки до опоры». По легенде, осознав значение своего открытия, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».

В 1773 годуДжеймс Уатт предложил идею составного рычага, состоящего из двух или нескольких связанных друг с другом рычагов, который можно было использовать для еще большего увеличения усилия. Пример составного рычага, используемого в повседневной жизни, можно найти в щипчиках для ногтей. В современном мире принцип действия рычага используется повсеместно. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги. Подъёмные краны, двигатели, плоскогубцы, ножницы, а также тысячи других механизмов и инструментов используют рычаги в своей конструкции.

Самые ранние колеса (глиняные модели колес) встречаются на территории современной Румынии (Кукутени). Эти находки датируются последней четвертью 5-го тысячелетия до н. э. Затем — в 4 тысячелетии — они появляются и на территориях современной Германии, Польши и в южнорусских степях. К более ранним, чем «месопотамские» относятся модели колес, обнаруженные археологами А. Д. Резепкиным на Северном Кавказе и А. В. Кондрашовым на Кубани. Все больше материальных доказательств свидетельствуют в пользу того, что «самое первое» колесо появилось на Западе (а не на Востоке).

Интересные факты.

• В июле 2001 года на колесо был получен инновационный патент со следующей формулировкой: «круглое устройство, применяемое для транспортировки грузов». Этот патент был выдан Джону Кэо, юристу из Мельбурна, который хотел тем самым показать несовершенство австралийского патентного закона.
• Французская компания Мишлен в 2009 году разработала пригодное к массовому выпуску автомобильное колесо ActiveWheel со встроенными электродвигателями, приводящими в действие колесо, рессору, амортизатор и тормоз. Таким образом, эти колёса делают ненужными следующие системы автомобиля: двигатель, сцепление, коробку передач, дифференциал, приводной и карданный валы. Идея мотор-колеса не нова — она была реализована ещё в конце XIX века Фердинандом Порше в Австро-Венгерской империи, однако практическое применение его столкнулось с весьма серьёзными затруднениями, в результате чего распространение мотор-колёса носит в настоящее время крайне ограниченный характер (карьерные самосвалы, «Луноход» и другие планетоходы).
• В 1959 году американец А. Сфредд получил патент на квадратное колесо. Оно легко шло по снегу, песку, грязи, преодолевало ямы. Вопреки опасениям, машина на таких колёсах не «хромала» и развивала скорость до 60 км/ч.

Виды механизмов.

Простейшие механизмы — устройства, служащие для преобразования силы. Представляют собой элементы более сложных механизмов. Некоторые из простейших механизмов появились в глубокой древности.

Принято выделять шесть простейших механизмов из которых четыре являются разновидностью двух основных:

Виды простейших механизмов.

• Наклонная плоскость
  • Клин — позволяет увеличить давление за счёт концентрации массы на малой площади. Используется в копье, лопате, пуле и др.
  • Винт — используется в шурупах, для подъёма воды (Архимедов винт), в качестве сверла в дрелях, отбойных молотках и др.
• Рычаг — описан Архимедом. Используется для подъёма тяжестей, в качестве выключателей и спусковых крючков (шатун-кривошип — используется в ткацком станке, паровой машине, двигателях внутреннего сгорания).
  • Ворот — используется для подъёма воды в колодцах, для ременной передачи и др.
  • Блок
• Колесо — используется в транспорте и в системе зубчатой передачи. Изобретено шумерами в III тыс. до н. э.
• Поршень — позволяет использовать энергию расширяющихся нагретых газов или пара. Применяется в огнестрельном оружии и паровой машине.

Сложные механизмы — устройства, служащие для преобразования одних движений во вращательные, поступательные и другие движения.

Виды сложных механизмов.

o   механизмы, преобразующие движение:

• зубчато - реечный;
• винтовой;
• кривошипно-шатунный;
• кулисный;
• кулачковый.

o   по структурно-конструктивным признакам:

o   механизмы плоские, у которых точки звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях;

o   пространственные, которые осуществляют взаимодействие между звеньями, расположенными в различных плоскостях.

Публикации в интернете.

27 октября 2010 года электромобиль lekkerMobil, конвертированный из микровэнаAudi A2, совершил рекордный пробег на одной зарядке из Мюнхена в Берлин длиной 605 километров в условиях реального движения по дорогам общего пользования, при этом были сохранены и действовали все вспомогательные системы, включая отопление. Электромобиль с электродвигателем мощностью 55 кВт был создан фирмой lekkerEnergie на основе литий-полимерного аккумулятора Kolibri фирмы DBM Energy. В аккумуляторе было запасено 115 кВт·ч, что позволило электромобилю проехать весь маршрут со средней скоростью 90 км/ч (максимальная скорость на отдельных участках маршрута составляла 130 км/ч) и сохранить после финиша 18% от первоначального заряда. По данным фирмы DBM Energy, электропогрузчик с таким аккумулятором смог непрерывно проработать 32 часа, что в 4 раза больше, чем с обычным аккумулятором. Представитель фирмы lekkerEnergie утверждает, что аккумулятор Kolibri способен обеспечить суммарный ресурсный пробег до 500 000 километров. VenturiStreamlinerSetsNewWorldSpeedRecord 25 Aug 2010.

«Для создания надёжной современной техники требуется разработка высокоэффективных износостойких материалов и покрытий для обеспечения надёжной и долговечной работы узлов трения механизмов, эксплуатируемых в широком диапазоне нагрузок, скоростей, температур и работоспособных в агрессивных средах, при переходных режимах и в вакууме. Решение этой проблемы путем применения традиционных материалов и покрытий без введения каких-либо добавок весьма ограничено, так как любые материалы всегда имеют те или иные недостатки.

В связи с резким, недопустимым загрязнением планеты отходами производства, продуктами переработки органического и неорганического вида, добавилась ещё одна особо важная проблема, без решения которой практически невозможно допускать к эксплуатации материалы или изделия – все они должны быть экологически чистыми, не загрязняющими флору и фауну. Одновременно эти материалы и изделия должны быть стойкими не только в средах, проявляющих механическое, химическое (абразивное, коррозионное) воздействие, но и в биологически активных средах, такими как мировой океан, грунты различных зон земного шара, реки и т.п.

Известно, что на ремонт машин механизмов ежегодно расходуются громадные средства, из которых 85 % - на замену подшипниковых узлов трения. В то же время, для создания новой перспективной техники с более жесткими условиями работы требуются новые металлы, сплавы, композиционные материалы (КМ) на полимерной основе с особыми свойствами, уровень качества которых обусловлен точностью состава, оптимальностью характеристик, тщательностью изготовления на всех стадиях технологической цепочки, сравнительно недорогих и технологичных в изготовлении. Однако, анализ этой проблемы показывает, что в стране нет производств, обеспечивающих в достаточном объеме современные и перспективные машины и механизмы такими материалами. Громадную потребность в новых КМ испытывают предприятия, использующие робототехнические комплексы, характеризующиеся точностью передаточных и исполнительных механизмов, эксплуатируемых в экстремальных условиях».

 

«Одной из важнейших составляющих повышения подвижности боевых машин является совершенствование их трансмиссий. С этой целью на машины, проходящие очередной этап модернизации, устанавливаются усовершенствованные гидромеханические трансмиссии, а для перспективных образцов разрабатываются принципиально новые, в том числе электромеханические».

 

«Ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию электромеханических трансмиссий как для колесных, так и для гусеничных боевых машин. Основными элементами таких трансми