Инженер начинается в шлоле

Включают в себя соединения клиновые, болтовые, винтовые, шплинтовые и прочие. Клиновые соединения применяются там, где может потребоваться частая разборка частей машины. Достоинством их является малая чувствительность к пыли и грязи; недостатком — невозможность точной установки соединяемых частей. Клин удерживается на месте одним лишь трением, поэтому там, где соединение испытывает ударные или переменные нагрузки, может произойти отделение одной детали от другой и полное исчезновение силы трения. Чтобы этого не случилось, необходимо заранее принять меры: поставить еще и установочный винт. Такими винтами регулируют, например, положение установочных клиньев на суппорте токарного станка, на суппорте и столе поперечно-строгального и фрезерного станков. Винт можно закрепить гайкой. Кроме клиньев установочных, имеются также клинья скрепляющие, которые служат для скрепления частей машин. К ним относятся шпонки и предохранительные шпильки, которыми, например,ходовой валик и винт токарного станка соединены с коробкой подач. Такие шпильки изготовлены из мягкой стали небольшой прочности, и если токарь захочет снять стружку такого сечения, при котором нагрузка может оказаться непосильной для деталей станка, произойдет не поломка дорогих и сложных деталей (например, зубчатых колес), а срезание этой предохранительной шпильки. Токарь сможет сам за несколько минут тут же изготовить и установить такую шпильку взамен сломавшейся. Наиболее надежными являются клиновые врезные шпонки прямоугольного поперечного сечения. Такие шпонки ставят на валах коробок скоростей станков, автомашин и т. д., где соединяемые детали (шестерни, кулачковые муфты) требуется перемещать относительно оси вала, на котором они насажены (рис. 47). Широко применяется также плоская шпонка на лыске, зачищенной на поверхности вала (рис. 47—II). Фрикционные клиновые шпонки (рис. 47—III) наиболее подходят для пустотелых валов, где прореза-ние паза в валу сильно уменьшило бы прочность соединения. Круглые шпонки (рис. 47—IV) — они могут быть и резьбовыми — часто ставят для крепления шестерни или другой детали, расположенной вровень с торцом вала. Изготовить и смонтировать такую шпонку очень просто: шестерню нужно установить на место, а с торца, параллельно осям соединяемых деталей, просверлить отверстие между валом и шестерней на необходимую глубину. В отверстие вбить гладкий стержень или нарезать резьбу и ввернуть винт, который и станет шпонкой. В тех случаях, когда соединяемые детали приходится перемещать очень часто или требуется более надежное соединение, например в коробке скоростей автомобиля, применяют многошпоночные или шлицевые валы. Разъемное соединение деталей при помощи винтовой нарезки имеет в машиностроении наибольшее распространение. Такое соединение является наиболее надежным и простым, кроме того, оно позволяет производить точную установку деталей и любую степень затяжки (напряженности) соединения. Винты применяются не только как крепежные детали для соединения деталей машин, но и как часть кинематической пары для передачи и преобразования движения (например: 1) грузовые винты — домкраты; 2) ходовые вин- Болтовые соединения ты, обычно преобразующие вращательное движение в поступательное; 3) передаточные винты-червяки, которые преобразуют одно вращательное движение в другое — в редукторах). Различают три главных вида скрепляющих болтов: 1. Нормальный болт с головкой А и гайкой В (рис. 48—I); 2. Глухарь с головкой А, но без гайки, завинчиваемый своим телом в одну из соединяемых деталей (рис. 48—II) и 3. Шпильку (штифт), также завинчиваемую в одну из соединяемых деталей, но имеющую на другом конце нарезку и гайку В (рис. 48—III). К скрепляющим болтам относятся и фундаментные болты, с помощью которых станки, двигатели и прочие машины крепят к полу или стенам. Чтобы установить такой болт, в стене или полу нужно просверлить отверстие необходимой глубины (рис. 49), заложить в него болт и залить отверстие свинцом, цементом, гипсом или алебастром. Если болт работает на сдвиг, то он должен быть плотно пригнан к отверстию: его нужно тщательно обточить, слегка смазать и легкими ударами молотка загнать в аккуратно развернутое отверстие. . Установочные и стопорные болты (рис. 50) служат для установки и закрепления деталей (колец, муфт и т. п.) на валах. Они отличаются друг от" друга не только формой головки, но,
главное, формой нажимного конца. Конец нажимного болта должен быть твердым, поэтому его следует закалить или цементировать. Болты могут быть черные, получистые и чистые. У первых и вторых стержень необработан, и они входят в отверстие с зазором, но у вторых с внутренней стороны подрезана головка. Чистые имеют обточенный стержень и головку. Прочность болта в значительной мере зависит не только от качества нарезки, но и от характера проточки — она не должна иметь прямых и острых углов, так как в них происходит концентрация внутренних напряжений, которые сильно ослабляют сечение. Гайки, предназначенные для крепления деталей, в зависимости от назначения имеют различную форму: гайка- «барашек» (рис. 51—I) применяется там, где не требуется сильноезатягивание (например, в слесарной ножовке). Для предупреждения просачивания пара или жидкости ставят глухую гайку (рис. 51—V) с мелкой нарезкой и прокладкой из кожи и резины. На рис. 53—II показана корончатая гайка, а на рис. 53—111 и 53—IV— круглые гайки с отверстиями под радиусный и торцовый ключи. Обычный гаечный ключ применяется для гаек, имеющих стандартные 6, а также 4 и 2 грани. Шайбы обычно бывают круглыми, но применяются и квадратные. Шайбу подкладывают под гайку, а иногда и под головку болта. Без шайбы нельзя обходиться в следующих случаях: 1. Когда одна из соединяемых деталей сделана из мягкого материала — дерева, кожи, резины; 2. Когда поверхность прилегания соединяемой детали фигурная или наклонная к оси болта; 3. Когда отверстие для болта значительно больше его диаметра. В процессе работы из-за деформации и вибрации часто происходит постепенное ослабление болтового соединения, и соединенные детали могут в конце концов даже отойти друг от друга. Поэтому в машинах и механизмах большое значение имеют гаечные замки, назначение которых — воспрепятствовать ослаблению болтового соединения. Замки особенно необходимы на быстродвижущихся частях машины, где ослабление гайки вследствие неизбежных ударов наиболее вероятно, а обнаружить это ослабление на ходу машины невозможно. Замков придумано очень много. Одни из них основаны на увеличении трения, другие задерживают гайку при помощи добавочных деталей. К первым (рис. 52) относятся: контргайка (I), гайка Палиссера (II) — конусная с разрезом, разрезная гайка с шурупом (III), разрезная шайба — шайба Гровера (IV). Из вторых наибольшее распространение имеют разводные шплинты (V) и корончатые гайки (VI). Разводные шплинты и лежачие замки гораздо надежнее. Они удерживают гайку в определенном положении нажатием твердых частей. Шплинт изготавливается из сложенной вдвое стальной проволоки полукруглого сечения. Для него сверлится отверстие, а затем концы шплинта, выступающие наружу, разводятся в стороны. Отверстие может быть просверлено либо только в теле болта или же через гайку и болт. Иногда ставится корончатая гайка (4) с прорезями для шплинта в добавочной кольцевой части. Когда необходимо закрепить гайку, а никаких замков нет, то можно поступить так: поставить на резьбу винта у торца гайки керн или бородок и ударить молотком. Образуется вмятина, которая и будет препятствовать самоотвинчиванию гайки. А когда потребуется снять гайку, то замятое место придется запилить.

В технике все металлические материалы подразделяют на простые металлы — элементы, имеющие небольшое количество примесей, и сложные металлы (сплавы), которые представляют собой сочетание какого-либо простого металла с другими элементами. Из простых металлов в технике применяются только медь и алюминий для линий электропередач. Остальные металлы используются в основном в виде сплавов. В состав сплава вводят элементы, которые придают ему свойства, каких нет у основного металла, но какие должны быть у готового изделия. Например, нож, изготовленный из чистого железа, будет гнуться и тупиться даже при резанье хлеба, потому что железо — металл очень мягкий. Добавка углерода в сплав повысит упругость и твердость железа, а марганец увеличит его сопротивление истиранию. Инструмент из такого сплава будет резать уже не только хлеб, но даже и само железо. То же самое происходит и с цветными металлами: добавлением к мягкой меди или олову цинка получают сплавы прочные, пластичные и твердые; золото упрочняют добавками серебра и т. д. Металлы и сплавы, в свою очередь, разделяют на черные и цветные. К черным относят железо и его сплавы (с углеродом и другими элементами) — стали, чугуны и ферросплавы. Все остальные металлы и их сплавы относятся к цветным металлам. И в технике, и в народном хозяйстве вообще наибольшее распространение получили черные металлы. К сталям относят железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2,0% углерода, к чугунам — 2,5-7-4,0% углерода. По своему химическому составу стали разделяют на углеродистые и легированные, в эти последние вводят химические элементы, придающие стали особые свойства. Легированные стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей. Углеродистые стали по назначению бывают конструкционные и инструментальные, при этом конструкционные— обыкновенного качества и качественные. По ГОСТу конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой от 0 до 7, обозначающей примерное содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь Ст1 содержит примерно 0,1% углерода, сталь Ст2 — около 0,2% и т. д. Чем выше номер стали, тем она тверже и прочнее. Стали с малым содержанием углерода более пластичны и мягки, их легче гнуть в холодном состоянии. Термической обработки низкоуглеродистые стали не воспринимают. Из сталей Ст4 и Ст5 изготавливают болты, оси, рычаги, шестерни (зубчатые колеса), шпонки, ключи и другие детали, из Стб и Ст7 — рессоры, валы, бандажи для колес и т. д. Качественные конструкционные углеродистые стали более однородны по составу и содержат меньше (чем стали обыкновенного качества) вредных примесей. По ГОСТу они маркируются так: стали 0,8, 10, 15, 20 и т. д. до 85, где число обозначает содержание углерода в сотых долях процента. Из конструкционных сталей изготовляют мосты, строительные конструкции, перекрытия зданий, крепежные детали (болты, гайки, шайбы, гвозди и т. п.) и др. Инструментальная углеродистая сталь разделяется на сталь качественную, которая обозначается буквой У и цифрой или числом, показывающим содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8 и так до У13, и высококачественную сталь. Высококачественная инструментальная сталь обозначается так же, как качественная, но с добавлением буквы А (У7А — У13А). Из инструментальных углеродистых сталей изготавливают молотки, отвертки, зубила, бородки и другие инструменты и ответственные приспособления. Существенным недостатком всех углеродистых сталей является отсутствие у них нужных coweTaHrfft механических свойств. Например, сталь с большим содержанием углерода прочнее и тверже, но зато она имеет меньшую пластичность и вязкость, а это существенный недостаток. Резцы и сверла из углеродистой стали теряют свои режущие свойства уже при температуре 180°С, прокаливаемость (твердость по сечению после закалки) углеродистых сталей невелика и т.д. По этим причинам углеродистые стали не отвечают высоким требованиям ответственного машиностроения и инструментального производства, и поэтому там применяются стали легированные. Легированной сталью называют такой сплав, в котором, кроме железа и углерода, содержатся другие, специально введенные химические элементы, придающие стали особые свойства: упругость, твердость, износоустойчивость, жаропрочность и т. д. По названию элементов, входящих в состав легированных сталей, они так же и называются: ванадиевые, хромистые, хромомолибденовые и другие стали. Легирующие элементы по ГОСТу обозначаются заглавными буквами русского алфави
та: X — хром; Н — никель; Г— марганец, Ф — ванадий; К — кобальт; Т — титан; Ю — алюминий; Д — медь. Содержание химических элементов в стали указывается цифрами и буквами: первые две цифры перед буквами показывают содержание углерода в сотых долях процента; сами буквы — наличие соответствующего лигирующего элемента; цифры после букв — содержание этого элемента в целых процентах. Если имеется буква, но цифра после нее не стоит, то значит данного элемента содержится в сплаве около одного процента. Например, легированная сталь марки 35Х — это сталь хромистая, содержащая 0,35% углерода и хрома примерно 1 %. Сталь 45Г2 содержит 0,45% углерода и марганца 2%. Сталь ЗОХНЗ — 0,30% углерода, хрома 1% и никеля 3%. Если сталь высококачественная, то к ее обозначению в конце добавляется буква А. Например, высококачественная хро-момарганцевокремнистая сталь, содержащая 0,30% угле рода, хрома —1%, марганца—1% и кремния—1%, будет иметь марку ЗОХГСА. Некоторые стали с особыми свойствами имеют и особую маркировку: Ш — шарикоподшипниковая, Р — быстрорежущая, Ж — хрг/мовая нержавеющая, Я — хромоникелевая нержавеющая, Е —"электротехническая. Легированные конструкционные стали имеют более высокие механические характеристики, чем простая углеродистая сталь, поэтому детали, изготовленные из легированных сталей, могут иметь меньшее сечение, а следовательно, и меньший вес, чем такие же детали, изготовленные из обычной стали. А это значит, что замена деталей из обычных сталей легированными позволяет значительно снизить вес машин, увеличить их надежность и долговечность. Широкое применение черных металлов в народном хозяйстве облегчается тем, что металлургическая промышленность выпускает металл в виде стандартных профилей определенной формы и размеров (рис. 27). Конструируя машину или сооружение, инженер обязан при расчете подбирать и указывать в чертеже только тот профиль, который имеется в стандарте. Это упрощает и ускоряет конструирование, облегчает выполнение чертежей, на которых нет нужды вычерчивать весь сложный профиль со многими размерами, а достаточно указать только название Рис. 27. Профили стали, выпускаемые для народного хозяйства: / — круглый; 2 — квадратный; 3 — полосовой; 4 — угловой; 5 — тавровый; 6 — двутавровый; 7 — корытный (швеллер); 8 — рельсовый; 9 — зетовый. профиля и его номер. Например, балка двутавровая № 20; или: швеллер № 12 и т. д.

Знакомясь с инерцией на примере снаряда, мы убедились, что после прекращения действия движущей силы длина пути, проходимого телом, зависит от сопротивления среды, в котором оно движется: в твердом теле, жидкостях или газах. Юные техники в своей практической деятельности встречаются с сопротивлением каждой из этих сред. В мастерской школы и на производстве при изготовлении изделий приходится преодолевать сопротивление металлов, древесины, пластмасс и других твердых материалов. Чтобы уменьшить силу сопротивления материала режущему инструменту, сам инструмент должен быть остро заточен и тщательно отполирован. Это уменьшает трение и не только улучшает качество обрабатываемой поверхности и стойкость инструмента за счет уменьшения его нагрева, но и заметно снижает затрату энергии на обработку. Уменьшению трения при обработке и отводу тепла способствует и применение смазывающе-охлаждающих жидкостей. Уменьшение угла заострения инструмента тоже облегчает резание. Увеличение затраты энергии при работе затупившимся и неправильно заточенным инструментом особенно заметно при ручной обработке. При разрезании заготовок ручной ножовкой она часто заедает и даже ломается. Тяжело и медленно идет работа, но зато легко можно получить травму. Причина заедания пилы — трение боковых поверхностей полотна о стенку прорези. Успешно разрезать толстую заготовку можно только в том случае, если ширина прорези будет больше толщины полотна ножовки. А такую прорезь дают полотна с разведенными зубьями. Поэтому зубья пилы по дереву необходимо не только затачивать, но и разводить. Жидкости и газы оказывают сопротивление движущимся в них телам гораздо меньшее, чем тела твердые: идущий человек легко преодолевает сопротивление воздуха, движущаяся лодка спокойно раздвигает воду. Но как только скорость возрастает, сопротивление жидкостей и газов тоже становится весьма ощутимым, ибо, чем выше скорость, тем больше сопротивление среды. Например, сопротивление, которое оказывает воздух свободно падающему парашютисту, настолько велико, что дает возможность парашютисту безопасно опуститься на землю с большой высоты. Сопротивление воды с возрастанием скорости становится еще более заметным: носовая часть моторной лодки поднимается над водой тем выше, чем больше скорость движения. Вода надежно держит лыжника, которого буксирует катер. На преодоление сил сопротивления среды приходится затрачивать дополнительные мощности, а следовательно, и дополнительное — и притом очень значительное — количество топлива. Все это резко увеличивает вес транспортных средств. Для воздушных и космических кораблей вес имеет решающее значение. Поэтому конструкторы борются за снижение каждого килограмма веса самолетов, а для юных техников-авиамоделистов важен буквально каждый грамм веса модели. При очень больших скоростях жидкости и газы приобретают непривычные свойства. Например, водой, выталкиваемой из сопла со сверхзвуковой скоростью, можно пробивать отверстия в твердых горных породах и даже в металле, потому что водяная струя становится «твердой». При полете со скоростями, превышающими скорость звука (а скорость современных самолетов-истребителей превышает ее в 2—3 раза), пилот в случае аварии не только не может выброситься из самолета, но даже и высунуть руку из кабины — поток воздуха мгновенно срежет ее, как бритвой. Поэтому современные скоростные самолеты-истребители оборудованы катапультой, которая с помощью взрывного заряда выбрасывает пилота из кабины вместе с его креслом. В момент катапультирования ограждение защищает пилота от удара со встречным воздушным потоком. Только после того как пилот отлетит от падающего самолета на безопасное расстояние, он раскрывает парашют. Сила сопротивления среды зависит не только от ее агрегатного состояния и скорости движения, но и от формы движущегося тела и степени гладкости его поверхности (рис. 11). Совсем недавно, 20-25 лет назад, у самолета все было «на виду» — колеса, шасси, крепление крыльев. В процессе борьбы за увеличение скорости, маневренности и улучшение других летных характеристик самолетостроителям пришлось убрать внутрь все, что выступало наружу, даже головки заклепок — вместо полукруглых стали применять потайные. Для снижения веса самолета, не в ущерб его прочности, авиаконструкторы разработали сложные формы прокатных профилей, а для уменьшения трения всю наружную поверхность самолета стали тщательно за
глаживать, «зализывать», и покрывать лаком. Самолет, автомобиль и корабль приобрели обтекаемые формы с небольшими изменениями сечений и плавными переходами между ними. Наилучшую форму помогает определить испытание кон- струкции или ее модели в аэродинамической трубе (рис. 12). Форма продольного сечения самолета определяется его скоростью: для дозвуковых аппаратов она характеризуется сферической головной частью и заостренной хвостовой. При сверхзвуковых скоростях продольное сечение самолета в головной части похоже на острый конус, а хвостовая часть — плоская, как бы обрубленная. Тяжелый самолет, наделенный большой инерцией, при посадке требует очень длинных взлетно-посадочных полос и больших аэродромов. Это и сложно и дорого. Поэтому авиационные конструкторы стремятся использовать силу сопротивления среды для уменьшения пробега самолета после посадки. Например, у некоторых самолетов делают тормозные парашюты, которые летчик выпускает сразу же после приземления машины, а у сверхзвукового пассажирского лайнера «ТУ-144» (рис. 13) торможение производится при помощи опускания лобового обтекателя, который в полете служит для придания самолету сверхзвуковой формы. Сопротивление движению тела в различных средах различно: наибольшее — в твердой среде, гораздо меньше — в жидкостях, наименьшее — в газах. При большой скорости движения твердого тела в жид- кости ее сопротивление выталкивает тело на поверхность. Тело начинает скользить по поверхности — глиссирует. Сопротивление глиссирующего тела становится меньше, и при прежней мощности двигателей скорость судна резко возрастает. Такое свойство натолкнуло кораблестроителей на хорошую идею — создать условия, облегчающие кораблю подъем на поверхность воды и глиссирование. Так появились глиссеры со ступенькой на днище — реданом. Все более широкое распространение приобретают суда на подводных крыльях (рис. 14), создающих судну подъ- емную силу, как крылья самолету. Как только судно развивает определенную скорость, оно полностью выходит из воды, а в воде движутся только крылья с очень небольшой поверхностью. Очевидно, еще меньшее сопротивление должно иметь транспортное средство, которое совсем не касается опоры. Так появились суда и автомобили на воздушной подушке, поезда на электромагнитной подушке. Сопротивление воздушной среды меньше, чем сопротивление других сред. Но ведь можно уменьшить сопротивление и самой воздушной среды. Для этого нужно подняться в более разреженные слои атмосферы. Поэтому авиация одновременно с увеличением скорости поднимает и потолок полетов, выводит самолеты на большие высоты — туда, где плотность воздушной среды мала, а значит, мало и сопротивление, оказываемое летящим самолетам. Юные техники со своими моделями участвуют в соревнованиях, на которых основные показатели — скорость, дальность и высота подъема (или глубина). Чтобы добиться наилучших результатов на модели с заданным двигателем, нужно правильно отрегулировать его, подобрать горючее, заставить двигатель развить наибольшую мощность, на которую он способен, а все вредные сопротивления предельно уменьшить. Как этого добиться, вы теперь знаете.