Техника - молодёжи 1953-03, страница 19

Инженер П. МУРОВ

Сотни оборотов в минуту гребного винта — и корабль стремительно разрезает ровную гладь моря. 1 ООО (и больше) оборотов в минуту колес автомобиля — и сверкающий «ЗИМ» летит по влажному асфальту шоссе. 1 500 оборотов в минуту воздушного винта — самолет парит между облаков. Со скоростью тысяч оборотов в минуту вращаются и шпиндели советских металлообрабатывающих станков и роторы гигантских паровых турбин.

И во всех этих машинах между двигателем — источником энергии — и исполнительной деталью «построен» чудесный «мост», по которому передается энергия. Этот «мост» — передаточный механизм, и главную роль в нем очень часто рхграют зубчатые колеса.

Но зубчатая передача — это не просто пассивный «мост». Нет, этот «мост» в зависимости от воли своего творца — конструктора — активно вмешивается в движение «грузового потока», преобразует и скорость и рабочее усилие машины, обеспечивает ее точность. Он надежно служит в крохотных прячущихся в ладони человека карманных часах, — только лупа и пинцет помогают разобраться в лабиринте сцепленных очень малых шестеренок. И он же обеспечивает передачу движения от гигантских турбин, — тогда этот «мост» состоит из зубчатых колес диаметром до б м; человек, поставленный рядом с таким колесом, выглядит карликом.

Об этой удивительной, почти вездесущей детали машин и пойдет речь в нашей статье.

РАЗВИТИЕ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА

Еще несколько тысячелетий назад в странах древнейшей культуры (Китай, Египет) для перекачки воды из рек и озер в оросительные каналы применялись огромные колеса, полупогруженные в воду. По окружности колеса прикреплялись ковши-черпаки. Оно приводилось в движение воротом — колесом, насаженным на тот же вал, что и водоподъемное колесо. Рабы вращали ворот руками. Но на гладкой поверхности этого ворота не было никаких точек опоры для рук, работа шла плохо, затрачивалось много сил, а колесо вращалось медленно, воды подавало мало. И тогда неизвестные древнейшие изобретатели — одно-временйо в разных странах — начали устанавливать по окружности обода коле

ЯНЯЕЕЕЕЕВШЯ изачайн

основ» техники

Предтечу зубчатых колес и сегодня можно встретить в некоторых странах Азии и Африки.

механизмах. Стали изготовлять зубчатые колеса из металла. Появились механизмы с передачами движения не через два, а через несколько колес.

Простейшей грузоподъемной машиной в те времена был обыкновенный вал с намотанной на него веревкой. Сравнительно небольшое усилие передавалось от рукоятки через систему связанных зубчатых колес на этот вал, веревка наматывалась на него и поднимала груз. Но стоило отпустить рукоятку, и поднятый и ничем не удерживаемый груз снова опускался. Древ

ние механики -много потрудились над устранением этого недостатка. Они ввели в устройство ворота винт и сцепили его витки с первым зубчатым колесом. Но чтобы осуществить такое сцепление, пришлось изобрести новую форму зуба. Теперь, когда рукоять отпускали, винт играл роль тормоза зубчатой передачи и поднятый груз не опускался. В то же время это устройство позволило передавать, хотя бы в одном направлении, движение между двумя скрещивающимися валами.

Такой механизм был построен древним механиком Героном Александрийским еще за 100 лет до нашей эры. Винт, введенный в зубчатую передачу, в наше время называется «червяком», связанное с ним колесо - червячным зубчатым колесом, а вместе они составляют червячную «пару».

В начало XVI столетия гениальный Леонардо да Винчи — художник, скульптор, строитель и механик — столкнулся с трудной технической задачей: как передать между двумя скрещенными в пространстве валами усилие в обоих | направлениях. Решая эту задачу, он создал зубчатые колеса, в которых верхняя кромка зуба была оформлена в виде отрезка очень крутой винтовой линии. Получились совершенно новые, так называемые «винтовые» зубчатые колеса.

Непрекращавшееся совершенствование мукомольного дела и часового производства и возрастание скоростей в машинах уже в XVII столетии поставили перед механиками очень важную техническую задачу —устранить в зубчатых передачах трение, которое получалось в результате скольжения одного зуба по поверхностей другого, добиться, ^тобы при раа&номерноы движении ведущего колеса ведомое тоже вращалось строго равномерно» Кроме того, мощности водяного колеса на крупных мукомольных мельницах оказалось недостаточно, чтобы преодолеть возросшее сопротивление трения в передаточном механизме.

Отмечая этот факт, К. Маркс писал: «Увеличение размеров передаточного механизма вступило в конфликт с недостаточной силой воды; это было одним из обстоятельств, которые побудили к более точному исследованию законов трения».

Эту задачу решали не только механики, но и ученые-математики,

Рис. А. ПЕТРОВА и С. НАУМОВА

са прочные деревянные штыри, за которые и держались теперь рабы, вращавшир колесо.

Для приведения в движение больших колес человеческой силы оказалось недостаточно. Приходилось обращаться к силе животных — лошадей, волов. Но эти «двигатели» не могли приводить во вращение колесо с горизонтальной осью. Они могли передвигаться лишь в горизонтальной плоскости и, следовательно, могли вращать колесо с вертикальной осью. Задача состояла в том, чтобы механически связать эти два колеса. Для этого горизонтальное колесо также снабдили штырями и оба колеса установили так, что их штыри-зубья сцепились. Как только животное начинало вращать первое колесо, приходило во вращение второе, черпаки захватывали воду и поднимали ее вверх. Так впервые с помощью зубчатых <колес был осуществлен механизм для передачи движения от двигателя через промежуточное звено к рабочему органу и в то же время передача вращения от вертикального вала к горизонтальному валу.

Решение этой важнейшей технической задачи натолкнуло древних механиков на мысль о возможности использования зубчатой передачи в грузоподъемных и мельничных