Назначение механических передач: НАЗНАЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ

1

32. Общие сведения о передачах: назначение,
область применения. Краткая классификация передач, их основные характеристики.
Принципы работы, кинематика, сравнительная оценка различных типов передач.

Передачи – устройства,
использующиеся для передачи энергии от источника энергии к исполнительному
механизму. Передачи могут быть: электрические, гидравлические, механические.

Назначение: 1) изменение частоты
вращения электродвигателя. Уменьшение частоты – редуктор, увеличение частоты –
мультипликатор. Источники энергии выпускают только нескольких частот. Чем ниже
частота вращения, тем тяжелее механизм и тем дороже и имеет большие габариты.
Исполнительные механизмы обычно работают на меньших скоростях, чем
электродвигатели, поэтому приходится применять передачу. 2) изменение закона
движения из вращательного в поступательное 3) удобство обслуживания.

В зависимости от принципа
действия механических передач их разделяют на: 1) передачи зацепления
(зубчатые, цепные, червячные) 2) передачи трением (фрикционные).

Зубчатая передача – механизм,
который с помощью зацепления передает или преобразует движение с изменением
скоростей и моментов. Зубчатые передачи по сравнению с другими передачами
обладают рядом достоинств: малыми габаритами, высоким КПД, большой надежностью
в работе. Обычно зубчатая передача состоит из 2х колес.

Червячная передача – это механизм
для передачи вращения зацеплением, с непосредственным контактом витков червяка
и зубьев червячного колеса. Червячные передачи применяются при необходимости
передачи вращения между перекрещивающимися осями.

Цепная передача – механизм,
состоящий из ведущей и ведомой звездочек и охватывающих их цепей.

Ременная передача – передача,
состоящая из ведущих и ведомых шкивов и надетого на них ремня.

Основные характеристики передач:
1) передаточное число n 2) КПД η<1
3) крутящий момент

 

33. Контактные напряжения.
Виды разрушения, вызываемые контактными напряжениями. Какие передачи
рассчитываются по сопротивлению контактной усталости. Формулы  Герца и их использование в расчетах на
контактную прочность.

Работоспособность ряда деталей
характеризуется прочностью поверхностных слоев сопрягаемых деталей – контактной
прочностью.

При передаче сил через
поверхности, размеры которых малы по сравнению с размерами сопрягаемых тел,
возникают контактные напряжения.

Виды контакта: 1) по плоскости 2)
по линии 3) в точке.

Передача сил от одной
детали к другой в машинах осу­ществляется по сопряженным поверхностям контакта.
Перво­начальный контакт (контакт без нагрузки) в сопряжениях де­талей машин
происходит по поверхности, в точке или по линии. В зависимости от характера
взаимно­го перемещения контактирующих поверхностей под нагруз­кой
различают неподвижные и подвижные сопряжения де­талей.

Задачей расчета сопряжений
является определение напря­жений и деформаций. Они нужны для расчета деталей на
прочность, износостойкость и для определения жесткости (или обратной величины —
податливости) соединения. Расчет напряжений и деформаций в сопрягаемых деталях
называют решением контактной задачи, а напряжения — контактными. В точной общей
постановке ее решение связано со значитель­ными трудностями, обусловленными
сложной формой дета­лей. Поэтому обычно задачу решают приближенно для част­ных
форм деталей и условий нагружения.

Особый
класс задач составляют задачи с первоначальным контактом деталей в точке или по
линии. Решения этих задач обычно выполнены для неподвижного контакта и
используют­ся при расчете на прочность подшипников качения, зубчатых и
фрикционных передач. Учитывая, что в подшипниках каче­ния и передачах контакт
подвижный (действуют силы трения) и часто присутствует смазочный материал в
сопряжениях, ус­ловие прочности имеет вид

.

Расчетное контактное
напряжение σн сравнивают с допус­каемым
[σ]н, полученным экспериментально на
реальных об­разцах в реальных условиях работы.

Решение
задачи о контакте двух непо­движных шаров было получено извест­ным немецким
механиком Г. Герцем в 1881 г.
при следующих допущениях: ма­териал шаров изотропный и подчиняется закону Гука,
поверхности без смазочного материала и абсолютно гладкие (шерохо­ватость
отсутствует), размеры площадки контакта малы по сравнению с радиусами кривизны
шаров, площадка контакта плоская.

,

Где E – модуль упругости, υ – коэффициент
Пуассона,  — приведенный радиус кривизны.

Если контактируют одинаковые
материалы, то формула сокращается:

, где wn – распределенная нагрузка по длине образующей
цилиндров.

 

 

 

 

 

Наибольшие
контактные напряжения возникают в тонком поверхностном слое материала. Поэтому
для повышения кон­тактной прочности достаточно упрочнить только поверхност­ный
слой детали. Для зубчатых передач толщина этого слоя составляет 0,2…0,3
модуля. На практике это достигается раз­личными методами термической и
химико-термической обра­ботки материала.

Виды
разрушения:

1) на
поверхности контакта происходят сдвиги (т. к. нагрузка циклическая, то материал
в результате циклического нагружения постоянно меняет свою форму и
изнашивается)

2)
усталостное выкрашивание – любая точка поверхности испытывает циклическую
нагрузку, возникает поверхностный микросдвиг,
это приводит к образование микротрещин, которые в свою очередь раскрываются в
зоне растяжения, в них попадает смазка, жидкость плохосжимаема
– трещина увеличивается в размерах, и при многократных повторениях цикла
происходит вырывание частиц.

3) Смятие контактных
поверхностей. Если оно произошло, то была ударная или вибрационная нагрузка
(неправильная эксплуатация). Смятие – пластическая деформация поверхностного
слоя.

4) заедание – возникает в случае
отсутствия смазки или разрыв смазочного слоя в случае большой ударной нагрузки.
Появление местного повышения температуры и отрыв частиц с переносом их на
другую поверхность.

 

Конспект лекции Конспект лекции

  • 8.1 Основные понятия и определения
    • 8.1. 1 Передачи
      • 8.1.2 Агрегаты
      • 8.2 Механизмы передачи движения

        • 8.2.1 Назначение механизмов передачи движения

          • 8.2.2 Классификация механических передач
          • 8.3 Зубчатые механизмы
            • 8.3.1 Основные понятия и определения
              8.3.1.1 Зубчатые колеса

              • 8.3.1.2 Види зацеплений
              • 8.3.2 Виды и классификация зубчатых механизмов

              Ключові терміни:

              вариатор, винтовая зубчатая передача, внешнее зацепление, внутреннее зацепление, гипоидная зубчатая передача, глобоидная передача, дифференциальная передача, зубчатое колесо, коническая передача, коробка передач, механизм передачи движения, мультипликатор, передаточное отношение, планетарная передача, редуктор, реечная зубчатчая передача, рядовая передача, фрикционная передача, цепная передача, цилиндрическая зубчатая передача, червячная передача

              8.1 Основные понятия и определения

              8.1.1 Передачи

              В различных машинах и приборах широко применяются механизмы для воспроизведения вращательного движения с постоянным передаточным отношением между двумя осями в пространстве, заданными по-разному. Такие механизмы носят название механизмов передачи вращательного движения или сокращенно механизмов передач.

              Механизм передачи движения — это механизм, предназначенный для воспроизведения вращательного движения с постоянным передаточным отношением между двумя осями, заданными в пространстве.

              Цель механизмов передач — это воспроизведения заданного передаточного отношения между двумя звеньями. Простым механизмом передачи с твердыми звеньями являются трехзвеньевая механизм, состоящий из двух подвижных звеньев, входящих в две вращательные и одну высшую пару. Для воспроизведения нужных передаточных отношений в современных машинах и приборах часто используются сложные механизмы передач, имеющие помимо вращающихся вокруг заданных осей входного и выходного звеньев, несколько промежуточных звеньев, вращающихся вокруг своих осей.

              В целом ряде механизмов, используемых в современной технике, используются силы трения в качестве сил, приводящих в движение звенья, или сил, тормозящих их движение. Механизмы, в которых используются силы трения, носят название фрикционных механизмов.

              Фрикционная передача — механическая передача, служащая для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью сил трения.

              Широчайшее использование в машинах и приборах находят зубчатые механизмы.

              Цилиндрическая зубчатая передача — зубчатая передача, состоящая из прямо- и косозубых или шевронных цилиндрических колес.

              Рядовая передача — механизм с цилиндрическими прямозубыми колесами и параллельными осями, причем на каждой оси находится по одному зубчатому колесу.

              Коническая передача — зубчатая передача с пересекающимися осями.

              Ступень передачи — два зубчатых колеса, входящие в высшую кинематическую пару.

              Косозубыя цилиндрическая передача — зубчатая передача, состоящая из косозубчастих цилиндрических колес.

              Цепная передача — механизм для передачи вращения между параллельными валами с помощью двух жестко закрепленных на них звездочках, через которые перекинута бесконечная приводная цепь.

              Ременная передача — механизм, служащий для передачи вращательного движения с помощью шкивов, закрепленных на валах приводного вала.

              Винтовая зубчатая передача — гиперболоидна передача, в зубчатых колесах которой начальные поверхности — круглые цилиндры.

              Гипоидная зубчатая передача — гиперболоидна передача, в зубчатых колесах которой начальные поверхности — конусы.

              Реечная зубчатчая передача — цилиндрическая зубчатая передача, одним из звеньев которой является зубчатая рейка.

              Червячная передача — механизм для передачи вращения между валами с пересекающимися осями с помощью винта (червяка) и сопряженного с ним червячного колеса.

              Глобоидная передача — червячная передача, в которой червяк нарезан не на цилиндре, а на поверхности вращения, образованной дугой с центром на оси червячного колеса.

              Планетарная передача — механизм для передачи и преобразования вращательного движения, включающий в себя хотя бы одно зубчатое колесо с подвижной осью вращения.

              Дифференциальная передача — планетарный механизм, предназначенный для передачи и преобразования вращательного движения, у которого все звенья подвижны, и имеющий степень подвижности больше еденицы.

              8.1.2 Агрегаты

              Редуктор — агрегат, состоящий из понижающих передач, и содержащий систему взаимодействующих звеньев и размещен в одном корпусе.

              Мультипликатор — агрегат, состоящий из повышающих передач, и содержащий систему взаимодействующих звеньев и размещен в одном корпусе.

              Коробка передач — зубчатый механизм, передаточное отношение которого можно изменить ступенчато.

              Вариатор — механизм, предназначенный для плавного изменения передаточного отношения.

              8.2 Механизмы передачи движения

              8.2.1 Назначение механизмов передачи движения

              Передаточные механизмы входят в состав машины. Они расположены между машиной-двигателем и технологической машиной. Скорость движения звеньев технологических машин может быть меньше или больше, чем у машин-двигателей. Поэтому основное назначение передаточных механизмов заключается в передаче движения с целью уменьшения или увеличения частоты вращения выходного вала. Если механизм передачи движения уменьшает частоту вращения выходного вала, то он называется редуктором. Механизм передачи движения который увеличивает частоту вращения выходного вала, называется мультипликатором.

              Простейшие механизмы имеют одно неподвижную звено (стойку) и два подвижных. Два подвижных звена образуют высшую кинематическую пару, а со стойкой — две низшие. Степень подвижности таких механизмов равена единице.

              8.2.2 Классификация механических передач

              Передаточные механизмы бывают разных видов: фрикционные, с гибкими связями, зубчатые.

              Фрикционный механизм передает движение за счет сил трения, возникающих между звеньями. Они могут состоять из цилиндрических или конических колес с внешним или внутренним контактом (с непосредственным соприкосновения или гибкой связью) как показано на рисунке 8.1.

              Рисунок 8. 1 – Взаимное расположение основных деталей

              Важным моментом для таких передач является отсутствие проскальзывания между звеньями с целью обеспечения постоянства передаточной функции. С этой целью они оснащаются натяжными устройствами. Однако существуют механизмы, в которых частота вращения выходного вала может изменяться плавно. Такие механизмы называются вариаторами.

              В механизмах с гибкими звеньями движение осуществляется ремнями, канатами и цепями. В ременных передачах движение передается силами трения, круглыми или коническими шкивами. Такие механизмы чаще всего встречаются в машинах сельскохозяйственного назначения, транспортных и горных. В цепных передачах звездочки входят в зацепление со звеньями цепи.

              Кроме фрикционных передач, существует большой класс зубчатых механизмов, в которых передача движения осуществляется зацеплением. Такие механизмы могут быть силовыми или кинематическими, с постоянным передаточным числом или переменным.

              В силовых механизмах передаются значительные усилия (моменты) от одного звена к другому. Они широко распространены на транспорте, в металлообрабатывающих станках, в металлургии и других отраслях промышленности.

              В кинематических передачах движение передается без труда между звеньями (часовые механизмы, приборы).

              Также, как и в фрикционных, зубчатые передаточные механизмы могут иметь различное расположение основных деталей (непосредственное соприкосновение с гибкой связью). Оси валов звеньев могут быть параллельными, пересекаться или перекрещиваться.

              Для всех перечисленных передач общим кинематической параметром является передаточное отношение [TEX] u [/TEX]. Передаточное отношение — это отношение угловых скоростей звеньев. Для механизма, который имеет в своем составе лишь два подвижных звена (входного и выходного) передаточное число равно:

              • [TEX]u=\frac{\omega _{1} }{\omega _{2} } =\frac{n_{1} }{n_{2} } [/TEX],(8.1)
              • где [TEX] \ omega _ {1} [/TEX], [TEX] \ omega _ {2} [/TEX] — угловые скорости звеньев 1 и 2;
                [TEX] n_ {1} [/TEX], [TEX] n_ {2} [/TEX] — частоты вращения звеньев 1 и 2.

              8.3 Зубчатые механизмы

              8.3.1 Основные понятия и определения

              8.3.1.1 Зубчатые колеса

              Зубчатое колесо — звено механизма с замкнутой системой зубьев, обеспечивающих непрерывное движение другого звена.

              Прямозубое цилиндрических колесо — цилиндрическое зубчатое колесо с зубьями, теоретические линии которых прямые и параллельны оси колеса.

              Коническое зубчатое колесо — зубчатое колесо конической зубчатой передачи.

              Косозубое цилиндрическое колесо — зубчатое колесо с косыми зубьями, теоретические линии которых эквидистантны и на развороте соосной цилиндрической поверхности являются параллельными прямыми.

              Шевронное зубчатое колесо — цилиндрическое зубчатое колесо, венец которого по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубцами.

              Рейка — сектор цилиндрического зубчатого колеса, диаметры делительной и однотипных соосных поверхностей которого бесконечно большие, в результате чего эти поверхности являются параллельными плоскостями, а концентрические окружности — параллельными прямыми.

              Шестерня — зубчатое колесо с меньшим количеством зубцов по сравнению с другим зубчатым колесом находящимся в зацеплении с ним.

              Червяк — шестерня червячной или глобоидной передачи, которая представляет собой винт находящийся в зацеплении с червячным колесом.

              Червячное колесо — винтовое колесо, сопрягаемое с червяком.

              Центральное колесо — зубчатое колесо планетарного механизма, ось которого неподвижна.

              Сателлит — зубчатое колесо планетарного механизма с подвижной осью.

              Водило — звено механизма, в которой установлен сателлит.

              Промежуточные колеса — звенья зубчатого механизма, расположенных между входным и выходным звеном и не влияющие на общее передаточное отношение.

              Зубчатый венец (обод) — часть зубчатого колеса, содержащего все зубья, которые связаны друг с другом прилегающей к ним поверхностью тела колеса.

              Зубчатый сектор — звено, имеющее ограниченную систему зубьев, расположенных на секторе колеса.

              8.3.1.2 Види зацеплений

              Внешнее зацепление — зубчатое зацепление, при котором аксоидные поверхности колес расположеные одна за другой, а колеса вращаются в противоположные стороны.

              Внутреннее зацепление — зубчатое зацепление, при котором аксоидные поверхности зубчатых колес расположены одна в середине другой, а колеса вращаются в одну и ту же сторону.

              8.3.2 Виды и классификация зубчатых механизмов

              Зубчатые механизмы получили широкое распространение во всех отраслях промышленности. Они обеспечивают заданное соотношение угловых скоростей с высокой точностью. Если необходимо осуществить движение между входным и выходным звеньями, расположенными друг от друга на значительном расстоянии, то используются более сложные механизмы. Тогда между входом и выходом устанавливаются промежуточные звенья, количество которых определяет конструктор.

              Каждые два звена, входящие в высшую кинематическую пару, создают ступень. Если в состав механизма входят несколько пар колес, то они образуют многоступенчатую передачу.

              Зубчатые механизмы по расположению осей делятся на передачи с параллельными осями, пересекающимися и перекрещиваюсимися. В механизмах с параллельными осями движение передается цилиндрическими колесами с прямыми или косыми зубьями (рисунок 8.2а). Оси колес таких механизмов могут быть неподвижными или подвижными. К механизмам с подвижными осями относят планетарные и дифференциальные. Те и другие могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми.

              Рисунок 8.2 — Схемы зубчатых передач

              В механизмах с пересекающимися осями движение передается коническими колесами (рисунок 8.2б).

              Оси звеньев могут занимать различное положение в пространстве.

              Для передач с перекрещивающимися осями движение передается гиперболоиднимы колесами.

              Частным случаем гиперболоидних передач являются винтовые, гипоидные, а также червячные передачи (рисунок 8.2в).

              На рисунке 8.3 приведена классификация зубчатых механизмов по некоторым кинематическими и конструктивными параметрами.

              Рисунок 8.3 – Классификация зубчатых механизмов

               

              Шестерни

              Что такое шестерни

              Шестерни — это механизмы, которые зацепляются друг с другом посредством зубьев и используются для передачи вращательного движения от одного вала к другому. Шестерни определяются двумя важными параметрами: радиусом и количеством зубьев. Обычно они монтируются или соединяются с другими частями через вал или основание.

              Радиус: Радиус зубчатого колеса определяется по-разному в зависимости от конкретного участка обсуждаемого зубчатого колеса. Однако двумя наиболее важными измерениями являются радиус корня и радиус придатка. Радиус впадины — это расстояние от центра шестерни до основания зубьев, а дополнительный радиус (также называемый радиусом «тангажа») — это расстояние от центра шестерни до внешней стороны зубьев.

              Зубья: Зубья — это часть шестерни, которая соприкасается с другой шестерней. Чтобы две шестерни вошли в зацепление, шаг должен быть одинаковым для всех сопрягаемых пар. Шаг зубчатого колеса — это расстояние между эквивалентными точками соседних зубьев. Когда зубья шестерен входят в зацепление правильно, они предотвращают проскальзывание и могут демонстрировать КПД до 98%.

              Свяжитесь с нами
              Закрыть

              Как работают шестерни

              Шестерни могут служить эффективным средством для изменения направления движения, изменения скорости вращения или изменения оси, по которой происходит вращательное движение. Размеры шестерен обычно зависят от желаемого передаточного числа и вала, на котором будут сопрягаться шестерни.

              Любые две шестерни, соприкасающиеся друг с другом, естественным образом создают равную и противоположную силу в другой шестерне. Например, когда меньшая шестерня, изображенная ниже, движется по часовой стрелке, большая шестерня, естественно, будет двигаться против часовой стрелки. Любой вал, прикрепленный к соответствующей шестерне, будет вращаться в направлении шестерни, к которой он прикреплен.

              Скорость вращения регулируется с помощью «передаточного отношения». Передаточное отношение — это отношение радиуса ведущей или «входной» шестерни (той, которая обеспечивает взаимодействие между двумя шестернями) к радиусу «выходной» шестерни. Его также можно определить как отношение количества зубьев на входной шестерне к количеству зубьев на выходной шестерне. Чем больше передаточное отношение, тем больше будет замедляться выходное вращение. Чем меньше передаточное отношение, тем больше будет увеличиваться угловая скорость выходного вращения. Передаточные отношения дальше от «1» означают, что несоответствие между размерами шестерен будет больше. Подробнее о передаточных числах читайте ниже.

              При обсуждении пары шестерен меньшая шестерня считается шестерней, а большая — «шестерней». Когда две или более шестерни соединены вместе, это считается зубчатой ​​передачей. Шестерня, вращаемая двигателем, называется «ведущей» шестерней, в то время как последняя шестерня, часто выходная шестерня, в системе называется «ведомой» шестерней. Любые дополнительные шестерни в трансмиссии являются «холостыми» шестернями.

              Возможно, наиболее распространенной передачей для изменения оси вращения является коническая передача (см. ниже). Коническая шестерня обычно используется в дифференциалах транспортных средств для вращения движения, обеспечиваемого двигателем 9.0 градусов, чтобы колеса двигались вдоль их правильной оси.

              Типы зубчатых колес

              Цилиндрическое зубчатое колесо

              Цилиндрическое зубчатое колесо Наиболее распространенным типом зубчатого колеса является цилиндрическое зубчатое колесо. Цилиндрические шестерни имеют зубья, выступающие наружу по периметру шестерни. Они установлены на параллельных осях и могут использоваться для создания широкого диапазона передаточных чисел. Одним из недостатков этого механизма является то, что столкновения между каждым зубом вызывают потенциально неприятный шум, поскольку каждый зуб сразу входит в зацепление.

              Косозубые шестерни

              Косозубые шестерни: Для снижения шума от прямозубых шестерен можно использовать косозубые шестерни. Зубья косозубых шестерен нарезаны под углом к ​​торцу шестерни так, что зацепление зуба начинается с одного конца и постепенно переходит на остальную часть зуба по мере вращения шестерни. Такая конструкция приводит к снижению шума и делает систему в целом более плавной. Винтовой рисунок шестерен создает осевую нагрузку, так как зубья шестерен входят в контакт друг с другом под углом, не перпендикулярным оси вала. Подшипники часто включаются в механизмы с косозубыми передачами, чтобы выдерживать эту осевую нагрузку.

              Конические шестерни

              Конические шестерни: Конические шестерни могут использоваться в механизмах для изменения оси вращения. Хотя они могут быть предназначены для работы под другими углами, чаще всего они используются для изменения оси вращения на 90 градусов. Подобно цилиндрическим зубчатым колесам, конические зубчатые колеса также могут иметь прямые или косозубые зубья. Кроме того, можно использовать гипоидные конические передачи, когда оси входного и выходного валов не пересекаются.

              Червячные передачи

              Червячные передачи: В механизмах, где необходимы большие передаточные числа, можно использовать червячные передачи для достижения передаточного числа более 300:1, если это необходимо. Червячные передачи также обладают естественной функцией блокировки, заключающейся в том, что червяк может легко провернуть шестерню, но шестерня не может провернуть червяк из-за малого угла наклона червяка, вызывающего высокое трение между шестернями. Эти механизмы также изменяют ось вращения на 90 градусов, но иначе, чем конические шестерни. В отличие от других зубчатых колес, где зубья нарезаны параллельно, зубья червячной шестерни нарезаются почти перпендикулярно оси вращения вала при соединении с более традиционным профилем шестерни.

              Реечные шестерни

              Реечные шестерни: Реечные шестерни используются для преобразования вращения в линейное движение. Круглая шестерня или шестерня входит в зацепление со рейкой, и вращение шестерни заставляет рейку перемещаться. Рулевой механизм в автомобилях использует реечную систему. Когда шестерня вращается, она заставляет рейку двигаться линейно. Поскольку длина стойки не бесконечна, эти механизмы не используются в приложениях с непрерывным вращением.

              Планетарные шестерни

              Планетарные шестерни: планетарные шестерни могут быть самым интересным механизмом в мире шестерен. Эти механизмы состоят из трех основных компонентов: солнечной шестерни, планетарной шестерни и водила, а также зубчатого венца. Каждый из этих компонентов может служить входом, выходом или может оставаться неподвижным. Функциональное назначение каждого компонента определяет передаточное отношение всей системы. Набор лент или муфт часто используется для блокировки различных частей устройства. Направление вращения можно даже изменить, если солнечная шестерня будет входной, кольцевая шестерня — выходной, а планетарные шестерни — неподвижными. Кроме того, блокировка любых двух компонентов механизмов заблокирует всю систему с передаточным числом 1:1. Этот один набор шестерен может создавать несколько передаточных чисел, и наиболее распространенное применение этого механизма — трансмиссия автомобилей с автоматической коробкой передач.

              Ученые обнаружили причудливое существо с механическими шестеренками на ногах

              Шестеренки повсюду в рукотворном мире, их можно найти в различных предметах, от наручных часов до автомобильных двигателей, но кажется, что природа изобрела их первой.

              Вид насекомого, прыгающего по растениям, Issus coleoptratus , является первым известным живым существом, обладающим функциональными механизмами, как показало новое исследование. Две взаимосвязанные шестерни на задних лапах насекомого помогают синхронизировать ноги, когда животное прыгает.

              «Насколько мне известно, это первая демонстрация работающих механизмов у любого животного», – сказал исследователь Малкольм Берроуз, почетный профессор нейробиологии Кембриджского университета в Соединенном Королевстве.

              Берроуз и его коллега засняли движение шестерен с помощью высокоскоростной видеосъемки. Когда молодой жук готовится к прыжку, он сцепляет зубья шестерни одной ноги с зубьями другой, словно взводит курок. Затем насекомое выпускает лапки одним плавным взрывным движением. [См. видео с механизмами насекомых в действии]

              Синхронные прыжки

              На каждой ноге есть изогнутая полоса из 10-12 зубцов, которые прикрепляются к вертлугам на ногах насекомого. Эти структуры были описаны в 1957 году, но никто не продемонстрировал их работоспособность, сказал Берроуз LiveScience.

              Что означает самооборона в США? Убийства в метро показывают разделение.

              Задние лапы насекомых могут быть устроены двумя способами. Ноги кузнечиков и блох движутся в разных плоскостях по бокам их тела, в то время как ноги насекомых-чемпионов, таких как цикадки, движутся под их телом вдоль той же плоскости. Таким образом, ноги цикадки должны быть плотно соединены.

              «Если бы была небольшая разница во времени между ногами, то тело начало бы вращаться», — сказал Берроуз.

              Механизмы синхронизируют движения задних ног с точностью до 30 микросекунд друг от друга — намного быстрее, чем может достичь нервная система, согласно результатам исследования, подробно описанным в выпуске журнала Science от 13 сентября. [Семь самых удивительных навыков ниндзя-насекомого]

              Иногда Берроуз замечал, что шестеренки проскальзывают одна мимо другой, но когда они, наконец, сцепляются, две ноги синхронизируются.

              Берроуз провел эксперимент с мертвой цикадкой: когда он потянул ее за одну ногу, обе они быстро вытянулись. Таким образом, по его словам, только механика скелетной системы может синхронизировать ноги.

              Шестеренки предназначены для детей

              Зубчатые колеса встречаются только у неполовозрелых цикадок или нимф и теряются во время последней линьки. Взрослые цикадки используют трение между ногами для достижения того же эффекта, что и шестерни.

              Взрослые могут бросить свои шестеренки отчасти потому, что зубья шестерни могут сломаться, что поставит под угрозу выживание насекомого, сказал Берроуз. Нимфы сбрасывают свой экзоскелет пять или шесть раз, прежде чем достигают размеров взрослой особи, и могут исправить повреждения, в то время как взрослые особи остаются с одним телом.

              Взрослые также имеют более крупные и жесткие тела, поэтому трение может быть более эффективным способом синхронизировать их ноги.

              «Очень интересно наблюдать, как один за другим компоненты человеческого машиностроения обнаруживаются и в живом мире», — сказал Александр Ридель, куратор Государственного музея естественной истории Карлсруэ в Германии, не участвовавший в исследовании.

              Ридель предположил, что еще одной причиной отсутствия механизмов у взрослых насекомых может быть то, что, в отличие от нимф, у взрослых насекомых есть крылья, которые помогают направлять их полет.

              Есть несколько других животных, которые обладают структурами, напоминающими шестеренки. Зубчатая черепаха, как следует из названия, имеет шестеренку на панцире, которая носит чисто декоративный характер.