Как сделать инерционный механизм
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
Шперрад с храповиком осевого действия
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
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
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.
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 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.
Игрушки с инерционным двигателем
Электровоз с электрическим двигателем
Эта игрушка представляет собой своеобразный по форме, несколько фантастический вагон электровоза, выполненный из ударопрочного полистирола разных цветов. Нижнюю часть вагона украшает ярко-красная пластмассовая рифленая накладка. На борту игрушки надпись «Артек—Орлёнок». Из окон вагонов смотрят любимые герои ребят: Незнайка, Самоделкин, Буратино, Петрушка, Красная Шапочка, Айболит и др. Ведёт этот чудо-вагон маленький космонавт.
Внутри корпуса игрушки размещены микроэлектродвигатель, звуковой прибор, контейнер для батарей питания. При работе механизма вагон двигается, обходит препятствие и издает прерывистые гудки, воспроизводящие звук электровоза. Размеры игрушки (в мм ): 393х80х113. Время непрерывной работы микроэлектродвигателя от трёх элементов типа «Марс» около трёх часов.
Цена 10 руб. (ориентировочно). В 1968 году планировалось выпустить около 10 тысяч таких игрушек.
Экспертный совет Всесоюзного постоянного павильона лучших образцов товаров народного потребления рассмотрел результаты просмотра качества электромеханических игрушек и микродвигателей, выпускаемых отечественными предприятиями, и принял решение о расширении их ассортимента и улучшении качества.
Игрушечные планетоходы
За последнее время все больше и больше стало появляться у ребят игрушек, «сердцем» которых является микроэлектродвигатель постоянного тока, питающийся от батареи типа КБС или элемента 373. Многие из них имеют световые или звуковые эффекты. Производством такого рода игрушек занимаются в нашей стране более 30 предприятий.
Игрушки «Смешной повар», «Шагающий пингвин» и «Доктор Айболит»
Совет отметил, что наряду с игрушками хорошего качества, к сожалению, много и устаревших. Было предложено снять с производства 15 видов игрушек низкого качества, заменив их новыми интересными моделями. Особое внимание обращено на то, что отсутствуют игрушки, управляемые по радио, наборы для занятий по конструированию, настольные железные дороги, автотрассы. Микроэлектродвигатели имеют малую мощность, низкий коэффициент полезного действия, что отражается на качестве игрушек. Совет предложил промышленным предприятиям обратить особое внимание на выпуск высококачественных электро-механических игрушек, отражающих достижения нашей страны в области радиоэлектроники, авиастроения, ракетостроения, космонавтики и пр.
Из журнала «Новые товары», 1968 год
Номинация «Первые открытия»
Здравствуйте, меня зовут Дима Подпоринов. Это мой брат Денис. (Денис выставляет и по очереди заводит игрушки, направляет их движение по прямой). Скажите, пожалуйста, что общего в этих игрушках? Действительно, все эти игрушки могут двигаться, они заводные.
Тема нашего исследования: «Тайна черной коробочки, или Почему едет машинка?»
Наша цель : узнать, какой механизм приводит в движение заводные игрушки.
Наши гипотезы: Я думаю, что внутри игрушки есть пружина, она прыгает и игрушка прыгает. А Денис думает, что внутри игрушки есть моторчик. Он и приводить её в движение.
Папа помог нам раскрутить одну поломанную заводную игрушку. Внутри оказалась черная коробочка с колесиками. Колёсики были пластмассовыми и с зубчиками, они цеплялись друг за друга. Наш папа сказал, что они называются шестеренками. Сквозь коробочку проходит палочка, называется ось. На одном её конце прикрепляется ключ, которым заводят игрушку, а другой конец был внутри коробки.
Что же там внутри? Папа поддел ножом коробочку, и оттуда неожиданно выскочила тоненькая металлическая пластинка. Она оказалась очень длинной и в коробочке лежала свернутой. Это была пружина. Главное её свойство в том что она может скрутиться и занимать очень мало места, а когда она раскручивается она раскручивает ось за которую прикреплена, ось крутит шестеренки, шестеренки крутят друг друга и последняя заставляет двигаться колеса машины.
Мы провели исследование пружинного двигателя. Оказалось чем сильнее сжимаешь пружину, тем дольше она будет раскручиваться, а, следовательно, дольше будет работать игрушка. Мы подтвердили это утверждение на опыте. Сначала отметили на полу место старта машинки, взяли линейку в40 сантиметров. Денис измерял, на сколько сантиметров он сжимает пружину, а я, какое расстояние при этом проехала машинка. Данные нашего исследования вы видите в таблице.
Ту машину, которую мы разобрали, собрать уже не удалось, потому что пружина выскочила. И папа отдал её нам. Мы её обследовали. Она оказалась очень упругой, пружинила. И мы с братом придумали такую игру (Денис показывает и выставляет по тексту) Взяли картонку, наклеили разноцветные поля. Взяли две обыкновенные одинаковые машинки. И стали запускать их с помощью пружинки. Кто три раза попадает машинкой на то поле, которое заявил заранее тот и выиграл.
Вывод: Мы выяснили, что в заводных игрушках роль мотора выполняет пружинный двигатель. Пружина, раскручиваясь, заставляет двигаться игрушку. Чем сильнее скрутить пружинку, тем дольше будет двигаться игрушка.
Приложение: Презентация
Каждый малыш стремится, чтобы у него было много разных игрушек. Девочки отдают предпочтение куклам, мальчишек больше интересует техника. Их любимыми развличениями всегда были машинки. Если в арсенале мальчика имеются машины разных марок, кораблики, самолеты, танки, тогда он счастлив. Ребенок может придумывать разные игры и проявлять свою фантазию. С помощью простых игрушек дети разыгрывают целые спектакли, где они представляют себя водителями, моряками или летчиками. Воображения положительно влияет на развитие мышления. Для этой цели прекрасно подходят инерционные игрушки из Китая.
Принцип работы инерционных машинок
Многим интересно как работают инерционные машинки. Внутри такой игрушки находится маховик. Когда ребенок ее слегка разгоняет, она движется дальше сама, по инерции. Механизм очень простой, поэтому долговечный и редко ломается. Психологи считают развлечения с такими машинками очень полезными. Они позволяют моделировать разные жизненные ситуации. Чем проще игрушка, тем она полезнее.
Малыши могут попробовать себя в роли:
Дети любят играть такими машинками вместе со сверстниками. Такие игры развивают моторику рук и воображение ребенка. Чем больше разных игрушек, тем увлекательнее шалость. Инерционные игрушки считаются более полезными, чем автоматические, где просто нужно нажимать кнопки. Это быстро надоедает малышам.
Где купить инерционные машинки
Здесь есть: самолеты, планеры, кораблики, фургоны, перевертыши. Очень популярны машины полиции, пожарные и спецтехника.
Разноцветные корпуса и оригинальная форма, имитирующая настоящую технику, привлекает детей разного возраста. Весь набор продукции можно посмотреть на сайте. В магазине легко сделать заказ, товар доставляют по Москве и в другие города России.
Игрушки сделаны из безопасных материалов и не имеют мелких острых деталей. Малыши часами увлеченно с ними играют. Такие недорогие и полезные игрушки доступны всем родителям. Они могут быть подарком ко дню рождения или празднику и просто порадовать ребенка.
Подвести учащихся к формированию системы знаний, необходимых для объяснения принципа работы игрушек, действие которых основано на существовании Архимедовой силы; заводных игрушек; инерционных игрушек; звуковых игрушек; игрушек, действие которых основано на различном положении центра тяжести; электрических и магнитных игрушек.
Побуждать учащихся к выполнению мыслительных операций: анализа, синтеза, сравнения, обобщения.
Способствовать воспитанию аккуратности, эстетических чувств, навыков коммуникативного общения.
Физические газеты по темам:
Игрушки, действие которых основано на существовании Архимедовой силы;
Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести;