МАШИНИ І МЕХАНІЗМИ. ШВЕЙНА МАШИНА

Розділ 3 ОСНОВИ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЙ І ПРОЕКТУВАННЯ

§17. МАШИНИ І МЕХАНІЗМИ. ШВЕЙНА МАШИНА

1. Поняття про механізми і машини, їх призначення.

2. Механізми передавання і перетворення руху.

3. Ведуча і ведена деталі в механізмі. Передаточне число.

4. Види з’єднань деталей: рухомі й нерухомі, рознімні й нерознімні.

5. Швейна машина. Призначення та принцип дії.

Поняття про механізми і машини, їх призначення

Сучасне життя стало неможливим без використання різноманітної техніки та машин. Верстати

на фабриках та заводах, трактори та комбайни на колгоспних полях, автомобілі, тролейбуси, автобуси на вулицях та дорогах, літаки у повітрі, кораблі в морі – повсюди машини. Вони примножують сили людини, полегшують її працю, надають можливість перемагати простір та час. Машини допомагають підкорювати природу та вивчати навколишній світ.

Але машини не тільки працюють на заводах, в лабораторіях, на полях. Вони є в кожному домі, кожній нашій кімнаті, з ними зустрічається кожна людина – в школі, на роботі, відпочинку (мал. 229).

Машина (від дав.-гр., mechane – пристрій, механізм, конструкція) – технічний об’єкт,

який складається із взаємопов’язаних функціональних частин (деталей, вузлів, пристроїв, механізмів та ін.), що використовує енергію для виконання покладених на нього функцій. Традиційно під машиною розуміють технічну систему, яка виконує або допомагає у виконанні якогось виду роботи.

Проста машина – механізм, який змінює напрямок або значення сили без споживання енергії.

Мал. 229. Сучасні машини

Машини використовуються для виконання певних дій з метою зменшення навантаження на людину або повної заміни людини під час виконання конкретного завдання і є основою для підвищення продуктивності праці.

Історично спочатку машину класифікували як пристрій, що містив рухомі частини і слугував для перетворення механічної енергії. Однак з появою і розвитком електроніки з’явилися технічні об’єкти без рухомих частин, наприклад – електронна обчислювальна машина, яка отримала всім відому назву – комп’ютер (мал. 230).

У сучасному суспільстві застосовуються безліч механізмів і машин, за допомогою яких люди виконують найрізноманітнішу роботу. Чим краще знатиме людина техніку, тим активнішою буде її участь у виробництві, тим більше зробить вона для суспільства.

Мал. 230. Комп’ютер

Машини – це пристрої, що виконують корисну для людини роботу і при цьому перетворюють один вид енергії на інший. Основними частинами кожної машини є робочий орган, двигун, механізм. Сучасні машини – це величезне досягнення людини, що стало можливим завдяки її невтомним пошукам, відкриттям і праці.

Механізм складає основу більшості машин і застосовується в різноманітних технічних об’єктах.

Н Механізм (з грец. mechane – рухати) – система з’єднаних між собою деталей, призначених для передавання та перетворення руху від одних деталей до інших.

Це цікаво

Досягнення у створенні машин

До сучасних досягнень людини в удосконаленні машин можна віднести об’єднання кількох машин в одну. Прикладом таких машин є комбайни, без яких не обійтися під час збирання врожаю зернових культур і цукрових буряків, добування вугілля і навіть на кухні. Так, зернозбиральний комбайн поєднує жниварку (скошує зернові рослини), молотарку (обмолочує рослини), віялку (очищує зерно), транспортер (переміщує зерно на вантажівку), скиртоукладач (збирає солому у скирти).

А чи можна поєднати в одній машині телевізор, магнітофон, калькулятор, телефон, друкарську машинку? Виявляється, таким поєднанням є комп’ютер. Він допомагає нам учитися, працювати, відпочивати. За лічені секунди комп’ютер виконує мільярди арифметичних дій, обробляє інформацію, необхідну для складання прогнозу погоди тощо. Попередником сучасних комп’ютерів була електронно-обчислювальна машина. Одну з перших електронно-обчислювальних машин побудовано в Києві у 1951 р. під керівництвом академіка С. О. Лебедева. Мільйони комп’ютерів, розташованих у різних країнах, об’єднані між собою за допомогою системи – Інтернет. Завдяки їй стало можливим спілкування людей у різних куточках нашої планети.

Механізми значно полегшують працю людини в сучасному господарстві й побуті. їх поділяють на прості та складні. До простих належать:важіль, блок, клин, гвинт, похила площина, колесо, вісь. Складні механізми – це з’єднані між собою у певний спосіб прості механізми, наприклад автомобілі, верстати, велосипеди, електропотяги тощо.

Механізми передавання і перетворення руху

Спочатку людина винайшла прості механізми для полегшення своєї праці. Користуючись цими нескладними знаряддями, вона постійно їх удосконалювала. Так з’явилися більш складні механізми. У складних механізмах деталі здійснюють різні види рухів: обертальний (вали, осі, шківи, зубчасті колеса) і поступальний (поршні, повзунки) та ін. Ці рухи можуть здійснюватися залежно від виду з’єднаних між собою деталей. Деталі механізмів, що передають рух, називають ведучими, а ті, що сприймають, – веденими.

У різноманітних механізмах широко використовується обертальний рух. Цей рух можна передавати з ведучої деталі на ведену за допомогою механічних передач.

Найбільш поширеними є зубчасті, фрикційні, пасові передачі.

Зубчаста передача – механізм або частина механізму для передавання обертального руху за допомогою зубчастих коліс.

Мал. 231. Різновиди зубчастої передачі

Зубчаста передача (мал. 231) складається з двох або більше зубчастих коліс, які називають шестернями. Залежно від форми зубців розрізняють кілька видів зубчастих коліс: прямозубі, косозубі, конічні та ін. Зубчасті передачі мають високу надійність та довготривалість роботи, невеликі габаритні розміри, можуть передавати великі зусилля. Але разом із цим їм притаманні

Такі недоліки: необхідність використання складного обладнання для виготовлення зубчастих коліс; робота зубчастої передачі супроводжується шумом, особливо на великих швидкостях, та може бути джерелом вібрації.

Пасова передача – це механічний пристрій для передавання обертального руху між валами за допомогою приводного паса. Один із відомих прикладів застосування такої передачі – ножний привод у швейній машині, де пасом з’єднані два колеса – ведуче, яке приводиться у рух за допомогою педалі, та ведене – махове колесо (мал. 232 а). У деяких електричних приводах швейних машин також використовується пасова передача для передавання обертального руху (мал. 232 б).

Мал. 232. Пасова передача: а – у ножному приводі швейної машини; б – електроприводі швейної машини; в – умовне позначення на кінематичній схемі*

Порівняно із зубчастою пасова передача має низку переваг і недоліків. Основними перевагами пасової передачі є простота конструкції, обслуговування та догляду в експлуатації, плавність та безшумність роботи, які обумовлені еластичністю паса. Одним із основних недоліків пасової передачі є низька довговічність приводних пасів (у межах 1000-5000 год).

Фрикційна передача – один із різновидів механічної передачі, що слугує для передавання обертального руху між близько розташованими циліндричними колесами (мал. 233).

Прикладом фрикційної передачі може бути механізм моталки в швейній машині (мал. 234). Махове колесо 1 передає внаслідок сили тертя рух гумовому колесу 2. Оскільки шпулька для намотування ниток розміщена на одному валу з гумовим колесом, тому вона також обертається.

Мал. 233. Фрикційна передача

Мал. 234. Фрикційна передача в швейній машині

Фрикційні передачі, як правило, мають досить просту конструкцію, працюють безшумно, їх можна застосовувати при великих швидкостях. Але мають і недоліки. Щоб фрикційна передача виконувала свої функції, необхідне використання спеціальних притискних пристроїв. Крім того, у зв’язку з тим, що колеса постійно труться, вони дуже швидко втрачають свої властивості – спрацьовуються.

Ведуча і ведена деталі в механізмі. Передаточне число

Як уже відомо, кожна механічна передача має ведучі та ведені деталі. У зубчастих передачах – це зубчасті колеса, в пасових – шківи, у фрикційних – циліндричні колеса на валах.

Ведучі й ведені елементи пасової та зубчастої передач завжди перебувають у певній залежності один від одного. Ця залежність характеризується передаточним числом (u), яке можна визначати за такою формулою:

Де n1 – частота обертання (кількість обертів за секунду) ведучого вала; n2 – частота обертання веденого вала.

Передаточне число пасової передачі залежить від співвідношення діаметрів шківів і визначається за формулою:

Де d1 – діаметр ведучого шківа, a d2 – діаметр веденого шківа.

Передаточне число зубчастої передачі також можна визначити за кількістю зубців ведучого та веденого коліс за такою формулою:

Де z1 i z2 – кількість зубців відповідно ведучого та веденого коліс передач.

Види з’єднань деталей: рухомі й нерухомі, рознімні й нерознімні

У процесі виконання певних функцій у машині деталі контактують між собою, утворюючи рухомі та нерухомі з’єднання.

Нерухомі з’єднання – це з’єднання двох або кількох деталей, які не рухаються в процесі роботи.

Нерухомі з’єднання залежно від характеру виконання операцій поділяють на рознімні та нерознімні.

До рознімних належать такі, які можна розібрати, не руйнуючи деталей, що входять до їх складу. Це дає змогу виконувати багаторазове розбирання і складання виробів. У сучасних виробах застосовуються такі рознімні з’єднання: болтове, шпилькове, гвинтове, шпонкове, штифтове, шліцьове {мал. 235).

Мал. 235. Рознімні з’єднання: а – болтове, шпилькове, гвинтове; б – шпонкове; в – штифтове; г – шліцьове

Болтове, шпилькове та гвинтове з’єднання складається із деталей з різьбою (мал. 235 а). Такі з’єднання називають різьбовими.

Різьба – це виступи чи канавки, утворені на основній поверхні гвинтів або гайок і розташовані по гвинтовій лінії.

Рознімні з’єднання, утворені за допомогою штифтів (циліндричних або конічних стержнів) називають штифтовими (мал. 235 в). Якщо деталі кріплять шпонкою, що входить у вал машини і в з’єднувальну деталь, таке з’єднання (мал. 235 б) називають шпонковим. У шліцових з’єднаннях виступи однієї деталі входять у пази другої (мал. 235 г).

Різьбові з’єднання є одними з найбільш поширених рознімних з’єднань, які здійснюються за допомогою деталей, що мають зовнішню (болти, гвинти, шпильки) та внутрішню (гайки, різьбові отвори в корпусних деталях) різьбу й отримали назву – “метизы” (рос. “металлические изделия”) (мал. 236).

Мал. 236. Деталі для різьбових з’єднань

До переваг різьбових з’єднань слід віднести високу надійність, зручність складання та розбирання, відносно невелику вартість, що обумовлюється стандартизацією та масовим виробництвом кріпильних різьбових деталей. Одним з недоліків різьби є те, що під час роботи механізму вона може розкручуватись, тому необхідно передбачувати її стопоріння.

Нерознімні з’єднання не можна розібрати, не зруйнувавши чи не пошкодивши деталей, що входять до її складу. До нерознімних з’єднань належать заклепкові, зварні й клейові з’єднання (мал. 237).

Рухомі з’єднання (мал. 238) забезпечують рух однієї деталі відносно іншої (вал з підшипниками, наприклад у велосипеді, зубчасте зачеплення тощо). Необхідність цього типу з’єднання визначається кінематикою* машини: під час роботи деталі виконують відносні переміщення, передбачені їхнім функціональним призначенням.

Мал. 237. Нерознімні з’єднання: а – заклепкове; б – зварне; в – клейове

Мал. 238. Приклади рухомих з’єднань: а – у велосипеді; б – у навісних петлях для відкривання та закривання дверей

Це цікаво

“Метизы” – стандартизовані металеві вироби загального призначення різноманітної номенклатури.

У поняття “метизы” входять вироби, виготовлені з металу. Умовно за призначенням їх можна поділити на товари промислові та широкого призначення.

Вироби широкого призначення – це ті вироби, які виготовляються з металу і застосовуються у повсякденному житті, а саме: ножиці та ножі, пилки, предмети сільськогосподарського призначення (вила, лопати) та багато іншого.

Промислові вироби – заклепки, залізничні рейки, телеграфні, телефонні гаки, що застосовуються в залізничному будівництві. До них ще можна віднести і металевий дріт, сталеву стрічку, сталеві канати, пружинні шайби, металеву сітку, цвяхи.

Типи металевих виробів та будівельного кріплення бувають такі: болти, гвинти, шайби, цвяхи, шплінти, гайки, шурупи, саморізи, дюбелі, анкери, сітка, сталева стрічка, троси, зварювальні електроди, пилки, ножі.

Швейна машина. Призначення та принцип дії

Одяг, який ми носимо, – це результат спільної роботи дизайнерів, виробників тканин і безпосередньо швачок. Дизайнери постійно створюють нові моделі одягу. А в цехах швейних фабрик, ательє виготовляють одяг за модними ескізами. І все це було б неможливо без високоякісного швейного обладнання.

Швейні машини чудово підходять як для побутового, так і промислового використання. Раніше шили тільки вручну, за допомогою голки (мал.239). Такий спосіб пошиття виробів займав надто багато часу і сил, причому вручну було важко зробити ідеально рівні стібки.

Мал. 239. Вільям Волас Гилкристмол. “Дівчина, яка шиє собі сукню”

Завдяки швейному обладнанню процес виробництва істотно прискорився і спростився.

Швейна машина (з англ. sewing machine) – технічний пристрій для виконання процесів з’єднання, скріплення або обробки деталей швейних виробів.

Швейні машини поділяють на універсальні та спеціальні. Машини, на яких можна пошити виріб від початку до кінця, належать до універсальних. їх найчастіше використовують у побуті. Нині існують тисячі різновидів швейних машин, у тому числі спеціальні машини для шиття шкіри, фетрових капелюхів, ковдр тощо. Спеціальні машини сконструйовані так, що можна виконувати тільки одну певну операцію, а саме: зшивання зрізів, вшивання рукавів, обробку петель, пришивання гудзиків та ін.

Швейна машина складається з головки та приводного механізму, що приводить її в рух.

Це цікаво

Історія винаходу

Створення швейної машини належить до другої половини 18 ст. Перші швейні “машинки” повністю копіювали метод ручного отримання стібка. В 1814 р. австрійський кравець Джозеф (Йозеф) Мадерспергер створив голку з вушком у вістря одного з кінців. Через кілька років Фішер, Гібоні, Уолтер Хант, Элліас Хоу та інші вчені почали працювати над утворенням стібка за допомогою голки з вушком.

У 1830 р. Бартелемі Тимоньє отримав патент на швейну машину і відкрив першу в світі автоматизовану швейну фабрику.

У 1845 р. Елліас Хоу в США розробив човниковий стібок й отримав патент на швейну машину з цим стібком, що працювала зі швидкістю 300 стібків за 1 хвилину. Особливістю механізму цієї машини було те, що голка рухалася горизонтально, а тканини, що зшиваються, розташовувалися у вертикальній площині й могли переміщатися тільки по прямій лінії, що викликало деяку незручність.

У 1850 р. у швейному апараті А. Вільсона, а пізніше 1851 р. і в машинах Зінгера і Гіббса голка рухалася вертикально, а тканина, притиснута спеціальною лапкою, розміщувалася на горизонтальній платформі. Її просування здійснювалося зубчастим колесом, що переривчасто рухалось, а згодом – зубчастою пластинкою (рейкою) (мал. 240).

Мал. 240. Старовинні швейні машини

Для швейної машини існує три види приводних механізмів:

Ручний (мал. 241), ножний (мал. 242) та електричний (мал. 243), які приводять головний вал швейної машини в рух. Ручний привод працює від руки, ножний приводиться у рух за допомогою ніг, які приводять у рух педаль, а електричний приводить у рух механізми швейної машини за допомогою електродвигуна. Електричні приводи бувають двох видів: зовнішні, що кріпляться зовні корпусу швейної машини, та вбудовані.

Мал. 241. Швейна машина з ручним приводом: а – загальний вигляд; б – ручний привод

Мал. 242. Швейні машини з ножним приводом

Мал. 243. Швейні машини з електричним приводом

Утворення стібків – основна операція роботи швейної машини. Переплетення ниток на основі човникового стібка відбувається наступним чином. Голка проколює тканину, проводить верхню нитку через неї й опускається в крайнє нижнє положення. Під час підняття голки з нитки утворюється петля, яку захоплює носик човника.

Захопивши петлю верхньої нитки, човник розширює її. Ниткопритягач, переміщуючись униз, подає нитку човнику. Петля верхньої нитки човником обводиться навколо шпульки.

Коли петля верхньої нитки буде обведена на кут, більший 180, ниткопритягач, піднявшись угору, затягне стібок (мал. 244). Зубчаста рейка перемістить матеріал на довжину стібка.

Сучасні технології вже давно покладені в основу будови побутових приладів.

Швейні машини, так само як і багато інших побутових пристроїв, бувають з комп’ютерним керуванням, із вбудованим мікропроцесором (мал. 245). Дані про типи можливих строчок зберігаються у вбудованій пам’яті й обмежуються тільки її об’ємом та фантазією розробників.

Конструкція кожної створеної моделі швейної машини з року в рік ускладнюється та удосконалюється. Вони стали більш швидкохідними й спеціалізованими.

Мал. 244. Схема утворення стібка

Мал. 245. Сучасні швейні машини

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНА РОБОТА

Визначення передаточного числа передачі

Обладнання: швейна машина з ножним приводом та механізмом моталки, лінійка.

Послідовність виконання роботи

1. Визначити в ножному приводі швейної машини ведучі та ведені колеса.

2. Виміряти їх діаметри.

3. Розрахувати передаточне число.

4. Визначити в механізмі моталки швейної машини ведуче та ведене колеса.

5. Виміряти їх діаметри.

6. Розрахувати передаточне число.

7. Порівняти передаточні числа ножного привода та механізму моталки.

8. Зробити висновок, який з механізмів робить більше обертів за одиницю часу.

Механізм, машина, передача, пасова передача, зубчаста передача, фрикційна передача, ведуча і ведена деталі, передаточне число, рухомі й нерухомі, рознімні й нерознімні з’єднання, універсальні та спеціальні швейні машини, ручний, ножний та електричний приводи швейної машини.

1. Що таке машина?

2. Чим відрізняється машина від механізму?

3. Як визначити в передачі ведучу деталь?

4. Як підрахувати в зубчастій передачі передаточне число?

5. Що таке нерухоме з’єднання?

6. Які бувають приводи швейної машини?

1. Роздивіться малюнки ручного та ножного приводів швейної машини. Подумайте й визначте їх принцип роботи. Один учень визначає принцип роботи ручного привода, другий – ножного.

2. Зробіть висновок, чи за однаковим принципом працюють ці приводи, які переваги та недоліки мають.

Обговори з дорослими, які швейні машини є в родичів, друзів та знайомих та від якого привода вони працюють.