Разные станки: Разные станки — каталог, цены, описания. Купить разные станки в Москве, доставка в Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Нижний Новгород, Самару, Омск и другие города России и СНГ.

Выбираем столярный станок для дома или производства

Все деревообрабатывающие станки делятся по своему назначению на две группы. Это промышленное оборудование, и станки, предназначенные для домашнего использования. На первых должны работать, обученные безопасным приемам работы, столяра-станочники, вторые — проще в обслуживание. Промышленные станки интенсивно загружаются работой, иногда работая посменно. Домашний умелец использует свой станок по мере необходимости. Промышленный станок настраивается на одну операцию, в которой обычно долго и производительно работает. Универсальные столярные станки, используемые домашними умельцами, перенастраиваются очень часто, так как количество, обрабатываемых однотипных деталей, в этом случае невелико.

Станки для промышленной лесопереработки

Промышленной переработкой леса занимаются крупные предприятия, покупающие круглый лес большими партиями и имеющие большие пилорамы и сушилки. Именно размеры цеха, определяют выбор той или иной технологической линии, состоящей из последовательно расположенных станков, выполняющих разные операции. Приведенная ниже последовательность станков — примерная и может меняться в конкретной технологической линии:

• Доски, предназначенные под покраску, строгаются на фуговальных столярных станках;
• Позволяют получить идеально параллельные грани и одинаковое сечение брусков и досок, рейсмусовые столярные станки, строгающие их с двух или четырех сторон;
• Спец ножи, устанавливаемые в рейсмус, позволяют получить шпунтованный половой брус или вагонку;
• Фрезерные столярные станки, используются для продольного фрезерования филенок дверных полотен;
• Для торцевания и обработки отверстий в заготовках дверей и окон предназначены специальные столярные станки, шипорезные и сверлильные;
• Подготовку законченных изделий к покраске и лакировке производят шлифовальные столярные станки;
• Готовую столярную продукцию заворачивает в стрейч-ленту упаковочные станки;
• Для не крупных столярных производств, заменить большой список специализированных станков сможет один комбинированный столярный станок.

Станки для домашнего использования

Громоздкие и энерго-затратные станки, предназначенные для промышленной обработки древесины не соответствуют возможностям и масштабам работ домашних умельцев, ограниченных в площадях и киловаттах. Для любителей работы по дереву дома, предлагаются комбинированные столярные станки для деревообработки, совмещающие в себе возможности основных деревообрабатывающих функций. Как правило, столярный станок по дереву для дома имеет мощность двигателя менее 2,5 кВт. Такой станок можно удобно установить в небольшой комнате, сарае или гараже. Он не требует для установки, специального фундамента и может быть вынесен двумя мужчинами, для временной установки под навес, а после работы убран обратно. Более дорогие универсальные станки, как правило отличаются широким функционалом. Обычное, стандартное оснащение такого станка предусматривает наличие следующих, наиболее востребованных узлов деревообработки:

• Циркульная пила — используется для продольной распиловки доски и брусков;
• Рубанок, на котором можно остругать доски и бруски, поочередно, с каждой стороны;
• Рейсмус, стругает с двух, и даже с четырех сторон, калибруя при этом толщину досок и брусков;
• Фрезерование — выборка пазов. Используется для врезки замков, перевязки дверных полотен и окон.
• Некоторые станки имеют возможность установки на них дополнительного оборудования. Это могут быть:
• Приспособления для сверления;
• шлифовальное оборудование;
• Шипорезное приспособление;
• Устройство для выборки в доске, предназначенной для пола или для облицовки, шпунта и гребня, и др.

Выбирая станочное оборудование для столярного производства, оцените возможности местной сырьевой базы, ваших производственных площадей, людских и энергетических ресурсов. Если все эти параметры не ограничивают вас, покупайте комплект станков и организуйте технологическую линию. В противном случае лучше купить универсальный станок, для мелкого бизнеса и домашних поделок.

Типы револьверов токарных станков и инструментальная оснастка

Револьверные головки используются для установки режущего инструмента и его автоматической смены. Револьверы бывают разных типов (VDI, BOT, BMT) и отличаются по максимальному количеству инструмента, который можно установить. Встречаются револьверы на 8, 12, 24 позиции и некоторые другие. Наиболее часто современные токарные станки с ЧПУ оснащаются револьверами на 12 инструментов.

Распространенные типы токарных револьверов

VDI

Револьверные головки VDI (Verein Deutscher Ingenieure) имеют на торце специальные отверстия для установки соответствующих инструментальных блоков. Основные типоразмеры: VDI16, VDI20, VDI30, VDI40, VDI50, VDI60. Чем крупнее станок, тем более крупный типоразмер устанавливается. Самые популярные способы закрепления VDI30 (Haas SL-10, DMG MORI 310 ecoline) и VDI40 (станки Haas серий ST и DS, DMG MORI 510 ecoline).

Предлагается довольно большой ассортимент держателей VDI. Есть цанговые осевые держатели, быстрозажимные, для сверл и расточных резцов, резцедержатели радиальные левые и правые, короткие и длинные.

Держатели VDI имеют на хвостовике специальную гребенку для их закрепления в посадочном гнезде револьвера. В отверстии револьвера также имеется специальный вал с такой гребенкой. С помощью этого вала, закручивая его шестигранным ключом, осуществляется зажим. Смена инструментального держателя выполняется очень быстро, достаточно открутить всего один винт.

Существует много видов держателей радиальных прямоугольных резцов (от B1 до B8). При выборе такого держателя нужно учитывать исполнение резца (правый, левый) и расположение зажимного винта в гнезде револьвера (сверху, снизу).

Например, у токарных станков Haas винт с гребенкой находится снизу, поэтому держатель нужно вставлять в гнездо гребенкой вниз. Если при этом мы планируем использовать правый резец, то нужно выбирать левый держатель B2 (короткий) или B6 (удлиненный). Резец в этом случае будет стоять пластинкой вниз, а шпиндель станка будет вращаться по часовой стрелке (по M03).

Если планируется работать левым резцом, то нужно выбирать левый перевернутый держатель B4 (короткий) или B8 (удлиненный). Резец будет стоять пластинкой вверх, а шпиндель станка будет вращаться против часовой стрелки (по M04).

Револьвер VDI может комбинироваться на токарном станке с системой приводного инструмента для выполнения различных фрезерных операций. Предлагаются осевые и радиальные приводные станции. Осевая станция направлена вдоль оси вращения шпинделя (ось Z), а радиальная вдоль оси X (диаметр). Существуют и станции с настраиваемым углом, которые позволяют наладчику выставить необходимый для работы угол. Чаще всего используют станции под цанги ER32 (зажимаемый хвостовик инструмента до 20 мм), но есть станции и под цанги ER25, ER40.

Существуют модели без внутреннего подвода СОЖ и с внутренним подводом. Главное, на что тут нужно обратить внимание, это общая длина хвостовика и тип зацепления. Разные производители станков используют разные виды зацепления приводных станций с ведущим валом: шпоночные, шлицевые, зубчатые. У станков Haas шлицевое соединение имеет такие размеры.

А длина хвостовика (X) может иметь 3 значения.

Параметры приводного инструмента

Модели токарных станков	Длина хвостовика X, мм
SL-20 и SL-30 с револьвером VDI40	104,80
Все станки серии ST, кроме ST-40/45/L. Все станки серии DS. SL-20 и SL-30 с гибридным револьвером VB. SL-40 с револьвером VDI. TL-15 и TL-25	117,55
SL-40 с гибридным револьвером VB. ST-40/40L, ST-45/45L	130,25

BOT

Следующий тип инструментального револьвера — тип BOT (Bolt-On Tool turret). Револьвер BOT не комбинируется с системой приводного инструмента, но позволяет работать с контршпинделем. Инструментальная оснастка BOT для осевого инструмента крепится к револьверу с помощью четырех болтов (радиальный способ крепления). Прямоугольные резцы для наружного точения устанавливаются непосредственно в паз револьвера и зажимаются с помощью специальных прижимов. Дополнительная инструментальная оснастка для них не требуется.

Крепление жесткое, хорошо подходит для силовой серийной токарной работы, но на смену держателя требуется больше времени. Нужно открутить 4 болта, а не один, как в системе VDI. Ассортимент инструментальной оснастки не такой большой, и стоит она дороже. Подача СОЖ через инструмент возможна. Это организовано с помощью внутренних каналов держателя и его задней стенки.

Инструментальные держатели BOT не всегда можно переставить с одного станка на другой. Они могут иметь разные расстояния между крепежными болтами. Даже у одного производителя эти держатели отличаются для разных станков. Например, у станков Haas ST-20/25/30/35, DS-30 межцентровые расстояния 80х45 мм, а у станков ST-10/15 — 70х45 мм. Держатели с размерами 80х45 мм подходят также для станков Okuma LB15/25/LB15II/LB300, а с размерами 70х45 мм для Okuma LLC-15-2S. Многие производители инструментальной оснастки указывают в своих каталогах, для каких станков подходит тот или иной держатель BOT.

VB (VDI/BOT)

Следует вспомнить также и о гибридных револьверах VB (VDI/BOT), имеющие как гнезда  VDI, так и посадочные места BOT, которые чередуются между собой (6 VDI + 6 BOT).

Такие револьверы позволяют работать как с системой приводного инструмента, так и с контршпинделем. Максимальное количество приводных станций здесь равно количеству гнезд VDI.

BMT

Следующий распространенный тип револьвера — тип BMT (Base Mount Tooling turret). Существуют следующие типоразмеры: BMT45, BMT55, BMT60, BMT65, BMT75.

Чаще всего таким револьвером оснащаются токарные центры с осью Y и приводным инструментом. Привод для приводной станции находится внутри револьвера. Он не занимает место в рабочей зоне станка и не конфликтует с задней бабкой. Инструментальная оснастка устанавливается радиально, крепится четырьмя болтами и однозначно позиционируется с помощью шпоночных пазов.

Диаметр хвостовика станции (размер D) соответствует цифре в обозначении типоразмера. Для BMT65 диаметр хвостовика 65 мм. Такой типоразмер имеют токарные станки Haas, многие станки Doosan среднего типоразмера, Hyndai Wia, Smec.

Затягивать цангу приводной станции BMT можно только в рабочей позиции и только двумя ключами, чтобы не повредить диск внутри револьвера. Можно это делать и вне станка. Видео ниже показывает процесс подготовки приводной станции BMT к работе.

Револьверы BMT чаще бывают 12-позиционными, но могут предлагаться и на 24 инструмента. Причем максимальное количество приводных станций и посадочных мест не меняется. Дополнительный токарный инструмент устанавливается за счет специальных многоместных держателей и возможности револьвера позиционироваться не через 30 градусов, а через 15. Такие многоместные держатели предлагаются и для токарных станков с контршпинделем.

Заключение

У каждого типа револьвера есть свои плюсы и минусы.

Револьвер BMT часто устанавливают на токарный центр с приводным инструментом. Привод спрятан внутри револьвера и не мешает обработке, а приводные станции, как прямая, так и угловая, позволяют работать не только с главным шпинделем, но и с контршпинделем.

Револьвер BOT хорошо подойдет для обычного 2-х осевого токарного станка. Радиальные резцы для наружного точения устанавливаются непосредственно в пазы револьвера без использования инструментального держателя. Такой револьвер также позволяет работать с контршпинделем.

Револьвер VDI не может работать с контршпинделем, но позволяет работать с приводным инструментом. Существует большой ассортимент инструментальных держателей VDI. Они недорого стоят, и их можно быстро заменить. Это удобно при частой переналадке.

6 Simple Machines: Облегчение работы

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Прикрепление колеса к оси сделало возможным создание тележек и считается одним из самых значительных изобретений в мировой истории.
(Изображение предоставлено: Сурасак Саенджай | Shutterstock)

На протяжении всей истории люди разработали несколько простых машин, облегчающих работу. Наиболее примечательные из них известны как «шесть простых механизмов»: колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, шкив, винт и клин, хотя последние три на самом деле являются просто расширениями или комбинациями первых. три, согласно Британской энциклопедии (открывается в новой вкладке).

Поскольку работа определяется как сила, действующая на объект в направлении движения, машина облегчает выполнение работы, выполняя одну или несколько из следующих функций, согласно Бостонского университета (открывается в новой вкладке):

• перенос силы из одного места в другое,
• изменение направления силы,
• увеличение величины силы или
• увеличение расстояния или скорости силы.

Простые машины — это устройства без движущихся частей или с очень небольшим количеством движущихся частей, которые облегчают работу. По данным Университета Колорадо в Боулдере, многие из современных сложных инструментов представляют собой просто комбинации или более сложные формы шести простых механизмов . Например, мы можем прикрепить длинную ручку к валу, чтобы сделать лебедку, или использовать блок и полиспасты, чтобы тянуть груз вверх по пандусу. Хотя эти машины могут показаться простыми, они продолжают предоставлять нам средства для выполнения многих вещей, которые мы никогда не смогли бы сделать без них.

Колесо и ось

(Изображение предоставлено Getty Images)

Колесо считается одним из самых значительных изобретений в мировой истории. «До изобретения колеса в 3500 году до нашей эры люди были сильно ограничены в том, сколько вещей мы можем перевозить по суше и как далеко», — как ранее сообщал Live Science. Колесные тележки облегчили сельское хозяйство и торговлю, позволив перевозить товары на рынки и с рынков, а также облегчив бремя людей, путешествующих на большие расстояния, 

Колесо значительно уменьшает трение , возникающее при перемещении объекта по поверхности. «Если вы поместите свой картотечный шкаф на небольшую тележку с колесами, вы можете значительно уменьшить усилие, которое необходимо приложить для перемещения шкафа с постоянной скоростью», — утверждают в Университете Теннесси.

В своей книге «Древняя наука: предыстория — 500 г. н.э. » Чарли Сэмюэлс пишет: «В некоторых частях мира тяжелые объекты, такие как камни и лодки, перемещались с помощью бревенчатых роликов. , катки сняты сзади и заменены спереди.» Это был первый шаг в развитии колеса.

Великое новшество заключалось в установке колеса на ось. Колесо можно было прикрепить к оси, которая опиралась на подшипник, или заставить его свободно вращаться вокруг оси. Это привело к развитию повозок, повозок и колесниц. По словам Сэмюэлса, археологи используют развитие колеса, вращающегося на оси, как показатель относительно развитой цивилизации. Самые ранние свидетельства наличия колес на осях относятся примерно к 3200 г. до н.э. шумерами. Китайцы самостоятельно изобрели колесо в 2800 г. до н.э.

Ссылки по теме

Помимо уменьшения трения, колесо и ось также могут служить множителем силы. Если колесо прикреплено к оси и для поворота колеса используется сила, вращающая сила или крутящий момент на оси намного больше, чем сила, приложенная к ободу колеса. В качестве альтернативы к оси можно прикрепить длинную ручку для достижения аналогичного эффекта.

Остальные пять машин помогают людям увеличивать и/или перенаправлять силу, приложенную к объекту. В своей книге « Перемещение больших вещей , Джанет Л. Колоднер и ее соавторы пишут: «Машины обеспечивают механическое преимущество, помогая перемещать объекты. Механическое преимущество — это компромисс между силой и расстоянием». При последующем обсуждении простых машин, которые увеличивают силу, приложенную к их входу, мы будем пренебрегать силой трения, потому что в большинстве этих случаев сила трения очень велика. малы по сравнению с задействованными входными и выходными силами

Когда сила приложена на расстоянии, она производит работу. Математически это выражается как W = F × D. Например, чтобы поднять объект, мы должны совершить работу, чтобы преодолеть силу гравитации и переместить объект вверх. Чтобы поднять предмет, который в два раза тяжелее, требуется в два раза больше работы, чтобы поднять его на такое же расстояние. По данным Обернского университета, требуется в два раза больше работы, чтобы поднять один и тот же объект в два раза выше . Как указано в математике , основное преимущество машин заключается в том, что они позволяют нам выполнять тот же объем работы, применяя меньшее усилие на большем расстоянии.

Рычаг

Примером рычага являются качели. Это длинная балка, уравновешенная на оси. (Изображение предоставлено Getty Images)

«Дайте мне рычаг и точку опоры, и я переверну мир». Это хвастливое заявление приписывается греческому философу, математику и изобретателю третьего века Архимеду . Хотя это может быть некоторым преувеличением, оно действительно выражает силу рычагов, которые, по крайней мере фигурально, двигают мир.

Гениальность Архимеда заключалась в том, что он понял, что для выполнения того же количества или работы можно найти компромисс между силой и расстоянием, используя рычаг. Его закон рычага гласит: «Величины находятся в равновесии на расстояниях, обратно пропорциональных их весам», согласно « Архимед в 21 веке », виртуальной книге Криса Рорреса из Нью-Йоркского университета.

Рычаг состоит из длинной балки и точки опоры или шарнира. Механическое преимущество рычага зависит от соотношения длин балки по обе стороны от точки опоры.

Например, мы хотим поднять 100-фунтовый груз. (45 кг) вес 2 фута (61 см) над землей. Мы можем приложить 100 фунтов. силы на вес в направлении вверх на расстоянии 2 фута, и мы выполнили работу в 200 фунт-футов (271 ньютон-метр). Однако, если бы мы использовали 30-футовый (9 м) рычаг с одним концом под грузом и 1-футовой (30,5 см) точкой опоры, расположенной под балкой на расстоянии 10 футов (3 м) от груза, мы получили бы только надавить на другой конец с 50 фунтами. (23 кг) силы, чтобы поднять вес. Однако нам пришлось бы опустить конец рычага на 4 фута (1,2 м), чтобы поднять вес на 2 фута. Мы пошли на компромисс, удвоив расстояние, необходимое для перемещения рычага, но уменьшили необходимое усилие наполовину, чтобы выполнить тот же объем работы.

Наклонная плоскость

Наклонная плоскость — это просто плоская поверхность, приподнятая под углом, как пандус. По словам Боба Уильямса, профессора кафедры машиностроения Инженерно-технологического колледжа Расса в Университете Огайо, наклонная плоскость — это способ подъема груза, который слишком тяжел, чтобы поднимать его прямо вверх. Угол (крутизна наклонной плоскости) определяет, какое усилие необходимо для подъема груза. Чем круче пандус, тем больше усилий требуется. Это означает, что если мы поднимем наши 100 фунтов. груз весом 2 фута, скатывая его по 4-футовому пандусу, мы уменьшаем необходимую силу наполовину и удваиваем расстояние, на которое его необходимо переместить. Если бы мы использовали рампу высотой 8 футов (2,4 м), мы могли бы уменьшить необходимое усилие до 25 фунтов. (11,3 кг).

Шкив

(Изображение предоставлено Getty Images)

Если мы хотим поднять те же 100 фунтов. вес с помощью веревки, мы могли бы прикрепить шкив к балке над весом. Это позволило бы нам тянуть веревку вниз, а не вверх, но для этого все еще требуется 100 фунтов. силы. Однако, если бы мы использовали два шкива — один, прикрепленный к верхней балке, а другой — к грузу, — и мы должны были бы прикрепить один конец веревки к балке, пропустить ее через шкив на грузе, а затем через шкив на балке, нам нужно будет только тянуть за веревку с 50 фунтами. силы, чтобы поднять вес, хотя нам пришлось бы тянуть веревку на 4 фута, чтобы поднять вес на 2 фута. Опять же, мы променяли увеличение расстояния на уменьшение силы.

Если мы хотим использовать еще меньше силы на еще большем расстоянии, мы можем использовать блок и захват. Согласно материалам курса Университета Южной Каролины: «Блок и захват — это комбинация шкивов, которая уменьшает количество силы, необходимой для подъема чего-либо. Компромисс заключается в том, что для блока и захвата требуется более длинная веревка. перемещать что-либо на такое же расстояние».

Какими бы простыми ни были шкивы, они все еще находят применение в самых передовых новых машинах. Например, Hangprinter, 3D-принтер , который может создавать объекты размером с мебель, использует систему проводов и управляемых компьютером шкивов, прикрепленных к стенам, полу и потолку.

Винт

«Винт представляет собой длинную наклонную плоскость, обернутую вокруг вала, поэтому его механическое преимущество можно рассматривать так же, как и наклон», согласно Университет штата Джорджия . Во многих устройствах используются винты для приложения усилия, которое намного больше, чем усилие, используемое для поворота винта. К таким устройствам относятся слесарные тиски и зажимные гайки на автомобильных колесах. Они получают механическое преимущество не только от самого винта, но также, во многих случаях, от рычага длинной ручки, используемой для поворота винта.

Клин

Согласно Горно-технологического института Нью-Мексико (открывается в новой вкладке), «Клинья представляют собой движущиеся наклонные плоскости, которые перемещаются под грузом для подъема или в груз для разделения или разделения». Более длинный и тонкий клин дает больше механических преимуществ, чем более короткий и широкий клин, но клин делает еще кое-что: основная функция клина заключается в изменении направления входной силы. Например, если мы хотим расколоть бревно, мы можем с большой силой вбить клин вниз в конец бревна, используя кувалду, и клин перенаправит эту силу наружу, в результате чего древесина расколется. Другим примером является дверной упор, где сила, используемая для толкания его под край двери, передается вниз, что приводит к силе трения, которая препятствует скольжению по полу.

Дополнительные ресурсы

Джон Х. Линхард, почетный профессор машиностроения и истории Университета Хьюстона, «еще один взгляд на изобретение колеса (откроется в новой вкладке)». Загляните в Центр науки и промышленности в Колумбусе, штат Огайо, где есть интерактивное объяснение (откроется в новой вкладке) простых механизмов. HyperPhysics — веб-сайт, созданный Университетом штата Джорджия, — также содержит иллюстрированные объяснения шести простых механизмов.

Библиография

Университет штата Иллинойс, «Информация о ресурсах для обучения простым машинам (открывается в новой вкладке)», январь 2022 г. 

Правительство штата Виктория, «Простые машины (открывается в новой вкладке)», март 2019 г. 

Канада Музей науки и технологий, «Образовательные программы: простые машины (открывается в новой вкладке)», январь 2022 г.  

Йи Чжан и др., «Введение в механизмы (открывается в новой вкладке)», Университет Карнеги-Меллона, январь 2022 г.

Джим Лукас — автор статей для Live Science. Он охватывает физику, астрономию и инженерное дело. Джим окончил Университет штата Миссури, где получил степень бакалавра наук в области физики, а также астрономию и техническое письмо. После окончания университета он работал в Лос-Аламосской национальной лаборатории системным администратором, техническим писателем-редактором и специалистом по ядерной безопасности. Помимо написания статей, он редактирует статьи в научных журналах по различным тематическим направлениям.

6 Simple Machines: Облегчение работы

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Прикрепление колеса к оси сделало возможным создание тележек и считается одним из самых значительных изобретений в мировой истории.
(Изображение предоставлено: Сурасак Саенджай | Shutterstock)

На протяжении всей истории люди разработали несколько простых машин, облегчающих работу. Наиболее примечательные из них известны как «шесть простых механизмов»: колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, шкив, винт и клин, хотя последние три на самом деле являются просто расширениями или комбинациями первых. три, согласно Британской энциклопедии (открывается в новой вкладке).

Поскольку работа определяется как сила, действующая на объект в направлении движения, машина облегчает выполнение работы, выполняя одну или несколько из следующих функций, согласно Бостонского университета (открывается в новой вкладке):

• перенос силы из одного места в другое,
• изменение направления силы,
• увеличение величины силы или
• увеличение расстояния или скорости силы.

Простые машины — это устройства без движущихся частей или с очень небольшим количеством движущихся частей, которые облегчают работу. По данным Университета Колорадо в Боулдере, многие из современных сложных инструментов представляют собой просто комбинации или более сложные формы шести простых механизмов . Например, мы можем прикрепить длинную ручку к валу, чтобы сделать лебедку, или использовать блок и полиспасты, чтобы тянуть груз вверх по пандусу. Хотя эти машины могут показаться простыми, они продолжают предоставлять нам средства для выполнения многих вещей, которые мы никогда не смогли бы сделать без них.

Колесо и ось

(Изображение предоставлено Getty Images)

Колесо считается одним из самых значительных изобретений в мировой истории. «До изобретения колеса в 3500 году до нашей эры люди были сильно ограничены в том, сколько вещей мы можем перевозить по суше и как далеко», — как ранее сообщал Live Science. Колесные тележки облегчили сельское хозяйство и торговлю, позволив перевозить товары на рынки и с рынков, а также облегчив бремя людей, путешествующих на большие расстояния, 

Колесо значительно уменьшает трение , возникающее при перемещении объекта по поверхности. «Если вы поместите свой картотечный шкаф на небольшую тележку с колесами, вы можете значительно уменьшить усилие, которое необходимо приложить для перемещения шкафа с постоянной скоростью», — утверждают в Университете Теннесси.

В своей книге «Древняя наука: предыстория — 500 г. н.э. » Чарли Сэмюэлс пишет: «В некоторых частях мира тяжелые объекты, такие как камни и лодки, перемещались с помощью бревенчатых роликов. , катки сняты сзади и заменены спереди.» Это был первый шаг в развитии колеса.

Великое новшество заключалось в установке колеса на ось. Колесо можно было прикрепить к оси, которая опиралась на подшипник, или заставить его свободно вращаться вокруг оси. Это привело к развитию повозок, повозок и колесниц. По словам Сэмюэлса, археологи используют развитие колеса, вращающегося на оси, как показатель относительно развитой цивилизации. Самые ранние свидетельства наличия колес на осях относятся примерно к 3200 г. до н.э. шумерами. Китайцы самостоятельно изобрели колесо в 2800 г. до н.э.

Ссылки по теме

Помимо уменьшения трения, колесо и ось также могут служить множителем силы. Если колесо прикреплено к оси и для поворота колеса используется сила, вращающая сила или крутящий момент на оси намного больше, чем сила, приложенная к ободу колеса. В качестве альтернативы к оси можно прикрепить длинную ручку для достижения аналогичного эффекта.

Остальные пять машин помогают людям увеличивать и/или перенаправлять силу, приложенную к объекту. В своей книге « Перемещение больших вещей , Джанет Л. Колоднер и ее соавторы пишут: «Машины обеспечивают механическое преимущество, помогая перемещать объекты. Механическое преимущество — это компромисс между силой и расстоянием». При последующем обсуждении простых машин, которые увеличивают силу, приложенную к их входу, мы будем пренебрегать силой трения, потому что в большинстве этих случаев сила трения очень велика. малы по сравнению с задействованными входными и выходными силами

Когда сила приложена на расстоянии, она производит работу. Математически это выражается как W = F × D. Например, чтобы поднять объект, мы должны совершить работу, чтобы преодолеть силу гравитации и переместить объект вверх. Чтобы поднять предмет, который в два раза тяжелее, требуется в два раза больше работы, чтобы поднять его на такое же расстояние. По данным Обернского университета, требуется в два раза больше работы, чтобы поднять один и тот же объект в два раза выше . Как указано в математике , основное преимущество машин заключается в том, что они позволяют нам выполнять тот же объем работы, применяя меньшее усилие на большем расстоянии.

Рычаг

Примером рычага являются качели. Это длинная балка, уравновешенная на оси. (Изображение предоставлено Getty Images)

«Дайте мне рычаг и точку опоры, и я переверну мир». Это хвастливое заявление приписывается греческому философу, математику и изобретателю третьего века Архимеду . Хотя это может быть некоторым преувеличением, оно действительно выражает силу рычагов, которые, по крайней мере фигурально, двигают мир.

Гениальность Архимеда заключалась в том, что он понял, что для выполнения того же количества или работы можно найти компромисс между силой и расстоянием, используя рычаг. Его закон рычага гласит: «Величины находятся в равновесии на расстояниях, обратно пропорциональных их весам», согласно « Архимед в 21 веке », виртуальной книге Криса Рорреса из Нью-Йоркского университета.

Рычаг состоит из длинной балки и точки опоры или шарнира. Механическое преимущество рычага зависит от соотношения длин балки по обе стороны от точки опоры.

Например, мы хотим поднять 100-фунтовый груз. (45 кг) вес 2 фута (61 см) над землей. Мы можем приложить 100 фунтов. силы на вес в направлении вверх на расстоянии 2 фута, и мы выполнили работу в 200 фунт-футов (271 ньютон-метр). Однако, если бы мы использовали 30-футовый (9 м) рычаг с одним концом под грузом и 1-футовой (30,5 см) точкой опоры, расположенной под балкой на расстоянии 10 футов (3 м) от груза, мы получили бы только надавить на другой конец с 50 фунтами. (23 кг) силы, чтобы поднять вес. Однако нам пришлось бы опустить конец рычага на 4 фута (1,2 м), чтобы поднять вес на 2 фута. Мы пошли на компромисс, удвоив расстояние, необходимое для перемещения рычага, но уменьшили необходимое усилие наполовину, чтобы выполнить тот же объем работы.

Наклонная плоскость

Наклонная плоскость — это просто плоская поверхность, приподнятая под углом, как пандус. По словам Боба Уильямса, профессора кафедры машиностроения Инженерно-технологического колледжа Расса в Университете Огайо, наклонная плоскость — это способ подъема груза, который слишком тяжел, чтобы поднимать его прямо вверх. Угол (крутизна наклонной плоскости) определяет, какое усилие необходимо для подъема груза. Чем круче пандус, тем больше усилий требуется. Это означает, что если мы поднимем наши 100 фунтов. груз весом 2 фута, скатывая его по 4-футовому пандусу, мы уменьшаем необходимую силу наполовину и удваиваем расстояние, на которое его необходимо переместить. Если бы мы использовали рампу высотой 8 футов (2,4 м), мы могли бы уменьшить необходимое усилие до 25 фунтов. (11,3 кг).

Шкив

(Изображение предоставлено Getty Images)

Если мы хотим поднять те же 100 фунтов. вес с помощью веревки, мы могли бы прикрепить шкив к балке над весом. Это позволило бы нам тянуть веревку вниз, а не вверх, но для этого все еще требуется 100 фунтов. силы. Однако, если бы мы использовали два шкива — один, прикрепленный к верхней балке, а другой — к грузу, — и мы должны были бы прикрепить один конец веревки к балке, пропустить ее через шкив на грузе, а затем через шкив на балке, нам нужно будет только тянуть за веревку с 50 фунтами. силы, чтобы поднять вес, хотя нам пришлось бы тянуть веревку на 4 фута, чтобы поднять вес на 2 фута. Опять же, мы променяли увеличение расстояния на уменьшение силы.

Если мы хотим использовать еще меньше силы на еще большем расстоянии, мы можем использовать блок и захват. Согласно материалам курса Университета Южной Каролины: «Блок и захват — это комбинация шкивов, которая уменьшает количество силы, необходимой для подъема чего-либо. Компромисс заключается в том, что для блока и захвата требуется более длинная веревка. перемещать что-либо на такое же расстояние».

Какими бы простыми ни были шкивы, они все еще находят применение в самых передовых новых машинах. Например, Hangprinter, 3D-принтер , который может создавать объекты размером с мебель, использует систему проводов и управляемых компьютером шкивов, прикрепленных к стенам, полу и потолку.

Винт

«Винт представляет собой длинную наклонную плоскость, обернутую вокруг вала, поэтому его механическое преимущество можно рассматривать так же, как и наклон», согласно Университет штата Джорджия . Во многих устройствах используются винты для приложения усилия, которое намного больше, чем усилие, используемое для поворота винта. К таким устройствам относятся слесарные тиски и зажимные гайки на автомобильных колесах. Они получают механическое преимущество не только от самого винта, но также, во многих случаях, от рычага длинной ручки, используемой для поворота винта.

Клин

Согласно Горно-технологического института Нью-Мексико (открывается в новой вкладке), «Клинья представляют собой движущиеся наклонные плоскости, которые перемещаются под грузом для подъема или в груз для разделения или разделения». Более длинный и тонкий клин дает больше механических преимуществ, чем более короткий и широкий клин, но клин делает еще кое-что: основная функция клина заключается в изменении направления входной силы. Например, если мы хотим расколоть бревно, мы можем с большой силой вбить клин вниз в конец бревна, используя кувалду, и клин перенаправит эту силу наружу, в результате чего древесина расколется. Другим примером является дверной упор, где сила, используемая для толкания его под край двери, передается вниз, что приводит к силе трения, которая препятствует скольжению по полу.

Дополнительные ресурсы

Джон Х. Линхард, почетный профессор машиностроения и истории Университета Хьюстона, «еще один взгляд на изобретение колеса (откроется в новой вкладке)». Загляните в Центр науки и промышленности в Колумбусе, штат Огайо, где есть интерактивное объяснение (откроется в новой вкладке) простых механизмов. HyperPhysics — веб-сайт, созданный Университетом штата Джорджия, — также содержит иллюстрированные объяснения шести простых механизмов.

Библиография

Университет штата Иллинойс, «Информация о ресурсах для обучения простым машинам (открывается в новой вкладке)», январь 2022 г. 

Правительство штата Виктория, «Простые машины (открывается в новой вкладке)», март 2019 г. 

Канада Музей науки и технологий, «Образовательные программы: простые машины (открывается в новой вкладке)», январь 2022 г. 

Йи Чжан и др., «Введение в механизмы (открывается в новой вкладке)», Университет Карнеги-Меллона, январь 2022 г.

Джим Лукас — автор статей для Live Science. Он охватывает физику, астрономию и инженерное дело. Джим окончил Университет штата Миссури, где получил степень бакалавра наук в области физики, а также астрономию и техническое письмо.