Автомобиль на заводной пружине

Альтернативные источники энергии. Энергия пружин.

Одно из самых интересных изобретений Леонардо – самодвижущаяся повозка. Многие считают ее прототипом современного автомобиля. Иногда ее даже называют «автомобиль Леонардо». Повозка приводится в движение пружинным механизмом, подобным тому, который используется в арбалетах. У автомобиля Леонардо 4 колеса, задние – ведущие, одно переднее колесо посередине и еще одно – рулевое, румпельного типа. Вращение на задние колеса передается от пружин специальными тягами, задние колеса соединены между собой шестернями, отдаленно напоминающими прототип современного дифференциала. Во времена Леонардо эта повозка предназначалась для увеселения королевского двора/

Реконструкция проекта Леонардо была успешной. Запущенная модель повозки достигла скорости разгона 5 км / час. Деревянная тележка, оснащенная пружинным мотором и рулевым механизмом способна самостоятельно двигаться! Так как в качестве движителя в повозке используется сила пружин, запас хода невелик — около 40 метров.Сейчас она демонстрируется в экспозиции музея.

В России (XVIII век) были изобретены две конструкции механических экипажей: самобеглая коляска
Л.Л. Шамшуренкова (1752 год)На улице май 1752 года. В Петербурге царило праздничное настроение, воздух пронизан тонкими ароматами весны, прячущееся солнце посылало последние лучи. Летний сад был заполнен людьми. По мостовым разъезжали нарядные коляски, и вдруг среди всех экипажей появляется один странный. Он шёл без лошадей, тихо и без шума, обгоняя другие кареты. Народ был сильно удивлен. Только потом стало известно, что сие диковинное изобретение это — «самобеглая коляска», постро­енная русским крепостным крестьянином Нижегородской гу­бернии Леонтием Шамшуренковым.

Так же, уже через год, Шамшуренков написал о том, что может сделать самоходные сани и счётчик до тысяч вёрст с колокольчиком, звенящим через каждый пройдённый километр. Таким образом, ещё за 150 лет до появления первого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, в крепостной Руси появился прототип современного спидометра и автомобиля.

и самокатка И.П. Кулибина (1791 год). Подробного описания самобеглой коляски не сохранилось, но известно, что её испытания успешно состоялись 2 ноября 1752 года. По изобретению И.П. Кулибина сохранилось куда больше информации: она представляла собой трехколёсную педальную коляску с маховиком и трёхскоростной коробкой смены передач. Холостой ход педалей осуществлялся за счёт установленного между педалями и маховиком храпового механизма. Ведущими колёсами считались два задних, а управляемым – переднее. Вес коляски (вместе со слугой и пассажирами) составлял 500 кг, а развиваемая ей скорость – до 10 км/ч.

И. П. Кулибин составил проект в 1784 году, а в 1791 году построил свою «самокатку». В ней впервые для обеспечения равномерности хода были применены подшипники качения и маховик. Используя энергию вращающегося маховика, храповый механизм, в приводе от педалей, позволял коляске двигаться свободным ходом. Самый интересный элемент кулибинской «самоходки» был механизм для смены передач, являющийся неотъемлемой частью трансмиссии всех автомобилей с двигателями внутреннего сгорания

Нюрнбергским часовщиком И. Хаучем была построена механическая повозка, источником движения которой была большая часовая пружина. Одного завода такой пружины хватало на 45 минут езды. Эта повозка действительно передвигалась, однако находились скептики, которые утверждали, что внутри неё спрятаны два человека, приводящие её в движение. Но, несмотря на это, она всё-таки была куплена королём Швеции Карлом, который пользовался ею для поездок по королевскому парку.

Источник

Заводная коробчонка: 6 самых крошечных автомобилей в истории

Компактные городские автомобили — это прекрасно. Сверхкомпактные — еще лучше: паркуй хоть параллельно тротуару, хоть перпендикулярно. Но есть и такие транспортные средства, которые больше похожи по габаритам на тележку из супермаркета, но обладают при этом характеристиками полноценного авто! Вот лишь шесть миниатюрных машин, завоевавших если не мир, то значительную его часть.

Peel P50

Создателем этого уникального автомобильчика стал британец по имени Сирил Кэннелл (Cyril Cannell), чья фирма занималась производством стекловолоконных изделий. Дело было в начале 1960-х, и «поделка» Кэннелла оказалась вполне в духе времени, так как послевоенная «мода» на максимально простые и дешевые машины была весьма актуальна.

Тогдашние компактные авто называли «баблкарами» (от англ. bubble — «пузырь»), потому что они были раздутыми, как пузыри, — платформа-то была совсем крошечная, а взрослого человека хочешь не хочешь засунуть в салон необходимо. Так и появился Peel P50 — автомобильчик, который даже попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый маленький в мире.

Вес транспортного средства — 59 килограммов. При необходимости его можно взять и перекатить вручную, для этой цели у авто имеется специальная ручка, как у сумки на колесиках. Под «капотом», если можно так выразиться, — мотор на 4,2 л. с., максимальная скорость — 60 км/ч.

Производство этого чуда техники продолжалось всего несколько лет, но многие экземпляры сохранились до наших дней и теперь стоят баснословных денег, являясь предметом вожделения коллекционеров.

Windup

На русский язык название этого чуда — тоже, кстати, английского — можно перевести как «заводной». И эта кроха, как ни сложно в это поверить, еще меньше, чем Peel P50! Ее создателя зовут Перри Уоткинс (Perry Watkins).

Габариты машины впечатляют: 129 см в длину, 66 в ширину и 99 в высоту. Впрочем, «базовая комплектация» — вполне как у «взрослого» автомобиля: есть и фары, и дворники, и зеркала. И ничего, что взрослому мужчине для управления этим транспортным средством нужно сложиться в три погибели. Зато Windup допустили к эксплуатации на дорогах общего пользования, и хотя в серию машина так и не пошла, зато попала в Книгу рекордов Гиннесса — собственно, именно это и было целью Уоткинса.

Несмотря на внешнюю «игрушечность», для пользования авто нужны настоящие водительские права. Расход топлива — 4 литра на 100 км, то есть, вообще-то, не так уж и мало. Максимальная скорость — 65 км/ч.

Этот автомобильчик родом из Страны восходящего солнца, где компактность транспортного средства, как известно, в цене — крупные агломерации тонут в пробках, парковочных мест остро не хватает.

Mitsuoka MC-1 задумывался только для внутреннего рынка. Машина одноместная, но кабина довольно высокая, то есть управлять ею можно не сгибаясь пополам (подозреваем, что на мопеде ездить все же удобнее). Мощность — чуть более 6 л. с., вес — 160 кг. Максимальная скорость совсем невелика — 50 км/ч, но это и неплохо, если учесть, что пассивной безопасностью здесь и не пахнет — съемные тканевые крыша и двери, пластиковый кузов и ни намека на подушки безопасности. Mitsuoka MC-1 выпускалась с 1998 по 2007 год.

Isetta

Из всех «пузыреобразных» микролитражек именно эта получила наибольшую известность. Во всяком случае «Изетта» была наиболее успешным мини-каром с коммерческой точки зрения. Есть мнение, что и термин «баблкар» распространился именно благодаря «Изетте».

Родина этой машинки — Италия, и ее предприимчивые создатели довольно быстро продали лицензию на производство пусть и небыстрого, но очень дешевого автомобильчика в самые разные страны: во Францию, Великобританию и даже Бразилию, но главным образом в Германию, где «Изетта» собиралась силами концерна BMW и стала по-настоящему культовой.

Ну и что, что у нее не было задней передачи, зато в нее помещался не один, а сразу два человека! Мощность мотора постепенно возросла с 9 до 13 л. с. Именно эта машина удостоилась наибольшего количества забавных, а иногда и обидных прозвищ — таких, что нашему «Запорожцу» и не снилось. Ее именовали «банкой йогурта», «гробом на колесиках» и даже «яичком».

Peel Trident

«Правнук» первого автомобиля, фигурировавшего в нашей подборке, эта микромашинка напоминает дизайном летающую тарелку: у нее вообще нет дверей — только особый прозрачный колпак, который откидывается вбок. Внутри могут «разместиться» два человека.

Под капотом у этого чуда британского автопрома — 4-сильный бензиновый двигатель, который позволяет разогнаться до 60 км/ч. Trident весит 90 кг, в длину имеет 180 см, а в ширину — 1 метр. При этом цена этого железного коня вполне сопоставима со стоимостью полноценного авто.

Tango T600

Этот американский автомобиль считается самым узким в мире, что официально задокументировано в Книге рекордов Гиннесса. Дизайн его безумен: при достаточно солидной длине, 257 см, ширина его составляет всего лишь 99 см!

Внутри два кресла, стоящие в линию одно за другим. Представили машину сравнительно недавно — в 2005-м. И все дружно выпали в осадок от ее цены: почти 7 млн рублей!

По сравнению с другими микроскопическими собратьями автомобиль довольно бодрый: максимальная скорость — 240 км/ч, — так что страшно даже представить, что чувствует водитель, управляющий этой «капуслой». При этом до сотни «малыш» разгоняется за 3–4 секунды. А еще это электромобиль, и как раз поэтому, за счет имеющихся аккумуляторов, он довольно тяжелый: весит 1430 кг.

Кстати, заказчикам машину поставляли в разобранном виде, то есть за столь большие деньги еще и предлагалось собрать ее самостоятельно. Известно, что одним из первых владельцев Tango T600 стал актер Джордж Клуни.

Читайте также:  Автор песни берегись автомобиля

Источник

Автомобиль на заводной пружине

Работа, которую совершит автомобиль, проехав 100 км, будет равна произведению силы на путь, а именно: 25 000 Н·км. Переведя это в обычные для нас единицы работы – джоули (1 Дж = 1 Н·м), получим 25 млн Дж, или 25 МДж (мегаджоулей).
Значит, мой эталонный накопитель должен иметь запас энергии 25 МДж. Какой из аккумуляторов – механический, электрический или тепловой – окажется «чемпионом» по легкости, тот и будет претендентом на «энергетическую капсулу».
И вот еще что. Для перемещения среднего автомобиля на 100 км, иначе говоря, для совершения работы в 25 МДж, достаточно всего около 10 кг топлива. Это знает любой водитель. Остается прикинуть, что покажут известные мне накопители – больше или меньше 10 кг?

Эквиваленты работы в 25 МДж

Чтобы аккумулятор Армстронга мог запасти 25 МДж энергии в виде поднятого груза, надо поднять 2,5 т груза на высоту 1 км, либо 2500 т на высоту 1 м. Для автомобиля, разумеется, больше подходит вторая высота, но куда девать 2500 т груза? Что и говорить, неудобный аккумулятор! Его и на автомобиле не разместишь, разве что поднять машину на 2,5-километровую высоту. Тогда она сама станет аккумулятором энергии. Спускаясь с этой «горы», автомобиль сможет пройти без двигателя необходимые 100 км за счет энергии, накопленной при подъеме. Но на каждые 100 км пути гор, как говорится, не напасешься. Да и потом не всегда же спускаться, нужно и подниматься когда-то.
Выходит, поднятый груз из списка претендентов на «капсулу» надо вычеркивать. Пусть он исправно служит, как и раньше, в часах-ходиках.
Следующим накопителем энергии в моем списке была пружина. Прямо скажу: пружины меня очень заинтересовали, тем более что, как я слышал, были в свое время пружинные колесницы, на которых коронованные особы совершали свой торжественный выезд. Нельзя ли автомобили приводить в движение энергией заводной пружины?

Пружинная тележка – «безменовоз»

На глаза мне попались пружинные весы, или безмен. «Что, если попробовать сделать тележку, движущуюся под действием энергии, накопленной в безмене?» – подумал я. И, увлеченный этой идеей, тут же принялся за постройку «безменовоза». На простой платформочке с двумя осями и колесами я укрепил безмен, к крючку которого привязал прочную нить. Другой конец нити привязал к одной из осей и, вращая колеса, стал наматывать нить на ось. Чем больший вес показывала стрелка безмена, тем труднее становилось крутить колеса. Это накопленная в пружине механическая энергия стремилась провернуть их в обратную сторону. Растянув пружину на полную длину (у обычных хозяйственных безменов это соответствует 10 кг, или, правильнее, 100 Н), я опустил «безменовоз» на пол. Но перед тем как отпустить колеса, поставил на тележку гирю, чтобы экипаж был потяжелей.
Как только колеса были отпущены, началось выделение энергии пружиной безмена. Сжимаясь до прежнего положения, пружина тянула нить, которая сматывалась с оси и вращала колеса «безме-новоза». Разогнавшись, он проехал немалое расстояние, прежде чем остановиться.
Однако недолго я забавлялся своим «безменовозом». Спустя некоторое время руки у меня так устали растягивать пружину безмена, что пришлось отложить тележку в сторону. Да и пора было всерьез поразмыслить над пружинами – на что они способны.
Пружины изготавливают из стальной упругой проволоки. Растягивая пружину, мы как бы раскручиваем проволоку. Если мы чрезмерно растянем пружину, она больше не вернется к прежним размерам – вытянется, испортится. А нельзя ли накапливать энергию, растягивая не пружину, а саму проволочку?
Очень даже можно, и мы это часто делаем, когда играем на струнных музыкальных инструментах.
Взять хотя бы упругую струну на гитаре. Пока струна не напряжена, провисает, сила натяжения равна нулю. Чем больше мы натягиваем струну специальными натяжными устройствами – колками, тем больше сила, с которой струна сопротивляется растяжению: во сколько раз удлиняется струна, во столько же раз и растет сила. Наконец струна не выдерживает натяжения и со звоном лопается.
Звон – это и есть выделение накопленной в струне механической потенциальной энергии. Играя на гитаре, мы, оказывается, только тем и занимаемся, что, натягивая пальцами струны, накапливаем в них потенциальную энергию, а отпуская – даем струнам возможность выделить ее, причем буквально на воздух. Но энергия, накопленная в струнах, не пропадает даром. Переданная воздуху в виде звуковых колебаний, она услаждает наш слух музыкой.
Современная высококачественная проволока, из которой делается музыкальная струна, очень прочная. Проволока сечением 1 мм2может выдержать до 400 кг груза. При этом метровая проволока упруго вытянется ни много ни мало на 2 см. Запас потенциальной энергии в такой проволоке будет равен произведению средней силы на удлинение, то есть почти 35 Дж. Объем этой проволоки легко вычислить: он равен всего 1 см3при массе около 8 г.
Если мы поделим энергию на массу, то получим весьма важный показатель для оценки аккумуляторов – удельную энергоемкость, или плотность энергии. Этот показатель характеризует, сколько энергии может накопить каждый килограмм массы аккумулятора. Я постарался как следует запомнить его, так как понимал, что он очень пригодится мне в дальнейшем. А пока выяснил, что для музыкальной струны он составляет около 4000 Дж/кг, или 4 кДж/кг.
Крупный концертный рояль, например, накапливает в своих струнах столько энергии, что ее хватило бы на то, чтобы рояль переместился на несколько десятков метров! Правда, для облегчения «хода», его пришлось бы поставить на велосипедные колеса. А чемпионом в такой поездке на энергии натянутых струн была бы, пожалуй, арфа. Струн у нее почти столько, сколько у рояля, но во сколько раз меньше масса!

Музыкальная струна, растягиваясь под нагрузкой и накапливая энергию, может удлиниться почти на 2 %

Конечно, музыкальная струна – это уникальный дорогой материал. Для обычных стальных пружинных материалов плотность энергии снизится более чем вдвое. Учитывая неравномерность напряжения пружинного материала, а также делая поправку на необходимый запас прочности, я подсчитал, что каждый килограмм пружины способен накопить не более 0,5 кДж энергии. Значит, автомобилю массой в 1 т для прохождения 100 км пути потребуется пружинный аккумулятор массой 50 т!

Пружинный накопитель для легкового автомобиля будет весить около 50 т

А как же все-таки передвигались старинные королевские пружинные экипажи, один из которых можно видеть на гравюре великого немецкого художника Альбрехта Дюрера? Позже в одной из книг я прочитал, что их постоянно «подзаводили» сильные работники, хорошо замаскированные среди золоченого великолепия экипажей. Иначе бы не пройти им и десятка метров. Вот и весь секрет!

Пружинный «королевский» экипаж Альбрехта Дюрера

Резина побеждает сталь

Жаль было расставаться с пружинами, но моих надежд они явно не оправдали. Я должен был это предвидеть: из пружины даже рогатки толковой не изготовишь. Когда-то я пытался заменить резиновые жгуты в рогатке на тонкие пружины, намереваясь смастерить «суперрогатку», но получился конфуз. Под смех товарищей «суперрогатка» выплюнула мне камень под ноги. Выходит, не так уж плоха резина и для рогаток, и для резиномоторов. И ведь используется здесь именно свойство резины накапливать энергию.
На первый взгляд кажется: ну что за материал резина по сравнению с прочнейшей проволокой? Но это только на первый взгляд. Проверим все в цифрах. Чтобы вытянуть резиновый жгут сечением в 1 см2вдвое, нужно приложить силу около 200 Н. Я вычислил это, подвешивая к жгуту различные грузы. А до разрыва хорошая резина из натурального каучука растянется раза в четыре, не меньше.

График «растяжения-сокращения» резины(заштрихованные зоны характеризуют потери энергии)
Тележка-«резиновоз» движется на накопленной в резине энергии

Лучше нельзя и придумать, но пока нет гипотетического идеально скользкого цилиндра. А, собственно говоря, для чего он нужен? Для того, чтобы каждый последующий слой резины на цилиндре мог провернуться относительно предыдущего без трения… Стоп! Ведь такой же результат мы получим, если разрежем цилиндр, как колбасу, на отдельные слои и насадим их свободно на общую ось! Слои эти можно изготовить из легкой пластмассы, даже из дерева.
Я приглядел дома толстую добротную скалку, которой бабушка раскатывала тесто, и, воспользовавшись удобным случаем, распилил ее на множество тонких дисков. Выкрасил их сразу же раствором марганцовки, чтобы не узнали в моем «изобретении» бывшей скалки. Затем, проделав центральные отверстия, посадил диски на гладкий стальной стержень, на котором они могли бы свободно вращаться. Кроме того, я просверлил диски в разных местах, чтобы максимально облегчить конструкцию. В самые крайние диски аккуратно, стараясь не расколоть, вбил короткие толстые гвозди, перекинул через них зигзагами резиновый жгут, концы которого связал между собой. Чтобы диски не терлись торцами, проложил между ними шайбы.
Теперь, вращая крайние диски в разные стороны, я мог растягивать резиновый жгут, накапливая в нем изрядное количество энергии.
Установил я свой «резиноаккумулятор» на оси колеса детской коляски. Крайние диски закрепил неподвижно – один на оси колеса, другой на раме коляски. Закрутив колесо в обратную движению сторону до полного натяжения резины, оборотов на 50, я затем опустил его на землю. Коляска рванулась вперед, как норовистый конь, и резво вынесла меня прямо на середину двора на зависть младшим ребятишкам.

Читайте также:  Американский автомобиль на больших колесах
Мой резиноаккумулятор

Энергия… в воздухе!

«Бесполезно было ждать от резины энергии больше, чем она в состоянии накопить», – успокаивал я себя, глядя на предмет моей гордости – авторское свидетельство на изобретение «резиноаккумулятора». Мне удавалось растягивать жгут лишь до известных пределов, в конце концов резина не выдерживала и лопалась. При этом вся накопленная энергия «вылетала» из нее, как пробка из бутылки шампанского.
А кстати, почему вылетает пробка из бутылки с шампанским? Потому же, почему и пуля из пневматического ружья. Сжатый газ способен совершать работу благодаря накопленной в нем энергии. Той самой потенциальной энергии, что запасалась в устройствах, которые я мастерил раньше. Воздух, как и любой газ, обладает упругостью. Более того, воздух, например, можно сжимать гораздо сильнее, в большее число раз, чем растягивать пружину или резину. Хорошо, если пружину удается растянуть вдвое; резину иногда растягивают раз в пять-шесть. А воздух сжимай хоть в 500 раз – ничего ему не сделается. То есть в сжатом воздухе, если рассуждать теоретически, можно накопить огромную энергию. Но газ не поддается сжатию сам по себе, нужен сосуд – баллон, в котором этот газ находился бы. Баллон должен быть очень прочным, иначе его разорвет давление.
А прочные вещи всегда тяжелые, поэтому сам баллон, как правило, намного тяжелее, чем газ внутри него. Правда, и газ, сжатый, например, в 500 раз, нелегок – по плотности он уже приближается к жидкости…
Но все-таки, сколько энергии сумеет накопить сжатый воздух? Может ли он претендовать на звание «энергетической капсулы»? Я, наверное, первый раз в жизни листал свой школьный учебник по физике с таким нетерпением, прежде чем нашел то, что искал.

Сжатый газ в баллоне выделяет энергию, вращая пневмодвигатель

Чтобы узнать, сколько энергии накоплено в газе, нужно умножить его давление на объем. Кубометр воздуха весит чуть больше килограмма. Допустим, мы сожмем воздух в 500 раз, его давление будет – 500 атм, или около 50 МПа (мегапаскалей). Тогда весь кубометр воздуха уместится в сосуде емкостью 2 литра. Если предположить, что баллон весит примерно столько же, сколько и воздух (а это должен быть очень хороший крепкий баллон!), значит, на каждый килограмм баллона придется только около литра сжатого воздуха. Но этот литр, или одна тысячная кубометра, умноженный на 50 МПа, даст в результате 50 кДж энергии!
Совсем неплохой показатель – 50 кДж/кг! Плотность энергии почти вдвое выше, чем у лучшей резины. И долговечность такого аккумулятора очень высока – воздух не резина, он не изнашивается. Масса воздушного аккумулятора для автомобиля будет всего 500 кг. Его уже вполне можно установить на автомобиле в качестве двигателя.
Окрыленный этим открытием, я поспешил поделиться радостью со своим приятелем. Но тот в ответ лишь ухмыльнулся и сунул мне под нос только что полученный журнал, где говорилось, что не так давно итальянцы построили автомобиль-воздуховоз, способный с одной заправки воздухом пройти более 100 км.

Источник

Игрушки с двигателями

Игрушки с двигателями — игрушки, снабжённые двигателями различных типов. Двигатели (заводные механизмы) повышают игровые свойства и занимательность игрушек.

Основными типами двигателей для игрушек являются: 1) резиномоторы, 2) пружинные заводные по типу часовых механизмов и 3) электрические.

Такие двигатели, как паровые, водяные, ветряные и реактивные, применяются в игрушках очень редко. Некоторое распространение получили двигатели внутреннего сгорания в виде микролитражных моторов для авиамоделей.

Резиномотор для авиамоделей

Резиномоторы нашли широкое применение в летающих моделях самолётов, а также в некоторых простейших транспортных игрушках. Они представляют собой ленту или жгут из тонких резиновых нитей, работающих на скручивание или растяжение и действующих непосредственно на ведущий винт или колеса игрушки без какого- либо передаточного механизма. Достоинства такого двигателя заключаются в простоте устройства и достаточной мощности при незначительном весе. Недостатками же его являются: кратковременная работа, неравномерность вращения, необходимость длительного закручивания для запуска, старение резины, вызывающее потерю её упругих свойств.

Пружинный двигатель

Пружинные двигатели, называемые иначе заводными механизмами, получили очень широкое применение в игрушках благодаря сравнительной простоте конструкции, доступности массового производства (штамповка и механическая обработка на станках), небольшим размерам при достаточно большой мощности, возможности регулировать скорости в довольно широких пределах и возможности менять направление вращения. Недостатками же заводных механизмов являются частые обрывы пружин, относительно быстрый износ зубцов шестерён. Пружинные двигатели применяются не только для металлических, но и для деревянных и пластмассовых игрушек. Наряду с ними производятся также заводные двигатели, детали которых целиком или частично изготовлены из пластмассы.

На рисунке выше показана принципиальная схема устройства пружинного двигателя, характерная для большинства заводных игрушек. Свёрнутая в спираль ленточная стальная пружина 1 закрепляется внешним концом ва корпус механизма, а внутренним — за валик 3, называемый заводной осью. При заводе ключом 2 пружина плотно наматывается на валик, т. е. заводится. Заведённая пружина благодаря её упругости стремится возвратиться в исходное положение, т. е. развернуться. Т. к. наружный конец пружины неподвижно закреплён, то под воздействием разворачивающейся пружины заводная ось начнёт вращаться, увлекая за собой главное зубчатое колесо 4. От этого колеса вращение передаётся рабочей оси 10 через ряд промежуточных зубчатых колес 5, 6, 7, называемых редуктором или трансмиссией. Редуктор необходим для придания нужного числа оборотов рабочей оси, на которой укрепляются ведущие колеса игрушки. Для того чтобы механизм работал плавно и равномерно, применяется регулятор скорости того или иного типа, получающий вращение от дополнительных шестерён редуктора 8, 9. Больше всего в пружинных двигателях применяется наиболее простой регулятор эксцентричного типа с неуравновешенным грузом 11. Работа его состоит в том, что с увеличением числа оборотов оси регулятора 12 увеличивается центробежная сила, от этого трение оси о подшипник возрастает и создаётся плавно возрастающий тормозящий момент. Если бы не было регулятора, пружина развернулась бы очень быстро, механизм работал бы очень непродолжительное время, а зубцы шестерён из-за быстрого вращения преждевременно изнашивались. Выпускалось немало игрушек с двигателями, механизм которых не имел регулятора скорости, некоторую роль регулятора у них выполнял вес самой игрушки: чем тяжелее игрушка, тем более спокойно и плавно она двигалась. Но всё же механизмы без регуляторов нельзя считать совершенными.

Шперрад с храповиком осевого действия

Важное значение в заводном механизме игрушки с двигателем имеет разобщающее устройство, так называемый шперрад, отключающий заводную пружину от механизма при заводе ключом. Существует много конструкций шперрадов, но наибольшее применение в игрушках получили два способа, указанные на двух рисунках ниже. Первый тип с храповиком осевого действия имеет следующее устройство. На заводной оси находится не связанное с нею зубчатое колесо с рядом небольших концентричных отверстий. К оси наглухо прикреплена пружинящая пластинка — храповик, изогнутые концы которой входят в эти отверстия. При заводе (повороте) ключом оси пружина наматывается на неё, храповик проскальзывает по отверстиям зубчатого колеса и оно не вращается. При разворачивании пружины заводная ось начнет вращаться в сторону, противоположную направлению завода, концы храповика войдут в отверстия зубчатого колеса, заставляя его вращаться.

Разобщающее устройство с осью

Другой способ разобщения пружины с механизмом показан на рисунке выше и основан на применении «плавающей» оси промежуточной шестерни. Эта ось удлиненным концом покоится в обычном подшипнике, а противоположным — в удлиненном отверстии (щели). При заводе зубчатое колесо увлекает своими зубцами промежуточную малую шестерню, при этом связанная с ней большая шестерня и ось поднимаются вверх и отключаются от механизма. Когда пружина начнет развёртываться, направление вращения зубчатого колеса изменится, оно своими зубцами прижмёт промежуточную шестерню к другому колесу механизма и последний начнет работать. Достоинство этого способа состоит в том, что игрушка получает некоторый свободный ход, т. е. после окончания завода игрушка может пробежать еще некоторое расстояние по инерции. При этом механизм не оказывает тормозящего действия вследствие автоматического выключения промежуточной шестерни на «плавающей» оси. Заводная пружина и зубчатые колёса помещаются между двумя металлическими стенками, называемыми платинками, роль подшипников в них выполняют отверстия без каких-либо втулок. На платинках обычно располагается рычаг стопора для остановки механизма и его пуска, а также скоба или специальная стенка для ограничения развёртывания пружины.

Механизм с проволочной заводной пружиной

В заводных механизмах, помимо пружин ленточного типа, применяются также пружины из стальной проволоки. Эти пружины просты в изготовлении и менее подвержены поломкам, но они занимают много места и требуют для завода большого количества оборотов ключом.

По конструктивным соображениям в водоплавающих игрушках с двигателями применяются заводные механизмы с переменой направления вращения в редукторе на 90° при помощи коронного зубчатого колеса 1 и малой шестерни 2, связанной с осью гребного винта. Некоторые механизмы, предназначенные для различных образных игрушек (птички, лягушки, жуки и т. д.), имеют устройство для превращения вращательного движения в поступательное.

Пружинный механизм для водоплавающей игрушки

На рисунке ниже изображён механизм для прыгающей лягушки. На рабочей оси находится анкерное храповое колесо 1, связанное с колеблющейся в двух точках скобой — анкером 2. Анкер выполнен за одно целое с лапами лягушки, которые в состоянии покоя оттянуты на некоторый угол от корпуса игрушки при помощи натяжной пружины 3. Пружинка противодействует весу самого механизма и при раскручивании пружины от действия анкерного колеса на скобу (лапы) весь корпус с механизмом будет энергично колебаться, при этом игрушка будет совершать движения, несколько напоминающие движения лягушки. Подобное колебательное движение корпуса имеется и в игрушке «клюющая птичка», но в отличие от лягушки здесь вместо анкерного устройства работает регулятор скорости с неуравновешенным грузом. При вращении грузика регулятора центр тяжести игрушки меняется и она совершает неопределенное поступательное движение. В таких образных игрушках, как «ходящий слон», «играющий клоун» и т. д., к платинкам механизма прикреплена система рычагов и кулис, придающих характерное движение рукам или ногам игрушки.

Читайте также:  Автомобиль юрий долгорукий википедия

Механизм прыгающей лягушки

В некоторых транспортных игрушках (паровоз, автомобиль) ставились механизмы с переменным (реверсивным) ходом, т. е. игрушка могла изменять направление движения с переднего на задний. Для перемены хода применяелось действующее от руки или автоматически устройство, называемое трензелем (рисунок ниже). На рычаге 1 находится малая промежуточная шестерня (трибка) 2, связанная с трибкой 3 рабочей оси. Рабочая ось является также осью самого рычага. В правом положении трибка 2 зацепляется с зубчатым колесом 4 и придаёт направление вращения рабочей оси против часовой стрелки. При передвижении рычага трензеля влево трибка 2 выходит из зацепления с колесом 4 и входит в зацепление с другой промежуточной трибкой 5, при этом направление вращения рабочей оси изменится и будет совершаться по часовой стрелке.

Работа трензеля

Работа трензеля: а — правое положение; б — левое положение

Устройство перемены хода катка

В распространённой в прошлом игрушке «дорожный каток» вместо трензеля применялось полукоронное зубчатое колесо, автоматически менявшее направление вращения колёс игрушки (рисунок ниже). Полукоронное колесо 1 имеет зубцы только на половине круга и, медленно вращаясь всегда в одну сторону, входит в зацепление то с левой трибкой 2 рабочей оси, то с правой 3, поэтому рабочая ось будет вращаться то влево, то вправо.

Все заводные механизмы, как правило, заводятся ключом. Ключи бывают съёмные или составляют одно целое с заводной осью. Последние, хотя и нарушают внешнее оформление игрушки, удобны тем, что их нельзя потерять.

Игрушки с инерционным двигателем

Инерционный безпружинный механизм

Беспружинный инерционный механизм состоит в основном из редуктора с количеством зубчатых колёс от 2 до 4 (рисунок выше). На рабочей оси 1 находится главное зубчатое колесо 2, а на последней оси редуктора — маховик 3 и передаточный валик 4. Прокатив несколько раз рукой игрушку вперёд, заставляют маховик развернуться и набрать большое количество оборотов. Если теперь игрушку поставить на пол, то благодаря приобретенной инерции маховик через систему передач заставит вращаться рабочие колёса игрушки. Обращение с пружинными двигателями и уход за ними. Как и всякие механизмы часового типа, пружинные двигатели нуждаются в особом обращении и уходе. Согласно действующим ТУ заводные механизмы должны были работать плавно, без заедания и обеспечивать пробег игрушки на обусловленное расстояние. Но при хранении и транспортировании игрушка могла быть повреждена. Поэтому перед продажей заводные игрушки следовало осмотреть и мелкий ремонт, в случае необходимости, произвести на месте. Внешний осмотр должен был определить качество изготовления деталей, соответствие наличия деталей, качество покрытия, техническое состояние механизма, безотказность и надёжность в работе. В хорошо сделанном механизме все зубчатые колёса должны были вращаться центрично, без биения и перекоса, зубчатое зацепление плавное, без заедания. Рычаги, оси и стенки платинок не должны были быть погнуты или помяты. Ведущие колеса игрушки должны быть насажены на оси плотно, без перекосов. Все рабочие детали механизма смазывались лёгким машинным маслом (костяным или трансформаторным). Смазке подлежли: заводная пружина (между витками), места вращения осей и зубчатые колеса. Если механизм почему-либо не смазан, его следовало смазать при помощи маслёнки с длинным носиком, чтобы проникнуть в труднодоступные места механизма. Витки распущенной пружины смазывались мягкой, но прочной кистью так, чтобы отдельные волоски кисти не остались на деталях механизма. Внешний осмотр производился в следующем порядке: в первую очередь осматривалась заводная пружина. Если пружина гладкая, светлая, без пятен и ржавчины, она, как правило, работала надёжно. Если на пружине имелись раковины от коррозии это было признаком, что она обязательно разорвется в течение нескольких заводов ключом. Если же коррозия имела форму пятен (лёгкая ржавчина), то такая пружина могла служить сравнительно долго, но надёжной её считать было нельзя.

После пружины осматривались зубчатые колёса, главным образом их зубья и качество зацепления между собой. Если зубчатые колеса не имели смятых, «изъеденных» зубьев или других механических дефектов, то можно было дальнейшую проверку работы механизма производить неполным заводом ключа. Убедившись, что механизм работает нормально, можно было давать полный завод. Не рекомендовалось заводить механизм до отказа, т. к. пружина при этом получала перенапряжение в месте крепления к оси и могла лопнуть. Если при осмотре обнаруживалась помятость зубьев или плохое закрепление зубчатых колёс, игрушку следовало направить в ремонт. Для исправления помятостей следовало механизм разобрать, вынуть колеса из платинок и осторожно выправить их на стальной плите при помощи медного или деревянного молотка. При разборке нужно было иметь в виду, что соединение платинок производится при помощи загнутых язычков (клеммеров), которые легко ломаются при сгибании. Поэтому разгибать и сгибать язычки нужно было при помощи отвёртки и плоскогубцев, плавно, без резких усилий, предварительно слегка обколотив молоточком место сгиба для уменьшения натяжения металла. На практике часто встречаелся срыв внутреннего конца пружины с заводной оси. Если этот конец не лопнул и сохранил отверстие для крепления, то можно было соединить конец пружины со штифтом или специальным выступом на оси при помощи плоскогубцев. Внутренний конец можно было гнуть плоскогубцами так, чтобы образовалась довольно плотная петля. Расширив слегка отверткой эту петлю, насаживали пружину на ось так, чтобы в отверстие на конце пружины попал штифт (выступ) на заводной оси.

Устройство электромотора для игрушки

Электрические двигатели для игрушек. Основным типом такого двигателя являлся электромотор постоянно-переменного тока коллекторного типа в том или ином конструктивном оформлении. В целях безопасности питающий электромотор ток должен иметь по международным нормам напряжение не свыше 20 в. Хотя число оборотов коллекторных моторов легко поддавалось регулировке при помощи реостата или переключаемых отводов трансформатора, но оно весьма значительно (до 5000 об/мин.) и поэтому для соединения мотора с ведущими колесами игрушки требовался редуктор из зубчатых колёс.

Устройство электромотора показано на выше. Корпус 1 мотора, являющийся статором, представляет собой пакет из отдельных листов трансформаторной стали, стянутый при помощи заклёпок. На статоре размещены обмотки электромагнита 2. Внутри статора вращается ротор 3 из такой же стали, также имеющий обмотку. На оси ротора расположен коллектор 4 из отдельных, изолированных друг от друга пластин, соединённых с отводами от обмотки ротора. Число отводов ротора равно числу пластин коллектора и бывает в игрушках от 2 до 12. С двух сторон к коллектору прижимаются угольные щётки 5, соединённые электрически со статором и электрической сетью, питающей мотор. На конце оси ротора помещается шкив или шестерня 6 для соединения её с механизмом игрушки. От взаимодействия двух магнитных полей — переменного поля, образуемого статором, и постоянного поля ротора — последний придёт во вращение. Постоянное поле ротора образуется постоянным (точнее, пульсирующим) током, полученным в результате выпрямления переменного тока коллектором. Для питания электромотора от сети переменного тока применяется понижающий трансформатор (в целях безопасности применение автотрансформаторов было воспрещено).

Для водоплавающих игрушек с двигателями обычно использовались небольшие маломощные моторы, питаемые от батареи карманного фонаря, они работали без какой-либо передачи прямо на ось гребного винта. Питание током таких игрушек, как электрические ж.-д. поезда или трамваи, производились тремя способами: 1) через два изолированных друг от друга рельса (при изолированных осях колёс), 2) через внешние рельсы и третий внутренний рельс, 3) от контактного воздушного провода, подвешенного на мачтах. Во всех случаях съём тока осуществлялся подвижным скользящим контактом.

Обращение с электрическими двигателями и уход за ними. Внешним осмотром проверялось наличие контакта в подводящих цепях, состояние зубчатых колёс редуктора, лёгкость вращения ротора. Обязательно соблюдение правил смазки. Если при включении в трансформатор или батарею мотор не вращался, нужно было в первую очередь проверить наличие контакта между щётками и пластинками коллектора и при необходимости зачистить шкуркой пластинки и щётки. Если последние не касались пластин, то следовало растянуть пружинки, с тем чтобы они плотнее прижимали щётки к коллектору. Обрыв в цепи можно было проверить на месте испытанием при помощи батарейки и лампочки карманного фонаря. Если цепь была исправна, лампочка должна была загораться. Если обрыв наружный, то он исправлялся пайкой оловом с канифолью. Обрывы внутри ротора или статора можно было исправить только в мастерской. Если мотор при включении гудел и грелся, если щётки сильно искрили, это означало, что внутри обмоток произошло частичное замыкание витков. При полном замыкании мог сильно гудеть и нагреваться трансформатор. Во всех этих случаях требовался осмотр и ремонт в мастерских.

Источник

Ответы на популярные вопросы