История развития редуктора

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Античность

2. Средние века

3. Новое время

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

История редуктора: от древних времен до наших дней

Легенда об изобретении Архимедом многоступенчатого редуктора и червячной передачи - механизмов, примененных для перемещения корабля «силой одного человека», появилась еще в античные времена. Такой механизм, как полиспаст с достаточным числом блоков, был описан задолго до Архимеда и вполне мог им использоваться для перемещения триер, весивших более сотни тонн. То же относится и к многоступенчатым зубчатым передачам. Однако многоступенчатые редукторы не нашли (да и не могли найти) широкого применения в античности, когда главным источником энергии была сила людей и животных, которые в принципе не могли развивать больших мощностей и скоростей. Древние греки и римляне в основном довольствовались такими нехитрыми механизмами, как одиночный блок и ворот, просто потому, что большего им и не требовалось.

1. АНТИЧНОСТЬ

Первое применение зубчатых передач началось несколько тысячелетий назад. В Древнем Египте на берегах Нила для орошения плодородных земель уже использовались оросительные устройства, состоявшие из деревянной зубчатой передачи и колеса с большим числом ковшей. Такое устройство приводилось в действие быком. Вода поднималась на более высокий уровень и по каналам доставлялась к потребителю.

Первоначально зубчатые колеса изготовлялись ремесленниками и имели самую простую форму.

Для откачки воды из шахт или подъема воды для орошения в древности использовались как архимедовы винты, так и водочерпальные колеса. Это устройство - «архимедов винт» (рис.1) - состояло из наклонной деревянной трубы, погруженной одним концом в воду, подлежащую откачке. Внутри трубы была укреплена винтовая переборка. «Улитка» вращалась мускульной силой рабов или животных. Вода выливалась из верхнего конца трубы. Использовался «архимедов винт» и для откачки воды из трюмов больших грузовых судов. Сами по себе нехитрые механизмы, тем не менее, они означали гигантский технологический прорыв человечества.

Рисунок 1 - Архимедов винт

В книге Герона Александрийского «Механика», дошедшей до нас полностью лишь в арабском переводе, Герон подробно рассматривает простые механизмы (ворот, рычаг, блок, клин, винт), зубчатые передачи и другие более сложные механизмы. «Механика» Герона являлась своеобразной энциклопедией античной техники. По-настоящему полезным было следующее изобретение Герона. Герон изобрел механизм, названный им одометром (измерителем пути). (рис.2)

Рисунок 2 - Одометр Герона

В настоящее время такие приборы называются в зависимости от назначения спидометрами и таксометрами. Годометр Герона состоял из системы зубчатых колес, приводившихся в движение при езде повозки. Пройденный путь фиксировался стрелками на циферблате с делениями. Усовершенствовав водяные часы (клепсидру), известные в Греции с V века до н. э., древнеримский изобретатель Витрувий в I веке до н. э. присоединил к клепсидре механизм, где зубчатое колесо, приводимое в движение поплавком, передвигало стрелки на циферблате. Это был один из первых примеров создания привода с постоянной заданной скоростью вращения. Однако в конструкции древних часов входили зубчатые колеса, но регулирование их движения, т. е. измерение времени, производилось скоростью истечения воды. Поэтому отличительным признаком клепсидры служат не сами зубчатые колеса и не гири как движущая сила, а именно течение воды. Древними римлянами в это же время была изобретена и широко начала использоваться мельница на водяном колесе (рис.3), в которой применялись зубчатые передачи. Витрувий описывает большое лопастное колесо, которое приводилось в движение водой с помощью двух поставленных под углом зубчатых колес. Это колесо и вращало жернова, на которых размалывалось зерно.

Рисунок 3 - Водяное колесо

А вот найденный в 1901 году археологами на затонувшем судне античный астрономический прибор, известный как «компьютер Антикиферы» (рис.4), изготовленный из бронзы, служил для определения положения Луны и Солнца. Это оказался очень сложный прибор, состоящий из десятков зубчатых колес. Механизм загадочного артефакта сложнее любого другого устройства, относящегося к древнегреческой культуре. В нем применены дифференциальная передача (считалось, что она была изобретена не ранее XVI века), бронзовые шестерни, циферблаты со стрелками. При этом уровень механической обработки деталей (их размеры и сложность изготовления) сравним с тем, что был достигнут в производстве механических часов XVII века. Изготовленный в I веке до н.э., этот древний «компьютер» предвосхитил и массовое появление астролябий и механизмов на основе зубчатых колес (первых редукторов) в Западной Европе в Средние века, и создание механических арифмометров в XX веке.

Рисунок 4 - Компьютер Антикиферы

Несомненно, это меняет наши представления об уровне развития античной цивилизации и о влиянии технологий на ход исторического развития. Чем же является «компьютер Антикиферы» - результатом технической эволюции некой исчезнувшей «цивилизации Атлантиды» или прорывом античного духа, преобразившего косную материю в упорядоченный механизм?

Сама по себе идея механической передачи восходит к идее колеса. Простейшая колесная передача работает следующим образом. Пусть два колеса с параллельными осями вращения плотно соприкасаются своими ободьями. Если одно из колес начинает вращаться (его называют ведущим), то благодаря трению между ободьями начнет вращаться и другое (ведомое). Причем пути, проходимые точками, лежащими на их ободьях, равны. Большее колесо будет делать, по сравнению со связанным с ним меньшим, во столько же раз меньше оборотов, во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. Если ведомым будет меньшее колесо, мы потеряем на выходе в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится в два раза. Эта передача удобна там, где требуется «усилить движение» (например, при подъеме тяжестей). Таким образом, применяя систему из двух колес разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. В реальной практике передаточные колеса с гладким ободом почти не используются, так как сцепления между ними недостаточно жесткие и колеса проскальзывают. Этот недостаток античными изобретателями был устранен - вместо гладких колес начали использовать зубчатые. Так и появились первые редукторы. Но широкое распространение они получили значительно позже.

2. СРЕДНИЕ ВЕКА

Леонардо Да Винчи: «Тот, кто порицает высшую точность математики, кормится за счет путаницы и никогда не отступится от уловок софистических наук, порождающих бесконечную болтовню».

В это время появляются новые источники энергии для нужд ремесел и промышленности. Соответственно, возникает необходимость преобразовывать параметры вращательного движения. Эпоха Возрождения была своеобразным историческим итогом, воплотившим лучшие достижения тысячи лет европейского и арабского Средневековья.

Гений эпохи Возрождения, Леонардо Да Винчи, оставил потомкам множество записей, чертежей и даже действующих моделей различных механизмов, использующих колесные зубчатые передачи. В Средние века существовали только два механических двигателя - ветряной и водяной. Леонардо одним из первых в полную силу заставил служить людям еще одну энергию - потенциальную энергию упругости. Именно эти источники энергии и служили основой устройств и механизмов, спроектированных Леонардо. Это и шагомер, и механическая пила с вертикальным полотном. Токарный станок с педальным приводом он снабдил массивным маховым колесом, которое обеспечивало равномерное вращение. Печатный станок Леонардо дополнил устройством для автоматической подачи листов бумаги - так появился прототип современного принтера с автоподачей бумаги. Механику Леонардо не зря называл «раем математических наук», именно в этой области разум гения взмывал в неведомые и беспредельные высшие сферы творчества. зацепление орошение двигатель привод

В наследии Леонардо оказались представлены (правда, невостребованные при жизни гения) весьма сложные и разнообразные варианты зубчатых передач, начиная от простейшей, так называемой цевочной, где зубьями колес служат цилиндрические шпеньки, до весьма сложной глобоидной червячной, в которой поверхность ведущего элемента (винта или червяка) имеет вогнутую форму и охватывает ведомую шестерню под большим углом. Леонардо начертил эскизы устройств для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Он сконструировал коническую и спиральную передачи, придумал роликовую цепь, которая и сегодня применяется в велосипедах, мотоциклах и множестве других механизмов. Конструирование сложных машин и их элементов привело Леонардо к созданию основ теории передаточных механизмов - пространственных и плоских зубчатых зацеплений, передач с гибкими звеньями и с переменными скоростями вращения. Оно послужило фундаментом, на котором спустя века выросла классическая инженерная механика, обретшая строгую математическую форму только в Новое время, когда индустриализация Европы востребовала все накопленное цивилизацией научное наследие. Еще одно значение Леонардо - он был реалистом, одним из предтеч классической науки, который своим появлением ознаменовал отказ передовой мысли Европы от мистических соблазнов и пустых поисков алхимии: «О, искатели вечного движения, сколько пустых проектов создали вы в подобных поисках! Прочь идите вместе с делателями золота!»

3. НОВОЕ ВРЕМЯ

Промышленная революция ознаменовалась переходом от деревянных передач к металлическим. Ветряные и водяные движители уже могли создавать усилия, которые не выдерживали деревянные детали. Поиск новых источников энергии и создание механизмов, способных заменить ручной труд, явились одним из основных факторов промышленной революции. Только во Франции к началу 18 века имелось 80 тыс. мукомольных мельниц, 15 тыс. мельниц, используемых в промышленных целях, и 500 мельниц для измельчения железной руды. По сравнению со Средними веками, передаточные механизмы начали использоваться очень широко. От мельниц с помощью зубчатых и ременных передач приводились в движение токарные станки, сверлильные станки, роликовые станки для получения металлических листов и ротационные резаки для их разрезания, вентиляторы для шахт, шахтные подъемники и насосы для шахт с цепным приводом. Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное с целью приведения в действие ударных устройств средневековые мастера стали применять кулачковый и кривошипный механизмы. Таким образом, механизированные фабрики Европы Нового времени в результате промышленной революции заменили ручной труд машинами, а также сконцентрировали большие мощности на относительно небольших площадях. Однако передаточные механизмы были в 17-18 веках достаточно громоздкими и неэффективными. Именно в это время ученые-механики начали разрабатывать классическую теорию зацепления профилей зубьев (Ф.Делахир, М.Камус, Л.Эйлер).

Рисунок 5 - Паровая машина

С появлением паровой машины возникла необходимость в передаче еще больших мощностей. Соответственно, потребовалось конструировать металлические редукторы. К 1850 году ткацкие станки с механическим приводом были уже втрое производительнее ручных станков. Более дешевая энергия дала возможность повысить быстродействие станков, и это укрепило их экономическое преимущество. Паровой двигатель был достаточно мощным, чтобы приводить в движение несколько текстильных станков, и соответствующие станки приходилось размещать вокруг двигателя. Паровой двигатель также сделал возможным размещение производств не только у воды, а там, где были уголь, рабочие руки, рынки сбыта и транспорт. Новое время проводило и селекцию самых оптимальных конструкций зубчатых передач - тиражироваться начинали именно те, что давали максимальный экономический эффект. К середине 19 века, по-видимому, следует отнести появление первых серийных редукторов. Ну а появление во второй половине 19 века электрического привода, бензиновых и дизельных двигателей означало разработку редукторов с заданными параметрами. Зубчатые механизмы предназначались для передачи вращательного движения от высокооборотных двигателей и преобразования (снижения) его параметров. Даже самые первые электродвигатели и ДВС обладали скоростью и моментом, как правило, не подходящим для использования в технологическом процессе.

Это сегодня трудно найти такую машину, в которой нет зубчатого механизма. Они применяются практически во всех машинах, во всех разновидностях технологического оборудования. Но, как мы видим, зубчатые передачи прошли многовековой путь развитии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сегодня трудно найти такую машину, в которой нет зубчатого механизма. Они применяются практически во всех машинах, во всех разновидностях технологического оборудования. Во второй половине XIX века количество и сложность технических изобретений разнообразных машин и механизмов, использующих зубчатые передачи, достигло критической массы, и ученые примерно к 1890 году создали научные основы теории зацеплений, а приблизительно к середине 1970-х годов сформировалась современная теория зацеплений. В настоящее время в развитии теории зацеплений продолжается период, ориентированный на компьютерные технологии

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дильс, Г.А. Античная техника/ Г.А. Дильс - Гос. техн: теор. изд-во, 1934.

2. Паллион,.М.В. Десять книг об архитектуре./ .М.В. Паллион - М.: «Архитектура-С», 2006.

3. Бабичев, Д.Т. Развитие теории зацеплений и формообразования поверхностей на основе новых геометро-кинематических представлений / Д.Т. Бабичев дисс. … докт. техн. наук. - Тюмень, 2005.

Размещено на Allbest.ru