МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХВАЛЬНОЙ КОРОБКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ

Разное

Цель работы: Разработка, моделирование и сборка коробки передач. Задачи:  Изучить литературу по составу коробки передач (трансмиссии).  Разработать коробку передач.  Сделать модель коробки передач.  Собрать коробку передач из конструктора Lego EV3.  Сделать выводы. В качестве исходной гипотезы обозначим: коробку переключения передач (КПП, трансмиссию) с помощью современных информационных технологий, сможет разработать девочка.

Шкурина Татьяна Дмитриевна

16 мая 2019

648

Содержимое публикации

ВСЕРОССИЙСКИЙ КОНКУРС

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

«МЫ ГОРДОСТЬ РОДИНЫ»

Направление работы:

ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО

Тема:

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХВАЛЬНОЙ КОРОБКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ

Автор: Шкурина Татьяна Дмитриевна

Научный руководитель: Шкурин Дмитрий Николаевич

Место выполнения работы: МБОУ СОШ №9 г.Вязники

2019

Введение

Я часто катаюсь с папой на машине и замечала, перед тем как тронуться с места папа нажимает на какую то педаль и ворочает какой то рычаг. За тем, когда машина набирает скорость, папа опять нажимает эту же педаль и ворочает этот же рычаг. То же самое (нажатие педали и “дерганье” рычага) папа делает и когда машина снижает скорость. За одну поездку он проделывает эти операции не один десяток раз. Как оказалось, он переключал передачи. Я захотела разобраться в данном вопросе.

В автомобиле тысячи запчастей и компонентов. Но некоторые части любого автомобиля, контролируют именно то, что делает машину именно движущимся транспортным средством. К очень важным частям любой машины относится коробка передач. Без нее крутящий момент от двигателя не смог бы достичь колес и автомобиль не тронулся бы с места.

Да, мы не должны владеть углубленными знаниями об устройстве автомобиля. Но, что такое коробка передач, обязан знать каждый водитель, а я собираюсь водить автомобиль.

В своей работе я хочу спроектировать коробку передач которая меняет крутящий момент вала с мотора. Это определило проблему моего исследования.

Цель работы:

Разработка, моделирование и сборка коробки передач.

Задачи:

Изучить литературу по составу коробки передач (трансмиссии).

Разработать коробку передач.

Сделать модель коробки передач.

Собрать коробку передач из конструктора LegoEV3.

Сделать выводы.

В качестве исходной гипотезы обозначим:

коробку переключения передач (КПП, трансмиссию) с помощью современных информационных технологий, сможет разработать девочка.

По мере изучения теории про КПП, я буду проектировать в программе LEGO® Digital Designer, а за тем соберу модель из конструктора LEGO ЕV3.

LEGO® Digital Designer - это программа для настоящих конструкторов LEGO. Программа позволяет создать любую 3-D модель LEGO.

Трансмиссия (КПП)

Летом мы с семьей любим кататься на велосипедах. Наш город Вязники расположился на холмах, поэтому кататься приходится также по горкам. У нас на всех велосипедах есть скорости, но я, по началу, не придавала значения этой функции велосипеда, но замечала, что с горки скатываться легко, а вот в горку приходится с силой нажимать на педали. В тоже время папа и мама без всяких видимых усилий ехали как с горки, так и в гору. Я спросила, в чем дело, и папа рассказал мне про переключение скоростей на велосипеде и зачем это делать. Оказывается, если нам необходимо ехать быстро, то необходимо переключить скорости так, чтобы ведущая звездочка (с педалями) была большая, а ведомая (на колесе) была маленькая. В тоже время, если нам надо ехать в гору, то ведущая звездочка должна быть маленькая, а ведомая большая.

На уроках робототехники я вспомнила про летние велосипедные прогулки, рассказ папы о переключении скоростей на велосипеде, и решила поэкспериментировать с шестеренками из конструктора LegoEV3. Поставила перед собой задачу: «Получиться ли у меня из комбинаций шестеренок управлять скоростью и силой?».

Я собрала нехитрое приспособление:

Здесь крутящий момент с мотора передается с помощью вала на большую шестерню, затем на среднюю и далее на маленькую шестерню. Что же происходит в этой комбинации? Включаем мотор и наблюдаем, как вращается красный пропеллер. За скоростью наблюдаем визуально, а как измерить с какой силой он вращается? Я решила попробовать, а смогу ли я руками удержать красный пропеллер. Остановить мотор не составило труда.

Теперь приложила крутящий момент к маленькой шестерне.

Включаем мотор и наблюдаем, как вращается красный пропеллер. В данной ситуации мотор вращался гораздо медленнее. Я решила попробовать, а смогу ли я руками удержать красный пропеллер. Остановить мотор не получилось. Силы пальчиков не хватило.

Как оказалось, мы с помощью разной величины шестерен меняли передаточные отношения.

Передаточное отношение – это частное, получаемое при делении скорости ведущей шестерни, на скорость ведомой, то есть количества их оборотов. Оно обратно передаточному числу, которое рассчитывается как отношение числа зубьев на ведомой шестерне к их числу на ведущей (но в этот вопрос я не углублялась).

Из своих экспериментов я сделала выводы: чем меньше ведущая шестерня и больше ведомая, тем легче будет ее вращать, и тем медленнее она будет двигаться. И наоборот.

А что же с машиной? Для того чтобы автомобиль начал движение нам необходимо приложить большой крутящий момент, т.е. мы должны задействовать комбинацию валов и шестерен по принципу: от маленькой шестерни к большой шестерне. Далее машина тронулась и нам необходимо набирать скорость, как на велосипеде. Соответственно, мы должны менять комбинацию шестерен (исходя из передаточного отношения). И последнее, нам необходимо на машине иногда менять направление вращения колес, т.е. нам необходимо ехать не в перед, а назад. Вот для чего нам необходима коробка переключения передач! А как это сделать?

Я буду пользоваться литературой, и проектировать в программе LEGO® Digital Designer.

В общем виде механическая коробка передач представляет собой набор параллельных валов, на которых «нанизаны» шестерни. Их задача – передать крутящий момент с двигателя на колеса. В классическом случае для этого используется либо два, либо три вала. Я буду рассматривать вариацию из 6 валов. Для этого я в программе собрала стойки и расположила валы. Screen работы с программой представлен ниже.

В моем исполнении в КПП есть первичный (на рисунке изображен коричневым цветом), вторичный (на рисунке изображен зеленым цветом) и промежуточный валы (на рисунке изображен черным цветом). Первые два при этом расположены на одной оси, но независимы и вращаются отдельно, а третий физически располагается под ними (в моем случае он будет располагаться на одном уровне). Первичный вал короткий: одним концом он через сцепление соединен с двигателем (в моем случае без сцепления), то есть принимает с него крутящий момент, а на втором конце расположена одна-единственная шестерня (после экспериментов я использовала две шестерни), передающие этот момент дальше, на промежуточный вал (изображен вверху черным цветом).

Закреплены шестерни на промежуточном валу жестко, т.е. вращаются вместе. Их можно назвать ведущими (хоть и приводятся в движение они через первичный вал). Постоянно вращаясь, они передают крутящий момент на ведомые шестерни вторичного вала.

Третий вал схож с промежуточным, но главное отличие в том, что шестерни на нем являются подвижным элементом: они не связаны с валом жестко, а нанизаны на него и вращаются. Их продольное перемещение при этом исключено, они расположены строго напротив шестерней промежуточного вала и вращаются вместе с ними. Я сделала еще один промежуточный вал внизу (на рисунке изображен черным цветом в низу). Последний вал – это тот, который передает крутящий момент непосредственно на колеса (на рисунке изображен голубым цветом).

Включаем передачу

Включение передачи означает соединение одной из шестерней одного из валов с шестернями других валов (в разных комбинациях), чтобы они начали вращаться вместе. Осуществляется это так: между шестернями располагаются специальные муфты (в моем случае одна шестерня изображена на рисунке красным цветом), которые могут перемещаться вдоль вала, но вращаются вместе с ним. Она выполняет роль «замка», при помощи зубчатых венцов на своих соприкасающихся торцах жестко соединяющих вал с шестерней, к которой примыкает муфта. Она приводится в движение вилкой – этакой «рогаткой», которая, в свою очередь, соединена с рычагом КПП – тем самым, которым орудует водитель.

Расположение всех валов и шестеренок можем увидеть на этом рисунке.

Задний ход

Одной из последней задачи в данной работе стала задача: «Как реализовать задний ход?» Вращение двигателя не изменишь, а значит, и первичный вал будет всегда вращаться строго в одном направлении.

Имея ведущую и ведомую шестерни и необходимость изменить направление вращения последней, достаточно просто расположить между ними третью – промежуточную. Это свойство шестеренок я заметила еще в первых экспериментах, о которых говориться в начале данной работы. Задний ход в автомобилях, как правило, выполнен именно так.

В итоге, с помощью программы LEGO® Digital Designer я создала модель:

Вышеуказанное программное обеспечение позволяет воспроизвести все этапы моделирования, т.е. какие детали мы использовали и в каком порядке необходимо собирать мою модель из конструктора.

Заключение

Разумеется, в этой исследовательской работе я оставила без внимания некоторые технические тонкости и нюансы. Эта работа позволит другим девочкам и мальчикам узнать, что такое коробка переключения передач. Ведь знания дают не только теоретическую подкованность – теперь многим станет ясно и то, как правильно эксплуатировать автомобиль:

почему не стоит включать передачи, не предназначенные для движения на выбранной скорости,

почему не стоит торопиться в переключениях или изображать раллийного гонщика при эксплуатации гражданского автомобиля в обычных городских условиях,

почему все же нужно менять масло не только в двигателе, но и в коробке передач.

Работа выполнена с использованием программного обеспечения для 3D-моделирования. Теперь я с уверенностью могу сказать, что предварительное моделирование позволяет хорошо разобраться во всех тонкостях будущей модели, экономит время и деньги, и самое главное – модели это ваша фантазия, воплощенная в жизнь!

И последнее, моя гипотеза, поставленная в начале этой работы, полностью подтвердилась: я создала модель 3-х ступенчатой коробки передач с реверсом.

Список литературы

Абдулгалимов Г.Л., Гулюта А.А., Казагичев В.Н. Робототехника – массовый вид детского и молодежного технического творчества. // Информационные технологии в образовании. XXV Международная конференция- выставка. Сборник трудов. – М.: Издательский отдел факультета ВМК МГУ имени Ломоносова, 2015.с21-22.

Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010, 195 стр.

Программное обеспечение MINDSTORMS .

И.ММакаров., Ю. И. Топчеев, «Робототехника: История и перспективы».

Копосов Д.Г., «Первый шаг в робототехнику».-М., Издательство Бином, 2012, 292стр.

Личные фото и видеоматериалы.