Поддергивается машина под малой нагрузкой: Машина дергается при движении на малых оборотах – причины и методы устранения

Причины, по которым машина дергается во время движения

Подергивания и рывки при езде могут свидетельствовать о проблеме с двигателем, коробкой передач, трансмиссией либо с их опорами. Поэтому перед проверкой узлов и агрегатов важно выделить характерные факторы, при которых проявляются подергивания.

Причина – неисправность двигателя

Машина дергается при движении из-за пропусков зажигания, возникающих в одном либо сразу нескольких цилиндрах. Вероятные причины:

• проблема с топливовоздушной смесью;
• неисправность системы зажигания, проявляющаяся несвоевременной подачей искры в цилиндры либо недостаточной силой искрового разряда;
• неправильная работа датчиков.

Большинство причин подергиваний начнут проявлять себя на переходных режимах (при резком ускорении или сбрасывании газа). На автомобилях с умной системой самодиагностики обязательно зажжется лампа Check Engine. Подключив диагностический сканер и считав ошибки, вы, скорее всего, увидите следующие коды неисправности:

• Р0300 — многочисленные пропуски зажигания;
• Р030Х, где Х – порядковый номер цилиндра, в котором зарегистрированы пропуски;
• Р0171 – бедная смесь и/или Р0172 – богатая смесь.

Коды неисправности по пропускам зажигания регистрируются ЭБУ двигателя с помощью датчика положения коленчатого вала (ДПКВ), который видит неработающий цилиндр по неравномерному вращению коленвала. Ошибки по смеси возникают вследствие попадания в выхлопную систему несгоревшего кислорода и бензина, что регистрируется системой контроля токсичности выхлопных газов при помощи лямбда-зонда.

Диагностика системы зажигания

1. Проверка свечей зажигания, в которую входит оценка керамической изоляции на предмет пробоя искры, контроль зазора между электродами и степени эрозии бокового электрода.
2. Диагностика катушки зажигания. Проверяются катушки при помощи разрядника с регулируемым зазором между электродами. К примеру, исправная индивидуальная катушка должна пробивать воздушный зазор в 1.8-2 см. Если справится с таким стресс-тестом катушка не в силах, значит, с обеспечением качественной искры в камере сгорания у нее также будут проблемы. Нелишним в процессе диагностики будет побрызгать корпус катушки водой, а затем провести по его периметру контролькой, подключенной к массе АКБ. Так вы выявите места стекания искры на массу.
3. Проверка высоковольтных проводов зажигания. Начните с визуального осмотра наконечников на предмет трещин. Проверьте сопротивление. Но самый достоверный метод проверки полностью повторяет способ диагностики корпуса катушки зажигания на предмет стекания искры на массу. Заметить убегающую искру удобнее всего при отсутствии освещения.

При любом подозрении на пробой изоляции в высоковольтной цепи к высоковольтным проводам и катушке на работающем двигателе следует прикасаться в прорезиненных перчатках. Иначе есть риск получить болезненный удар силой 24000-40000 В.

На автомобилях с контактной системой зажигания в случае рывков при движении следует проверить угол опережения зажигания, качество контактов в цепи низкого напряжения, состояние бегунка, контактов прерывателя и зазор между ними, исправность вакуумного корректора распределителя зажигания.

Выявляем проблемы со смесью

1. Проверьте давление в топливной рампе. В случае низкого давления в рампе машину дергает при движении под нагрузкой и при попытках резкого ускорения. Проверить давление можно через специальный штуцер либо переходник, который позволит подключиться вразрез топливной магистрали. Для замера давления можно приобрести специальный набор либо изготовить прибор самостоятельно. Вам потребуется лишь манометр со шкалой измерения до 7 кг/см2, шланг, тройник, «мама» и «папа» быстросъемного типа.
2. Проверьте подсос воздуха. Подсос неучтенного воздуха проявляет себя на малом газу, когда дроссельная заслонка открыта меньше 25-30%, а также при резком сбросе газа. При таких условиях разряжение во впускном коллекторе атмосферного двигателя больше всего. Проверяется вакуумная система с помощью дымогенератора. Помимо подергиваний на переходных режимах, вы можете заметить плавающие обороты, потряхивание и нестабильную работу двигателя в режиме малых нагрузок.

На автомобилях с карбюраторной системой питания рывки при разгоне чаще всего связаны с неисправностью ускорительного насоса, засорением фильтрующих элементов. Если неисправность проявляет себя на холодную, проверьте циркуляцию охлаждающей жидкости через впускной коллектор, регулировки качества и количества.

Неисправности датчиковой аппаратуры

Вполне вероятно, что подергивания вызваны поломкой датчика. Если ЭБУ способен отследить аномалию в показаниях, в энергонезависимой памяти сохранится соответствующий код неисправности. Наиболее вероятные причины рывков:

• износ резистивного слоя датчиков положения дроссельной заслонки, педали акселератора. Из-за пропадания сигнала, дребезга контактов, ЭБУ двигателя не в состоянии оценить фактическую нагрузку. Чаще всего дергается машина при езде на малом газу. При размеренном движении по трассе и городу большую часть времени двигатель находится в режиме малой и средней нагрузки, что соответствует 10-45% открытия дросселя. Соответственно, скользящий контакт резистивных датчиков чаще всего перемещается в этой зоне, стирая токопроводящий слой. Поэтому на полном газу автомобиль может разгоняться плавно, но при этом дергаться в режиме малой и частичной нагрузки. Поверить датчики можно с помощью диагностического сканера, наблюдая за его показаниями в реальном времени;
• загрязнение ДМРВ. Наблюдается характерный рывок при начале ускорения с первой передачи. Из-за загрязнений падает чувствительность датчика, а вместе с тем и способность адекватно посчитать количество воздуха, поступающего в цилиндры. На дизельных ДВС неисправность сопровождается густым черным дымом при перегазовках. Диагностировать исправность датчика можно измерением напряжения на его выводах при включенном зажигании. С помощью диагностического сканера можно в реальном времени наблюдать за показаниями датчика, сравнивая фактическое количество воздуха с эталонными значениями на разных режимах работы двигателя.

Видео:Машина Дергается при Движении Несколько Причин

Особенности автомобилей с АКПП

Если вы замечаете, что машина дергается в момент переключения передач, причину следует искать в механической или электронной части АКПП. Типичные неисправности гидротрансформаторных автоматов:

• недостаточный уровень жидкости ATF;
• износ соленоидов, их посадочных мест в гидроблоке;
• загрязнение соленоидов, золотников, каналов гидроблока;
• износ тормозной ленты (отдельные типы АКПП).

На автомобилях с роботизированной КПП рывки при езде могут быть связаны с перегревом сцепления, когда ЭБУ начинает быстрее смыкать ведомый и ведущий диски для уменьшения их нагрева. Подергивания чаще всего возникают после тянучки в пробке и могут полностью исчезать при восстановлении рабочей температуры сцепления. Неисправности, вызывающие подергивания:

1. Износ ведомого диска корзины сцепления.
2. Износ щеток, загрязнение, обрыв в цепи электродвигателя актуатора.
3. Износ рычагов, зубчатых колес актуатора (первые рывки появляются при старте с места).

Отдельного внимания заслуживают роботизированные КПП DSG с сухим сцеплением. Износ двухдискового сцепления – одна из самых частых причин рывков при переключении. Второе слабое место – Mechatronic (электрогидравлический блок управления коробкой передач). Из-за повышенных температурных нагрузок нередко выходят из строя датчики, клапаны, нарушается качество контактов. Быстрое старение жидкости ATF приводит к засорению каналов внутри мехатроника, износу соленоидов.

Для продления срока службы роботизированных коробок передач производитель рекомендует переводить КПП в нейтраль при остановке более чем на 5 с.

Рывки при езде на автомобиле с вариатором свидетельствуют о повреждении конусов, растянутом ремне, недостаточном количестве масла. Для каждого из типов автоматических коробок передач крайне важен параметр адаптации. На многих моделях коробок программное обеспечение нужно заново обучать даже после плановой замены трансмиссионной жидкости.

Почему машина дергается при разгоне: где искать неисправность

Подергивания при разгоне зачастую свидетельствуют о перебоях в подаче топлива либо о неисправностях в системе зажигания. Рассмотрим, почему машина дергается при резком нажатии на педаль газа, движении на малой скорости или под нагрузкой. Отдельно расскажем о причинах, которые приводят к рывкам при езде на автомобиле с АКПП, вариатором.

Пропуски зажигания

Чаще всего автомобиль при разгоне начинает дергаться из-за неисправности в системе зажигания. Топливовоздушная смесь (ТПВС) в одном либо сразу нескольких цилиндрах не поджигается, из-за чего резко снижается развиваемый двигателем крутящий момент. В случае с пропусками зажигания рывки особенно проявляются при движении на подъем, когда возрастает нагрузка на двигатель. При этом на холостом ходу и даже резком поднятии оборотов на месте проблема может не проявлять себя.

При движении на малой скорости и попытке быстро ускориться блок управления двигателем (ECU) реагирует на резкое открытие дроссельной заслонки увеличением порции топлива. Из-за обогащения смеси растет сопротивление пробоя между электродами свечи зажигания. В таких условиях для возникновения мощного разряда все компоненты системы зажигания должны работать безупречно.

Если автомобиль начал дергаться на газу, а на бензине разгоняется без рывков, начните с диагностики системы зажигания. Среда газовой смеси имеет большее сопротивление пробоя, поэтому неисправность начинает проявлять себя в первую очередь при работе на сжиженном топливе.

Ошибка двигателя P0300

Современные ECU (Engine Control Module) оснащаются развитой программой самодиагностики, которая позволяет точно идентифицировать многие неисправности. Поскольку в случае плохого сгорания ТПВС в цилиндрах несгоревшее топливо выходит в атмосферу, загрязняя ее, стандарт OBD II предполагает идентификацию пропусков зажигания. При обнаружении неисправности в энергонезависимую память ЭБУ записываются соответствующие коды неисправности:

• Р0300 – многочисленные пропуски воспламенения. Свидетельствует о повторяющихся перебоях в работе нескольких/всех цилиндров;
• Р0301 – пропуски зажигания в первом цилиндре;
• Р0302 – пропуски воспламенения во втором цилиндре;
• Р0303 – пропуски зажигания в третьем цилиндре;
• Р0304 – пропуски воспламенения в четвертом цилиндре.

Последняя цифра в коде всегда обозначает порядковое число цилиндра.

При обнаружении многочисленных пропусков ЭБУ способен отключить неисправный цилиндр, чтобы не спровоцировать поджог бензина в выхлопной системе и повреждение катализатора. Для выхода из аварийного режима на многих авто достаточно перезапустить  двигатель. На некоторых авто придется на 2-3 минуты снять клемму с аккумулятора.

Как не пойти по ложному пути?

Считывая сохраненные коды неисправности, важно понимать, что ошибка пропусков зажигания не всегда указывает на неисправность системы зажигания. Она лишь дает направление для дальнейшей диагностики и понимание того, в каком из цилиндров не происходит горение топливной смеси. Возможность регистрировать пропуски зажигания появляется благодаря анализу сигнала датчика положения коленчатого вала (ДПКВ). По количеству импульсов с задающего диска на единицу времени ECU оценивает равномерность вращения коленчатого вала. Если в одном из цилиндров нарушается процесс горения смеси, то на соответствующем такте коленчатый вал не получает должного ускорения. Порядковый номер цилиндра определяется благодаря синхронизации сигнала ДПРВ и ДПКВ и поэтому ЭБУ не в состоянии оценить, почему машина дергается при ускорение. Подвисание или отказ топливной форсунки, неисправность свечи зажигания, катушки либо прогар клапан – все эти причины могут вызвать регистрацию пропусков.

Ищем причину в системе зажигания

• Вышедшие из строя свечи зажигания. Пробой искры через керамический изолятор, нарушение воздушного зазора из-за эрозии электродов – самые частые причины пропусков.
• Неисправность высоковольтных проводов. Причина может быть в обрыве провода, повреждении наконечника, выгорании резистора или пробое изоляции, из-за чего заряд по пути наименьшего сопротивления стекает на массу, а не генерируется свечой зажигания внутри цилиндров.

Не до конца  одетый наконечник высоковольтных проводов (ВВП) также становится причиной пробоя искры на массу. Такие ситуации часто возникают на авто, где доступ к свечам ограничен впускным коллектором. При должной сноровке на многих моторах свечи зажигания можно поменять без снятия коллектора, вот только из-за ограниченного доступа к наконечникам ВВП после ремонтных работ возникают рывки на малой скорости.

• Поломка катушки зажигания. Внутри катушки генерируется высоковольтное напряжение. Как и в случае с ВВП, нарушение изоляции корпуса приведет к стеканию искры на массу. Среди прочих распространенных причин поломки выделяют межвитковое замыкание, приводящее к перегреву. Проявляют себя поломки увеличением времени накопления заряда, уменьшением силы импульса, отсутствием затухающих колебаний и созданием помех.
• Нарушение контакта в цепи питания катушки зажигания. Стоит не только проверить питающее напряжение, массу, но и осмотреть соединительные колодки на предмет обломанных защелок, фиксаторов, убедиться в целостности изоляции проводов. Нередко при таких неисправностях подёргивания и глохнущий двигатель начинают беспокоить владельца в сырую погоду либо после проезда неровностей.

Система питания

Автомобиль дёргается при трогании с места и глохнет, если система топливоподачи не может покрыть потребление форсунок. Также вы заметите провалы при разгоне, а в некоторых случаях двигатель и вовсе может заглохнуть. Распространенные причины:

1. Уменьшение производительности бензонасоса. Неисправность может возникнуть как из-за износа щеточного узла, выработки на коллекторе электродвигателя, так и из-за окислов или перетертых проводах в цепи включения насоса.
2. Забитая сеточка грубой очистки и/или фильтр тонкой очистки. Из-за уменьшившегося проходного сечения канала насосу тяжелее прокачать бензин через топливопровод.

Во всех описанных случаях внутри системы питания возникает инертность, что отражается на разгоне инжекторного двигателя. Но также не стоит исключать проблему с топливными форсунками. Если они забиты либо периодически не открываются по причине неисправности, отсутствии управляющего импульса, то при езде вы также заметите подергивания и провалы в тяге.

Проблемы с АКПП, роботом и вариатором

Чаще всего проблемы при движении на малых оборотах, встречается у вариаторного типа трансмиссии. На автомобилях с гидротрансформаторной АКПП или роботизированной коробкой передач толчки и рывки возможны только при переключении ступеней и старте с места. Такого рода симптомы довольно легко отличить от проблем с двигателем, так как проявляются они только при смене передачи или начале движения.

Куда сложнее ситуация с бесступенчатой коробкой передач. При движении клиноременной передачи по шкивам смена передаточного числа происходит незаметно для водителя. Но в случае появления выработки на шкивах, растянутом ремне, неправильной работе гидроблока или гидротрансформатора, владелец может ощутить рывки на малой скорости.

Первое, что необходимо сделать в такой ситуации, – обратить внимание на уровень и состояние трансмиссионной жидкости. Замена масла в вариаторе регламентируется автопроизводителем. Но для повышения надежности агрегата рекомендуемый интервал нужно сокращать минимум на 1/3.

После замены масла в вариаторе необходимо обнулить счетчик деградации трансмиссионной жидкости.

Карбюраторные и дизельные ДВС

Для диагностики карбюраторной системы питания важно не только понимать принцип работы карбюратора, но и алгоритм работы контактного/бесконтактного зажигания. Если карбюраторный мотор дергается на малых скоростях, обратите внимание на исправность отсекателя, ускорительного насоса, чистоту главной дозирующей заслонки и поплавковой камеры.

Видео:Почему машина дёргается при разгоне?

Основные причины подергиваний дизельного ДВС:

• неисправность системы управления перепускным клапаном, геометрией турбины;
• загрязнение ДМРВ;
• неисправность ТНВД.

Сложность конструкции дизельного двигателя затрудняет самостоятельную диагностику, а потому поиск причины рывков при разгоне лучше доверить профильной СТО.

9.3 Простые машины — физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Описывать простые и сложные машины
• Расчет механического преимущества и эффективности простых и сложных машин

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

• (6) Научные концепции. Учащийся знает, что изменения происходят в физической системе, и применяет законы сохранения энергии и импульса. Ожидается, что студент:
  • (C) описывать простые и сложные механизмы и решать задачи, связанные с простыми механизмами;
  • (D) определяют входную работу, выходную работу, механическое преимущество и эффективность машин.

Кроме того, Руководство по физике для средней школы рассматривает содержание этого раздела лабораторной работы под названием «Работа и энергия», а также следующие стандарты:

• (6) Научные концепции. Учащийся знает, что изменения происходят в физической системе, и применяет законы сохранения энергии и импульса. Ожидается, что студент:
  • (Д)
    продемонстрировать и применить законы сохранения энергии и сохранения импульса в одном измерении.

Основные термины раздела

сложная машина	выход эффективности	идеальное механическое преимущество	наклонная плоскость	входная работа
рычаг	механическое преимущество	выходная работа	шкив	винт
простая машина	клин	колесо и ось

Поддержка учителей

Поддержка учителей

В этом разделе вы примените то, что узнали о работе, чтобы найти механические преимущества и эффективность простых машин.

[BL][OL] Спросите учащихся, что они знают о машинах и работе. Развейте любые заблуждения о том, что машины сокращают объем работы. Следите за тем, чтобы учащиеся не приравнивали машины и двигатели, запрашивая (и, при необходимости, предоставляя) примеры машин без двигателя. Объясните, что простые машины часто держат в руках и что они снижают силу, а не работают.

[AL] Запросить напоминание формулы W = f d . Объясните, что произведение силы на расстояние имеет решающее значение для понимания простых механизмов. Поскольку объем работы не меняется, срок f d не меняется, но сила может уменьшаться при увеличении расстояния. Это основной принцип всех простых машин.

Простые машины

Простые машины облегчают работу, но не уменьшают ее объем. Почему простые машины не могут изменить объем выполняемой вами работы? Напомним, что в закрытых системах общее количество энергии сохраняется. Машина не может увеличить количество энергии, которую вы в нее вкладываете. Итак, чем полезна простая машина? Хотя она не может изменить объем выполняемой вами работы, простая машина может изменить величину силы, которую вы должны приложить к объекту, и расстояние, на котором вы прикладываете силу. В большинстве случаев для уменьшения силы, которую необходимо приложить для выполнения работы, используется простая машина. Обратной стороной является то, что вы должны приложить силу на большее расстояние, потому что произведение силы и расстояния, f d (что равно работе) не меняется.

Давайте посмотрим, как это работает на практике. На рис. 9.8(а) рабочий использует своего рода рычаг, чтобы приложить небольшое усилие на большом расстоянии, в то время как монтировка тянет гвоздь с большой силой на небольшом расстоянии. На рис. 9.8(b) показано, как математически работает рычаг. Сила усилия, приложенная в точке F _e , поднимает груз (сила сопротивления), который давит вниз в точке F _р . Треугольный стержень называется точкой опоры; часть рычага между точкой опоры и F _e — плечо усилия, L _e ; а часть слева — это рычаг сопротивления, L _r . Механическое преимущество — это число, которое говорит нам, во сколько раз простая машина увеличивает силу усилия. Идеальное механическое преимущество, IMA , представляет собой механическое преимущество совершенной машины без потери полезной работы, вызванной трением между движущимися частями. Уравнение для IMA показан на рис. 9.8(b).

Рисунок
9,8

а) Рычаг представляет собой разновидность рычага. (b) Идеальное механическое преимущество равно длине плеча усилия, деленному на длину плеча сопротивления рычага.

В общем, IMA = сила сопротивления, F _r , деленная на силу усилия, F _e . IMA также равняется расстоянию, на котором прилагается усилие, d _e , деленное на расстояние, которое проходит груз, d _r .

IMA=FrFe=dedrIMA=FrFe=dedr

Возвращаясь к сохранению энергии, для любой простой машины работа, вложенная в машину, Вт _i равна работе, производимой машиной, Вт _o . Объединив это с информацией из предыдущих абзацев, мы можем написать

.

Wi=WoFede=FrdrIf  Fedr.Wi=WoFede=FrdrIf  Fedr.

Уравнения показывают, как простая машина может производить тот же объем работы, уменьшая величину усилия за счет увеличения расстояния, на котором действует усилие.

Смотреть физику

Введение в механические преимущества

В этом видеоролике показано, как рассчитать IMA рычага тремя различными методами: (1) по силе усилия и силе сопротивления; (2) от длин плеч рычагов, и; (3) от расстояния, на котором приложена сила, и расстояния, на которое перемещается груз.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Начало этого видео может вызвать больше путаницы, чем просветления. Он показывает вывод с использованием триггерных функций, который выходит за рамки этой главы. Заинтересованные студенты могут захотеть пройти через это. Большинству студентов следует пропустить последние две или три минуты, которые объясняют основы расчета IMA рычага из различных соотношений. Обзор W = f d .

Физика часов: введение в механические преимущества.
В этом видео представлены простые машины, механическое преимущество и моменты.

Нажмите, чтобы просмотреть содержимое

Двое детей разного веса катаются на качелях. Как они располагаются относительно точки опоры (точки опоры), чтобы сохранять равновесие?

1. Более тяжелый ребенок сидит ближе к точке опоры.

2. Более тяжелый ребенок сидит дальше от точки опоры.

3. Оба ребенка сидят на равном расстоянии от точки опоры.

4. Поскольку оба имеют разный вес, они никогда не будут сбалансированы.

Некоторые рычаги прикладывают большое усилие к короткому рычагу. Это приводит к тому, что на конце рычага сопротивления действует меньшая сила на большем расстоянии. Примерами этого типа рычага являются бейсбольные биты, молотки и клюшки для гольфа. В другом типе рычага точка опоры находится на конце рычага, а груз — посередине, как в конструкции тачки.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[AL]Скажите учащимся, что есть еще два класса рычагов с различным расположением нагрузки, точки опоры и усилия. Попросите их сначала попытаться нарисовать их. После того, как они с вашей помощью или без вас обнаружат три типа, спросите, могут ли они придумать примеры типов, не показанных на рис. 9.8.

Простая машина, показанная на рис. 9.9, называется колесом и осью . На самом деле это форма рычага. Разница в том, что рычаг усилия может вращаться по полному кругу вокруг точки опоры, которая является центром оси. Сила, приложенная к внешней стороне колеса, вызывает большее усилие, приложенное к веревке, обернутой вокруг оси. Как показано на рисунке, идеальное механическое преимущество рассчитывается путем деления радиуса колеса на радиус оси. Любое устройство с кривошипным приводом является примером колеса и оси.

Рисунок
9,9

Сила, приложенная к колесу, действует на его ось.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Посмотрите, уловили ли учащиеся идею о том, что колесо и ось на самом деле являются разновидностью рычага. Покажите им, что это больше похоже на рычаг, если колесо заменить рукояткой. Приведите несколько примеров: лебедка с ручным приводом, рулевое колесо, дверная ручка и т. д. Спросите их, почему рулевые колеса имели больший диаметр до изобретения гидроусилителя руля.

[AL] Объясните, что колеса транспортных средств на самом деле не являются простыми механизмами в том смысле, в каком они показаны на рис. 9.9. Ось транспортного средства не работает под нагрузкой. Потери энергии на трение уменьшаются, но ничего не поднимается.

Наклонная плоскость и клин — две формы одной и той же простой машины. Клин — это просто две наклонные плоскости, расположенные спиной к спине. На рис. 9.10 показаны простые формулы для расчета IMA s этих машин. Все наклонные мощеные поверхности для ходьбы или вождения представляют собой наклонные плоскости. Ножи и головки топоров являются примерами клиньев.

Рисунок
9.10

Слева показана наклонная плоскость, справа – клин.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Расскажите о сходстве и различиях наклонных плоскостей и клиньев. Обратите внимание, что при использовании наклонной плоскости груз перемещается, а при использовании клина груз неподвижен, а машина движется. Объясните, почему в этих машинах на трение обычно теряется больше энергии, чем в других простых машинах.

Винт, показанный на рис. 9.11, на самом деле представляет собой рычаг, прикрепленный к круглой наклонной плоскости. Шурупы по дереву (конечно) также являются примерами шурупов. Рычажная часть этих винтов представляет собой отвертку. В формуле для IMA расстояние между витками резьбы называется шагом и имеет символ P .

Рисунок
9.11

Показанный здесь винт используется для подъема очень тяжелых предметов, например, угла автомобиля или дома на небольшое расстояние.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Предложите выделить винт в отдельный тип простой машины, возможно, потому, что он выглядит совсем иначе, чем он есть на самом деле — наклонная плоскость, которую иногда поворачивает рычаг. Объясните, что комбинированное механическое преимущество может быть большим. Устройства, подобные показанному на рис. 9.10, используются для подъема автомобилей и даже домов. Предложите учащимся сравнить этот шуруп с шурупом для дерева и круглой лестницей.

[AL] Спросите учащихся, чем сила, прикладываемая шурупом, отличается от силы, приложенной шурупом на рис. 9.10. Попросите объяснить 2 ππ в уравнении для IMA .

На рис. 9.12 показаны три различные системы шкивов. Из всех простых машин механическое преимущество легче всего рассчитать для шкивов. Просто посчитайте количество канатов, поддерживающих груз. Это IMA . И снова мы должны применять силу на более длинном расстоянии, чтобы умножить силу. Чтобы поднять груз на 1 метр с помощью системы шкивов, вам нужно потянуть N метра веревки. Системы шкивов часто используются для подъема флагов и оконных жалюзи и являются частью механизма строительных кранов.

Рисунок
9.12

Здесь показаны три системы шкивов.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Расчет для IMA шкива кажется слишком простым, чтобы быть правдой, но это так. Попросите учащихся попытаться понять, почему IMA — это просто N . Скажите им, что просмотр видео должен прояснить этот момент. Шкивы когда-то видели на парусных кораблях и фермах, где они использовались для подъема тяжелых грузов. Выступ, который вы, возможно, видели на конце старых крыш сарая, — это место, где когда-то был прикреплен шкив. Таким образом, тюки сена можно было поднять на сеновал, не промокнув. Шкивы все еще можно увидеть в использовании, чаще всего на больших строительных кранах.

Смотреть физику

Механические преимущества наклонных плоскостей и шкивов

В первой части этого видео показано, как рассчитать IMA шкивных систем. В последней части показано, как рассчитать IMA наклонной плоскости.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Прежде чем смотреть видео, ознакомьтесь с тем, что вы узнали о IMA наклонных плоскостей и систем шкивов. Напомните учащимся, что для идеальной машины работа в = работа и что Вт = ж д . На видео показано, как найти f s и d s.

Проверка захвата

Как можно использовать систему шкивов, чтобы поднять легкий груз на большую высоту?

1. Уменьшить радиус шкива.
2. Увеличить количество шкивов.
3. Уменьшите количество канатов, поддерживающих груз.
4. Увеличьте количество канатов, поддерживающих груз.

Сложная машина представляет собой комбинацию двух или более простых машин. Кусачки на рис. 9.13 соединить два рычага и два клина. Велосипеды включают в себя колеса и оси, рычаги, винты и шкивы. Автомобили и другие транспортные средства представляют собой комбинации многих машин.

Рисунок
9.13

Кусачки для проволоки — это обычная сложная машина.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Убедитесь, что учащиеся понимают, что сложная машина представляет собой просто комбинацию простых машин и все еще довольно проста . Не позволяйте им путать этот термин со сложными машинами, такими как компьютеры. Обратите внимание, что IMA отдельных простых машин в сложной машине обычно умножаются, потому что выходная сила одной машины становится входной силой другой машины. В качестве дополнительного развлечения предложите учащимся найти в Интернете Машина Руба Голдберга .

Расчет механических преимуществ и эффективности простых машин

В общем, IMA = сила сопротивления, F _r , деленная на силу усилия, F _e . IMA также равно расстоянию, на котором прилагается усилие, d _e , деленному на расстояние, которое проходит груз, d _r .

IMA=FrFe=dedrIMA=FrFe=dedr

Вернитесь к обсуждениям каждой простой машины для конкретных уравнений для IMA для каждого типа машины.

Никакие простые или сложные машины не обладают фактическими механическими преимуществами, рассчитанными по уравнениям IMA . В реальной жизни часть прикладной работы всегда заканчивается напрасной тратой тепла из-за трения между движущимися частями. И входная работа ( W _i ), и выходная работа ( W _o ) являются результатом действия силы 9.0093 F , действующий на расстоянии, d .

Wi=FidianandWo=FodoWi=FidianandWo=Fodo

Выходная эффективность машины — это просто работа на выходе, деленная на работу на входе, и обычно умножается на 100, так что это выражается в процентах.

% эффективности=WoWi×100% эффективности=WoWi×100

Посмотрите на изображения простых машин и подумайте, какая из них будет иметь наибольшую эффективность. Эффективность связана с трением, а трение зависит от гладкости поверхностей и от площади соприкасающихся поверхностей. Как смазка повлияет на эффективность простой машины?

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Повторить материал о переходе механической энергии в теплоту и законе сохранения энергии. Объясните, как потери тепла из-за трения гарантируют, что Вт _o всегда будет меньше, чем Вт _i , предотвращая достижение КПД 100%.

Рабочий пример

Эффективность рычага

Входная сила в 11 Н, действующая на плечо усилия рычага, перемещается на 0,4 м, что поднимает груз массой 40 Н, опирающийся на плечо сопротивления, на расстояние 0,1 м. Каков КПД машины?

Стратегия

Составьте уравнение для эффективности простой машины, % эффективности = WoWi × 100, % эффективности = WoWi × 100, и рассчитайте Вт _o и Вт _i . _{Оба рабочих значения являются продуктом Fd .}

Решение

Wi=FidiWi=Fidi = (11)(0,4) = 4,4 Дж и Wo=FodoWo=Fodo = (40)(0,1) = 4,0 Дж, тогда % эффективности=WoWi×100=4,04,4×100= 91% % эффективность=WoWi×100=4,04,4×100=91% 

Обсуждение

КПД реальных машин всегда будет меньше 100 процентов из-за работы, которая преобразуется в недоступное тепло за счет трения и сопротивления воздуха. W _o и W _i всегда можно вычислить как силу, умноженную на расстояние, хотя эти величины не всегда так очевидны, как в случае с рычагом.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Совет для преподавателя. При расчете эффективности достаточно легко понять, что такое сила входа и выхода: сила, которую вы прикладываете, — это сила входа, а вес поднимаемого объекта — сила выхода. Входное и выходное расстояния легче увидеть для рычага, наклонной плоскости и клина. Остальные три не так очевидны. Для системы шкивов входное расстояние — это расстояние, на которое вы тянете веревку, а выходное расстояние — это расстояние, на которое поднимается груз. Для колеса и оси входное расстояние — это окружность колеса, а выходное расстояние — это окружность оси. Для винта входное расстояние — это длина окружности, к которой приложена сила, а выходное расстояние — это расстояние между витками резьбы.

Практические задачи

11.

(кредит: модификация работы OdysseyWare Inc.)

Рисунок
9.14

Наклонная плоскость длиной 5 м и высотой 2 м используется для загрузки большого ящика в кузов грузовика. Что такое IMA наклонной плоскости?

1. 0,4 ​​

2. 2,5

3. 0,4\,\текст{м}

4. 2,5\,\текст{м}

12.

Если система шкивов может поднять груз 200 Н с усилием 52 Н и имеет КПД почти 100 %, сколько канатов поддерживает груз?

1. Требуется 1 веревка, так как фактическое механическое преимущество равно 0,26.
2. Требуется 1 веревка, потому что фактическое механическое преимущество составляет 3,80.
3. Требуется 4 веревки, потому что фактическое механическое преимущество составляет 0,26.
4. Требуется 4 веревки, потому что фактическое механическое преимущество составляет 3,80.

Проверьте свое понимание

13.

Правда или ложь — КПД простой машины всегда меньше 100 %, потому что некоторая малая часть вложенной работы всегда преобразуется в тепловую энергию за счет трения.

1. Правда
2. Ложь

14.

Круглая ручка крана прикреплена к стержню, который открывает и закрывает клапан при повороте ручки. Если стержень имеет диаметр 1 см, а IMA машины 6, каков радиус ручки?

1. 0,08 см
2. 0,17 см
3. 3,0 см
4. 6,0 см

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте вопросы «Проверьте свое понимание», чтобы оценить достижение учащимися учебных целей раздела. Если учащиеся испытывают трудности с выполнением определенной задачи, функция «Проверить понимание» поможет определить, какая из них, и направит учащихся к соответствующему содержанию.

9.3 Простые машины | Техасский шлюз

Цели обучения: Простые машины. Расчет механических преимуществ и эффективности простых машин. Практические задачи. Проверка понимания.

.

. Цели обучения.

Расчет механического преимущества и эффективности простых и сложных машин

«>

Ключевые термины раздела

сложная машина	выход эффективности	идеальное механическое преимущество
наклонная плоскость	входная работа	рычаг
механическое преимущество	выходная работа	шкив
винт	простая машина	клин
колесо и ось

Простые машины

Простые машины облегчают работу, но не уменьшают ее объем. Почему простые машины не могут изменить объем выполняемой вами работы? Напомним, что в закрытых системах общее количество энергии сохраняется. Машина не может увеличить количество энергии, которую вы в нее вкладываете. Итак, чем полезна простая машина? Хотя она не может изменить объем выполняемой вами работы, простая машина может изменить величину силы, которую вы должны приложить к объекту, и расстояние, на котором вы прикладываете силу. В большинстве случаев для уменьшения силы, которую необходимо приложить для выполнения работы, используется простая машина. Обратной стороной является то, что вы должны приложить силу на большее расстояние, потому что произведение силы и расстояния, f d (что равно работе) не меняется.

Давайте посмотрим, как это работает на практике. На рис. 9.8(а) рабочий использует своего рода рычаг, чтобы приложить небольшое усилие на большом расстоянии, в то время как монтировка тянет гвоздь с большой силой на небольшом расстоянии. На рис. 9.8(b) показано, как математически работает рычаг. Сила усилия, приложенная в точке F _e , поднимает груз (сила сопротивления), который давит вниз в точке F _р . Треугольный стержень называется точкой опоры; часть рычага между точкой опоры и F _e — плечо усилия, L _e ; а часть слева — это рычаг сопротивления, L _r . Механическое преимущество — это число, которое говорит нам, во сколько раз простая машина увеличивает силу усилия. Идеальное механическое преимущество, IMA , представляет собой механическое преимущество совершенной машины без потери полезной работы, вызванной трением между движущимися частями. Уравнение для IMA показан на рис. 9.8(b).

Рисунок 9.8 (a) Монтировка представляет собой тип рычага. (b) Идеальное механическое преимущество равно длине плеча усилия, деленному на длину плеча сопротивления рычага.

В общем, IMA = сила сопротивления, F _r , деленная на силу усилия, F _e . IMA также равняется расстоянию, на котором прилагается усилие, d _e , деленное на расстояние, которое проходит груз, d _r .

IMA=FrFe=dedrIMA=FrFe=dedr

Возвращаясь к сохранению энергии, для любой простой машины работа, вложенная в машину, Вт _i равна работе, производимой машиной, Вт _o . Объединив это с информацией из предыдущих абзацев, мы можем написать

.

Wi=WoFede=FrdrIf  FeFr, затем de>dr.Wi=WoFede=FrdrIf  FeFr, затем de>dr.

Уравнения показывают, как простая машина может производить тот же объем работы, уменьшая величину усилия за счет увеличения расстояния, на котором действует усилие.

Watch Physics

Введение в Mechanical Advantage

В этом видеоролике показано, как рассчитать IMA рычага тремя различными методами: (1) по силе усилия и силе сопротивления; (2) от длин плеч рычагов, и; (3) от расстояния, на котором приложена сила, и расстояния, на которое перемещается груз.

Проверка хватки

Двое детей разного веса катаются на качелях. Как они располагаются относительно точки опоры (точки опоры), чтобы сохранять равновесие?

1. Более тяжелый ребенок сидит ближе к точке опоры.
2. Более тяжелый ребенок сидит дальше от точки опоры.
3. Оба ребенка сидят на одинаковом расстоянии от точки опоры.
4. Поскольку оба имеют разный вес, они никогда не будут сбалансированы.

Некоторые рычаги прикладывают большое усилие к короткому рычагу. Это приводит к тому, что на конце рычага сопротивления действует меньшая сила на большем расстоянии. Примерами этого типа рычага являются бейсбольные биты, молотки и клюшки для гольфа. В другом типе рычага точка опоры находится на конце рычага, а груз — посередине, как в конструкции тачки.

Простая машина, показанная на рис. 9.9, называется колесом и осью . На самом деле это форма рычага. Разница в том, что рычаг усилия может вращаться по полному кругу вокруг точки опоры, которая является центром оси. Сила, приложенная к внешней стороне колеса, вызывает большее усилие, приложенное к веревке, обернутой вокруг оси. Как показано на рисунке, идеальное механическое преимущество рассчитывается путем деления радиуса колеса на радиус оси. Любое устройство с кривошипным приводом является примером колеса и оси.

Рисунок 9.9 Сила, приложенная к колесу, действует на его ось.

Наклонная плоскость и клин — две формы одной и той же простой машины. Клин — это просто две наклонные плоскости, расположенные спиной к спине. На рис. 9.10 показаны простые формулы для расчета IMA s этих машин. Все наклонные мощеные поверхности для ходьбы или вождения представляют собой наклонные плоскости. Ножи и головки топоров являются примерами клиньев.

Рис. 9.10 Слева показана наклонная плоскость, справа — клин.

Винт, показанный на рис. 9.11, на самом деле представляет собой рычаг, прикрепленный к круглой наклонной плоскости. Шурупы по дереву (конечно) также являются примерами шурупов. Рычажная часть этих винтов представляет собой отвертку. В формуле для IMA расстояние между витками резьбы называется шагом и имеет символ P .

Рисунок 9.11 Показанный здесь винт используется для подъема очень тяжелых предметов, например, угла автомобиля или дома на небольшое расстояние.

На рис. 9.12 показаны три различные системы шкивов. Из всех простых машин механическое преимущество легче всего рассчитать для шкивов. Просто посчитайте количество канатов, поддерживающих груз. Это IMA . И снова мы должны применять силу на более длинном расстоянии, чтобы умножить силу. Чтобы поднять груз на 1 метр с помощью шкивной системы, нужно потянуть за Н метра веревки. Системы шкивов часто используются для подъема флагов и оконных жалюзи и являются частью механизма строительных кранов.

Рисунок 9.12 Здесь показаны три системы шкивов.

Watch Physics

Механические преимущества наклонных плоскостей и шкивов

В первой части этого видео показано, как рассчитать IMA систем шкивов. В последней части показано, как рассчитать IMA наклонной плоскости.

Нажмите, чтобы просмотреть содержание

Проверка захвата

Как можно использовать систему шкивов, чтобы поднять легкий груз на большую высоту?

1. Уменьшить радиус шкива.
2. Увеличить количество шкивов.
3. Уменьшите количество канатов, поддерживающих груз.
4. Увеличьте количество канатов, поддерживающих груз.

Сложная машина представляет собой комбинацию двух или более простых машин. Кусачки на рис. 9.13 сочетают в себе два рычага и два клина. Велосипеды включают в себя колеса и оси, рычаги, винты и шкивы. Автомобили и другие транспортные средства представляют собой комбинации многих машин.

Рис. 9.13 Кусачки для проволоки — обычное сложное оборудование.

Расчет механических преимуществ и эффективности простых машин

В общем, IMA = сила сопротивления, F _r , деленная на силу усилия, F _e . IMA также равно расстоянию, на которое прикладывается усилие, d _e , деленному на расстояние, которое проходит груз, d _r .

IMA=FrFe=dedrIMA=FrFe=dedr

Вернитесь к обсуждениям каждой простой машины для конкретных уравнений для IMA для каждого типа машины.

Никакие простые или сложные машины не обладают фактическими механическими преимуществами, рассчитанными по уравнениям IMA . В реальной жизни часть прикладной работы всегда заканчивается напрасной тратой тепла из-за трения между движущимися частями. И входная работа ( W _i ), и выходная работа ( W _o ) являются результатом действия силы, F , действующей на расстоянии, d .

Wi=Fidi     Wo=FodoWi=Fidi  and  Wo=Fodo

Выходная эффективность машины — это просто работа на выходе, деленная на работу на входе, и обычно умножается на 100, так что это выражается в процентах.

% эффективности=WoWi×100% эффективности=WoWi×100

Посмотрите на изображения простых машин и подумайте, какая из них будет иметь наибольшую эффективность. Эффективность связана с трением, а трение зависит от гладкости поверхностей и от площади соприкасающихся поверхностей. Как смазка повлияет на эффективность простой машины?

Рабочий пример

Эффективность рычага

Входная сила в 11 Н, действующая на плечо рычага, перемещается на 0,4 м, что поднимает груз массой 40 Н, опирающийся на плечо сопротивления, на расстояние 0,1 м. Каков КПД машины?

Стратегия

Составьте уравнение для эффективности простой машины, % эффективности = WoWi × 100, % эффективности = WoWi × 100, и рассчитайте Вт _o и Вт _i . _{Оба значения работы являются продуктом Fd .}

Решение

Wi=FidiWi=Fidi = (11)(0,4) = 4,4 Дж и Wo=FodoWo=Fodo = (40)(0,1) = 4,0 Дж, тогда % эффективности=WoWi×100=4,04,4×100 =91% % эффективность=WoWi×100=4,04,4×100=91% 

Обсуждение

КПД реальных машин всегда будет меньше 100 процентов из-за работы, которая преобразуется в недоступное тепло за счет трения и сопротивления воздуха. W _o и W _i всегда можно вычислить как силу, умноженную на расстояние, хотя эти величины не всегда так очевидны, как в случае с рычагом.

Практические задачи

Какова IMA наклонной плоскости длиной 5 м и высотой 2 м?

1. 0,4
2. 2,5
3. 0,4 м
4. 2,5 м

Если система шкивов может поднять груз 200 Н с усилием 52 Н и имеет КПД почти 100 %, сколько канатов поддерживает груз?

1. Требуется 1 веревка, так как фактическое механическое преимущество равно 0,26.
2. Требуется 1 веревка, потому что фактическое механическое преимущество составляет 3,80.
3. Требуется 4 веревки, потому что фактическое механическое преимущество составляет 0,26.
4. Требуется 4 веревки, потому что фактическое механическое преимущество составляет 3,80.