Как работает автомат: АКПП — как работает коробка-автомат разных конструкций

что это такое, как пользоваться автоматической коробкой передач (устройство и принцип работы)

В последнее время все больше автотранспортных средств оборудуются автоматической трансмиссией. Она более легкая и удобная в использовании и идеально подходит для новичков и движению в городе с пробками и регулярными остановками.

Содержание статьи:

• 1 Что такое АКПП и ее виды
  • 1.1 Классическая автоматическая коробка передач
  • 1.2 Роботизированная КПП
  • 1.3 Вариатор
• 2 Принцип работы АКПП
• 3 Диагностика АКПП
• 4 Устройство коробки автомат
• 5 Как пользоваться автоматической коробкой передач
  • 5.1 Режимы работы
  • 5.2 Как заводить машину на автомате
  • 5.3 Как ездить на автоматической КПП и чего нельзя делать
  • 5.4 Как эксплуатировать АКПП зимой
• 6 Плюсы и минусы автоматической КПП

Что такое АКПП и ее виды

Автоматическая коробка переключения передач — один из видов трансмиссии, при которой без вмешательства водителя выставляется необходимое передаточное число, подобранное под режим движения и другие факторы.

С технической точки зрения автоматической КПП считается только планетарная часть узла, напрямую связанная с переключением передач, и совместно с гидравлическим трансформатором образовывает единый автоматический агрегат.

К автоматическим коробкам передач принято относить классическую с гидротрансформатором, роботизированную КПП и вариатор.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторная КПП является популярной и классической моделью трансмиссии, устанавливаемой на большинстве сходящих с конвейера в настоящее время автомобилях.

Читайте также: VIN номер автомобиля: зачем нужен и как его расшифровать

Коробка автомат состоит из планетарного редуктора передач, управляющей системы и гидравлического трансформатора, который и дал ей название — гидротрансформаторная КПП. Устанавливается как на легковых автомобилях, так и на грузовых транспортных средствах.

Роботизированная КПП

Коробка робот является своеобразной альтернативой механической КПП, только переключение скоростей происходит автоматизировано посредством электрических механизмов, приводящихся в действие электронным блоком.

Единственным сходством роботизированной КПП с классической автоматической коробкой является наличие сцепления в самом корпусе коробки.

Вариатор

Вариатор — устройство плавной бесступенчатой передачи крутящего момента на колеса.

Обеспечивает уменьшение расхода топлива и улучшает динамические показатели, щадящее состояние работы двигателя автотранспорта по сравнению с АКПП или МКПП.

Вариаторы бывают ременные, цепные и тороидальные. Из вариаторов наиболее распространен с клиновидным ремнем.

Принцип работы АКПП

На автотранспорт устанавливается несколько видов автоматических КПП со своими характерными особенностями.

Упрощенно механизм работы классической АКПП состоит в передачи крутящего момента от коленвала двигателя на устройства трансмиссии, при этом происходит варьирование передаточного числа в соответствии с положением рычага селектора и условиями передвижения автотранспорта.

При пуске двигателя в гидравлический трансформатор попадает рабочая жидкость, давление увеличивается. Лопасти центробежного насоса начинают двигаться, реакторное колесо и главная турбина неподвижны в таком режиме.

При переключении рычага селектора и подачи топлива с помощью педали акселератора, лопасти насоса увеличивают обороты. Возрастающая скорость движения вихревых потоков начинает вращать лопасти турбины. Вихри масла то перекидываются к неподвижному реактору, то возвращаются назад к турбине, увеличивая ее эффективность. Крутящий момент переходит на колеса, и машина начинает движение.

Читайте также: Как реанимировать аккумулятор автомобиля в домашних условиях

По достижении требуемой скорости насосное колесо и лопастная центральная турбина движутся с одинаковой скоростью, при этом вихри трансмиссионной жидкости попадают на реакторное колесо с противоположной стороны (движение возможно только в одну сторону) и оно начинает вращение. Агрегат переходит в состояние гидравлической муфты.

Если противодействие на колеса возрастает (движение на подъем), реакторное колесо останавливает вращение и добавляет крутящий момент центробежному насосу. При достижении требуемой скорости и крутящего момента происходит смена передачи в планетарном узле.

Электронный блок управления передает команду, вследствие чего тормозящая лента и фрикционные диски замедляют пониженную передачу, а увеличившееся движение потоков жидкости через клапан разгоняют повышенную передачу и обеспечивается изменение передач без уменьшения мощности.

При полной остановке машины или уменьшении скорости, давление рабочей жидкости снижается и происходит понижение передачи.

На заглушенном двигателе в гидротрансформаторе отсутствует давление, поэтому запуск автомобиля с помощью толчка неосуществим.

Диагностика АКПП

Диагностику АКПП можно разделить на компьютерную и механическую. Компьютерная осуществляется с помощью специального автосканера, который подключается к блоку управления АКПП и двигателя.

Стоит заметить, что не все автосканеры способны диагностировать коробку передач, так что рекомендуем обратить внимание на модель корейского производства Scan Tool Pro Black Edition.

Находясь в бюджетном сегменте (цена около 2000 р.) он позволяет выявить текущие ошибки всех систем и узлов автомобиля (двигателя, коробки передач, трансмиссию, ABS, ESP, систему кондиционирования и т.д.).

Сканер прост в использовании, имеет достаточно широкий функционал и совместим с большинством автомобилей начиная с 1993 года выпуска.

Механическая диагностика проводится в том случае, когда компьютерная диагностика не дала результатов, а АКПП работает неисправно (удары при переключении, рывки, пробуксовки на передаче, срывы передач, пинки при переключении на другую передачу и т.д.).

Устройство коробки автомат

Классический автомат состоит из четырех основных компонентов:

• Гидравлический трансформатор — заменяет сцепление, преобразовывает и передает крутящий момент на колеса. Состоит из центробежного насоса, лопастной турбины и реактора, обеспечивающего плавные и точные перемены крутящего момента. Насос связан с коленвалом, а турбина — с валом коробки. Трансформация энергии осуществляется за счет потоков жидкости и давления, образованного ими. Гидротрансформатор изменяет обороты вращения и крутящий момент в незначительном интервале, поэтому к нему добавляют планетарный узел (коробку).
• Планетарный редуктор состоит из центральной шестеренки (солнечной), сателлитов, коронной шестеренки и планетарного водила. Производит переключение передач за счет блокирования одних шестеренок и разблокирования других.
• Тормозная лента, задний и передний фрикционные диски обеспечивают непосредственное включение передач.
• Система управления состоит из шестереночного насоса, маслосборника, гидравлического блока и электронного блока управления (ЭБУ). Гидравлический блок состоит из каналов с соленоидами (клапанами) и плунжерами, осуществляющими функции контроля и управления. ЭБУ осуществляет управление за счет сведений от датчиков, собирающих разнообразные показатели.

Роботизированная КПП является более совершенным вариантом МКПП с высокопродуктивными системами управления.

В вариаторе трансформация передаточного числа выполняется механизмом, имеющим в составе ведущий и ведомый шкивы, через которые проходит клиновидный ремень.

Как пользоваться автоматической коробкой передач

По утверждениям автослесарей в СТО, основные неисправности автоматических трансмиссий появляются вследствие нарушения правил эксплуатирования и несвоевременного техобслуживания коробки.

Режимы работы

В зависимости от вида автоматических коробок существуют различные режимы АКПП. Каждое положение рычага селектора или кнопки на нем предназначены для разных условий движения со своими особенностями.

Основные виды режимов АКПП и их влияние на работу автомобиля:

• Р (паркинг) — блокировка ведущих колес, вала коробки, используется только при нахождении на стоянке и прогреве;
• N (нейтраль) — вал не блокирован, автомобиль можно буксировать, равносильно нейтральной передачи у МКПП;
• D (драйв) — движение в нормальных условиях с автоматическим подбором передач;
• L (D2) — пониженная передача для движения в тяжелых условиях — бездорожье, крутые спуски и подъемы, скорость менее 40 км/ч;
• D3 — понижение передачи при небольших спусках и подъемах;
• R (реверс) — движение задним ходом, включается при полной остановке и нажатой педали тормоза;
• О/D — включение четвертой передачи при движении на высокой скорости;
• PWR — спортивный режим, для улучшения динамических качеств повышение передачи происходит на более высоких оборотах двигателя;
• Normal — для плавного и экономичного движения;
• Manu — ручной режим включения передач, рекомендуется для использования зимой.

Как заводить машину на автомате

Особенности работы автоматической КПП требуют грамотного запуска. Для защиты коробки от неправильных действий и последующих поломок были разработаны степени защиты.

В момент запуска автомобиля селектор должен находиться в положении «Р» (парковка) или «N» — нейтраль. Только в таких положениях система защиты даст пройти сигналу о пуске двигателя. В других положениях рычага повернуть ключ не получится или никаких изменений после оборота ключа не будет.

Для старта лучше воспользоваться парковочным режимом, так как у автотранспорта будут блокированы ведущие колеса и это не позволит ему скатиться. Нейтральный режим следует использовать только для экстренной буксировки.

Читайте также: АКБ — что это, устройство и принцип работы аккумулятора в автомобиле

Помимо выбора правильного режима, для запуска двигателя в большинстве автомобилей с АКПП необходимо выжать тормозную педаль, что тоже является защитой и спасает от случайного отката машины при положении селектора в режиме «нейтраль».

Большинство современных автомобилей оборудованы блокировкой рулевого колеса и замком от угона. Если при правильном выполнении всех предыдущих действий руль не крутится и ключ не проворачивается — включилась защита. Для разблокирования требуется вставить ключ в замок зажигания и попробовать аккуратно его повернуть, одновременно крутя руль в разные стороны. При синхронности этих действий блокировка снимется.

Как ездить на автоматической КПП и чего нельзя делать

Грамотная езда на автомобиле с АКПП увеличат эксплуатационный ресурс коробки и сэкономит немало средств и нервов.

Для обеспечения долговременной работы АКПП необходимо правильно подбирать режимы в зависимости от условий эксплуатации.

Для правильной езды с АКПП следует:

• трогаться после толчка, показывающего полное включение передачи;
• в условиях буксования следует включить пониженную передачу и, работая педалью тормоза, контролировать медленное вращение колес;
• используя разные режимы можно применять торможение двигателем или ограничить разгон;
• возможно буксирование автотранспорта с заведенным двигателем на скорости не больше 50 км/ч в положении селектора «нейтраль» и на расстояние не более 50 км;
• не рекомендуется буксировать другое транспортное средство, если приходится — буксируемый автомобиль должен быть не тяжелее буксирующего, режим выбрать надо D2 или L и скорость до 40 км/ч при плавном движении.

Чего не стоит делать при езде с АКПП:

• запрещено включать режим «Р» — паркинг при движении автомобиля;
• движение на нейтрали по спуску;
• запуск с толчка;
• при кратковременной остановке (на светофоре, в пробке) выбирать парковочный режим или нейтраль, это уменьшает ресурс АКПП;
• при длительной остановке в городском режиме селектор нужно поставить в положение «паркинг»;
• запрещено включение заднего хода с режима «драйв» или до полной остановки;
• нельзя на склоне сначала ставить парковочный режим, при парковке машины на уклоне следует сначала поставить на ручной тормоз, а потом в положение селектора «паркинг», для начала движения с уклона сначала педаль тормоза, потом снятие машины с ручника, а только потом выбрать режим для движения.

Как эксплуатировать АКПП зимой

Суровые погодные условия зимой приносят много забот и проблем хозяевам автомобилей с АКПП.

Рекомендации для правильной эксплуатации автомобиля с АКПП зимой:

• правильный прогрев коробки — несколько минут после запуска автотранспорт должен прогреваться, перед началом движения рекомендовано при выжатой тормозной педали поочередно включать все режимы для ускорения прогрева трансмиссионного масла;
• первые 5-10 км после начала движения следует избегать резких разгонов и пробуксовывания колес;
• чтобы выбраться со снега или льда необходимо включить пониженную передачу и используя поочередную работу педалью тормоза и газа аккуратно выехать;
• раскачка не рекомендуется, так как этот метод пагубно отразится на гидротрансформаторе;
• использование пониженных передач или полуавтоматического режима для торможения двигателем на более или менее сухом дорожном покрытии, а на скользких спусках пользоваться педалью тормоза;
• на заледеневших подъемах следует избегать пробуксовки колес и резких нажатий на педаль акселератора;
• кратковременный, но четкий и аккуратный, переход на режим «нейтраль» способствует стабилизации машины выравниванием вращения колес и выходу из заноса.

Плюсы и минусы автоматической КПП

На каждый вид трансмиссии найдется свой любитель. В связи все с большим распространением автоматических КПП следует обозначить их плюсы и минусы для грамотного подбора под нужды автовладельца.

Читайте также: Автомобильные номера как они расшифровываются и какие есть

Плюсами являются:

• автоматическое переключение передач, при котором не нужно отвлекаться, что особенно актуально для начинающих водителей;
• облегченный процесс трогания с места;
• более щадящая эксплуатация ходовой части и двигателя благодаря работе гидротрансформатора;
• улучшенная проходимость в большинстве условий.

К минусам можно отнести:

• не подходит для любителей быстрых разгонов;
• более низкая приемистость по сравнению с аналогичным автомобилем с МКПП;
• невозможно завести с толчка;
• буксирование нежелательно и возможно только при соблюдении определенных условий;
• неправильная эксплуатация приводит к поломкам;
• дорогой ремонт и обслуживание.

При правильном эксплуатировании машины с АКПП ресурс коробки достаточно высок и практически не уступает МКПП. Комфортность вождения, особенно в городских условиях, доставит немало приятных минут.

принцип и устройство для чайников

АКПП — это трансмиссия, с помощью которой можно оптимизировать изменение вращения валов в зависимости от необходимости без вмешательства водителя. Внутренний состав агрегата имеет сложную конструкцию. Дальше рассказано об устройстве АКПП и принципе работы для чайников. Знание основ позволит в срок провести обслуживание агрегата и уменьшить риск преждевременного ремонта.

Содержание

• 1 Как устроена автоматическая коробка передач
• 2 Принцип действия
  • 2. 1 Гидротрансформатор
• 3 Режимы
• 4 Виды
• 5 Сравнение с МКПП
• 6 Различия автоматов в переднеприводных и заднеприводных машинах

Как устроена автоматическая коробка передач

В состав входят 4 основных компонента:

1. Гидравлический трансформатор. Он вмещает насос, реактор и турбины. Задача узла — измерение оборотов вращения вала за небольшой временной интервал.
2. Планетарный редуктор. В состав входят зубчатые колеса разного диаметра. За счет изменения передаточных чисел происходит переключение скоростей.
3. Гидравлика. Сюда включается масляный насос, фильтр, толкатели, гидроблок с электроклапанами. Система защищает расположенные внутри коробки детали от перегрева.
4. Электронный блок. Принимает идущие от датчиков сигналы и осуществляет управление АКПП.

Если модуль управления выходит из строя — включается аварийный режим работы.

Принцип действия

Запуск АКПП происходит одновременно с включением двигателя. Работающий маслонасос нагнетает во внутреннее пространство коробки масло. Оно воздействует на гидравлический трансформатор и раскручивает его до скорости вращения коленчатого вала. Как только происходит нажатие на педаль газа и щелканье передачи, масло начинает свое движение к турбине и приводит ее во вращение. Затем смазка возвращается обратно к колесу насоса и ускоряет его.

Охлаждающую функцию масла выполняет радиатор АКПП, через который оно проходит. Расположенные в коробке датчики постоянно передают информацию на блок управления. Система считывает показания и изменяет нагрузку на мотор. Во время езды это обеспечивает щелканье скоростей в случае необходимости увеличения или уменьшения оборотов двигателя.

Также АКПП можно переключать в ручном режиме. Примером является паркинг. Включается, когда автомобиль ставится на стоянке.

Гидротрансформатор

С помощью узла обеспечивается сцепление между мотором и трансмиссией. Задача состоит в осуществлении передачи и преобразовании крутящего момента.

Функции гидротрансформатора состоят в следующем:

• Воспринимать крутящий момент и изменять его в сторону увеличения.
• Разрывать связь между двигателем и трансмиссией при изменении скорости.
• Вести защиту АКПП в случае необходимости набора скорости или торможения двигателем.
• Забирать частично крутящий с целью обеспечения плавной смены передачи.
• Гасить вибрацию от работы двигателя.

Также гидротрансформатор обеспечивает работу мотора на холостом ходу.

Режимы

Управление АКПП осуществляется через ручку. Для этого существуют разные положения. Каждое из них соответствует определенному режиму работы автомата. Количество таких позиций и их описание представлено в таблице.

Обозначение режима	Обзор
Р	Означает паркинг. Происходит блокировка вала.
N	Нейтральное положение. Отсутствует связь между колесами и двигателем.
R	Движение на задней скорости.
D	Обычное движение автомобиля.
L	Включается пониженная передача и идет блокировка дифференциала.
М	Включение ручного управления.
2	Скорость не может быть выше второй передачи.
3	-//- третей передачи.
OD	Включение режима Овердрайва. Он требуется в момент резкого набора скорости.
W	Установка положения ведется зимой по плохой дороге. Автомобиль начинает движение со второй передачи.
S / PWR	Спортивный режим езды на повышенных оборотах.

Включение ручного режима езды происходит при движении автомобиля по бездорожью, спуску, подъему или длительном обгоне.

Виды

АКПП выполняется в 3 видах. Они имеют особенности:

1. Классическая. Еще называется гидротрансформатором. Наиболее востребованная. В состав входят узлы: гидротрансформатор, редуктор и система управления. После длительной эксплуатации МКПП переходить на такое устройство тяжело.
2. Роботизированная. Переключение осуществляется командами, поступающими из блока управления. Отличительной особенностью коробки является работа одновременно двух сцеплений. За счет этого переключение ведется плавно без понижения мощности двигателя.
3. Вариатор. Конструкция предполагает отсутствие ступеней. Это позволяет изменять скорость без рывков и с максимальной плавностью. Двигаясь, автомобиль выполняет небольшой расход горючего с хорошей динамикой. В зависимости от конструкции работа вариаторов ведется на ремне, тороиде или цепи.

Последний вариант АКПП наиболее сложная, но постепенно завоевывает позиции.

Сравнение с МКПП

Существуют принципиальные конструктивные различия от автоматической коробки. Выражаются они в следующем:

1. Переключение скоростей на механике осуществляется ручным путем. Происходит это за счет принудительного перемещения шестерен в новое зацепление. Для уравнивания скоростей в момент переключения установлены синхронизаторы. В автомате все присутствующие шестерни вращаются как бы вокруг «солнца». Здесь присутствуют фрикционы, которые обеспечивают кручение выходного вала.
2. В АКПП имеется блок управления, откуда подаются команды на регулировку скорости. В МКПП такой системы нет.
3. В механике коробка соединяется с двигателем сцеплением. В автоматике эту роль выполняет гидротрансформатор. Передача вращения от двигателя осуществляется через трансмиссионную жидкость.

Различия автоматов в переднеприводных и заднеприводных машинах

Отличия выражаются в следующем:

• В автомобилях с передними ведущими колесами АКПП имеют более компактный вид.
• В тачках с задним приводом внутри корпуса присутствует дифференциал.

Других различий в таких системах нет.

Оставить отзыв

Простая машинная задача | Национальное географическое общество

Учащимся предлагается, используя предметы повседневного обихода, создать простые машины для выполнения определенных задач.

Классы

2–8

Предметы

Физика

Содержание

5 Изображения

Обзор

Ученикам предлагается с помощью повседневных предметов создавать простые машины для выполнения простых задач.

Здесь перечислены логотипы программ или партнеров NG Образование, предоставившее или дополнившее содержимое этой страницы.

Программа

Указания

1. Познакомить с идеей, что простые машины облегчают работу.

Скажите классу, что определение работы, используемое в науке, может отличаться от того, что большинство людей считает работой. Работу можно определить как силу, умноженную на расстояние (Работа = Сила х Расстояние). Попросите учащегося переложить книгу с одного стола на другой . Спросите: Это произведение по научному определению? (Да, это работа.) Вы применяете силу на определенном расстоянии. Спросите: Является ли выполнение домашней работы работой по этому определению? (Нет, домашнее задание — это не работа.) Толкать книгу по столу — это работа, потому что вы прикладываете силу (толчок) к книге на определенное расстояние (длина стола). Вы никуда не толкаете домашнюю работу.

Представьте, что вы хотите, чтобы тот же объем работы выполнялся с меньшими усилиями. В этом примере это означает, что вы по-прежнему хотите, чтобы книга переместилась с одной стороны стола на другую, но вы не хотите давить так сильно. Если вы приложите вдвое меньшее усилие, чтобы толкнуть книгу, то вам придется толкнуть книгу в два раза дальше, чтобы выполнить тот же объем работы. Или вы можете использовать простую машину, чтобы компенсировать разницу в силе, которую вы прикладываете. Объясните, что люди часто используют простые механизмы, чтобы облегчить работу.

Познакомьте класс с названиями различных простых механизмов и покажите им изображения каждого из фотогалереи «Простые механизмы»: рычаги, колесо и ось, шкивы, винты и наклонные плоскости. Скажите классу, что простые машины облегчают работу, увеличивая механическое преимущество. Скажите учащимся, что примером механического преимущества является использование когтя молотка для извлечения гвоздя. Небольшое усилие, прикладываемое к рукоятке молотка, создает большее усилие на конце молотка, что позволяет удалять застрявшие гвозди.

Объясните, что сложные механизмы, такие как роботы и автомобили, состоят из комбинаций простых механизмов и других частей. Роботы — это сложные машины, состоящие из множества простых машин. Некоторыми примерами простых машин, которые используются в конструкции роботов, являются колеса и оси для обеспечения мобильности, позволяющие роботам перемещаться с места на место, и руки роботов, которые представляют собой рычаги, позволяющие им манипулировать объектами.

Объясните, что учащиеся будут проводить простые эксперименты с простыми машинами, а затем использовать эти простые машины для решения задач.

2. Продемонстрируйте, как работают рычаги.

Соберите рычаг, приклеив маркер параллельно краю стола. Оторвите кусок малярной ленты, сделайте петлю и прикрепите к концу линейки. Поместите линейку на маркер в центральной точке, как качели, а затем плотно прижмите теннисный мяч к ленте. Пригласите студента-добровольца продемонстрировать рычаг; сначала попросите ученика осторожно поднять мяч, прикладывая силу к концу рычага (линейке), противоположному мячу. Во-вторых, попросите ученика переместить рычаг (линейку) так, чтобы мяч находился как можно ближе к точке опоры (маркеру). Попросите ученика снова нажать на рычаг, чтобы поднять мяч. Наконец, переместите рычаг (линейку) так, чтобы шарик находился как можно дальше от точки опоры (маркера), оставляя при этом часть рычага (линейки) нажатой. Попросите ученика снова нажать на рычаг, чтобы поднять мяч. Фотография каждой ситуации с рычагом доступна в фотогалерее Simple Machines Demonstrations.

Обсудите, что видел класс и что наблюдал доброволец. Спросите: При какой конфигурации рычага легче всего поднять мяч? При какой конфигурации рычага было труднее всего поднять мяч? Какая конфигурация рычага переместила мяч дальше всего от исходного положения? Как рычаг обеспечивает механическое преимущество при перемещении мяча?

3. Учащиеся выполняют задание, используя рычаги.

Введите испытание с рычагом. Объясните, что каждая группа будет пытаться переместить теннисный мяч со стола в центр рулона малярной ленты на разное расстояние. Познакомить с правилами. Руки нельзя использовать для перемещения мяча к воротам, но можно использовать руки для установки мяча на рычаг и управления рычагом. Ничто не может быть использовано для крепления шара к рычагу. Маркер нельзя отодвигать от края стола. Рулон малярной ленты нельзя перемещать без указания учителя. Победителем станет группа, которая переместит шарик в центр рулона изоленты с трех разных расстояний с наименьшим количеством попыток.

Разделите класс на группы по 2-4 человека. Раздайте каждой группе следующие предметы: теннисный мяч, жесткую линейку, цилиндрический маркер и рулон малярной ленты. Попросите учеников приклеить маркер параллельно краю парты или стола, как это было продемонстрировано ранее учителем. Теперь попросите группы отмерить 24 см (9,5 дюйма) от маркера и положить край рулона малярной ленты на бок в этой точке.

Дайте группам несколько минут для совместной работы над различными идеями по забиванию мяча в ворота. Затем дайте пять минут на исследования и эксперименты. Попросите учащихся записать расстояние 24 см (9,5 дюйма) в свой журнал и начертить конфигурацию рычага, которая лучше всего работает на этом расстоянии, непосредственно под числом. Выполните те же действия на расстоянии 15 см (6 дюймов) и 5 ​​см (2 дюйма). Наконец, учитель наблюдает, как группы демонстрируют свои конфигурации рычагов на разных расстояниях. Побеждает группа с наименьшим количеством попыток после прохождения всех трех дистанций.

4. Учащиеся знакомятся со шкивом с помощью демонстрации.

Расскажите классу, что шкивы облегчают работу, уменьшая усилие, необходимое для подъема предмета. Попросите учащегося поднять кувшин с молоком, наполненный водой, одной рукой. Затем попросите еще двух учеников держать ручку метлы на уровне плеч между собой. Теперь привяжите тонкую веревку к ручке кувшина и оставьте его на полу. Попросите ученика, который раньше поднимал кувшин, натянуть веревку на метлу и потянуть вниз конец веревки, чтобы поднять кувшин. Попросите студента описать разницу между двумя событиями. Теперь отвяжите веревку от кувшина и привяжите один конец веревки к метле. Пусть два ученика продолжают держать метлу на уровне плеч, а другой доброволец продевает свободный конец веревки через ручку кувшина, а затем обратно через метлу. Попросите того же ученика потянуть за конец веревки, чтобы поднять кувшин. Попросите студента описать различия в трех опытах. Фото второй и третьей ситуаций доступны в фотогалерее Simple Machines Demonstrations.

5. Учащиеся выполняют задание, используя блоки.

Представьте испытание со шкивом. Каждая группа будет поднимать металлические предметы с пола, используя разработанную ими систему шкивов. Познакомить с правилами. В дизайне могут быть использованы только предоставленные материалы. Руки нельзя использовать для захвата предметов. Предмет, поднятый в воздух на высоту не менее 10 см (4 дюйма), можно снять со шкива руками. В конструкции должно быть не менее двух катушек. Разрешается использовать ленту не более 15 см (6 дюймов). Часть системы шкивов может быть прикреплена скотчем к неподвижному объекту, например к столу.

Разделите класс на группы по 2-4 человека. Раздайте каждой группе следующие предметы: три пластиковые катушки; метр (3,2 фута) веревки; 1¼-дюймовый магнит для пончиков; различные мелкие металлические предметы, например скрепки; изоляционная лента; и три карандаша. Дайте группам время для совместной работы над различными идеями конструкции шкива. Затем дайте пять-десять минут на исследование и эксперименты с материалами. Предложите учащимся сделать наброски идей в своем дневнике. В заключение каждая группа продемонстрирует учителю наиболее удачную систему блоков, разработанную группой.

6. Учащиеся знакомятся с колесом и осью.

Скажите учащимся, что колесо и ось используют вращательное движение для облегчения работы. Когда усилие прикладывается к колесу, оно вызывает движение в оси, а когда оно прикладывается к оси, оно вызывает движение в колесе. Попросите учащегося взяться за узкий конец воронки и прокатить им широкий конец воронки по столу . Спросите: Это пример приложения усилия к оси или к колесу? (Усилие, приложенное к оси.) Затем пусть учащийся прикрепит конец веревки длиной 1 м (3,2 фута) к узкому концу воронки. Теперь попросите ученика повернуть воронку круговыми движениями, используя большой конец воронки. Спросите: Это пример приложения усилия к оси или колесу? (Усилие, приложенное к колесу.)

7. Учащиеся применяют знания о колесе и оси, чтобы выполнить задание.

Представьте испытание «Колесо и ось». Каждая группа попытается переместить теннисный мяч на 3 метра (примерно 10 футов), используя конструкцию, включающую колесо и ось. Познакомить с правилами. Можно использовать только предоставленные материалы. К мячу нельзя прикасаться после того, как он начал двигаться. Колесо и ось должны быть основным механизмом, с помощью которого достигается движение мяча.

Разделите класс на группы по 2-4 человека. Раздайте каждой группе следующие предметы: два листа картона, приблизительно 57 г (2 унции) глины для лепки, две питьевые соломинки, 30 см (12 дюймов) малярного скотча и 30 см (12 дюймов) веревки. Дайте группам время для совместной работы над различными идеями перемещения мяча. Затем дайте десять минут на исследования и эксперименты. Предложите учащимся делать наброски идей в своих дневниках. Когда все группы будут готовы, они будут соревноваться, какая конструкция сможет переместить мяч на наибольшее расстояние. Дайте группам пять минут на то, чтобы перестроить или отремонтировать свои автомобили после первого теста, а затем протестируйте второй раз.

8. С помощью простых машин учащиеся сконструируют робота на бумаге.

Попросите класс представить, как простые механизмы, с которыми они экспериментировали, можно использовать для создания различных рабочих частей робота. Задайте следующие вопросы: Как можно использовать рычаг? (Возможно, как часть руки или ноги.) Как насчет шкива? (Его можно использовать для управления захватом на руке робота.) А как насчет колеса и оси? (Его можно использовать как часть модуля мобильности.) Поручите учащимся создать чертежи своих собственных роботов, используя все простые механизмы, с которыми они экспериментировали в классе.

Модификация

Для старших классов включите способы расчета работы путем измерения силы и записи расстояния. Предложите учащимся составить текстовые задачи, которые должны быть решены одноклассниками, включающие использование силы и расстояния для подсчета объема проделанной работы. Студенты могут практиковаться в решении уравнений, представленных их одноклассниками. Чтобы сделать это занятие межпредметным, попросите учащихся создать эти задачи и связать их с историческим или текущим событием. Например, сколько работы потребуется, чтобы переместить один из блоков, используемых при строительстве Великой пирамиды, из точки А в точку Б?

Модификация

Если ресурсы ограничены, каждой группе может быть назначена одна машина для экспериментов, а затем отчет о своих выводах классу. Перечисленные объекты могут быть заменены другими объектами, если они работают аналогичным образом.

Модификация

Старшие школьники могут построить некоторые из простых машин самостоятельно, или обзор каждого типа простой машины может быть сокращен.

Неформальная оценка

Соберите чертежи студенческих роботов, чтобы убедиться, что все необходимые простые механизмы включены и применяются надлежащим образом.

Расширение обучения

Предложите учащимся найти в классе примеры рычагов, шкивов, колеса и оси. Некоторыми распространенными примерами рычагов являются ножницы, дырокол и смыв на унитазе в ванной. Типичные примеры шкивов включают подъемный механизм на жалюзи и механизм, используемый для подъема флага на флагштоке. Неожиданными примерами колеса и оси являются диспенсеры для ленты, дверные ручки и внутренние устройства точилок для карандашей. Более распространенными примерами колеса и оси являются колеса тележек и лопастной механизм вентиляторов. Предложите учащимся рассказать о случаях, когда они использовали рычаги, шкивы и/или колесо и ось для выполнения работы.

Цели

Предметы и дисциплины

• Физика

Цели обучения

Студенты будут:

• Понять, как простые машины облегчают работу
• Используйте простые машины для решения задач
• Поймите, что простые машины можно комбинировать для создания более сложных машин

Подход к обучению

• Обучение использованию

Методы обучения

• Демонстрации
• Открытие обучения
• Практическое обучение

Обзор навыков

Это задание нацелено на следующие навыки:

• Результаты студентов 21 века

  • Обучение и инновационные навыки

    • Критическое мышление и решение проблем

• Навыки критического мышления

  • Анализ

  • Применение

  • Создание

  • Оценка

  • Вспоминая

  • Понимание

• Научная и инженерная практика

  • Анализ и интерпретация данных

  • Задавать вопросы (для науки) и формулировать проблемы (для техники)

  • Построение объяснений (для науки) и разработка решений (для инженерии)

  • Разработка и использование моделей

  • Получение, оценка и передача информации

  • Планирование и проведение расследований

  • Использование математики и вычислительного мышления

Национальные стандарты, принципы и практика

Национальные стандарты научного образования

• (5-8) Стандарт A-1: ​​

Способности, необходимые для научных исследований

• (5–8) Стандарт A-2: 

Понимание научных исследований

• (5-8) Стандарт B-2: 

Движения и силы

• (К-4) Стандарт А-1: 

Способности, необходимые для научных исследований

• (K-4) Стандарт A-2 : 

Понимание научных исследований 

• (К-4) Стандарт В-2: 

Положение и движение объектов

• (K-4) Стандарт E-2: 

Понимание науки и техники

Научные стандарты следующего поколения

• Технический проект: 

3-5-ETS1-2. Создавайте и сравнивайте несколько возможных решений проблемы, исходя из того, насколько хорошо каждое из них соответствует критериям и ограничениям проблемы.

• Технический проект: 

3-5-ETS1-1. Определите простую проектную проблему, отражающую потребность или желание, которая включает определенные критерии успеха и ограничения по материалам, времени или стоимости.

• Технический проект: 

МС-ETS1-1. Определить критерии и ограничения проблемы проектирования с достаточной точностью, чтобы обеспечить успешное решение, принимая во внимание соответствующие научные принципы и потенциальное воздействие на людей и природную среду, которое может ограничить возможные решения.

• Технический проект: 

МС-ETS1-2. Оцените конкурирующие проектные решения, используя систематический процесс, чтобы определить, насколько хорошо они соответствуют критериям и ограничениям проблемы.

• Технический проект: 

МС-ETS1-3. Проанализируйте данные тестов, чтобы определить сходства и различия между несколькими проектными решениями, чтобы определить лучшие характеристики каждого из них, которые можно объединить в новое решение, чтобы лучше соответствовать критериям успеха.

• Технический проект: 

3-5-ETS1-3. Планируйте и проводите честные тесты, в которых контролируются переменные и учитываются точки отказа, чтобы определить аспекты модели или прототипа, которые можно улучшить.

• Технический проект: 

МС-ETS1-4. Разработайте модель для генерации данных для итеративного тестирования и модификации предлагаемого объекта, инструмента или процесса, чтобы можно было достичь оптимального дизайна.

• Движение и устойчивость: силы и взаимодействия: 

МС-ПС2-2. Спланируйте исследование, чтобы предоставить доказательства того, что изменение движения объекта зависит от суммы сил, действующих на объект, и массы объекта.

• Движение и устойчивость: силы и взаимодействия: 

3-ПС2-1. Спланируйте и проведите расследование, чтобы предоставить доказательства воздействия объекта.

• Движение и устойчивость: силы и взаимодействия: 

3-ПС2-2. Проведите наблюдения и/или измерения движения объекта, чтобы получить доказательства того, что шаблон можно использовать для предсказания движения в будущем.

Подготовка

Что вам понадобится

Материалы, которые вы предоставляете

• Маркеры
• Пластилин для лепки
• Метла или толстая деревянная палка
• Бумага для карточек
• Магниты для пончиков
• Пустые катушки (3 на группу)
• Ручки
• Журнал или бумага
• Большая круглая воронка
• Малярная лента
• Кувшин для молока с водой
• Жесткие линейки
• Круглые карандаши
• Мелкие металлические предметы, такие как скрепки
• соломинки
• Теннисные мячи
• Тонкая веревка
• Строка

Требуемая технология

• Доступ в Интернет: требуется

Физическое пространство

• Класс

Настройка

Обустройте класс так, чтобы учащимся было удобно работать в группах по 4–5 человек. Выделите место, например коридор, для тестирования колес и осей.

Группировка

• Обучение в больших группах

Предыстория и словарный запас

Исходная информация

Простые машины облегчают работу тремя способами: увеличивая расстояние, на котором действует сила, изменяя направление прилагаемой силы или умножая силу на скорость приложенной энергии.

Колесо и ось — это машина, в которой колесо прикреплено к центральной оси. Это означает, что если вращается колесо, то должна вращаться и ось, а если вращается ось, то должно вращаться и колесо. Поворот колеса на большее расстояние приводит к более короткому и более мощному движению оси. Поворот оси на меньшее расстояние перемещает колесо на большее расстояние.

Одиночный шкив меняет направление приложения силы, но не облегчает работу. Если два или более шкива используются вместе, они позволяют поднимать груз с меньшим усилием, но расстояние, которое должен пройти конец каната, чтобы поднять груз, больше, чем расстояние, которое должен пройти груз.

Наклонная плоскость дает преимущество за счет изменения направления приложения силы и увеличения расстояния, которое необходимо пройти, чтобы выполнить работу. Клин — это разновидность наклонной плоскости, которая работает по-другому, концентрируя силу на меньшей площади.

Винт — это механизм, который можно описать как наклонную плоскость, навитую по спирали вокруг цилиндра. Когда вы поворачиваете винт, он преобразует вращательное движение в движение вперед или назад.

Рычаг состоит из плоской жесткой плоскости или стержня, который использует точку опоры в качестве точки поворота. Сила, приложенная к концу рычага, приводит к движению в противоположном направлении на другом конце. Расположение точки опоры определяет, будет ли рычаг умножать силу или расстояние.

Предыдущие знания

[]

Рекомендуемая предыдущая деятельность

• Нет

Словарь

Срок	Часть речи	Определение
сила	сущ.	сила или энергия, которая активирует движение.
наклонная плоскость	сущ.	плоская поверхность (плоскость), образующая косой угол (наклон) с горизонтом.
рычаг	сущ.	стержень, который вращается на неподвижной опоре или точке опоры и чаще всего используется для перемещения объекта во второй точке под действием силы, приложенной к третьей точке.
шкив	сущ.	колесо с веревкой, лентой или кабелем вокруг него, используемое для выработки энергии или перевозки грузов на короткие расстояния.
винт	сущ.	Инструмент в форме гвоздя со спиральной канавкой и прорезной головкой, предназначенный для введения в материал путем вращения (как в случае с отверткой) и используемый для скрепления между собой кусков твердого материала.
простые машины	существительное во множественном числе	Элементарные механизмы, включая рычаг, колесо и ось, шкив, наклонную плоскость, клин и винт.
колесо и ось	сущ.	машина, состоящая из желобчатого колеса, вращаемого шнуром или цепью, с прочно закрепленным валом (осью, часто используемой для намотки).
работа	глагол	использовать силу для перемещения объекта на расстояние (когда и сила, и движение объекта находятся в одном направлении.)

Для дальнейшего изучения

Интерактивы

• Интерактивная игра

• Собери робота, используя игру «Простые машины»

• Игра «Простые машины»

• Создайте и протестируйте игру про роботов

Веб-сайты

• Урок зачарованного обучающего рычага

• Эдхеды

Funder

Как работает швейная машина?

Механизм швейной машины основан на двух основных принципах:

1. Двуниточное шитье.
2. Идеальная синхронизация стежков и движения ткани.

Все швейные машины (современные или старые, электронные* или компьютеризированные, производства Singer, Brother или других) работают таким образом. И делают с 1834 года!

*Кстати, стоит отметить, что даже если мы обычно называем их «электронными» швейными машинами, «электромеханическими» будет точнее, учитывая, что это просто механические машины, оснащенные электронной схемой для выбора настроек. В основном, электронная часть представляет собой пульт дистанционного управления. Механизм машины не меняется.

Таким образом, швейные машины эволюционировали с точки зрения материалов, источников питания, опций и т. д., но сам механизм остался практически нетронутым с тех пор, как Уолтер Хант изобрел его почти 200 лет назад .

Гениальным основанием его изобретения было осознание того, что для замены мужчин (или, в данном случае, женщин) машинами ему нужно было придумать совершенно новую технику шитья , подходящую для механического процесса, а не для имитации человеческого способ шитья.

Вот его техника:

1) Двуниточное шитье

Ручной стежок делается путем прохождения иглы через всю ткань, вытягивая за собой одну нить. Игла является ключевым элементом.

Но в швейной машине единственная цель иглы — проколоть ткань, чтобы протолкнуть одну нить, чтобы она могла завязать узел со второй ниткой, прежде чем вытянуть ее обратно. Узел стал сердцевиной.

Вот замедленная GIF-анимация того, как работает швейная машина:

1. Игла, привязанная к катушке с нитью (или верхней нитью), прокалывает как ткань, так и игольную пластину под ней.

   В отличие от ручных игл, ушко (= отверстие) иглы для швейных машин находится на заостренном конце, что позволяет ей проталкивать нить через ткань, не проходя сквозь нее.

2. Затем игла немного поднимается, так что нить, прижатая к нижней стороне игольной пластины, складывается в петлю .
3. Петля захватывается вращающимся крючком (шпульным колпачком), который расширяет ее и заставляет вращаться вокруг корпуса, а маленькую шпульку внутри. Эта шпулька подает вторую нить (также называемую нижней нитью).
4. Когда крючок завершит вращение, нижняя нить захватывается петлей верхней нити и вместе они образуют узел .
5. Наконец, игла протягивает верхнюю нить обратно вверх, затягивая узел на ткани. Стежок выполнен, и цикл можно начинать снова.

Теперь посмотрим, как движется ткань между стежками.

2) Синхронизация шитья и движения ткани

Машинное шитье было бы невозможно без сложного механизма ремней, приводных валов и кривошипов , которые преобразуют вращение двигателя в синхронизированное движение:

• иглы и двух нитки для сшивания
• прижимную лапку и гребенки транспортера, которые протягивают ткань вперед между двумя стежками.

Самый простой способ понять, как работает ваша швейная машина, это открыть ее и посмотреть. Но если вы боитесь повредить его, мы сделали это за вас.

Все начинается с источника питания машины, которым в настоящее время является электродвигатель [1] , управляемый педалью.

Вращение двигателя приводит в движение ремень [2] , натянутый между двумя дисками. Проще говоря, это похоже на велосипедную цепь, соединенную одной стороной с диском, который вращается при нажатии на педаль (= двигатель), а другой — с диском, соединенным с колесом (= маховиком [3]).

Этот ручной маховик [3] соединен с верхним приводным валом [4] . Приводной вал представляет собой цилиндр любой длины, который вращается сам по себе, чтобы передавать движение от одной части машины к другой. В случае швейных машин верхний вал передает движение двум компонентам:

1. Кривошип [5], который поднимает и опускает вертикальную ось, соединенную с иглой [6] .
2. Второй ремень [7] соединен со вторым приводным валом [8]. Эти две части параллельны первой и имитируют ее, что позволяет механизму в нижней части швейной машины идеально синхронизироваться с верхней частью.

Нижний механизм [9] состоит из шпульного колпачка и его нижней нити, которая образует узел с верхней нитью , и гребенок транспортера, перемещающих ткань между стежками.