Встраиваемые части мебели 12 глава

14.2.1. Физическая величина

Чтобы указать физическую величину, нужно знать ее единицу измерения и ее числовое значение.

Физические величины состоят из произведения числового значения на единицу измерения. Физическая величина = числовое значение * единицу измерения.

Числовое значение указывает, во сколько раз физическая величина больше, чем единица измерения.

Пример: длина 1=5- 1 м = 5 м, то есть длина стержня в 5 раз больше, чем единица длины 1 м.

Если числовые значения очень большие или очень маленькие, то благодаря использованию общепринятых приставок, стоящих перед единицей измерения число можно представить наглядно и понятно (табл. 14.12).

Единицы физических величин соответствуют единицам Международной системы единиц измерения (системе СИ). Из установленных законом основных единиц в большинстве случаев можно выводитьвсе другие единицы со специальными названиями и обозначениями единицы измерения (табл. 14.13 и 14.14).

Пример: Производная величина скорости образуется из основных величин длины и времени.

Скорость = ^лп"^{|а (пугь?}.

время

Производная единицы скорости образуется из основных единиц метра и секунды.

_ метр

Единица скорости = —.

секунда

14.2.2. Объем, масса, плотность

ОБЪЕМ

Каждое тело имеет объем. Единица измерения объема — кубометр (м³), что соответствует 1 м длины ребра куба (рис. 14.46). Части кубометра — это кубические дециметры (дм³), кубические сантиметры (см³) и кубические миллиметры (мм³). Для жидкостей часто используется единица измерения литр (л).

1 м³= 1000 дм³, 1 дм³= 1000 см³,

1 см³ - 1000 мм³, 1 дм³= 1л.

МАССА

Каждое тело имеет массу (количество вещества). Единица измерения массы тела — килограмм (кг). Он соответствует массе 1 дм³ (= 1л) воды при 4 °С (рис. 14.47). Кратная единица для килограмма — тонна. Части килограмма — грамм (г) и миллиграмм (мг).

1 т ⁼ 1000 кг, 1 кг — 1000 г.

1 г= 1000 мг,

ПЛОТНОСТЬ

Различные нещеетва с одинаковой массой имеют в большинстве случаев разный объем. Различные вещества с одинаковым объемом имеют в большинстве случаев разные массы (рис. 14.48).Плотность вещества р (произносят «ро») — это отношение массы к объему.

Плотность строительных материалов можно задать как среднее значение (табл. 14.15).

В строительной и деревообрабатывающей промышленности различают плотность (р) и условную плотность (р_к).

О плотности говорят, когда вещества не содержат пор и воздушных пустот.

Под условной плотностью понимают плотность твердых материалов, которые содержат поры или также пустоты, например древесина и пенопласты.

Пример: масса дубовой балки с объемом 0,3 м³ составляет:

J4.2.3, Когезия, адгезия, формы состояния сцепления КОГЕЗИЯ

Под когезией понимают силу, с которой молекулы внутри тепа взаимно притягиваются. Эту силу можно называть силой связи.

Если, например, раскалывают каменную плиту резцом, то материал оказывает сопротивление разрушению, то есть действует сила когезии.

АДГЕЗИЯ

Под адгезией понимают сипу притяжения молекул различ-1 ных материалов. Эту сипу можно называть сцепляющей силой.

Адгезия способствует, например, при использовании лаков или покраске сцеплению покрытий с деревянной поверхностью. Также в клеевом стыке адгезия появляется в плоскостях соприкосновения между древесиной и клеем, в то время как в пределах слоя клея действует когезионное сцепление (рис. 14.49).

СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

Благодаря разным по величине силам когезии возможны три состояния вещества:

8.5.3. твердое; молекулы остаются на месте, так как действует большая когезия;

8.5.4. жидкое; молекулы могут изменять свое местоположение, так как когезия незначительная;

8.5.5. газообразное: молекулы отталкиваются друг от друга, так как никакой когезии в наличии не имеется. Вызванное по этой причине стремление к расширению в газах называют экспансией (рис. 14.50).

Состояния вещества также называют агрегатными состояниями. Благодаря теплу они могут переходить друг в друга.

14.2.4. Поверхностное натяжение, капиллярность, вязкость

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ Силы когезии вызывают также соединение молекул па поверхности жидкости. Эту силу называют поверхностным натяжением. Она проявляет себя, например, если капли воды остаются на сухой стеклянной площади почти шаровидными и не растекаются (рис. 14.51).

КАПИЛЛЯРНОСТЬ

Под капиллярностью понимают подъем жидкости в капиллярах (капиллярных трубках). Чем тоньше капилляры, тем выше жидкость поднимается.

Следовательно, на молекулы жидкости действуют как силы когезии, так и силы адгезии по направлению к стенкам сосуда. Если силы адгезии между жидкостью и сосудистой стенкой больше, чем силы когезии и силы земного притяжения, например как в воде, то жидкость в стенках сосуда начинает подниматься вверх (рис. 14.52).

ВЯЗКОСТЬ

Если жидкость перемешивается, то она оказывает сопротивление против движения. Так происходит из-за появляющегося между молекулами трения.

Это явление называют вязкостью. Вязкотекучие вещества можно назвать высоковязкими, жидкотекучие — низковязкими.

14.2.5. Механические свойства твердых тел

При использовании твердых производственных материалов, а также при обработке нужно учитывать их механические свойства. При этом материалы могут быть твердыми и мягкими, вязкими и хрупкими, эластичными и пластичными. Причиной этих свойств являются силы когсзии между молекулами веществ.

ТВЕРДОСТЬ

Если одно вещество может сопротивляться проникновению другого тела, оно тверже, чем другое (рис. 14.54).

Под твердостью понимают сопротивление материала, которое он оказывает вдавливанию или вырезанию на своей поверхности другим телом.

Оценка твердости происходит, например, после однократного испытания на твердость по методу царапания по шкале Мооса. Более мягкий материал царапается более твердым материалом. При этом отличают степени твердости от 1 (мягко) до 10 (жестко) (рис. 14.53). Для оценки степени твердости предназначены различные минералы. Твердость древесины определяется твердостью по Бри- неллю через вдавливание стальною шара.

ВЯЗКОСТЬ

Под вязкостью понимают способность материала деформироваться под воздействием напряжения изгиба, ударной нагрузки, ударного напряжения, но при этом не разрываться или не ломаться (рис.14.55).

Вязкими материалами являются, например, древесина, сталь, свинец, кожа и термопластические пластмассы. Они часто имеют волокнистую структуру.

ХРУПКОСТЬ

Под хрупкостью понимают свойство материала не деформироваться при напряжении изгиба, ударной нагрузки, ударном напряжении, а сразу же ломаться (рис. 14.56).

К хрупким материалам относятся, например, стекло, природные камни и пресс-массы из полистирола. Структура в большинстве случаев грану-

лированная. Хрупкость производственных материалов, как правило, считается недостатком.

ЭЛАСТИЧНОСТЬ

Эластичность - это свойство материала позволяет сжиматься или растягиваться, а после прекращения воздействия силы снова возвращаться в свою первоначальную форму (рис 14.57).

Эластичными производственными материалами являются, например, каучук и пружинная сталь, которые можно применять для изготовления пружин. Также древесина более или менее эластична. Имеются материалы, которые при длительной нагрузке не возвращаются в свою первоначальную форму, так как их предел упругости превышается. Такие производственные материалы, как, например, древесина, силикон-каучук и конструкционная сталь, должны подвергаться нагрузкам только ниже их предела упругости.

ПЛАСТИЧНОСТЬ

Пластичностью можно назвать свойство материала, при котором материал способен сохранять форму после деформации, вызванной внешней силой (рис. 14.56).

Пластичными строительными материалами можно назвать, например, глину, свинец, замазку на олифе.

74.2.6. Силы

На каждое тело действует множество сил, например силы давления и силы тяжести.

14.2.6.1. Понятие силы

Если потянуть рукой винтовую пружину, то она увеличивается до определенного размера. То же самое происходит, если к пружине прицепить груз (рис. 14.59). В обоих случаях на пружину действует сила F, в данном случае как мышечная сила или сила веса. Она является причиной растяжения i spy- жины. Если растяжение одинаковой величины, то силы должны быть также одинаковой величины.

Единицей измерения силы является ньютон (И).

Десятичные кратные единицы ньютона — это деканьютоны (деН), килоныоны (кН) и меганьтоны (МН). 1 деН = 10 Н, 1кН= 1000Н, 1МН= 1000кН.

Кроме мышечных сил и сил веса, существуют другие силы, например сила ветра, сила воды, магнитные силы и вырабатываемые машинами силы.

8.6.5. Сила тяжести и вес

На массу тела оказывает влияние сила притяжения массы Земли. Она обозначается как сила тяжести f_G. Эта сила притяжения тем больше, чем больше масса тела и чем меньше расстояние от центра Земли.

Сила тяжести тела указана в единицах измерениях для сил в Н, деН, кН или МН.

Сила тяжести (F_G) для массы (м) в 1 кг равняется: F_q = 9,81 Н- ЮН.

Сила тяжести тела определяется с помощью i !ружинного измерительного прибора. Сила тяжести тела изменяется по мере его удаления от центра Земли. При очень большом удалении она может, например, равняться нулю (невесомое состояние). Однако масса тела остается везде одинаковой.

Массу можно измерить с j юмощью коромысло- вых весов. При этом сравнивают массу тела с эталонными массами. Эту массу эталона представляют также как набор гирь. Поэтому в обычных условиях массу тела часто называют весом (рис. 14.61).

8.6.6. Действие и изображение силы

Сила необходима тогда, когда покоящееся тело приводится в движение, движущее тело ускоряется или замедляется или хочет изменить свое направление движения. Также сила необходима для деформации тела.

Действие силы зависит не только от сс величины, но и от ее направления и точки приложения. Тогда как сила тяжести действует всегда вертикально (рис. 14.59), для других сил возможны любое направление действия (рис. 14.60).

Вектор направления действия силы можно назвать линей действия. Действие не изменяется, когда точка приложения силы сдвигается по линии действия (рис. 14.60).

Сила изображаются стрелками (рис. 14.62). Длина стрелки показывает с помощью масштаба силы Л/ (например, 1 см = 150 Н) величину силы. Направление стрелки обозначает направление силы.

Если сила действует на тело, то возникает противодействующая сила, как, например, при зажиме пневматического крепежного элемента.

Сила Fвызывает появление одинаковой по величине силы противодействия F' (рис. 14.63).

Бели сила действия и противодействия имеют одинаковую величину, то устанавливается равновесие.

Противоположно действующие сипы одинаковой величины взаимно компенсируются в их действии. Устанавливается равновесие. Тело пребывает в покое или двигается равномерно и прямолинейно (рис. 14.63),

14.2.6.4. Сложение и разложение сил

Две или несколько сил могут действовать либо на одной и той же линии, либо под углом друг к другу.

СИЛЫ НА ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ ЛИНИИ ДЕЙСТВИЯ

Силы на одной и той же линии действия складываются, если они действуют в одном направлении, или вычитаются, если они действуют противоположно друг к другу (рис. 14.64). Как результат получают непосредственные действующие или результирующие силы F_r.

СЛОЖЕНИЕ СИЛ

Если две силы F_l и F₂ действуют под углом друг к другу, например в распорках стропил, то можно определить величину и направление равнодействующей силы F_R графически с помощью параллелограмма сил или с помощью треугольника сил (рис. 14.65).

В параллелограмме сил равнодействующая сила F_r представляет собой диагональ параллелограмма, при этом силы F_] и F₂ являются его ребрами.

В треугольнике сил обе сосредоточенные силы Г_х и Г₂ складываются как стрелки сил с данными их величин и направлений. Соединяя исходные точки и конечные точки стрелок сил, получают равнодействующую силу F_K (рис. 14.66).

РАЗЛОЖЕНИЕ СИЛ

Если силу /_R необходимо разложить на две отдельные силы, действующие под углом, то их величину можно определять также с помощью параллелограмма сил или треугольника сил (рис. 14.66).

КЛИН

С помощью клиньев может увеличиваться действие силы. Клинья используются, например, для раскалывания материалов и для приподнимания тяжелых грузов. Клин — это основная форма лезвия режущего инструмента. Величины сил в клине можно определить графически с j гомощью j тараллелограмма сил.

При одностороннем клине действующая на клин сила удара Z⁷, преобразуется в силу резания F_v намного большую первоначальной (рис. 14.67).

При двустороннем клине действуюп\ая на клин сила удара разлагается на две действующие nepi ien- дикулярно наклонным поверхностям клина силы раскалывания. Величина сил; раскалывания зависит от угла клина (угла заострения) и от силы удара (рис. 14.68).

НАКЛОННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Расположенную под углом к горизонтальной линии поверхность называют наклонной поверхностью (рис. 14.69). По ней можно доставить вверх на высоту h большой груз F_g посредством приложения относительно маленькой силы F. Сила Fзависит от угла наклона наклонной поверхности и величины груза При этом F_N является силой, которой нагружается наклонная поверхност ь.

При использовании наклонной поверхности «сэкономленная» сила должна уравновешиваться увеличением пути силы s по отношению к высоте подъема h.

14.2.6.5. Рычаг, момент

Каждое тело, в котором сила вызывает вращение, обозначается как рычаг (рис. 14.70). Рычаг—это вращающееся вокруг оси (центра вращения) твердое тело.

Рычагами являются, например, ломы, гаечные ключ и щипцы.

Вращение в рычаге называют моментом (М). Момент растет с длиной плеча рычага и с увеличением силы, которая действует в рычаге. При этом плечо рычага есть кратчайшее расстояние от центра вращения до точки приложения силы.

) F R Н

Момент = сила ■ плечо рычага ,

^г I в м или см

М = F ■ I I м в И . м или Н ■ см

В рычаге действу ют минимум два момента. Моменты могут быть либо левовращающие (вращение против часовой стрелки), либо правовращающие (вращение по часовой стрелке). В зависимости от положения моментов по отношению к центру вращения различают односторонние рычаги, например тачка (рис. 14.71), двусторонние рычаги, например весы рычажные (рис. 14.72), и коленчатые рычаги, например гвоздодер.

Рычаг находится в равновесии, если левовра- щающий момент равен правовращающему моменту (закон рычага).

Левовращающий момент = Правовращающий момент

^Fi • = ^F2 • к

Если моменты рычага не находятся в равновесии и вызывают вращательное движение, то их называют крутящим моментом.

14.2.7. Давление в жидкостях и газах

14.2.7.1. Давление в жидкостях

Жидкость практически нельзя сжать. Давление которое оказывает влияние на

замкнутую жидкость, распределяется во все стороны (рис. 14.73).ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Если сосуд, в котором сбоку друг над другом имеются отверстия, наполнить жидкостью, будет отчетливо видно, что она выходит из верхних отверстий с малым изгибом, а из нижних отверстий с большим изгибом (рис. 14.74). Это показывает, что в нижней области сосуда господствует более высокое давление, чем в верхней области. Это увеличение давления возникает потому, что с возрастающей высотой столбика жидкости h и, соответственно, действующей вниз силы тяжести жидкости гидростатическое давление становится больше.

Под гидростатическим давлением понимают давление, производимое силой тяжести жидкости.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС

В гидравлическом прессе, например, маленькой силой F_{ = 800 Н, действующей в маленьком поршне площадью A_i = 10 см², воздействовать большей силой F₂ — 3200 Н на большой поршень площадью А = 40 см² (рис. 14.75).

Соотношение сил равно соотношению площадей. Соотношение ходов поршня sx и s2 противоположно.

Как и на всех машинах, здесь также имеет место «золотое правило механики»: выигрывая в силе, мы теряем в расстоянии.

14.2.7.2. Давление в газах

Газы — это тела, имеющие вес. 1 м³ воздуха весит примерно 1,29 кг. Молекулы газа отталкивают друг друга. Поэтому газы занимают всегда все предоставляемое им пространство и оказывают давление на ограничивающую пространство поверхность. Между молекулами газа имеется большое пустое пространство. Поэтому газы можно легко сжимать или сдавливать. При сжатии газа его температура растет.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Земля окружена воздушной оболочкой высотой примерно 500 км, атмосферой. Она становится все тоньше с возрастающей высотой. Воздушная масса оказывает давление на воздух, расположенный, например, близко у поверхности моря,которое при нормальных атмосферных условиях равно примерно 1 бар (атмосферного давления). Атмосферное давление тем меньше, чем больше расстояние от поверхности моря. Единица измерения атмосферного давления — это гектопаскаль (гПа). 1 бар = 1000 гПа.

ДАВЛЕНИЕ ГАЗА

В технике используют не давление по сравнению с безвоздушным прос транством, так называемое абсолютное давление а давление по отношению к существующему атмосферному давлению. Если давление газа в закрытом контейнере больше, чем атмосферное давление, то говорят об избыточном давлении р_е Таким образом, избыточное давление р_е является разницей между абсолютным давлением р_аЫ и преобладающим атмосферным давлением p_amb (рис. 14.76). Таким образом,/>_е = p_abs—p^_mb- Если в контейнере давление меньше, чем атмосферное давление, то возникает отрицательное избыточное давление (раньше: низкое давление). Если давление существенно меньше, чем атмосферное давление, говорят, как правило, о вакууме.

КОМПРЕССОРЫ

Компрессоры производят давление воздуха, требуемое для привода в действие пневматических зажимных элементов и управляющих устройств, для распыления лака и краски, а также для пневматических инструментов типа пистолетов для забивки гвоздей и скоб и винтовертов. Различают поршневые компрессоры (рис. 14.77) и винтовые компрессоры (рис. 14.78).

14.2.8. Движение

Различают по направлению движения прямолинейные и криволинейные (например, круговые) движения, по виду протекания движения подразделяется на равномерное и неравномерное.

14.2.8. 1. Прямолинейное движение

При прямолинейном движении тело передвигается в одном направлении, например деталь при обработке на циркулярной пиле. Если тело движется так, что оно проходит одинаковое расстояние за одинаковые периоды времени, то это движе-ние называют равномерным. Важной характеристикой движения тела является скорость.

Сели транспортное средство проходит расстояние 120 км за 2 ч, то его средняя скорость

V = I?P_JpL = 60 км в час (км/ч). Итак

_ путь S

Скорость-—^—; V = время t

Обычные единицы измерения скорости: км/ч (километр н час), например, скорость транспортного средства v,

м/мин (метр в минуту), например, скорость подачи v_f при обработке древесины,

м/с (метр в секунду), например, скорость резания v_c, при обработке древесины.

Под скоростью резания v_c понимают скорость лезвия инструмента в процессе разрезания.

Скорость подачи v_f — это скорост ь, с которой деталь либо вручную (ручная подача), либо машинным способом (автоматическая подача) двигается против инструмента и, соответственно, наоборот (рис. 14.79).

Скорости подачи могут составлять на кругло- пильных станках при ручной подаче 5 м/мин, при автоматической подаче до 50 м/мин, на фрезерных станках от 5 до 20 м/мин.

Пример: доска длиной 3,60 м обрабатывается в строгальном станке для тонких досок за t = 48 с. Какова скорость подачи v_f (рис. 14.80)7

£ 3,60 м-60с _{v =4>50}м/мин, ^r t ^f 48 с -1 мин ^{f 1}

14.2.8.2. Круговое движение

Если точка Р движется по окружности (рис. 14.81), то можно рассчитать ее скорость v (окружная скорость) с помощью диаметра окружности d и частоты вращения п. Принято обозначать частоту вращения как число оборотов в минуту.

При обороте точка вращения /'проходит путь d ■ тг (длина оборота). За 1 минуту, соответственно, п число обороток, то есть путь d u n. Путь точки вращения за одну минуту называют скорость вращения.Скорость враидания = диаметр окружности ■ к • число оборотов

V= С/- 71- п

У режущих инструментов с вращательным движением скорость вращения лезвий обозначается как скорость резания v:

d = диаметр инструмента в м

_v = _ш п = число оборотов в 1Ллин

60 ,

—-——¹ v_c = скорость резания в м/с

Пример: диаметр прорезной фрезы составляет d— 120 мм (рис. 14.82). Число оборотов п = 6000 1/мин. Какова скорость резания v.?

V _{v =} 0,120М-3,14-6000 _у = ₃₇,₆8 м/с

60 ^с 60

14.2.83. Ускорение, торможение, центробежные силы

Если скорость увеличивается, то говорят об ускорении. Если она уменьшается, то говорят о торможении. Ускорение и торможение являются изменениями скорости. Они встречаются, например, при запуске и остановке двигателя машин.

Если тело двигается по кругу, то возникают центробежные силы (рис. 14.83). Они тем больше, чем больше масса вращающегося тела и чем больше скоростью вращения. Они могут быть настолько большими, что они превосходят силу связи молекул (когезия), вследствие чего тело вращения разрывается. Поэтому предписанные частоты вращения не должны превышаться, например для фрезерного рабочего органа или шлифовального круга.

14.2.8.4. Трение

Если тело силой / двигается по своей опоре, то возникает сила трения па поверхности соприкосновения (рис, 14.84). При горизонтальной поверхности F_R имеет такую же величину, как сила F\ но противоположное направление. Трение - это сопротивляемость тела против сдвига по его опоре. Сила трения зависит от вертикально действующей силы F_K (нормальная сила) к поверхности трения (рис. 14.84) и коэффициента трения fi (мю). Коэффициенты трения устанавливались испытаниями (табл. 14.17).

Сила трения = коэффициент трения ■ нормальная сипа F_R = перпендикулярная сила в И F_r = fi • F_n F_n - сила трения в И

Сила трения тем больше, чем больше нормальная сила и чем больше коэффициент трения.

Величина площади поверхности соприкосновения не влияет на трение. Различают трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение покоя — это сопротивление, которое противопоставляет сдвигу покоящего тела по его опоре. Без трения покоя (также называемого трением сцепления) нельзя было бы двигаться; транспортные средства также не могли бы передвигаться своими силами (машина на гололеде). Трение сцепления может увеличиваться за счет применения соответствующего производственного материала, за счет шерохования поверхностей прилегания или разбрасывания песка.

Трение скольжения (рис. 14.84) - это сопротивление, которое возникает, если тело уже находится в движении, когда трение покоя уже преодолено. Оно меньше, чем трение покоя, и играет в технике исключительно большую роль, например в скользящих опорах, выдвижных ящиках и раздвижных дверях. В машинах стремятся сделать трение скольжения как можно меньше. Достигают это гладкими поверхностями, подходящими производственными материалами и прежде всего хорошим смазыванием. В отношении тормозов, напротив, стремятся достичь как можно большого трения скольжения.

Трение качения возникает, когда круглое тело, например колесо или шар, катится по свой опоре. Оно существенно меньше, чем трение скольжения. Поэтому, например, трение в подшипниках качения (шарикоподшипники и т.д.) меньше, чем в подшипниках скольжения.

Чем больше сила и чем больше путь, тем больше механическая работа. Единица измерения механической работы — ныотон-метр (Н ■ м) и джоуль (Дж).

Работа в 1 джоуль совершается, если тело весом 1 Н поднимают на высоту 1 м.

1 джоуль = I Н ■ м = 1 Н ■ 1 м.

Пример: механическая работа — сила • пугь силы.

W = F-s\

W— 25 Н - 3 м = 75 Н м = 75 Дж. Механическая работа и момент, правда, имеют одну и ту же единицу измерения Н ■ м, однако это не одно и то же.. Если, например, ременный шкив приводится в движение ременной передачей с постоянно одинаковым тяговым усилием F, передаваемым ремнем, то крутящий момент М остается постоянным, в то время как работа fVc увеличением числа оборотов растет (рис. 14,86).