/И.И.НЕГРИЛЛОВСКИЙ

НЖЕНЕР

НАЧИНАЕТСЯ
В ШКОЛЕ

МОСКВА «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА» 1974

Scan AAW
6П4 (072)

Н41

Рисунки В. Белова

Негримовский М. И.

Н41 Инженер начинается в школе. Рис. Б. Белова,
М., «Дет. лит.», 1974.

175 с. с ил. (Библиотечка пионера «Знай и умей»).

Книга по техническому творчеству для школьников.

70803-549

Н М 101 (03) 74

487-74

6П4 (072)

© Издательство «Детская литература», 1974 г.
Глава I
ЧТО ТАКОЕ ИНЖЕНЕР?

Перед тем как раскрыть эту книгу, все прочитали ее
название: «Инженер начинается в школе». И возможно,
ни одно слово в этом названии не показалось вам неясным,
неточным. Но в действительности такое слово в названии
есть, и слово это — инженер.

В самом деле, попробуйте спросить у родителей, у дру-
зей, у знакомых: «Что такое инженер?» И вы получите с де-
сяток совершенно различных ответов. Вот, к примеру, один
из них: «Инженер — это человек, окончивший высшее тех-
ническое учебное заведение». На первый взгляд такое
определение может показаться почти исчерпывающим: по-
давляющее большинство современных инженеров действи-
тельно выпускники институтов и высших технических учи-
лищ. И все-таки считать инженером только того, кто полу-
чил инженерный диплом, нельзя. Ведь само понятие и само
слово «инженер» появилось задолго до того, как появились
на свете высшие технические учебные заведения. Многие
выдающиеся инженеры даже прошлого века никогда не дер-
жали в руках институтского диплома, и поначалу в промыш-
ленности работало так мало выпускников высших учебных
заведений, что они, стремясь подчеркнуть свои достоинства,
нередко именовали себя не просто инженерами, но дипло-
мированными инженерами. Выходит, наличие институт-
ского диплома, ставшее в наши дни практически обязатель-
ным для инженера, в прошлом столетии было только жела-
тельным...

Тогда попробуем подойти к делу с другой стороны.
«Энджин» по-английски «машина»,«механизм»,следователь-
но, «энджинир» — инженер — это «машинист», «механик».
Но кто решится доказывать, что машинист, ведущий локо-
мотив, или механик, ремонтирующий испортившийся мо-
тор,— инженеры? Нет, и машинист, и механик — это очень
важные и почетные рабочие, но не инженерные профессии.
А почему же тогда мы называем инженерами таких механи-
ков, как Иван Кулибин и Джеймс Уатт, которые и по долж-
ности-то своей были механиками — один в Петербургской
Академии наук, а другой в Глазговском университете в
Шотландии? Мы делаем это потому, что, будучи механика-
Рис. 1. Государ-
ственный знак ка-
чества.

ми, эти люди сделали нечто такое, что
отличало их от множества других соб-
ратьев по профессии. Кулибин изобрел
прожектор, «водоходное судно», протез
для инвалидов и множество других ме-
ханизмов, а Джеймс Уатт — паровую
машину.

Но можно ли утверждать, что только
изобретатели могут быть инженерами?
Конечно, нет. Больше того, далеко не
все инженеры изобретатели, и не так
уж редки изобретатели, которые никог-

да не были и никогда не стали инженерами. В качестве
примера можно привести Жиллета, который хотя и изоб-
рел безопасную бритву, но не стал от этого инженером.
И наоборот, швед Никерсон, который не изобрел бритвы,
но разработал машины для ее производства, наладил их
выпуск и принес таким образом успех Жиллету, был самым
настоящим инженером.

Значит, чтобы быть инженером, не всегда обязательно
иметь диплом высшего технического учебного заведения, не
всегда обязательно быть изобретателем и не всегда обяза-
тельно быть связанным с машинами и механизмами. Инже-
нером может быть только тот, кто способен решать возникаю-
щие технические проблемы. Не беда, что сложность понятия
«инженер» мы заменили сложностью понятия «техническая
проблема». Такая замена лишь подчеркивает новую мысль:
техника и инженер связаны неразрывно. Их нельзя рассмат-
ривать как нечто застывшее, раз навсегда определенное.
Смысл, вкладываемый в понятие «техническая проблема»,
непрерывно меняется и усложняется по мере распростра-
нения и внедрения техники в нашу жизнь. Соответственно
меняется содержание слова «инженер», и непрерывное рас-
ширение и усложнение этого слова как бы отражает такое
же расширение и усложнение самой техники.

Можно утверждать, что любое изменение в человече-
ской жизни, любая новая задача, возникающая перед чело-
вечеством, способны порождать технические проблемы. Так,
стремление выйти в космическое пространство породило
массу технических проблем: создание жаропрочных спла-
вов, высококалорийных топлив, мощнейших и легчайших
ракетных двигателей. Но было бы неверно думать, что тех-
нические проблемы возникают только в новых отраслях
техники. Вовсе нет. Такая, скажем, незатейливая операция,
как прокалывание на ботинках дырочек для шнурков, пре-
вращается в головоломную проблему, когда речь идет о мил-
лионах пар. То, что раньше сапожник делал не задумыва-
ясь, теперь требует специальных приспособлений, автома-
тических станков, вспомогательных устройств. Нередко
технические проблемы порождаются отсутствием дефицит-
ных материалов, высококвалифицированных рабочих, спе-
циальных станков и инструментов. И в каждом из этих слу-
чаев неизбежно вмешательство инженера...

Если попытаться одним словом обозначить главное на-
правление в развитии современной техники, то этим словом
должно быть слово «специализация». Давно кануло в веч-
ность время средневековых мастеров, совмещавших в од-
ном лице и изобретателя, и конструктора, и технолога, и
художника. Ныне все эти функции разделились, расщепи-
лись. В отдельную группу выделились инженеры-конструк-
торы — специалисты, создающие чертежи новых машин и
устройств. Часть исходных данных, необходимых им для
работы, они получают от заказчика. Часть назначают сами
«из конструктивных соображений». Наконец, часть таких
данных им выдают инженеры-расчетчики, которые вычисля-
ют нужные величины, опираясь на формулы, добытые
наукой. Если расчетчикам не хватает каких-то коэффициен-
тов и цифр, они выдают задание инженерам-исследовате-
лям, которые с помощью моделей на экспериментальных
установках получают необходимые данные. Потом конст-
рукцию проверяют инженеры-прочнисты, и она поступает в
распоряжение инженеров-технологов—специалистов, знаю-
щих, как легче и быстрее изготовить ту или иную деталь,
собрать узел, смонтировать машину. Тем временем инже-
неры-экономисты подсчитывают стоимость будущей маши-
ны и оборудования, необходимого для ее производства.
Инженеры по организации производства готовят графики
и производственные площади. Инженеры-испытатели го-
товятся испытать опытный образец, чтобы результаты этих
испытаний можно было учесть в конструкции серийного
образца.

Все эти специалисты, занимающиеся столь непохожими
работами,— инженеры, ибо каждый из них в своей области
решает технические проблемы, необходимые для того, что-
бы новая машина, новый материал, новое сооружение как
можно быстрее увидели свет. Там, где все технические труд-
ности решены, где установилась твердая практика, там ин-
женеру делать нечего. Но как только встречается случай,
выходящий за рамки освоенного, как только появляется
проблема, которая не под силу существующим способам,
так сразу же настает черед инженера, и прежде всего глав-
ного конструктора...

Название «главный конструктор» страдает тем недостат-
ком, что оно создает впечатление, будто главный конструк-
тор это просто очень хороший, лучший, опытнейший кон-
структор. В действительности главный конструктор — это
новое качество. Это — дирижер оркестра, а не достигший
высшего совершенства барабанщик. В конструкторскОхМ
бюро есть люди, умеющие делать каждую работу быстрее
и лучше, чем сам главный конструктор, но он тот, кто все
объединяет, всем руководит, за все несет ответственность.
Чтобы достичь успеха, главный конструктор должен быть
уверенным в себе, должен брать на себя полную ответствен-
ность за проект стоимостью в миллионы рублей. Конечно,
его должен поддерживать, ему должен помогать большой
коллектив, но после коллективных обсуждений все важные
решения главный конструктор должен принять один. Он
должен иметь в себе силу и мужество отказаться от работ,
которые нельзя выполнить хорошо, как бы сильно ни по-
буждали его к этому заказчики. Он должен заражать лю-
дей своим энтузиазмом и своей требовательностью. И это,
быть может, самое ценное наследство, сохраняющееся дол-
гие годы после его смерти.

Как правило, главному конструктору не приходится
самому выдумывать задание. Обычно он получает его от
заказчика, руководствующегося при составлении задания
рядом далеких от техники соображений — политических,
экономических, военных и т. д. Тем не менее это задание
облечено в конкретную, сжатую форму технических тре-
бований (ТТ) — этих «обарифмеченных желаний». Вели-
чайшая опытность, проницательность, смелость и здра-
вый смысл требуются от главного конструктора во время
выработки ТТ.

«Первая обязанность главного конструктора,— пишет
известный советский инженер лауреат Ленинской и Го-
сударственных премий Н. Синев,— правильно поставить
практическую задачу. Сколько блестящих технических
идей погибло от того, что их авторы не сумели правильно
оценить масштаб трудностей, встающих на пути к реали-
зации замысла! Искусство превращать новую идею в прак-
тическую задачу — это умение отделить выполнимое от
того, что может лишь затормозить дело... Искусство прев-
ращать идею в практическую задачу — редкий дар, ибо
надо иметь большой опыт и много знать, чтобы увидеть
трудности».

Такого же мнения придерживается и известный англий-
ский авиаконструктор де Хэвиленд: «Есть лишь один путь
к удачной конструкции. Заказчик составляет предельно
краткую спецификацию желаемой машины с минимальным
числом жестко заданных параметров. Затем проводится не-
сколько бесед с конструкторами, которым заказчик дове-
ряет, и когда устанавливается взаимопонимание, конст-
руктору предоставляется полная свобода. Лучше всего
такие беседы проводить втроем, вчетвером и никогда не
собирать больших совещаний, где некоторые говорят слиш-
ком много потому, что любят говорить, а некоторые —
слишком мало потому, что теряются на людях».

После того как технические требования и технические
условия утверждены, задание поступает в распоряжение
конструкторов — этих чародеев техники. Говорят, Байрон
не мог объяснить некоторых своих стихов, а знаменитый
инженер Эриксон — создатель броненосца «Монитор» —
до конца жизни не смог понять законов, по которым рабо-
тал построенный им двигатель внешнего сгорания. Поэт,
не понимающий своих стихов, конструктор, не понимаю-
щий работы своей машины,— это парадоксальное сопостав-
ление показывает, как в существе своем неправилен обычай
смешивать инженеров и ученых. Ведь цель науки — зна-
ние, а цель техники — польза. «Ученый, когда понял дейст-
вительность, останавливается, он свою миссию выполнил,—
писал теоретик изобретательства П. Энгельмейер.— А тех-
ник тут только начинает. Знать нужно ученому для того,
чтобы знать, а технику надо знать для того, чтобы делать».
Вот почему инженерное дело, особенно его конструктор-
ская ветвь, сродни искусству, и труд конструктора ближе
к труду художника, нежели к труду ученого.

Получив задание, конструктор должен соразмерить
цели и находящиеся в его распоряжении средства. Он дол-
жен помнить, что главная его цель состоит не в том, чтобы
непременно изобрести что-нибудь новое, а в том, чтобы ре-
шить поставленную перед ним практическую задачу. Если
она хорошо решается уже известными методами, если хо-
рошо проверенные опытом узлы и детали позволяют удов-
летворить всем требованиям, то изобретательство ради
изобретательства, новое ради нового может принести лишь
вред. В конструкторской работе вовсе не нужно придумы-
вать все заново. В ней надо изобретать только то, без
чего нельзя решить задачу. Конструируя новый механизм,
незачем делать по-своему все болты и гайки. Надо взять
максимум уже освоенного производством и необходимый
минимум вновь изобретенного. Но если новое качество
будущей машины оказывается недостижимым с помощью
обычных болтов и гаек, то эти, казалось бы, простые детали
сами могут стать объектом изобретательского творчества.

К сожалению, о творчестве изобретателей писалось и
пишется гораздо больше, чем о творчестве конструкторов.
Больше того, существует стремление рассматривать кон-
структивные особенности машины как нечто легко дости-
жимое, как результат несложной, почти рутинной работы,
требующей лишь исполнителей средней руки. При этом
упускается из виду, что новинка, вышедшая непосредствен-
но из рук изобретателя, не имеет почти никакой ценности
для потребителя: она неуклюжа, неудобна, ненадежна,
несовершенна. И лишь конструктор способен создать из
идеи продукцию, способен вдохнуть в нее жизнь, сделать
предметом, которым удобно и приятно пользоваться, ко-
торый быстро становится действительно необходимым.
И создание такой конструкции далеко не простая, не рутин-
ная работа.

Опыт... Мы часто произносим это слово, но редко за-
думываемся над тем, что оно в действительности означает.
Опыт — это когда ломается деталь, рассчитанная по всем
правилам сопромата. Опыт — это когда в аварийной си-
туации рука пилота никак не может найти нужной руко-
ятки. Опыт — это когда самолет в небе начинает вести себя
совсем не так, как модель в аэродинамической трубе. Ко-
роче говоря, опыт это то, что нельзя оценить цифрой, что
не ложится в методики, что не поддается формализации.
Опыт — вот главное богатство конструктора. У него есть
помощники — отделы прочности, вычислительные машины,
испытательные стенды. Но как бы важны и необходимы они
ни были, они не могут создать хорошую конструкцию. И в
наши дни творческая мысль конструктора так же необхо-
дима, как и прежде, как и всегда.

Конструктор должен обладать даром мысленно вос-
создавать сложную картину работы машины, видеть ее
форму, размер, соотношение между частями. Он должен
видеть облик будущей машины, который потом будет пе-
ренесен на бумагу и претерпит массу изменений прежде,
чем будет выполнен в металле. Каждая деталь должна
быть не только достаточно прочной, но и простой в изго-
товлении, в ремонте, в обслуживании. Все эти вещи далеки
от теоретических соображений, они скорее объект опыта
и здравого смысла. И в конструкции машины личность ее
создателя отражается, быть может, не менее ярко, чем лич-
ность художника в картине.

К этой мысли приходит и известный советский конструк-
тор трижды лауреат Государственной премии А. Рихтер:
«Выполняя одно и то же задание, разные проектировщики
представят неодинаковые решения, в которых непременно
найдут отражение чисто человеческие свойства и наклон-
ности: широта или узость взглядов, приверженность к
новизне или традициям, радикальным решениям или ра-
зумным компромиссам, тяготение к сложности или простоте,
невнимательность к «мелочам» или стремление к постижению
тонкостей».

Как ни странно, несмотря на такую близость творчест-
ва художника и конструктора, некоторые инженеры даже
сейчас считают особым достоинством неказистый и грубый
вид своих конструкций. По их мнению, отсутствие красоты
и изящества с лихвой окупается техническими качествами
их машин. «Человек,— говорят они,— любит машины не за
их красивый вид, а за работу, которую они выполняют».

Казалось бы, такое рассуждение не лишено смысла:
какое нам дело до внешнего вида авиационного двигателя,
упрятанного в крыло самолета, или судового винта, скры-
того от наших глаз толщей воды. Стоит ли тратить время и
средства на то, чтобы придать им красивый вид? Да пусть
они выглядят как угодно, лишь бы были надежными и эко-
номичными.

Однако эти инженеры не должны забывать, что в конеч-
ных своих звеньях мир машин неизбежно соприкасается с
человеком. И вот в этих-то точках контакта красота и удоб-
ство машины играют далеко не второстепенную роль. Ко-
нечно, есть немало машин, при проектировании которых
можно не заботиться об их внешнем виде. Нам действитель-
но все равно, красив или нет двигатель самолета, но не-
удачное оформление пульта управления этим двигателем,
за которым сидит пилот, может быстро вызвать утомление
и даже привести к аварии. Некрасивый, неудобный станок,
неудачно окрашенный цех, примитивный, грубый инстру-
мент раздражает рабочего, делает работу неприятной, сни-
жает производительность труда.

Вот почему сейчас в Советском Союзе и в других стра-
нах так много внимания уделяют технической эстетике —
науке о красоте машин, о взаимодействии мира техники с
человеком. Некоторые учебные заведения уже приступили
к подготовке художников-конструкторов — специалистов,
которые призваны придать машинам красивый и изящный
вид. Форма, ритм, цвет — вот основные средства, которы-
ми располагает художник-конструктор...

До появления первых паровых машин архитектура и
строительство были едва ли не самой главной областью при-
ложения конструкторских талантов. Не удивительно, что
архитектурные идеи задавали тогда тон и во всех других
сферах конструирования. Создатели первых машин и стан-
ков, привыкшие к неподвижности и монументальности ар-
хитектурных сооружений, непроизвольно применяли эти
принципы и при оформлении внешнего вида своих творе-
ний, вычурных и витиеватых, как дворцы того времени.

Они не замечали, сколь нелепо выглядели классические
ордера, пилястры, римские и греческие орнаменты в соче-
тании с неустанно движущейся, неутомимой паровой ма-
шиной. Они рассматривали свои технические творения как
некий каркас, на который необходимо было навесить ук-
рашения.

Лишь немногим более ста лет назад четко сформулиро-
валась идея: наиболее красивой конструкцией должна счи-
таться та, которая выполняет свое назначение при наи-
выгоднейшем распределении усилий и напряжений в де-
талях.

Этот принцип применим для оценки любого техническо-
го изделия.

У красивого здания, предмета обстановки, машины фор-
мы и размеры отдельных частей не должны противоречить ос-
новному назначению. Для этого необходимо соблюсти ритм,
равновесие и гармонию форм, пропорций и цвета отдельных
частей и всей конструкции в целом.

Во многих устройствах, в которых механизм скрыт в
оболочке, проектировщик может создать красивую кон-
струкцию правильным выбором формы оболочки. Извест-
но, например, что некоторые соотношения высоты и ширины
прямоугольника приятны большинству людей, а некоторые
нет. Вряд ли кого-нибудь устроил холодильник, имеющий
форму старинных стенных часов или парадной двери. Как
показал опыт, для холодильников наилучшим оказался зна-
менитый золотой «прямоугольник», у которого длина ма-
лой стороны равна корню квадратному из длины большей
стороны.

Однако форма и размеры оболочки должны давать пра-
вильное представление о скрытом внутри ее механизме.
Техническая конструкция должна быть правдивой.

Все детали конструкции должны рассказывать одну ис-
торию и выделять основную тему. Нельзя, чтобы три части
говорили «иди», а одна — «стой», как нельзя себе предста-
вить обтекаемый панцирь черепахи.

Об этом нередко забывали увлекающиеся художники-
прикладники. В 20-х годах, во времена бурного развития
авиации появилось модное словечко «обтекаемость». Обте-
каемые формы самолетов, кораблей, автомобилей, поездов
позволяют сильно снизить сопротивление и достичь боль-
ших скоростей. Поэтому в транспорте они оказались чрез-
вычайно важными и полезными.

Но очень скоро обтекаемость стали связывать не только
с высокими скоростями, но и вообще с движением. Любой
движущейся детали стали придавать обтекаемый вид, не-
зависимо от того, с какой скоростью она двигалась. Худож-
ники как будто не замечали, что в природе обтекаемую фор-
му имеют лишь самые быстроходные птицы и рыбы.

В скором времени художники-прикладники заметили, что
обтекаемые формы не имеют острых углов и резких перехо-
дов. Они стали называть обтекаемой любую закругленную,
сглаженную конструкцию. Появились «обтекаемые» зда-
ния, мебель, радиоприемники, пишущие машинки, то есть
вещи, которые по смыслу своему должны быть устойчивы-
ми и неподвижными.
Ошибка украшателей паровой машины «вывернулась
наизнанку»: теперь неподвижным вещам придавали форму
движущихся тел.

Исследование показало, что устойчивость и монументаль-
ность любого сооружения зависит не только от того, об-
текаема или нет его форма. Все, что устраняет уравновешен-
ность, порождает ощущение движения. Бегущий человек —
крайне несбалансированная фигура. Кроме того, мы свя-
зываем движение с течением времени. Любая ритмичность
указывает на течение времени и, следовательно, на движе-
ние. Повторяющиеся вертикальные линии производят впе-
чатление чего-то более или менее устойчивого, а наклон-
ные — чего-то движущегося, изменяющегося.

Ритмическое повторение линий, наклоненных вперед,
связывается в нашем представлении с ускоренным движе-
нием, назад — с замедленным. Чтобы создать впечатление
очень быстрого движения, на оболочке машины можно раз-
местить зигзагообразную линию, напоминающую мол-
нию.

Таким образом, в распоряжении конструктора есть бо-
гатый арсенал ритмов, линий, поверхностей, форм, масшта-
бов, цветов. Но, пользуясь ими, всегда надо помнить, что
истинно талантливый художник тот, кто может выразить
все несколькими линиями и простейшими формами.

В течение десятилетий конструкторы, проектирующие
новые машины, совершенно не задумывались о том, в какой
цвет будут окрашены их конструкции. А ведь цвет — очень
важный фактор для людей, которые должны обслуживать
новые машины. Известны, например, случаи, когда у здо-
ровых тренированных летчиков начинала кружиться голо-
ва и возникала тошнота, если они находились в кабине са-
молета, окрашенной в желтый цвет. А вот другой пример:
если предложить поднять два совершенно одинаковых по
размеру и весу ящика, один из которых окрашен в белый,
а другой в черный цвет, то большинство скажет, что чер-
ный ящик тяжелее.

Ясно, какую важную роль играет цвет в технике и про-
изводстве. Скажем, при красном освещении люди опреде-
ляют величину и вес предметов менее точно, чем при голу-
бовато-зеленом. Не удивительно, что правильная окраска
цехов и оборудования приводит к резкому повышению про-
изводительности труда.
Металлорежущие станки рекомендуют окрашивать в
светло-зеленый цвет. Для того чтобы движущиеся детали
выделялись среди неподвижных, их красят броской светло-
желтой краской. Открытые внутренние полости окрашива-
ют ярко-красной краской.

Сельскохозяйственные машины окрашиваются главным
образом в красный и зеленоватый цвет. Объясняется это
тем, что синяя краска быстро выцветает на солнце, а на
поверхностях, покрытых желтой и белой краской, очень
заметны темные царапины и вмятины.

А вот пример из судостроительной практики: замечено,
что палубы танкеров,- покрашенные темной краской, быст-
рее ржавеют с обратной стороны, чем палубы, покрытые
светлыми красками. Оказывается, темная палуба сильнее
нагревается солнцем и нефтепродукты испаряются быстрее.
Ночью палуба охлаждается, и на ее внутренней поверхности
конденсируются пары нефтепродуктов, вызывающие быст-
рое ржавление. Специалисты предложили окрашивать па-
лубы в светло-зеленый цвет: он хотя и хуже белого с точки
зрения коррозии, но более приятен для экипажа. Но самое
удивительное то, что искусным подбором цветов можно не-
казистым судам придать вид стройных красавцев.

Художнику-прикладнику, имеющему лишь смутное
представление о назначении и внутреннем устройстве ма-
шины, создаваемой инженером, не всегда наделенным ху-
дожественным вкусом, становится все труднее создавать
настоящие «произведения технического искусства». Про-
мышленность все более испытывает потребность в художни-
ках, которые могли бы говорить с инженером на языке
техники. Вот почему и родилась новая профессия— ху-
дожник-конструктор.

Есть шуточное определение геометрии как искусства
правильно рассуждать на неправильных чертежах. Если
пбпытаться подобным же образом сформулировать суть тех-
нического творчества, то его можно определить как искус-
ство принимать правильные решения на основе недостаточ-
ных предпосылок. Вот почему метод вариантных прикидок,
метод проб и ошибок всегда будет характерен для твор-
ческого инженера. У каждого такого конструктора свой
почерк, свои приемы преодоления технических труднос-
тей. Но в творчестве любого из них в той или иной форме
заложены одни и те же принципы, без которых, по-видимо-
му, нельзя обойтись в конструкторской и изобретательской
работе.

1.	Прежде чем приступить к работе над новой машиной,
необходимо так изучить работу предшественников, чтобы
свободно ориентироваться в данной области. Но не следует
переусердствовать в этом: слишком тщательное знакомство
с неудачами других отпугивает и нередко оказывается вред-
нее, чем слишком поверхностное.

2.	Главное на предварительной стадии — проникнуть
в сердце проблемы и понять причины, по которым сущест-
вующие методы ее решения недостаточны.

3.	Следующий шаг — дать полную волю фантазии, не
отбрасывая, а внимательно анализируя самые необычные,
самые, казалось бы, сумасшедшие идеи.

4.	Надо непрерывно думать над проблемой, час за ча-
сом, день за днем. Решение может прийти неожиданно.

5.	Надо все время держать в голове всю проблему, пе-
ресматривая и перекраивая ее по мере продвижения раз-
работок.

6.	Необходимо рассмотреть и разобрать все мыслимые
варианты и комбинации, ибо первая конструкция редко
оказывается наилучшей.

Вдумайтесь внимательно в эти принципы, и вы убеди-
тесь, что на предварительной, проектной стадии творчество
конструктора по сути дела не отличается от творчества ху-
дожника. Но когда создан опытный образец, сходство кон-
чается. В технике, в отличие от искусства, нельзя сослать-
ся на несовпадение вкусов, на непонимание тех, кто оцени-
вает работу. Здесь существует надежный метод оценки
работы конструктора — удачность или неудачность вновь
созданной машины. Никого не интересуют причины, по
которым ты не смог сделать работу хорошо, никого не ин-
тересуют запоздалые оправдания и извинения. Машина либо
удачна, либо нет. И этот вопрос выясняется в тот момент,
когда образец ставится на испытание.

Периода, сходного с периодом испытаний опытного об-
разца, не знает ни один вид творчества, кроме технического.
Именно здесь проверяется опытом квалификация инженера,
его умение быстро увидеть и ухватить решающее звено
проблемы, кажущейся неимоверно сложной. Именно здесь
выплывают все промахи, огрехи, инженерные наивности
и неоправданная самоуверенность конструктора, небреж-
ность и низкая культура производства. Неудачный опыт-
ный образец в таких случаях служит бессловесным, хотя
и не всегда немым укором людям, его создавшим.

Во время испытаний опытного образца нередко пасуют
самые способные и изобретательные инженеры, ибо ника-
кая изобретательность, никакая математическая подготов-
ка не может на этом этапе заменить опытности и беспощад-
ного острого анализа, позволяющего мысленно проникнуть
в самое сердце работающего механизма, представить себе
сложную, причудливую картину сил, действующих на
каждую деталь.

Существует простое правило, позволяющее поставить
первый общий диагноз. Если деталь вышла из строя в пер-
вый раз, ее поломку можно объяснить любой причиной.
Если она выходит из строя второй раз, то это уже дурное
предзнаменование. При третьей поломке все сомнения мож-
но отбросить: конструкция спроектирована плохо. Теперь,
если даже будут найдены истинные причины неполадок, воз-
можности их устранения ограничены тем, что машина уже
изготовлена. И здесь зачастую приходится принимать ре-
шения компромиссные, вынужденные, порой даже неле-
пые, которых никогда не применили бы, если бы можно было
спроектировать все сначала. Из-за этой неясности причин
неполадок, стесненности в возможностях их устранения
период сдачи требует порой величайшего инженерного мас-
терства, опытности и квалификации. Некоторые специалис-
ты считают даже возможным говорить об особом инженер-
ном таланте — таланте сдатчика.

Говорят, образование — есть нечто, остающееся у че-
ловека после того, как все изучаемое забыто. Это «нечто» —
общее развитие, общий метод подхода к любой проблеме,
умение разобраться в любом вопросе, умение учиться,
наконец. Инженер прежде всего должен думать и понимать.
Это необходимо для того, чтобы техника раскрылась перед
ним как' сокровищница человеческого творчества, чтобы
к нему пришло понимание, опыт и постоянный интерес.
А интерес — это немало. Ведь ни в одном деле нет ровно
ничего интересного, если не любишь это дело...

Положение юного техника в корне отличается от поло-
жения взрослого инженера. Юный техник сам себе заказ-
чик, конструктор, технолог, сдатчик, организатор работ и
инженер по технике безопасности. Но он должен помнить,
что такая широта обязанностей не дает ему права на сниже-
ние требовательности к себе, что его работа ведется по тем
же законам и принципам, по каким работают взрослые ин-
женеры. Так, он должен работать по строгим техническим
требованиям. Если он изготовляет копию какой-нибудь
машины, то она должна точно воспроизводить оригинал —
его форму, количество и расположение деталей. Динами-
ческая модель должна повторять основные движения (ди-
намику) оригинала. Если модель полностью придумана
самим юным техником, то ее технические показатели долж-
ны соответствовать назначению: скоростная модель — об-
ладать высокой скоростью, радиоуправляемая — послушно
выполнять каждую передаваемую по радио команду, мо-
дель с программным управлением — работать точно по
заданной программе.

Новая модель — как и новая машина вообще — ни-
когда сразу не дает тех результатов и не оправдывает тех
надежд, которые на нее возлагались. Именно после изго-
товления модели начинается «настоящая мужская работа»
по наладке отдельных узлов и их взаимному согласованию.
Эта работа называется доводкой конструкции, требующей
большого терпения, времени и сил, но зато позволяющей
в итоге создать то, что было задумано вначале. Именно на
доводке и проверяется будущий инженер — его знания,
воля, терпение и сила духа.

Наблюдая за работой модели, машины или ее узлов,
надо поменьше восторгаться, а производить любое возмож-
ное улучшение, даже если оно дает самый незначительный
эффект. Улучшая понемногу конструкцию, нужно доби-
ваться рекордных или еще более высоких результатов.
Для этого следует брать за основу для своей работы ре-
зультаты рекордной модели или машины и, повысив их,
считать новые значения техническими условиями для своей
модели и стараться их превзойти.

На настоящем «взрослом» производстве, выпускающем
всевозможные детали и устройства в огромных количест-
вах, все оборудование специализировано, приспособлено
к выпуску данной, конкретной, однотипной продукции.

У юных техников никакого специального оборудования
не бывает, есть лишь те станки, которые установлены
в школьной мастерской. Но и на этом оборудовании можно с
большим успехом выполнять самые разнообразные работы.
Тут важен в первую очередь инженерный, творческий под-
ход. Всемерная механизация, сокращение времени обработ-
ки за счет выбора технологичного, рационального способа
изготовления деталей, применения специального инстру-
мента, повышения скоростей резания и величины подачи,
снижения расхода материалов, электроэнергии, вспомога-
тельного времени — над всем этим стоит поработать юно-
му технику.

Любая работа представляет собой подчинение матери-
ала работающему. Материал всегда сопротивляется, и тем
сильнее, чем сложнее работа.

Инженер работает с серьезным материалом. Станки,
металл, резцы, электричество, огонь. В технике всегда су-
ществует опасность, что рабочий материал выйдет из по-
виновения. Стоит лишь слегка расслабиться, стать небреж-
ным, неаккуратным, невнимательным, и в результате ава-
рия или несчастный случай.

Инженер на производстве — командир, поэтому одна
из его важнейших обязанностей (притом обязанностей го-
сударственных) — полное обеспечение безопасности труда
на вверенном ему участке. За безопасность подчиненных
командир отвечает не только перед пострадавшим и своей
совестью, но и перед Законом.

Каждый, кто занят на производстве, пусть даже самой
малой и незаметной работой, тоже несет ответственность.
С техникой шутки плохи. Человек, допускающий небреж-
ность, невнимательность при работе с металлом на станке,
враг не только себе, он враг технике и обществу. Не может
служить оправданием и незнание техники, незнание правил
безопасности труда. Незнание можно восполнить, а травму
и несчастный случай возместить нечем.

Юный техник, если он работает самостоятельно,— сам
себе командир. И тем выше его ответственность. Не следует
думать, что настоящая опасность при встрече с техникой
подстерегает нас только на настоящем заводе или стройке.
Техника не делится на малую и большую, техника у взрос-
лых та же, что и у юных, и опасности те же.

Поэтому, даже делая игрушки, можно пострадать все-
рьез, поэтому правила техники безопасности одни и те же
для всех. Юный техник обязан их знать, выполнять и тре-
бовать их выполнения от других. Может быть, эти правила
и скучны. Может быть. Но, как писала одна американская

2 Инженер начинается в школе

17
фирма в инструкции своим рабочим: «Скучнее всего больни-
ца. Лучше десять раз поскучать над правилами техники без-
опасности, чем один раз под рукой врача».

Итак, подведем итоги. Неохватная многогранность со-
временной техники и производства требуют объединенных
усилий работников самых различных специальностей, скла-
да ума и даже характера. Ни один творческий коллектив
не добьется успеха без инженеров, мыслящих в широком
плане и озаряемых смелыми техническими идеями. Без кри-
тически мыслящих специалистов, не принимающих ничего
на веру и подвергающих каждое новое предположение
очистительному огню анализа. Без скрупулезных, кропот-
ливых исследователей, способных затратить годы на отра-
ботку одного узла, агрегата, ответственной детали. Каждый
из-этих типов работников играет важную роль и не может
быть возведен в пример для подражания. И детское техни-
ческое творчество — это замечательная школа для каждого
будущего конструктора, технолога, исследователя.

Пройдя последовательно все фазы инженерной работы от
формулирования технических требований до разработки
мер по технике безопасности, юный техник получает уни-
кальную возможность прочувствовать красоту и притя-
гательность технического творчества, оценить свои силы и.
способности, выявить свое истинное призвание и убедиться
в справедливости слов, написанных много лет назад В. Мая-
ковским:

Все работы хороши,
Выбирай на вкус!
Глава II

язык и МЫСЛЬ

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 предпринима-
ются попытки создать единый международный язык; пред-
лагаются различные системы такого языка, среди которых
наибольшей известностью пользуется система эсперанто.
Несмотря на большие усилия, прилагаемые энтузиастами
эсперанто, язык этот не получил еще широкого распрост-
ранения.

И все же международный язык существует. Это язык
науки и техники, язык чертежей и формул. Им владеет
почти каждый технически грамотный человек. В совер-
шенстве 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 черте-
жа. Без этого ему не удастся ни перенять опыт и знания
других, ни передать им свои технические идеи. Вот поче-
му 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 простран-
ственному объемному мышлению, то есть умению представ-
лять мысленным взором чертежи в виде готового, закон-
ченного изделия.

Задания, приводимые в этой главе, как раз и преследуют
цель помочь в развитии пространственного мышления у чи-
тателей. В чертежах очень часто применяют резьбовые
соединения. Размеры массовых крепежных деталей стандар-
тизованы. Их нужно хорошо знать и уметь изображать на
бумаге. Закреплению их в памяти вам помогут следую-
щие задания:
Задание №1. Вычертить в сборе (то есть в собран-
ном виде) болт, шайбу и гайку.

Технические условия: 1. Резьба М20, основная.

2.	Длина тела болта 80 мм, резьбы — 60 мм.

3.	Масштаб — М 1 : 1.

4.	Проставить на чертеже все размеры.

В школе часто конструируют для нужд мастерской стан-
ки по заточке инструмента, например шлифовальный ста-
нок. Крепление шлифовального круга на шпинделе такого
станка дело чрезвычайно ответственное. Надежное закреп-
ление круга достигается с помощью двух фасонных шайб,
имеющих выточку глубиной 2—3 мм со стороны, обращенной
к кругу. Кольцевая выточка начинается от самого отвер-
стия, но не доходит до наружного края шайбы, поэтому на
шайбе получается кольцевой выступ, которым и прижи-
мается круг. Между шайбой и шлифовальным кругом сле-
дует помещать прокладку (кожаную или картонную).

Задание №2. Сделать рабочий чертеж прокладки
для крепления шлифовального круга.

Технические условия: 1. Наружный диаметр прокладки
равен наружному диаметру фасонной шайбы с допуском
±1,0 мм.

2.	Внутренний диаметр прокладки на 0,1—0,2 мм боль-
ше посадочного диаметра шпинделя станка.

Задание №3. Сделать рабочий чертеж втулки-вкла-
дыша для шлифовального круга.

Технические условия: 1. Наружный диаметр втулки на
0,1—0,15 мм меньше внутреннего диаметра отверстия круга.

2.	Внутренний диаметр втулки на 0,05—0,1 мм больше
диаметра посадочного места шпинделя.

3.	Высота втулки на 0,2—0,3 мм меньше толщины круга.

Задание №4. Сделать рабочий чертеж фасонной
шайбы для крепления шлифовального круга на валу
электродвигателя.

Технические условия: 1. Диаметр шпинделя 20 мм.

2.	Размеры круга Онар. =200мм; dBIlyTp.=25 мм, й=20мм.

3.	Размеры шайбы: £>нар. =—|Уг-а; ширина прижимаю-
щего кольцевого выступа Н = -j^ra; форма наружной
стороны шайбы произвольная.
Рис. 2. Круглая плашка с держателем.

Для нарезания резьбы на стержнях небольшого диамет-
ра обычно используют круглые плашки (рис. 2). Плашку за-
крепляют винтами в плашкодержателе, представляющем
собою кольцо (обойму) с цилиндрической выточкой и сквоз-
ным отверстием, через которое проходит нарезаемый стер-
жень. В кольцевой стенке обоймы просверлены — по на-
правлению к ее оси — отверстия для винтов, которые и
удерживают плашку в держателе от проворачивания во вре-
мя нарезания резьбы. Перпендикулярно оси регулирующего
винта просверлены отверстия с резьбой для двух ручек.

Задание №5. Сделать рабочий чертеж плашкодер-
жателя для круглой плашки с резьбой 10 мм.

Технические условия: 1. Наружный диаметр плашки ра-
вен 30 —0,1 мм, ее толщина 11 мм.

2.	Размеры обоймы: наружный диаметр 45 мм, толщина
14 мм.

3.	Ручки цилиндрические. Длина: общая —130 мм,
длина заточки под резьбу — 6 мм\ диаметр резьбы 8 мм\
диаметр ручки 12 мм. Свободный конец ручки закруглить
R=0,75 резьбы.

4.	Размеры удерживающих винтов: d=6 мм\ Z= 10 мм,
головка — по ГОСТу.

В школах нередко приходится нарезать много болтов.
Вручную это малопроизводительный труд, его следует ме-
ханизировать с помощью приспособления, устанавливае-
мого на токарном станке. Приспособление (рис. 3) состоит
из корпуса, ползуна (с плашкодержателем) и подвижного
упора. Корпус представляет собой цилиндрический стер-
жень, оканчивающийся коническим хвостовиком (хвостовик
подгоняется по конусному отверстию пиноли задней бабки
Рис. 3. Приспособление для нарезания болтов.

токарного станка). В цилиндрической части корпуса вдоль
оси просверливают и чисто растачивают отверстие. Приспо-
собление вставляют хвостовиком в конусное отверстие пи-
ноли задней бабки и закрепляют плашку в держателе пол-
зуна. Для того чтобы нарезать болт, заднюю бабку продви-
гают к обточенной заготовке и закрепляют. Затем, вращая
рукоятку задней бабки, подают пиноль вперед, пока плаш-
ка не врежется в заготовку, после чего включают станок на
скорости 20—30 оборотов в минуту. Ползун движется впе-
ред и нарезает резьбу. Затем дают обратный ход станку,
ползун отходит назад и сходит с нарезанного болта. Ос-
тается отвести пиноль бабки и отрезать болт.

Задание №6. Сделать рабочий чертеж приспособ-
ления для нарезания болтов на токарном станке.

Технические условия: 1. Хвостовик с конусом Морзе
№ 3 (^=23,8 мм\ d2= 18,6 мм\ / = 93,5 мм).

2.	Максимальная длина нарезаемого болта 100 мм.

3.	Плашкодержатель для плашек М10 (0=30—0,1;
L=ll±0,l).

Эти упражнения кажутся скучными, но в результате вы-
пускается документ, отступить от которого не может ни
рабочий, ни директор, ни технолог, ни министр. Его мо-
жет изменить только выпустивший его конструктор. Вы-
пуск рабочего чертежа дело огромной ответственности, ибо
дальше начинаются затраты материалов, энергии, труда.

Основы конструирования

Конструирование машин, а в равной степени и дейст-
вующих моделей — дело ответственное и трудное. Оно тре-
бует системы и аккуратности в работе и от тех, кто занимает-
ся конструированием давно, и особенно от тех, кто берется
за дело впервые. Знания одной теории недостаточно, го-
раздо важнее уметь применять ее на деле. Необходим прак-
тический навык, знакомство с другими существующими
конструкциями и машинами, умение оценивать их крити-
чески. Все, что собираешься конструировать, следует вна-
чале четко представить себе, а потом уже перенести мысли
на бумагу, на чертеж.

Проектирование машины, как правило, начинается с
конструктивной разработки ее общего вида и сложных уз-
лов, а также с расчета основных размеров. Далее следует
разработка рабочих чертежей деталей и их расчет. Расчет
и разработка чертежей ведутся параллельно.

Рационально спроектированная и правильно построен-
ная машина должна быть:

надежной, то есть прочной и долговечной;

экономичной в работе, то есть потреблять возможно
меньше топлива, масла, энергии, воды;

удобной в эксплуатации и доступной для ремонта;
долговечной, то есть иметь возможно больший мото-

ресурс — период между очередными ремонтами;
безопасной в эксплуатации и ремонте;

устойчивой против аварии, то есть не содержащей
узлов и деталей, повреждение которых быстро выводит из
строя всю конструкцию;

технологичной, то есть простой в изготовлении.

Для того чтобы ясно представить себе всю конструкцию
машины, перед разработкой ее общего вида полезно сделать
чертеж в аксонометрической проекции от руки так, чтобы
были понятными лишь общие очертания машины.

Чертежи же общего вида следует сделать в масштабе или
в натуральную величину с обязательной простановкой
основных размеров.

Определение размеров детали производится главным об-
разом на основании расчета действующих на нее внешних
усилий по формулам сопротивления материалов. При этом
обязательно учитывается, что каждая деталь должна быть не
только прочной, но и долговечной. Следовательно, напряже-
ние в ней нигде не должно превышать допускаемого, а де-
формация должна быть только упругой.

Таков основной инженерный принцип расчета. Но поми-
мо того есть еще очень много факторов, незначительных на
первый взгляд, но способных на практике сыграть решаю-
щую роль.

К примеру, важную роль играет скорость машины. Не-
точности изготовления, которые в машине, работающей на
малой скорости, допустимы, при больших скоростях работы
могут привести к катастрофическим последствиям. Вот по-
чему при проектировании скоростных машин видоизменя-
ют конструкцию, вводят в нее упругие звенья, амортиза-
торы, глушители колебаний, излишние в машинах тихоход-
ных.

Учтя все эти факторы, можно приступать к вычерчива-
нию рабочих чертежей по чертежу общего вида и узлов.
Не следует, однако, медлить с вычерчиванием до полного
окончания всех расчетов. Эту ошибку допускают все начи-
нающие конструкторы, в результате они бесполезно тратят
время и труд на многократные переделки. На каждом шагу
при вычерчивании машины их подстерегают неожиданности
и недоразумения. Повторим для них еще раз: расчет и вычер-
чивание конструкции должны идти параллельно. Как толь-
ко будет обнаружена ошибка или найдется новое, лучшее
решение уже проработанной детали — переделайте, не
колеблясь, ваш чертеж. Стереть и вычертить заново не-
сколько карандашных линий гораздо быстрее и проще, чем
впоследствии заново изготавливать деталь. Запомните три
основных правила проектирования: а) после уяснения для
себя схемы механизма на эскизе приступайте к вычерчи-
ванию его сразу же, как только расчет даст вам достаточно
данных, при этом получаемые данные тотчас проверяйте
на чертеже, не откладывая начала вычерчивания до конца
расчетов; б) не увлекайтесь чрезмерной точностью расчетов,
основанных на формулах сопротивления материалов (до-
пускаемые напряжения, коэффициенты трения и пр.),
так как в этих формулах многие величины берутся прибли-
женно и меняются в широких пределах; для нас вполне
достаточна точность (до 5%), которую дает логарифмиче-
ская линейка; в) при проектировании старайтесь по воз-
можности использовать в конструкциях простые геометри-
ческие формы и их комбинации, ибо их легче получить при
обработке деталей на обычных станках.
Общие правила

Практика конструирования выработала некоторые об-
щие правила, придерживаться которых небесполезно для
начинающего инженера. Итак, старайтесь в своих конст-
рукциях:

1.	Применять по возможности симметричные детали.

2.	Везде, где можно, применять стандартные или нор-
мальные заводские детали (гайки, винты, болты и т. д.),
найти их легче, чем изготовить.

3.	Избегать резких изменений сечения в деталях, осо-
бенно избегать узких запилов с острыми углами, так как
в этих местах концентрируются внутренние напряжения,
что увеличивает опасность поломки деталей. Переходы от
одного сечения к другому нужно сопрягать плавными
кривыми возможно большего радиуса (рис. 4—I).

4.	Точность установки соприкасающихся деталей до-
стигать прилеганием лишь одной пары простых и коротких
по длине поверхностей. Излишние поверхности прилегания
нисколько не увеличивают точность установки деталей,
но зато намного усложняют их обработку и подгонку.

Например, подгонка двух длинных сопрягающихся дета-
лей — вала и шкива — операция трудная. Длинная охва-
тывающая деталь (шкив) вовсе не гарантирует полной ус-
тойчивости соединения: при сильном увеличении (рис.
4—II) это легко заметить. Но достаточно расточить отвер-
стие по-другому (рис. 4—III), и при той же точности обработ-

Рис. 4. Переходы от сечения к сечению (I); сопряжение длинных
деталей (II—III)
Рис. 5. Наклонные плоскости и наклонные отверстия.

ки втулка уже не будет качаться, так как она касается
вала по двум кольцевым поверхностям. Эти выступающие
посадочные поверхности (рабочие пояски) должны иметь

!	1 Г

ширину

Уменьшение длины соприкасающихся поверхностей
(как в приведенном примере) дает еще и то преимущество,
что сокращает время подгонки деталей.

5.	Неподвижные части, воспринимающие ударную на-
грузку, делать по возможности массивнее, и наоборот:
движущиеся части машины делать более легкими, чтобы
уменьшить их инерцию.

6.	Везде, где только возможно, применять детали в
виде тел вращения; их легче всего изготовить на токарном
станке, а этот станок наиболее распространен.

7.	Избегать таких форм деталей, идущих под обработку,
при которых получаются наклонные плоскости или наклон-
ные отверстия (рис. 5), ибо при этом сильно затрудняется
их обработка.

8.	Обязательно предусматривать возможность удобной
и надежной смазки трущихся частей и деталей «на ходу» —
это избавит их от чрезмерного нагревания или «заедания».

9.	Обеспечивать легкий доступ (для надзора, ремонта,
осмотра и замены) ко всем ответственным и изнашивающим-
ся частям машины.

Замена и ремонт деталей будут заметно упрощены, если
на машине заранее предусмотреть только самое минималь-
ное количество крепежных деталей (болтов, гаек). Кроме
того, это позволит обходиться минимальным числом гаеч-
ных ключей.

10.	Детали на стержнях крепить не менее чем тремя бол-
тами или шпонками, располагая их под углом 90—135°.
При угле 180° число точек опоры равно двум — деталь не-
избежно будет качаться.

11.	Закрепляя на вращающемся валу деталь с помощью
гайки, направление резьбы вала принимать таким, чтобы
при вращении он стремился ввернуться в гайку. Иначе гай-
ка отвернется и деталь соскочит. Если на валу закреплено,
например, два шлифовальных круга на разных его концах,
то и резьба на концах должна быть различная: на одном —
правая, на другом — левая.

Связь технологии с конструированием

Детали машин делают из заготовок. Заготовки — это
либо куски материала стандартного профиля, либо черне-
вые болванки — отливки, поковки, штамповки тех деталей,
которые предстоит изготовить. Чтобы получить деталь нуж-
ной формы и размеров,заготовку обрабатывают вручную или
на станках. Обработка обязательна для всех сопрягаемых
поверхностей, но обычно ей подвергают и «свободные», ни
с чем не соприкасающиеся поверхности. Трущиеся друг
о друга поверхности обрабатывают особенно тщательно.

Ручная обработка деталей невыгодна. И не только по-
тому, что она длительнее по времени, но и потому, что тре-
бует от работающего большего умения и мастерства^ Зна-
чит, ручную обработку надо стараться свести к минимуму
или устранить совершенно.

Установленные в школьной мастерской станки (токар-
ный, фрезерный, сверлильный и др.) гораздо более универ-
сальны, чем кажутся на первый взгляд. Так, на токарном
станке можно не только точить и сверлить заготовку, но
и фрезеровать, строгать, обрабатывать плоскости, шлифо-
вать и выполнять другие операции. Надо лишь основатель-
но познакомиться со станками. Кроме того, универсальность
станков можно повысить, если оснастить их различными
приспособлениями. Тогда почти любую деталь, задуманную
в процессе конструирования, удастся легко и быстро изго-
товить на станке собственными силами.
Приступая к обработке детали на станке, надо стараться
закрепить заготовку так, чтобы можно было проводить все
необходимые измерения без снятия детали со станка. Это
помогает быстрее завершить обработку детали, а часто
просто необходимо по технологии, например, когда деталь
изготавливается из прутка на токарном станке. Стоит снять
пруток для измерений со станка, и это сразу же приведет
к нарушению его соосности в патроне станка, то есть к заве-
домому браку.

Начинающих инженеров чаще всего подводит забыв-
чивость. Они снимают незаконченную деталь со станка, а
повторно установить ее в исходное положение не удается.
Деталь либо приходится переделывать, либо выбрасывать.

Техника расчета

Как уже говорилось, за высокой точностью при расчетах
конструкции в большинстве случаев гнаться не следует.
Вполне достаточна точность: для сил — в целых кг (ньюто-
нах), для статических моментов — в кгсм (Нм), для напря-
жений — в кг!см2 (H/м2 или почти эквивалентно кг/сж2 —
в МН 1мм2). В расчет нужно брать только целые числа,
без десятичных знаков. При этом 0,5 и больше считать за
единицу, а меньшую дробь — отбрасывать.

В инженерной практике для статического момента силы
ограничиваются тремя значащими цифрами, заменяя ос-
тальную часть числа нулями, так как линейные размеры (по
моменту) определяются корнем кубическим или квадрат-
ным. Для линейных размеров из получающихся чисел бе-
рут только целые. Десятые и сотые доли миллиметра учи-
тывают лишь при расчете конусов, резьбы, зубчатых колес.

Во избежание ошибок при расчете запись следует вести
таким образом:

1.	Написать буквенное выражение формулы, например:

'Ттг/2

Г=-у-=0,785б/2;

4

d= 0J85’
2.	Подставить все известные числовые значения в фор-
мулу, например: 6000=0,785 d2;

Л6000"
d~~ V 0,785*.

3.	Получить результат, проделав все арифметические
действия, и записать его в отдельной строке:

d — /7643;

d^88 (мм).

Если не придерживаться этого правила, чтение и про-
верка расчета будут затруднены, создастся возможность
ошибок при алгебраических преобразованиях.

Расчет должен иметь ясный заголовок. Писать его сле-
дует в систематическом порядке с минимальным пояснитель-
ным текстом, но так, чтобы другой человек мог его всегда
проверить и в случае необходимости завершить расчет.

Следует все время внимательно следить за однородностью
и размерностью формул. Наиболее частые ошибки происхо-
дят от ослабления внимания: суммируют различные вели-
чины, неправильно пользуются таблицами и счетной линей-
кой, неправильно указывают размерность и т. п.

При расчете нужно пользоваться счетной (логарифми-
ческой) линейкой и числовыми таблицами, которые есть в
справочниках. Там приведены готовые результаты п2 и п3,
корни п и р/п, площади круговдлины окруж-
ностей и другие данные, наиболее часто требующиеся при
технических расчетах.

Расчет должен быть не только понятным, но и наглядным,
поэтому его нужно сопровождать простыми эскизами.

Необходимо принять за правило: чертеж и расчет не-
пременно должны идти параллельно, расчет немного
впереди.

Часто бывает достаточна точность графического построе-
ния в крупном масштабе, что полезно и для проверки рас-
чета.

Оформление рабочих чертежей

На машиностроительных чертежах особенно важны раз-
резы, показывающие внутреннее устройство машин.

При проектировании необходимо вычерчивать минималь-
ПРАВИЛЬНО НЕПРАВИЛЬНО

Рис. 6. Нанесение размеров на чертеж.

ное, но достаточное число проекций: для тел вращения дос-
таточно двух проекций, иногда даже одной, для сложных
фигур — трех.

Располагать проекции нужно в точном соответствии с
требованиями стандарта (ГОСТ 2.305—68). Если же необ-
ходимость заставляет отступать от него, то на чертеже обя-
зательно следует сделать указание об этом. Выдвинутые
части и детали механизма надо всегда показывать в крайнем
положении для правильного определения длины болтов
и проверки зазоров.

Части, расположенные в машине в наклонном положе-
нии, при деталировке изображают в горизонтальном или
вертикальном положении.

Рабочий чертеж должен содержать кроме графического
изображения еще и некоторые указания по обработке.

Чрезвычайно важно правильно нанести размеры, в осо-
бенности на детальных чертежах. Размеры должны не толь-
ко определять геометрическую форму и размеры детали, но
и указывать плоскости, от которых нужно вести измерение
при изготовлении детали, а для этого необходимо ясно
представлять себе и саму деталь, и возможность ее
обработки.

Основные принципы правильной простановки размеров
таковы:
1.	Следует указывать все размеры, необходимые для
изготовления детали.

2.	Размеры каждой детали нужно указывать самостоя-
тельно, не смешивая их с размерами соседних деталей
(рис. 6):

I—IV — правильно,

II—III — неправильно.

3.	Размеры указывать так, чтобы каждую деталь можно
было вычертить, руководствуясь проставленными размера-
ми, и изготовить самостоятельно, независимо от других де-
талей.

4.	Указывать размеры между осями симметрии и от осей
до обработанных поверхностей.

Кроме отдельных размеров, следует указывать и суммар-
ные (общая длина и ширина, высота), чтобы исполнителю
не пришлось их подсчитывать, иначе неизбежны ошибки.

5.	Во втулках указывать наружный и внутренний ди-
аметр, но не толщину стенки, а на чертежах плоских дета-
лей наоборот: дать наружный или внутренний размер и
толщину стенки, чтобы не чертить второй проекции.

6.	Размерные линии ставить так, чтобы получилось
наименьшее количество вспомогательных линий.

7.	Размеры деталей всегда ставить натуральные (в мил-
лиметрах), независимо от масштаба чертежа.

8.	У нормальных деталей (гайки, болты и пр.) указы-
вать только основной размер (например, диаметр резьбы).

9.	Для часто встречающихся деталей давать условные
и сокращенные обозначения.

10.	Чертеж обязательно снабжать спецификацией
(описью) с перечислением названия всех деталей, их коли-
чества, материала и других сведений, необходимых для из-
готовления изделия.

11.	Проверку чертежа лучше всего поручать кому-либо
другому (как это и делают на производстве), так как чужие
ошибки легче обнаружить, чем свои. Начинать проверку
следует с «мелочей», о которых можно потом забыть: с над-
писей, масштабов, правильности расположения проекций
и размеров.

Затем — при проверке правильности самой конструк-
ции — особое внимание нужно обратить на зазоры между
подвижными и неподвижными частями, на возможность
открывания дверец и крышек для осмотра механизма, на
Рис. 7. Настольно-сверлильный станок.

возможность сборки, разборки и ремонта, на полную без-
опасность обслуживания.

Приобретя навыки пространственного мышления и на-
учившись сносно читать чертеж, попробуйте выполнить:

Задание № 7. По рис. 7 настольно-сверлильного
станка1: 1. Описать каждую деталь и дать общее опи-
сание станка. 2. Сделать общий вид, необходимые расчеты
и рабочие чертежи станка. 3. Разработать технологию из-
готовления деталей.

Технические условия: 1. Максимальный диаметр свер-
ления 5 мм. 2. Число скоростей — одна. 3. Приводной шкив
и ремень должны быть надежно ограждены. 4. Предусмот-
реть возможность натяжения ремня. 5. Рабочий ход шпин-
деля 100 мм. 6. Точность изготовления деталей по 2 классу.
7. Чистота обработки деталей по 6 классу.

1 Конструкция станка разработана в ленинградском Дворце пио-
неров.
Глава HI
НАУКИ ТЕХНИКУ ПИТАЮТ...

Создавая какую-либо машину, конструктор всегда дер-
жит в голове ее идеальный прообраз. Изобретение на первых
порах формируется немного наивно, например: «Нужен аг-
регат, который автоматически, без всякого вмешательства
извне, выдавал бы по первому требованию жареные пирож-
ки и булочки. Хорошо, если бы он при этом был невесом,
невидим й не расходовал никакой энергии!» Но конструк-
тор прекрасно понимает: идеальных машин на свете нет и
быть не может. От общего абстрактного замысла он перехо-
дит к постепенной его конкретизации, ко всякого рода част-
ностям. Расплывчатый и абстрактный поначалу сюжет идеи
обрастает понемногу живой плотью подробностей, реаль-
ными деталями.

Если на первом этапе творчества конструктору требу-
ется знание самых общих принципов техники, то посте-
пенно в работу вовлекаются все более глубокие, все более
специальные участки инженерного знания. Один из узлов
машины «не решается» без электротехники, создать второй
узел поможет химия, в третьем не обойтись без теплотехни-
ки, а в пятом понадобились средства металловедения, гид-
равлики и термодинамики.

Для решения всех возникающих на практике задач ин-
женер должен приобрести самые разнообразные знания:
изучить несколько десятков дисциплин. Поскольку мир
техники, как и весь окружающий нас мир, подчиняется дей-
ствию некоторых общих законов, то инженеру преподают
некоторые общие дисциплины: физику, химию, математику.
Заложив прочный фундамент, инженер углубляет знания
по специальным дисциплинам: сопротивлению материа-
лов, тепло- и электротехнике, теории машин, гидравлике,
металловедению и т. п.

Все эти предметы по сути своей более подробная и
узкая разработка некоторых положений той же математи-
ки, физики, химии.

Так постепенно формируется профиль инженера: об-
щий, широкий и более специальный, узкий. Инженер, более
подробно изучивший радиотехнику и электронику, стано-
вится радиоинженером; освоивший горное дело, машины и
механизмы шахт и рудников,— горным инженером и т. д.
Но в основе каждой инженерной специальности должно
лежать хорошеезнаниеобщих дисциплин, тех, которые изу-
чаются еще в школе. Поэтому мы и утверждаем: инженер
начинается в школе.

После школы мы ничего существенного не изменим в на-
шей позиции, мы только будем углублять и расширять при-
обретенные знания, не больше. И выбор специальности сво-
ей происходит в основном в школе. Хотя порою мы даже
и не подозреваем об этом.

Существует немало точек зрения на то, каков дол-
жен быть объем знаний инженера. Одни считают, что инже-
нер — это сосуд, который надо наполнить знаниями и све-
дениями до отказа. Другие говорят, что инженер — это
факел, который надо зажечь. Одни — за Эдисона: тот пом-
нил тысячи самых разнообразных сведений из различных
областей науки и техники, был своего рода ходячей энцик-
лопедией. Другие — за Эйнштейна, которому легче было
вывести формулу заново, нежели запомнить ее. А кто же
все-таки прав?

Если нам придется в этом споре быть судьями, мы ска-
жем: правы и те и другие. Мы скажем так потому, что спор
этот, по существу, беспредметен. Нельзя говорить о чело-
веке вообще и призывать его быть Эйнштейном или, наобо-
рот, Эдисоном. Человек всегда конкретен. Одному доста-
точно понимания общих закономерностей. Другой силен
памятью, идеи в его голове рождаются лишь после того, как
она насытится огромным количеством информации, раз-
розненных сведений и фактов. Для третьего нужна система
и озарение.

Мы можем утверждать лишь одно: без знания основных
законов материального мира, без ориентировки в сфере
техники инженером стать нельзя. Что бы там ни говорилось
о факелах, которые нужно зажечь, факел не будет гореть,
если он недостаточно пропитан горючим составом.

Может ли врач браться за лечение пациента, полагаясь на
один лишь талант и игнорируя знание анатомии и физио-
логии человека? Может ли пианист играть, забыв о нотной
грамоте? Будет ли солдат хорошим бойцом, не взяв ни разу
в руки оружия и не умея даже заряжать его?

Инженер всегда стремится создать идеальную машину.
Но все, что он создает, зиждется на реальной почве. Все,
34
что окружает нас в цивилизованном мире, кем-нибудь ког-
да-то создано. Оно не появилось само по себе. За каждой
вещью стоит реальный инженер и рабочий, и каждая вещь
служит отражением их опыта, их умения, их знаний.

Движение и его силы

Движение тел вызывается действующими на них извне
силами. Покой — это просто равновесие противодействую-
щих сил. Стоит лишь одной из сил «пересилить» другие,
и тело начнет двигаться, медленно или быстро, это не важно.
Оно будет двигаться до тех пор, покуда другие внешние
силы не изменят скорости и направления его движения.

В технике силы, действующие на тело, вызываются
другими телами, поэтому носителем силы всегда служит
какой-то конкретный предмет. Значит, чтобы изменить ско-
рость или направление движения тела, необходимо воздей-
ствовать на него другим телом.

Наиболее важный вопрос, который решает инженер при
конструировании, заключается в том, чтобы выяснить, какие
тела и с какой силой действуют внутри и вне машины; ка-
кие из этих воздействий полезны для работы машины, а
какие — вредны, и как рационально использовать полез-
ные воздействия и ослабить вредные.

Итак, действие одного тела на другое принято назы-
вать силой. Силы внешние, приводящие в движение другие
тела, называют активными, или движущими, силами. Это
силы движущейся воды, ветра, мускулов животных и чело-
века; силы, развиваемые двигателями — электромоторами,
паровыми машинами, дизелями и т. д. Этим силам проти-
востоят силы противодействия. Как только мы приложим
к какому-либо телу движущую силу, оно сразу же начнет
оказывать этой силе противодействие, реакцию. Силы реак-
ции называют пассивными силами, или силами сопротивле-
ния. Силы сопротивления возникают как ответ на действие,
на движение. Эти силы отрицают движение, сопротивляют-
ся ему.

Деление сил на действующие и противодействующие
весьма условно. Например, при движении одного тела по
поверхности другого сила трения будет противодействую-
щей — с помощью этой силы тело будет сопротивляться
движению. Но та же сила трения может быть и полезной
силой, скажем, во фрикционной передаче.

Силы сопротивления (равно как и «создающие» их дви-
жущие силы) могут складываться из нескольких различ-
ных сил. Например, при обработке детали на станке со-
противление движущей силы мотора будет складываться
из силы сопротивления самого материала и сил трения меж-
ду различными деталями станка. Силы сопротивления реза-
нию принято считать силами полезного сопротивления, все
прочие силы — вредными силами сопротивления.

Движущие силы

Движущие силы в технике — это те силы, которые при-
водят в действие машины и механизмы, преодолевая воз-
никающие в них силы сопротивления. Машины могут вы-
полнять различную работу — тяжелую и легкую — и прео-
долевать различное сопротивление, поэтому величина не-
обходимой движущей силы оказывается различной, так же
как и зависящая от силы мощность двигателя. Мощность,
развиваемая двигателем, зависит от силы сопротивления
и скорости на валу:

N = TW (л' с')’
где:

Р — сила сопротивления в кг\

v — скорость движения в м/сек.

Или в системе СИ:

А7 P'V (	\

yv=ioo=('ce/n)’
где:

Р — сила в ньютонах;

v — скорость в м/сек.

Из формул следует, что:

увеличение силы сопротивления, так же как и увели-
чение скорости, требует повышения мощности двигателя,
что влечет за собой увеличение расхода топлива или
энергии;

при одной и той же мощности двигателя развивае-
мая им движущая сила будет тем больше, чем меньше ско-
рость.
Эти выводы юный техник обязан учитывать в процессе
конструирования своих машин и моделей. Например, если
для модели правилами задан двигатель вполне определен-
ной мощности, превышать которую нельзя, то для достиже-
ния высоких скоростей необходимо всячески уменьшать
силы сопротивления. В тех же случаях, когда требуется
большая движущая сила, ее можно получить даже от мало-
мощного двигателя — за счет уменьшения скорости — путем
подбора передачи от двигателя к исполнительному механиз-
му. Наглядным тому примером могут служить вальцы (рис.
8), которые с помощью двигателя от швейной машинки лег-
ко сгибают в трубку широкую стальную полосу толщиной
до двух миллиметров, или автомобильчик «Муравей»,
приводимый в движение микродвигателем с одной плос-
кой батарейкой от карманного фонарика, но способный пе-
ревозить груз, подчас тяжелый даже для школьника-стар-
шеклассника.

Рис. 8. Вальцы с электроприводом.
Силы трения

Силой трения называется сила, препятствующая дви-
жению одного тела по поверхности другого. В зависимости
от того, как взаимодействуют трущиеся тела, различают
несколько видов трения: скольжения, качения, покоя.

Трение скольжения возникает в том случае, когда тело
скользит по поверхности другого тела. На любой поверхно-
сти есть неровности и гребешки, которые оказывают сопро-
тивление скольжению. Если даже поверхности отшлифо-
вать до зеркального блеска, то микронеровности на них
останутся, а при особенно качественной шлифовке сопро-
тивление скольжению будут оказывать уже и силы моле-
кулярного сцепления двух тел.

При скольжении деталей друг по другу неровности и
гребешки их поверхностей постепенно стираются, детали
прирабатываются. Казалось бы, для трущихся поверхно-
стей это положительный фактор: ведь сила трения умень-
шается. Но не следует забывать, что поверхности при этом
изнашиваются, а в машинах и механизмах такой износ допус-
тим в очень небольших пределах, так как он нарушает точ-
ность и надежность их работы. Изношенные детали прихо-
дится исправлять или заменять, а это и трудно и накладно.

Для уменьшения трения и износа деталей применяют
ряд мер: смазывают трущиеся поверхности, обрабатывают
их с высокой степенью чистоты, трущиеся детали изготав-
ливают из различных материалов, заменяют трение сколь-
жения трением качения.

Для смазки трущихся поверхностей в технике применя-
ются различные масла. Кроме них, используются и другие
вещества, в том числе и вода (например, для смазки тексто-
литовых подшипников, в которых вращаются валки про-
катных станов). Для смазки металлических поверхностей
вода непригодна, так как вызывает их ржавление. Выбор
смазки зависит от материала трущихся поверхностей и ус-
ловий, в которых работают детали (температура, скорость
движения и другие).

Масло прилипает к скользящей поверхности и образует
на ней тончайшую пленку, которая отделяет одну твердую
скользящую поверхность от другой. При этом трение твер-
дых тел заменяется внутренним трением в самом слое мас-
ла. Такое трение называется жидкостным. Жидкостная смаз-
ка резко уменьшает изнашиваемость скользящих поверх-
ностей и, следовательно, резко увеличивает срок службы
деталей, а также во много раз уменьшает расход энергии,
так как коэффициент жидкостного трения составляет всего
0,0014-0,006 (в то время как коэффициент трения стали по
стали /тр=0,17).

Тщательная обработка трущихся поверхностей умень-
шает высоту гребешков и увеличивает площадь соприка-
сающихся поверхностей, а значит, снижает удельное давле-
ние. Это уменьшает износ. Тщательная обработка детали,
соблюдение всех размеров и допусков требуют, конечно, до-
бавочного времени и большого терпения. Его, к сожалению,
не всегда хватает юным техникам. Встречается еще немало
ребят, которые тщательно изготавливают только детали,
находящиеся на виду, а остальные делают кое-как. Но эти
дефекты, скрытые внутри моделей, как раз и подводят юных
техников на выставках и соревнованиях: отличная по внеш-
нему виду модель или не заводится совсем, или еле-еле тя-
нет, или быстро выходит из строя. Юным техникам необ-
ходимо запомнить, что любое исправление недоброкачест-
венной детали, а тем более ее переделка, не только не достав-
ляет удовольствия, но и занимает намного больше времени,
чем тщательное изготовление детали с самого начала.

Трущиеся детали следует изготавливать из различных
материалов, так как при этом уменьшается коэффициент
трения. Еще больше он снижается, когда подшипники из-
готовляются из антифрикционных сплавов.

Различные материалы имеют различную твердость, а
следовательно, по разному и изнашиваются. Нужно учи-
тывать и это. Поэтому-то сложные валы делают из стали, а
значительно более простые по конструкции подшипники
скольжения, в которых валы вращаются, изготавливают из
менее твердых материалов. От трения срабатывается не вал,
а подшипник, который изготовить и заменить значительно
легче и дешевле, чем вал.

Трение — весьма тонкий и непростой для понимания
процесс.

Вот скажите-ка, могут ли три школьника переместить
по двум стальным полосам груз весом 20—25 тонн? Отри-
цательный ответ на этот вопрос кажется совершенно оче-
видным. Тем не менее ответ на него будет положительным:
да, могут! Именно о таком случае рассказывает известный
советский педагог Макаренко в своей «Педагогический
поэме».

Поводом для такого приложения ребячьих сил послу-
жило отсутствие паровоза для подачи под разгрузку желез-
нодорожного состава, в котором детская трудовая колония
имени Горького приехала на новое местожительство. И вот,
чтобы не ночевать в вагонах, колонисты, по трое на вагон,
перекатили целый железнодорожный состав, 45 товарных
вагонов (общим весом около 1000 тонн), на расстояние около
километра. Но отрицательный ответ на вопрос станет дей-
ствительно очевидным, если бы этот же груз ребята попыта-
лись перетащить волоком.

Каждый человек по собственному опыту знает, что ка-
тить груз намного легче, чем волочить его, и для всех со-
вершенно очевидна целесообразность и прямая выгода за-
мены трения скольжения трением качения. Поэтому почти
весь наземный транспорт катится на колесах. И только там,
где нельзя применить колеса, пока еще применяются сколь-
зящие опоры с большой площадью — лыжи для пешехо-
дов, аэросаней и самолетов. Трение скольжения возникает
и во втулке колеса, трущейся вокруг оси. Так вот, если за-
менить скольжение колеса вокруг оси качением, то сила
трения существенно снизится. Этот вывод и привел к созда-
нию подшипников качения — шариковых и роликовых.
Их появление позволило при тех же мощностях значитель-
но увеличить скорости и коэффициент полезного действия
машин. В настоящее время подшипники качения в огромных
количествах применяются во всех отраслях техники: на
станках, приборах, разнообразных машинах-двигателях и
машинах-орудиях. Все шире применяют подшипники
качения для своих моделей и юные техники. Коэффициент
трения подшипников качения очень мал: /тр=0,0054-0,008.

Подробнее о подшипниках качения рассказано в разде-
ле «Детали и передачи вращательного движения».

Последний вид трения — трение покоя — проявляет-
ся в тех случаях, когда тело неподвижно. Стремясь пере-
местить это тело по поверхности другого, мы и будем пре-
одолевать трение покоя. Сила трения покоя проявляется
в местах соприкосновения неподвижных тел с поверхно-
стью, на которой они находятся. Например, между нижней
поверхностью тяжелого ящика и поверхностью, на которой
он стоит, или линией соприкосновения колеса железнодо-
рожного вагона и рельса. Большая сила трения покоя ме-
шает, например, сдвинуть с места шкаф с книгами, его при-
ходится сначала опустошить и тем силу трения уменьшить,
а затем уж двигать.

Иногда малая сила трения может создать большие не-
приятности и даже привести к печальным последствиям.
Например, на скользкой дороге ведущие колеса автомоби-
ля проскальзывают (буксуют), и машина становится пло-
хо управляемой, не может преодолеть даже незначительный
подъем. Если же на дороге возникнет неожиданное препят-
ствие и водитель резко нажмет на тормоз — колеса пе-
рестанут вертеться, но машина сразу не остановится, а
будет скользить — пойдет юзом.

Поэтому при экстренном торможении машину нередко
заносит в кювет, разворачивает поперек дороги, ставит
на пути движения других машин, переворачивает набок
и даже вверх колесами. Таким образом, малая сила трения
для транспорта один из источников дорожных происшест-
вий. Плохое сцепление подошв обуви с дорогой вовремя го-
лоледа опасно и для пешеходов. Поэтому для повышения
коэффициента трения дороги и тротуары посыпают песком,
на трамваях и локомотивах устанавливают песочницы, из
которых песок высыпается на рельсы.

Увеличение силы трения важно не только для создания
безопасности на улицах. Оно необходимо и для успешной ра-
боты станков и машин. При недостаточном трении будут
проскальзывать приводные ремни, окажется мало эффек-
тивной фрикционная передача, станут ненадежными тор-
мозные устройства. Для повышения коэффициента трения
плоскоременной передачи увеличивают натяжение ремня,
посыпают его канифолью, устанавливают натяжные уст-
ройства; где это возможно, заменяют плоскоременную пе-
редачу — клиноременной, для тормозов подбирают ма-
териалы с большим коэффициентом трения.

Силы инерции

Инерцией тела называют его свойство сохранять со-
стояние покоя или прямолинейного и равномерного дви-
жения. Любому изменению скорости тело оказывает сопро-
тивление. Это сопротивление обычно называют силой инер-
ции. Она зависит только от массы тела. Чтобы привести
в движение тело, находящееся в покое, например снаряд,
вложенный в ствол орудия, необходимо приложить силу.
В стволе ее создают пороховые газы. Они давят на снаряд
только до тех пор, пока он движется внутри ствола. В это
время снаряд, обладая инерцией, противодействует газам.
Взаимодействие газов со снарядом прекращается, как толь-
ко он вылетит из ствола. Однако благодаря инерции сна-
ряд продолжает лететь до тех пор, пока его не остановят
силы сопротивления среды.

В данном случае инерция проявляется двояко: во время
движения снаряда внутри ствола она противодействует его
разгону до необходимой скорости, после же вылета из ство-
ла именно благодаря инерции снаряд летит, преодолевая
сопротивление среды.

С силами инерции мы встречаемся и на транспорте:
когда автомобиль трогается с места или разгоняется, во-
дителя и пассажиров инерцией прижимает к сиденью, а
когда перед движущейся машиной возникает неожиданное
препятствие и водитель резко тормозит или сворачивает
в сторону, силы инерции стаскивают пассажиров с сидений
или прижимают к боковой стенке кузова. А если стенку
убрать, то инерция способна вообще вышвырнуть пассажи-
ра из кузова.

В школьной мастерской силы инерции особенно замет-
ны при работе строгального станка: в конце хода ползуна,
когда меняется направление его движения, происходит
удар, который сотрясает и станок и даже его фундамент.
При этом ослабевают соединения деталей, усиленно сра-
батываются детали кулисного механизма. Большой из-
нос деталей может привести к их поломке. В этом случае
ползун слетит с направляющих. Поэтому правила техники
безопасности предписывают во время работы стоять только
сбоку от станка. При работе токарного станка вибрация,
вызванная силами инерции, особенно ощутима при обра-
ботке крупных несимметричных деталей, устанавливае-
мых на планшайбе. В этих случаях необходимо применять
уравновешивающие контргрузы.

При современном уровне развития техники в быстро-
ходных машинах силы инерции в десятки и сотни раз пре-
вышают вес движущихся деталей. Эти силы создают допол-
Рис. 9.

Шкив фрикционного
пресса.

тоже), а
придания

путем применения
деталям такой фор-

нительные нагрузки на де-
тали, дополнительные силы
трения, вибрацию машин
и фундаментов.

Известно немало слу-
чаев, когда от действия
центробежных сил лома-
лись отдельные детали ма-
шин, разлетались махови-
ки, диски турбин, шлифо-
вальные круги. Поэтому
детал и,	под вер гающиеся

действию значительных сил
инерции, необходимо уси-
ливать. Но делать это нуж-
но не путем увеличения се-
чения деталей, что приве-
дет к увеличению их массы
(а значит, и сил инерции
более прочных материалов i

мы, которая наиболее рациональна с точки зрения распо-
ложения массы по отношению к оси вращения.

Примером правильного выбора формы служит колесо
центробежного компрессора авиационного двигателя и
шкив ведущего вала фрикционного пресса (рис. 9). Колесо
компрессора делает большое число оборотов, и потому
большую часть массы колеса располагают ближе к оси
вращения. Фрикционному прессу приходится преодолевать
сопротивление металла. Для этого нужна большая сила.
Ее получают, используя инерцию приводного шкива веду-
щего вала пресса. Конструкция шкива такова, что боль-
шая часть массы расположена на максимально возможном
удалении от оси вращения. Пока вал вращается вхоло-
стую, двигатель сравнительно небольшой мощности раз-
гоняет шкив, имеющий значительную массу. Во время
рабочего хода пресса сопротивление деформируемого ме-
талла тормозит вращение шкива и возникающие при этом
силы инерции прибавляются к силе, развиваемой двига-
телем, помогая ему справиться с «упрямым» материалом.
Если понаблюдать за работой пресса, то по изменению
числа оборотов шкива видно, как возрастает при холостом
ходе и уменьшается в момент прессования сила инерции.
На рисунке 10 изображен
маятник Максвелла, который
служит для демонстрации пере-
хода потенциальной энергии в
кинетическую и наоборот.

Задание №8. Не меняя
массы диска, изменить его фор-
му так, чтобы максимально уве-
личить период колебаний маят-
ника.

Силы сопротивления среды

Знакомясь с инерцией на при-
мере снаряда, мы убедились,
что после прекращения действия
движущей силы длина пути, про-
ходимого телом, зависит от соп-
ротивления среды, в котором
оно движется: в твердом теле,
жидкостях или газах.

Юные техники в своей пра-
ктической деятельности встре-
чаются с сопротивлением каж-
дой из этих сред. В мастерской

школы и на производстве при изготовлении изделий

приходится преодолевать сопротивление металлов, дре-
весины, пластмасс и других твердых материалов. Чтобы
уменьшить силу сопротивления материала режущему ин-
струменту, сам инструмент должен быть остро заточен и
тщательно отполирован. Это уменьшает трение и не толь-
ко улучшает качество обрабатываемой поверхности и стой-
кость инструмента за счет уменьшения его нагрева, но
и заметно снижает затрату энергии на обработку. Умень-
шению трения при обработке и отводу тепла способст-
вует и применение смазывающе-охлаждающих жидкостей.
Уменьшение угла заострения инструмента тоже облегчает
резание.

Увеличение затраты энергии при работе затупившимся
и неправильно заточенным инструментом особенно замет-
но 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 толь-
ко 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 чело-
век легко преодолевает сопротивление воздуха, движущая-
ся лодка спокойно раздвигает воду. Но как только скорость
возрастает, сопротивление жидкостей и газов тоже стано-
вится весьма ощутимым, ибо, чем выше скорость, тем боль-
ше сопротивление среды. Например, сопротивление, кото-
рое оказывает воздух свободно падающему парашютисту,
настолько велико, что дает возможность парашютисту бе-
зопасно опуститься на землю с большой высоты. Сопротив-
ление воды с возрастанием скорости становится еще более
заметным: носовая часть моторной лодки поднимается над
водой тем выше, чем больше скорость движения. Вода на-
дежно держит лыжника, которого буксирует катер.

На преодоление сил сопротивления среды приходится
затрачивать дополнительные мощности, а следовательно,
и дополнительное — и притом очень значительное — ко-
личество топлива. Все это резко увеличивает вес транспорт-
ных средств. Для воздушных и космических кораблей вес
имеет решающее значение. Поэтому конструкторы борют-
ся за снижение каждого килограмма веса самолетов, а для
юных техников-авиамоделистов важен буквально каждый
грамм веса модели.

При очень больших скоростях жидкости и газы приобре-
тают непривычные свойства. Например, водой, выталки-
ваемой из сопла со сверхзвуковой скоростью, можно про-
бивать отверстия в твердых горных породах и даже в ме-
талле, 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 вы-
сунуть руку из кабины — поток воздуха мгновенно срежет
Рис. 11. Зависимость силы сопротив-
ления воздуха от формы тела.

ее, как бритвой. Поэто-
му современные скоро-
стные самолеты-истреби-
тели оборудованы ката-
пультой, которая с по-
мощью взрывного заряда
выбрасывает пилота из
кабины вместе с его крес-
лом. В момент ката-
пультирования ограж-
дение защищает пилота
от удара со встречным
воздушным потоком.
Только после того как
пилот отлетит от пада-
ющего самолета на бе-
зопасное расстояние, он
раскрывает парашют.

Сила сопротивления
среды зависит не только
от ее агрегатного состо-
яния и скорости движе-
ния, но и от формы дви-
жущегося тела и степени
гладкости его поверхно-
сти (рис. 11).

Совсем недавно, 20—
—25 лет назад, у само-
лета все было «на ви-
ду» — колеса, шасси, крепление крыльев. В процессе
борьбы за увеличение скорости, маневренности и улуч-
шение 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 на-
ружную поверхность самолета стали тщательно заглажи-
вать, «зализывать», и покрывать лаком. Самолет, автомо-
биль и корабль приобрели обтекаемые формы с небольшими
изменениями сечений и плавными переходами между ними.
Наилучшую форму помогает определить испытание кон-
46
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 само-
лета 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 пассажир-
ского лайнера «ТУ-144» (рис. 13) торможение производит-
ся при помощи опускания лобового обтекателя, который в
полете служит для придания самолету сверхзвуковой
формы.

Сопротивление движению тела в различных средах раз-
лично: наибольшее — в твердой среде, гораздо меньше —
в жидкостях, наименьшее — в газах.

При большой скорости движения твердого тела в жид-

Рис. 12. Аэродинамическая труба.
Рис. 13. Самолет «ТУ-144».

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 кораб-
лю 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-

Рис. 14. Судно на подводных крыльях.

емкую силу, как крылья самолету. Как только судно раз-
вивает 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 воз-
душной подушке, поезда на электромагнитной подушке.

Сопротивление воздушной среды меньше, чем сопротив-
ление других сред. Но ведь можно уменьшить сопротивление
и самой воздушной среды. Для этого нужно подняться в бо-
лее разреженные слои атмосферы. Поэтому авиация одно-
временно с увеличением скорости поднимает и потолок по-
летов, выводит самолеты на большие высоты — туда, где
плотность воздушной среды мала, а значит, мало и сопро-
тивление, оказываемое летящим самолетам.

Юные техники со своими моделями участвуют в соревно-
ваниях, 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 предель-
но уменьшить. Как этого добиться, вы теперь знаете.

Сопромат — инженерная наука

Любые материалы, как говорилось уже не раз, сопро-
тивляются внешнему воздействию. Конечно, нет материа-
ла, который мог бы сопротивляться вечно, но при каких зна-
чениях силы наступит поломка, какие силы и при каком
расположении в пространстве погубят деталь?

Поведение материалов под действием различных сил
можно предсказать, если положить в основу расчета фор-
мулы и выводы инженерной науки — сопротивления мате-
риалов (в студенческом обиходе — сопромат). Эта наука
изучает вопросы прочности и долговечности материалов и
конструкций, а потому нужна каждому инженеру. Потому
что инженер должен так рассчитать свое изделие, чтобы оно
было прочным, способным сопротивляться разрушению.
Для каждого элемента своей конструкции инженер, руко-
водствуясь сопроматом, подбирает необходимый материал,
рассчитывает оптимальные размеры с учетом полной на-
дежности и наименьшего веса. Для этого ему необходимо

3 Инженер начинается в школе

49
выяснить характер воздействия внешних сил на конструк-
цию, возникающие в конструкции деформации и внутрен-
ние напряжения, выбрать необходимый запас прочности
и на основании расчета получающихся вариантов назначить
каждой детали конструкции свои определенные размеры и
сечения.

Силы, действующие на конструкцию

При работе сооружений и машин их части подвергают-
ся действию внешних нагрузок. Плотина воспринимает дав-
ление воды и передает возникающие силы на фундамент.
Сила тяги локомотива передается поезду через головку
соединяющей их автосцепки. По характеру расположения
в пространстве силы, действующие на конструкцию, делят
на сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенными
называются силы, передающиеся на элемент конструкции
через площадку, размеры которой очень малы по сравне-
нию с размерами всего элемента. Например, давление ко-
лес локомотива на рельсы сосредоточено почти в точке. При
расчетах для их упрощения сосредоточенные силы прини-
мают приложенными в одной точке и измеряют их в едини-
цах силы (тоннах, килограммах, ньютонах). Примером со-
средоточенной силы может служить давление груза на крюк
подъемного крана.

Распределенными нагрузками называются силы, при-
ложенные на протяжении некоторой длины или площадки
конструкции. Распределенная нагрузка измеряется в едини-
цах силы, отнесенных соответственно к длине или площади
(кг/м\ Н!м\ кг/м2\ Шм2= Па). Если, например, на тележке,
с платформой длиной 2 м и шириной 1,5 м перевозится 600 кг
песка, насыпанного на платформе ровным слоем, то нагруз-
ку на платформу считают равномерно распределенной. Она
будет равна:

600 кг: (2x1,5) л2=200 кг/м2=0,02 кг/см2=1962 Н/м2).

Действие сосредоточенной и распределенной нагрузки
многим хорошо известно и по собственному опыту. Если
снег глубокий, то пешком по лесу не пройдешь — будешь
глубоко проваливаться. Вес тела сосредоточен на малой
площади подошв. Если же станешь на лыжи (да еще широ-
кие, охотничьи), то можешь идти на них куда хочешь. Лыжи
не дадут провалиться: ведь площадь поверхности во
много больше площади поверхности одной ступни; вес тела
распределится по лыжам, а распределенная нагрузка в
этом случае будет значительно меньше.

Рассмотрим еще один пример. Многие ребята увлекают-
ся катанием на коньках и игрой в хоккей, В сельской мест-
ности обычно катаются по льду рек и прудов. А лед коварен,
и весной или осенью бывает немало случаев, когда лед не
выдерживает юных спортсменов, и они проваливаются в
воду. Нередко вслед за ними проваливаются и те, кто хо-
чет оказать им помощь.

А ведь достаточно проявить в этом случае элементар-
ную грамотность и сообразительность, и беды можно избе-
жать. Если под катающимся неожиданно начнет проги-
баться или ломаться лед, то необходимо немедленно лечь
и раскинуть руки и ноги. Таким образом нагрузка на лед
(зес спортсмена) из сосредоточенной (на одном или двух
коньках) превратится в распределенную — вес тела будет
рассредоточен на большую поверхность льда. Меньшую рас-
пределенную нагрузку лед должен выдержать, и, следо-
вательно, спортсмен останется на поверхности льда, а не
уйдет под воду. Если же спортсмен все-таки провалится,
то тот, кто пойдет к нему на помощь, должен оказывать ее
технически грамотно, иначе и товарищу не поможет и
сам погибнет. А такая грамотная помощь также заключа-
ется в том, чтобы рассредоточить свой вес на возможно боль-
шую площадь: приблизиться к полынье ползком или на лы-
жах, положить на лед широкую длинную доску, чтобы пре-
дельно уменьшить сосредоточенную нагрузку.

По характеру действия нагрузки разделяют на стати-
ческие, которые нагружают конструкцию постоянно, и ди-
намические, которые действуют внезапно.

Внезапно приложенные нагрузки передаются на соору-
жение мгновенно всей своей величиной (например, давление
колес паровоза, входящего на мост). Ударные нагрузки воз-
никают при ударе (например, молотком по зубилу или при
ударе бабы копра о сваю). Повторно-переменные нагрузки
действуют на элементы конструкции, повторяясь значитель-
ное число раз. Эти нагрузки вызывают усталость материала,
которая может привести к его быстрому разрушению. Раз-
рушающим действием усталости металла многие часто поль-
зуются на практике: если надо, например, разрезать пру-
А-РАСТЯЖЕНИЕ

Б-СЖАТИЕ

В-ПЕРЕРЕЗЫВАНИЕ

Г-КРУЧЕНИЕ

Д-ИЗГИБ

ток или полоску металла, то ее достаточ-
но только надрезать в нужном месте;
затем несколько раз перегнуть в про-
тивоположные стороны. После этого на
месте перегиба образуется трещина, п
твердая заготовка переломится «от уста-
лости».

Деформации и напряжения

Под действием внешних сил элемен-
ты конструкции и вся она целиком в
большей или меньшей степени изменяют
свою форму и размеры. Это изменение
формы и размеров называется деформа-
цией.

Основные типы деформаций (рис. 15).
1. Растяжение (А) или сжатие (Б) — его
испытывают цепи, канаты, тросы, ко-
лонны, элементы в фермах (мостов).
2. Перерезывание (В) — ему подверже-
ны болты, винты, заклепки. 3. Круче-
ние (Г) — возникает при работе валов.
4. Изгиб (Д) — ему подвергаются раз-
личные балки.

Деформации разделяются на упру-
гие и остаточные. Упругими деформа-
циями называются такие, которые по-
являются под влиянием внешних сил
и исчезают после того, как эти силы
перестают действовать. После того как
внешняя сила, вызвавшая упругую де-
формацию, прекращает свое действие,
деформированный элемент восстанавли-
вает свою первоначальную форму и
размеры. Этот вид деформации всем
хорошо знаком на примере дверной
пружины. Чем шире открываешь дверь,
тем сильнее растягивается пружина, а

Рис. 15. Основные типы деформаций.
как только дверь отпустишь, пружина
сожмется до первоначальной длины: дверь
закроется со стуком.

Упругая деформация материала воз-
можна только до определенного предела.
Если величина нагрузки превысит этот
предел, то после «разгрузки» элемент (из-
делие) своей первоначальной формы пол-
ностью не восстановит, а так и останется
деформированным. Примером служит та
же пружина: повесишь на нее груз потя-
желее, она вытянется, но уже не сожмется
после снятия груза. Эта деформация и на-
зывается остаточной.

Сила, которая приходится на единицу
площади поперечного сечения, называется
напряжением. Она измеряется в кг/см2;
Н№ или Н/мм2; кг/мм2; Т/см2; Т/м2;
МН/м2; МН/мм2; Па; МПа.

Пример. На стержень (рис. 16.) с по-
перечным сечением 2x2=4 см2 действует
растягивающая сила Р=1000 кг. Напря-
жение материала в поперечном сечении
стержня составит:

1000 кг

—---—=250 кг см2, или

4 см2

Рис. 16. Внут-
реннее напряже-
ние материала.

в СИ	-=24525-103///л*2 = 24,525 МПа.

4-10-4 м2

Максимальное напряжение, при котором начинается раз-
рушение материала, называется пределом прочности, или
временным сопротивлением материала.

Предельное напряжение, при котором деформированный
элемент после снятия деформирующего усилия восстанав-
ливает свою первоначальную форму, называется преде-
лом упругости. Превышение предела упругости вызывает
остаточную деформацию. В тех случаях, когда конструкция
должна сохранять свою форму неизменной, необходимо рас-
считать размеры каждого элемента так, чтобы его деформа-
ция под действием нагрузки не превышала предела упру-
гости.

Выбирая материал и размеры того или иного элемента
конструкции, необходимо учитывать, чтобы возникающие
при работе напряжения были меньше тех, при которых ма-
териал разрушается или получает остаточные деформации.
Иначе говоря, деформации всегда должны быть упругими
а напряжение — меньше предела упругости материала, из
которого элементы конструкции изготовлены.

Запас прочности

Временное сопротивление материала — это та предель-
ная нагрузка, при которой наступает разрушение. Но ведь
изделие, которое будет изготовлено из этого материала, раз-
рушаться не должно! Чтобы этого не случилось, оно долж-
но обладать необходимым запасом прочности. Чтобы создать
такой запас, гарантирующий сохранность изделия при рабо-
те, конструктор при расчете должен допускать в его элемен-
тах напряжение, которое значительно меньше предела проч-
ности материала.

Число, показывающее, во сколько раз допущенное в кон-
струкции напряжение меньше предела прочности материа-
ла, называется коэффициентом запаса прочности. Его вели-
чина зависит от условий работы конструкции и от
того, насколько опасны последствия разрушения ее
элемента.

Что, например, может случиться, если сломается крю-
чок вешалки, на котором висит пальто? Ничего особенного:
поднимешь пальто, почистишь и повесишь на другой крю-
чок. А что произойдет, если оборвется предохранительный
пояс, который удерживает верхолаза, выполняющего работу
на верхушке мачты электропередачи, или же не выдержат
нагрузки стропы парашюта в момент его раскрытия? Прои-
зойдет страшное: и верхолаз, и парашютист погибнут.
Поэтому крючок вешалки достаточно рассчитать на стати-
ческую нагрузку, лишь не намного превышающую вес паль-
то, а предохранительный пояс и детали парашюта — на ди-
намическую нагрузку, значительно превышающую средний
вес человека и падающего вместе с ним снаряжения.

В тех случаях, когда недостаточная прочность изделия
или какой-либо из его частей может привести к авариям,
предварительная проверка только материала и отдельных
элементов конструкции недостаточна, и тогда приходится
испытывать все изделие целиком. Для такого испытания
изготавливается опытный образец конструкции в натураль-
ную величину или его точная, но уменьшенная копия —
модель. Испытание проводится так, чтобы каждый элемент
конструкции подвергался действию нагрузок, значительно
превышающих те, которые будет испытывать этот же эле-
мент при работе в обычных для конструкции условиях. На-
пример, при испытании моста на него завозят и ставят вплот-
ную, колесо к колесу, десятки большегрузных автомоби-
лей. В процессе же эксплуатации мост испытывает нагрузку
в несколько раз меньшую, так как расстояние между иду-
щими через мост машинами всегда намного больше, а вес
у большинства из них гораздо меньше. Парашют же вначале
испытывают, сбрасывая на нем по многу раз с самолета ма-
некен, вес которого значительно больше веса человека.

Проверка самолета предварительно производится в аэро-
динамической трубе. Внутри ее закрепляют модель самолета
и мощными вентиляторами разгоняют обтекающий ее воз-
дух до нужной скорости. Если модель испытания не выдер-
жит и разрушится, то в конструкцию будут внесены необхо-
димые изменения за счет увеличения прочности отдельных
ее элементов. Когда же будет достигнута необходимая проч-
ность модели, конструкторы произведут соответствующий
перерасчет размеров каждой детали и будет изготовлен опыт-
ный образец самолета в натуральную величину. Его много
раз будут испытывать сначала на земле, а затем в воздухе,
выбирая наиболее трудные условия. Производить испытание
будут опытнейшие летчики-испытатели, а вместо пассажи-
ров в салонах будут размещены мешки с песком и контроль-
ные приборы. Испытатели будут вводить самолет в грозо-
вые тучи, выключать в полете часть двигателей, сажать са-
молет с одним выпущенным шасси и с убранными шасси,
не на колеса, а на «брюхо», то есть в условиях наиболее
тяжелого полета и вынужденной посадки.

Все конструкции, разрушение которых в процессе ра-
боты может поставить под угрозу жизнь людей, наделяются
повышенным коэффициентом запаса прочности. Таковы все
виды транспортных и подъемных машин, жилые здания и
т. д. Например, трос, на котором подвешена кабина лифта,
рассчитан так, чтобы выдержать 14-, а то и 20-кратную пе-
регрузку. Это, естественно, вызывает добавочный расход
материала. Но речь ведь идет о безопасности людей!..
Растяжение и сжатие

Если какой-либо элемент конструкции растягивать
(или сжимать) силой Ркг(в системе СИ-ньютонов), в нем
возникнут внутренние напряжения, которые легко найти
по формуле:

кг/см2, (Н/м? = Па),
о

где: о — внутреннее напряжение сжатия (или растяжения);

S — площадь поперечного сечения элемента, см2
(в системе СИ-л2).

При инженерных расчетах приходится определять се-
чение конструктивного элемента по заданной или вычислен-
ной нагрузке. Размеры сечения установить легко, если из-
вестно допускаемое напряжение выбранного для конструк-
ции материала или если известен коэффициент запаса проч-
ности. Обычно допускаемые напряжения для статической
(I) и динамической (II) нагрузок различны (табл. 1). Надо
иметь в виду, что большинство применяемых в технике ма-
териалов (за исключением чугуна и бетона) сжатию сопро-
тивляются гораздо хуже, нежели растяжению.

Пример. Юные техники пионерского лагеря взялись
изготовить для колхозной фермы подъемный кран-укосину
грузоподъемностью в одну тонну для разгрузки автомашин
(рис. 17). Просчитать на прочность составляющие кран
стержни.

Пользуясь правилом разложения сил, определяем, что
наклонный стержень 1 будет растянут силой 2000 кг, а го-
ризонтальный стержень 2 — сжат силой 1740 кг.

Стержень 1 изготовлен был из стали СтЗ; ее допускаемое
напряжение при динамической нагрузке 300 кг/см2. Исходя
из этого, найдем поперечное сечение стержня 1:

Стержень круглый, его диаметр найдем по формуле:

с nd2	а

о=—-—. или а— I/ —з
4	гл

d^3c4i=30 мм.
Т аблица 1

СХЕМА БАЛКИ
И НАГРУЗКИ

4

ОПОРНЫЕ РЕАКЦИИ
И ПОПЕРЕЧНЫЕ СИЛЫ

2

В=Р,
Q=0
(omAgol),

(от 1доВ)

В=Р=р£

УРАВНЕНИЕ ИЗГИБАЮЩЕГО
МОМЕНТА, НАИБОЛЬШИЙ
ИЗГИБАЮЩИЙ МОМЕНТ

3

М~О (от. А до 1)
м~~р(х-в)
(от 1доВ)
тахМ=О (omAgol),
тпах(-М=-Ра(вв)

м— Рх-г

-г^
max М = 0,
тах(-м)=-^-(6в)

8=0

Q=0

М=МО

тахМ~М0
(от А до в)

А=Р^

В=РТ
(^Р-^(отАдо1)

Q=-P$mtyB)

fomlgoB)

тахМ-Р({г (вт)

Dr^
тпахМ-г^-

6 Р
ъуи, Х=^-
Стержень 2 — деревян-
ный (сосновый), с допу-
скаемым напряжением
50 кг/см2. Его сечение:

52 = ^ = 34)8сл(2.
oU

Р В сечении стержень
квадратный, то есть сторо-
на его _	___

34,8^6бш=
=60 мм.

Учитывая, что стержень
2 сжат, введем коэффициент
запаса п=1,65 и получим:
0=60-1,65=99,0 мм.

Принимаем окончатель-
но поперечное сечение стер-
жня 2 равным 100 X 100 мм.

(Строго говоря, коэффи-

циент запаса следовало бы ввести в допускаемое напряжение
Р2 =т^н — 30 кг/см*,
1,00

P=1000Kr.v

Рис. 17. Расчет крана-укосины.

а дальше вести расчет, как обычно. Но на конечный ре-
зультат это не повлияло бы).

Напряжение растяжения в технике иногда называют
разрывным напряжением, но это не совсем верно. Разрыв-
ное напряжение — это уже предел прочности материала, на-
пряжение разрушения. Его можно считать разновидностью
напряжения растяжения, предельным случаем растяжения.

Перерезывание (сдвиг)

Заклепки, болты, оси шарниров, шпонки и многие дру-
гие детали работают в условиях, при которых действующие
на них силы стремятся перерезать их, сдвинуть одну часть
детали относительно другой. Познакомимся с примером
расчета на прочность при сдвиге.

Пример. В пионерском лагере решили построить качели
с платформой в виде четырехместной лодки (рис. 18). Тре-
Рис. 18. Расчет шарнира на срез.

буется рассчитать диаметр оси шарнира, на котором лодка
подвешена к перекладине (см. узел «А»). Материал оси —
сталь СтЗ. Лодка рассчитана на 4 человека, но может слу-
читься так, что в лодку набьются сколько влезет. Будем
считать, что влезет втрое больше, то есть 12 человек, и все
взрослые. Средний вес взрослого человека принимаем рав-
ным 80 кг, вес лодки — 100 кг. Полная нагрузка на оба
шарнира составит:

12 X 80+100= 1060 кг (10,6 кН в системе СИ),
а нагрузка на один шарнир

1^9 = 530 кг (5,3 кН в системе СИ).

Эта сила стремится перерезать ось шарнира по двум
плоскостям (аа и бб).

Допускаемое напряжение на срез обычно принимаем
равным 0,8 от допускаемого напряжения на разрыв.

Учитывая, что нагрузка в данном случае динамическая,
допускаемое напряжение на разрыв принимаем равным
300 кг!см*. Следовательно, допускаемое напряжение на срез
составит:

0,8x300=240 кг!см* (или 23,5 МПа).
Суммарная (общая) площадь сечения по двум плоскос-
тям должна составить:

•ScyM.=24o^2,2 сл<2 (или 23’5Mna=2’2-w~i	•

Площадь сечения по одной плоскости, то есть площадь
сечения оси шарнира:
9 9

S = -— = 1,1 см2 (или 1,1 • 10—4 м2 в системе СИ).

jtd2

Так как площадь круга —^—=5, то диаметр оси шарнира
d = тЛ— =	1.2 см (т. е. 1,2-10-2л«).

v JT г «5,14

Такой диаметр оси шарнира обеспечивает ему необходи-
мую прочность, но, учитывая, что качели строят на открытом
воздухе, металл подвергается действию атмосферных осад-
ков и ржавеет, а кроме того, ось нередко будут забывать
смазывать, и она постепенно будет истираться, принимаем
с запасом:

d=16 мм=16- 10"8ж.

Этот диаметр оси обеспечит ее прочность на перерезы-
вание (сдвиг). Передача нагрузки на ось шарнира происхо-
дит путем нажатия на него стенок отверстия проушины
шарнира, поэтому необходимо произвести проверку шар-
нира еще и на смятие. Поверхность отверстия проушины,
работающей на смятие, принимаем равной произведению
диаметра оси на толщину проушины. Примем толщину проу-
шины равной диаметру оси, тогда «сминаемая» поверхность

SCM=1,6X 1,6=2,56 cjw2=2,56- 10“4м2.

Допускаемое напряжение смятия обычно принимают
в два раза больше допускаемого напряжения на разрыв,
что в нашем случае составит:

2x300=600 кг/см2 (или 58,9 МПа).

Так как фактическое напряжение смятия в шарнире
равно

—^=210 кг/см2 (или 20,6 МПа)
НА ХОМУТАХ

Рис. 19. Соединение деревянных деталей врубкой.

и значительно меньше допускаемого, то опасности разруше-
ния шарнира от смятия поверхности оси и стенок проуши-
ны нет.

Деревянные детали в строительстве часто соединяют при
помощи врубок. Они также подвергаются деформации
сдвига.

Дерево — материал неоднородный, одним и тем же де-
формациям оно оказывает различное сопротивление в зави-
симости от того, как направлены действующие силы по
отношению к волокнам.

Сопротивление скалыванию вдоль волокон значительно
больше сопротивления скалыванию поперек волокон. Это
необходимо учитывать при соединении деталей врубкой,
располагая их так, чтобы силы были направлены (рис. 19)
вдоль волокон.

Кручение

В технике на кручение работают многие детали: шпин-
дели станков, различные валы, обыкновенный ключ двер-
ного замка. Все эти детали передают крутящий момент от
источника движения — двигателя или руки — к исполни-
тельному механизму.

Крутящий момент — это произведение силы, выражен-
ной в килограммах, на расстояние (плечо) этой силы от оси
Рис. 20. Замена сплошного вала полым.

вращения, выраженное в метрах или в сантиметрах. Изме-
ряется крутящий момент в кгм или кгсм (в системе Си—
в Н-м).

При передаче крутящего момента в сечении вала возни-
кают внутренние напряжения, но если при растяжении на-
пряжения по своей величине одинаковы во всех точках се-
чения, 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 мак-
симального значения у наружного диаметра. Таким обра-
зом, 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 тол-
щиной 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 зна-
чительно 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, мото-
циклов и многие другие конструкции изготавливают из
труб. Пустотелые стержни вместо сплошных широко приме-
няют и в станкостроении. Например, пустотелый шпиндель
токарного и револьверного станков дает возможность из-
готавливать детали из прутка, а это значительно уменьшает
количество отходов. Через пустотелые шпиндели фрезерных
станков проходят стержни, с помощью которых достига-
ется надежное крепление в шпинделе оправок для фрез.

Конструкции из труб применяют и юные техники, на-
пример, при изготовлении картов (рис. 21).

Использование труб вместо сплошного стержня должно,
разумеется, производиться без малейшего ущерба для проч-
62
Рис. 21. Карт.

ности конструкции, поэтому такую замену можно произво-
дить 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 допус-
каемого напряжения обычно принимают равной 0,5—0,6
допускаемого напряжения на растяжение. Для мягкой ста-
ли допускаемое напряжение при кручении /?^=200 кг!см2,
а для твердой стали 300-?-1200 кг!см2, в зависимости
от характера нагрузки и сечения вала х.

Зная величину крутящего момента и допускаемые на-
пряжения, необходимый диаметр сплошного вала опреде-
ляют по формуле:

^СПЛОШН.— U7* |/ R ;

а наружный диаметр пустотелого вала по формуле:

Наружи.-1.7- У (i_ay.Rs>

1 Если на валу есть гнезда для шпонок, то возникает концентрация
местных напряжений, снижающая прочность вала.
где:

^внутр.
^наружи.

; 2Икр—крутящий момент на валу.

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:

N

Мко =97 360 — кгсм.

кр.	п

Пример. Определить диаметр стального вала, передаю-
щего вращение от электродвигателя мощностью 2 кет при
п= 1000 об/мин.

9

Мкр. = 97 360 -tqqq = 195 кгсм.

Принимая допускаемое напряжение равным 200 кг!см2,
находим диаметр вала сплошного:

з /Т95"

d=1-7V

d = 18 мм = 18-10—3 м.

Приняв

^внутр.

а = -j-------= 0,о,

“наружи.

определим диаметры полого вала равной прочности:

3 Г 195

^наружи. = 1 >?* р q 2QQ 2’0 сл/ = 20 ЖЛ/= 2•10~2 м.

^внутр.— 20-0,8 = 16 мм = 16-10~3 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
64
или автомашины; вагонная ось, представляющая собой
балку, опирающуюся на колеса и загруженную давлением
букс; крыло самолета, изгибающееся под давлением воз-
духа; карандаш и ручка, которыми мы пишем.

Балки принимают на себя нагрузку и передают ее
элементам, на которые опираются — опорам (рис. 22). По ко-
личеству 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; железнодо-
рожный рельс;

в)	балки с одним заделанным концом — консольные (на-
пример: балки, поддерживающие балкон, спортивный бум,
доска трамплина).

Силы, действующие на балку, создают изгибающий мо-
мент, 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
Т аблица 2

ПРЯМОУГОЛЬНИК СОТВЕРСТИЕМ

плошмь_  СЕЧЕНИЯ F	F=az	Г=а2	F=Hz-hz	F=#h	F^e(H-h)
ТОЧЕК СЕЧЕНИЯ	*		ИгУг-о^а	УгУг~%	S?t  II N>|ob	^2=4
МОМЕНТЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ Wf„w2noOT- НОШЕЮШМСЯИ 1-1 и 2-2	И4=^-f	W1-W2~0)11Qc?		W,^ 6 / ^2	^!н(^ К--^8г
1 § £	^«Ч и	н/ ВН3-в№ W,-- f!fl - нв3-№  V¥z	6В
+  оз	^«Ч II	«О  So §  S'
Wv £	Р|сч и	§•=19 &&
II ч.	II		
	РАССТОЯНИЩнУг огосиылвкгАйта ТОЧЕК СЕЧЕНИЯ	
ПЛОЩАДЬ _  СЕЧЕНИЯ г		МОМЕНТЫ СОПНШЕШ WfnW2noOT- ноюшмш 1-1 и 2-2

изгибе, также зависят от вели-
чины изгибающего момента:
чем он больше, тем больше де-
формация, следовательно, боль-
ше и внутренние напряжения.

Рассмотрим пример, извест-
ный каждому: через узкую ка-
наву (расстояние между опорами
мало) переброшена доска. Если
ступить на нее вблизи опоры,
доска почти не прогнется, а если
начать двигаться вдоль доски,
то по мере удаления от опоры и
увеличения изгибающего момен-
та будет увеличиваться и дефор-
мация доски. Если ширина
канавы значительная, то пере-
ход по этой доске становится
опасным, так как материал мо-
жет не выдержать возникших
напряжений, и доска сломается.
Чтобы предотвратить поломку,
либо заменяют доску (балку)
более толстой, либо устанавли-
вают дополнительно промежу-
точные опоры и тем уменьшают
величину пролета.

Однако величина деформа-
ций, а следовательно, и внут-
ренних напряжений зависит не
только от величины изгибающе-
го момента, но также от разме-
ров и формы поперечного сече-
ния балки и направления дейст-
вия силы. Эти факторы (размеры
и форма поперечного сечения)
определяют способность балки
сопротивляться действию изги-
бающих сил и называются мо-
ментом сопротивления. Он изме-
ряется в см3 и обозначается
обычно буквой W.
Рис. 23. Моменты сопротивления
балки.

ляться действию изгибающего

II
W2=72cm?

Формулы для опре-
деления моментов сопро-
тивления некоторых
простейших фигур при-
ведены в таблице № 2.

Оказывается, если
доску, которая так уг-
рожающе прогибается
под ногами человека,
переходящего канаву,
положить на ребро, то

момент ее сопротивле-
ния резко возрастет,
способность сопротив-
момента увеличится, а де-

формация уменьшится и переход по той же самой доске
станет безопасным.

В технике, и особенно в строительстве, балки приме-
няются очень широко. Поэтому для них инженеры разрабо-
тали такие формы сечений, которые позволяют при наи-
меньшем расходе материала получить балки с наибольшим
моментом сопротивления.

Металлургическая промышленность выпускает для на-
родного хозяйства готовые балки из стали различной формы
и размера (см. рис. 27). Моменты сопротивления для них
приводятся в справочниках.

Величина момента сопротивления фигуры определяется
относительно оси симметрии. Так, для прямоугольного се-
чения со сторонами 6 и 12 см (рис. 23) момент сопротивления

6х 122

1)	относительно оси I—I	— = 144 см3;

'	о

12 у А2

2)	относительно оси II—II W2 = —$—=72 см3.

Это значит, что доска толщиной 60 мм и шириной 120 мм,
положенная на ребро, выдержит нагрузку в два раза боль-
шую, чем положенная на опоры плашмя.

Зная изгибающий момент Ми и допускаемое напряжение
Rb материала балки, момент сопротивления ее подсчиты-
вают по формуле:
Формулы для расчета балок с различной нагрузкой при-
ведены в таблице 1.

Пример 1. Строители грузили мусор на автомобиль-са-
мосвал вручную. Юные техники подшефной школы взялись
механизировать эту малопроизводительную работу, приме-
нив лебедку с электромотором грузоподъемностью в одну
тонну (рис. 24). Блок подвесили на деревянный (сосновый)
брус, опорами для которого стали стены двух соседних
зданий. Ящик для мусора установили на землю под бло-
ком. После заполнения мусором ящик поднимали; под него
подъезжал самосвал, ящик опускали в кузов, потом под-
цепляли за днище и опрокидывали. Такая несложная ме-
ханизация значительно облегчила труд строителей и поз-
волила сократить простои машины под погрузкой в нес-
колько десятков раз.

Проверим расчеты юных техников, проведенные ими
для деревянной балки.

Рис. 24. Деформация подкрановой балки.
Балка лежит на двух опорах. Нагрузка сосредоточен-
ная, приложена в середине пролета. Расстояние между опо-
рами 5 м (500 см).

По таблице 1 находим изгибающий момент:

..	1000-500 1О_ЛЛЛ

М„ —-------= 125000 кгсм.

и 4

Момент сопротивления бруса размером 25x25 см:

9R3
№=-^-=2604 см*.
о

Внутреннее напряжение материала при изгибе:

^Ь=^Г кг/с*Р'

D 125000 AQ , 2

“2604" “ 48 кг/см '

Допускаемое напряжение изгиба для сосны равно
100 кг/см2. Следовательно, прочность балки в данном слу-
чае обеспечена с хорошим запасом.

Для дальнейшего ускорения и облегчения работы ис-
пользованную юными техниками конструкцию ящика сле-
дует усовершенствовать, поэтому предлагаем

Задание №9. Сконструировать ящик для мусора.
Технические условия. 1. Удельный вес мусора 2,5 т/м3.

2. Емкость ящика должна быть больше необходимой на
20% (чтобы мусор не высыпался). 3. Для подъема лебедкой
ящик должен иметь крюки. 4. Для передвижения по земле
ящик должен иметь управление и колеса на шариковых
подшипниках. 5. Дно ящика должно для быстрой выгрузки
мусора откидываться на две половины дистанционным
устройством.

Пример 2. В пионерском лагере надо построить пешеход-
ный мостик (рис. 25) через ров шириной 3 м. Ширина мос-
тика 1 м (чтобы могли одновременно пройти двое). Требу-
ется определить размеры деревянных брусьев, несущих на
себе настил мостика, исходя из условий обеспечения проч-
ности.

Решение. При проведении расчета необходимо учесть
максимальную возможную нагрузку. Считаем, что на мос-
тике могут одновременно столпиться 20 человек взрослых.
Рис. 25. Деформация мостика.

Средний вес каждого примем равным 80 кг. Нагрузку счи-
таем распределенной. Она равна:

20X80=1600 кг.

Для такой нагрузки (по таблице 1) изгибающий момент

1600-3

М„ — —з— = 60 000 кгсм.

о

Принимаем допускаемое напряжение для дерева (сос-
ны) — 100 кг!см2. Из условий прочности находим необхо-
димый момент сопротивления по формуле:

W = —u •

Rb ’

60 000	3

W = —jog- — 600 см3.

Мостик конструируем из двух брусьев — балок с нас-
тилом из досок.

Требуемый момент сопротивления каждого бруса-балки

F6 = 222=300 см3.

Используем брусья прямоугольного сечения с отноше-
нием сторон

а___*
Момент сопротивления сечения бруса

Г6 = ^;

Так как 6 = 2а, то F6 = —
°	6

2	3 Г3•300

откуда а3, но так как IF6 = 3OO сл3, то а= ~|/	;

а = 7,6 см и Ь = 2-7,6 = 15,2 см.

Округленно принимаем rz=80 мм\ 6=160 мм.

Настил делаем из досок толщиной 30 мм, шириной 150—
200 мм. Доски настила расчетом не проверяем, так как и
без того ясно, что прочность их будет обеспечена.

Задание № 10. Сконструировать для описанного
мостика перила по обеим его сторонам.

Технические условия. Обеспечить необходимую проч-
ность, считая, что на перила с одной стороны мостика могут
облокотиться одновременно до четырех взрослых человек
и что за них может схватиться при падении случайно спотк-
нувшийся прохожий (динамическая нагрузка). Выбрать
наиболее рациональную форму сечения перил.
Глава IV

МАТЕРИАЛЫ ТЕХНИКИ

Создать какую-либо вещь, конструкцию, машину из ни-
чего нельзя, потому что весь мир, в котором мы живем и
действуем, веществен и материален. Любые детали машин
и механизмов, сооружения, инструменты, конструкции ин-
женер изготовляет из конкретных, реальных материалов.
В зависимости от своего назначения материалы можно раз-
делить на условные группы: машиностроительные, текстиль-
ные, химические, строительные. Материалов великое мно-
жество. 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 мате-
риала 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, спо-
собное 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 требо-
ваниям, могут быть использованы в проектируемом изделии.
Инженер уже по ходу проектирования в самый началь-
ный 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 при-
годный 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 су-
хостью, стойкостью и эластичностью и т. д. А раз такого
материала нет и раз техника требует очень большого на-
бора свойств от материала, используются различные мате-
риалы, обладающие все вместе этими необходимыми свой-
ствами.

Универсальных материалов в нашем распоряжении нет.
Но ведь в то же время нет и быть не может материалов
«однозначных», «узконаправленных» — нет материалов, на-
деленных всего лишь одним-единственным свойством. У каж-
дого реального материала есть целый комплекс свойств —
физических, химических, технологических и прочих. Пред-
ставить себе материал, обладающий одним лишь свойством—
например, только вязкостью и ничем более,— столь же
невероятно, как представить универсальный материал, на-
деленный сразу всеми мыслимыми свойствами. А раз так,
то границы между областями применения материалов не-
избежно будут перекрываться; так, алюминий используют
не только в авиации, но еще и в химической помышленнос-
ти, в строительстве, в судостроении и т. д. Равным образохМ
и древесина идет не только на сооружение лодок, но и
в любую отрасль, в любое изделие, где ее свойства оправ-
дывают ее применение.

В технике наиболее широко применяются металлы.
Иногда их называют также основными машиностроитель-
ными 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 инже-
нером к материалам для инженерных конструкций.

Свойства металлов и их испытание

Свойства металлов делятся на физические, химические,
механические и технологические. К физическим свойствам
относят: цвет, удельный вес (плотность), плавкость, элект-
ропроводность, теплопроводность, магнитные свойства, теп-
лоемкость, расширяемость при нагревании. К химическим
свойствам — окисляемость, растворимость, стойкость про-
тив коррозии (окисления). К механическим — прочность,
твердость, упругость, вязкость, пластичность. К техноло-
гическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость,
свариваемость, обработку резанием.

В машиностроении — да и в технике вообще — перво-
степенное значение придается прочности и долговечности
изделия. Именно поэтому при выборе материала для своей
конструкции инженер прежде всего обращает внимание на
его механические свойства. Для того же, чтобы определить,
соответствуют ли свойства материала требованиям, предъ-
являемым к готовому изделию, инженер подвергает мате-
риал испытаниям — в первую очередь механическим ис-
пытаниям.

Наиболее точные, полные и всесторонние испытания
материала инженер проводит в лаборатории на испытатель-
ных машинах и приборах. Металл вначале испытывают на
прочность—выясняют его способность сопротивляться
действию внешних сил без разрушения. Из двух одинако-
вых по форме и размерам кусков тот, который выдержит
большую нагрузку, и будет считаться более прочным. Затем
стальным закаленным шариком металлы испытывают на
твердость: чем глубже вдавливается шарик в испытываемый
образец, тем металл мягче — ведь нагрузка на шарик каж-
дый раз берется одна и та же. Потом специальным ножом —
гильотиной,— пускаемым с размаху с определенной высо-
ты, испытываемые образцы металлов подвергают разру-
шению. Тот металл, который потребует больших усилий
ножа, признается более вязким, а разрушающийся легко
и быстро называют хрупким. Ну и, наконец, металлы ис-
пытывают на упругость или пластичность — два противо-
положных свойства. Упругий металл легко восстанавливает
форму после снятия нагрузки, пластичный — легко форму-
ется под действием этой нагрузки.

Все результаты испытаний заносят в таблицы и графики.
Инженеру в дальнейшем уже не придется испытывать ме-
талл заново: ему достаточно убедиться в том, что взятый
им для изготовления детали металл соответствует (по сос-
таву, по «характеру», по сорту) тому, который уже испы-
тывался в лаборатории, и, заглянув в таблицу, узнать его
механические свойства. Точно так же поступают и с дру-
гими характеристиками металлов: проведя испытания, за-
носят полученные данные в таблицы, которыми и поль-
зуется инженер в процессе конструирования и изготовления
деталей и машин.

Правда, порою инженеру по какой-либо причине бы-
вает неизвестен вид металла, взятого для изготовления де-
тали. Тогда уж приходится поневоле испытывать образцы
этого неведомого металла. Это отнимает много времени,
но зато служит гарантией надежной, безопасной и точной
работы будущего изделия.

Юные техники нередко тоже оказываются в затрудни-
тельном положении. У них под рукой не оказывается того
металла, который им нужен, или же они работают с ме-
таллом, свойства которого им почти неизвестны. Машин и
приборов для всесторонних испытаний металла у юных
техников нет, а если даже и есть, стоит ли тратить время на
эти нудные процедуры, думают они. В результате оказы-
вается, что использованный в конкретной конструкции ма-
териал непригоден для этой конструкции. Но обнаружи-
вается это тогда, когда на конструкцию уже затрачено
много времени, труда и сил. Конструкция получается нера-
ботоспособной. При применении неизвестного металла для
ответственных деталей модели необходимо провести хотя
бы технологические пробы металла, позволяющие опреде-
лить его пригодность для использования в конкретной кон-
струкции. Технологические пробы не могут дать полного
представления обо всех свойствах испытываемого металла,
но они позволяют избегнуть хотя бы грубых ошибок.

Проба на внешний вид всегда важна при работе с незна-
комым металлом. По цвету образца, по виду его на изломе,
по форме и размерам микрокристалликов нужно не торо-
пясь определить вид металла и его сорт. Сталь это или
чугун? Олово или алюминий? Опытный инженер умеет по
первому взгляду безошибочно отгадывать даже, к какому
классу относится образец стали — мягкая она или твердая,
закаленная или нет. А это немаловажно в некоторых слу-
чаях.

Проба на искру должна проводиться только под наблю-
дением старших. Она позволяет с помощью простейшего
шлифовального круга определить путем обтачивания об-
разца не только вид металла, но даже его сорт и примерный
состав. Например, сталь с содержанием 0,5% углерода
дает длинный светло-желтый сноп искр, быстрорежущая
сталь Р-18 — короткий сноп темно-красных искр без звез-
дочек, сталь Р-9 — такой
же сноп, но с более свет-
лыми искрами. Сталь с
большим содержанием уг-
лерода образует сноп бе-
лых искр — звездочек.
Каждой марке стали соот-
ветствует свой сноп искр.
При некоторой тренировке
(тренироваться можно на
заточке сверл из разных
марок стали) удается при-
обрести достаточный навык
для быстрого и надежного
угадывания марок стали

Рис. 26. Проба на выдавливание:

1 — лист материала, 2 — пуансон.

по искрам.

Проба на загиб есть разновидность проверки пласти-
ческих свойств металла. Проба может проводиться в холод-
ном и горячем состоянии. Пробу ведут так: берут плоский
кусок металла и гнут его — либо до определенного угла,
либо до получения V-образного (или П-образного) про-
филя, либо до соприкосновения его сторон. Например,
если требуется определить пригодность заготовки для из-
готовления дверных петель, проводят пробу на загиб. У об-
разца, который выдержит пробу, не должно быть после
загиба трещин, надломов, надрывов.

Проба на перегиб служит для определения способности
металла (в виде листа, полосы, проволоки или прутка) вы-
держивать многократные перегибы.

Проба на выдавливание предназначена для определения
способности тонкого листового металла к холодной штам-
повке и вытягиванию (рис. 26): в пластинке, зажатой ка-
ким-либо кольцом, выдавливают лунку головкой сферичес-
кого пуансона до появления первой же трещинки. Такую же
пробу применяют в том случае, если хотят определить при-
годность термопластичной пластмассы для изготовления
объемных деталей сложной формы.

Пробе на осадку подвергают, например, материал, иду-
щий на изготовление заклепок. Берут образец металла в виде
цилиндрика (высота которого должна быть равна двум его
диаметрам) и «осаживают» до некоторой, заранее условлен-
ной, высоты в холодном состоянии. Металл считается вы-
державшим пробу (то есть пригодным для осадки), если
в нем не образуется трещин, надрывов или изломов.

Проба труб на обжатие позволяет определить качество
трубы и пластичность металла, способность трубы без по-
вреждения выдерживать «вколачивание» (загонку) в кони-
ческое гнездо, диаметр которого меньше диаметра трубы.

Проба на жидкотекучесть определяет способность рас-
плавленного металла заполнять литейную форму. Взятый
для пробы расплавленный металл выливают на поверхность
кирпича поставленного под углом. Жидкотекучесть ме-
талла показывает длина его струи до застывания (кстати
сказать, рост температуры расплава повышает текучесть
металла).

Металлы

В технике все металлические материалы подразделяют
на простые металлы — элементы, имеющие небольшое ко-
личество примесей, и сложные металлы (сплавы), которые
представляют собой сочетание какого-либо простого ме-
талла 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 чис-
того 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. Инстру-
мент из такого сплава будет резать уже не только хлеб, но
даже и само железо. То же самое происходит и с цветными
металламй: 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 угле-
родом и другими элементами) — стали, чугуны и ферро-
сплавы. Всё остальные металлы и их сплавы относятся
к цветным металлам. И в технике, и в народном хозяйстве
вообще наибольшее распространение получили черные ме-
таллы.

К сталям относят железоуглеродистые сплавы, содержа-
щие до 2,0% углерода, к чугунам — 2,54-4,0% углерода.
По своему химическому составу стали разделяют на угле-
родистые и легированные, в эти последние вводят химичес-
кие элементы, придающие стали особые свойства. Легиро-
ванные стали применяют для изготовления наиболее ответ-
ственных деталей.

Углеродистые стали по назначению бывают конструкци-
онные и инструментальные, при этом конструкционные—
обыкновенного качества и качественные.

По ГОСТу конструкционные углеродистые стали обык-
новенного 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 обра-
ботки 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 бо-
лее 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 про-
цента. Из конструкционных сталей изготовляют мосты,
строительные конструкции, перекрытия зданий, крепеж-
ные детали (болты, гайки, шайбы, гвозди и т. п.) и др.

Инструментальная углеродистая сталь разделяется на
сталь качественную, которая обозначается буквой У и циф-
рой или числом, показывающим содержание углерода в
десятых долях процента: У7, У8 и так до У13, и высокока-
чественную сталь. Высококачественная инструментальная
сталь обозначается так же, как качественная, но с добавле-
нием буквы А (У7А — У13А). Из инструментальных угле-
родистых сталей изготавливают молотки, отвертки, зубила,
бородки и другие инструменты и ответственные приспособ-
ления.
Существенным недостатком всех углеродистых сталей
является отсутствие у них нужных сочетаний 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 вы-
соким требованиям ответственного машиностроения и ин-
струментального 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, жаро-
прочность и т. д. По названию элементов, входящих в со-
став легированных сталей, они так же и называются: вана-
диевые, хромистые, хромомолибденовые и другие стали.

Легирующие элементы по ГОСТу обозначаются заглав-
ными буквами русского алфавита: 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 — быстро-
режущая, Ж — хромовая нержа-
веющая, Я — хромоникелевая не-
ржавеющая, Е — электротехниче-
ская.

Легированные конструкцион-
ные стали имеют более высокие
механические характеристики, чем
простая углеродистая сталь, поэ-
тому детали, изготовленные из
легированных сталей, могут иметь
меньшее сечение, а следователь-
но, и меньший вес, чем такие же
детали, изготовленные из обычной
стали. А это значит, что замена
деталей из обычных сталей леги-
рованными позволяет значительно
снизить вес машин, увеличить их
надежность и долговечность.

Широкое применение черных
металлов в народном хозяйстве
облегчается тем, что металлургиче-
ская промышленность выпускает
металл в виде стандартных профи-
лей определенной формы и разме-
ров (рис. 27). Конструируя маши-
ну или сооружение, инженер обя-
зан при расчете подбирать и ука-
зывать в чертеже только тот про-
филь, который имеется в стандарте.
Это упрощает и ускоряет конструи-
рование, облегчает выполнение
чертежей, на которых нет нужды
вычерчивать весь сложный профиль
со многими размерами, а доста-
точно указать только название

Рис. 27. Профили стали, выпускаемые
для народного хозяйства: 1 — круглый;
2 — квадратный; 3 — полосовой; 4 — уг-
ловой; 5 — тавровый; 6 — двутавровый;
7 — корытный (швеллер); 8 — рельсо-
вый; 9 — зетовый.

4 Инженер начинается в школе
профиля и его номер. Например, балка двутавровая
№ 20; или: швеллер № 12 и т. д.

Чугун

Чугун имеет более низкую температуру плавления и
лучшие литейные свойства, чем сталь. Из него можно от-
ливать детали сложной формы. Поэтому отливки из чу-
гуна очень широко применяются в машиностроении.

Посмотрим на станок в школьной мастерской: его ста-
нины, суппорты, столы и траверзы, патроны, ручки, ог-
раждения, шкивы и многие другие, наиболее крупные и
сложные детали, изготовлены из чугуна. Вес чугунных
деталей составляет около 3/4 общего веса станков. Из чу-
гуна изготовлены слесарные тиски, поверочные и разметоч-
ные плиты. С изделиями из чугуна мы встречаемся и дома:
это сковороды, утюги, канализационные трубы, ванны и др.

Марки чугуна и их химический состав установлены
ГОСТом: Сч — серый чугун, Кч — ковкий чугун и Мч —
модифицированный (видоизмененный) чугун. Две первые
цифры после букв означают предел прочности на растя-
жение, две последние — предел прочности при изгибе в
кг/мм2. Например, марка Сч15-32 обозначает серый чугун,
имеющий прочность на растяжение 15 кг, а на изгиб 32
кг/мм2.

Серый чугун применяется исключительно для изготов-
ления отливок, и поэтому он называется литейным чугуном.
Это чугун вторичный. Его получают путем переплавки
в печах — вагранках — чугунных чушек, отлитых из пер-
вичного чугуна доменных печей. Вагранки имеются на
всех машиностроительных заводах, где в литейных цехах
изготавливают всевозможные детали, часто имеющие такую
сложную форму, которую очень трудно, а то и просто не-
возможно получить при помощи ручной или механической
обработки. Механическая прочность серого чугуна неве-
лика, и потому из него отливают детали, которые не испы-
тывают больших нагрузок.

Ковким чугуном условно называют мягкий и вязкий
чугун (но деталей из него не куют). Он обладает хорошими
механическими свойствами и высокой стойкостью против
коррозии. Ковкий чугун значительно прочнее серого. Он
широко применяется в сельскохозяйственном машинострое-
нии для изготовления зубчатых колес, звеньев, цепей и
т. д., в вагоностроении делают из него детали автосцепки,
части тормозов и другие ответственные детали. Ковкий чу-
гун часто применяется для замены цветных металлов и
сплавов.

Высокопрочные чугуны, обладающие, помимо прочнос-
ти, еще и высокой пластичностью и ударной вязкостью,
получают путем модификации — введения в жидкий чу-
гун, вытекающий из вагранки, мелких порошков алюминия,
магния, кальция, кремния. Высокопрочные чугуны полу-
чают также путем воздействия на расплавленный чугун
ультразвуком. По своим механическим характеристикам
высокопрочные чугуны, в особенности легированные, не
уступают стали и с успехом заменяют ее в таких ответствен-
ных деталях, как зубчатые колеса, муфты, задние мосты
автомобиля, картеры и даже коленчатые валы автомобиль-
ных двигателей, валы и шпиндели токарных станков и
многое, многое другое.

Цветные металлы

Кроме алюминия и меди, в народном хозяйстве ши-
роко применяются также магний, свинец, олово и цинк.
Однако эти металлы и их сплавы стоят дорого, и потому
во всех возможных случаях конструкторы стараются за-
менять их черными металлами и неметаллическими ма-
териалами. Но бывает и так, что необходимые свойства
изделию можно придать только в результате изготовления
его из цветных металлов или сплавов.

Так, например, олово применяется для лужения кон-
сервных банок, крыши кроют оцинкованным железом, во-
допроводные краны и детали водомерных приборов изго-
тавливают из бронзы.

По ГОСТу сплавы обозначаются так: Л — латуни,
Бр — бронзы, Б — баббиты, а легирующие элементы в них
так: Ж — железо, Мц — марганец; Н — никель, О — оло-
во, К — кремний, С — свинец, Ц — цинк, Ф — фосфор.
Количество компонента (составной части сплава) указы-
вается цифрой. Например, Л96 означает латунь с содержа-
нием около 96% меди; ЛМцЖ52-4-1 обозначает латунь
марганцово-железную с содержанием меди — 52%,
марганца — 4% и железа — 1% (остальное цинк);
Бр. ОЦС 6-6-3 обозначает бронзу оловянно-цинково-свин-
цовую, содержащую олова около 6%, цинка — 6% и
свинца — 3% (остальное медь).

Латуни — это сплавы меди с цинком. По сравнению
с чистой медью они прочнее, пластичнее и тверже, обладают
лучшими литейными свойствами и лучше сопротивляются
коррозии. В состав специальных латуней входят также же-
лезо, марганец, никель, олово, кремний и другие элементы.
Специальные латуни обладают повышенными механичес-
кими свойствами. Латуни разделяются на литейные, кото-
рые применяют для фасонного литья, и подвергаемые об-
работке давлением.

Бронзы — сплавы меди с оловом и другими различными
элементами. Оловянистые бронзы обладают высокой стой-
костью против коррозии, повышенными антифрикционными
свойствами и жидкотекучестью. Из них изготовляют под-
шипники, отливки, в том числе и художественные. Ранее
из такой бронзы отливали стволы пушек, монеты, колокола.
Частичная замена в сплаве дорогого дефицитного олова
цинком, свинцом, никелем и фосфором позволяет получить
сплав с теми же свойствами, но значительно более деше-
вый. Заменителями оловянистой бронзы являются алюми-
ниевая, кремнистая, марганцевая бронзы. Они имеют
несколько худшие литейные качества, но зато лучшие
механические свойства.

Добавка никеля улучшает механические и литейные
свойства бронзы, ее стойкость против коррозии, но очень
удорожает сплав. Поэтому медно-никелевые сплавы приме-
няют только для специальных целей. Некоторые из медно-
никелевых сплавов имеют специальные названия: мельхиор
(18—20% никеля) — применяют для ювелирных изделий;
константан (39—41% никеля), имеющий большое электри-
ческое сопротивление, применяют в виде проволоки и лент
для реостатов, электроизмерительных приборов и др.

Алюминий

Сплавы алюминия с кремнием называют силуминами.
Они обладают хорошими литейными свойствами. Приме-
нение модификатора (металлический натрий или смесь фто-
84
ристых солей натрия и калия), около 0,01% по весу, резко
улучшает механические свойства силуминов. Сплавы с дру-
гими элементами — дюралюмины — имеют высокие меха-
нические свойства и хорошо поддаются обработке давле-
нием — ковке, штамповке, прокатке. Для повышения ме-
ханических свойств дюралюмина подвергают термической
обработке — закалке с последующим «старением».

«Старение»— выдержка дюралюмина после закалки перед
последующей механической обработкой — может быть ес-
тественным (5—7 суток при комнатной температуре) или
искусственным (несколько часов при температуре около
150°С). В результате закалки и «старения» механические
свойства дюралюмина повышаются до уровня среднеугле-
родистой стали. Механическую обработку дюралюмина про-
изводят в горячем (при температуре 440 — 480°С) и холод-
ном состояниях. В холодном состоянии дюралюмин реко-
мендуется обрабатывать до «старения».

Антифрикционные сплавы

Сплавы, применяемые для изготовления вкладышей под-
шипников скольжения, называют антифрикционными. Они
имеют малый коэффициент трения. В качестве подшипни-
ковых сплавов применяют баббиты на свинцовой и оловян-
ной основе, алюминиевые и оловянные бронзы.

Древесина

Древесина является материалом, который очень широко
применяется в народном хозяйстве. Широко используют
ее и юные техники для изготовления авиа-, судо- и автомо-
делей и самых разнообразных поделок. Природные недос-
татки древесины — способность к гниению, воспламене-
нию и другие — можно в значительной мере исправить при
помощи сушки и пропитки ее различными химическими ве-
ществами.

Все работы, связанные с применением древесины, разде-
ляются на плотницкие, при которых используются бревна,
брусья и доски, и столярные, при которых применяются
пиленые лесоматериалы. При плотницких работах дере-
вянные детали соединяют в основном на врубках, гвоз-
дях, болтах и клею, а при столярных — в основном на
клею, а также на шурупах или — реже — на гвоздях.

Дефекты, которые имеет древесина, снижающие ее ка-
чество и ограничивающие ее применение для изготовления
изделий, называют пороками. К ним относят: сучки, тре-
щины, неправильность формы ствола и строения, ненор-
мальную окраску, гниль и повреждение насекомыми. Для
изготовления изделий нужно брать древесину только доб-
рокачественную, но юные техники, в особенности младшие,
это правило соблюдают далеко не всегда, в особенности если
они работают самостоятельно. В результате из недоброка-
чественного материала получаются и недоброкачественные
изделия, а труда на их изготовление часто затрачивается
больше.

Древесина обладает способностью терять и поглощать
влагу.

По влажности древесину различают: сырую, полусухую,
воздушно-сухую, комнатно-сухую и абсолютно сухую (та-
кую можно получить только в лаборатории). Изменение
влажности вызывает усушку, разбухание, коробление и
растрескивание заготовок и изделий: при усушке (высы-
хании) древесина уменьшается в размерах (становится ко-
роче, тоньше, уже). Усушка в различных направлениях
неодинакова. Так, например, доска уменьшается вдоль во-
локон, то есть по длине всего до 0,1%, по толщине до 5%,
а по ширине до 10%.

Например, сырая доска длиной 2 м, шириной 20 см
и толщиной 5 см при высыхании уменьшится

200-0,1 ЛО п
по длине на —==0,2 см=2мм,

5*5

по толщине на удо=0,25с;и=2,5 мм,
по ширине на -2^--=2 СЛ1=2О мм.

Для изготовления столярных изделий и различных по-
делок следует применять только комнатно-сухую древе-
сину. Изделия из нее практически не усыхают и не дефор-
мируются, в особенности если их изготавливать из узких
досок.
Рис. 28. Виды коробления.

Если сухая древесина подвергается воздействию влаги,
то она разбухает и увеличивается в объеме. Например, окно
или дверь, намокшие во время дождя, нельзя закрыть, так
как они не входят в рамы. Разбухание древесины использу-
ется и как положительное ее свойство, например, при пост-
ройке лодок, при изготовлении деревянных труб, бочек и
тому подобных изделий. После разбухания отдельные де-
тали плотнее примыкают друг к другу и не пропускают
воду.

Коробление вызывается тем, что части древесины, рас-
положенные ближе к сердцевине ствола, высыхают быст-
рее. Выпуклость покоробившейся доски всегда бывает об-
ращена в сторону сердцевины (рис. 28). Это нужно учи-
тывать при соединении досок в щиты и располагать доски



НЕПРАВИЛЬНАЯ СБОРКА ЩИТА

КОРОБЛЕНИЕ ЩИТА

ПРАВИЛЬНАЯ СБОРКА ЩИТА

Рис. 29. Соединение досок в щит.
так, чтобы их сердцевинные части были обращены в разные
стороны. Тогда коробление одних досок будет препятство-
вать короблению других досок (рис. 29).

Растрескивание происходит в результате различной
скорости высыхания наружных и внутренних слоев дере-
ва. При медленном высыхании древесина не растрескива-
ется. Для замедления сушки при длительном хранении
древесины торцы бревен, брусьев и досок оклеивают бу-
магой, покрывают известью или каменноугольной
смолой.

К механическим свойствам древесины относятся: проч-
ность, упругость, вязкость, хрупкость, раскалываемость и
гвоздимость.

Прочность древесины вдоль и поперек волокон различ-
на. Например, сопротивление растяжению и сжатию попе-
рек волокон в 20 раз меньше, чем вдоль их. Сопротивление
древесины изгибу зависит от ее влажности, плотности, по-
роды дерева и других причин. Влажность и пороки (осо-
бенно сучья и трещины) значительно снижают прочность
древесины при изгибе. Наибольшую прочность имеет дуб,
бук, ясень, наименьшую — сосна, ель, ольха, липа.

Твердость древесины зависит от ее породы, плотности
и степени влажности, а упругость — от влажности, плот-
ности и возраста.

Вязкостью (пластичностью) древесины называется ее
способность изменять свою форму (например, гнуться) и
сохранять приданную форму после прекращения действия
силы, вызывающей деформацию. Пластичность древесины
повышается при повышении ее влажности и температуры.
Поэтому при необходимости изготовления гнутых деревян-
ных изделий древесину нужно предварительно пропарить.
У лиственных пород вязкость больше, чем у хвойных.
Очень пластичными являются вяз, бук, ясень.

Хрупкость — свойство, противоположное упругости. Пе-
ресушенная древесина более хрупка.

Раскалываемость — это способность древесины колоться
вдоль волокон под действием клина (например, топора).
Ее нужно учитывать при скреплении деталей гвоздями,
болтами, в особенности у края досок.

Гвоздимость — способность древесины удерживать гвоз-
ди, шурупы, скобы и т. д. При вбивании гвоздей древесина
твердых пород раскалывается легче, чем мягких. Во избе-
88
жание раскалывания в местах забивания гвоздей следует
предварительно просверливать отверстия (диаметр их, ра-
зумеется, должен быть меньше диаметра гвоздя или шу-
рупа), а затем вбивать гвоздь или ввертывать шуруп.

Увеличение долговечности древесины

Долговечность древесины можно увеличить правильной
сушкой и хранением, пропиткой специальными химиче-
скими веществами, препятствующими загниванию или
придающими древесине огнестойкость. Сушка и хранение
являются наиболее общепринятыми мерами по сохранению
и улучшению древесины. Древесину на хранение нужно
укладывать так, чтобы могла происходить ее естественная
сушка. Если же доски сложены на открытом воздухе, то
необходимо защитить штабель от дождя, снега и прямых
солнечных лучей.

Многие юные техники увлекаются изготовлением из дре-
весины моделей кораблей, самолетов, зданий, изделий до-
машнего обихода и т. д., которые нередко являются «ре-
ликвиями» для семьи, а иногда и для общества. Такие
изделия изготавливают особенно тщательно, но тщания и
прилежания недостаточно, необходимо также принять ме-
ры, чтобы созданная вами деревянная реликвия была дол-
говечной, чтобы ее не привели в негодность насекомые и
грибы. Для борьбы с вредителями древесины применяются
химические вещества — антисептики. Специальные химиче-
ские составы— антипирены, а также огнезащитные краски
и обмазки придают древесине огнестойкость.

Отделка древесины

Отделка изделий из древесины не только улучшает
внешний их вид, она предохраняет их от увлажнения, ко-
робления и растрескивания.

Материалы для отделки разделяются на основные и
вспомогательные. К основным относятся лаки и масла, об-
разующие на дереве прочную защитную пленку, а также
красители. Вспомогательные материалы служат для подго-
товки древесины под отделку. К ним относятся раствори-
тели, разбавители, порозаполнители (воск, парафин) и
шлифующие материалы.

Для шлифования Древесины применяют абразивные ма-
териалы: шкурку, пемзу и трепел (инфузорную землю).
Шкурка — хлопчатобумажная ткань или бумага, покрытая
молотым песком или толченым стеклом на клею. Наждак
и корунд для шлифования древесины непригодны, так как
оставляют в порах древесины темную пыль. Для получения
гладкой поверхности дерево шлифуют сначала крупной
шкуркой, затем — мелкой. Шлифовальный порошок и пас-
ту используют для шлифования фигурных поверхностей.
Пемза — пористый камень — применяется в кусках и по-
рошке. Трепел — предварительно размолотый и отмочен-
ный в воде — служит для тонкого шлифования древе-
сины.

Для растворения и удаления с поверхности древесины
смолы используют бензол, бензин, спирт, скипидар, раст-
вор соды.

Масла и олифы после высыхания образуют на поверх-
ности древесины пленку. Для отделки столярных изделий
годятся олифы только натуральные и полунатуральные
(оксоль, сульфооксоль). Лаки и политуры при высыхании
тоже образуют на поверхности древесины прочную блестя-
щую пленку.

Сиккативы — жидкие вещества, ускоряющие высыха-
ние лаков и красок в 4—6 раз. Их прибавляют к олифе и
маслам в количестве 2,5—5%.

Порозаполнители — вещества, применяемые для запол-
нения пор древесины столярных изделий; обычно это вос-
ковые и масляные мастики.

Восковая мастика состоит из 20—60% пчелиного воска
и 20—30% растворителя или из парафина и 50—60% раст-
ворителя (скипидара) и 10—15% канифоли. Остальное —
мел молотый и сиккатив. Приготовление мастики: тонко
настроганный воск (парафин) кладут в металлическую эма-
лированную посуду, погружают ее в бачок с водой и нагре-
вают. Затем посуду с расплавленным воском снимают и ос-
торожно подливают в расплав растворитель, непрерывно
помешивая мастику деревянной или стеклянной палочкой
до застывания. Остывшую мастику жесткой щетинной ки-
90
стью наносят на отшлифованную поверхность древесины и
втирают до полного затягивания пор и появления блеска.

Шпаклевки применяются для выравнивания поверхнос-
ти древесины перед окрашиванием. Густые используют для
заполнения отдельных углублений, а жидкие для покрытия
всей поверхности. Шпаклевку наносят шпателем — метал-
лической лопаткой. Шпаклевка клеевая состоит из молотого
мела и пигмента (65%), сухого столярного клея (3%), воды
(30%) и олифы (2%). Масляные шпаклевки: мел молотый
и пигмент (70%), лак подмазочный (30%) и немного сикка-
тива. Применяются для поверхностей, покрываемых мас-
ляной краской или лаком.

После шпаклевки производится грунтовка поверхности
изделия. Грунтовочные составы для дерева и металла раз-
личны: для металлических изделий применяется грунтовка
№ 138, состоящая из сухих пигментов и талька, разведен-
ных на глифталевом лаке с добавлением растворителей и
сиккатива; для дерева применяется грунтовка того же сос-
тава, но с добавлением 15% воды. Грунтовочные составы
наносятся на поверхность распылителем или кистью.

Замазки служат для заделки таких дефектов древесины,
как впадины, крупные трещины, отщепы. Пастообразные
замазки наносят на поверхность в холодном состоянии, и
они, высыхая, затвердевают. Твердые замазки наносят в
горячем жидком виде. Они затвердевают при охлаждении.

Красители (пигменты) — это вещества, окрашивающие
наружный слой древесины, но не закрывающие ее текстуры.
Красители бывают растительные (органические) и искус-
ственные (анилиновые). Порошки-пигменты (красители) —
белила, охру, сурик, ультрамарин (синьку) и др.— сме-
шивают с маслом, лаком, клеем. Такая смесь называется
краской. Масляные краски продаются в виде пасты, кото-
рую нужно разводить на олифе. Эмалевые краски продаются
готовыми к употреблению.

Лаки и политуры применяют для отделки поверхности
древесины с сохранением ее текстуры. В зависимости от
растворителя лаки разделяются на спиртовые, масляные
и нитролаки. Нитролаки водоустойчивы, а спиртовые лаки
и политуры не выдерживают даже протирки влажной тряп-
кой.

Эти свойства лаков необходимо учитывать при их вы-
боре. Тем из юных техников, кто еще не имеет достаточного
опыта в отделке древесины, можно рекомендовать перед
тем, как браться за отделку готового изделия, предвари-
тельно полностью обработать образец — кусочек матери-
ала, из которого изготовлено изделие; посмотреть, что по-
лучится.

Если потребуется, опыт следует повторить еще и еще
раз и так до тех пор, пока не получишь то, к чему
стремишься.

Пластические массы

Под термином «пластические массы» (пластмассы) при-
нято подразумевать разнообразные промышленные продук-
ты, которые на определенной стадии их изготовления обла-
дают пластичностью, то есть способностью легко принимать
любую форму и сохранять эту форму по окончании процес-
са обработки. Главной составной частью пластмассы, опре-
деляющей ее основные свойства, в большинстве случаев
является органическое вещество — синтетическая (искус-
ственная) или природная смола.

В настоящее время из пластических масс изготовляют
сотни тысяч технических изделий, от мелких кнопок до
крупнейших агрегатов: автомобильные шестерни, подшип-
ники мощных прокатных станов, вагонетки, корпуса авто-
мобилей, лодки, ткацкие челноки, точнейшие детали опти-
ческих приборов, телефонные аппараты, небьющиеся стекла
самолетов, сети неводов, детали химической аппаратуры,
превосходящие по стойкости золото и платину.

В некоторых пластмассах синтетическая смола является
только составной, связующей частью, определяющей основ-
ные свойства пластмассы, а остальная часть состоит из
наполнителей (древесная мука, шпон, стеклянное волокно,
хлопчатобумажная ткань, бумага, асбест и прочее). Напол-
нители придают изделиям прочность, твердость, теплостой-
кость и другие специальные свойства. Замена одних напол-
нителей другими позволяет значительно изменять свойства
пластмасс. В то же время есть пластмассы, состоящие толь-
ко из смолы и небольшого количества красителей.

Из пластических масс наиболее высокими диэлектричес-
кими свойствами обладают: политетрафторэтилен (фторо-
пласт-4), полистирол, полиэтилены, полиизобутилены, ге-
тинаксы, стеклотекстолиты, волокниты и некоторые дру-
гие. Введением различных наполнителей диэлектрические
свойства пластмасс можно изменять в очень широких пре-
делах, а если добавлять токопроводящие вещества (графит,
сажу, металлический порошок и т. д.), можно получать
даже токопроводящие пластмассы. Пластмассы с повышен-
ными электроизоляционными свойствами применяют для
деталей электротехнического назначения. К ним относятся
хорошо известные юным техникам: гетинакс, текстолит,
полиэтилены всех марок.

Пластмассы, содержащие в качестве наполнителя ас-
бест, стекловолокно и другие неорганические наполнители,
отличаются высокой термостойкостью. Пластмасса с ас-
бестом (асбоволокнит) приобретает фрикционные свойства
и применяется для тормозных колодок. Введение графита,
кварца и некоторых других материалов придает пластмас-
сам высокую химическую и термическую стойкость; это
позволяет использовать их для изготовления деталей хи-
мической аппаратуры.

Под влиянием тепла и давления пластмассы способны
приобретать пластичность, что и используется в технике
для придания пластмассам самой разнообразной формы,
которая сохраняется в изделиях в нормальных условиях
их эксплуатации.

В зависимости от поведения связующего вещества под
действием тепла и давления пластмассы условно разделяют
на термопластичные и реактивные. Термопластичные ма-
териалы (термопласты) при нагреве переходят в пластичес-
кое состояние, не претерпевая коренных химических изме-
нений. Превращения термопластов обратимы, то есть от-
прессованное и охлажденное изделие можно нагреванием
вновь размягчить и придать ему давлением прежнюю или
иную форму (как лед можно расплавить, а затем воду вновь
заморозить). Термореактивные пластмассы под действием
тепла и давления подвергаются коренным, необратимым
изменениям. Изделия, изготовленные из термореактивных
материалов, вновь размягчить и переработать нельзя (так
же как из муки с водой получают тесто, которое после
выпечки уже в тесто не превратишь). Эти материалы отли-
чаются твердостью, жесткостью и теплостойкостью.

Удельный вес большинства пластмасс равен 1,0—1,5г/сл3.
По сравнению с черными металлами пластмассы в
среднем легче в 5 раз, легче алюминия в 2 раза, легче свин-
ца в 10 раз. Механическая прочность их колеблется в ши-
роких пределах. Теплостойкость — от 70 до 300°С. Тепло-
проводность пластмасс очень низка. Только у графитоплас-
та она примерно равна коэффициенту теплопроводности
стали. Коэффициент линейного расширения у пластмасс
значительно выше, чем у металлов. Так, у винипласта он
в 7 раз выше, чем у стали. Морозостойкость у пластмасс,
как правило, хорошая — до минус 60°С и более низких
температур. Химическая стойкость по отношению к агрес-
сивным химическим средам у многих пластмасс высокая.
Изделия из полиэтилена, винипласта, фторопласта и неко-
торых других пластических материалов широко применя-
ются в химическом машиностроении.

Основной способ производства изделий из термореак-
тивных пластмасс — прессование — основан на способнос-
ти прессматериалов при нагреве и под давлением перехо-
дить в пластическое состояние, заполнять полость пресс-
формы, а затем отверждаться. Пресспорошок засыпается
в горячую прессформу, нагревается и размягчается вслед-
ствие плавления связующего вещества и под действием
давления пресса начинает течь, заполняя полость (внутрен-
нее пустое пространство) прессформы и оформляясь в изде-
лие. Одновременно в прессовочном материале происходит
и процесс перехода смолы из мягкого расплавленного сос-
тояния в твердое, которое заканчивается спустя некоторое
время после полного смыкания прессформы. Затем пресс-
форму раскрывают и извлекают горячее изделие.

Основные методы переработки пластмасс

Компрессионное прессование —самый распространен*
ный способ переработки пластмасс: исходные материалы
загружают в металлическую прессформу и формуют изде-
лие под действием температуры и давления.

Литьем без давления изготавливают, например, орга-
ническое стекло. Литье пластмасс под давлением осущест-
вляется на специальных литьевых машинах.

Экструзия (формование выдавливанием) производится
на специальных машинах, на которых материал после по-
догрева проходит через оформляющий мундштук и выходит
наружу в виде бесконечной трубы, стержня или ленты.
Вальцевание применяется для получения листовых ма-
териалов (винипласт, пластикат).

Выдувание применяется только для термопластичных
материалов при изготовлении полых (пустых внутри) изде-
лий из целлулоида, полистирола, плексигласа, полиэти-
лена.

Штамповка — изготовление изделий из листовых ма-
териалов при помощи штампов.

Механическая обработка производится после прессо-
вания, литья и формования для удаления облоя, литников
и т. п.

Слоистые пластики

В машиностроении широко распространены текстолит
и древеснослоистый пластик (ДСП) для изготовления под-
шипников и шестерен. Подшипники скольжения из этих
материалов с успехом заменяют дефицитные цветные ме-
таллы — бронзу, баббит и прочие. Например, подшипники
из текстолита хорошо работают на прокатных станах, имея
высокую износоустойчивость и низкий коэффициент тре-
ния. Смазкой служит вода. Шестерни из пластических ма-
териалов имеют преимущество перед металлическими: бес-
шумность, малый вес, хорошо работают на высоких ско-
ростях. Шестерни из пластмасс обычно спаривают с шес-
тернями из стали, так как коэффициент трения такой пары
меньше, чем пластика по пластику.

Стеклопластики

Это искусственные материалы, получаемые путем уси-
ления синтетических смол стеклянными нитями или стек-
лянной тканью. Стеклянное волокно обладает целым ря-
дом преимуществ по сравнению с синтетическими и природ-
ными волокнами: оно прочнее на разрыв, более упруго,
менее гигроскопично (меньше впитывает влагу), не горит,
более стойко против воды, химических веществ, имеет вы-
сокие диэлектрические свойства.

СВ АМ — стекловолокнистый анизотропный материал.
Из него изготавливают изоляционные детали для электри-
ческих машин, электрическую и радиотехническую арма-
туру, электрощиты; в судостроении — катера, лодки, цис-
терны и прочее; кузова автомашин и прицепов — в авто-
строении. В машиностроении из СВ АМа изготовляют трубы,
фитинги и емкости для предприятий химической промыш-
ленности; он хорош там, где обычно сталь подвергается
быстрой коррозии. Трубы из СВАМа применяют при по-
стройке эстакад на нефтепромыслах в Каспийском море.
Они значительно дольше сопротивляются воздействию мор-
ской воды и выдерживают большие механические нагрузки.

Автомобильные кузова из стеклопластика почти в два
раза легче металлических. Суда, построенные из стекло-
пластика, значительно легче, поэтому их осадка меньше.
Соответственно уменьшается сопротивление воды и воз-
растает скорость. Сопротивление трению уменьшается за
счет лучшего скольжения корпуса из-за его безукоризненно
гладкой поверхности. Суда из стеклопластиков имеют вы-
сокую прочность, не подвергаются коррозии, долго не тре-
буют новой окраски.

Обработка пластмасс резанием

Механическая обработка пластмасс может производить-
ся на обычных металлорежущих станках, а также и на
специальном оборудовании. При механической обработке
пластмасс необходимо учитывать:

1. Очень низкую их теплопроводность (необходимо уси-
ленно отводить тепло). 2. Малую твердость многих пласти-
ков (затачивать инструмент нужно острее, чем при обра-
ботке металлов). 3. Быстрый износ инструмента, так как
в наполнители входят кварц, тальк, стекловолокно и дру-
гие материалы, обладающие абразивными свойствами. За-
тупление инструмента проявляется в снижении точности
обработки и чистоты поверхности, появлении прижогов
и т. п.

Для инструмента обычно используют углеродистые и
быстрорежущие инструментальные стали, твердые сплавы.
Инструмент должен быть хорошо заточен, а его режущие
грани доведены оселком. Задний угол инструмента (резцов
и др.) должен быть увеличен до 12—15°. Это повысит стой-
кость инструмента.
При обработке отверстий, особенно глубоких, трение
поверхности материала о режущие грани инструмента при-
водит к сильному выделению тепла. Это, в свою очередь,
ведет к переходу материала, особенно термопластичного,
в пластическое состояние, налипанию материала на режу-
щие грани, резко ухудшает условия резания. Охлаждение
водой и эмульсией не всегда возможно, так как это вызы-
вает либо скольжение инструмента, либо поглощение влаги
обрабатываемым материалом. Для уменьшения выделения
тепла следует уменьшить ширину ленточки сверла.

Для разрезания древеснослоистых пластиков и гети-
накса можно применять пилы из быстрорежущей стали
с разводкой 0,34-0,5 мм на сторону. Листовой винипласт
режут циркулярными пилами с шагом 24-4 мм. При разре-
зании винипласта толщиной до 2 мм дисковую пилу (фрезу)
следует перевернуть так, чтобы она резала материал пере-
вернутыми зубьями (рис. 30), тогда материал не будет рас-
щепляться. Тонкий стеклотекстолит (менее 2,5 мм) режут
вибрационными и гильотинными ножницами и ленточными
пилами. Разрезать текстолит можно ленточными и диско-
выми пилами. Ленточные пилы применяют на любом лен-
точнопильном станке с прочным устойчивым столом. Ши-
рина полотна 6—30 мм, толщина полотна 0,8—1,0 мм. Шаг
зубьев /=44-7 мм (рис. 31). Зубья не должны иметь ци-
линдрических фасок. Листы и плиты толщиной до 25 мм
можно резать шлифовальными кругами зернистостью 24,
36 или 46, твердостью от СМ до СТ на бакелитовой или вул-
канитовой связке. Тонкий листовой текстолит (до 3 мм)
следует разрезать на электрогильотинных ножницах.

Разрезать фенопласты и аминопласты пилами не сле-

Рис, 30. Разрезание винипласта пилой.
Рис. 31. Форма зубьев лен-
точной пилы для разрезания
текстолита.

дует, так как выкрашивается
место реза. Следует применять
абразивные круги.

Полиметилметакрилат (орг-
стекло) и другие термопластич-
ные листовые материалы хоро-
шо разрезать шлифовальными
кругами. Разрезать полиметил-
метакрилат можно и так: остро
заточенным резаком на поверх-
ности листа сделать неглубо-

кий надрез, по которому лист и расколется. Если мате-
риал толще 2 мм, то надрез следует делать с двух сторон.
Листы из полиэтилена, полипропилена и полиами-
дов лучше всего разрезать ленточными пилами с мел-
кими зубьями. Полотно нужно смазывать маслом, чтобы
к нему не прилипал материал.

Для разрезания термопластичного листового материала
годится инструмент из обычной инструментальной угле-
родистой стали, а для вырезания круглых заготовок из
листов удобны циркульные резцы (рис. 32).

Штамповка (вырубка) изделий из листовых пластмасс
производится на том же оборудовании и теми же инстру-
ментами, что и штамповка металлов. При штамповке заго-
товка должна быть надежно закреплена пружинящими
прижимами. Штамповать материал можно в холодном и
подогретом состоянии. В некоторых случаях, например
при штамповке (вырубке) изделий из гетинакса толщиной
более 3 мм, асботекстолита толщиной свыше 5 мм и тексто-
лита толще 6 мм, требуется нагревать материал до темпе-
ратуры 120—200°C.

При изготовлении штампов следует учитывать, что после
штамповки происходит упругое восстановление материала
(в результате которого отверстия уменьшаются, а вырублен-
ные детали несколько увеличиваются по сравнению с раз-
мерами инструмента). При штамповке (вырубке, пробивке)
предварительно подогретых слоистых пластиков после ох-
лаждения деталей происходит усадка материала. Это также
нужно учитывать при конструировании штампов.

Чтобы обеспечить прочность листового материала, диа-
метр пробиваемого отверстия, как правило, не должен
быть больше толщины (б) материала, расстояние от от-
верстия до края изделия и расстояние между отверстиями
должно быть не менее (2-ьЗ) б. Наименьший радиус сопря-
жения контура детали должен быть не меньше 0,56.

Токарная обработка

Токарную обработку пластмасс ведут на металлорежу-
щих станках, применяя те же резцы, что и для металла, но
с увеличенным передним углом.

Древеснослоистые пластики и текстолит обрабатывают
резцами из быстрорежущей стали, а пластмассы с бумаж-
ными, графитовыми, асбестовыми и стеклянными наполни-
телями — резцами с пластинками из твердых сплавов. На
производстве широко применяют также резцы с керамичес-
кими пластинками.

Сверление и рассверливание

Для этих операций применяются специальные и стан-
дартные сверла со специальной заточкой. При обработке
волокнитов, фено- и аминопластов лучше всего применять
цилиндрические спиральные сверла из быстрорежущей ста-
ли с углом при вершине 90—100° и с пластинками из твер-
дого сплава В Кб (угол 100°). Для неглубоких и не очень
точных и чистых отверстий можно применять плоские свер-
Рис. 33. Сверло с
двойной заточкой для
обработки полиметил-
метакрилата.

При сверлении

ла из стали У10А и У12А (угол 40°)
(рис. 33). Их можно изготовить и
самим.

Чтобы канавки спиральных сверл
при сверлении глубоких отверстий
(более 2,5 d сверла) не забивались
материалом, во время работы свер-
ло необходимо часто и быстро выво-
дить из отверстия.

Жидкостное охлаждение повыша-
ет стойкость сверл, а при сверлении
пенопластов оно просто необходимо.

Пол иметил мета крил ат	сверл ят

сверлами с двойной заточкой (рис. 41)
с углом 2ф=704-75° и с подточкой
перемычки до уменьшения ее длины
в 24-2,5 раза. Этот материал сверлят
только начерно; чистовую обработку
отверстий производят разверткой.

При сверлении полиамидных ма-
териалов следует применять масло,
инипласта нельзя пользоваться остро

заточенным сверлом, так как оно при врезании и выходе
из материала (с противоположной стороны) вырывает или
расщепляет его. Поэтому острые режущие кромки сверла
необходимо слегка притуплять на брусках, смазанных
маслом. Угол заточки сверла ПО—130°. Если деталь из
винипласта потребуется раззенковать сверлом, то это
нужно делать в такой последовательности: зацентровать
отверстие, засверлить его сверлом большого диаметра,
просверлить нужным сверлом (рис. 34).

В стеклопластиках при сверлении параллельно слоям
возможно расслоение материала, поэтому необходимо со-
блюдать осторожность.

Независимо от вида обрабатываемого материала при
сверлении необходимо: 1. Жестко закреплять обрабатывае-
мую деталь на столе станка или в приспособлении. 2. Мате-
риал толщиной до 5 мм закреплять на ровных гладких
прокладках из мягкого дерева. 3. Чтобы избежать выкра-
шивания материала при выходе сверла, следует просвер-
лить заготовку сначала маленьким сверлом насквозь, а за-
тем нужным сверлом с двух сторон. 4. Если при сверлении
возникнет вибрация сверла, необходимо немедленно устра-
нить ее, изменив режим резания (увеличить или уменьшить
скорость или подачу).

Нарезание резьбы

Резьбу на стержнях (наружную) нарезают плашками,
резцами и фрезами, а в отверстиях (внутреннюю) — азоти-
рованными или хромированными метчиками из быстроре-
жущей стали с тремя полированными спиральными канавка-
ми. Диаметр метчика должен быть на 0,05—0,15 мм больше,
так как после нарезания резьбы происходит усадка отвер-
стия. На краях отверстий нужно делать фаски (зенковать).
Для получения чистой резьбы инструмент смазывают мас-
лом или пчелиным воском.

Фрезерование

Фрезерование широко применяется при механической
обработке пластмасс и особенно при изготовлении деталей
из листового материала. Фрезерование производят цилинд-
рическими фрезами со спиральными зубьями, а также
торцовыми и пазовыми фрезами с наклонными зубьями
(рис. 35).

Фрезерование слоистых пластиков следует производить
в направлении подачи. В этом случае усилия резания будут
прижимать заготовку к столу и резание будет происходить
более спокойно.

При фрезеровании текстолитов и стеклотекстолитов тре-
буется: 1. Прочно крепить материал на подкладной плите,
изготовленной из однородной древесины, либо из тексто-
лита. 2. При обработке фальца материал нужно плотно

Рис. 34. Раззенковка отверстия в винипласте.
Рис. 35. Фреза с наклонными зубьями.

прижимать к опорной поверхности возможно ближе к месту
обработки. 3. Охлаждать зону резания только сжатым воз-
духом. 4. Отсасывать пыль.

В школах и детских внешкольных учреждениях сжатого
воздуха не бывает, поэтому фрезеровать эти пластики там
не следует, а если уж возникает острая необходимость, то
нужно просить помощи взрослых и работать можно только
в очках (вроде тех, которые надевают мотоциклисты), на-

дежно защищающих глаза от пыли, а рот и нос следует

Рис. 36. Заточка зуба фрезы для обра-
ботки полиметилметакрилата.

закрыть повязками из
нескольких слоев мар-
ли, как это делают вра-
чи во время гриппа.

Винипласт хорошо
фрезеруется на обычных
металлорежущих стан-
ках фрезами, предназна-
ченными для металла.

При фрезеровании
пол и метилметакрилата
следует применять ци-
линдрические фрезы с
мелким спиральным зу-
бом. Зубья и канавки
фрезы следует полиро-
вать, чтобы уменьшить
трение и возникающие от трения внутренние напряжения
в материале. Фрезы должны вращаться против движения
подачи. При неправильном выборе инструмента и режи-
мов резания в материале возникают внутренние напряже-
ния, и он мутнеет. Чтобы в углах выборки материала не
образовались трещины, следует пользоваться фреза-
ми, имеющими угловую кромку с радиусом закругления
1,5 мм (рис. 36).

Пенопласты фрезеруют цилиндрическими фрезами с мел-
ким спиральным зубом. Для фрезерования полиамидов
следует применять фрезы, предназначенные для обработки
цветных металлов, смазывая их маслом.

Шлифование и полирование

Шлифование пластмасс производится наждачной бума-
гой сначала начерно, затем начисто более мелкой шкуркой.

Изделия из фено- и аминопластов зачищают и шлифуют
мягкими карборундовыми кругами и кругами средней твер-
дости. Детали из текстолита, гетинакса и других слоистых
пластиков целесообразно полировать кругами на мягкой
связке. Изделия из литых термореактивных и термоплас-
тичных материалов шлифуют пастой из отмоченной пемзы
с водой, которую наносят на хлопчатобумажные и сукон-
ные круги. Изделия нужно слегка прижимать к кругу
и перемещать, не допуская перегрева.

Изделия из полиметилметакрилата шлифуют вручную
и на станках всухую и с водой. При ручной шлифовке пасту
наносят на щетку или мягкую кожу и шлифуют равномер-
ными круговыми движениями. Состав пасты: трепел (инфу-
зорная земля) — 20%, этиловый спирт — 25%, керосин —
2%, масло— 1%, скипидар—4%, дибутилфтал ат и сто-
лярный клей по 0,2%, вода —45%. Вместо пасты иногда
можно шлифовать и мелкой шкуркой 0—00 и ООО—0000.

Полирование производят для удаления с поверхности
изделия рисок и матовых пятен и придания ей зеркального
блеска. Полируют обычно в два приема: начерно — на хлоп-
чатобумажных или шерстяных (шерсть, войлок) кругах
со специальной пастой и начисто — на кругах из бязи
или фланели (всухую). Размеры полированного круга: диа-
метр — 2504-400 мм, толщина 304-40 мм.

Составы некоторых полировочных паст:
1.	Окись хрома — 30%, парафин —- 70%.

2.	Окись хрома — 55%, воск пчелиный — 11%, стеа-
риновая кислота — 34%.

3.	Пемза — 25%, вода — 70%, керосин — 4%, масло
машинное — 0,5%, скипидар — 0,5%.

При полировании больших количеств мелких изделий,
например шариков для подшипников, пользуются не кру-
гами, а методом галтовки. Изделия загружают (на 1/4)
в специальные барабаны, вместе с полирующим составом
(так же на 1/4) — опилками, мелом, пемзой, смоченными
маслом. Затем барабан приводят во вращение на 1—3 часа.
Готовые изделия отделяют от полировочной массы при по-
мощи сита.

Режимы резания пластмасс

Выбор режимов резания при механической обработке
зависит от материала и инструмента. При обработке волок-
нистых пластиков особое внимание нужно уделять выбору
подачи. Чрезмерно малая подача не улучшает качества об-
работки, а часто ухудшает ее: при сверлении отверстия по-
верхность его получается «лохматая». Наилучшая подача
0,1—0,15 мм!об, скорость резания не более 50—60 м в ми-
нуту (во избежание прижога материала).

При токарной обработке: подача — при обдирке — до
0,3 мм/об, при чистовой обработке до 0,05 мм/об\ скорость
резания при обдирке 3004-400 м/мин, при чистовой обра-
ботке 500-4-600 м/мин.

Фрезерование: подача — 0,084-0,3 мм/зуб., скорость ре-
зания —150-4-350 м/мин.

Обработка полиметилметакрилата

Сверление: скорость резания 404-60 об/мин.

Фрезерование: подача 0,03-4-0,1 мм/зуб., скорость ре-
зания 1254-300 об/мин. При больших скоростях возможны
прижоги, чешуйчатость и другие виды брака.

Точение: подача 0,05-4-0,2 мм/об., скорость резания
75-4-150 об/мин.

Для других пластмасс режимы обработки и инструмент
берут те же, что и для легких сплавов и цветных металлов,
обязательно проверяя их и корректируя опытным путем.
Глава V

ДЕТАЛИ МАШИН

Каждая машина, механизм, приспособление состоят из
различных деталей и узлов, которые имеют различное наз-
начение, размеры и форму.

Все эти детали и узлы соединены друг с другом то
простым, то хитроумным способом. Но вместе, в соедине-
нии, они и образуют машину.

Соединяют между собой детали в машине по-разному:
одни — раз и навсегда (неразъемные), другие — так, чтобы
их можно было снимать для осмотра, ремонта и замены
(разъемные), а третьи во время работы должны иметь
возможность перемещаться относительно друг друга
(подвижные).

Правильный выбор типа соединения, а главное, пра-
вильное его выполнение — отнюдь не простая штука даже
для инженера. Но зато в нем гарантия надежной, без-
опасной, успешной работы машины.

Неразъемные соединения получают сваркой, клепкой,
склейкой и пайкой деталей.

Клепка в технике ныне почти повсеместно заменена
,сваркой, однако юные техники к клепке прибегают не-
редко ввиду ее простоты и доступности. Но делают они ее
не всегда грамотно, и потому соединения часто получаются
недостаточно прочными.

Заклепки диаметром до 8—10 мм нужно ставить холод-
ными, а большего диаметра — нагретыми до светло-крас-
ного каления. Заклепка а пропускается через отверстие
соединяемых листов с—с (рис. 37), поддерживается сни-
зу поддержкой (матрицей) — е, с углублением в ней по
форме закладной головки — в, а сверху на выступающий
конец стержня заклепки ставится обжимка р, имеющая
углубление по форме и размерам затяжной головки а, пока-
занной пунктиром в готовом соединении. При больших раз-
мерах листы предварительно сжимаются наджимным коль-
цом h. Расклепывать можно ударами молотка и давлением
пресса. Отверстия в листах можно получить высверлива-
нием, а также пробивкой, но она в ответственных случаях
Рис. 37. Технология за-
клепочного соединения:
а — заклепка; b — закла-
дная головка; с — соеди-
няемые листы; р — обжи-
мка; d — затяжная го-
ловка; h — нажимное
кольцо; Е — поддержка.

не допускается, так как около
пробитого отверстия лист стано-
вится хрупким.

Толщина склепываемых листов
не должна превышать 4d(d — ди-
аметр тела заклепки). Форма го-
ловки может быть сферической,
потайной и полупотайной. Длина
хвоста Z, необходимая для оса-
живания всей заклепки и для
образования затяжной головки,
равна 1=0,7 d &ля потайных и
I с^1,3 d для других видов голо-
вок.

Заклепки следует ставить из
того же материала, что и соеди-
няемые ими части, так как при
разнородных металлах и наличии
влаги возникают электрические то-
ки, разъедающие металл: медные
листы склепывают медными за-
клепками, стальные — стальными,

алюминиевые — алюминиевыми, латунные — латунными.

Чтобы соединение деталей было надежным, заклепки
необходимо устанавливать по определенным правилам.

По назначению различают следующие заклепочные швы:
1) прочные, применяемые в строительных и мостовых
фермах; 2) плотные, применяемые в резервуарах и трубо-
проводах для жидкостей и газов при небольших давлениях
(они должны обеспечить герметичность); 3) прочно-плотные,
которые должны обеспечить и прочность и герметичность
при больших давлениях.

Заклепочные швы по конструкции делятся на:

А. Швы внахлестку:

а)	однорядные (рис. 38—I);

б)	двухрядные — 1) параллельные (цепные); 2) шахмат-
ные (рис. 38—II).

Б. Швы встык:

а)	с одной накладкой (рис. 38—III) однорядные и много-
рядные;

б)	с двумя накладками (рис. 38—IV) при параллельном
и шахматном расположении заклепок.
Шов встык с двумя накладками дает наилучшее распре-
деление усилий в листе.

Расстояние t между центрами заклепок по длине шва
называется их шагом, расстояние а между рядами заклепок
называется дорожкой.

Очень важное значение для прочности заклепочного
шва имеет расстояние от края шва до отверстий под заклеп-
ки и шаг заклепок. Они должны быть не меньше тех, кото-
рые указаны на рисунках 38—I и 38—IV.

евшее» швы встык шшшж

Рис. 38. Виды заклепочных швов,
Рис. 39. Соединение фасонных деталей.

Для прочных швов берут следующие размеры: при
однорядном шве внахлестку (рис. 38—I) диаметр закле-
пок до d=26 (6 — толщина листа в мм), шаг t —3d, рас-
стояние заклепки от края листа /=l,5d. Для двухрядного
шва внахлестку t =4d, расстояние между рядами а—2d. Для
однорядного шва (рис. 40—IV) встык с двумя накладками
d=(l,5-r-I,75)S, t =3,35d. Для двухрядного шахматного
шва берут d=26; t =4d\ a=2d (6 — толщина листа в мм).

При соединении фасонных профилей отверстие под зак-
лепки нужно сверлить так, чтобы в одной точке пересека-
лись линии центров тяжести профилей (рис. 39—I) либо
так, чтобы в одной точке пересекались осевые линии закле-
пок (рис. 39—II), что обычно и делают.

Если заклепочные швы должны быть герметичными, то
этого можно достичь: 1) прокладками из холщовых или
бумажных полос, пропитанных маслом или суриком, или
же из мягких металлов (например, красной меди), зажатых
при склепывании между поверхностями склепываемых лис-
тов; 2) чеканкой кромок листов и головок заклепок.

Сварка

В настоящее время сварка является самым распростра-
ненным способом получения неразъемных соединений. Сва-
ривают детали машин, корпуса кораблей, элементы кон-
струкций мостов и зданий и многое, многое другое. Сварку
применяют также для исправления пороков литья и вос-
становления поломанных деталей. Различают сварку дав-
лением (кузнечная сварка), при которой металлы нагре-
вают и сдавливают и они соединяются за счет диффузии
(взаимного проникновения частиц металла одной детали
в Другую), и сварку плавлением (ту, которую мы обычно
наблюдаем), при которой металл свариваемых частей дово-
дится до плавления, сливается вместе и по затвердевании
образует сплошной прочный шов.

Кузнечная сварка применяется для низкоуглеродистой
стали. Для сварки концам изделий придают необходимую
форму и нагревают их до белого цвета. Затем свариваемые
концы посыпают смесью кварцевого песка с поваренной
солью и бурой (для очистки от шлака), накладывают друг
на друга и молоткохм производят частые легкие удары. После
сварки деталей кузнечный шов проковывают сильными уда-
рами, что повышает его прочность.

По роду источников тепла для нагрева сварка делится
на электрическую (дуговую и контактную), при которой
электрическая энергия преобразуется в тепловую, и хими-
ческую (кузнечную, термическую, газовую), при которой
используется энергия химических реакций.

При газовой сварке источником теплоты, необходимой
для расплавления металла, является пламя, которое обра-
зуется при сгорании горючего газа в струе кислорода.
В качестве горючих газов используется главным образом
ацетилен, а также водород и другие газы. Ацетилен (С2Н2)
получают из карбида кальция (СаС2) при действии на него
водой в специальных аппаратах — ацетиленовых генера-
торах.

Реакция протекает очень бурно по формуле:
СаС2+2Н2О->С2Н2 f +Са(ОН)2.

Сварочное пламя может быть различным по своему сос-
таву и температуре. Нормальное ацетилено-кислородное
пламя (С2Н2 : О2=1 : 1) является восстановительным. Оно
применяется для сварки стали и цветных металлов. Пламя
с избытком ацетилена является науглероживающим и при-
меняется при сварке чугуна, чтобы пополнить выгорающий
углерод. Окислительное пламя (с избытком кислорода)
применяется при сварке латуни для получения окисной
пленки, уменьшающей испарение цинка.

Среди генераторов наиболее распространенным являет-
ся генератор, работающий по схеме «вода на карбид» (рис.
Рис. 40. Схема ацетиленового гене-
ратора.

местах. Там же по окончании

40). Корпус 1 генератора
заполняется водой, на ко-
торой плавает колокол 2,
определяющий своим весом
давление газа.

Кислород и горючие
газы хранятся в стальных
баллонах. Кислород под
давлением до 150 атм, аце-
тилен — под давлением до
16 атм. Каждый баллон
имеет редуктор, через ко-
торый и производится вы-
пуск газа.

Кстати сказать, газовую
сварку часто производят
не на постоянных рабочих
местах предприятия, а на
его территории, в жилых
домах, на улицах и других
работы сварщики нередко

оставляют баллоны и аппаратуру. Предупреждаем: ника-
кие шалости и игры с этим оборудованием недопустимы,
так как они могут окончиться трагически, причем прежде
всего для самих шалунов.

Необходимо твердо запомнить, что смесь горючего газа
с кислородом является взрывоопасной, поэтому требова-
ния техники безопасности предписывают хранить газы толь-
ко в определенных баллонах. Во избежание ошибки баллоны
для различных газов окрашивают в различные цвета: кис-
лородные — в голубой, ацетиленовые — в белый, для дру-
гих горючих газов — в красный, а для инертных газов —
в черный. Перекрашивание баллонов недопустимо, так как
может привести к ошибке — заполнению их другими га-
зами и образованию взрывоопасных смесей. Необходимо
также запомнить, что попадание даже небольшого коли-
чества масла на редуктор кислородного баллона приводит
к взрыву баллона, а это равносильно взрыву крупной бом-
бы. Поэтому ни в коем случае нельзя смазывать маслом
никакие детали редуктора и баллона.

Опасно также механическое повреждение баллонов, поэ-
тому недопустимо ударять по ним молотком, зубилом, кам-
нями. Повреждение может привести к такому ослаблению
корпуса, что он не выдержит огромного давления и разор-
вется. Никакие шалости и «опыты» с баллонами, аппарату-
рой и шлангами недопустимы!

Карбид кальция хранится в стальных бочках. Их вскры-
вают специальными приспособлениями, чтобы случайно не
высечь искру, так как это приведет к взрыву газовой смеси
ацетилена с воздухом (кислородом). Поэтому совершенно
недопустимо пытаться открывать бочки с карбидом, бро-
сать в них железные болванки или камни. Искра приведет
к взрыву!

Перед сваркой деталей свариваемые поверхности необ-
ходимо очистить от грязи, окислов, масла и, если нужно,—
скосить кромки (рис. 41). При сварке горелку продвигают
вдоль шва.

Присадочный металл в виде прутков или проволоки
вносят в пламя горелки. Он расплавляется и смешивается
с основным металлом. После затвердевания металл обра-
зует сварной шов (рис. 41). Для сварки с углеродистой
сталью присадочным металлом служит малоуглеродистая
стальная проволока, а для легированной стали — прово-
лока, содержащая легирующие элементы.

При сварке цветных металлов и сплавов применяют
проволоку, по своему составу близкую к основному ме-
таллу. Диаметр присадочной проволоки берется на 1—2 мм
больше половины толщины свариваемых листов.

Газовая сварка применяется главным образом для сое-
динения тонкостенных стальных деталей, а также деталей
из цветных металлов и сплавов.

Сварка чугуна применяется с целью ремонта, а также
как средство исправления пороков литья. При этом сва-
риваемые части обычно подогревают до 400—600°С, чтобы
предупредить возникновение трещин вблизи сварочного
шва, как результат усадки нагретой части сваренного из-
делия. Как присадочный металл применяют чугунные ли-
тые стержни диаметром 6—12 мм с повышенным содержа-
нием углерода и кремния.

Электрическая дуговая сварка по распространению за-
нимает первое место среди других видов сварки. Она при-
менима к изделиям любых размеров и поддается механи-
зации. Автором электродуговой сварки с металлическим
электродом является русский горный инженер Н. Г. Сла-
Рис. 41. Сварные соединения: 1 —бортовое; 2— стыковое; 3 —
V-образное; 4 — втыковое X-образное; 5 — стыковое V-образ-
ное; 6 — стыковое двойное У-образное; 7 — внахлестку; 8 — уг-
ловое; 9 — тавровое.

вянов(1888), и теперь эта сварка чрезвычайно широко при-
меняется для получения неразъемных соединений при
изготовлении подвижного состава железнодорожного и вод-
ного транспорта, котлов, подъемно-транспортных соору-
жений, емкостей для жидкостей и газов, на строительстве
зданий, мостов, машин и механизмов. По способу Славя-
нова используется металлический электрод в виде мягкой
стальной проволоки диаметром 14-10 мм. Для сварки леги-
рованной стали применяют проволоку из легированной ста-
ли. При ручной дуговой сварке по способу Славянова поль-
зуются почти исключительно электродами, обмазанными
с поверхности специальным составом. Такое покрытие сос-
тоит из мела с жидким стеклом и служит для повышения
устойчивости горения дуги. Толстые покрытия обеспечивают
не только устойчивость дуги, но и создают газовую защит-
ную атмосферу, защищающую металл ванночки от окисле-
ния, замедляющую охлаждение и повышающую плотность
шва. При сварке электродами без обмазки (голыми) и тон-
копокрытыми электродами швы обладают пониженными ка-
чествами. Для получения качественных швов необходимо
брать и качественные электроды с обмазкой.

Дуговую сварку можно вести на постоянном и перемен-
ном токе. Для питания дуги постоянным током применяют
генераторы. Для сварки переменным током используют
сетевой ток стандартного напряжения (127, 220, 380 вольт),
который пропускают через сварочный аппарат, состоящий
из понижающего трансформатора и регулятора тока.

Лучи вольтовой дуги, образующейся при сварке, очень
опасны для глаз. Длительное наблюдение за работой эле-
ктросварщика вызовет заболевание глаз — электроофталь-
мию и может даже привести к слепоте. Причем особая опас-
ность заключается в том, что наблюдающий первоначально
никаких неприятных ощущений не испытывает. Только через
несколько часов, чаще всего ночью, когда тот, кто наблюдал
за работой сварщика, уже и думать забыл об этом, у него
начнется сильная боль в глазах (как будто в них попал пе-
сок), которая и после оказания врачебной помощи, даже
в лучшем случае и при благоприятном течении болезни,
на длительный срок сделает неосторожного наблюдателя
нетрудоспособным. Сам электросварщик защищает от лу-
чей дуги глаза и лицо специальным щитком с очень плот-
ным (темным) светофильтром. Синие стекла, которыми поль-
зуются газосварщики, от лучей вольтовой дуги не защи-
щают.

Электрическая контактная сварка была изобретена рус-
ским изобретателем Н. Н. Бенардосом в 1882 году. При
этом виде сварки для нагрева свариваемых частей исполь-
зуется теплота, которая выделяется при прохождении тока
через место сварки (контакт).

Количество выделяющегося при этом тепла опреде-
ляется по закону Джоуля-Ленца:

Q=0,24-/2-7?-/,

где: Q — количество выделяющегося тепла в килокалориях,
1 — сила тока в амперах,

R — сопротивление контакта в месте сварки в омах,
t — время прохождения тока в секундах.

5 Инженер начинается в школе

113
После достижения температуры сварки свариваемые
части сдавливают, они при этом сплавляются.

Существует три вида контактной сварки: стыковая, то-
чечная и шовная.

Для стыковой сварки соединяемые части зажимают в
клеммах — электродах сварочной машины и пропускают
через них ток большой силы, который индуктируется во
вторичной обмотке трансформатора. При этом в месте кон-
такта частей, вследствие повышенного сопротивления, вы-
деляется большое количество тепла и происходит разогрев
их до сварочного жара. Разогретые части сдавливают, и
в месте их контакта происходит сварка. Стыковой сваркой
можно соединить изделия любой формы и различных сечс-

Рис. 42. Аппарат для точечной
сварки.

ний: круглой, квадратной,
фасонной (рельсы, уголки,
трубы). Однако форма и
сечение каждой пары сва-
риваемых частей должны
быть одинаковыми.

При точечной сварке
свариваемые части зажи-
маются между электрода-
ми, по которым пропуска-
ется ток большой силы от
вторичной обмотки специ-
ального трансформатора.
Место контакта сваривае-
мых частей, имея большое
сопротивление, разогрева-
ется до сварочного жара, и
под давлением электрода
происходит диффузия и
сварка металла в этом ме-
сте. Точечная сварка лег-
ко поддается автоматиза-
ции и широко применяется
в различных областях ма-
шиностроения и приборо-
строения.

Заслуженное внимание
уделяют ей и юные тех-
ники. На рисунке 42 по-
казан аппарат для точечной сварки, сконструирован-
ный и изготовленный в средней школе № 1 города Лю-
берцы, Московской области под руководством учителя
труда Н. И. Шевченко. Электрическая часть аппарата пред-
ставляет собой трансформатор, изготовленный из Ш-образ-
ного железа с поперечным сечением сердечника 42 см2.
Первичная обмотка имеет 180 витков медного провода сече-
нием 5 мм2, а вторичная — 4,5 витка многожильного про-
вода сечением 180 мм2. Напряжение в первичной обмотке
220 вольт, во вторичной — 5 вольт. Ток первичной обмот-
ки — 30 ампер. Один конец вторичной обмотки присоеди-
нен медной шиной к корпусу с рычагом, а второй через
съемную медную планку, расположенную на наружной сто-
роне передней стенки трансформатора, соединен кабелем се-
чением 150 мм2 с подвижным стержнем, на конце которого
закреплен нижний электрод. Включение аппарата произво-
дится пакетным выключателем ПВР-50 (220 вольт, 50 ам-
пер), расположенным на передней стенке корпуса. Толщина
свариваемых изделий до 5 миллиметров (сумме двух плас-
тин). При необходимости сваривания тонких, до одного
миллиметра, пластин силу тока можно регулировать под-
бором сопротивления, устанавливаемого взамен медной
планки.

Аппарат смонтирован на стойке-трубе, приваренной к
основанию и дополнительно укрепленной косынками. Транс-
форматор установлен на верхнем конце стойки на швелле-
рах и закрыт кожухом. Сближение электродов и зажим
свариваемых деталей производятся при помощи ножной пе-
дали, которая тягой соединена с нижним поворотным ры-
чагом. От корпуса он изолирован пластинками и втулками
из диэлектрического материала. В исходное положение
педаль возвращает спиральная пружина растяжения.

Электроды медные пустотелые. Они оканчиваются шту-
церами, на которые надеты шланги водяного охлаждения:
подводящий идет от водопровода, отводящий — в кана-
лизацию. Во избежание утечки воды между стержнями
с контактами и штуцерами установлены свинцовые про-
кладки.

Задание №11. По рисунку 50 и описанию сконст-
руировать и изготовить сварочный аппарат для своей
школы.

Шовная сварка применяется для соединения тонких
листов низкоуглеродистой стали, нержавеющей хромони-
келевой стали, латуни, бронзы и алюминиевых сплавов.
Производится она на шовной машине. Шовная сварка
нужна при изготовлении всевозможных баков, труб и со-
судов, работающих под давлением, и других герметичных
изделий из тонких металлических листов.

Резка металлов

Огневая резка металлов производится с использованием
теплоты электрической дуги или газового пламени.

Газовая резка основана на сгорании металла в струе
кислорода и возможна только для тех металлов, у которых
температура воспламенения ниже температуры плавления,
ими являются: железо, углеродистая сталь с содержанием
углерода до 0,7%, некоторые сорта легированной стали.
Чугун, алюминий, а также медь и ее сплавы непосредственно
в струе кислорода не режутся, так как образуют тугоплав-
кие окислы. Для резки этих металлов и сплавов применяют
порошкообразные флюсы, состоящие в основном из же-
леза. Сгорая в струе кислорода, флюс повышает темпера-
туру в зоне реза, окислы расплавляются и выдуваются
струей кислорода. Для резки применяются специальные
горелки-резаки.

Электродуговая резка применима как для стали, так
и для чугуна и цветных металлов. При ней заготовка раз-
деляется на части расплавлением в зоне реза. Для стока
расплавленного металла деталь наклоняют. Резать можно
графитовым или угольным электродом с толстой обмазкой.
Электродуговая резка не дает гладкой поверхности реза
и поэтому применяется в основном для разделки металло-
лома и отливок из высоколегированной стали, не поддаю-
щихся газовой резке.

Пайка металлов

Пайка — это процесс соединения металлических частей
с помощью более легкоплавкого присадочного металла на-
зываемого припоем. При пайке основной металл находится
в твердом состоянии, а припой — в расплавленном. Сое-
динение частей основного металла осуществляется в резуль-
тате взаимного растворения и диффузии припоя и основного
металла в зоне шва. Диффузия и растворение возможны
только в том случае, если припой смачивает основной ме-
талл: свинец, например, не может служить припоем для
меди, так как не смачивает ее.

Перед пайкой необходимо очистить спаиваемые поверх-
ности от грязи и окислов, а в процессе пайки припой и ос-
новной металл должны быть защищены от окисления кис-
лородом воздуха и пламени. Такой защитой являются
флюсы.

Пайкой можно соединять углеродистую и легированную
стали, твердые сплавы, чугуны, а также благородные, ред-
кие и цветные металлы и их сплавы. Возможна также пайка
разнородных металлов и сплавов. Различают пайку мягким
припоем (температура плавления ниже 400°С) и твердым
припоем (температура плавления более 550°С). Шов, полу-
ченный мягким припоем, не может выдерживать больших
нагрузок. Его применяют главным образом для получения
герметичности в деталях, которые не испытывают значи-
тельных напряжений. При пайке стали мягкими припоями
применяют флюсы — хлористый цинк ZnCl2 и хлористый
аммоний NH4C1 (нашатырь) или их смесь. Эти флюсы сильно
разъедают металл, поэтому
сразу по окончании пайки
их необходимо удалить с
поверхности деталей. Для
пайки меди и латуни при-
меняют канифоль, а для
пайки свинца и легкоплав-
ких сплавов — стеарин.
Пайка твердым припоем
дает прочные соединения,
выдерживающие значитель-
ные напряжения.

Детали при пайке со-
единяют внахлестку (Л),
встык (5) и в «ус» (В) —
рис. 43. Соединение в «ус»
наилучшее, но необходимо
тщательно подготовить
кромки. Подготовка по-

Рис. 43. Соединение при пайке.
верхностей к пайке заключается в точной пригонке де-
талей, обезжиривании их кромок горячей щелочью и на-
дежном скреплении частей. Величина зазора наилучшая
0,01-4-0,02 мм, но не более 0,1 мм. При больших зазорах
или глубоких царапинах от грубой обработки неизбежны
скопления чрезмерного количества припоя, которое ослаб-
ляет соединение.

Припоями служат: для стальных деталей — электроли-
тическая и фосфористая медь, для цветных металлов и
сплавов — медноцинковые, серебряные, алюминиевые при-
пои. В качестве флюса применяют обезвоженную буру
(Na2B2O7), которая плавится при 783°С. При пайке более
легкоплавкими припоями к буре прибавляют хлористый
цинк (ZnCl2), втористый калий (K.F) и другие соли щелоч-
ных металлов.

ПРИПОИ И ИХ ПРИМЕРНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ

МАРКА	ПРИМЕРНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
ПОС—90 ПОС—40  ПОС—18  Легкоплавкий сплав  ПМЦ-36 (припой медно- цинковый) ПМЦ-48  ПСр—45 (припой сере- бряный)  ПСр—70  АЛ-2 (силумин)	Мягкие припои  Для внутренних швов хозяйственной посуды.  Для радиаторов, электро- и радиоаппаратуры, физико-технических приборов.  Для изделий из цинка, оцинкованного железа, меди и ее сплавов, лужения подшипников.  Для пайки изделий из легкоплавких металлов и сплавов.  Твердые припои  Для пайки изделий из латуни с содержанием меди не более 68%.  Для пайки медных сплавов, содержащих более 68% меди.  То же, что и ПМЦ-48, но при более тонких ра- ботах, когда требуется высокая чистота места спая.  Для пайки проводников, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность.  Для пайки алюминиевых изделий.
Склеивание

Склеивание материалов имеет ряд преимуществ перед
другими видами соединения. Склеивание заменяет пайку,
сварку и клепку, обеспечивая достаточную прочность шва.

Клеями называются вязкие вещества, способные при
определенных условиях скреплять между собой поверх-
ности различных деталей. Клей обладает связывающими
свойствами, которые основаны на его способности смачи-
вать склеиваемый материал и прочно соединяться с ним.
Жидкий раствор клея, нанесенный на склеиваемые поверх-
ности, при высушивании или в результате химических ре-
акций густеет и превращается в твердую пленку — кле-
евой шов. По своему происхождению клеи разделяются на
органические (животные и растительные) и синтетические
(искусственные.) По применению клеи разделяются на уни-
версальные, которыми можно склеивать между собой самые
различные материалы, и специальные, предназначенные
для определенных материалов. Применение клеев непре-
рывно расширяется. Склеивают теперь не только отдельные
мелкие детали, но и целые конструкции.

Соединением деталей при помощи клея обеспечивается:
1) высокая прочность и герметичность швов; 2) возможность
соединения между собой самых разнородных материалов
(металл — резина, металл — пластмассы и т. п.); 3) лик-
видация технологических операций, ослабляющих скреп-
ляемые детали и элементы конструкций (пробивка и свер-
ление отверстий под заклепки, винты и т. п.); 4) большая
равномерность распределения напряжений в клеевых кон-
струкциях по сравнению с конструкциями клепаными,
болтовыми, сварными; 5) получение соединений, гладких
по наружной и внутренней поверхностям; 6) возможность
изготовления конструкций из элементов любой толщины и
формы, включая тонкие пленки, пластины, листы, трубы
и др. (рис. 44). Выбор клея зависит от конструкции и наз-
начения изделия, а также от условий, в которых оно рабо-
тает.

При склеивании деталей особое внимание нужно уделять
тщательной подготовке склеиваемых поверхностей и стро-
гому соблюдению режима склеивания. Чтобы соединение
было прочным, нужно правильно подготовить склеиваемые
поверхности: 1. Придать им шероховатость (шкуркой, на-
Рис. 44. Клеевые швы и соединения.

пильником). 2. Удалить со склеиваемых поверхностей пыль
и жировые пятна (органическими растворителями). 3. Сма-
зать склеиваемые поверхности клеем.

При применении некоторых марок клея склеенные де-
тали необходимо выдерживать при определенной темпе-
ратуре. Для нагрева склеиваемых деталей можно исполь-
зовать электрические лампы (как это делают строители
при сушке стен и потолков), электрические тепловые отра-
жатели (бытовые), утюги, медицинские термостаты, имею-
щиеся в школах нагревательные электропечи.

Органические клеи. Промышленность выпускает два
вида органических клеев: казеиновый и столярный. Казеи-
новый клей в основе своей состоит из молочного белка —
казеина, который получают из отходов переработки мо-
лока. Продается он в виде белого порошка. Боится сырости.
Хорошо клеит сухое дерево, бумагу. Для получения клея
казеиновый порошок растворяют в воде при комнатной
температуре. Посуду для приготовления клея следует
брать чистую, отсыпать в нее одну весовую часть порошка,
залить его двумя частями воды и перемешивать до полного
растворения. После приготовления клей годен 4—5 часов.

При склеивании готовым клеем смазывают обе тщатель-
но подогнанные поверхности деталей, дают выдержку на
воздухе 4—5 минут, затем плотно прижимают обе детали
друг к другу и оставляют под прессом (или каким-нибудь
тяжелым предметом) не менее чем на 24 часа до полного
отверждения клея. Соединение, полученное на казеиновом
клее, боится сырости, поэтому склеенную деталь следует
оберегать от влаги.

Столярный клей, широко используемый в производстве
шкафов, табуретов, стульев и прочей мебели, выпуска-
ется двух видов: костный и мездровый. Костный клей вы-
варивают из костей, хрящей и рогов скота, забиваемого
на скотобойнях для выработки мяса. Мездровый клей го-
товят из мездры — отходов боен и кожевенных заводов,
то есть из обрезков кожи, хрящей, подкожной ткани живот-
ных. Мездровый клей прочнее и долговечнее костного. Оба
клея поступают в продажу либо в виде клеевого студня
(галерты), либо в виде сухих прозрачных и полупрозрач-
ных плиток светло-желтого и темно-коричневого цвета.
Один клей от другого можно легко отличить при сжигании:
пепел мездрового клея — это белый порошок, пепел кост-
ного — спекшийся шлак. Самый качественный клей —
в плитках; он должен быть твердым, сухим, хрупким и
прозрачным.

Как и казеиновый, столярный клей применяется для
склеивания дерева, и также подвержен воздействию влаги.
Столярный клей готовят («распускают») с помощью кле-
янки.

Клеянку (рис. 45) можно изготовить из двух консервных
банок, вставленных одна в другую. В большую, наружную
банку заливают воду, а во внутреннюю — засыпают раз-
битый на мелкие кусочки клей. Затем к клею добавляют
воды (на одну часть клея — две весовых части воды). В та-
ком виде клей оставляют «размокать» на 12—15 часов, по-
том клеянку ставят на огонь и расплавляют в ней клей.
Но до кипения клей доводить нельзя.

Готовность клея проверяют по его вязкости: слишком
жидкий клей стекает с палочки отдельными каплями, гус-
той — тянется сгустками, а нормальный — сплошной
Рис. 45. Клеянки а) — банка с клеем; б) — сосуд для воды;
в) — кран; г) — электроплитка.

струйкой. Клей нормальной густоты применяют при склеи-
вании деталей и подклейке фанеры с помощью пресса, жид-
кий клей — для предварительной промазки торцов дета-
лей перед склеиванием или перед окрашиванием их полу-
прозрачными красителями. Густой клей — при склеивании
мелких деталей без применения зажимов.

Синтетические клеи. По своей клеящей способности
все синтетические клеи делятся на две большие группы:
клеи универсальные и клеи специального назначения. Про-
мышленность выпускает эти клеи в жидком, порошкообраз-
ном и твердом (пленки) виде. Жидкие клеи — это обычно
раствор клеящего вещества в каком-либо растворителе
(чаще всего — летучем), или же смесь жидких компонентов
без растворителя.

Прочность клеевого соединения в значительной мере
зависит от вязкости клея. Поэтому перед склеиванием ответ-
ственных деталей вязкость клея необходимо проверить при
помощи вискозиметра — прибора, который несложно изго-
товить самим (рис. 46). Делают это так: в стакан 1 — при
закрытом иглой 2 калиброванном штуцере 3 (штуцер здесь —
пробка с отверстием) заливают до определенного уровня
испытуемый клей. Затем иглу выдергивают и при помощи
секундомера засекают время вытекания некоторого количе-
ства клея. Если вязкость клея не соответствует указанным
Рис. 46. Вискозиметр:
1 — стакан; 2 — игла;
3 — штуцер с калибро-
ванным отверстием.

в паспорте техническим условиям
(клей стал более густым), то ее до-
водят до нормы, добавляя в клей
растворитель.

Проверить вязкость можно и
без прибора: взять чистое стекло,
поставить его под углом к столу и
с небольшой высоты вылить на
стекло некоторое количество клея
(например, чайную ложку). Жид-
кий клей оставит на стекле более
длинный след, чем клей густой.
Если один раз определить таким
образом длину следа свежего клея,
вязкость которого заведомо соответ-
ствует техническим условиям, то в
дальнейшем, производя испытания
в сходном режиме (при неизменном
угле установки стекла, том же объе-

ме и температуре клея, той же высоте, с которой его сли-
вают на стекло), вполне можно контролировать вязкость
клея без вискозиметра.

Важным условием получения надежного клеевого сое-
динения является правильный подбор давления, которое
прилагается к склеиваемым деталям. Это давление должно
быть равномерным, одинаковым по всей поверхности склеи-
вания, достаточным для полного и плотного контакта дета-
лей, но не чрезмерным, чтобы не выдавливалась из шва часть
клея, потому что это снизит прочность соединения. Скле-
иваемые детали следует выдерживать под давлением неко-
торое время при определенной температуре. Это время и
температура указываются в инструкции по применению
клея. Отступление от требований инструкции приведет
к ослаблению соединения.

Для термореактивных клеев важной характеристикой
является их жизнеспособность, то есть время, в течение
которого клей сохраняет вязкость, необходимую для полу-
чения соединений заданной прочности. Кроме того, проч-
ность соединения зависит еще и от водостойкости его и
теплостойкости.

Синтетическими клеями можно соединять разнородные
материалы: металл и древесину, металл и керамику,
металл и стекло, пластмассы с металлами и т. д. Проч-
ность клеевого шва выше при склейке мягких метал-
лов друг с другом, нежели твердых. В любом случае
для получения достаточно прочного шва необходимо нано-
сить на детали пленку клея минимальной толщины, так как
из-за различной величины коэффициента расширения клея
и металла при нагреве в толще клеевого шва могут образо-
ваться трещинки, снижающие его прочность.

Все синтетические клеи горючи и токсичны (ядовиты),
поэтому работать с ними нужно только под наблюдением
старших. В помещении должна быть хорошая вентиляция,
а если клеить приходится много, то работу лучше вести в
вытяжном шкафу. Синтетические клеи достаточно подробно
описаны в литературе, поэтому мы ограничимся здесь пере-
числением лишь некоторых, наиболее употребительных в
машиностроении клеев.

Клеи БФ-2 и БФ-4 применяются для склеивания
металлов, стекла, пластмасс, древесных, керамических и
других материалов как между собой, так и в различных их
сочетаниях, а также в качестве подслоя на металле при скле-
ивании его с неметаллическими материалами клеем ВИАМ
Б-3.

Клей БФ-6 склеивает металлы, ткани, войлок, ре-
зину между собою и в сочетании друг с другом.

Клей 88Н хорош для склейки резины и пластмасс
с металлами.

Резорциновый клей пригоден в первую очередь для
склеивания слоистых пластиков и древесных материа-
лов.

Клей карбинольный «работает» неплохо в несиловых
соединениях металлов, пластмасс и керамики друг с
другом.

Клей ПВ-16 применяется для склеивания изделий из
оргстекла.

Перхлорвиниловый клей — для склеивания полихлор-
виниловых пластикатов, линолеума, линолеумных плиток
между собой и с металлами.

Термопреновый клей — для склеивания резины с рези-
ной и резины с металлами.

Метиловый, уксусный, муравьиный, дихлорэтановый
клеи — для склейки оргстекла.
Клей ВК-3 — для склейки металлов, дюралюмина и
пластмасс.

Клей «Мёкол» (ГДР) склеивает бумагу, дерево, кар-
тон, керамику, металлы.

Клей «Суперцемент» (Польша) идет под пластмассы,
кожу, металл, дерево, керамику.

Разъемные соединения

Включают в себя соединения клиновые, болтовые, вин-
товые, шплинтовые и прочие.

Клиновые соединения применяются там, где может по-
требоваться частая разборка частей машины. Достоинством
их является малая чувствительность к пыли и грязи; недо-
статком — невозможность точной установки соединяемых
частей.

Клин удерживается на месте одним лишь трением, по-
этому там, где соединение испытывает ударные или перемен-
ные 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-строгаль-
ного и фрезерного станков. Винт можно закрепить гайкой.

Кроме клиньев установочных, имеются также клинья
скрепляющие, которые служат для скрепления частей ма-
шин. К ним относятся шпонки и предохранительные шпиль-
ки, которыми, например, ходовой валики винт токарного
станка соединены с коробкой подач. Такие шпильки изготов-
лены из мягкой стали небольшой прочности, и если токарь
захочет снять стружку такого сечения, при котором нагруз-
ка может оказаться непосильной для деталей станка, про-
изойдет не поломка дорогих и сложных деталей (например,
зубчатых колес), а срезание этой предохранительной шпиль-
ки. Токарь сможет сам за несколько минут тут же изготовить
и установить такую шпильку взамен сломавшейся.

Наиболее надежными являются клиновые врезные шпон-
ки прямоугольного поперечного сечения. Такие шпонки
ставят на валах коробок скоростей станков, автомашин и
т. д., где соединяемые детали (шестерни, кулачковые муфты)
Рис. 47. Типы шпонок: 1 — вре-
зная прямоугольного сечения; 2 —
плоская на лыске; 3 — фрикцион-
ная клиновая; 4 — круглая.

ли, расположенной вровень с

требуется перемещать отно-
сительно оси вала, на кото-
ром они насажены (рис. 47).
Широко применяется также
плоская шпонка на лыске,
зачищенной на поверх-
ности вала (рис. 47—II).
Фрикционные клиновые
шпонки (рис. 47—III) наи-
более подходят для пусто-
телых валов, где прореза-
ние паза в валу сильно
уменьшило бы прочность
соединения. Круглые шпон-
ки (рис. 47—IV) — они мо-
гут быть и резьбовыми —
часто ставят для крепления
шестерни или другой дета-
торцом вала. Изготовить и

смонтировать такую шпонку очень просто: шестерню нужно
установить на место, а с торца, параллельно осям соеди-
няемых 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 сое-
динение, например в коробке скоростей автомобиля, при-
меняют многошпоночные или шлицевые валы.

Болтовые соединения

Разъемное соединение деталей при помощи винтовой на-
резки имеет в машиностроении наибольшее распростране-
ние. Такое соединение является наиболее надежным и про-
стым, кроме того, оно позволяет производить точную уста-
новку деталей и любую степень затяжки (напряженности)
соединения. Винты применяются не только как крепежные
детали для соединения деталей машин, но и как часть кине-
матической пары для передачи и преобразования движения
(например: 1) грузовые винты — домкраты; 2) ходовые вин-
Рис. 48. Основные виды крепежных болтов.

ты, обычно преобразующие вращательное движение в посту-
пательное; 3) передаточные винты-червяки, которые пре-
образуют одно вращательное движение в другое — в редук-
торах).

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 соединя-
емых деталей, но имеющую на другом конце нарезку и

Рис. 49. Фундаментные болты.
Рис. 50. Установочные и стопор-
ные болты.

гайку В (рис. 48—III).
К скрепляющим болтам от-
носятся 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 глу-
бины (рис. 49), заложить
в него болт и залить от-
верстие свинцом, цементом,
гипсом или алебастром.
Если болт работает на
сдвиг, то он должен быть
плотно пригнан к отвер-
стию: его нужно тщатель-
но обточить, слегка сма-
зать и легкими ударами
молотка загнать в акку-
ратно развернутое отвер-
стие.

Установочные и стопор-
ные болты (рис. 50) слу-

жат для установки и за-
крепления 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 пер-
вых и вторых стержень необработан, и они входят в отвер-
стие 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 проис-
ходит концентрация внутренних напряжений, которые
сильно ослабляют сечение.

Гайки, предназначенные для крепления деталей, в за-
висимости от назначения имеют различную форму: гайка-
«барашек» (рис. 51—I) при-
меняется там, где не тре-
буется сильное затягивание
(например, в слесарной
ножовке). Для предупреж-
дения просачивания па-
ра или жидкости ставят
глухую гайку (рис. 51—V)
с мелкой нарезкой и прок-
ладкой из кожи и резины.
На рис. 53—II показана ко-
рончатая гайка, а на рис.
53—III и 53—IV—круглые
гайки с отверстиями под ра-
диусный и торцовый ключи.

Обычный гаечный ключ
применяется для гаек, име-
ющих стандартные 6, а
также 4 и 2 грани.

Шайбы обычно бывают
круглыми, но применяют-
ся и квадратные. Шайбу
подкладывают под гайку,
а иногда и под головку
болта.

Без шайбы нельзя об-
ходиться в следующих слу-
чаях: 1. Когда одна из
соединяемых деталей сде-
лана из мягкого материа-
ла — дерева, кожи, рези-
ны; 2. Когда поверхность
прилегания соединяемой
детали фигурная или на-
клонная к оси болта; 3.
Когда отверстие для болта
значительно больше его

Рис. 51. Гайки.

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 — вос-
препятствовать ослаблению болтового соединения. Замки
особенно необходимы на быстродвижущихся частях ма-
шины, 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 удержи-
вают гайку в определенном положении нажатием твердых
частей.

Шплинт изготавливается из сложенной вдвое стальной
проволоки полукруглого сечения. Для него сверлится от-
верстие, а затем концы шплинта, выступающие наружу, раз-
водятся 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 то-
рца гайки керн или бородок и ударить молотком. Образуется
вмятина, которая и будет препятствовать самоотвинчива-
нию гайки. А когда потребуется снять гайку, то замятое ме-
сто придется запилить.

Детали и передачи вращательного движения

В любом механизме, приборе и машине часть деталей в
процессе работы должна перемещаться относительно друг
друга. Характер движения, степень подвижности соедине-
ния и его точность зависят от вида и назначения соедине-
ния.

Наиболее распространенным видом движения в технике
является вращательное. Вращающиеся детали имеются в
любой машине. Движение можно передавать при помощи
жесткой или гибкой связи. Так что инженеру постоянно
приходится конструировать и изготавливать детали различ-
ных передач.

Вращательное движение деталей машин является самым
распространенным, так как: 1) его легко сделать непрерыв-
ным; 2) при нем легче достигается равномерность хода;
3) его легче всего осуществить; 4) потери на трение при нем
меньше, чем при других видах движения; 5) его молено вы-
полнить в виде весьма компактной конструкции.

Детали вращательного движения подразделяются на:
1) детали для поддержания и соединения вращающихся ча-
стей машин (сюда относятся: цапфы, оси, валы, подшип-
ники, муфты, пяты и пр.); 2) собственно передачи: фрикцион-
ные, зубчатые, червячные, ременные, цепные, канатные (эти
сейчас почти не применяются). Передачи основаны либо на
трении вращающихся частей при их непосредственном
соприкосновении, либо на нажатии одних твердых частей
деталей передачи на другие.
Рис. 53. Цапфы.

Оси служат для поддержания вращающихся на них или
вместе с ними различных деталей машин (например, перед-
няя ось велосипеда и ось железнодорожного вагона).

Валы не только поддерживают детали, вращающиеся
вместе с ними, но и передают движение при помощи этих
деталей другим деталям. Например: вал привода коробки
скоростей токарного станка, несущий на себе шестерни, пе-
редает с их помощью вращение мотора шпинделю. Валы,
как и оси, могут быть сплошными или полыми.

Та часть вала, которая опирается на опору, когда нагру-
зка направлена перпендикулярно его оси, называется цап-
фой, а та часть вала, которой он опирается на опору, когда
нагрузка направлена вдоль его оси, называется пятой.

Опоры валов и осей, в которых помещаются цапфы, назы-
ваются подшипниками, а те, в которых располагаются пяты,
называются подпятниками.

Детали, при помощи которых соединяют концы разных
валов, называются муфтами.

Цапфы. Если цапфа (рис. 53) расположена на конце ва-
ла, ее называют концевой (I, IV, V), если посредине— назы-
вают шейкой (II—III). Цилиндрическая поверхность цапфы
и ее торцовая, прилегающая к опоре поверхность должны
быть очень тщательно отшлифованы. Переход от поверхности
вала к поверхности цапфы должен быть плавным, тщательно
закругленным. Прямой или острый угол в месте перехода
значительно ослабит прочность вала.
Рис. 54. Пяты.

вI

Пяты (рис. 54) — это те части вала, которыми он опи-
рается на подпятники. Пяты бывают плоские (I), кольцевые
(II), шаровые (III), вставные (IV) и гребенчатые (для очень
больших усилий). В кольцевой пяте выточку можно исполь-
зовать для подвода масла. Шаровая пята применяется в
тех случаях, когда она должна допускать отклонение вала
на некоторый угол. Вставная пята при повреждении ее ра-
бочей поверхности может быть заменена новой без замены

всего вала.

Подпятники служат опорами для валов, препят-

ствуя их смещению от усилий,
действующих вдоль оси. По-
верхность подпятника скольже-
ния должна соответствовать
форме поверхности пяты.

В тех случаях, когда осевое
давление невелико, например
вдоль оси шпинделя токарного
станка по дереву, вместо под-

пятников можно надевать на вал
установочные буртики или коль-
ца. Установочный буртик наде-
вают в горячем состоянии, а
установочные стопорные кольца
являются съемными. Кольцо
(рис. 55) устанавливают на валу
в нужном месте во время пред-
варительной сборки и сверлят

Рис. 55. Установочные

кольца.

в нем перпендикулярно оси
вала два отверстия так, чтобы сверло прошло насквозь
через кольцо и на несколько миллиметров вошло в те-
ло вала. Оси отверстий должны быть расположены под
углом в 90—135° друг к другу. После сверления коль-
цо снимают, в отверстиях нарезают резьбу, очень акку-
ратно зачищают заусенцы и прилегающую сторону коль-
ца. Затем производят окончательную сборку, закрепляя
кольцо стопорными винтами. Удерживающий конец винта
должен иметь ту же форму, что и отверстие под него в теле
вала. Головки винтов обязательно должны быть для без-
опасности утоплены в теле кольца.

Муфты являются соединительными устройствами для
валов, концы которых подходят друг к другу вплотную или
на очень близкое расстояние. Обычно валы расположены на
одной оси или под углом, а их концы выполнены так, чтобы
они могли передавать вращение от одного вала к другому.

Муфты применяются для составления длинных валов,
для включения одной из частей вала, для соединения валов с
частями приводных механизмов — шкивами ременной пере-
дачи, зубчатыми колесами и прочее. По условиям работы
муфты разделяют на неразъемные и разъемные. При помощи
первых сцепление и расцепление валов может быть произве-
дено только при остановке движения (вращения) и разборке
самих муфт. При помощи разъемных муфт сцепление и рас-
цепление валов производится без разборки муфт, на ходу
передачи. Такой, например, является фрикционная муфта
включения коробки скоростей токарного станка.

Для примера рассмотрим упругую дисковую муфту
(рис. 56), с помощью которой соединяют вал двигателя с ва-
лом насоса, кулачковую муфту (рис. 57), применяемую в ко-
робках скоростей, и шарнирную муфту (муфту Гука)
(рис. 58), которую называют также карданным соединением.
С ее помощью соединяют валы, расположенные под углом
друг к другу, причем угол изменяется в процессе работы.
Карданная муфта передает вращение от двигателя авто-
мобиля к его ведущим колесам, от двигателя трактора
к различным агрегатам, от коробки подач фрезерного станка
к механизму подачи его стола, да и вообще используется
в технике весьма широко.

Упругая дисковая муфта (рис. 64) состоит из двух поло-
вин, каждая из которых надевается на конец своего вала и
соединяется с другой половиной при помощи 6 или 8 бол-
Рис. 56. Упругая дисковая муфта.

тов. Отверстия под болты в одной из половин сверлят боль-
шего диаметра, так как кроме болтов в них входят еще и ко-

жаные или резиновые кольца-прокладки, которые смягчают
удар при включении двигателя. На концах валов половин-
ки муфты крепятся с помощью призматических шпонок.

Кулачковая муфта состоит из двух (реверсивная — из
трех) частей. В их торцах, обращенных друг к другу, про-
фрезерованы пазы. Одна из частей муфты может перемещать-
ся вдоль вала и таким образом соединяться или разъединя-
ться с другой, передавая или не передавая ей движение.
Работа кулачковой муфты хорошо видна в коробке скоро-
стей токарного станка. На рисунке 57 показана простейшая
кулачковая муфта с двумя кулачками.

Шарнирная муфта Гука (рис. 58) состоит из двух поло-

вин — «вилок», насаженных
на концы вала с помощью
шпонок. Между ними нахо-
дится кольцо, соединенное с
вилками при помощи болтов.

Из разъемных муфт наи-
большее применение имеют
фрикционные муфты. Они бы-
вают с осевым (/) и радиаль-
ным нажатием (2) (рис. 59).
Первые требуют постоянного
нажатия в течение всего време-
ни передачи движения,это на-

Рис, 57. Простейшая кулачко-
вая муфта,
Рис. 58. Шарнирная муфта Гука.

жатие осуществляется пружиной. Такие муфты применяю-
тся, например, в приспособлениях для нарезания резьбы в
глухих (несквозных) отверстиях. Пружина, отрегулирован-
ная на определенное усилие, вращает держатель с мет-
чиком, нарезающим резьбу в отверстии, но как только
метчик упирается в дно отверстия, держатель начинает про-
вертываться вхолостую. Вторые (радиального нажатия) —

Рис. 59. Фрикционные муфты: / — дисковая; II — коническая.
требуют усилия только в
момент включения и вы-
ключения. Так, например,
работает муфта, соединя-
ющая приводной шкив ко-
робки скоростей с ее веду-
щим валом на токарном
станке.

Подшипники поддержи-
вают валы при радиальной
нагрузке, то есть когда на-
грузка направлена перпен-
дикулярно оси вращения.
Примером являются под-
шипники, в которых вра-
щается шпиндель токарно-
го станка. Они восприни-
мают вес самого шпинделя,
насаженных на него дета-
лей, вес патрона и других
приспособлений.

Подшипники и подпят-

ники в зависимости от воз-

пикающего в них рода тре-

НИЯ разделяются на: 1)	Рис-„60. Подшипники скольжения:

г	7 I и II — без вкладышей на конце-

ПОДШИПНИКИ И ПОДПЯТНИКИ вых цапфах; III и IV — сдельными
скольжения (рис. 60) И 2) бронзовыми вкладышами,
подшипники И подпятники
качения. В первых цапфы осей и валов помещаются в
неподвижных вкладышах и при своем вращении скользят
относительно их. Во вторых цапфы и пяты осей и валов опи-
раются на специальные тела вращения — шарики или ро-
лики и при своем вращении катятся по ним.

У подшипников и подпятников скольжения корпус обыч-
но изготовляют из чугуна, он бывает целым или разъем-
ным. Его верхняя часть называется крышкой, нижняя —
подушкой. В корпус вставляют вкладыши из антифрикцион-
ных материалов или из пластмасс. Вкладыши необходимо
закреплять, чтобы они не имели осевого перемещения и не
вращались.

Отверстие вкладыша должно точно прилегать, к цапфе по
всей ее длине. Поэтому отверстие нужно тщательно растачи-
Рис. 61. Приспособления для густых смазок: I и II — масленка
Штауфера; III —тавотница с пружинной крышкой.

вать, а еще лучше после расточки и развертывать. Оно дол-
жно получиться при этом строго соосным с наружным диа-
метром вкладыша, и потому его необходимо обрабатывать
целикохМ с одного установа в патроне токарного станка.
Если же вкладышей несколько, то следует сначала на всех
обработать отверстия, а затем, на оправке,— наружные
их диаметры.

Смазку вкладыша производят мазями, например, таво-
том (если в цапфе большое давление, сильный нагрев и ра-
бота идет с перерывами), и маслами (во всех остальных слу-
чаях). Для смазки в стенке вкладыша делают отверстие,
перпендикулярное его оси, а от него вдоль отверстия вкла-
дыша прорубают спиральные канавки, не доводя их до тор-
цов (боковых поверхностей) вкладыша, чтобы масло не вы-
текало. Для смазки мазями в теле подшипника (подпятника)
сверлят отверстие, в котором нарезают резьбу и ввертывают
масленку. В масленку набивают мазь, которую выдавли-
вают к смазываемым поверхностям периодически: маслен-
кой Штауфера с крышкой на резьбе (рис. 61—I и 61—II)
или непрерывно — из тавотницы с пружинной крышкой
(рис. 61—III).

Смазку вкладыша маслом можно производить и по-дру-
гому: при помощи масляной ванны (как смазывают шестерни
в коробке скоростей токарного станка), при помощи фитиля
138
(благодаря его капиллярно-
сти), через капельницу и пе-
риодической смазкой из обыч-
ной масленки.

О приспособлениях для
смазки и смазочных канавках
юные техники, к сожалению,
нередко забывают.

Подшипники качения яв-
ляются одним из наиболее
массовых видов изделий, из-
готовляемых и применяемых
в машиностроении. В под-
шипниках качения вращают-
ся шпинели станков, валы
электромоторов, валы авиа-
ционных и автомобильных
двигателей, на них катятся
велосипеды и автомобили
и т. д.

Подшипники качения не
рассчитывают, а подбирают
по ГОСТу в зависимости от: 1)
величины и направления на-
грузки (радиальная, осевая
или комбинированная); 2) ха-
рактера нагрузки (постоян-
ная, переменная, ударная); 3)
числа оборотов вращающегося
кольца подшипника; 4) усло-
вий работы подшипника (лег-
кость сборки, перекосы вала
ит. д.); 5) необходимой дол-
говечности.

Все подшипники качения
подразделяются на шарико-
вые и роликовые. Те и другие
в основном делятся на: 1)ра-

Рис. 62. Основные виды шарико-
подшипников.
Рис. 63. Основные виды роликоподшипников.

диальные (опорные), предназначенные для восприятия ра-
диальных усилий; 2) упорные (подпятники) — для вос-
приятия осевых усилий и 3) радиально-упорные, пред-
назначенные для одновременного восприятия радиальных
и осевых усилий. Все подшипники качения — неразъем-
ные. Их устанавливают на концах вала. Роликовые под-
шипники применяют для очень больших нагрузок.

Обычно подшипник качения состоит из колец, между
которыми помещаются шарики или ролики, самих шариков
или роликов и сепаратора, который их разделяет и удержи-
вает на одинаковом расстоянии друг от друга. Одно из ко-
лец запрессовывается в охватывающую деталь (например,
крышку электромотора или корпус велосипедной втулки),
а другое надевается на охватываемую (например, вал элек-
тромотора или ось велосипедного колеса). При вращении
охватываемой детали она катится вокруг охватывающей
детали на шариках или роликах подшипника. В этом и со-
стоит, как говорится, «весь фокус».

Шариковые подшипники бывают одно- и двухрядные.
Вторые допускают небольшое отклонение оси вала от оси
вращения.

На рисунке 62 показаны основные виды шарикоподшип-
ников— несамоустанавливающиеся: / — радиальный, /// —
упорный односторонний, V — упорный двусторонний; са-
моустанавливающиеся: II — радиальный, IV — упорный
односторонний, VI — упорный двусторонний; VII — ради-
ально-упорный; VIII — сепаратор для шариков одноряд-
ного подшипника.

Основные виды роликоподшипников приведены на ри-
сунке 63. Несамоустанавливающиеся: / — с короткими ци-
линдрическими роликами; II — с длинными цилиндриче-
скими роликами; III — с витыми роликами; IV — игольча-
тый. Самоустанавливающиеся: V — с бочкообразными ро-
ликами; VI — радиально-упорный.

В качестве смазки для подшипников качения, вращаю-
щихся с небольшим числом оборотов (например, в металло-
режущих и деревообрабатывающих станках и электромото-
рах), служат тавот и другие густые смазки. На производстве
такую смазку меняют примерно через 3000 часов работы.

При скоростях в несколько тысяч оборотов в минуту
подшипники сильно нагреваются и их подвергают принуди-
тельному охлаждению жидким маслом, подаваемым насосом.

Передачи

Как уже говорилось, служат для передачи («эстафеты»)
вращения от вала к валу.

Фрикционная передача состоит из двух соприкасающихся
колес. Вращение одного из них преобразуется во вращение
другого за счет трения, которое развивается при принуди-
тельном прижатии одного колеса к другому при помощи
пружин или грузов.

В зависимости от формы и расположения колес различа-
ют передачу цилиндрическую, коническую и лобовую
(рис. 64). Колеса цилиндрической передачи могут быть
с прямым и клинчатым ободом.

Лобовая фрикционная передача устанавливается на вза-
имоперпендикулярных валах и применяется в тех случаях,
когда необходимо изменять число оборотов ведомого колеса
в широких пределах или когда необходимо иметь реверсив-
ную передачу. И то и другое осуществляется перемещением
ведомого колеса А. (Его различные положения показаны на
рисунке 64 пунктиром). Примером применения реверсивной
передачи является фрикционный винтовой пресс (рис. 67).

В конической фрикционной передаче угол между валами
может быть любым, но в большинстве случаев он равен 90°.
Рис. 64. Фрикционные передачи: I — цилиндрическая с прямым
ободом; II — цилиндрическая с клинчатым ободом; III — коническая;
IV — лобовая; V — с передвижным цилиндрическим колесом.

Для правильной работы колес оба конуса должны иметь
общую вершину.

Фрикционная передача с клинчатыми колесами приме-
няется для уменьшения силы нажатия колес, что очень важ-
но, так как при этом уменьшается изнашивание колес и под-
шипников, а также потери на трение цапф в подшипниках.

Для того чтобы регулировать силу сцепления колес в
любой фрикционной передаче, одно из колес должно иметь
возможность перемещаться перпендикулярно относительно
оси другого колеса.

Для фрикционных передач обычно применяют матери-
алы с большим коэффициентом трения. Например, ведущие
колеса обтягивают кожей или резиной, а ведомые изготав-
ливают из чугуна. Но бывают и исключения.

Фрикционная передача используется для включения ко-
робки скоростей токарного станка, намотки ниток на шпуль-
ку швейной машины и многого, многого другого. Применяют
фрикционную передачу и юные техники, например, для авто-
моделей.

Рис. 65. Винтовой фрикционный пресс.
Задание № 12. По схеме (рис. 65) разработать ра-
бочие чертежи и сделать модель фрикционного пресса.

Технические условия: ход пресса 50 мм.

Зубчатая передача состоит из двух зубчатых колес. Пе-
редача движения в ней осуществляется нажатием зубьев
одного колеса на зубья другого.

В зависимости от формы колес и их взаимного располо-
жения различают следующие виды зубчатых передач: ци-
линдрическую, коническую, червячную, винтовую, рееч-
ную.

Достоинством зубчатой передачи является постоянство
передаточного отношения i.

z2

где: — число зубьев ведущего колеса,
z2 — число зубьев ведомого колеса.

Зубчатые колеса часто называют шестернями.

Цилиндрическая зубчатая передача (рис. 66—I) состоит
из двух или нескольких цилиндрических колес, установлен-
ных на параллельных валах.

Коническая передача состоит из двух конических колес,
находящихся на двух валах, оси которых пересекаются.
Угол пересечения осей может быть любым, но обычно он
равен 90° (рис. 66—II).

Винтовая передача применяется для валов, оси которых
перекрещиваются, но не пересекаются. Она состоит из двух
цилиндрических колес с зубцами, расположенными по вин-
товым линиям (рис. 66—IV). Угол перекрещения может быть
любым, но обычно он равен 90°.

Реечная передача (рис. 66—III) служит для преобразо-
вания вращательного движения шестерни в возвратно-посту-
пательное движение рейки и наоборот. Рейку можно рас-
сматривать как вытянутую в прямую линию окружность
большого зубчатого колеса.

Все перечисленные зубчатые передачи включают зубча-
тые колеса круглой формы. Но бывают «зубчатки» с коле-
сами иной формы, например эллиптической.

В технике зубчатые передачи очень распространены.
Рассмотрим на примере расчета цилиндрической прямозубой
передачи основные понятия, необходимые для сознательного
подбора того или иного типа передачи.
Рис. 66. Зубчатые передачи: / — цилиндрическая; // — ко-
ническая; /// — реечная; IV — винтовая; V — червячная.

В основе расчета зубчатого колеса лежит нахождение
диаметра его начальной окружности. Это окружность, про-
ходящая посередине между выступами и впадинами зубьев.
Диаметр начальной окружности вычисляется по формуле:

D = Z-Z7Z,

где: z — число зубьев,

g Инженер начинается в школе

145
tn — модуль зацепления.

Модулем зацепления называется отношение шага зацеп-
ления t к числу л (3,14), то есть

Модуль всегда измеряется в миллиметрах и показывает,
сколько миллиметров диаметра колеса приходится на один
его зуб.

Наружный диаметр цилиндрического зубчатого колеса
£>нар.= z-m+%riv==D +2m=m(z+2),

например, для колеса с числом зубьев г=30 и модулем т=
= 1,5 мм

£>нар.= 30-1,5+2-1,5=48 мм.

Для колеса с z=60

£>нар.= 60-1,5+2-1,5=93 мм.

При модуле /п=2 соответственно будет:
£>3о=ЗО-2+2-2=64 мм.
£>бо=6О-2+2-2=124 мм.

Если колеса находятся на расстоянии друг от друга и
их зубья не соприкасаются, то их можно соединить при
помощи промежуточного колеса. Оно передаточного отно-
шения не изменяет, а только меняет направление вращения
ведомого колеса.

Если передаточное число велико, то иногда бывает необ-
ходимо ставить не одну, а большее число пар зубчатых ко-
лес. В этом случае

zvz3zb-zrz9 -.....и т. д.

Z2’*4-26-Z8-Z10 *.И Т. Д. ’

где z — в числителе указывают числа зубьев ведущих
колес, а в знаменателе — числа зубьев ведомых колес.

При установке зубчатых колес большое значение имеет
соблюдение точного расстояния между их осями. Оно дол-
жно равняться сумме радиусов начальных окружностей
колес плюс 0,1—0,2 мм.

Если зазор будет меньше, колеса будут вращаться с тру -
дом, если больше — будет слишком шумно, ну, а если рас-
стояние между осями будет меньше суммы радиусов — одно
из колес просто нельзя будет надеть на вал.

Юные техники, размечая отверстия для валов, соединяе-
мых зубчатыми колесами, очень часто бывают недостаточно
внимательными, а соединения, выполненные кое-как, не
только работают с меньшим коэффициентом полезного дей-
ствия, но и гораздо менее надежны в работе и менее дол-
говечны.

Для улучшения работы зубчатых колес следует произ-
водить их предварительную обкатку, то есть установить их
на стенд или даже на модель или изделие и дать им возмож-
ность покрутиться несколько часов вхолостую. После этого
передачу нужно разобрать, промыть в керосине, а затем
смазать и собрать снова.

Червячная передача (рис. 66—У) состоит из червяка
(обычно стального), имеющего форму винта, и червячного
зубчатого колеса (бронзового или чугунного), которое, по
сути дела, представляет собой гайку, частично охватываю-
щую нитки червяка.

Подобно винтам, червяки бывают однониточные, двухни-
точные и многониточные. Валы червяка и червячного колеса
скрещиваются между собой, но не пересекаются. Угол скре-
щивания может быть любой, но обычно он равен 90\

Передаточное число червячной передачи

/ч=а.=£1.,
и2 г2

где: п± — число оборотов червяка,

п2 — число оборотов колеса,

21 — число ниток червяка,

z2 — число зубьев червячного колеса.

Червячная передача по сравнению с другими допускает
значительно большее передаточное число. Например, при
сравнительно небольших размерах передачи, имея однони-
точный червяк, а червячное колесо со 100 зубьями, получим

. _ 1

1,1 ~ 100’

что ни в какой другой передаче недостижимо (при одной
паре колес).

Таким образом, одна червячная передача может заменить
2—3 и даже более последовательно включенных зубчатых
Рис. 67. Плоскоременные передачи: / — открытая; II — перекрест-
ная; III—с холостым ходом; IV—реверсивная; V—с натяжным роли-
ком; VI — со ступенчатыми шкивами; VII — с коническими шкивами.

или иных передач. Кроме того, червячная передача работает
бесшумно, что также очень ценно.

Червячная передача, как правило, является самотормо-
зящейся, то есть передача вращения в ней производится
только от червяка к колесу. Это позволяет использовать ее
в грузоподъемных машинах — лебедках, подъемных кра-
нах, тельферах — без применения тормозных устройств.
В зависимости от скорости
вращения червячные передачи
разделяются на тихоходные и
быстроходные. Быстроходные
применяются главным обра-
зом для уменьшения большого
числа оборотов мотора в гру-
зоподъемных и транспортных
устройствах. Быстроходные
передачи должны выполнять-
ся очень тщательно и из высо-
кокачественных материалов.

Ременные передачи — это
передачи гибкие. Они соеди-
няют два колеса (шкива),
расположенные на расстоянии
друг от друга. Передача вра-

щения происходит за счет тре- Рис. 68. Клиноременная пере-
ния между ремнем и шки-	дача.

вами. Достоинством передачи

является возможность соединения шкивов, расположен-
ных не только на значительных расстояниях друг от друга,
но и под различными углами.

Недостатком передачи является проскальзывание ре-
мня, что не обеспечивает постоянства передаточного отно-

шения.

Если расстояние между шкивами невелико, то для умень-
шения проскальзывания ремня его ведущую ветвь (ту, ко-
торая идет от двигателя) нужно прижать при помощи натяж-
ного ролика (леникса). Он ставится также при большой раз-
нице диаметров шкивов (большом передаточном числе) и
увеличивает угол охвата ремнем меньшего шкива. Ос-
новные виды плоскоременных передач приведены на
рис. 67.

Клиноременная передача (рис. 76) схожа с фрикцион-
ной передачей, с той лишь разницей, что колеса располо-
жены на расстоянии друг от друга. В отличие от плоскоре-
менной передачи, клиноременная может соединять только
валы, расположенные в одной плоскости. Передача широко
применяется на станках.

Цепная передача (рис. 71) состоит из двух зубчатых
колес (звездочек), соединенных между собой цепью.
Рис. 69. Цепная передача: I — цепь; // — звездочка.

Достоинствами передачи являются постоянное переда-
точное отношение и компактность, а ее недостатками —
постоянное растяжение цепи и шум.

Цепную передачу широко применяют и юные техники
на велосипедах, мотороллерах, картах.

Механизмы и кинематические схемы

В машинах и механизмах происходит преобразование
движения. Механизм представляет собой несколько дета-
лей, соединенных каким-либо образом между собой и совер-
шающих определенное движение под воздействием внешних
сил. В машине, на станке или приборе имеется целый ряд
механизмов, которые, соединяясь между собой, образуют об-
щую кинематическую цепь (кинематика—греческое слово,
обозначающее «движительное», «связанное с движением»).

Разрабатывая машину, конструктор составляет ее кине-
матическую схему, на которой с помощью условных обозна-
чений, единых для всей нашей страны (ГОСТ 2.770—68),
наносит все детали, имеющие отношение к движению: ше-
стерни, муфты, валы, подшипники, а также направление и
характер движения и т. д.

Для примера рассмотрим кинематическую схему коробки
скоростей токарного станка, расположенной в его передней
150
бабке (рис. 70). В схему входят два узла: I — узел с пере-
движными зубчатыми колесами (шестернями) и II — узел с
передвижной муфтой. Ведущий вал 1 коробки имеет посто-
янную скорость вращения от укрепленного на нем шкива
2, который приводится во вращение электродвигателем при
помощи плоскоременной передачи.

На валу жестко закреплены шестерни zx\ г3; г5, а на про-
межуточном валу 3 на призматической шпонке может пере-
мещаться блок шестерен г2——2в, которые при надобности
соединяются с шестернями вала Г. г2 с шестерней zr (как
на схеме), с г3 и г6 с г5. Следовательно, вал 3 может иметь
три скорости вращения.

На валу 3 жестко насажены шестерни г7 и z9, которые
свободно сидят на шпинделе. Они находятся в постоянном
зацеплении с парными шестернями г8 и zi0. Переключая
двустороннюю кулачковую муфту 4, можно соединить эти
шестерни на валу 3 (z7 с z6 или z9 с zi0).

Из схемы видно, что шпиндель станка может иметь шесть
чисел оборотов.

Рис, 70. Кинематическая схема коробки скоростей токарного
станка со шкивом плоскоременной передачи.
Рис. 71. Механизм подачи суппорта токарного станка.

Рис. 72. Универсальная делительная головка фрезерного станка:
кинематическая схема; // — общий вид.
Зная число оборотов приводного вала 1
коробки скоростей и числа зубьев ведущих
и ведомых колес гх—гхо, можно подсчитать
все числа оборотов шпинделя. Соединим
муфту 4 с колесом и подсчитаем:

?х z1.

Л1ШП — п1 * -	• у >

z2 ?8

*1	z7_; .

----- --— ii ,
z2 z8

Подставив в формулы числа, получим
число оборотов шпинделя в минуту.

Задание №13. Составить описание
кинематической схемы механизма токар-
ного станка (рис. 71).

Задание № 14. Составить описание
кинематической схемы делительной голов-
ки фрезерного станка (рис. 72).

Задание № 15. По рисунку фрик-
ционного молота (рис. 73) составить его
кинематическую схему, сделать рабочие
чертежи действующей модели.

Технические условия: ход бойка 100мм.

Рис. 73.

Схема фрикцион-
ного молота с до-
ской: 1 — роли-
ки; 2 — доска;

3 — боек.
Глава VI

„Звездные часы"..,

Если взглянуть на проблему становления человечества
исторически, то можно утверждать: человек начался с изоб-
ретательства. Изобретательство — самое древнейшее заня-
тие человечества, потому что само человечество только через
последовательную цепь изобретений и вышло постепенно
из состояния дикости. Все началось с простейших орудий
труда: камня, палки, скребка... Даже слово «изобрести» под-
сказывает нам, откуда мы черпаем в себе силы быть людьми:
мы обретаем себя изнутри, из усилий нашего разума мы
становимся самими собою, только выходя из пределов
того, что нам отпущено природой. Маркс по этому поводу
говорил: «Природа не строит машин, паровозов, железных
дорог...

Все это — созданные человеческой рукой органы челове-
ческого мозга, овеществленная сила знания».

На протяжении всего своего существования человек
стремился понять окружающую его природу, постичь ее
законы и поставить их на службу человечеству. Овеществив
свое познание, он создал «вторую природу», а вместе с нею
он создал через изобретения и открытия самого себя. И кем
бы ты ни был по профессии, будь хоть немножко инженером—
умелым, организующим, изобретательным человеком. По-
тому что ты, как и все твои собратья по разуму, живешь в
гуще Второй природы, пользуешься ею, созидаешь ее. Даже
став музыкантом, не отворачивайся от техники, ибо, что бы
ты ни держал в руках, чем бы ни загружал свои руки, —
это все «овеществлено», «очеловечено» техникой.

Ну, а уж если ты зовешься юным техником, юным инже-
нером — без изобретательства тебе не обойтись. Изобрета-
тель — это не особая какая-то порода инженеров, не особая
миссия, а попросту наивысшее, наиболее полное выражение
сущности инженера, нормальное и высокое его творческое
состояние.

Когда-нибудь в обозримом будущем это состояние
станет обыденной нормой деятельности каждого человека.
А чтобы хоть немного приблизить эту пору, изобретатель-
ству надо учить, и главное, изобретательству надо упорно
и толково учиться.
Есть немало хороших книг, посвященных различным
проблемам изобретательства. Конечно, никакая книжка не
может сама по себе научить изобретать, как ничьи рассказы
о езде на велосипеде не могут нас существенно приблизить
к умению на велосипеде ездить. Учиться изобретательству—
это означает постоянно изобретать, искать, думать, делать
и переделывать конструкции собственными руками. Мы хо-
тели бы сегодня изложить лишь самые простые идеи изоб-
ретательства и правила оформления изобретений — вернее,
заявок на изобретения. Ведь если о изобретении не заявить,
да еще при этом и не осуществить его,— какое же это изоб-
ретение?

У изобретений, как и у людей, различные судьбы и раз-
личные профессии. Одни изобретения используются только
для определенного дела, предназначены для ограниченного
круга целей. Такими изобретениями являются, например,
батисфера или батискаф, используемые для погружения на
большие океанские глубины. Другим изобретениям открыта
широкая дорога в мир. К примеру, добывание огня трением
существует уже много веков и в виде спичек и зажигалок
распространено широко во всем мире даже и теперь.

Люди занимаются изобретательством не только ради
собственного удовольствия, а еще и для того, чтобы решить
те или иные насущные и конкретные задачи: увеличить ско-
рость перемещения людей и грузов, улучшить связь, повы-
сить производительность труда машины, цеха, завода, от-
расли. Решение этих задач интересует не одного человека
и даже не один народ, а все человечество, поэтому над ре-
шением каждой такой задачи бьются ученые и инженеры
различных стран. Нередко и ответ они находят почти одно-
временно.

Так, закон сохранения материи самостоятельно был от-
крыт нашим соотечественником М. Ломоносовым и францу-
зом А. Лавуазье; газовые законы сформулировали одновре-
менно англичанин Р. Бойль и француз Э. Мариотт. То же
самое происходило и происходит в технике: первый универ-
сальный тепловой двигатель построили — в России И. Пол-
зунов (1765), в Англии Д. Уатт (1774); паровоз — отец и
сын Черепановы в России и Стефенсон в Англии (рис. 74);
электрическую лампочку А. Лодыгин в России (1872) и
Т. Эдисон в США (1879); радиоприемник — А. Попов в Рос-
сии (1895) и Г. Маркони в Англии (1897); квантовый опти-
Рис. 74. Паровозы: 1 — бр. Черепановых; 2 — Стефенсона.

ческий генератор — в 1952—1954 гг. в СССР и США
одновременно Басов и Прохоров и Ч. Таунс.

Одинаковые задачи часто приводят к похожим техниче-
ским решениям, к созданию конструкций, даже внешне по-
хожих друг на друга, не только среди взрослых инженеров,
но и у юных техников, например спортивный автомобиль
«карт» (рис. 26). Другим любопытным примером может слу-
жить создание сигнализатора уровня шума для школ: как
только ученики в классе начинают шуметь, прибор авто-
матически включается и призывает их к тишине, не отвле-
кая учителя.

Юные техники города Новомосковска сконструировали
его с обычной лампой накаливаниям г. Туле выполнили с
люминесцентной лампой, а в Англии— с магнитофоном, на
ленте которого записан голос директора школы, успокаиваю-
щий учеников.

В наше время научные и технические задачи значительно
усложнились, решают их в большинстве своем уже не оди-
ночки, а большие коллективы специалистов различного про-
филя, вооруженные самой современной первоклассной тех-
никой. В их распоряжении конструкторские бюро, исследо-
вательские лаборатории, экспериментальные мастерские и
целые предприятия, вычислительные машины и испытатель-
ные полигоны. Но, хотя инженерный труд стал во многом
коллективен, это отнюдь не значит, что путь в изобретатели
одиночкам теперь заказан. Просто в наше время масштабную
техническую задачу одиночке решить много труднее, чем
коллективу, поэтому вероятность удачи при коллективном
подходе к технической проблеме значительно выше, нежели
у энтузиаста-одиночки.

Общее руководство делом изобретательства в СССР осу-
ществляет Комитет по делам изобретений и открытий при
Совете Министров СССР (Москва, М. Черкасский пер. 2/6).

Всю работу по развитию массового изобретательства
Комитет проводит при участии Всесоюзного общества изоб-
ретателей и рационализаторов (ВОИР), отделения которого
есть почти на каждом предприятии и институте.

Комитету подчиняется Всесоюзный научно-исследова-
тельский институт Государственной патентной экспертизы
(ВНИИГПЭ), который принимает материалы заявок от
изобретателей, оценивает предложенные ими технические
решения, устанавливая наличие основных признаков изоб-
ретения, и выдает изобретателям авторские свидетельства
на сделанные ими изобретения. Институту ВНИИГПЭ в его
работе помогают Центральный научно-исследовательский
институт патентной информации и технико-экономических
исследований (ЦНИИПИ), Всесоюзный институт научной и
технической информации (ВИНИТИ) и масса журналов, в
которых публикуется информация о новостях науки и тех-
ники. Описания изобретений и открытий публикуется в
«Бюллетене открытий, изобретений, промышленных образ-
цов и товарных знаков», выходящем в свет каждые две не-
дели, а сами изобретения официально регистрируются в «Го-
сударственном реестре изобретений СССР». Общее число
регистрируемых в стране изобретений достигает 25 тысяч в
год. Специально в помощь изобретателям массовым тира-
жом издается популярный журнал «Изобретатель и рацио-
нализатор».

Права и обязанности всей многомиллионной армии изоб-
ретателей нашей страны определяются государственным
документом, который носит название: «Положение об откры-
тиях, изобретениях и рационализаторских предложениях».
Оно утверждено ПравительствОхМ СССР 24 апреля 1959 г.
В пункте первом этого Положения указано, что авторство
на открытие, изобретение или рационализаторское предло-
жение в нашей стране охраняется законом и удостоверяется
выданными в установленном порядке: на открытия — дипло-
мами на изобретения — авторскими свидетельствами или па-
тентами, на рационализаторские предложения — удосто-
верениями.

Открытием признается установление неизвестных ранее
объективно существующих закономерностей, свойств и яв-
лений материального мира. Например, группа советских
ученых во главе с Б. Дерягиным открыла способность ал-
маза отлагаться в виде нитевидных кристаллов (заявлено
27 декабря 1968 г. и зарегестрировано под № 73). Группой
ученых по главе с В. Васильевым обнаружено свойство при-
родных газов находиться под землей в твердом состоянии
(заявлено 19 марта 1969 г. и зарегестрировано под № 75).
Открытия делаются гораздо реже, нежели изобретения,
потому что носят фундаментальный характер. Так, за годы
Советской власти у нас в стране выдано немногим более ста
дипломов на открытия, а свидетельств на изобретения вы-
дается ежегодно по нескольку десятков тысяч.

Основные признаки изобретения. Всякое ли техническое
решение может считаться изобретением? Ведь инженер по
ходу своей работы чуть ли не каждодневно предлага-
ет что-то новое, улучшая работу машины, прибора, цеха,
завода.

Во втором пункте Положения ограничивается круг от-
крытий, на которые выдаются дипломы. Дипломы не выда-
ются на открытия географические и палеонтологические, на
открытия месторождений полезных ископаемых и открытия
в области общественных наук. Ведь при всей их значитель-
ности географические открытия, например, носят не об-
щий, а единичный характер. Открытие в этом случае стано-
вится подобным «находке», а находки дипломами не
отмечают.
Далее в третьем пункте Положения сказано со всей опре-
деленностью, которую можно ожидать от официального
документа: «Изобретением признается отличающееся сущест-
венной новизной решение технической задачи в любой об-
ласти народного хозяйства, культуры, здравоохранения или
обороны страны, дающее положительный эффект». Таким
образом, по закону в Советской стране изобретением призна-
ется только то техническое предложение, которое приносит
пользу. Авторские свидетельства не выдаются на бесполез-
ные, неосуществимые, противозаконные (вредные для обще-
ства) предложения.

К числу бесполезных относятся многие «вычурные» тех-
нические предложения, например предложение «о снижении
износа обуви путем более частого хождения босиком». Или
«о создании олимпийского стадиона для игры в домино».

Среди неосуществимых предложений чаще всего встре-
чаются такие, авторы которых недостаточно подкованы в
физике, химии или других науках. За многими из таких
предложений скрывается попытка обойти или обмануть
какой-либо закон природы. Например, идея создания «пер-
петуум-мобиле» — вечного двигателя,— выдвинутая еще
древними греками, до сих пор тревожит некоторых не-
задачливых изобретателей. В том или ином завуалированном
виде эта идея встречается во многих проектах. Сюда же мо-
жно отнести идею фаустовской «вечной молодости», идею бес-
смертия и многое другое.

Правда, вопрос об осуществимости или неосуществимо-
сти изобретения — один из самых сложных. Сколько ррз
на памяти человечества многие авторитеты, выдающиеся умы
и скромные эксперты налагали запреты на предложенную
кем-либо идею, утверждая, что она неосуществима или даже
противоречит природе, а спустя некоторое время идея торже-
ствовала. Предложение нередко кажется неосуществимым не
только на современном этапе развития техники, но и в от-
даленном будущем, однако история быстро посрамляет та-
кие категоричные суждения. Так было с идеями самолета,
радиоприемника, лазера, атомного реактора, полетов в
космос и с частными техническими идеями: машинами без
колес, электролитическим способом получения железа, мет-
рополитеном, паровозом, телефоном и т. д.

О третьем виде нерегистрируемых предложений — про-
тивозаконных предложениях — долго не приходится гово-
рить. Представьте себе, что изобретен способ «легкого и бы-
строго разбивания стекол в домах»,— кому он нужен? Раз-
ве только хулигану?

Новые виды оружия считаются изобретениями, и на них
выдаются авторские свидетельства (револьвер «системы На-
ган», пистолет-пулемет «системы Шпагина», «трехлинейка
Мосина» и др.).

Полезность и рентабельность изобретения. В нашей стра-
не изобретением признается целесообразное, а потому и
полезное, техническое предложение, которое не только сох-
раняет труд и энергию, но и облегчает условия труда, уде-
шевляет производство, увеличивает производительность,
позволяет заменить дефицитные материалы более дешевыми
и распространенными. При этом полезность и рентабельность
определяются не с капиталистической точки зрения немед-
ленного использования изобретения в хозяйстве и немедлен-
ного получения прибылей, а с широкой точки зрения облег-
чения условий труда и возможности использования изобре-
тения в будущем, после создания необходимых для этого
условий. Бывает иногда, что полезное изобретение влечет
после внедрения временное уменьшение производительности
и увеличение затрат, но оно, скажем, позволяет ликвидиро-
вать нездоровые или опасные условия труда. Мы его счи-
таем изобретением, оно полезно. Изобретения, делающие
труд безопасным, улучшающие условия труда, охраняющие
здоровье трудящихся, внедряются независимо от затрат и
рентабельности.

Конкретность предложения. Техническое предложение,
претендующее на то, чтобы стать изобретением, должно быть
прежде всего конкретным. В известной песенке поется:
«Хорошо бы, хорошо бы нам кита поймать большого». Ко-
нечно, хорошо бы, но как? Ведь предложить идею нетрудно,
гораздо труднее сделать идею технически осуществимой.
Было бы замечательно, если бы все люди на Земле стали
добрыми, хорошими, честными!.. Действительно, замеча-
тельно, но как?

Гоголевский персонаж мечтал о том, чтобы вареники
«сами окунались бы в сметану», а потом, обмакнутые в сме-
тану, прямиком попадали бы в рот. Его мечта была весьма
конкретной — он прямо-таки видел перед собой эти сочные,
облитые сметаной, сладкие вареники. Но он ничего не изоб-
рел, потому что и сам не знал, как добиться этого, он лишь
пускал слюни.

Существенная новизна. Во многих книгах по истории
техники и изобретательству рассказывается такая история.

В небольшом провинциальном городке жил один скром-
ный портной. Он не знал русского языка, был неграмотен, но
все свои вечера и ночи проводил за изысканиями в области
математики. Обуревавшие его мысли и фантазии он заносил
в замусоленную тетрадку, сочинив для письма собственные
кривые, значки и символы.

Прошелестели над Россией «годы и ветры», прошла, отбу-
шевала война, а портной все бредил своей математикой,
все о чем-то мечтал, лихорадочно обдумывал, чего-то мучи-
тельно доискивался. Спустя двенадцать лет портной нако-
нец-то решился показать заветную тетрадочку учителю
математики из местной гимназии. Чтобы разобраться в ка-
ракулях портного, потребовался переводчик. Но то, что от-
крылось после расшифровки странных портновских значков,
поразило учителя: старик портной самостоятельно, незави-
симым от Ньютона и Лейбница путем, пришел к открытию...
дифференциального исчисления! Портного пригласили на
заседание факультета математики Самарского университета.
Декан факультета с почтением пожал ему руку и сказал:

— Вы сделали величайшее открытие, но увы...— Тут
он помялся и закончил: — Двести лет назад его успел сде-
лать и другой.

Возвращаясь домой, портной от жестокого потрясения
умер на вокзальном перроне.

Еще один пример. В глухом степном селенье один мон-
гол построил диковинную машину на двух колесах, употре-
бив на ее постройку обрезки кожи, деревянные палочки и
конский волос. Когда он прокатился на ней по селению,
восторгам односельчан не было границ. Монгол отправился
на машине в город, и тут, среди «каменных юрт», его хватил
удар: по городским дорогам стремительно мчались стальные
сверкающие собратья его деревянной скрипучей машины —
велосипеды!..

Любое предложение, поступившее на экспертизу во
ВНИИГПЭ, проходит проверку на патентную чистоту (то
есть оно не должно быть заимствовано ни у кого в мире) и
на новизну и лишь после этого может быть признано
изобретением. Любая «формула изобретения» (ко-
Рис. 75. Рулевое колесо.

торая, кстати всегда состо-
ит из одной цельной, грам-
матически законченной
фразы) содержит в себе два
обязательных слова: «отли-
чающееся тем». Эти сло-
ва при печати выделяют
жирным шрифтом, а вслед
за ними пишется то, что
принципиально нового вне-
сено в данную конструкцию
(машину, прибор, устройст-
во) изобретателем. Напри-
мер: «Рулевое колесо (рис.
75), отличающееся тем, что

в целях удобства управления его обод сделан овальным».
Или: «Фигурная шайба, содержащая контрящие элементы,
отличающаяся тем, что с цел' ю упрощения шайба выпол-

нена в виде треугольника, вершины которого одновременно
являются и контрящими элементами»1 (рис. 75). Или: «Кар-
манный электрический фонарь, отличающийся тем, что с
целью уменьшения его габаритов и лучшего использования
силы света лампа расположена цоколем наружу и размещена
внутри рефлектора»2. Или: «Способ маркировки яиц, от-
личающийся тем, что с целью ускорения операции птич-
ница надевает на большой палец руки специальный на-
пальчник со штемпелем, служащий для маркировки яиц
сразу же при их сборе»3.

При экспертизе на новизну учитываются ранее выдан-

ные авторские свидетельства, советские, досоветские и ино-
странные патенты, ранее поданные заявки, материалы, опу-
бликованные в отечественной и зарубежной литературе,
опубликованные отчеты научно-исследовательских и прое-
ктно-конструкторских учреждений, а также сведения о при-
менении изобретений.

В выдаче авторского свидетельства или патента будет
отказано, если при проверке выяснится, что в любом из
упомянутых выше материалов сущность предполагаемого

1 Авторское свидетельство №252764.

2 Авторское свидетельство № 169687.

3 Авторское свидетельство № 163473.
изобретения уже была раскрыта ранее. Поэтому-то подача
заявки в Комитет еще не означает, что за ее автором будет
признано первенство на изобретение. Это произойдет только
в том случае, если предложение является действительно
новым и полезным. Но установить новизну автор может и
сам, если он до посылки заявки ознакомится с перечислен-
ными материалами.

Большую помощь в этом всем изобретателям оказывает
Всесоюзная патентно-техническая библиотека. Ее сотруд-
ники отвечают на тысячи запросов изобретателей, рассыла-
ют фотокопии имеющихся у нее описаний, выпускают сбор-
ники, бюллетени, указатели, дают письменные консульта-
ции. Кроме того, более чем в ста крупнейших публичных биб-
лиотеках страны открыты патентные отделения, где также
собираются копии описаний, поступающих из Комитета по
делам изобретений.

Те из юных техников, кто научился наблюдать, умеет
обобщать свои наблюдения и знания, кто по-настоящему
занимается техническим творчеством, те рано или поздно
начинают и изобретать. А изобретают юные техники не так
уж и мало. Но на свои изобретения ребята обычно не оформ-
ляют заявки — одни потому, что не понимают всей важно-
сти и пользы своей работы, другие же потому, что не знают,
как оформить заявку.

Существуют «Указания по составлению заявки на изоб-
ретение» (ЭЗ—1—67), которые утверждены Комитетом по
делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
28 июля 1966 г. и введены в действие с 1 января 1967 г.
В Указаниях говорится о том, как должна быть оформлена
заявка, какие требования предъявляются к заявлению, опи-
санию и чертежам, в каких случаях у изобретателя могут
быть затребованы модели и образцы, что нужно сделать,
если требуется дополнить или исправить заявку.

Конечно, никакими «Указаниями» нельзя предусмот-
реть всех случаев жизни,— изобретения бывают разные,
и дать рецепты на составление к ним заявок невозможно.
Но в каждой заявке должны присутствовать ответы на воп-
росы, без которых нельзя будет оценить суть и новизну изо-
бретения.

Описание изобретения следует открывать вводной ча-
стью, в этом введении изобретатель отвечает на вопросы:
«где?», «для чего?» и «как?».
Вопрос «где?» требует ответа: где конкретно (в машине,
устройстве, конструкции и в целом в отрасли, в народном
хозяйстве) предполагается использовать предлагаемое изоб-
ретение. Далее следует ответ: для чего, для каких целей
применяется изобретение (в этой машине, устройстве, кон-
струкции, отрасли). Но чтобы уяснить, в чем же новизна
изобретения, нужно перед ответом на вопрос «для чего?»
дать описание того, какие устройства или машины уже ис-
пользуются для тех же целей, отметить их недостатки.

В заключение дается ответ на вопрос: как работает пред-
лагаемое изобретение? В чем отличие его от существующих
устройств или машин?

Основной частью заявки является подробное описание
изобретения. Пункт 30 «Положения об открытиях, изоб-
ретениях...» гласит, в частности: «В описании и чертежах
сущность предполагаемого изобретения должна быть изло-
жена точно, ясно и полно, чтобы видна была его новизна и
на основании представленных материалов можно было бы
осуществить изобретение».

В обычной практике изобретательства встречаются два
типичных случая: 1) в известной машине изобретателем усо-
вершенствован один узел или устройство; 2) изобретена
новая машина, но в ней есть ряд старых узлов или давно
используемых устройств. И в том и в другом случае сле-
дует подробно описать все узлы, с которыми взаимодейст-
вует изобретенное устройство, точно их назвать, разъяс-
нить принцип работы всей машины в целом.

Если изобретение носит конструктивный характер, к
заявке следует приложить чертежи. По чертежам должно
быть ясно, как, из каких материалов, в каком виде можно
осуществить предлагаемое изобретение. Чертежи к заяв-
кам следует выполнять на кальке или на ватмане тушью или
темными чернилами. Рекомендуемый формат чертежа —
144 х 208 или 203 х 288 мм. Все позиции (цифровые отсылки)
чертежа должны быть пояснены в описании.

Описание изобретения и чертежи следует представлять
в Комитет в трех экземплярах, иначе заявка не будет при-
нята. К описанию и чертежам прилагается заявление уста-
новленной формы с просьбой выдать вам авторское свиде-
тельство. Каждое описание заканчивается кратким изло-
жением сути предмета изобретения (его называют «форму-
лой изобретения»).
От того, насколько ясно, точно и полно составлены все
эти документы, зависит, правильно ли поймет и оценит
изобретение эксперт, который будет рассматривать заявку.
Наглядное представление о том, как нужно заполнять этот
основной документ и с какими данными следует предвари-
тельно ознакомиться изобретателю, дают примеры, приве-
денные в Указаниях. Рассмотрим один из них.

Пример заявки на изобретение

Наименование предприятия-заявителя или фами-
лия, имя и отчество автора (авторов), если послед-
ний является. заявителем.

Название
изобретения.
Вводная часть:
область техники,
к которой относится
предполагаемое
изобретение

«ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АВТОМАТ
АКВАЛАНГА. Изобретение от-
носится к дыхательному авто-
мату акваланга, входящего в
состав легководолазного снаря-
жения и применяемого в подвод-
ном спорте, подводной охоте,
службе спасения утопающих,
подводных работах, подводных
исследованиях и т. п.

Дыхательный автомат акваланга предназначен для со-
общения вдыхаемому воздуху давления, равного по величи-
не гидростатическому давлению внешней среды на грудную
клетку водолаза, т. е. давлению водяного столба высо-
той от центра легких до поверхности. Эту функцию дыхатель-
ный автомат выполняет посредством того, что его мембрана,
контактирующая с внешней средой, уравновешивает уси-
лием гидростатического давления водяного столба (высотой
от мембраны до поверхности) клапан, подающий свежий
воздух из баллонов при вдохе.

Но расположение мембраны дыхательного автомата от-
носительно центра легких в условиях подводного плавания
все время меняется (в зависимости от изменения положения
водолаза), поэтому все время возникает и изменяется раз-
ница между высотой водяного столба от центра легких и
высотой водяного столба от мембраны дыхательного авто-
мата^ с этим соответственно возникает и изменяется раз-
ница величин гидростатического давления на центр легких
и на мембрану дыхательного автомата, что обусловливает
разницу величин давления в легких и давления воздуха,
подаваемого при вдохе. Разность величин этих давлений
составляет сопротивление вдоху. Снижение сопротивления
воздуха путем поддерживания при вдохе давления, равного
давлению в легких, осуществляется в аквалангах с помощью
компенсатора давления при вдохе, воздействующего на мем-
брану дыхательного автомата.

Известное
устройство, которое
усовершенствуется
в предполагаемом
изобретении

Известен дыхательный автомат
акваланга, мембрана которого
встроена в жесткий корпус, об-
разующий камеру вдоха, а для
воздействия мембраны на кла-

пан, подающий свежий воздух в камеру вдоха, в последней
смонтирована система рычагов, соединяющая мембрану с
клапаном. Этот автомат снабжен компенсатором давления
при вдохе, представляющим собой смежную с камерой авто-
мата камеру, соединенную шлангом с камерой предусмот-
ренного для этой цели второго дыхательного автомата, и
снабженную компенсационной диафрагмой, соединенной
жесткой связью с мембраной автомата. Действие такого

компенсатора давления при вдохе состоит в том, что он
с помощью компенсационной диафрагмы воспринимает от
второго дыхательного автомата и с помощью жесткой связи
сообщает мембране автомата встречное усилие, соответст-
вующее гидростатическому давлению на мембрану второго
легочного автомата, вследствие чего мембрана воздействует
на клапан с усилием, соответствующим средней величине
гидростатических давлений на мембраны обоих автоматов,
т. е. величине гидростатического давления по центру легких.

Недостатки
известного
устройства

Недостатками этого дыхатель-
ного автомата и компенсатора
давления при вдохе является
сложность конструкции и гро-
моздкость.
Цель, которая должна
быть достигнута
в результате
применения
предполагаемого
изобретения

Целью настоящего изобретения
является устранение указанных
недостатков.

Новое, что
составляет сущность
предполаг аемого
изобретения.

Достижение поставленной цели
осуществляется следующими
средствами: мембрана дыхатель-
ного автомата соединена с не-
подвижной стенкой автомата
шарниром и гибкой манжетой,

образующей с мембраной и стенкой камеру вдоха, причем
мембрана снабжена упором для непосредственного воздей-
ствия на клапан и несет на себе компенсатор давления
при вдохе.

Компенсатор давления на вдохе может быть выполнен
в виде поплавка и укреплен на мембране с помощью рычага
с переменным плечом. Такое выполнение дыхательного
автомата и компенсатора давления при вдохе упрощает
конструкцию и уменьшает габариты.

Указание на чертеж. Сущность изобретения поясня-
ется чертежом, на котором изо-
бражена схема дыхательного
автомата с компенсатором давле-
ния при вдохе.

Подробное описание Подвижная мембрана 1 соеди-
устройства.	йена с неподвижной стенкой 2

шарниром 3 и гибкой манжетой
4, образуя камеру 5 вдоха. Мем-
брана 1 снабжена упором 6 для непосредственного воздей-
ствия 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 мемб-
рану и служит компенсатором давления при вдохе.
Работа устройства. Под давлением внешней среды
мембрана / дыхательного автома-
та поворачивается на шарнире <?,
прижимается к неподвижной стенке 2 и упором 6 давит на
клапан 7, который выпускает воздух из баллонов при вдохе.
По прекращении вдоха мембрана 1 занимает исходное поло-
жение, упор 6 освобождает клапан 7, и впуск воздуха из
баллонов прекращается. Когда водолаз находится в таком
положении, при котором гидростатическое давление на мем-
брану 1 меньше, чем на середину грудной клетки, а вслед-
ствие 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 1. Вследствие этого мембрана дополнительно
перемещается, что увеличивает открытие клапана7, и в ка-
меру 5 вдоха поступает дополнительное количество воздуха
до давления, равного давлению в легких. При ином положе-
нии водолаза, когда гидростатическое давление на мемб-
рану 1 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 воз-
действия среды на мембрану /. Вследствие этого мембрана
открывает клапан 7 на меньшую величину, и давление
воздуха в камере 5 вдоха снижается до давления, рав-
ного давлению в легких. При вертикальном положении водо-
лаза, когда разности гидростатических давлений на мемб-
рану и на середину грудной клетки нет, поплавок 14 без-
действует.

Формулировка предмета изобретения

Формула изобретения. 1. Дыхательный автомат аква-
ланга, содержащий камеру с
клапаном и кинематически сочлененной с ним системой ры-
чагов мембраной, служащей для подачи в камеру свежего
воздуха при вдохе, и компенсатор давления для поддержа-
ния в камере давления воздуха, равного давлению в легких,
отличающийся тем, что с целью упрощения конструкции
и уменьшения габаритов дыхательного автомата мембрана
соединена со стенкой камеры автомата шарниром и гибкой
манжетой, образующей с мембраной и стенкой камеру вдоха,
причем мембрана снабжена упором для непосредственного
воздействия на клапан и несет на себе компенсатор давле-
ния.

2. Дыхательный автомат по п. 1, отличающийся тем, что
компенсатор давления состоит из стойки, укрепленной на
мембране, и поплавка со стержнем, соединенным подвижно
со стойкой для изменения плеча воздействия поплавка на
мембрану».

Подписи представителя организации-
заявителя или авторов (автора).

Внимательно изучи этот пример:

Задание № 16. Руководствуясь рассмотренным при-
мером, составить заявку на весы (рис. 76), как на изобрете-
ние, исходя из предположения, что они еще не изобретены.

Технические условия: 1. Грузоподъемность весов 10 кг.
2. Точность взвешивания 10 г.

Примечание. Только не следует посылать эту заявку
в Комитет, так как на весы журналом «Юный техник» уже
выдано авторское свидетельство.

Изобретатель всегда создает что-то новое, иногда до
этого никем нигде не виденное, и потому, естественно, пер-
воначальные технические данные изобретения и его внешний
вид и внутреннее устройство далеко не всегда сразу полу-
чаются в наилучшем из всех возможных сочетаний. Но про-
ходит время, и люди, которые пользуются этим изобрете-
нием, начинают обращать внимание на его недостатки, ста-
раются устранить их, изменяя форму изделия, его размеры,
расположение отдельных деталей и т. д., то есть улучшать
конструкцию.

Так, например, эволюцию (постепенное развитие) то-
карного металлорежущего станка наглядно демонстрируют

Рис. 76. Весы.
Рис. 77. Эволюция токарного станка завода «Красный пролетарий).

модели завода «Красный пролетарий» (рис. 77). На стан-
ках выпуска 1923 года (модель TH—15) виден ступенчатый
шкив плоскоременной передачи, сплошной шпиндель, меха-
низм подачи со сменными зубчатыми колесами и неболь-
шой коробкой передач, стружка летит во все стороны. Стан-
ки модели (IK-62) конструкция середины 50-х годов) имеют
пустотелый шпиндель, закрытую коробку скоростей с зуб-
чатой передачей, коробку подач, на которой простым пово-
ротом ручки можно установить любую из нескольких десят-
ков скоростей для нарезания различных резьб, ускоренное
механическое перемещение суппорта нажатием кнопки на
суппорте при его холостом ходе, пусковой валик, дающий
возможность рабочему включать, выключать и реверсиро-
вать вращение шпинделя непосредственно с суппорта, жид-
костное охлаждение инструмента и его ограждение, препят-
ствующее разбрасыванию стружки и разбрызгиванию ох-
лаждающей жидкости, клиноременная передача. Таким
образом, станок усовершенствованной модели удобнее,
мощнее, а главное, гораздо безопаснее и производительнее.

Другой пример. Обычный домашний холодильник: вна-
чале он имел малую емкость, работал непрерывно и потому
расходовал много электроэнергии, не имел морозилки.
Теперь почти все холодильники имеют автоматическое упра-
вление и работают с перерывами, потребляя энергии в не-
сколько раз меньше, чем раньше; при прежних внешних
размерах, емкость холодильника возросла за счет размеще-
ния части продуктов (яиц, масла и бутылок) на внутренней
стороне дверцы, все холодильники имеют морозилку.

Такая же «история» происходит нередко и с технологи-
ческим процессом изготовления какой-либо детали или
получения материала, химического продукта и так далее.
При разработке особенно сложного процесса сразу всего
предусмотреть невозможно. А пройдет время, люди, кото-
рые разработали или ведут этот процесс, присмотрятся к
работе и обнаружат, что одни операции можно объединить,
другие ускорить за счет механизации (например, загрузку
или контроль), без третьих вообще можно обойтись.

Усовершенствование известных технических решений в
зависимости от уровня творчества автора может быть при-
знано изобретением или рационализаторским предложением.
Рационализация является делом не менее полезным, чем
изобретательство, а принимать в ней участие может гораздо
больше людей, чем в изобретательстве, так как устранить
какой-либо видимый недостаток обычно значительно легче,
чем создать новую конструкцию или разработать ранее не-
известный технологический процесс. Поэтому рационализа-
торов в народном хозяйстве немало. Те из них, кто зани-
мается рационализацией постоянно, объединяются во Все-
союзное общество изобретателей и рационализаторов —
ВОИР — добровольную массовую организацию. В настоя-
щее время она насчитывает около 6 000 000 человек. Это
инженеры, техники и рабочие. Равноправными членами
общества становятся и вступающие в него юные техники.

Первичные организации общества имеются на каждом
предприятии, в том числе и на тех, которые шефствуют над
школами, Домами пионеров и
станциями юных техников. Те-
перь первичные организации
ВОИР создаются и в школах.

Задачами общества являются:
всемерное содействие дальней-
шему подъему всех отраслей на-
родного хозяйства, автоматиза-
ции и механизации производ-
ственных процессов, модерниза-

ция действующего оборудования, выявление и макси-
мальное использование резервов производства, экономия
сырья, материалов, топлива, электроэнергии в целях обес-
печения выполнения и перевыполнения производственных
планов, неуклонного роста производительности труда, повы-
шение качества и снижение себестоимости выпускаемой
продукции и улучшение условий труда, борьба за достиже-
ние максимальной эффективности от внедрения в народное
хозяйство изобретений и рационализаторских предложений.

Точно такие же задачи ставят перед собой и юные
техники, которые внесли уже немало предложений по улуч-
шению технологических процессов и использованию обору-
дования на предприятиях, где учащиеся проходят производ-
ственную практику, и в школах, где в мастерских выпол-
няют заказы предприятий. Поэтому-то с юными техниками,
как с равными, советуются инженеры, мастера и квалифи-
цированные рабочие, поэтому-то юные техники, как и взро-
слые изобретатели и рационализаторы, вступают в ВОИР
на предприятиях. Но если даже учащиеся на предприя-
тиях не работают, а занимаются техническим творчеством
в школе, то им следует работать не в одиночку, а объеди-
ниться и создать в школе свою организацию ВОИР. Эта ор-
ганизация будет иметь в обществе такие же права, как орга-
низация ВОИР на предприятии, а ее члены получат право,
как и взрослые члены ВОИР, носить нагрудный значок
(рис. 78).

Для технического творчества воировцев работы в школе
непочатый край: нужно совершенствовать имеющиеся и со-
здавать новые учебные пособия, приспособления для мастер-
ских, игры и игрушки, спортивные модели. Очень хорошо
конструировать что-либо в помощь шефам. Но чтобы не
тратить зря время и силы, работать нужно по плану. Таким
планом на предприятии является перечень так называемых
«узких мест» — производственных участков, оборудова-
ния и технологических процессов, которые тормозят произ-
водство. В нем указаны темы для рационализации и техни-
ческие условия на их выполнение.

Темы для рационализации всегда имеются на каждом
предприятии, и среди них немало таких, которые вполне
посильны юным техникам. В нашей стране творческая дея-
тельность юных техников получила полное признание, и в
ряде городов и районов страны их стараются, как равных,
широко привлекать к решению технических задач, стоящих
перед народным хозяйством.

Астраханская областная станция юных техников по за-
данию предприятий выпустила брошюру, в которой наз-
ваны темы для юных техников по решению технических
задач, стоящих перед различными предприятиями области.

Вот некоторые из этих тем и технические условия на
них:

Тема 7 (для Астраханского морского судостроительного
завода). Задание: разработать простейший способ механи-
зации работ по очистке секций и корпусов кораблей от
снега и льда.

Технические условия: 1. Приспособление должно быть
легким и удобным в работе. 2. При электрическом варианте
напряжение не должно превышать 36 вольт.

Тема 10 (для Астраханского завода стекловолокна).

Задание: предложить рациональное оборудование рабо-
чего места оператора в цехе электропечей.

Технические условия: обеспечить внешний вид, соответ-
ствующий современным требованиям технической эстетики,
и удобное расположение инструмента, материалов и прочего.

Тема 17 (для машиностроительного завода «Октябрь»).

Задание: разработать автоматическую систему включе-
ния и отключения электросети освещения территории
завода.

Технические условия: обеспечить включение и отклю-
чение освещения в заданное время.

В изобретении техническое решение является принци-
пиально новым, еще нигде не применяемым. В рационали-
заторском предложении решение также может быть новым
(тогда это будет изобретение), а может быть и уже извест-
ным. В этом случае рационализатор за основу своего пред-
ложения берет техническое решение, найденное им в лите-
ратуре или на другом предприятии, и творчески перера-
батывает его, приспосабливая к местным условиям.

Юным техникам следует знать, что рационализаторски-
ми предложениями считаются предложения по усовершен-
ствованию применяемой техники (машин, приборов, инстру-
ментов, приспособлений, аппаратов, агрегатов и т, д.),
усовершенствованию выпускаемой продукции, технологии
производства, способов контроля, наблюдения и исследо-
вания, техники безопасности и охраны труда или предло-
жения, позволяющие более эффективно использовать энер-
гию, оборудование, материалы.

Рационализаторское предложение подается в первич-
ную организацию ВОИР в письменном виде. Предложение
должно содержать подробное изложение того, что предла-
гается и как осуществить предложение. Название должно
отражать сущность предложения. В описании должны быть
изложены недостатки того способа производства или при-
способления, которые предлагается заменить, и указаны
преимущества, которые даст осуществление предложения:
повышение производительности труда или его безопасности,
экономию энергии или материалов, улучшение качества
продукции и т. д. Если нужно, то к описанию прилагается
чертеж, эскиз или схема. Если какую-нибудь из деталей
чертежа нужно пояснить, то это делается в описании под
тем же номером, под которым деталь указана на чертеже.

Заявление, описание и чертежи необходимо подписывать
всем, кто участвовал в разработке предложения. О каждом
участнике должны быть сообщены: фамилия, имя, отчество,
адрес места жительства, номер школы и класс.

Удостоверение на рационализаторское предложение вы-
дается предприятиями или организациями, которые первые
приняли эти предложения к внедрению.

Широкое внедрение изобретений и рационализаторских
предложений приносит государству большую пользу, по-
этому государство поощряет и премирует их авторов, а тех,
кто мешает рассмотрению и внедрению изобретений и рацио-
нализаторских предложений, государство привлекает к от-
ветственности.

Изобретательство и рационализация — дело не только
важное и нужное, но и очень интересное. В нем участвуют
тысячи и тысячи юных техников, и каждому, конечно, очень
хочется изобрести что-нибудь полезное и нужное Родине,
недалеко не каждый настолько уверен в своих силах, чтобы
решиться подать заявку в Комитет Совета Министров СССР
и даже в первичную организацию ВОИР завода-шефа, да и
не всякий изобретет то, с чем в эти организации следует
обращаться: ведь многие юные изобретатели конструи-
руют «для себя». Но их работа может оказаться интересной
и полезной и для других людей, а также для народного хо-
зяйства и обороны страны. Поэтому юным техникам можно
посоветовать: посылайте свои предложения (описание и чер-
тежи или фотографии) в журналы «Юный техник» и «Моде-
лист-конструктор». Там их рассмотрят опытные техниче-
ские специалисты. Если предложение окажется интерес-
ным, то в журнале о них напишут. А в «Юном технике» уже
несколько лет работает патентное бюро, которое выдает
автору предложения свое авторское свидетельство. Если
окажется, что предложение юного техника может быть по-
лезным народному хозяйству, то редакции журналов помо-
гут автору его оформить в Государственном комитете по
делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
или в ВОИРе.

Авторское свидетельство «Юного техника» (рис. 85) или
публикация предложения в журналах подтверждение того,
что автор предложения умеет технически мыслить и имеет
данные для того, чтобы стать в дальнейшем инженером.

Мы изложили здесь весьма малую толику тех сведений,
которыми должен располагать инженер («изобретательный
человек» — в дословном переводе с французского). Глав-
ное — это пробудить интерес, подтолкнуть хоть одного из
сотни читателей этой книги к изобретательству и инженер-
ной, технической, творческой деятельности.

«А при чем тут звездные часы?» — скажут некоторые,
закрывая книгу в недоумении.

Известный писатель Стефан Цвейг называл жизнь вели-
ких ученых, поэтов, изобретателей «звездными часами чело-
вечества». В тысячелетних буднях истории жизнь каждого
из них — не более чем краткий взблеск, крохотный час.
Но этот час приближал человечество к звездам, открывал
людям новые горизонты.

Пусть и ваша жизнь, дорогие юные читатели, станет
«звездным часом», пусть она будет вся отдана творчеству и
победам — над собой, над материалом, над Природой!..
СОДЕРЖАНИЕ

Глава /
ЧТО ТАКОЕ ИНЖЕНЕР.................... 3

ГЛАВА II
ЯЗЫК И МЫСЛЬ........................ 19

ГЛ А В A III
НАУКИ ТЕХНИКУ ПИТАЮТ................ 83

ГЛ А В А IV
МАТЕРИАЛЫ ТЕХНИКИ................... 73

ГЛАВА V
ДЕТАЛИ МАШИН ...................... 105

ГЛ А В А VI
«ЗВЕЗДНЫЕ ЧАСЫ* ................... 154

ДЛЯ СРЕДНЕГО И СТАРШЕГО
ВОЗРАСТА

Моисей Исаакович Негримовский

ИНЖЕНЕР НАЧИНАЕТСЯ В ШКОЛЕ

Ответственный редактор М. А. Зарецкая. Художественный
редактор И. Г. Найденова. Технический редактор И. Я- Ко-
лодная. Корректоры В. В. Борисова и Г. Ю. Гнетова. Сдано
в набор 4/Ш 1974 г. Подписано к печати 6/IX 1974 г.
Формат 84хЮ81/32. Бум. типогр. № 1 Печ. л. 5,5. Усл. печ.
л. 9,24. Уч.-изд. л. 9,24. А02883. Тираж 100 000 экз.
Заказ № 1205. Цена 44 коп. Ордена Трудового Красного
Знамени издательство «Детская литература». Москва, Центр,
М. Черкасский пер., 1. Отпечатано с матриц Ордена Трудо-
вого Красного Знамени фабрикой «Детская книга» № 1.
Росглавполиграфпрома Государственного Комитета Совета
Министров РСФСР по делам издательств, полиграфии и
книжной торговли.Зак 3620» Москва, Сущевский вал, 49.
Цена 44 коп.