Презентация по технологии на тему «Техника» (5 класс)
Описание презентации по отдельным слайдам:
Тема урока: ТЕХНИКА
Подумайте, можно ли назвать техникой: индивидуальные приёмы работы плотника и швеи, стиральную машину, станок, автомобиль и трактор. Обоснуйте свой ответ.
Слово техника в переводе с греческого означает «искусство», «мастерство», «умение». Оно имеет несколько значений. Изначально техникой называли совокупность всех приёмов работы, которые использовались в какой-либо области деятельности человека. Например, говорили о технике работы гончара, кузнеца, медика, ткача и других мастеров. У каждого из них была своя техника, т. е. свои оригинальные приёмы работы
Слово «техника» до сих пор используется в значении «деятельность». Например, о технике работы живописца, игры музыканта, вокального исполнения певца и т. п. Сейчас словом «техника» часто называют созданные людьми инструменты, приспособления, механизмы, машины и устройства. Техника создаётся для облегчения труда и повышения его эффективности.
Техника может быть производственной и непроизводственной. Производственная техника — это техника промышленного и сельскохозяйственного производства. Она предназначена для создания материальных благ. Непроизводственная техника — это техника, применяемая быту, образовании, культуре, спорте, медицине, военном деле, освоении космоса.
ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ: Какие значения имеет слово «техника»? Можно ли техникой назвать шариковую ручку? Почему поднятую с земли палку, которую выкопали с грядки морковку, нельзя назвать техникой, а специально заострённая вами палочка для этих же целей будет хотя и очень простой, но техникой?
Производственная и непроизводственная техника делится на пассивную и активную. Пассивная техника — это здания заводов, фабрик и других предприятий, трубопроводы, линии электропередачи, железнодорожные пути, средства связи. Активная техника представляет собой орудия труда. К ней относятся инструменты, механизмы, машины, аппараты, агрегаты, установки.
Техническими устройствами являются машины, аппараты, приборы, приспособления и т. д. Машиной называется техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов, информации. По своему назначению машины можно разделить на три группы: энергетические, рабочие и информационные
Энергетические машины преобразуют любой вид энергии в другой. К ним относятся двигатели, преобразующие один вид энергии в механическое действие. Например, с помощью электрического двигателя швейной машины электрическая энергия переводится в механическую.
Рабочие машины используют механическую энергию для преобразования формы, свойств и положения обрабатываемого материала. К ним относятся технологические машины и аппараты (мельницы, станки, прессы, печи), транспортные и подъёмные средства (автомобили, подъёмные краны, лифты, самолёты).
Информационные машины — это машины для преобразования, переработки и передачи информации (компьютеры, музыкальные инструменты, аппараты связи).
Аппаратами и приборами называются технические устройства или наборы предметов, служащие для выполнения какой-либо работы (измерений, наблюдений).
ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ: Чем ручные инструменты отличаются от механизированных? Почему велосипед-это механизм, а мотоцикл-машина? Для чего в производстве используют приборы?
1. Какими видами работ занимается слесарь? Столяр? Швея?
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Технология: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс профессиональной переподготовки
География: теория и методика преподавания в образовательной организации
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-1311192
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Минобрнауки обновит перечень специальностей высшего образования
Время чтения: 1 минута
В Ленобласти педагоги призеров и победителей олимпиады получат денежные поощрения
Время чтения: 1 минута
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
Путин поручил разработать концепцию развития допобразования детей до 2030 года
Время чтения: 2 минуты
Комиссия РАН призвала отозвать проект новых правил русского языка
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Презентация к уроку «Инструменты и механизмы»
Просмотр содержимого документа
«Презентация к уроку «Инструменты и механизмы»»
Инструменты, механизмы и технические устройства
Презентация к уроку технологии
выполнена учителем высшей категории
МОУ «СОШ №64 им. Б. Ручьёва г. Магнитогорска»
Применяется на производстве, Применяется в быту
фабриках, в сельском хозяйстве в науке, образовании,
(рис 42абв) медицине, спорте
Орудия труда: механизмы,
Аппараты, агрегаты, машины
Здания заводов, трубопроводы,
Рассмотрим два изображения
Лопата – это инструмент, он помогает совершать работу
Экскаватор – это машина, сама делает рабочие операции,
человек только управляет
Машины выполняют какую-либо полезную работу. Это основной признак машины.
1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ – преобразуют один вид энергии в другой (двигатели, генераторы, турбины)
2. РАБОЧИЕ – выполняют работу, изменяя форму, свойства, положение предмета (станки, автомобили, краны, самолеты, поезда)
перерабатывают и передают информацию (компьютеры, телевизоры,
1.ТРАНСПОРТНЫЕ И ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ – перемещают грузы и пассажиров (наземные, подземные, водные, воздушные, космические машины)
2. ВОЕННЫЕ – для охраны и защиты людей (оружие, артиллерийские установки, истребители, военные корабли)
3. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ – для производства материальных благ (станки и машины заводов и фабрик, сельхозтехника и др.)
В своей мастерской мы тоже будем работать на машинах,
но об этом на следующем уроке.
мотоцикл – это машина?
Первый велосипед: история создания, эволюция конструкции (фото)
В современном мире велосипед является одним из самых популярных транспортных средств. И это неудивительно — машины обладают сравнительно небольшим весом, компактным размером, не требуют топлива, экологически чисты и безопасны.
Первые велосипеды весьма отдаленно напоминали современные модели, их конструкция продолжала совершенствоваться на протяжении нескольких сотен лет, приобретая порой немыслимые формы. Имеющаяся информация о велосипедах, созданных до 1817 года довольно сомнительна, поэтому наш исторический обзор мы начнем с 1818 года, когда немецкий барон Карл фон Дрез зарегистрировал патент на первый двухколесный самокат, получивший название «машина для бега» (Laufmaschine).
Изобретение Дреза оснащалось рулем, выполненной из дерева рамой и двумя колесами без педалей. По имени изобретателя новинка была названа дрезиной. Спустя короткое время разработка приобрела популярность в Великобритании, где ее окрестили «денди хорз» («лошадь денди»). Изобретение пришлось по нраву большому количеству британских производителей карет, которые начали выпуск своих самокатов.
Авторство названия «велосипед» принадлежит французскому изобретателю Жозефу Нильсефору Ньепсу, который таким образом обозначил самокат Дреза, оснащенный регулируемым седлом.
В 1839-1840 годах шотландский кузнец Киркпатрик Макмиллан модифицировал дрезину, снабдив устройство педалями и седлом. В результате получился велосипед, походивший на современный.
Принцип работы изобретения заключался в следующем: педали толкали заднее колесо, к которому крепились металлическими стержнями с помощью шатунов. Руль отвечал за поворот переднего колеса, а сам велосипедист располагался между передним и задним колесами. К сожалению, конструкция Макмиллана не получила признания и оказалась невостребованной.
В 1845 году британский инженер Р.У. Томпсон запатентовал надувшую шину для велосипеда, однако его разработке не доставало технического совершенства.
Спустя семь лет француз Пьер Лалман доработал «денди хорз», оснастив педалями переднее колесо, которые в отличие от изобретения Макмиллана нужно было крутить, а не толкать. В 1863 году мастер создал велосипед, похожий на нынешние модели.
Годом позже промышленники из Лиона братья Оливье в содружестве с инженером Пьером Мишо запустили массовое производство усовершенствованных «денди хорз». Именно Мишо пришла в голову идея заменить деревянную раму металлической.
Считается, что инженер также придумал название «велосипед». Лалман недолго сотрудничал с Мишо и братьями Оливье, в 1866 году он переехал в Америку, где и запатентовал свое изобретение.
Судя по всему, именно Лалмана следует считать фактическим изобретателем велосипеда.
В 70-х годах 19 века начала приобретать распространение так называемая система «пенни-фартинг», где размер переднего колеса значительно превышал габариты заднего, что собственно, и определило название системы.
Педали располагались на переднем колесе, почти прямо над ними находилось седло. В связи с большой высотой сидения и смещенным к переднему колесу центром тяжести ездить на таком транспорте было довольно небезопасно.
В 1867 году было представлено металлическое колесо со спицами, а в 1878 году британец Лоусон придумал снабдить велосипед цепной передачей.
Первая двухколесная машина с дизайном, похожим на современный, была представлена в 1884 году англичанином Джоном Кемпом Старли.
Велосипед назывался Ровер, а его выпуск начался в 1885 году. Конструкция велосипеда включала руль, два одинаковых по размеру колеса, цепную передачу и считалась безопасной. В России такие устройства назывались бициклетами (от фр. bicyclette), но позже этот термин перестал употребляться.
В 1888 году широкое распространение приобрели каучуковые шины, запатентованные шотландцем Джоном Бойдом Данлопом. Благодаря им передвигаться на велосипеде стало гораздо комфортнее, а сами устройства избавились от прозвища «костотрясы».
Начиная с 70-гг девятнадцатого столетия стали появляться многочисленные модифицированные варианты велосипедов: складной, алюминиевый, с разными колесами, тандемы, лигерад — велосипед, которым можно управлять лежа.
В целом двухколесный транспорт 1890-х годов весьма походил на современные велосипеды, но из-за использования компонентов из ржавеющей стали (нержавеющая сталь тогда еще не производилась) требовал постоянной чистки, смазки и промывания бензином или керосином для поддержания рабочей формы.
В конце 19 века появились педальные тормоза и механизм свободного хода. Тогда же были изобретены ручные тормоза и первые складные и алюминиевые велосипеды.
Конструкция велосипедов продолжала развиваться, и в первой половине 20 века были представлены первые механизмы переключения скоростей, хотя они были несовершенными. В конце минувшего века в производство вошли титановые велосипеды и машины из углепластика (1974-75 годы), в 1983 году был представлен первый велокомпьютер, а несколькими годами позднее — системы индексного переключения скоростей.
В начале 20 столетия популярность велосипедов пошла на спад в связи с появлением первых автомобилей, однако в конце 60-х годов того же века интерес к двухколесному транспорту снова возрос из-за популяризации здорового образа жизни и пристального внимания к экологическим проблемам.
Несмотря на то, что в неподвижном состоянии велосипеды устойчивы в продольном направлении, они часто имеют достаточно высокий центр масс и достаточно короткую колесную базу, чтобы поднять колесо над землей при достаточном ускорении или замедлении. При торможении, в зависимости от расположения объединенного центра масс велосипеда и гонщика по отношению к точке, где переднее колесо касается земли, велосипеды могут либо скользить передним колесом, либо перевернуть байк и велосипедиста через переднее колесо. Аналогичная ситуация возможна при разгоне, но в отношении заднего колеса.
СОДЕРЖАНИЕ
История
В 1970 году Дэвид Э. Х. Джонс опубликовал в Physics Today статью, показывающую, что гироскопические эффекты не нужны для балансировки велосипеда. С 1971 года, когда он определил и назвал режимы колебания, переплетения и опрокидывания, Робин Шарп регулярно писал о поведении мотоциклов и велосипедов. Во время учебы в Имперском колледже в Лондоне он работал с Дэвидом Лаймбиром и Симосом Евангелу.
С 1990-х годов Коссалтер и др. Изучают динамику мотоциклов в Университете Падуи. Их исследования, как экспериментальные, так и численные, охватывали переплетение, колебание, вибрацию, симуляторы, моделирование транспортных средств, моделирование шин, управляемость и маневрирование с минимальным временем круга.
В 2007 году Meijaard и др. Опубликовали канонические линеаризованные уравнения движения в Proceedings of the Royal Society A вместе с проверкой двумя разными методами. Эти уравнения предполагают, что шины катятся без проскальзывания, то есть идут туда, куда они указывают, а гонщика жестко прикрепляют к задней раме велосипеда.
В 2013 году Eddy Merckx Cycles получил от Гентского университета более 150 000 евро на исследование устойчивости велосипеда.
Если рассматривать велосипед и гонщика как единую систему, силы, действующие на эту систему и ее компоненты, можно условно разделить на две группы: внутренние и внешние. Внешние силы возникают из-за силы тяжести, инерции, контакта с землей и контакта с атмосферой. Внутренние силы вызваны всадником и взаимодействием между компонентами.
Внешние силы
Поворачивающие силы создаются во время маневров для балансировки в дополнение к простому изменению направления движения. Их можно интерпретировать как центробежные силы в ускоряющей системе отсчета велосипеда и гонщика; или просто как инерция в неподвижной инерциальной системе отсчета, а не как силы вообще. Гироскопические силы, действующие на вращающиеся части, такие как колеса, двигатель, трансмиссия и т. Д., Также связаны с инерцией этих вращающихся частей. Они обсуждаются далее в разделе, посвященном гироскопическим эффектам, ниже.
Внутренние силы
Движения
Боковая динамика
Остаток средств
При обсуждении баланса велосипеда необходимо тщательно различать « устойчивость », « самостабильность » и « управляемость ». Недавние исследования показывают, что «управляемая водителем устойчивость велосипедов действительно связана с их самостабильностью».
Велосипед остается в вертикальном положении, когда им управляют, так что силы реакции земли точно уравновешивают все остальные внутренние и внешние силы, которые он испытывает, такие как гравитационные при наклоне, инерционные или центробежные при повороте, гироскопические при управлении и аэродинамические при повороте. боковой ветер. Рулевое управление может обеспечивать гонщик или, при определенных обстоятельствах, сам велосипед. Эта самостабильность создается комбинацией нескольких эффектов, которые зависят от геометрии, распределения массы и скорости движения велосипеда. Шины, подвеска, демпфирование рулевого управления и изгиб рамы также могут влиять на него, особенно на мотоциклах.
Скорость движения вперед
Водитель прикладывает крутящий момент к рулю, чтобы повернуть переднее колесо и, таким образом, контролировать наклон и поддерживать баланс. На высоких скоростях небольшие углы поворота быстро перемещают точки контакта с землей вбок; на низких скоростях требуются большие углы поворота для достижения тех же результатов за то же время. Из-за этого обычно легче поддерживать баланс на высоких скоростях. Поскольку самостабильность обычно возникает на скоростях выше определенного порога, ускорение увеличивает вероятность того, что байк способствует собственной устойчивости.
Расположение центра масс
Тащить
След зависит от угла наклона головы, вылета вилки или переднего угла, а также от размера колеса. Их отношения можно описать такой формулой:
Небольшой опрос, проведенный Уиттом и Уилсоном, показал:
Однако эти диапазоны не являются жесткими и быстрыми. Например, LeMond Racing Cycles предлагает как вилки со смещением или углом наклона 45 мм, так и колеса такого же размера:
Длина трассы конкретного велосипеда может меняться со временем по нескольким причинам. На велосипедах с передней подвеской, особенно с телескопической вилкой, сжатие передней подвески, например, из-за резкого торможения, может увеличить угол поворота оси рулевого управления и уменьшить след. Трасса также зависит от угла наклона и угла поворота руля, обычно уменьшаясь от максимального значения, когда байк стоит прямо и ведет прямо вперед. Трасса может уменьшиться до нуля при достаточно больших углах наклона и поворота, что может повлиять на устойчивость велосипеда. Наконец, даже профиль передней шины может влиять на изменение трассы при наклоне и управлении мотоциклом.
Колесная база
Распределение масс рулевого механизма
Еще одним фактором, который также может способствовать устойчивости традиционных конструкций велосипедов, является распределение массы в рулевом механизме, который включает переднее колесо, вилку и руль. Если центр масс рулевого механизма находится перед осью рулевого управления, то сила тяжести также заставит переднее колесо поворачиваться в направлении наклона. В этом можно убедиться, наклонив велотренажер в сторону. Переднее колесо обычно также поворачивается в эту сторону независимо от какого-либо взаимодействия с землей. Дополнительные параметры, такие как продольное положение центра масс и высота центра масс, также влияют на динамическое поведение велосипеда.
Гироскопические эффекты
На низких скоростях переднего колеса прецессия переднего колеса происходит слишком быстро, что способствует неконтролируемой тенденции велосипеда к избыточной поворачиваемости, наклону в другую сторону и, в конечном итоге, к колебаниям и падению. На высоких скоростях движения прецессия обычно слишком медленная, что приводит к неконтролируемой тенденции велосипеда к недостаточной поворачиваемости и, в конечном итоге, к падению, так и не достигнув вертикального положения. Эта нестабильность происходит очень медленно, порядка секунд, и большинству гонщиков ей легко противодействовать. Таким образом, быстрый велосипед может казаться устойчивым, даже если на самом деле он не является самостабильным, и упал бы, если бы его не контролировали.
Самоустойчивость
Между двумя нестабильными режимами, упомянутыми в предыдущем разделе, и под влиянием всех описанных выше факторов, влияющих на баланс (след, распределение массы, гироскопические эффекты и т. Д.), Может существовать диапазон скоростей движения вперед для данной конструкции велосипеда при которые эти эффекты приводят к вертикальному управлению неконтролируемым велосипедом. Было доказано, что ни гироскопические эффекты, ни положительный след сами по себе не являются достаточными или необходимыми для устойчивости, хотя они, безусловно, могут улучшить управление без помощи рук.
Продольное ускорение
Продольное ускорение оказывает большое и сложное влияние на поперечную динамику. В одном исследовании положительное ускорение устраняет самостабильность, а отрицательное ускорение (замедление) изменяет скорость самостабильности.
Превращение
Наклоняющийся
Однако, в отличие от других колесных транспортных средств, велосипеды также должны наклоняться во время поворота, чтобы уравновесить соответствующие силы: гравитационные, инерционные, фрикционные и наземные. Угол наклона θ легко вычислить, используя законы кругового движения :
θ знак равно арктан ( v 2 грамм р ) <\ displaystyle \ theta = \ arctan \ left (<\ frac 
Например, велосипед в установившемся повороте радиусом 10 м (33 фута) со скоростью 10 м / с (36 км / ч, 22 мили в час) должен находиться под углом 45,6 °. Всадник может наклониться относительно велосипеда, чтобы при желании удерживать туловище или велосипед в более или менее вертикальном положении. Имеет значение угол между горизонтальной плоскостью и плоскостью, определяемой контактами шин и положением центра масс велосипеда и гонщика.
Этот наклон велосипеда уменьшает фактический радиус поворота пропорционально косинусу угла наклона. Результирующий радиус можно приблизительно аппроксимировать (в пределах 2% от точного значения) следующим образом:
Конечная ширина шин изменяет фактический угол наклона задней рамы от идеального угла наклона, описанного выше. Фактический угол наклона между рамой и вертикалью должен увеличиваться с увеличением ширины шины и уменьшаться с увеличением высоты центра масс. Велосипеды с толстыми шинами и низким центром масс должны наклоняться больше, чем велосипеды с более тонкими шинами или более высоким центром масс, чтобы преодолевать один и тот же поворот с той же скоростью.
Увеличение угла наклона из-за толщины шины 2 т можно рассчитать как
Противодействие
Для начала поворота и необходимого наклона в направлении этого поворота велосипед должен на мгновение повернуть в противоположном направлении. Это часто называют противодействием. Теперь, когда переднее колесо находится под конечным углом к направлению движения, в пятне контакта шины создается поперечная сила. Эта сила создает крутящий момент вокруг продольной оси (крена) велосипеда, и этот крутящий момент заставляет велосипед отклоняться от первоначально управляемого направления к направлению желаемого поворота. Там, где нет внешнего воздействия, например, подходящего бокового ветра для создания силы, необходимой для наклона мотоцикла, необходима противовесная управляемость, чтобы начать быстрый поворот.
Хотя начальный крутящий момент и угол поворота противоположны желаемому направлению поворота, это может быть не так для поддержания устойчивого режима поворота. Устойчивый угол поворота обычно совпадает с направлением поворота, но может оставаться противоположным направлению поворота, особенно на высоких скоростях. Постоянный крутящий момент рулевого управления, необходимый для поддержания этого угла поворота, обычно противоположен направлению поворота. Фактическая величина и ориентация как устойчивого угла поворота, так и устойчивого крутящего момента конкретного велосипеда в конкретном повороте зависят от скорости движения, геометрии велосипеда, свойств шин и комбинированного распределения массы велосипеда и гонщика. В повороте радиус может быть изменен только с соответствующим изменением угла наклона, и это может быть достигнуто путем дополнительного противодействия повороту для увеличения наклона и уменьшения радиуса, а затем в повороте для уменьшения наклона и увеличения радиуса. Чтобы выйти из поворота, байк должен снова противодействовать повороту, на мгновение больше поворачиваясь в поворот, чтобы уменьшить радиус, тем самым увеличивая силы инерции и тем самым уменьшая угол наклона.
Устойчивое вращение
После того, как поворот установлен, крутящий момент, который должен быть приложен к рулевому механизму для поддержания постоянного радиуса при постоянной скорости движения, зависит от скорости движения, а также геометрии и распределения массы велосипеда. На скоростях ниже скорости опрокидывания, описанной ниже в разделе « Собственные значения» и также называемой инверсионной скоростью, самостабильность велосипеда будет заставлять его стремиться поворачивать в поворот, выпрямляясь и выходя из поворота, если только не установлен крутящий момент. применяется в направлении, противоположном повороту. На скоростях, превышающих скорость опрокидывания, нестабильность опрокидывания заставит его стремиться выйти из поворота, увеличивая наклон, если только крутящий момент не прикладывается в направлении поворота. На скорости опрокидывания для поддержания устойчивого поворота не требуется входной крутящий момент рулевого управления.
Угол поворота
Несколько эффектов влияют на угол поворота рулевого колеса, на угол, на который передняя часть поворачивается вокруг оси рулевого управления, необходимый для поддержания устойчивого поворота. Некоторые из них характерны только для одноколейных транспортных средств, а другие также характерны для автомобилей. Некоторые из них могут быть упомянуты в другом месте этой статьи, и они повторяются здесь, хотя и не обязательно в порядке важности, чтобы их можно было найти в одном месте.
Во-первых, фактический кинематический угол поворота, угол, проецируемый на плоскость дороги, на которую поворачивается передняя часть, является функцией угла поворота и угла оси поворота:
Во-вторых, наклон велосипеда уменьшает фактический радиус поворота пропорционально косинусу угла наклона. Результирующий радиус можно приблизительно аппроксимировать (в пределах 2% от точного значения) следующим образом:
Без рук
Совокупный центр масс действительно немного смещается влево, когда гонщик наклоняется вправо по отношению к байку, и байк в ответ наклоняется влево. Действие в космосе привело бы к перемещению шин вправо, но этому препятствует трение между шинами и землей, и, таким образом, объединенный центр масс сдвигается влево. Однако это небольшой эффект, о чем свидетельствует сложность балансировки велосипеда одним этим методом у большинства людей.
Гироскопические эффекты
Двухколесное рулевое управление
Рулевое управление задними колесами
Центральное рулевое управление
Эти конструкции, такие как лежачий Python Lowracer, обычно имеют очень слабый угол наклона головы (от 40 ° до 65 °) и положительный или даже отрицательный след. Производитель велосипеда с отрицательным следом утверждает, что при управлении мотоциклом по прямой заставляет сиденье (и, следовательно, гонщика) немного приподняться, и это компенсирует дестабилизирующий эффект отрицательного следа.
Обратное рулевое управление
Велосипеды были сконструированы для исследовательских и демонстрационных целей с реверсивным рулевым управлением, так что поворот руля влево заставляет переднее колесо поворачиваться вправо и наоборот. На таком велосипеде можно ездить, но было обнаружено, что гонщикам, имеющим опыт работы с обычными велосипедами, очень трудно научиться, если они вообще могут им управлять.
Эффект румпеля
Шины имеют большое влияние на управляемость велосипедом, особенно на мотоциклах, но также и на велосипедах. Шины влияют на динамику велосипеда двумя разными способами: конечный радиус короны и создание силы. Было показано, что увеличение радиуса короны передней шины уменьшает размер или устраняет самостабильность. Увеличение радиуса короны заднего колеса дает обратный эффект, но в меньшей степени.
Другой крутящий момент создается конечной шириной пятна контакта и наклоном шины при повороте. Часть пятна контакта по направлению к внешней стороне поворота фактически перемещается назад относительно ступицы колеса быстрее, чем остальная часть пятна контакта, из-за ее большего радиуса от ступицы. По тем же причинам внутренняя часть движется назад медленнее. Таким образом, внешняя и внутренняя части пятна контакта скользят по дорожному покрытию в противоположных направлениях, создавая крутящий момент, который стремится повернуть переднее колесо в направлении поворота и, следовательно, имеет тенденцию уменьшать радиус поворота.
Высокая сторона
Маневренность и управляемость
Маневренность и управляемость велосипеда сложно оценить количественно по нескольким причинам. Геометрия велосипеда, особенно угол поворота оси поворота, усложняет кинематический анализ. Во многих условиях велосипеды нестабильны по своей природе и должны всегда находиться под контролем водителя. Наконец, навыки гонщика имеют большое влияние на характеристики мотоцикла при любом маневре. Конструкция велосипедов, как правило, заключается в компромиссе между маневренностью и стабильностью.
Входы управления райдером
Отличия от автомобилей
Схемы рейтинга
Было разработано несколько схем для оценки обращения с велосипедами, особенно мотоциклами.
Теория бокового движения
Степени свободы
Сложность модели, такая как движение гонщика, движение подвески, податливость шин или изгиб рамы, добавляет степени свободы. В то время как задняя рама выполняет наклон при наклоне и рулевом управлении, угол наклона полностью ограничен требованием, чтобы оба колеса оставались на земле, и поэтому его можно рассчитать геометрически на основе других семи переменных. Если не учитывать положение велосипеда и вращение колес, то первые пять степеней свободы также можно игнорировать, и велосипед можно описать всего двумя переменными: углом наклона и углом поворота.
Уравнения движения
В уравнении движения идеализированного велосипеда, состоящее из
может быть представлено одним линеаризованным обыкновенным дифференциальным уравнением четвертого порядка или двумя связанными дифференциальными уравнениями второго порядка, уравнением берега
и уравнение управления
Они могут быть представлены в матричной форме как
M q ¨ + C q ˙ + K q знак равно ж <\ Displaystyle M \ mathbf <\ ddot > + C \ mathbf <\ dot
> + K \ mathbf
= \ mathbf
В этой идеализированной и линеаризованной модели существует множество геометрических параметров (колесная база, угол наклона головы, масса каждого тела, радиус колеса и т. Д.), Но только четыре важные переменные: угол наклона, скорость наклона, угол поворота и скорость поворота. Эти уравнения были проверены путем сравнения с многочисленными числовыми моделями, полученными полностью независимо.
Уравнения показывают, что велосипед похож на перевернутый маятник с поперечным положением его опоры, управляемым с помощью членов, представляющих ускорение крена, скорость крена и смещение крена с обратной связью крутящего момента рулевого управления. Член ускорения крена обычно имеет неправильный знак для самостабилизации, и можно ожидать, что он будет важен, главным образом, в отношении колебаний вобуляции. Обратная связь по скорости крена имеет правильный знак, она гироскопическая по своей природе, пропорциональна скорости, и в ней преобладает вклад переднего колеса. Параметр смещения крена является наиболее важным и в основном определяется следом, углом наклона рулевого колеса и смещением центра масс передней рамы от оси рулевого управления. Все термины включают сложные комбинации конструктивных параметров велосипеда, а иногда и скорости. Учтены ограничения эталонного велосипеда и включены дополнения к обработке шин, рам и велосипедистов, а также их значение. Также обсуждаются оптимальные средства управления всадником для стабилизации и контроля движения.
Собственные значения
На графике справа можно выделить три скорости движения вперед, при которых движение велосипеда качественно меняется:
Между этими двумя последними скоростями, если они обе существуют, находится диапазон скоростей движения, при которых конкретная конструкция велосипеда является самостабильной. В случае велосипеда, собственные значения которого показаны здесь, диапазон самостабилизации составляет 5,3–8,0 м / с (12–18 миль в час). Четвертое собственное значение, которое обычно стабильно (очень отрицательно), отражает поведение переднего колеса при повороте, поскольку оно имеет тенденцию поворачиваться в направлении, в котором движется байк. Обратите внимание, что эта идеализированная модель не демонстрирует нестабильности колебания или шимми и заднего колебания, описанные выше. Их можно увидеть в моделях, которые включают взаимодействие шины с землей или другие степени свободы.
Эксперименты с реальными велосипедами пока подтвердили режим переплетения, предсказанный собственными значениями. Выяснилось, что проскальзывание шин и прогиб рамы не важны для поперечной динамики велосипеда в диапазоне скоростей до 6 м / с. Идеализированная модель велосипеда, используемая для расчета собственных значений, показанных здесь, не включает в себя какие-либо крутящие моменты, которые могут создавать настоящие шины, и поэтому взаимодействие шины с дорожным покрытием не может предотвратить нестабильность режима опрокидывания на высоких скоростях, как предполагают Уилсон и Коссалтер. реальный мир.
Режимы
Опрокидывать
Для большинства велосипедов, в зависимости от геометрии и распределения массы, опрокидывание стабильно на низких скоростях и становится менее устойчивым по мере увеличения скорости до тех пор, пока не станет более устойчивым. Однако на многих велосипедах взаимодействия шины с дорожным покрытием достаточно для предотвращения нестабильности опрокидывания на высоких скоростях.
Ткать
Слово Weave используется для описания медленных (0–4 Гц) колебаний между наклоном влево и поворотом вправо и наоборот. На весь велосипед влияют значительные изменения угла поворота, угла наклона (крена) и угла курса (рыскания). Рулевое управление на 180 ° не совпадает по фазе с курсом и на 90 ° не совпадает по фазе с наклоном. Этот фильм AVI показывает плетение.
Для большинства велосипедов, в зависимости от геометрии и распределения массы, переплетение нестабильно на низких скоростях и становится менее выраженным по мере увеличения скорости до тех пор, пока оно перестает быть нестабильным. Хотя амплитуда может уменьшаться, частота на самом деле увеличивается со скоростью.
Колебание или шимми
Колебание или шимми начинается, когда некоторая в остальном незначительная неровность, такая как асимметрия вилки, ускоряет колесо в одну сторону. Возвратная сила применяется синхронно с развитием неровности, и колесо поворачивается на другую сторону, где процесс повторяется. Если в рулевом управлении недостаточно демпфирования, колебания будут увеличиваться до тех пор, пока не произойдет сбой системы. Частоту колебаний можно изменить, изменив скорость движения, сделав велосипед жестче или легче, или увеличив жесткость рулевого управления, основным компонентом которого является гонщик.
Заднее колебание
Термин « заднее колебание» используется для описания режима колебаний, при котором угол наклона (крен) и угол курса (рыскание) почти совпадают по фазе и оба на 180 ° не совпадают по фазе с углом поворота. Частота этого колебания умеренная с максимумом около 6,5 Гц. Вибрация сзади сильно гасится и быстро спадает по мере увеличения скорости велосипеда.
Критерий дизайна
Влияние конструктивных параметров велосипеда на эти режимы можно исследовать, исследуя собственные значения линеаризованных уравнений движения. Дополнительные сведения об уравнениях движения и собственных значениях см. В разделе об уравнениях движения выше. Здесь приводятся некоторые общие выводы, которые были сделаны.
Поперечная и крутильная жесткость задней рамы и шпинделя колеса существенно влияет на гашение колебаний. Было обнаружено, что длинная колесная база и след, а также плоский угол наклона рулевой колонки увеличивают демпфирование в режиме переплетения. Боковой деформации можно противодействовать, расположив торсионную ось передней вилки как можно ниже.
Одно исследование теоретически показало, что, когда байк наклоняется в повороте, неровности дороги могут вызывать режим переплетения на высокой скорости или режим качания на низкой скорости, если одна из их частот соответствует скорости автомобиля и другим параметрам. Возбуждение режима качания можно уменьшить за счет эффективного демпфера рулевого управления, а возбуждение режима переплетения хуже для легковых гонщиков, чем для тяжелых гонщиков.
Езда на беговых дорожках и роликах
Езда на беговой дорожке теоретически идентична езде по неподвижному асфальту, и физические испытания подтвердили это. Беговые дорожки были разработаны специально для занятий на велосипеде в помещении. Езда на роликах все еще расследуется.
Другие гипотезы
Продольная динамика
Велосипеды могут испытывать различные продольные силы и движения. На большинстве мотоциклов, когда переднее колесо поворачивается в одну или другую сторону, вся задняя рама слегка наклоняется вперед, в зависимости от угла поворота оси рулевого управления и протяженности дороги. На велосипедах с передней, задней или обеими подвесками обрезка используется для описания геометрической конфигурации велосипеда, особенно в ответ на силы торможения, ускорения, поворота, трансмиссии и аэродинамического сопротивления.
Стабильность
Силы трения (горизонтальные) просто
что происходит, если центр масс находится в любом месте выше или перед линией, идущей назад от пятна контакта переднего колеса и наклоненной под углом
выше горизонтали, тогда нормальная сила заднего колеса будет равна нулю (в этот момент уравнение больше не применимо), и байк начнет переворачиваться или петлять вперед по переднему колесу.
Торможение в зависимости от грунтовых условий
Возьмем моменты касания точки контакта переднего колеса в конкретный момент времени:
Значения μ сильно различаются в зависимости от ряда факторов:
Торможение
Торможение передних колес
Факторами, ограничивающими максимальное замедление при торможении передних колес, являются:
Для вертикального велосипеда на сухом асфальте с отличными тормозами качка, вероятно, будет ограничивающим фактором. Совокупный центр масс обычного велосипеда и велосипедиста будет примерно на 60 см (24 дюйма) назад от пятна контакта переднего колеса и на 120 см (47 дюймов) выше, что обеспечивает максимальное замедление 0,5 г (5 м / с 2). или 16 фут / с 2 ). Однако, если гонщик правильно регулирует тормоза, качков можно избежать. Если всадник перемещает свой вес назад и вниз, возможны еще большие замедления.
Передние тормоза на многих недорогих байках недостаточно сильны, поэтому на дороге они являются ограничивающим фактором. Дешевые консольные тормоза, особенно с «модуляторами мощности», и боковые тормоза в стиле Роли сильно ограничивают тормозное усилие. Во влажных условиях они еще менее эффективны. На бездорожье чаще встречаются салазки передних колес. Грязь, вода и рыхлые камни уменьшают трение между шиной и тропой, хотя шишки с выступами могут смягчить этот эффект, схватившись за неровности поверхности. Скольжения передних колес также распространены на поворотах, как на дороге, так и вне ее. Центростремительное ускорение увеличивает силы контакта шины с землей, и при превышении силы трения колесо скользит.
Торможение задним колесом
Задний тормоз вертикального велосипеда в лучшем случае может производить замедление только около 0,25 г (
2,5 м / с 2 ) из-за уменьшения нормальной силы на заднем колесе, как описано выше. Все такие велосипеды с только задним торможением подпадают под это ограничение: например, велосипеды только с каботажным тормозом и велосипеды с фиксированной передачей без другого тормозного механизма. Однако существуют ситуации, при которых может потребоваться торможение задними колесами.
Техника торможения
Приостановка
Вибрация
В велосипедах
В мотоциклах
Экспериментирование
Было проведено множество экспериментов, чтобы проверить или опровергнуть различные гипотезы о динамике велосипеда.