Земной шар ныне населяют сотни народов, проживающих почти в 200 государствах. Исторически сложилось так, что у каждой народности — свой язык, и далеко не все люди, проживающие даже в одной стране или местности, вполне понимают друг друга, ибо говорят они на разных языках и наречиях (местных диалектах). Давно уже предпринимаются попытки создать единый международный язык; предлагаются различные системы такого языка, среди которых наибольшей известностью пользуется система эсперанто. Несмотря на большие усилия, прилагаемые энтузиастами эсперанто, язык этот не получил еще широкого распространения. И все же международный язык существует. Это язык науки и техники, язык чертежей и формул. Им владеет почти каждый технически грамотный человек. В совершенстве владеет техническим эсперанто и каждый инженер. Чертеж — единый для всех народов мира и понятный в любой точке земного шара — выражает идеи и мысли конструктора. По чертежам, разработанным в одной стране, могут быть изготовлены изделия в любой другой. Юному технику тоже следует хорошо знать язык чертежа. Без этого ему не удастся ни перенять опыт и знания других, ни передать им свои технические идеи. Вот почему на выставке технического творчества неукоснительно требуют соблюдения правила: вместе с моделью сдавать на нее и техническую документацию, то есть чертежи. Самое трудное в черчении — не заучивание правил и даже не их применение. Труднее всего научиться пространственному объемному мышлению, то есть умению представлять мысленным взором.чертежи в виде готового, законченного изделия. Задания, приводимые в этой главе, как раз и преследуют цель помочь в развитии пространственного мышления у читателей. В чертежах очень часто применяют резьбовые соединения. Размеры массовых крепежных деталей стандартизованы. Их нужно хорошо знать и уметь изображать на бумаге. Закреплению их в памяти вам помогут следующие задания:
Archives for декабря, 2007
Подвижная мембрана 1 соединена с неподвижной стенкой 2 шарниром 3 и гибкой манжетой 4, образуя камеру 5 вдоха. Мембрана 1 снабжена упором 6 для непосредственного воздействия на клапан 7. Степень этого воздействия регулируется контргайкой 8. На стенке 2 размещены: корпус 9 клапана 7, патрубок 10 шланга вдоха 11, и смонтирован жесткий перфорированный кожух 12 ограждений. На мембране 1 с помощью рычага с переменным плечом 13 укреплен поплавок 14, который воздействует своей подъемной силой на мембрану и служит компенсатором давления при вдохе. Работа устройства. Под давлением внешней среды мембрана У дыхательного автомата поворачивается на шарнире 3, прижимается к неподвижной стенке 2 и упором 6 давит на клапан 7, который выпускает воздух из баллонов при вдохе. По прекращении вдоха мембрана / занимает исходное положение, упор 6 освобождает клапан 7, и впуск воздуха из баллонов прекращается. Когда водолаз находится в таком положении, при котором гидростатическое давление на мембрану 1 меньше, чем на середину грудной клетки, а вследствие этого давление воздуха в камере 5 вдоха дыхательного автомата меньше, чем давление в легких, поплавок 14 своей подъемной силой увеличивает силу воздействия среды на мембрану У. Вследствие этого мембрана дополнительно перемещается, что увеличивает открытие клапана7, и в камеру 5 вдоха поступает дополнительное количество воздуха до давления, равного давлению в легких. При ином положении водолаза, когда гидростатическое давление на мембрану 7 больше, чем на середину грудной клетки, и давление воздуха в камере 5 вдоха больше, чем давление в легких, поплавок 14 своей подъемной силой уменьшает силу воздействия среды на мембрану 1. Вследствие этого мембрана открывает клапан 7 на меньшую вел’йчину, и давление воздуха в камере 5 вдоха снижается до давления, равного давлению в легких. При вертикальном положении водолаза, когда разности гидростатических давлений на мембрану и на середину грудной клетки нет, поплавок 14 бездействует.
Создать какую-либо вещь, конструкцию, машину из ничего* нельзя, потому что весь мир, в котором мы живем и действуем, веществен и материален. Любые детали машин н механизмов, сооружения, инструменты, конструкции инженер изготовляет из конкретных, реальных материалов. В зависимости от своего назначения материалы можно разделить на условные группы: машиностроительные, текстильные, химические, строительные. Материалов великое множество. Это и хорошо для инженера, и плохо. Хорошо потому, что инженеру есть из чего выбирать. Каждый свой замысел, идею он может материализовать, воплотить, сделать реальной. Выбор велик, а если материала подходящего нет, то современная техника способна такой недостающий материал создать. Но чем больше ассортимент материалов, тем труднее и дольше происходит выбор самого нужного. Инженеру нелегко разобраться в этом бесконечном списке. Чем руководствуется инженер при выборе материала для своей конструкции? Условиями и характеристиками работы этой конструкции. Он должен создать изделие, способное выполнять те функции, которые возлагаются на него техническими условиями и потребностями общества,— работоспособное, надежное, прочное, безотказное, дешевое изделие. Отталкиваясь от этих свойств, инженер просматривает материалы один за другим, отбирая те, которые по своим свойствам и особенностям могут удовлетворить всем требованиям, могут быть использованы в проектируемом изделии. Инженер уже по ходу проектирования в самый начальный момент производит отбор материалов и каждую деталь своей конструкции рассчитывает, исходя из свойств того материала, который пойдет на изготовление именно этой детали. Самым замечательным подарком для инженера был бы универсальный материал — по всем своим свойствам пригодный для создания любой детали в любой конструкции. Но такого материала в природе и в технике нет — слишком противоречивыми и отрицающими друг друга свойствами он должен быть наделен: легкостью и тяжестью, прочностью и хрупкостью, прозрачностью и цветом, влажностью и сухостью, стойкостью и эластичностью и т. д. А раз такого материала нет и раз техника требует очень большого набора свойств от материала, используются различные материалы, обладающие все вместе этими необходимыми свойствами. Универсальных материалов в нашем распоряжении нет. Но ведь в то же время нет и быть не может материалов «однозначных», «узконаправленных» — нет материалов, наделенных всего лишь одним-единственным свойством. У каждого реального материала есть целый комплекс свойств — физических, химических, технологических и прочих. Представить себе материал, обладающий одним лишь свойством— например, только вязкостью и ничем более,— столь же невероятно, как представить универсальный материал, наделенный сразу всеми мыслимыми свойствами. А раз так, то границы между областями применения материалов неизбежно будут перекрываться; так, алюминий используют не только в авиации, но еще и в химической помышленнос-ти, в строительстве, в судостроении и т. д. Равным образом и древесина идет не только на сооружение лодок, но и в любую отрасль, в любое изделие, где ее свойства оправдывают ее применение. В технике наиболее широко применяются металлы. Иногда их называют также основными машиностроительными материалами. Такое предпочтение отдается металлам потому, что все они вместе и каждый из них в отдельности обладают широким комплексом разнообразных свойств. Иначе говоря, присущие металлам свойства в значительной степени удовлетворяют требованиям, предъявляемым инженером к материалам для инженерных конструкций.
В технике на кручение работают многие детали: шпиндели станков, различные валы, обыкновенный ключ дверного замка. Все эти детали передают крутящий момент от источника движения — двигателя или руки — к исполнительному механизму. Крутящий момент — это произведение силы, выраженной в килограммах, на расстояние (плечо) этой силы от оси Рис. 20. Замена сплошного вала полым. вращения, выраженное в метрах или в сантиметрах. Измеряется крутящий момент в кгм или кгсм (в системе Си— в Н-м). При передаче крутящего момента в сечении вала возникают внутренние напряжения, но есл;: при растяжении напряжения по своей величине одинаковы во всех точках сечения, то при кручении дело обстоит по-другому: на оси вала они равны нулю, в точках, близких к оси, весьма малы и возрастают по мере удаления от оси, достигая своего максимального значения у наружного диаметра. Таким образом, материал средней части вала при передаче крутящего момента почти не нагружен и практически не используется. Значит, валы и стержни можно изготавливать пустотелыми без ущерба для их прочности, но зато значительно меньшего веса. Например, у вала с наружным диаметром 48 мм с толщиной стенки 5 мм прочность такая же, как у сплошного вала диаметром 40 мм, но в два раза легче его (рис. 20). Расчеты показывают, что такая замена позволяет значительно снизить вес конструкций. Это особенно важно при изготовлении различных транспортных средств, где снижение веса конструкции позволяет экономить металл и использовать мощность двигателя для увеличения веса перевозимого груза. Поэтому-то рамы велосипедов, мотоциклов и многие другие конструкции изготавливают из труб. Пустотелые стержни вместо сплошных широко применяют и в станкостроении. Например, пустотелый шпиндель токарного и револьверного станков дает возможность изготавливать детали из прутка, а это значительно уменьшает количество отходов. Через пустотелые шпиндели фрезерных станков проходят стержни, с помощью которых достигается надежное крепление в шпинделе оправок для фрез. Конструкции из труб применяют и юные техники, например, при изготовлении картов (рис. 21). Использование труб вместо сплошного стержня должно, разумеется, производиться без малейшего ущерба для проч- Рис. 21. Карт. ности конструкции, поэтому такую замену можно производить лишь после предварительной тщательной проверки расчетом. Прочность любого вала будет в пределах нормы, если возникающие в нем при кручении внутренние напряжения не превысят допускаемых. При кручении величину допускаемого напряжения обычно принимают равной 0,5—0,6 допускаемого напряжения на растяжение. Для мягкой стали допускаемое напряжение при кручении Rs^200 кг/см2, а для твердой стали #,=300-г-1200 кг/см2, в зависимости от характера нагрузки и сечения вала 1. Зная величину крутящего момента и допускаемые напряжения, необходимый диаметр сплошного вала определяют по формуле: а наружный диаметр пустотелого вала по формуле: 1 Если на валу есть гнезда для шпонок, то возникает концентрация местных напряжений, снижающая прочность вала. 
где: а— в"утр; ; MKV— крутящий момент на валу. "наружи. Если вал передает вращение от двигателя мощностью N киловатт и делает при этом п оборотов в минуту, то крутящий момент на валу, выраженный в килограммо-сан-тиметрах, будет равен: MKD =97360 — кгсм. кр. п Пример. Определить диаметр стального вала, передающего вращение от электродвигателя мощностью 2 кет при «=1000 об/мин. Мкр. = 97 360 = 195 кгсм. Принимая допускаемое напряжение равным 200 кг/см’\ находим диаметр вала сплошного: d = 18 мм= 18-Ю-3 м. Приняв а = ^вЛП?_ = о18, "наружи. определим диаметры полого вала равной прочности: 195 (1—0 8)4 200 s*2′0 см==20 ** = 2-Ю-а м. dBHyxp .= 20-0,8 = 16 мм = 16- Ю-3 м. Иначе говоря, пустотелый вал диаметром 20 мм при толщине стенки 2 мм по прочности на скручивание равен сплошному валу диаметром 18 мм. Но он в 2,2 раза легче! Изгиб Если к стержню приложить силу, перпендикулярную его оси, то стержень изогнется. Так работают детали многих машин и сооружений: балки междуэтажного перекрытия здания; стойка плотины, на которую давит вода; главная балка моста, на которую передается давление колес поезда А 
Рис. 22. Схемы балок. или автомашины; вагонная ось, представляющая собой балку, опирающуюся на колеса и загруженную давлением букс; крыло самолета, изгибающееся под давлением воздуха; карандаш и ручка, которыми мы пишем. Балки прини
мают на себя нагрузку и передают ее элементам, на которые опираются — опорам (рис. 22). По количеству и расположению опор различают: а) балки на двух опорах — однопролетные (например: брус, перекинутый через канаву, обыкновенная садовая скамейка, вагонная ось с колесами и пр.); б) балка моста через широкую реку, у которого, кроме береговых, есть еще и промежуточные опоры; железнодорожный рельс; в) балки с одним заделанным концом — консольные (например: балки, поддерживающие балкон, спортивный бум, доска трамплина). Силы, действующие на балку, создают изгибающий момент, вызывающий деформацию —изгиб — балки. Величина изгибающего момента зависит от величины действующей силы, ее положения относительно опор и расстояния между ними. Внутренние напряжения, возникающие в балке при Таблица 2
