Реферат на тему винты
Обновлено: 05.07.2024
История изобретения и применение архимедова винта для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы, а также при орошении и осушении земель в Египте и Голландии. Принцип работы и описание рабочего органа устройства при подаче воды.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.12.2013 |
| Размер файла | 261,3 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Московский Государственный Строительный Университет
Реферат на тему: "Архимедов винт"
Выполнил: Сартаков С.M.
1. Принцип работы архимедова винта
3. Применение в электротехнике в наши дни
Архимедов винт - механизм, исторически использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду, жившему в III веке до н. э.
1. Принцип работы архимедова винта
Устройство состоит из наклоненной под углом к горизонту полой трубы с винтом внутри. Она была изобретена Архимедом примерно в 250 году до н. э. либо в Греции ранее. Винт можно представить как наклонную плоскость, навёрнутую на цилиндр.
Винт вращается обычно с помощью ветряного колеса, либо вручную. В то время, как поворачивается нижний конец трубы, он собирает некоторый объём воды. Это количество воды будет скользить вверх по спиральной трубе во время вращения вала, пока, наконец вода не выльется из вершины трубы, снабжая ирригационную систему.
Контактная поверхность между винтом и трубой не обязана быть идеально водонепроницаемой, потому что относительно большое количество воды черпается за один поворот по отношению к угловой скорости винта. Кроме того, вода, просачивающаяся из верхней секции винта, попадает в предыдущую секцию и так далее, таким образом, в машине достигается динамическое равновесие, что препятствует уменьшению механической эффективности.
"Винт" не обязан поворачиваться внутри неподвижной оболочки, он может вращаться вместе с нею как одно целое. Винт, может быть герметично прикреплён с помощью смолы, или другого связующего к оболочке, либо отлит из бронзы, как одно целое с оболочкой, как, по предположению некоторых исследователей, были сделаны устройства, орошавшие висячие сады в Вавилоне. Изображения древнегреческих и древнеримских водяных винтов показывают, что винт двигался человеком, наступавшим на внешнюю оболочку, чтобы вращать весь аппарат как единое целое, что требовало, чтобы корпус был жестко скреплён с винтом.
Архимедов винт рабочим органом которого являются укреплённые на валу несколько витков винтовой поверхности (архимедовой спирали) с наружным диаметром D = 0,3-2,0 м. Будучи погружён одним концом в водоисточник, винт, вращаемый живым или механическим двигателем (часто ветровым), захватывает воду из источника и продвигает её по винтовой поверхности вверх. Архимедов винт, по конструкции бывает закрытый и открытый. Закрытый винт плотно вставляется в цилиндр, который вращается с ним. Он устанавливается под углом около 25° к горизонту; при понижении уровня воды в источнике нижний конец винта м. б. опущен, и угол наклона увеличен до 45°. Открытый винт помещается в неподвижном открытом железном, бетонном или деревянном лотке, соприкасаясь с его дном; угол наклона не больше 30°. Архимедов винт поднимает
Q=мЧnЧzЧq міводы в 1 мин.
(здесь q - ёмкость 1 винтовой лопасти; м - степень её наполнения водой; z - число ходов винта; n - число оборотов винта в 1 мин.). Длина винта
где Н - высота подъёма в м.
Обычно подаётся от 36 до 2 460 л/сек, но в единичных мощных установках до 30 м 3/сек. Архимедов винт успешно подаёт и грязную воду. Он часто применяется при орошении (Египет) и осушении (БССР, Голландия). архимед винт орошение осушение
2. Применение
Издавна, архимедов винт, применялся для подъёма воды в оросительные каналы. Кроме того, это устройство также использовалось для отвоёвывания земли у моря в Голландии и других местах при создании польдеров. Участок моря перекрывался дамбой, и вода удалялась из него, начинался процесс осушения земли для использования в земледелии.
Архимедовы винты использовались в установках по обработке сточных вод, потому что они успешно справляются с разными мощностями потока.
3. Применение в электротехнике в наши дни
Многие столетия люди использовали Архимедов винт для орошения, чтобы поднимать воду в каналы из водоемов, расположенных ниже. Пару десятилетий назад инженеры обнаружили, что винт можно использовать и при обратном вращении.
Если для подъема воды винт должна вращать внешняя сила, то в данном случае он устанавливается в водный поток и вращается течением воды. В результате Архимедов винт, оказался удачной конструкцией для мини-гидроэлектростанций на ручьях и небольших речках. Мощность таких источников энергии скромная, но достаточная для нужды небольшой деревни. Плюсом является минимальное воздействие на окружающую среду: не создается плотины и затопления выше нее, а рыбы могут без вреда проплывать через Архимедов винт, тогда как лопатки плотины служат им серьезным препятствием.
Такие генераторы уже действуют в Европе, например, в Великобритании, где созданы микро-гидроэлектростанции Torrs Hydro и Settle Hydro, а еще один генератор, построенный по заказу Елизаветы II, снабжает электроэнергией Виндзорский замок
Подобные документы
Расчет мембранного аппарата. Определение количества мембранных элементов, составление балансовых схем по движению воды и компонента, подбор насосного оборудования для обеспечения требуемого рабочего давления при подаче воды в мембранный аппарат.
контрольная работа [245,6 K], добавлен 06.05.2014
Этапы проектировочного расчёта винта. Анализ схемы для расчета винта на износостойкость. Основные особенности проверки обеспечения прочности и устойчивости винта принятыми размерами. Приведение расчета винт-гайки. Рассмотрение параметров резьбы винта.
контрольная работа [384,4 K], добавлен 27.08.2012
Расчет передачи винта гайки скольжения. Определение числа витков резьбы гайки. Расчет тела гайки на прочность, а также выбор подшипника. Проверка стержня винта на прочность по приведенным напряжениям. КПД резьбы скольжения. Расчет проушины и штифтов.
курсовая работа [150,8 K], добавлен 25.02.2012
Определение размеров винта и гайки. Проверка соблюдения условия самоторможения. Конструирование дополнительных элементов передачи винт-гайка. Выбор размеров поперечного сечения ключа. Расчет тисы для закрепления деталей на столе фрезерного станка.
контрольная работа [333,8 K], добавлен 26.10.2012
Проблемы воды и общий фон развития мембранных технологий. Химический состав воды и золы ячменя. Технологическая сущность фильтрования воды. Описание работы фильтр-пресса и его расчет. Сравнительный анализ основных видов фильтров для очистки воды.
Винт (от нем. Gewinde — нарезка, резьба) — простейший механизм цилиндрической формы, на которую по спирали наложена резьба (ряд чередующихся канавок и выступов). Винт является крепежной деталью.
Изобретение винта приписывае6тся великому математику и физику древности Архимеду(287-212 гг. до н.э.) из Сиракуз.
Архимедов винт – механизм для подъема воды снизу вверх. Нижняя часть цилиндра находится в воде. Внутри цилиндра располагается плоская спираль (шнек). При вращении ручки вода из нижней части цилиндра перемещалась наверх. Такое устройство предназначалось для орошения земель, а также для откачки воды из трюмов больших грузовых судов.
Процесс изготовления винта в средние века заключался в следующем: навивали на стержень полоску бумаги, а затем пропиливали ее напильником.
Позже резьбы больших размеров наносились горячей ковкой: по горячей заготовке ударяли формообразующим инструментом. Мелкую резьбу получали на примитивных токарных станках, при чем инструмент держали в руках.
Затем появился винторезный станок, который для получения резьбы, снимал с заготовки стружку.
В настоящее время резьбу получают методом деформирования поверхности. Заготовка винта зажимается между двумя плашками и прокатывается между ними. Одна плашка является подвижной, а другая – неподвижной.
А также методом холодной штамповки. Проволока подается в станок, который отрезает стержень нужной длины, пропускает его через ряд формообразующих штампов и на полученную заготовку накатывается резьба.
Винты используют для крепления деталей. Их широко применяют в устройствах электротехники, так как при креплении деталей они пропускают через себя электрический ток.
Для электротехнических изделий винты изготавливают из меди, бронзы и латуни. Винты, используемые в машиностроении изготавливают из стали.
Резьба у винта — наклонная плоскость, она всегда дает выигрыш в силе.
Представим, что наклонную плоскость с высотой h и длиной l свернули в трубочку (рис. 1).
Поворачивая гайку, надетую на болт, происходит вращательное и поступательное движение, вы поднимаете её по наклонной плоскости (рис. 2).
Выигрыш в силе равен отношению расстояния, проходимого точкой приложения усилия за один оборот винта (длины окружности l = πD), к расстоянию, проходимому при этом нагрузкой по оси винта.
За один оборот нагрузка перемещается на расстояние между двумя соседними витками резьбы (a и b или b и c), которое называется шагом резьбы.
Примером преобразования вращательного движения в поступательное, при помощи винта, является юстировка точных оптико-механических приборов. Юстировка – выравнивание прибора вдоль осевого направления.
Вы будете перенаправлены на Автор24
Типом простой машины, сходным с клином по принципу действия, является винт (рис. 1). Винт и навинченная на него гайка имеют винтовую резьбу; при вращении винта гайка перемещается вдоль него.
Рисунок 1. Винт с гайкой, $h$ - шаг винта
Чтобы наглядно представить себе один виток резьбы винта, надо вообразить прямоугольный треугольник, навитый на цилиндр (рис. 2). Катет АВ равен шагу винта, т. е. расстоянию, на которое переместится гайка при полном обороте винта, а катет ВС представляет собой длину окружности основания того цилиндра, на который нанесена резьба винта. Гипотенуза АС представляет собой край одного оборота резьбы винта; к ней прилегает край одного оборота резьбы гайки А'С'.
2. Винт как треугольник, навитый на цилиндр
Длина окружности ВС=2$\pi $r, где r - радиус цилиндра. При вращении винта резьба его нажимает на резьбу гайки и заставляет ее двигаться вдоль оси винта. Силами трения между винтом и гайкой часто можно пренебречь (так как их поверхности тщательно шлифуются и густо смазываются). Поэтому силы давления между винтом и гайкой направлены практически перпендикулярно к плоскости их соприкосновения. Со стороны винта на гайку действует сила $F_1$ а со стороны гайки на винт - равная ей по величине сила $F_2$. Вращая винт, нужно преодолевать составляющую силы $F_2$, направленную против движения винта, т. е. силу $f_2$. При этом в направлении оси винта на гайку действует составляющая силы $F_1$ т. е. сила $f_1$; при заданном значении $f_1$ составляющая $f_2$ тем меньше, чем меньше угол $a$. Соотношение между силами получается таким же, как для клина с углом при основании, равным а. Таким образом, угол клина, эквивалентного винту, определяется шагом винта и его диаметром. Винты, эквивалентные острому клину, делаются толстыми (большое $r$) и с малым шагом (малое $h$). Таковы, например, винты у домкрата - простого приспособления для подъема тяжестей, действие которого понятно из рис. 3.
Готовые работы на аналогичную тему
Рисунок 3. Домкрат
Винты применяются во всевозможных приспособлениях для сдавливания или крепления (болты, шурупы для дерева и т. д.). Во всех этих случаях сравнительно небольшой внешней силой можно создать большую силу давления.
Как избежать преждевременного разрушения резьбы?
Ответ: Нагреть предварительно винт-саморез до температуры размягчения пластмассы (но не расплавления!). Затем вкрутить винт в отверстие. За счет механического поля происходит формирование резьбы, а за счет теплового поля происходит ее размягчение с последующим упрочнением.
Длина ручки винта ручного пресса $l$ = 30 см, шаг винта (перемещение винта вдоль его оси при полном обороте) $h$ = 5 мм. Какова будет сила $F_2$ давления пресса, если, закручивая винт, прикладывать к концу ручки силу $F_1$ = 200 Н?
Рисунок 5. Винтовой пресс
За один оборот конец ручки винта пройдёт путь $S=2\pi l$, а винт переместится вдоль вертикальной оси на расстояние $h$. Следовательно, сила, приложенная к концу ручки, совершила работу $A_1=2\pi lF_1$, а работа силы давления пресса составит $A_2=hF_2$.
Винт в физике – это простая машина, которая по способу действия сходна с клином. На винте и навинчивающейся на него гайке есть винтовая резьба. Когда винт вращается, гайка перемещается по этой резьбе.
Рисунок 1 . Гайка, накручиваемая на винт. h – Шаг винта.
Схематическое представление винта
Для наглядного представления одного витка резьбы винта можно использовать прямоугольный треугольник, который навивается на цилиндр. Его сторона А В (катет) будет соответствовать так называемому шагу винта – тому расстоянию, на которое смещается гайка при одном полном обороте, а сторона В С – длине окружности основания цилиндра, на который наносится винтовая резьба. Гипотенузе А С будет соответствовать край одного оборота резьбы. Край другого оборота резьбы гайки А ' С ' будет примыкать к ней.
Рисунок 2 . Схематическое представление винта в виде треугольника, навитого на цилиндр
В С образует окружность, длина которой равна 2 π r ( r – радиус цилиндра с резьбой). При вращении винта происходит его нажим на резьбу гайки, который и заставляет ее совершать дальнейшее движение по оси винта. Поскольку обе поверхности, как правило, тщательно шлифуют и используют дополнительную смазку, мы зачастую можем в расчетах пренебрегать силами трения между гайкой и винтом. Следовательно, направление сил давления между ними будет практически перпендикулярным относительно плоскости их соприкосновения. Обозначим силу, действующую со стороны винта на гайку, как F 1 , а другую силу, действующую со стороны гайки, как F 2 . При вращении винта приходится преодолевать составляющую второй силы, направленной против движения винта. При этом в противоположном направлении на гайку будет действовать составляющая силы F 1 . Составляющая силы F 2 будет уменьшаться при уменьшении угла a (при заданном значении F 1 ). Мы получили такое же соотношение между этими силами, какое существует для клина, угол которого при основании равен a . Значит, зная правила винта, его шаг и диаметр, можно определить угол клина, эквивалентного винту. В случае, если клин острый, винт делают утолщенным (т.е. увеличивают величину r ). Именно такими, к примеру, являются винты простых приспособлений для поднятия тяжелых предметов (домкратов). Действие устройства показано на рисунке ниже.
Спектр применения винтов очень широк. Прежде всего, это всевозможные приспособления для крепления или сдавливания (шурупы, болты и т.д.). Используя винт для пресса, мы можем создать большую внешнюю силу давления, приложив сравнительно небольшое внешнее усилие.
Задачи на применение представлений о винтах
Условие: мини-компьютер имеет системный блок, состоящий из основания и крышки. Обе детали изготовлены из специального пластика. Крышка к основанию крепится при помощи винтов-саморезов. По всему периметру основания есть выступы с отверстиями, в которые и вкручиваются винты для компьютера при сборке. В процессе вкручивания винт нарезает резьбу внутри отверстия, совершая пластическую деформацию материала. Так обеспечивается довольно надежное крепление, однако для ремонта внутренней части компьютера системный блок приходится постоянно разбирать, и, следовательно, многократно выкручивать винты и потом ставить их на место. Из-за этого внутренняя резьба разрушается, и прочность крепления снижается, что, в свою очередь, негативно сказывается на функционировании компьютера. Как предотвратить эту проблему и снизить скорость разрушения резьбы?
Ответ: для профилактики необходимо нагреть саморез перед вкручиванием до такой температуры, чтобы пластик немного размягчился (но не расплавился), после чего поставить винты на нужное место. Механическое поле способствует быстрому формированию резьбы, а тепловое размягчает материал, после чего он упрочняется опять.
Условие: имеется ручной пресс с ручкой длиной 30 с м . При вращении винта вдоль оси при полном обороте шаг составляет 5 м м . Определите силу давления пресса при закручивании ручки с силой F 1 , равной 200 H .
Рисунок 5 . Винтовой пресс с ручкой
Решение
При одном обороте ручки проходится путь, равный 2 π l . Перемещение винта вдоль вертикальной оси осуществится на расстояние h . Значит, сила, которую мы прикладываем к концу ручки, совершила работу, равную 2 π l F 1 , а сила давления пресса – работу, равную h F 2 . "Золотое правило механики" говорит нам, что A 1 = A 2 .
Читайте также: