Трудовое обучение (для девочек). 6 класс. Ходзицкая

Раздел 3. Основы техники, технологий и проектирования

§ 17. Машины и механизмы. Швейная машина

• 1. Понятие о механизмах и машинах, их назначение.
• 2. Механизмы передачи и преобразования движения.
• 3. Ведущая и ведомая детали в механизме. Передаточное число.
• 4. Виды соединений деталей: подвижные и неподвижные, разъёмные и неразъёмные.
• 5. Швейная машина. Назначение и принцип действия.

Понятие о механизмах и машинах, их назначение

Современная жизнь стала невозможной без использования различной техники и машин. Станки на фабриках и заводах, тракторы и комбайны на колхозных полях, автомобили, троллейбусы, автобусы на улицах и дорогах, самолёты в воздухе, корабли в море — повсюду машины. Они приумножают силы человека, облегчают его труд, предоставляют возможность побеждать пространство и время. Машины помогают покорять природу и изучать окружающий мир.

Но машины не только работают на заводах, в лабораториях, на полях. Они есть в каждом доме, в каждой нашей комнате, с ними сталкивается каждый человек — в школе, на работе, на отдыхе (рис. 229).

Машина (от дав. гр. μηχανή, mechane — устройство, механизм, конструкция) — технический объект, состоящий из взаимосвязанных функциональных частей (деталей, узлов, устройств, механизмов и др.), использующий энергию для выполнения возложенных на него функций. Традиционно под машиной понимают техническую систему, которая выполняет или помогает в выполнении определённого вида работы.

Простая машина — механизм, который изменяет направление или значение силы без потребления энергии.

Рис. 229. Современные машины

Машины используются для выполнения определённых действий с целью уменьшения нагрузки на человека или полной замены человека при выполнении конкретной задачи, и является основой для повышения производительности труда.

Исторически сначала машину классифицировали как устройство, содержащее подвижные части и служащее для преобразования механической энергии. Однако с появлением и развитием электроники появились технические объекты без подвижных частей, например, электронно-вычислительная машина, которая получила всем известное название — компьютер (рис. 230).

В современном обществе применяется множество механизмов и машин, с помощью которых люди выполняют разнообразную работу. Чем лучше человек будет знать технику, тем активнее будет его участие в производстве, тем больше он сделает для общества.

Рис. 230. Компьютер

Машины — это устройства, выполняющие полезную для человека работу и преобразующие один вид энергии в другой. Основными частями каждой машины являются рабочий орган, двигатель, механизм. Современные машины — это огромное достижение человека, которое стало возможным благодаря его неутомимым поискам, открытиям и труду.

Механизм составляет основу большинства машин и применяется в различных технических объектах.

Механизм (с греч. μηχανή mechane — двигать) — система соединённых между собой деталей, предназначенных для передачи и преобразования движения от одних деталей к другим.

Это интересно

Достижения в создании машин

К современным достижениям человека в совершенствовании машин относится соединение нескольких машин в одну. Примером таких машин являются комбайны, без которых не обойтись при сборе урожая зерновых культур и сахарной свеклы, добыче угля и даже на кухне. Так, зерноуборочный комбайн сочетает жатку (косит зерновые растения), молотилку (обмолачивает растения), веялку (очищает зерно), транспортёр (перемещает зерно в грузовик), скирдоукладыватель (собирает солому в скирды).

А можно совместить в одной машине телевизор, магнитофон, калькулятор, телефон, печатную машинку? Оказывается, таким сочетанием обладает персональный компьютер. Он помогает нам учиться, работать, отдыхать. За считанные секунды компьютер выполняет миллиард арифметических действий, обрабатывает информацию, необходимую для составления прогноза погоды и т.п. Предшественником современных компьютеров была электронно-вычислительная машина. Одна из первых электронно-вычислительных машин была построена в Киеве в 1951 году под руководством академика С.А. Лебедева. Миллионы компьютеров, расположенных в разных странах, объединены между собой с помощью системы — Интернет. Благодаря ей стало возможным общение людей в разных уголках нашей планеты.

Механизмы значительно облегчают труд человека в современном хозяйстве и быту. Они делятся на простые и сложные. К простым механизмам относятся: рычаг, блок, клин, винт, наклонная плоскость, колесо, ось. Сложные механизмы — это соединённые между собой определённым образом простые механизмы, например, автомобили, станки, велосипеды, электропоезда и т.п.

Механизмы передачи и преобразования движения

Сначала человек изобрёл простые механизмы для облегчения своего труда. Пользуясь этими несложными орудиями, он постоянно их совершенствовал. Так появились более сложные механизмы. В сложных механизмах детали осуществляют различные виды движений: вращательное (валы, оси, шкивы, зубчатые колеса), поступательное (поршни, ползунки) и др. Эти движения могут осуществляться в зависимости от вида соединённых между собой деталей. Детали механизмов, передающих движение, называют ведущими, а те, которые принимают движение, — ведомыми.

В различных механизмах широко используется вращательное движение. Это движение можно передавать с ведущей детали на ведомую с помощью механических передач.

Наиболее распространёнными являются зубчатые, фрикционные, ременные, цепные передачи.

Зубчатая передача — механизм или часть механизма для передачи вращательного движения с помощью зубчатых колёс.

Рис. 231. Разновидности зубчатой передачи

Зубчатая передача (рис. 231) состоит из двух или более зубчатых колёс, которые называют шестернями. В зависимости от формы зубьев различают несколько видов зубчатых колёс: прямозубые, косозубые, конические и др. Зубчатые передачи имеют высокую надёжность и продолжительность работы, небольшие габаритные размеры, могут передавать большие усилия. Но вместе с этим им присущи следующие недостатки: необходимость использования сложного оборудования для изготовления зубчатых колёс; работа зубчатой передачи сопровождается шумом, особенно на больших скоростях и может быть источником вибрации.

Ременная передача — это механическое устройство для передачи вращательного движения между валами с помощью приводного ремня. Один из известных примеров применения такой передачи — ножной привод в швейной машине, где пасом соединены два колеса — ведущее, которое приводится в движение с помощью педали, и ведомое — маховое колесо (рис. 232 а). В некоторых электрических приводах швейных машин также используется ременная передача для передачи вращательного движения (рис. 232 б).

Рис. 232. Ременная передача: а — в ножном приводе швейной машины; б — электроприводе швейной машины; в — условное обозначение на кинематической схеме*

По сравнению с зубчатой, ременная передача имеет ряд преимуществ и недостатков. Основными преимуществами ременной передачи является простота конструкции, обслуживания и ухода в эксплуатации, плавность и бесшумность работы, которые обусловлены эластичностью ремня. Одним из основных недостатков ременной передачи является низкая долговечность приводных ремней (в пределах 1000-5000 часов).

Фрикционная передача — одна из разновидностей механической передачи, служит для передачи вращательного движения между близко расположенными цилиндрическими колёсами (рис. 233).

Примером фрикционной передачи может быть механизм моталки в швейной машине (рис. 234). Маховое колесо 1 вследствие силы трения передаёт движение резиновому колесу 2. Поскольку шпулька для намотки ниток размещена на одном валу с резиновым колесом, она будет вращаться.

Рис. 233. Фрикционная передача

Рис. 234. Фрикционная передача в швейной машине

Фрикционные передачи, как правило, имеют достаточно простую конструкцию, работают бесшумно, их можно применять при больших скоростях. Но есть и недостатки. Чтобы фрикционная передача выполняла свои функции, необходимо использование специальных прижимных устройств. Кроме того, в связи с тем, что колёса постоянно трутся, они очень быстро теряют свои свойства — изнашиваются.

Ведущая и ведомая детали в механизме. Передаточное число

Как уже известно, каждая механическая передача имеет ведущие и ведомые детали. В зубчатых передачах — это зубчатые колёса, в ременных — шкивы, во фрикционных — цилиндрические колёса на валах.

Ведущие и ведомые элементы ременной и зубчатой передач всегда находятся в определённой зависимости друг от друга. Эта зависимость характеризуется передаточным числом (u), которое можно определять по формуле:

где n₁ — частота вращения (количество оборотов в секунду) ведущего вала; n₂ — частота вращения ведомого вала.

Передаточное число ременной передачи зависит от соотношения диаметров шкивов и определяется по формуле:

где d₁ — диаметр ведущего шкива, a d₂ — диаметр ведомого шкива.

Передаточное число зубчатой передачи можно определить по количеству зубцов ведущего и ведомого колёс по формуле:

где z₁ і z₂ — количество зубцов соответственно ведущего и ведомого колёс передач.

Виды соединений деталей: подвижные и неподвижные, разъёмные и неразъёмные

В процессе выполнения определённых функций в машине детали контактируют между собой, образуя подвижные и неподвижные соединения.

Неподвижные соединения — это соединение двух или нескольких деталей, которые не двигаются в процессе работы.

Неподвижные соединения в зависимости от характера выполнения операций делятся на разъёмные и неразъёмные.

К разъёмным соединениям относятся такие, которые можно разобрать, не разрушая деталей, входящих в их состав. Это позволяет выполнять многократные разборки и сборки изделий. В современных изделиях применяются такие разъёмные соединения: болтовое, соединение шпилькой, винтовое, шпоночное, штифтовое, шлицевое (рис. 235).

Рис. 235. Разъёмные соединения: а — болтовое, соединение шпильками, винтовое; б — шпоночное; в — штифтовое; г — шлицевое

Болтовое и винтовое соединение состоит из деталей с резьбой (рис. 235 а). Такие соединения называют резьбовыми.

Резьба — это выступления или канавки, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии.

Разъёмные соединения, образованные с помощью штифтов (цилиндрических или конических стержней) называют штифтовыми (рис. 235 в). Если детали крепят шпонкой, входящей в вал машины и в соединительную деталь, такое соединение (рис. 235 б) называют шпоночным. В шлицевых соединениях выступы одной детали входят в пазы второй (рис. 235 г).

Резьбовые соединения являются одними из наиболее распространённых разъёмных соединений, которые осуществляются с помощью деталей, имеющих внешнюю (болты, винты, шпильки) и внутреннюю (гайки, резьбовые отверстия в корпусных деталях) резьбу и получили название — «метизы» («металлические изделия») (рис. 236).

Рис. 236. Детали для резьбовых соединений

К преимуществам резьбовых соединений следует отнести высокую надёжность, удобство сборки и разборки, относительно небольшую стоимость, что обусловлено стандартизацией и массовым производством крепёжных резьбовых деталей. Одним из недостатков резьбы является то, что во время работы механизма она может раскручиваться, поэтому необходимо предусматривать её фиксацию.

Неразъёмные соединения нельзя разобрать, не разрушив или не повредив деталей, входящих в её состав. К неразъёмным соединениям относятся заклёпочные, сварные и клеевые соединения (рис. 237).

Подвижные соединения (рис. 238) обеспечивают движение одной детали относительно другой (вал с подшипниками, например, на велосипеде, зубчатое зацепление и т.п.). Необходимость этого типа соединения определяется кинематикой* машины: во время работы детали выполняют относительные перемещения, предусмотренные их функциональным назначением.

Рис. 237. Неразъёмные соединения: а — заклёпочное; б — сварное; в — клеевое

Рис. 238. Примеры подвижных соединений: а — на велосипеде; б — в навесных петлях для открывания и закрывания дверей

Это интересно

«Метизы» — стандартизированные металлические изделия общего назначения различной номенклатуры.

В понятие «метизы» входят изделия из металла. Условно по назначению их можно разделить на товары промышленные и широкого назначения.

Изделия широкого назначения — это те изделия, которые изготавливаются из металла и применяются в повседневной жизни, а именно: ножницы и ножи, пилы, предметы сельскохозяйственного назначения (вилы, лопаты) и многое другое.

Промышленные изделия — заклёпки, железнодорожные рельсы, телеграфные, телефонные крючки, применяемые в железнодорожном строительстве. К ним ещё можно отнести и металлическую проволоку, стальную ленту, стальные канаты, пружинные шайбы, металлическую сетку, гвозди.

Бывают такие типы металлических изделий и строительного крепежа: болты, винты, шайбы, гвозди, шплинты, гайки, шурупы, саморезы, дюбеля, анкеры, сетка, стальная лента, тросы, сварочные электроды, пилы, ножи.

Швейная машина. Назначение и принцип действия

Одежда, которую мы носим, — это результат совместной работы дизайнеров, производителей тканей и непосредственно швей. Дизайнеры постоянно создают новые модели одежды. А в цехах швейных фабрик, ателье изготавливают одежду по модным эскизам. И всё это было бы невозможно без высококачественного швейного оборудования.

Швейные машины прекрасно подходят как для бытового, так и промышленного использования. Ранее шили только вручную, с помощью иголки (рис. 239). Такой способ пошива изделий занимал слишком много времени и сил, причём вручную было трудно сделать идеально ровные стежки.

Рис. 239. Уильям Волас Гилкрист-мл. «Девушка, которая шьёт себе платье»

Благодаря швейному оборудованию процесс производства существенно ускорился и упростился.

Швейная машина (с англ. sewing machine) — техническое устройство для выполнения процессов соединения, скрепления или отделки деталей швейных изделий.

Швейные машины делятся на универсальные и специальные. Машины, на которых можно сшить изделие от начала до конца, относятся к универсальным. Их чаще всего используют в быту. В настоящее время существуют тысячи разновидностей швейных машин, в том числе специальные машины для шитья кожи, фетровых шляп, одеял и т.п. Специальные машины сконструированы так, что можно выполнять только одну определённую операцию, а именно: сшивание срезов, вшивание рукавов, обработку петель, пришивание пуговиц и др.

Швейная машина состоит из головки и приводного механизма, приводящего её в движение.

Это интересно

История изобретения

Создание швейной машины относится ко второй половине 18 в. Первые швейные «машинки» полностью копировали метод ручного получения стежка. В 1814 г. австрийский портной Джозеф (Йозеф) Мадерспергер создал иглу с ушком у острия одного из концов. Через несколько лет Фишер, Гиббоне, Уолтер Хант, Эллиас Хоу и другие ученые начали работать над образованием стежка с помощью иглы с ушком.

В 1830 г. Бартелеми Тимонье получил патент на швейную машину и открыл первую в мире автоматизированную швейную фабрику.

В 1845 г. Эллиас Хоу в США разработал челночный стежок и получил патент на швейную машину с этим стежком, которая работала со скоростью 300 стежков в 1 минуту. Особенностью механизма этой машины было то, что игла двигалась горизонтально, а ткани, которые сшивались, располагались в вертикальной плоскости и могли перемещаться только по прямой линии, что вызывало некоторое неудобство.

В 1850 г. в швейном аппарате А. Вильсона, а позже в 1851 г. и в машинах Зингера и Гиббса игла двигалась вертикально, а ткань, прижатая специальной лапкой, располагалась на горизонтальной платформе. Её продвижение осуществлялось зубчатым колесом, которое двигалось рывками, а впоследствии — зубчатой пластинкой (рейкой) (рис. 240).

Рис. 240. Старинные швейные машины

Для швейной машины существует три вида приводных механизмов: ручной (рис. 241), ножной (рис. 242) и электрический (рис. 243), которые приводят главный вал швейной машины в движение. Ручной привод работает от руки, ножной приводится в движение с помощью ног, которые приводят в движение педаль, а электрический приводит в движение механизмы швейной машины с помощью электродвигателя. Электрические приводы бывают двух видов: внешние, которые крепятся снаружи корпуса швейной машины, и встроенные.

Рис. 241. Швейная машина с ручным приводом: а — общий вид; б — ручной привод

Рис. 242. Швейные машины с ножным приводом

Рис. 243. Швейные машины с электрическим приводом

Образование стежков — основная операция работы швейной машины. Переплетение ниток на основе челночного стежка происходит следующим образом. Игла прокалывает ткань, проводит верхнюю нитку через неё и опускается в крайнее нижнее положение. Во время поднятия иглы из нитки образуется петля, которую захватывает носик челнока.

Захватив петлю верхней нитки, челнок расширяет её. Нитепритягиватель, перемещаясь вниз, подаёт нитку челноку. Петля верхней нитки обводится челноком вокруг шпульки.

Когда петля верхней нитки будет обведена на угол, больший 180°, нитепритягиватель, поднявшись вверх, затянет стежок (рис. 244). Зубчатая рейка переместит материал на длину стежка.

Современные технологии уже давно используются в конструкциях бытовых приборов. Швейные машины так же, как и многие другие бытовые приборы, бывают с компьютерным управлением, со встроенным микропроцессором (рис. 245). Данные о типах возможных строчек сохраняются во встроенной памяти и ограничиваются только её объёмом и фантазией разработчиков.

Конструкция каждой созданной модели швейной машины из года в год усложняется и совершенствуется. Они стали более быстроходными и специализированными.

Рис. 244. Схема образования стежка

Рис. 245. Современные швейные машины

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Определение передаточного числа передачи

Оборудование: швейная машина с ножным приводом и механизмом моталки, линейка.

Последовательность выполнения работы

• 1. В ножном приводе швейной машины определить ведущее и ведомое колеса.
• 2. Измерить их диаметры.
• 3. Рассчитать передаточное число.
• 4. Определить в механизме моталки швейной машины ведущее и ведомое колеса.
• 5. Измерить их диаметры.
• 6. Рассчитать передаточное число.
• 7. Сравнить передаточные числа ножного привода и механизма моталки.
• 8. Сделать вывод, какой из механизмов делает больше оборотов в единицу времени.

Механизм, машина, передача, ременная передача, зубчатая передача, фрикционная передача, ведущая и ведомая детали, передаточное число, подвижные и неподвижные, разъёмные и неразъёмные соединения, универсальные и специальные швейные машины, ручной, ножной и электрический приводы швейной машины.

• 1. Что такое машина?
• 2. Чем отличается машина от механизма?
• 3. Как определить в передаче ведущую деталь?
• 4. Как подсчитать в зубчатой передаче передаточное число?
• 5. Что такое неподвижное соединение?
• 6. Какие бывают приводы швейной машины?

1. Рассмотрите рисунки ручного и ножного приводов швейной машины. Подумайте и определите принцип их работы. Одна ученица определяет принцип работы ручного привода, вторая — ножного.

2. Сделайте вывод, работают ли эти приводы по одинаковому принципу, какие преимущества и недостатки имеют.

Обсуди со взрослыми, какие швейные машины есть у родственников, друзей и знакомых и от какого привода они работают.