Методика проведения занятий по элементам машиноведения на уроках технологии

Со временем от кузнечного ремесла отпочковалась слесарное дело, позволяющее изготавливать более сложные изделия.

Расширяется ассортимент орудий труда. Ножницы изобретены около 300г до. н. э. Они делались из железа и представляли два клинка, соединённых между собой посредине гибкой пластинкой. Первые напильники были сделаны из кожи акулы. С их помощью полировали дерево и даже мрамор. Такими напильниками пользуются в настоящее время жители некоторых островов Тихого океана.

Идёт развитие и механической обработки материалов с помощью станков. Сверление отверстий с помощью лучковых станков производилось ещё в каменном веке. Для этого тетиву лука обматывали вокруг заострённого стержня, изготовленного из древесины твёрдой породы. Остриё стержня устанавливали в углубление камня, куда подсыпали песок. Стержень удерживался на месте и прижимался к обрабатываемой заготовке с помощью груза. Перемещаясь, лук с помощью приспособления вращал стрежень. Благодаря этому происходило шлифование или сверление отверстия. Режущим инструментом при этом служили мелкие осколки очень твердых минералов, засыпанные в выемку и приводимые в движение вращающимся деревянным шпинделем.  Подобным же образом работал и токарный станок. Заготовка закреплялась между центрами и вращалась за счёт возвратно-поступательного движения лука. Однако конструкция была очень неудобной, хотя компоновка станка сохранилась в течение многих тысячелетий                      (станина, передняя и задние бабки, подручник, центры). Передаточным механизмом являлся лук, приводимый в движение человеком.

Позднее лучковый привод был заменён ножным, который был изобретён 2500 лет назад греческим мастером Феодором.

Уже в другие времена заготовку стали вращать с помощью энергии опускающего груза, падающей воды и т.д. Например, на Тульском оружейном заводе в XVII в. применяли станок для рассверливания стволов пушек, сверло которого приводилось в движение от водяного колеса.

Для изменения частоты вращения заготовки стали использовать ременную передачу, а для обеспечения равномерного движения – маховик.

Дальнейшее развитие станков связано с изобретением суппорта- приспособления для держания резца, позволяющего заменить человеческую руку (суппорт от французского слова suppor - подставка).

В 1729 году Андрей Нартов впервые в мире построил токарно-винторезный станок с механическим суппортом, который мог перемещаться в разных направлениях с помощью сложного зубчатого передаточного механизма.

Родоначальником индустриального станкостроения считается английский механик Генри Модсли, который в 1794 году построил токарно-винторезный станок   с суппортом (механизированный на основе винтовой пары) и набором зубчатых колёс, внедрив идеи А.К. Нартова  в промышленность. Он организовал производство винтов, гаек и других деталей машин на основе механической обработки металлов. 

                   1.2.  Понятие  о  машине.

Техника (от греч. techne  -  искусство, мастерство, умение), совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. В технике материализованы знания и опыт, накопленные человечеством в процессе развития общественного производства. Техника облегчает трудовые усилия человека и увеличивает их эффективность,  позволяет преобразовывать природу в соответствии с потребностями общества. Средствами техники пользуются для воздействия на предметы труда при создании материальных и культурных благ; для получения, передачи и превращения энергии; исследования законов развития природы и общества; передвижения и связи; сбора, хранения, переработки и передачи информации; управления обществом; обслуживания быта; ведения войны и обеспечения обороны.

Основная часть технических средств составляет производственная техника. К ней относят машины, механические приспособления, приборы управления машинами и технологическими процессами.

Машины, выполняют какую – либо полезную работу. Это основной признак машины.

Обычная лопата – это инструмент, при помощи которого человек копает землю. Экскаватор служит для этой же цели. Экскаватор – это машина, сам совершает полезную рабочую операцию, а человек только управляет им.

Главное отличие машины от других устройств заключается в том, что машинасама совершает основные рабочие операции, в то время как орудия только помогают человеку совершать работу.

Машины могут быть самыми разными, в зависимости от того, какую работу они выполняют:транспортными (самолёт и вертолёт, электровоз и теплоход, автомобиль и велосипед),энергетическими (турбина и двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель и электрогенератор), машинами –орудиями, или технологическими (подъёмный кран и сеялка, металлообрабатывающий станок и печатная машина),счётно – решающими (от простого арифмометра до современных вычислительных машин).

Каждая машина имеет рабочий (исполнительный) орган, при помощи которого они выполняют полезную работу. У экскаватора – гигантский ковш.

Рабочие органы нужно приводить в движение, - значит, у машины должен бытьдвигатель. Движение от двигателя передаётся рабочим органам машины с помощью передаточных устройств (передаточных механизмов). 

Машина состоит из трёх основных частей: рабочего органа, двигателя   и  передаточного  механизма. 

Работой каждой машины надо управлять. Это устройства управления: рычаги, штурвалы, педали, кнопки.

Каждая машина, должна иметь какой – то  остов, раму или станину, на которой крепятся все её устройства.

Передаточные  механизмы  должны не только передавать движение и усилие от двигателя рабочим и вспомогательным органам машины, но и преобразовывать один вид движения в другой, изменять его скорость и направление.  

       

                 1.3. Понятие  об  изделии  и  детали.

Школьники знакомятся с орудиями труда по принципу “от простого к сложному” начиная с устройства ручных инструментов и заканчивая токарными и фрезерными станками.

В числе этих орудий труда ручные инструменты (молотки, зубила, напильники, рубанки, пилы и т. д.), приспособления (тиски, направители, стусла), механизированные инструменты (дрель, электродрель), сверлильные, токарные и фрезерные станки.

Объём и сложность изучаемой техники возрастают от класса к классу.

Для того, чтобы школьники могли быстро усвоить элементарные приёмы использования орудий труда, им необходимо знать их устройство.

Ознакомление с устройством и принципом действия любого механизированного орудия, возможно только в том случае, если учащиеся предварительно ознакомлены с элементарными частями этих орудий – с деталями и механизмами.

Изучение деталей и механизмов служит для того, чтобы учащиеся смогли осмысленно ознакомиться с устройством различных орудий труда, и в особенности станков.

Исследования повторяемости различных механизмов приводят к тому, что наиболее часто в машинах применяются зубчатые, ремённые, червячные и винтовые механизмы. Распространённость этих механизмов подтверждается, в частности, токарно – винторезным станком, в котором имеются все названные механизмы (кроме того, и реечный механизм).

Отсюда можно сделать вывод, что учащимся должны быть известны шесть механизмов: механизм передач – ремённая, зубчатая и червячная, механизм преобразования движения – реечный, винтовой и кривошипно – шатунный.

Опыт свидетельствует о том, что детали следует изучать вначале и отдельно от механизмов и машин. Нет никакой необходимости заглядывать в (середину) машины или механизма для того, чтобы убедиться в том, что они состоят из деталей. Попытки изучать детали непосредственно в машине неизбежно приводят к рассеиванию внимания учащихся.

Последовательное изучение учебного материала по схеме  “деталь – механизм - машина”  обеспечивает воплощение в жизнь дидактического принципа “от простого к сложному”.

Деталью  называется  элементарная  часть механизма, неделимая    при    его   разборке    и   сборке.

Целесообразно отметить, что все детали, повторяющиеся в различных машинах механизмах, называются типовыми. Типичность деталей будет очевидна учащимся, когда они в процессе самостоятельных работ увидят на моделях и натуральных образцах частую повторяемость одних и тех же деталей.

К числу типовых деталей, с которыми необходимо ознакомить учащихся, относятся следующие:

1. Опоры  станины,  колонны,  кронштейны,  корпуса.

2. Валы   (сплошные  и  пустотелые),  оси  (неподвижные).

3. Подшипники  скольжения  и  качения   (шариковые   и   роликовые,    

однорядные и двухрядные).

4. Муфты  (глухая,   кулачковая   и   фрикционная).

5.Шкивы    (одноступенчатые   и   многоступенчатые).

6 Зубчатые  колёса   (цилиндрические  и  конические,  прямозубые  и

косозубые).

7 Винты  и  гайки,   служащие  для  передачи  движений  и  усилий.

8 Соединительные  и  крепёжные   детали  –  шпонка,  болт,  гайка,  

шайба.

Учащиеся должны запомнить, что детали машин делятся на три основные группы:

1. Неподвижные  детали, которые служат для подержания подвижных деталей, являются для них опорой.

2.  Подвижные   детали,  выполняющие основные функции механизма – передачу движения или преобразование одного вида движения в другой.

3.  Соединительные  и  крепёжные детали, служащие для соединения   и   закрепления   других   деталей.        

Важную роль в понимании устройства механизмов и машин играет знание условных обозначений деталей на кинематических схемах. Учащиеся должны не только получить знания о деталях и механизмах машин, но и запомнить их условные обозначениях на кинематических схемах (рис.    ), затем с помощью этих условных обозначений научиться изображать механизмы и читать изображения механизмов. Отсюда прямой путь к чтению кинематических схем машин. 

                           1.4. Понятие  о  механизме.

Машиной  называется механизм или комплекс механизмов, предназначенный   для   выполнения   или   преобразования   энергии.

Механизм является основой не только для машин, но и для различных приборов (аппаратов), которые полезной работы не производят, а целью и создания является само движение (часы, счётчики, указатели и т. п.).

Перед определением понятия “механизм” целесообразно последовательно рассмотреть его характерные черты.

Первая. Детали в машинах и механизмах во время работы находятся в движении или остаются неподвижными, т. е. соединёнными неподвижно или подвижно.

Неподвижными  называются такие соединения, в которых детали не могут перемещаться относительно друг друга.

Подвижными  называются такие соединения, в которых одни детали могут перемещаться относительно других.

Вторая.  Различают три вида движений деталей в механизмах: вращательное, поступательное и винтовое. Каждый из этих видов движений осуществляется деталями определённой формы. Так, вращательное движение осуществляется деталями, имеющими поверхности вращения, одна из которых представляет собой стержень, а другая – соответствующее ему отверстие, например колесо на оси; поступательное движение осуществляется деталями, которые имеют направляющие (выступ или пустоту), например канавку на пиноли задней бабки; винтовое движение (сочетание вращательного и поступательного движений) осуществляется деталями с резьбой, например винт слесарных тисков, ввинчиваясь в гайку, не только вращается, но и перемещается поступательно на определённую величину за один оборот.

Третья.  Механизм приводится в действие благодаря силам, приложенным к нему. Детали механизма передают или воспринимают движение и в соответствии с этим называются ведущими или ведомыми. Детали механизма, соединённые между собой, образуют кинематическую цепь.

Механизм  (от греч.   mechane – машина) – это устройство для передачи  и  преобразования  движения.  Оно представляет собой систему твёрдых тел (звеньев), в которой движение одного или нескольких тел (ведущих) вызывает определённое движение остальных тел системы.

Механизмы, применяемые в машиностроении, разделяют на пять основных видов:фрикционные, с гибкими звеньями, зубчатые, кулачковые и рычажные. 

Механизмы, используемые для передачи движения с заданными усилиями и скоростями (оборотами), называют передачами.

В технологических машинах, применяемых для обработки конструкционных материалов, чаще всего используют ремённые и зубчатые передачи. Их основная задача – передать вращательное движение, как правило, с преобразованием его скорости. Передачи характеризуются передаточным  числом, оно зависит от диаметра шкивов в ремённой передаче и от числа зубьев колёс в зубчатой передаче. Подвижное соединение двух звеньев принято называть кинематической  парой, а совокупность звеньев, образующих кинематические пары, - кинематической цепью. Схему, на которой с помощью условных обозначений изображают звенья механизма и кинематические пары, называют кинематической. 

Ремённая  передача – это механизм для передачи вращения с помощью шкивов (колёс с широкими ободами), закреплённых на валах, и надетого на них бесконечного ремня. Шкивы подбирают различных диаметров, чтобы изменить скорость вращения ведомого вала. По типу ремней передачи делят на плоскоремённые, клиноремённые и круглоремённые. В зависимости от расположения валов передачи бывают с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями валов.