Чтение онлайн

Таким образом, исследование структуры механизма — лишь первый этап изучения той схемы, которая в дальнейшем приведет к созданию и механизма и затем всей машины. Это в том случае, если механизм уже находится в нашем распоряжении и нужно проверить его пригодность для предписанных ему целей. В таком случае решение однозначно, так как структурный скелет машины един, и если мы даже применим к машине разные структурные разбиения и применим к ней какую-либо «неортодоксальную» структурную систему, все равно результат будет одним и тем же.

Противоположная задача — построение механизма по заданным условиям является принципиально иной; как уже говорилось, она многозначна. Для решения одной и той же кинематической задачи можно использовать различные схемы механизмов, они могут содержать в своем составе и разные кинематические пары. Кроме того, при этом необходимо учитывать также самые различные динамические параметры (технологические и экономические условия, требования обслуживания и ремонт, требования надежности и долговечности, а также многие другие условия) в каждом конкретном случае.

Как показал опыт конструкторской работы, в этих случаях значительную помощь могла бы оказать классификация механизмов по функциональным признакам, к такому решению пришел и сам Артоболевский, а его последователь — известный советский механик Сергей Николаевич Кожевников — предложил следующую классификацию механизмов по функциональным признакам: механизмы для сообщения ведомому звену вращения с постоянной угловой скоростью (зубчатые передачи, фрикционные передачи с цилиндрическими и коническими катками, ременные, канатные и цепные, червячные, шариковые); механизмы для сообщения ведомому звену вращения с эпизодически ступенчато изменяющейся угловой скоростью (коробки скоростей из зубчатых колес, ступенчатая ременная и цепная передачи); механизмы для сообщения ведомому звену вращения с переменной угловой скоростью — реверсивные и нереверсивные (передачи некруглыми зубчатыми колесами, некруглыми шкивами, кулачковые механизмы с качающимся коромыслом, двухкривошипные четырехзвенные механизмы, механизмы с вращающейся кулисой, рычажно-зубчатые, кулачково-зубчатые); механизмы для бесступенчатого изменения скорости ведомого звена (гидравлические и фрикционные передачи, передачи гибкой связью, жесткие бесступенчатые); механизмы для сообщения возвратно-поступательного движения с постоянной скоростью (зубчатое колесо и червяк или рейка, гидравлические передачи), а также рычажные механизмы, осуществляющие приближенно движение с постоянной скоростью на некотором участке); механизмы для сообщения ведомому звену движения с увеличенной средней скоростью обратного хода (различные рычажные механизмы, в частности кулисные); механизмы с регулируемым ходом ведомого звена; направляющие механизмы (точные и приближенные) ; механизмы для движения с остановками (храповые и анкерные, мальтийские и звездчатые, рычажные, кулачковые) ; реверсные механизмы, дающие возможность изменять направление вращения или поступательного движения ведомого звена (ременные и гидравлические, фрикционные передачи); компенсирующие и уравнительные механизмы; предохранительные механизмы; суммирующие механизмы и дифференциалы; механизмы для выполнения различных математических операций и для воспроизведения функциональных зависимостей; механизмы регуляторов и модераторов; механизмы с автоматическим регулированием скорости ведомого звена при изменении нагрузки; механизмы управления.

Таким образом, мы познакомили читателя с тремя различными видами классификации механизмов—рабочих органов машин. Сначала мы рассмотрели классификацию механизмов по роду их исполнения и отметили тот факт, что исследование механизмов, подобных по своему построению, проводится подобными методами. Затем мы указали на то, что все механизмы любого построения и с любыми кинематическими парами принципиально воспроизводимы, хотя бы для мгновенных перемещений, при помощи шарнирных рычажных цепей, что дало нам возможность глубоко проникнуть в сущность механизмов, выработать стандартные методы исследования, применимые ко всем механическим системам вообще. Наконец, классификация по функциональному назначению оказалась удобной с точки зрения конструктора, так как она дает в его распоряжение значительный справочный материал. Однако механизмы, относимые по функциональному нажначению к определенной группе, исследуются с помощью различных методов, и наоборот, механизмы, относимые к разным подразделениям этой классификации, изучаются подобными методами.

Интересно еще одно обстоятельство. Изложенные здесь идеи в равной степени применимы и к тем машинам и механизмам, которые окружают нас, и к тем. которые были созданы после оформления изложенных идей по систематике механизмов, и к тем, которые были построены на протяжении многих прошедших столетий. Принципы построения машин и составляющих их механизмов остаются неизменными на протяжении веков. Машины, изменяясь, все более и более приближаются по сложности к живым существам, и все же их структура остается неизменной. Если бы мы захотели анализировать какую-либо машину, построенную несколько столетий назад, то могли бы найти в ее схеме все те же группы классификации Ассур а—Артоболевского, которые мы находим в современных нам механизмах. Принципы создания машин остаются неизменными, и вероятно, и в дальнейшем эти принципы будут служить машиностроителям.

Становление машин нового типа, машин автоматического и автономного действия влило новое содержание в теорию структуры механизмов; изучение кинематических цепей открытого вида и их характерных особенностей дает возможность развить далее те математические идеи, которые были впервые заложены в теорию структуры механизмов. Так же, как история машин, раз начавшись, продолжается, точно так же и структурный анализ машин и механизмов продолжает развиваться и, несомненно, даст новые результаты, которые найдут свое применение в практическом машиностроении. 

Если мы построим структурную схему машины и с ее помощью в качестве одного из вариантов поставленной задачи составим кинематическую схему, то тем самым мы создадим «скелет» будущей машины. Для того чтобы этот скелет стал машиной, все составляющие его звенья должны приобрести нужную форму, а все кинематические пары—получить реальный вид. При этом должно быть учтено и то, что в каждой паре происходит трение, которое необходимо снизить.

Цель создания машины — выполнение определенной работы, и она должна быть снабжена рабочим органом, предназначенным для этой цели. Машина должна работать в движении, и следовательно, должен быть двигатель или целая система двигателей в том случае, если машина в соответствии со своей структурой имеет несколько ведущих звеньев. А для того чтобы сам двигатель был приведен в движение, необходимо к нему непрерывно доставлять рабочее «тело», которое он переработает и в результате получит нужное количество энергии. На протяжении веков существования и развития машин неоднократно менялся их двигатель. Сначала это была сила человека и животных, замененная затем водой и ветром. И, что очень важно, в процессе создания и совершенствования машины человек овладевает круговым движением. Но, конечно, переход от вращения рукоятки ворота к водяному колесу не был простым, и лишь гениальный ум какого-то безвестного древнего инженера создал это чудо.

Приведение в движение машин с помощью... живых сил. Даже когда к движущей силе воды присоединилась и движущая сила ветра, все же значительная часть машин приводилась в действие силой человека и животных. Просматривая труды механиков XVI— XVII вв. и даже XVIII в., мы найдем в них много примеров использования живых сил для приведения в действие машин.

Еще в I в. до н. э. было описано водоподъемное колесо, которое приводилось во вращение ногами раба. Спустя полторы тысячи лет появляется описание водоподъемного устройства, служащего для подъема воды из рудников и шахт. Бадья с водой висит на канате, наматывающемся на барабан, который приводится во вращение через зубчатую передачу от другого вала. С последним жестко связано ступальное колесо, которое вращают, толкая его ногами два человека. Интересно, что коленчатый вал впервые появляется в технике как удобное приспособление при использовании людского труда для привода мельницы.

Среди машин эпохи Возрождения есть несколько ступальных колес: среди них такие, которые работник вращает в основном своим весом, и такие, которые вращает сидящий человек мускульной силой своих ног, есть и наклонное ступальное колесо, плоскость круга которого работник отталкивает ногами, держась руками за горизонтальную штангу. Были и некоторые другие варианты применения силы человека для приведения в действие машины. Так, подъемные краны, работавшие в некоторых морских портах, имели в качестве двигателя барабан большого диаметра, внутри которого бегали (как белка в колесе) несколько человек.

Даже в эпоху буржуазных революций и изобретения парового двигателя машины, работавшие в городских цехах, приходилось приводить в движение силой животных или чаще силой человека, что было удобнее. По свидетельству одного из крупнейших деятелей Французской буржуазной революции, прозванного «организатором ее побед», военного специалиста, математика и механика Лазара Карно, в то время был изобретен новый, весьма остроумный способ приложения силы человека к машинам. Крупным преимуществом этого нового способа было то, что человек попеременно действует ногами и руками на большую рукоятку, которая движется вперед и назад, и при этом -сидит, что «весьма облегчает его труд и дает возможность использовать на машину ту силу, которую он затратил бы на поддержание себя в стоячем состоянии».