alexxlab

Принцип работы стиральной машины: как работает стиралка автомат

Главная » Для чистоты и быта » Стиральная машина

Автор Игорь Нерушин На чтение 3 мин. Опубликовано

Стиральная машина – надежный помощник в домашних делах, позволяющий экономить массу времени. Большинство пользователей даже не задумываются о том, как подобное оборудование функционирует. А между тем, узнать принцип работы стиральной машины будет полезно всем без исключения. Это поможет правильно подбирать агрегаты в соответствии с целями, а также при необходимости быстро выявлять неполадки.

Содержание

  1. Конструкция устройства
  2. Водоснабжение
  3. Нагрев воды
  4. Процесс стирки

Конструкция устройства

Любая стиральная машинка состоит из следующих компонентов:

  1. Корпус. Защищает внутренние элементы техники от повреждений.
  2. Барабан. Подвижная деталь, обеспечивающая вращение белья во время стирки.
  3. Двигатель. Основная сила, которая вращает барабан.
  4. Бак. Емкость, в которую загружают белье.
  5. Насосы. Аппараты для наполнения бака водой и удаления лишней влаги по окончании стирки.
  6. Силовой блок. Обеспечивает подачу энергии на двигатель и электронные компоненты системы.
  7. Электроника. Сюда входит основной управляющий узел, датчики и переключатели для настройки режима работы машинки.

Водоснабжение

Вода в стиралку подается через специальные шланги, подключенные к водоснабжению в квартире. То, как долго наполняется бак, зависит от параметров оборудования. В системе может быть установлен определенный уровень для стирки.

Также в конструкции предусматриваются мониторы давления, представляющие собой небольшие герметичные емкости с мембранами на входе. Как только достигается нужный уровень воды, внутри емкости повышается давление. Контактная система позволяет закрыть клапан, тем самым прекратив подачу.

В некоторых машинках используются датчики давления в виде специальных электронных контролеров, созданных с использованием полупроводниковых технологий. В данном случае повышение уровня воды с увеличивающимся давлением меняет электропроводящие характеристики устройства. Полученный сигнал направляется на управляющую плату.

Регуляторы защищают систему от затопления, предотвращают работу нагревательного элемента вхолостую, а также выступают в качестве пенных детекторов.

Нагрев воды

Как только бак машинки будет наполнен, специальная управляющая плата активирует нагревательный элемент, представленный традиционной трубчатой системой ТЭН. Элемент повышает температуру воды до тех пор, пока термистор не даст сигнал о прекращении нагрева.

Таким образом, в процессе нагрева воды участвуют три устройства: управляющая плата, термистор и ТЭН. Если хотя бы один из элементов перестанет правильно работать, будут возникать ошибки. Вода может оставаться холодной на все время стирки или напротив, нагреваться до очень высоких температур или даже вскипать.

Процесс стирки

После загрузки белья во внутреннюю часть стиральной машинки необходимо закрыть люк, а затем выбрать нужную программу стирки при помощи кнопок и регуляторов. Как только пользователь запустит машинку, автомат заблокирует люк и начнет стирку.

Этапы стирки кратко:

  1. Запуск двигателя. Скорость мотора настраивается при помощи встроенного таходатчика. Из емкости для порошка в основную камеру машинки помещается моющее средство. В этот же момент бак наполняется холодной водой, объем которой обусловлен выбранной программой стирки. Этап предусматривает замачивание белья.
  2. Включение ТЭНа. Нагрев этого элемента также настраивается при помощи специального датчика. Параметры стирки выбираются автоматически после того, как пользователь регуляторами выбрал нужный режим.
  3. Слив воды. Машинка автоматически сигнализирует помпе, которая включает функцию отжима. Прессостат сигнализирует об отсутствии воды в баке, тем самым активируя систему набора и запуская процедуру полоскания.
  4. Удаление воды после полоскания. Тут же проводится процедура отжима, которая повторяется несколько раз.
  5. Финальный отжим белья при вращении на высоких скоростях. Одновременно с отжимом осуществляется полная откачка воды из бака. Затем на управляющую плату приходит сигнал о завершении стирки. Люк разблокируется.

Представленный алгоритм помогает понять, как работает любая стиральная машинка. Практически все современные модели функционируют по одному принципу с незначительными отличиями.

Подпишись на Техносовет в социальных сетях, чтобы ничего не пропустить:

Оцените автора

Принцип работы стиральной машины-автомат.

Большой обзор

В современном мире практически полностью исчезли полуавтоматические стиральные машины, а ручная стирка и вовсе стала чем-то диковинным. Благодаря достижениям многих поколений ученых и инженеров мы больше не должны заниматься сложной рутинной работой, а можем уделять время родным и близким. В этой статье мы детально расскажем о том, из чего состоит стиральная машина, а также опишем принцип ее работы. Эта информация может оказаться не только полезной для общего развития, но и поможет разобраться при выборе новой стиральной машины или ремонте старой.

Почему машина называется «автомат»?

Еще в начале прошлого века многие компании выпускали стиральные машины. Сейчас нам бы они показались комичными, но на самом деле они значительно упрощали жизнь людям. По сути это был таз с металлической или деревянной теркой, а также 2 валика, при помощи которых отжималось белье. Постепенно к этой конструкции был приспособлен электродвигатель и началось развитие стиральных машин, которые мы знаем как полуавтоматические. Основным их отличием от автоматов является необходимость присутствия человека. Без воздействия извне машина не могла выстирать белье. Машины-автомат позволяют произвести полный цикл стирки без участия человека.

Даже популярные в 90е годы «малютки» фактически являлись полуавтоматическими — они просто вращали лопасти внутри бака, производили нагрев, но отжимать и вынимать белье приходилось все равно человеку. Машина-автомат производит замачивание, стирку, замену воды, отжим и даже сушку.я И все это не требует от человека ни малейших усилий (кроме, конечно, загрузки-выгрузки белья и выбора программы).

Различные форм-факторы

Существует 2 вида стиральных машин «автомат». Они отличаются своим внешним видом и типом загрузки белья. Каждый из вариантов имеет свои преимущества и недостатки, однако оба до сих пор пользуются значительной популярностью. Стоит заметить, что фронтальные устройства потихоньку вытесняют вертикальные.

Вертикальные стиральные машины являются прямым потомком первых автоматов, которые начали появляться в США в середине прошлого века. В то время подобная конструкция являлась чуть ли не единственной возможной в реализации. В таком машине бак установлен вертикально и в него можно загружать белье через створки и крышку, расположенные в верхней части машины. В качестве преимуществ такого типа загрузки можно отметить более высокую надежность, вместительность и малое количество занимаемого места. Такую машину можно поставить в угол и установить рядом корзины и другие полезные предметы. Загрузка производится сверху и ей ничего не мешает.

Машины с фронтальной загрузкой имеют очень удобный широкий люк, через который можно доставать белье. В таких машинах бак устанавливается так же, но при этом загрузка производится через боковой люк. Такая конструкция также позволяет снизить потребление воды, но при этом подобные машины занимают больше места в ванной комнате. Если у вас нет проблемы с установкой фронтальной машины, то она станет лучшим выбором. Если же места в ванной критически мало — то лучше остановить свой выбор на устройстве с вертикальной загрузкой.

Из чего состоит стиральная машина

В этом разделе мы «препарируем» стиральную машину с фронтальной загрузкой. Они сейчас популярны и постепенно вытесняют вертикальные. В первую очередь это случилось из-за возможности создания «узких» стиральных машин, которые даже при очень небольших размерах могут оснащаться барабаном на 3-5 кг сухого белья.

Корпус

Корпус стиральной машины — это основа всей конструкции. Учитывая то, что машина постоянно сталкивается с вибрацией, он выполняется из прочных материалов, которые могут выдерживать многие годы эксплуатации. К корпусу крепится бак при помощи пружин сверху и амортизаторов снизу. Обе детали играют важнейшую роль в обеспечении балансировки машины, ведь наличие дисбаланса во время отжима может просто разорвать машину на части. Также к корпусу присоединяется заливная система, лоток для порошка и электронный модуль управления. В зависимости от модели машины к нему может крепиться другое оборудование.

Бак и барабан

Бак — это то место, куда заливается вода и в котором происходит сама стирка. Он крепится к корпусу при помощи амортизаторов и пружин, а в верхней его части устанавливается специальный груз, который также помогает сохранять развесовку. В бак устанавливается ряд датчиков и термоэлектронагреватель. К нему подключаются патрубки заливной и сливной системы, а также другие мелкие детали.

Внутри бака располагается железный барабан, который все мы видим во время загрузки белья. Он крепится к баку при помощи узла подшипников, а спереди удерживается резиновой манжетой (вибрационным демпфером). Баки могут быть как полностью пластиковыми, так и металлическими. Металлические баки можно обслуживать и при необходимости заменять подшипники. Цельные литые баки из пластика можно только заменять. Некоторые мастера пробуют их распиливать, но подобный ремонт чреват образованием протечки.

Заливная система

Система подачи воды может немного отличаться в различных стиральных машинах. Некоторые модели оснащаются шлангами «АкваСтоп», а некоторые таких шлангов не имеют. В любом случае основным механизмом являются специальные электромагнитные клапана, которые открываются и закрываются по команде электронного блока управления. Многие думают, что машина закачивает воду при помощи насоса, однако это не так. Вода из системы подается под давлением и необходимости в установке насоса попросту нет. Некоторые модели могут подключаться к системе горячего водоснабжения. Как правило, клапана соединяются патрубками с баком и с лотком для порошка. В зависимости от программы модуль управления открывает и закрывает клапана.

Система нагрева воды

Как известно, любые загрязнения лучше всего отстирываются в горячей воде. Однако стоит заметить, что современные стиральные порошки начали довольно неплохо справляться с загрязнениями даже при температуре в 30-40 градусов. Это очень удобно, потому что пользователям больше не нужно сортировать вещи: и синтетика и хлопок отлично работают в теплой воде. Также это снижает потребление электроэнергии, что не может не радовать.

Система нагрева состоит из термоэлектронагревателя или ТЭНа. Это специальный нагревательный прибор, который чем-то напоминает простой кипятильник. Он преобразует электрическую энергию в тепловую и тем самым нагревает воду в баке. Для контроля за температурой применяется термодатчик, который чаще всего устанавливается в корпус ТЭНа. С его помощью электроника определяет температуру и принимает решение о дальнейшем нагреве. Некоторые модели, как писалось выше, имеют возможность подключения к горячему водоснабжению, что снижает затраты на электроэнергию.

Как компенсируется вибрация

Не секрет, что стиральные машины постоянно работают с серьезной вибрацией. Внутри бака располагается барабан, в котором находятся мокрые вещи. Естественно, при стирке они перемещаются из стороны в сторону, что позволяет им лучше отстирыватся. И если при легком вращении барабана они практически никак не влияют на корпус, то дисбаланс во время отжима очень сильно заметен. Именно поэтому современные стиральные машины оснащаются системой защиты от вибрации. Сверху бак крепится к корпусу при помощи мощных пружин, нижняя часть бака соединяется с корпусом при помощи гидравлических амортизаторов. Для того, чтобы бак имел необходимый вес, сверху устанавливается массивный груз, который смягчает колебания.

Несмотря на все это стиральная машина может войти в резонанс во время отжима, если пользователь загрузил туда тяжелые вещи, которые могли скомкаться в одну из сторон барабана. Для того, чтобы такое не происходило, многие производители оснащают стиральные машины системой контроля дисбаланса, которая останавливает отжим при превышении пороговых значений.

Сливная система

Сливная система является одной из важнейших частей стиральной машины — она отвечает за откачку грязной воды из бака. В отличии от заливной системы, которая просто позволяет воде под давлением попадать в бак, сливная система работает при помощи насоса. Эта помпа откачивает воду, которая должна проходить через специальное колено. Это колено как правило реализовывается с задней стороны машины и выглядит как шланг, выходящий из нижней части устройства, поднимающийся наверх и затем снова опускающийся. Если этот шланг опустить на землю во время работы стиральной машины — то вода сольется автоматически. Такой же «финт» можно применять, если по какой-то причине машина отказывается сливать воду.

Помимо насоса в откачке воды принимает участие специальный датчик уровня, который передает показатели в модуль управления. Если внутри бака есть вода, модуль отдает команду на слив. Как только уровень достигает необходимого значения — слив останавливается и программа продолжается. Также к сливной системе можно отнести специальный сливной фильтр, который устанавливается перед насосом и препятствует попаданию в него мелких частиц. Периодически этот фильтр нуждается в чистке.

Сушильная система

Еще одна часть стиральной машины — это сушильная система. Стоит отметить, что далеко не во всех устройствах данная функция реализуется. Однако она постепенно начинает набирать популярность, что вызвано удобством и простотой реализации. Вместо того, чтобы устанавливать отдельную сушильную машину, можно просто купить стиральную с сушкой. Такое решение вполне логично.

Сушильная система представляет из себя специальный нагревательный элемент, который устанавливается внутри бака. На него подается электричество, за счет чего нагревается воздух и снижается уровень влажности в баке. Для обеспечения циркуляции воздуха устанавливается специальный вентилятор, а уровень влажности фиксирует одноименный датчик. Во время сушки происходит медленное вращение барабана и теплый воздух постепенно сушит одежду.

Электроника и датчики

Современная машина — это сложный механизм, с помощью которого можно не только стирать одежду, но и выполнять множество различных программ, которые позволяют максимально тонко подстраиваться под желания пользователя. Для обеспечения работоспособности всех этих функций машины оснащаются электронным модулем управления, который анализирует показатели разнообразных датчиков и отдает необходимые команды.

Выбор программ и взаимодействие пользователя с интерфейсом осуществляется при помощи поворотных переключателей, кнопок или сенсоров. Вся необходимая информация отображается на дисплее или при помощи светодиодных индикаторов.

Как работает стиральная машина?

В этом разделе мы рассмотрим полный цикл стирки на примере одной из стандартных программ. Естественно, цикл может немного отличаться от описанного, что обусловлено различных подходом к стирке. Но общая канва все равно останется неизменной.

Загрузка белья

Прежде чем начать стирку пользователю необходимо загрузить белье в люк. Лучше всего это делать в соответствии с предписаниями производителя. Если в руководстве написано, что в машину можно класть 5 кг белья, то лучше разместить в баке 4-5 кг и ни в коем случае не превышать этот показатель. Это очень важно, потому что частая перегрузка может негативно сказаться на сроке жизни стиральной машины. Одежду необходимо расправить и разместить равномерно.

Выбор программы

Если вы стираете деликатное белье — то его необходимо отделить и отдельно запустить цикл деликатной стирки. Это могут быть программы «Синтетика», «Шелк» и подобные. Большую часть одежды можно стирать при температуре в 30-40 градусов, для чего подходят программы «Хлопок», «Хлопок+» и другие. Для стирки пуховых вещей необходимо применять соответствующие программы. Некоторые машины оборудуются функциями обработки паром, которая позволяет разглаживать вещи и проводить антиаллергенную обработку. В любом случае вам необходимо ознакомиться с руководством пользователя, в котором детально расписано, как работают все программы, которыми оснащена ваша стиральная машина.

При желании пользователь может сам корректировать программы: добавлять замачивание, предварительную стирку, производить повторное полоскание, менять температуру стирки и скорость отжима. Но лучше всего пользоваться программами, которые разработал производитель. В таком случае шанс испортить белье будет минимальным.

Наполнение водой

После того, как белье загружено, а программа выбрана пользователю необходимо закрыть люк. После начала стирки он будет заблокирован во избежание утечки воды из бака при случайном открытии. Как только вода сольется и стирка завершится — ручка разблокируется и вещи получится достать.

Следующий шаг — это выбор моющих средств, которые засыпаются (или заливаются) в лоток для порошка. Чаще всего в нем есть 3 ячейки. Одна — для предварительной стирки, вторая — для основной, а для кондиционера предназначается отдельный лоточек. В качестве моющего средства можно применять порошок, жидкость или капсулы (капсулы помещаются внутрь бака). Если насыпать мало порошка — то стирка будет некачественной, если много — то будет образовываться много пены. Лучше всего воспользоваться инструкцией на упаковке от моющего средства.

После начала стирки вода начинает поступать в бак и лоток для порошка. Моющие средства смываются и соединяются с бельем. Как только вода набирается до необходимого уровня датчик уровня сообщает электронике, что пора переходить к следующему этапу.

Самые современные машины оснащаются специальными дозаторами моющих средств. Они заливаются в контейнеры, которые устанавливаются внутрь машины. Во время стирки электроника определяет уровень мутности воды и при необходимости повышает концентрацию моющих средств. Также машина может самостоятельно добавить полоскание или провести замену воды в баке, если после стирки белье осталось грязным.

Стирка

Стирка — самый длительный из этапов в большинстве программ. Иногда перед ним проводится замачивание или предварительная стирка, если пользователь выбрал соответствующие программы или добавил их самостоятельно. Замачивание позволяет размягчить серьезные загрязнения, а предварительная стирка по сути проводит цикл 2 раза, что значительно повышает чистоту белья. Стоит заметить, что обе эти программы повышают потребление воды и электроэнергии и активировать их стоит только при наличии действительно серьезных загрязнений.

После начала стирки модуль управления подает сигнал двигателю для начала вращения барабана. Он вращается медленно, что обусловлено необходимостью тщательного контакта белья и отстирывания загрязнений. Двигатель может иметь или ременную передачу или прямой привод. На качестве стирки это практически не сказывается. Барабан вращается сначала в одну сторону, затем в другую.

Практически мгновенно электроника отдает сигнал термоэлектронагревателю о необходимости нагрева воды. За температурой следит специальный датчик, который при достижении заданного значения отрапортрует модулю управления и тот прекратит нагрев. Некоторые модели стиральных машин могут подключаться с системе горячего водоснабжения. Эта опция экономит электроэнергию и актуальна в регионах, где стоимость горячей воды низкая, а электричества — высокая.

Полоскание

После завершения процесса стирки происходит слив воды и начинается полоскание. По сути эта процедура аналогична стирке, только может отличаться по времени и количеству полосканий. Алгоритм довольно прост. Заливается чистая холодная вода, машина полощет белье, затем вода сливается. Количество повторений варьируется от типа программы и особенностей каждой стиральной машины. Некоторые производители настраивают устройства на полоскание в теплой воде. Это повышает затраты электричества, но при этом повышает качество стирки. Модели с датчиком чистоты воды будут проводить полоскание до тех пор, пока вода не станет кристально чистой. Это очень удобная функция, которая позволяет всегда получать качественно выстиранное белье и при этом не переплачивать за лишние циклы полоскания.

Слив

После окончания процесса полоскания модуль управления начинает слив воды. Процесс аналогичен процессу завершения стирки — вода удаляется из бака полностью. После слива машина дает белью стечь и при необходимости снова производит слив остатков. Если вода не сливается — то стиральная машина остановится или выдаст ошибку при помощи индикаторов или дисплея.

Отжим

После слива воды начинается цикл отжима. Он может проводиться на различных оборотах: некоторые модели ограничиваются показателями 800 оборотов в минуту, а некоторые могут развивать скорость вплоть до 1800 оборотов. Важно понимать, что деликатное белье необходимо отжимать так, как это указано на этикетке, в противном случае возможно его повреждение. Чем выше скорость отжима — тем меньше влаги останется внутри волокон. Белье, отжатое на скорости 800 оборотов будет сохнуть значительно дольше, чем отжатое на скорости в 1800 оборотов. В последнем случае оно может высохнуть за 1-2 часа.

В первой части программы отжима стиральная машина медленно крутит барабан, давая белью стечь и распределяя влагу внутри кома. Это необходимо в случае, если машин долгое время стояла на паузе и отжим не проводился. В таком случае влага может напитать часть белья, что вызовет дисбаланс барабана во время отжима. После нескольких циклов вращения машина начинает работать на полных оборотах. Если цикл долго не начинается — то есть вероятность повреждения двигателя или его щеток. Стиральная машина будет выполнять цикл отжима до тех пор, пока вода не сольется полностью.

В моделях, оборудованных системой сушки начнется следующий цикл. В устройствах, которые такой функцией не оборудованы сработает звуковой сигнал завершения стирки и через несколько минут разблокируется люк. После этого стирку можно считать завершенной.

Сушка

Для того чтобы сушка начала свою работу пользователь должен или изначально выбрать программу, которая ее включает или же отдельно активировать после завершения отжима. Видов сушки существует огромное множество и конкретную программу стоит выбирать согласно руководству по эксплуатации устройства. Для примера рассмотрим программу по уровню влажности белья.

После активации программы модуль управления заблокирует люк и выдаст команду нагревательному элементу. В это время двигатель начнет вращаться примерно как во время стирки. Это очень важно для равномерной обработки белья и его разглаживания. Внутри барабана располагаются специальные ребра, которые помогают одежде переворачиваться во время вращения. Нагреватель будет увеличивать температуру внутри бака, а специальный вентилятор обеспечит циркуляцию сухого горячего воздуха. Излишки влаги будут постепенно удаляться из машины. Как только программа завершится — электроника прекратит нагрев и остановит барабан. Далее последует небольшая пауза для охлаждения одежды и пользователь сможет достать ее из барабана.

Как избежать появления протечки?

Одной из наиболее серьезных проблем, с которыми может столкнуться пользователь стиральной машины являются разнообразные протечки. Машина подключается к системе магистрального водоснабжения (в которой вода находится под довольно серьезным давлением) при помощи простого патрубка. При возникновении трещин или других повреждений вода может довольно быстро затопить весь дом. Для того, чтобы этого не произошло мы рекомендуем устанавливать специальный вентиль, который будет включаться только перед стиркой. Это простое, но очень эффективное решение. Если вы хотите обеспечить максимальный уровень защиты от протечек — необходимо выбирать стиральные машины, оснащенные защитной системой «Полный АкваСтоп», которая защищает от протечек как в заливном шланге, так и внутри самой стиральной машины.

Уход за стиральной машиной

Стиральная машина — очень сложный механизм, который может работать долгие годы. Для того, чтобы машина не сломалась, а продолжала радовать владельца длительное время — необходимо грамотно за ней ухаживать. Первостепенная задача — выставить устройство по уровню относительно пола. В идеале она должна размещаться на очень ровной поверхности, не подверженной скольжению. В таком случае будет минимизирован риск возникновения дисбаланса и детали не будут повреждаться.

При работе со стиральной машиной важно определить уровень жесткости воды. Если она слишком жесткая или содержит много различных примесей, то разумным решением будет установка специального фильтра на входе в машину. Для того, чтобы внутренности бака, обратная сторона барабана и нагревательный элемент не покрывались налетом необходимо периодически проводить чистку машины при помощи специализированных средств или вещества «Трилон-Б», которое применяется для очистки промышленных стиральных машин и другого подобного оборудования. Вещество можно приобрести в хозяйственном магазине и применять его по мере необходимости. «Трилон-Б» растворяет отложения солей и другой налет, что позволяет без вреда для машины производить очистку.

Обучение простым машинам

Обучение простым машинам

Общие сведения о простых машинах:

Машина — это устройство, которое работает. Большинство машин состоит из ряд элементов, таких как шестерни и шариковые подшипники, которые работают вместе в сложный способ. Тем не менее, какими бы сложными они ни были, все машины в некотором роде на шести типах простых машин. Эти шесть типов машин рычаг, колесо и ось, шкив, наклонная плоскость, клин, и винт.

Принципы простых машин:

Машины просто передают механическую работу от одной части устройства к другой части. Машина производит силу и управляет направлением и движением силы, но она не может создавать энергию. Способность машины выполнять работу измеряется двумя факторами. Это (1) механическое преимущество и (2) эффективность.

Механическое преимущество. В машинах, которые передают только механическую энергию, отношение силы, прилагаемой машиной, к силе, приложенной к машине, известно как механическое преимущество. При механическом преимуществе расстояние, на которое будет перемещаться груз, будет лишь частью расстояния, на которое будет приложено усилие. В то время как машины могут обеспечить механическое преимущество больше 1,0 (и даже меньше 1,0 при желании), ни одна машина никогда не может выполнять больше механической работы, чем затраченная на нее механическая работа.

Эффективность. Эффективность машины – это отношение между работой, которую она производит, и работой, вложенной в нее. Хотя трение можно уменьшить, смазывая маслом любые скользящие или вращающиеся детали, все машины производят некоторое трение. Рычаг имеет высокий КПД за счет того, что имеет малое внутреннее сопротивление. Работа, которую он производит, почти равна работе, которую он получает, потому что энергия, израсходованная на трение, очень мала. С другой стороны, а-шкив может быть относительно неэффективным из-за значительно большего внутреннего трения. Простые машины всегда имеют КПД менее 1,0 из-за внутреннего трения.


Энергосбережение. Если на мгновение пренебречь потерями энергии из-за трения, работа, совершаемая простой машиной, аналогична работе, совершаемой машиной для выполнения какой-либо задачи. Если работа в равных получается, то машина эффективна на 100%.

Рычаг. Рычаг представляет собой стержень, опирающийся на ось. Сила (усилие), приложенная в одной точке, передается через точку опоры (точку опоры) в другую точку, которая перемещает объект (груз).

Идеальное механическое преимущество (IMA) рычага без учета внутреннего трения зависит от отношения длины плеча рычага, к которому прикладывается сила, к длине рычага, поднимающего груз. IMA рычага может быть меньше или больше 1 в зависимости от класса рычага.

Различают три класса рычагов в зависимости от относительные положения прилагаемого усилия, нагрузки, и точка опоры.

  • Рычаги первого рода имеют точку опоры, расположенную между нагрузкой и усилием ( L FE). Если оба плеча рычага имеют одинаковую длину, усилие должно быть равно нагрузке. Чтобы поднять 10 фунтов, необходимо приложить усилие в 10 фунтов. Если рычаг усилия длиннее рычага нагрузки, как в случае с ломом, рука, прилагающая усилие, перемещается дальше, и усилие меньше нагрузки. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ. Качели, ломы и балансиры с равными плечами являются примерами первоклассных рычагов; ножницы — это двойной рычаг первого класса.
  • Рычаги второго рода имеют нагрузку, расположенную между точкой опоры и усилием (F Л Е). Как и в тачке, ось колеса является точкой опоры, рукоятки обозначают положение приложения усилия, а груз размещается между руками и осью. Руки, прилагающие усилие, проходят большее расстояние и меньше нагрузки.
    СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ: Помимо тачки, монтировка представляет собой рычаг второго рода. Щелкунчик – это двойной рычаг этого класса.
  • Рычаги третьего рода имеют усилие, расположенное между грузом и точкой опоры (FE л ). Рука, прилагающая усилие, всегда перемещается на более короткое расстояние и должна быть больше, чем нагрузка. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ. Предплечье — это рычаг третьего рода. Рука, удерживающая вес, поднимается двуглавой мышцей плеча, прикрепленного к предплечью около локтя. Локтевой сустав является точкой опоры.


  • Составные рычаги объединяют два или более рычага, обычно для уменьшения усилия. Применяя принцип составного рычага, человек мог использовать вес одной руки, чтобы уравновесить груз весом в тонну.
  • Закон равновесия

    Рычаг находится в равновесии, когда усилие и нагрузка уравновешивают друг друга; то есть сумма крутящих моментов (сила, умноженная на плечо рычага) равна нулю. Усилие, умноженное на длину нагрузочного плеча, равно произведению нагрузки на длину нагрузочного плеча.

Колесо и ось. Колесо и ось по существу модифицированы рычаг, но он может перемещать груз дальше, чем рычаг. Центр оси служит опорой.

Идеальным механическим преимуществом (IMA) колеса и оси является отношение радиусов. Если усилие приложено к большому радиусу, механическое преимущество равно R/r, которое будет больше единицы; если усилие приложено к маленькому радиусу, механическое преимущество все равно R/r, но оно будет меньше 1.

Шкив.

Шкив – это колесо, по которому продет канат или ремень. Это также форма колеса и оси. Шкивы часто соединяются между собой в для получения значительного механического преимущества.

Идеальное механическое преимущество (IMA) шкива напрямую зависит от количества поддерживающих струн, N.

Наклонная плоскость. Наклонная плоскость представляет собой простое устройство, вообще на машину не похож. Механическое преимущество увеличивается по мере увеличения угол наклона уменьшается. Но тогда груз придется перемещать на большую расстояние.

Идеальным механическим преимуществом (IMA) наклонной плоскости является длина наклона, деленная на вертикальный подъем, так называемое отношение пробега к подъему. Механическое преимущество увеличивается по мере уменьшения наклона склона, но тогда груз придется перемещать на большее расстояние. Опять же, работа на равных работает в полностью эффективной системе. Трение будет большим, если предметы будут скользить по поверхности наклонной плоскости. Эффективность можно повысить за счет использования роликов в сочетании с наклонной плоскостью.

Клин. Клин является приспособлением наклонной плоскости. Это может использоваться для подъема тяжелого груза на небольшое расстояние или для раскалывания бревна.

Идеальное механическое преимущество (IMA) клина зависит от угла наклона тонкого конца. Чем меньше угол, тем меньшая сила требуется для перемещения клина на заданное расстояние, скажем, через бревно. В то же время количество расщеплений уменьшается при меньших углах.

Винт. Винт на самом деле представляет собой наклонную плоскость, обернутую спираль вокруг вала. Винтовой домкрат сочетает в себе полезность винта и рычаг. Рычаг используется для поворота винта.

Идеальное механическое преимущество (IMA) винта в идеале представляет собой отношение длины окружности винта к расстоянию, которое он продвигает за каждый оборот. Крепежные винты, проходящие через гайку, могут быть относительно эффективными. Шурупы по дереву, как правило, не эффективны на 100%, поскольку значительное количество энергии теряется на трение и перемещение материи. Винтовой домкрат, такой как те, которые используются для подъема домов и других построек, сочетает в себе полезность винта и рычага. Рычаг используется для поворота винта. Механическое преимущество винтового домкрата довольно велико.

 

Что такое машина и как она работает?

Машина — это устройство с механическим, электрическим или электронным управлением для выполнения задачи. Любая физическая система, обладающая упорядоченными структурными и функциональными характеристиками, является машиной. Это может быть молекулярная машина или искусственное устройство, которое использует энергию для приложения сил и управления движением.

Итак, в этой статье будут рассмотрены ответы на следующие вопросы:

  • Что такое машина?
  • Как работает машина?
  • Что такое механизм машины?

Давайте погрузимся!

Подробнее: Понимание процесса обработки и станка

Содержание

    900 43

Что такое машина?

Любая физическая система, обладающая упорядоченными структурными и функциональными характеристиками, является машиной. Это может быть молекулярная машина или искусственное устройство, которое использует энергию для приложения сил и управления движением.

Машина — это инструмент с определенной функцией, который поддерживает или заменяет человеческий или животный труд для выполнения физических задач. Эта большая группа включает в себя как базовые механические системы, такие как современный автомобиль, так и более сложные, такие как наклонная плоскость, рычаг, клин, колесо и ось, шкив и винт (вместе известные как «простые машины»).

Машины могут приводить в движение люди и животные, ветер и вода, химическая, тепловая или электрическая энергия, а также другие природные силы. У них также есть система механизмов, которые формируют входной сигнал исполнительного механизма для создания определенного приложения выходных сил и движения. Они также могут включать в себя механические системы, также известные как компьютеры и датчики, которые отслеживают активность и координируют движения.

Шесть основных механизмов, которые перемещают груз, были идентифицированы естествоиспытателями эпохи Возрождения как простые механизмы. Они также рассчитали механическое преимущество или отношение выходной силы к входной силе. Современные машины представляют собой сложные системы, состоящие из структурных частей, рабочих механизмов, элементов управления и удобных интерфейсов.

Различные транспортные средства, такие как автомобили, лодки и самолеты, а также бытовое и офисное оборудование, такое как компьютеры и системы обработки воды и воздуха для зданий, сельскохозяйственная техника, станки, системы автоматизации производства и роботы, являются примерами.

Подробнее: Понимание нетрадиционного процесса обработки

Как работает станок?

Роль машины может заключаться в простом изменении и передаче сил и движений или может включать преобразование химической, тепловой, электрической или ядерной энергии в механическую или наоборот. Каждая машина имеет вход, выход, а также устройство для преобразования, модификации и передачи информации.

Первичные двигатели представляют собой устройства, преобразующие энергию, которую они получают из природного источника, в механическую энергию, такую ​​как воздушные потоки, движущаяся вода, уголь, нефть или уран. Первичные двигатели включают паровые двигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, ветряные мельницы, водяные колеса и паровые двигатели.

Эти машины имеют переменные входы, а их выходы часто представляют собой вращающиеся валы, которые можно использовать в качестве входов для других машин, таких как воздушные компрессоры, гидравлические насосы или генераторы электроэнергии. Поскольку все их электрические, гидравлические и пневматические выходы энергии используются в качестве входных сигналов для электрических, гидравлических или пневматических двигателей, все три последних устройства можно отнести к категории генераторов.

Эти двигатели могут использоваться для питания ряда устройств, включая швейные и стиральные машины, а также оборудование для обработки материалов, упаковки или транспортировки. К операторам относятся все вышеперечисленные машины, а также любые машины, не являющиеся первичными двигателями, генераторами или двигателями. Кроме того, в эту категорию попадают все устройства с ручным управлением любого типа, включая калькуляторы и пишущие машинки.

Машины всех категорий иногда могут быть объединены в одну единицу. Например, в дизель-электрическом локомотиве дизельный двигатель служит главной силовой установкой, приводя в действие как электрический генератор, так и двигатели, вращающие колеса.

Подробнее: Понимание машинного пресса

Что такое механизм машины?

Согласно определению, машина передает и изменяет как силы, так и движения. Механизм машины относится к тому, как ее компоненты взаимодействуют и управляются для преобразования определенного входного движения в желаемое выходное движение. В поршневом двигателе поршень, шатун и коленчатый вал составляют механизм, преобразующий прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Хотя в работе машины участвуют как силы, так и движения, одной из ее основных функций может быть усиление силы или модификация движения. Коробка передач обычно используется в качестве редуктора скорости, тогда как рычаг существенно увеличивает усилие. Однако движения и силы машины всегда обратно пропорциональны и взаимозависимы. На рычаге сила на выходе превышает силу на входе, но движение на выходе меньше движения на входе.

Аналогично этому, выходная скорость редуктора ниже, чем его входная скорость, но его выходной крутящий момент выше, чем его входной крутящий момент. В то время как потеря в движении сопровождается выигрышем в крутящем моменте во втором сценарии, выигрыш в силе сопровождается потерей в движении в первом сценарии.

Хотя можно определить основное назначение некоторых машин, было бы трудно классифицировать все машины как модификаторы силы или модификаторы движения; некоторые устройства подходят под обе категории. Однако все машины должны изменять движение, поскольку, если части механического устройства неподвижны, это просто структура, а не машина.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать о станке: