История конструирования

Одним из отличий современного общества от первобытного считается использование машин и механизмов в своей деятельности.

Применение предметов, усиливающих возможности рук (палки, камни), и особенно освоение дополнительных источников энергии (костёр, лошадь) не только позволило человечеству выжить, но и способствовало в дальнейшем победу над, как правило, враждебными силами природы.

Жизнь людей, даже самых отсталых племён, теперь немыслима без различных механических устройств и приспособлений (греч. "механа" – хитрость).

Витрувий Марк Поллион, бывший при Юлии Цезаре и императоре Августе инженером и архитектором, составил в 33... 16 г. до н.э. руководство в десяти книгах «Об архитектуре», где описал для римлян опыт, накопленный в Греции и других странах, по проектированию машин. Он определил машину как вещественное сооружение, приносящее очень большую пользу при передвижении тяжестей. Через 1600 лет после Витрувия это определение практически не изменилось: немецкий ученый Цейзинг называл машиной сооружение, оказывающее исклю­чительные услуги при передвижении тяжестей.

Рис.1.1. Механизм ворота из труда «Артиллерия Витрувия»

Саксонский инженер Якоб Леупольд (1674-1727), система­тизировавший в десяти томах книги «Театр машин» подъемно-транспортные, мукомольные и другие конструкции, дал более широкое определение: машина, или приспособление, есть ис­кусственное произведение, при помощи которого могут осу­ществляться движения, а также экономиться время и сила, чего нельзя было бы достигнуть иным образом.

В те времена уже имелись некоторые виды технологических и транспортирующих машин. Первая группа связана с преоб­разованием формы или самого обрабатываемого материала – станки, сельскохозяйственные и строительные машины; вторая – с перемещением материалов, как правило, на ограниченное расстояние – грузоподъемные краны, элеваторы, водоподъем­ные устройства (В настоящее время первая группа дополнилась роботами, вторая — конвейерами). Кроме того, появились транс­портные и энергетические машины. Транспортные машины обеспечивают перемещение грузов и пассажиров на значитель­ные расстояния (велосипеды, автомобили, локомотивы, тепло­ходы, самолеты); энергетические машины преобразуют энер­гию из одного вида в другой (дизель-генераторы, турбогенера­торы и др.).

С тех же пор наметились основные закономерности устройства и функционирования механизмов и машин, сложились наиболее рациональные и удобные формы их составных частей – деталей. В процессе механизации производства и транспорта, по мере увеличения нагрузок и сложности конструкций, возросла потребность не только в интуитивном, но и в научном подходе к созданию и эксплуатации машин.

Само слово "механика" в древности толковалось как "искусство (уловка, хитрость, умение) построения машин.

Закон Архимеда о равновесии рычага – основа для развития приводов

Архимед (287-212 до н.э.) - математик, механик и астроном; он первым из мыслителей древности занялся конструкторской деятельностью. Архимед жил в г. Сиракузы на острове Сицилия в эпоху Пунических войн, которые велись между Римом и Карфагеном. Город Сиракузы являлся центром средиземномор­ской торговли, и его хотели подчинить себе как та, так и другая враждующие стороны. Благодаря машинам Архимеда город два года оборонялся от римских войск Марка Клавдия Марцелла.

Архимед, как известно, сформулировал закон равновесия рычага: «силы обратно пропорциональны плечам». (1.1.) Рычагом пользовались и до Архимеда, понимая, что с его помощью можно сдвигать огромные тяжести. Архимеду как механику было известно, что силы тяжести тел пропорциональны их объемам и что эти силы следует считать приложенными в центрах масс (центрах тяжести) тел. Заслугой Архимеда как математика в данном случае является огромная трудоемкая и не лишенная математического изящества работа по вычисле­нию объемов и координат центров масс (центров тяжести) различных фигур: от цилиндра, шара, конуса, сегмента шара до тел, получаемых при вращении гиперболы и эллипса. Эти знания в механике и достижения в математике позволили ему математически точно доказать справедливость закона равнове­сия рычага.

F_рL_р – F_грL_гр = 0

Рис. 1.2. Рычаги: а) первого рода; б) второго рода

В современном представлении машину определяют как устройство, содержащее двигатель (источник механической энергии); механизм (совокупность звеньев, преобразующих движение и силы); рабочее оборудование ("рабочий орган", инструмент, выходное звено) и систему управления ("мозг машины"). Машины – это существенная часть искусственного мира. Основная их черта – заметное для человека движение в отличие от другой части мира, представляющей собой неподвижные сооружения. Принципы создания и функционирования машин и сооружений в большей части общие, чем раздельные.

Так или иначе, многим приходится участвовать в создании новой техники (этим, кстати, напрямую и косвенно занимается около 1/3 специалистов на земле). Начинать готовиться к этому нужно как можно раньше. С самого начала надо понять, почему технику следует всё время совершенствовать. Совокупность новых знаний (их еще называют интеллектуальной собственностью) в стоимости современной машины составляет большую её часть. Чтобы создавать новые машины, можно, конечно, покупать чужие знания и опыт, но в этом случае мы заведомо будем отставать от тех, кто уже разработал и выпускает машины. Нам ведь потребуется ещё много времени и материальных средств, чтобы ВОПЛОТИТЬ какую-либо идею в жизнь. Поэтому стоит самим получать новые технические решения. Для этого нужно тщательно изучать весь предшествующий опыт. Никогда не начинайте создавать новое с пустого места (особенно не делайте этого, разрушив старое), постарайтесь только усовершенствовать уже известное. А ещё при создании машин необходимо усвоить следующие три правила:

- машина должна быть безопасной и не причинять вреда людям и окружающей среде;

- её нужно делать аккуратно и точно в соответствии с намеченной рабочей задачей;

- она должна быть красивой и удобной.