Творения рук человеческих (Естественная история машин) - [27]

Таким образом, несмотря на то что вопрос о профилировании зубчатых колес был уже давно решен в трудах механиков, практики все еще не вполне представляли себе его сущность. Объясняется это тем, что значительная часть продукции машиностроительных заводов все еще была занята индивидуальным производством машин по заказам и колеса не были стандартизированы: заводы и не были заинтересованы в этом, они не хотели терять заказов на производство запасных частей для поставленных ими ранее машин. Однако вскоре уже возрос спрос на серийную и массовую продукцию. Понятие зубчатого зацепления первоначально применялось лишь для обозначения числа зубьев колес.

В последней четверти прошлого века производство колес полностью переходит на научную основу: колеса стандартизируются, и возникает возможность заменять изношенные колеса соответствующими запасными колесами. Постоянно развивается и совершенствуется ассортимент колес, и для того чтобы удовлетворить всевозрастающим требованиям машиностроения, изобретаются новые типы колес, имеющие более совершенные механические характеристики.

Как мы уже говорили, подавляющее большинство колес профилируются по эвольвенте, и в сущности, в этом отношении единственным путем улучшения их качества было совершенствование их механической обработки и износоустойчивости. Лишь в середине XX в. советский ученый М. Л. Новиков изобрел новый тип зацепления, получив на него авторское свидетельство. Тем самым был предложен принципиально новый класс пространственных зацеплений с точечным контактом для передачи с различным взаимным положением осей обоих зацепляющихся колес.

Но подобно тому как кости человеческого скелета служат человеку не по одиночке, но в сочетаниях, сочленяясь попарно, точно так же и зубчатые колеса (равно как и все прочие звенья механизмов) не имеют самостоятельного бытия и лишь в паре образуют механизм. Поэтому и вся история зубчатых зацеплений, начавшаяся в середине первого тысячелетия до нашей эры,—это история зубчатых механизмов. Начиная от элементарных сочленений двух колес, как это было в древнейших водяных мельницах и лебедках, сочленения колес умножаются: уже в первом веке нашей эры известно несколько типов развитых редукторов. Сейчас описано около семисот зубчатых механизмов. При этом все чаще появляются новые типы механизмов, в которых комбинируются не только зубчатые сочленения, но и зубчатые с рычажными, с винтовыми и другими типами механизмов.

Кулачковые механизмы. Как уже говорилось, кулачковые механизмы сходны с зубчатыми, т. е. их можно рассматривать как зубчатые колеса с одним зубом в сочетании с обычным зубчатым колесом. Такие механизмы и существуют в действительности, их применяли в некоторых типах вычислительных машин. Все же основная схема кулачкового механизма—это вращающееся звено, кулачок и второе звено, приводимое в движение кулачком, которое или движется поступательно по прямой линии между двумя крайними точками, или закреплено в одной точке и качается около нее, описывая дугу.

Особенное развитие получили кулачковые механизмы, когда появились технологические мельницы. Если в случае обычных мукомольных мельниц вращательное движение водяного колеса при помощи несложной передачи преобразовывалось во вращательное движение жернова, то теперь задача усложняется, поскольку вращательное движение надо преобразовать в поступательное. Это достигается следующим образом: к вращаемуся деревянному валу крепится деревянный же кулак, который на протяжении части своего оборота входит в зацепление с другим кулаком, прикрепленным к вертикально движущемуся штоку. Когда оба кулака входят в зацепление, шток поднимается на определенную высоту, а затем при разрыве зацепления падает, а прикрепленный к нему боек производит технологическую операцию. Так работает мельница-толчея для производства пороха, бумаги, крупы. Несколько по-другому работает кузнечный молот, «рукоятка» которого посажена на ось, закрепленную в подшипниках, и опускается кулаком. При этом боек, посаженный на противоположный конец рукоятки, поднимается на определенную высоту и падает, когда кулак выходит из зацепления с рукояткой.

Существовало еще несколько схем кулачковых механизмов, соответствующих технологическим операциям, для производства которых были устроены разного типа мельницы. В некоторых случаях от одного водяного или ветряного двигателя колеса приводилось в движение несколько технологических установок. В этом случае вводились промежуточные механизмы распределения.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания и необходимость обеспечить точную последовательность тактов работы двигателя вызвали необходимость решить задачу газораспределения с помощью кулачкового механизма. Кулачковый механизм прошлого века уже лишь отдаленно напоминает своего многовекового предшественника: большие скорости двигателя требуют точности от всех составляющих его звеньев, в особенности от формы рабочей поверхности кулачка, его профиля. В дальнейшем такой механизм становится одним из ведущих при создании машин автоматического действия: отдельные операции выполняются при помощи кулачковых механизмов, действующих в соответствии с так называемой циклограммой, т. е. законом движения ведомого звена.