ИЗОБРЕТАЕМ… КОЛЕСО

На этом этапе работы наметим конструкцию исполнительного механизма, обеспечивающего поступательное движение модели. Начнем с анализа уже известных механизмов, которые применяются в большой технике (рис. 1). По условиям нашей задачи наиболее приемлемой является идея использования колеса.

Следующий шаг связан с переходом от общей идеи к конкретной конструкции колеса для каждого из рассматриваемых случаев.

Конструкция колес должна прежде всего обеспечивать проходимость устройства по заданной поверхности, устойчивость при движении с заданной скоростью, надежность работы всего устройства, достаточную прочность при минимальном весе.

Кроме основных, функциональных требований, можно назвать дополнительные, направленные на улучшение качества изготовления колеса (точность выполнения, чистота обработки поверхности, прочность и т. д.). Проходимость будет считаться удовлетворительной, если при испытании модель сможет передвигаться с заданной скоростью пo поверхности с неровностями, не превышающими 0,5 см. Такие неровности на первый взгляд должны мало влиять на скорость модели.

На самом деле все выглядит иначе.

Рассмотрим пример. Если неровности на площадке будут в 0,5 см, то по отношению к диаметру колеса в 5 см это составит отношение 1:10. Если увеличить диаметр колеса модели до диаметра колеса автомобиля, го есть в 10—15 раз, и во столько же раз увеличить высоту неровностей дороги, видно, что испытание моделей будет проходить на площадке, как бы усыпанной крупными камнями.

Принимаем диаметр колеса для модели (Дк) равным 5 см.

Для достижения необходимой устойчивости при движении модели в 1-м и во 2-м вариантах должно быть не менее трех колес. В 3-м варианте необходимо обеспечить максимальную устойчивость устройства, то есть поставить не менее четырех колес. Однако, если из строя выйдет одно из них, состояние устойчивости нарушается, замена же колеса на планетоходе практически исключена. Чтобы обеспечить конструкции надежную устойчивость, желательно каждое из колес продублировать, то есть поставить не 4, а 8 колес.

Проходимость модели обеспечивается за счет подбора величины диаметра колеса (Дк) и площади его опоры на грунт (Sок). Площадь опоры колеса легко определяется по формуле:

Sок = G/Pr·Zk см2 , где Рr — допустимое удельное давление на грунт (определяется опытным путем), Zk — количество колес на модели, G — вес модели.

Зная диаметр колеса, можно определить и число его оборотов в единицу времени (пк) необходимое для получения заданной скорости движения модели:

nk = V/πДк(об/с).

Для получения количественных значений проводим расчеты и полученные результаты оформляем в виде таблицы:

V1=3,14·5·10=157 см/с

V2=3,14·5·18 = 283 см/с

V3 = 3,14·5·0,1·1,57 см/с

Соответствие исходных и расчетных данных по скорости движения конструируемых устройств можно представить таблицей:

Сравнение результатов показывает, что отклонения расчетных данных от исходных не превышают принятых нами ранее 10% погрешности и ими можно пренебречь.

Теперь настало время определить технические требования к рабочей поверхности колес для рассматриваемых нами моделей.

Рабочая поверхность колес должна обеспечивать постоянное надежное зацепление с грунтом или с полом, не разрушать их, быть достаточно прочной и не создавать большого шума при движении.

Проанализируем известные в технике решения (рис. 2). Большая часть колес, применяемая в транспортных машинах (кроме железнодорожных), имеет резиновое покрытие. Установленные нами размеры колес для моделей в первых двух вариантах позволяют использовать готовые колеса из набора «Конструктор».

Для рабочей поверхности колеса планетохода резиновое покрытие не годится: при больших колебаниях температур резина быстро стареет, при низких же температурах она становится хрупкой и разрушается.

В связи с этим рабочую поверхность колес планетохода пока делают металлической. Именно такое решение было принято при конструировании колес советского лунохода. За основу конструкции колеса рассматриваемой здесь модели планетохода (3-й вариант) возьмем идею колеса лунохода, то есть будем выполнять его полностью из металла, наборным, с ребристой рабочей поверхностью. Для составления рабочего эскиза этого колеса также можно использовать колеса лунохода. Выбор нужного металла будет сделан при уточнении его весовых показателей колеса (при компоновке всех узлов и механизмов модели). Деталировка колеса будет сделана перед составлением технологической карты на его изготовление.

Итак, на данном этапе работы мы определили: габаритные размеры и конструкцию колеса применительно к условиям работы моделей в каждом варианте; скорость вращения колес для 1-го варианта — 10 об/с, для 2-го 18 об/с и для 3-го — 0,1 об/с; примерное количество колес ДЛЯ 1 “ГО и 2-го вариантов — не менее трех и для 3-го — восемь.

Предлагаем продолжить решение предложенных нами ранее задач («Моделист-конструктор», № 9, 1974), определить конструкцию исполнительных устройств для транспортных тележек, которые можно использовать:

а) в механической мастерской ПТУ, техникума, вуза, на промышленном производстве;

б) на хозяйственном дворе, на ферме и других объектах сельскохозяйственного производства;

в) на поверхности планеты Венера.

ЛИТЕРАТУРА:

Артоболевский И. И., Механизмы в современной технике. Т. II. М., «Наука», 1970.

Островцев А. Н., Основы проектирования автомобилей. М., «Машиностроение», 1968.

Xанзен Ф., Основы общей методики конструирования. Л., «Машиностроение», 1969.

Яворский Б. М., Детлаф Е. М., Справочник по физике (для инженеров). М., «Наука», 1968.