Використання сучасних матерiалiв при виготовленнi моделей
Мiнiстерство освiти i науки України
Лисичанський педагогiчний коледж
Студента 4 курсу (ОКР)Бакалавр
Спецiальностi "Технiчна освiта"
Перевiрив: викладач
Загально технiчних дисциплiн
Вступ
1. Моделювання найпростiших технiчних об’єктiв
1. 1 Моделi i моделювання
2. Використання сучасних матерiалiв при моделюваннi
2. 1 Теоретичнi основи технiчного моделювання
2. 2 Матерiали для виготовлення моделi
Висновок
Вступ
не тiльки глибокi знання науково-технiчних i економiчних основ виробництва, але i спецiальнi знання i умiння по рацiоналiзацiї i винахiдництву. Основи їх повиннi бути закладенi ще в школi.
роботi вiн повинен формувати знання, розвивати творчi здiбностi школярiв, виховувати у них риси особи, необхiднi винахiднику, рацiоналiзатору, новатору виробництва.
1. Моделювання найпростiших технiчних об’єктiв
1. 1Моделi i моделювання
Що таке модель, коли вона з'явилася, де i для чого застосовується, яку роль грає в суспiльнiй практицi людей, в технiцi i науцi? Цi i безлiч iнших питань може викликати таке широко поширене поняття, як "модель". Тому вiдразу ж постараємося уточнити його змiст.
Школярi на питання "Що таке модель?" звичайно вiдповiдають: це зменшена копiя корабля, лiтака, автомобiля, ракети або якогось iншого рухомого, найчастiше - самохiдного технiчного об'єкту. Потiм звичайно уточнюються функцiональна сторона справи i ступiнь схожостi з оригiналом, прототипом: модель настольная або дiє - що лiтає, плаваюча, бiгаюча (схематична, напiвкопiя або копiя i т. д.).
Вiд настiльної моделi нiяких рухiв не вимагається, її призначення передати нам вiдомостi тiльки про зовнiшнiй вигляд об'єкту, розповiсти про те, як вiн виглядає iз сторони. Такi в бiльшостi своїй, наприклад, моделi парусних кораблiв, старовинних автомобiлiв, реактивних лiтакiв або моделей-фантазiй на зразок фотонних зорельотiв, позаземних мiст i iн.
Здавалося б, дивне сусiдство: каравела Колумба i надзвуковий винищувач. Але у людей, що iменуються моделiстами, цi речi, проте, прийнято розглядати приблизно на рiвних всього лише як настiльнi моделi (їх називають також макетами). Моделi парусникiв роблять, як правило, неплаваючими, а реактивних лiтакiв що не лiтають. І на те є свої цiлком об'єктивнi пiдстави.
Справа, перш за все в тому, що морськi, авiацiйнi та iншi моделiсти це люди, якi неодмiнно повиннi змагатися один з одним: чия модель швидше пройде дистанцiю, зробить бiльше кругiв у польотi, вище пiднiметься в повiтря, далi i точнiше пропливе пiд водою? За всi цi показники нараховується певна кiлькiсть очок i вiдповiдно до нього розподiляються мiсця на змаганнях.
Мiнiатюрнi старовиннi парусники за умовами змагань в гонках не беруть участь i з тiєї ж причини майже не лiтають моделi реактивних лiтакiв. У останнiх є, правда, i свiй, особливий для того привiд: ще не налагоджене масове виробництво модельних реактивних двигунiв, а уручну виготовляти їх дуже важко.
Людей, якi будують мiнiатюрнi лiтальнi апарати, зменшенi багато крат кораблi, автомобiлi, космiчнi ракети i потiм примушують всю цю саморобну мiкротехнiку плавати, їздити, лiтати, беруть участь з нею в змаганнях на спритнiсть i майстернiсть, iменують моделiстами, незалежно вiд професiї, роду занять. Сам же вид такої технiчної самодiяльностi називається моделiзмом (не моделюванням!) i вiдноситься до областi технiчних видiв спорту.
Тепер повернемося до поняття моделi. Слово "модель" походить вiд латинського modus, modulus, що означає - мiра, образ, спосiб i т. п. Його первинний сенс був пов'язаний з будiвельним мистецтвом, i майже завжди воно уживалося для позначення зразка, прообразу або речi, схожої в якомусь вiдношеннi з iншою рiччю. Цiлком iмовiрно, що саме таке найзагальнiше поняття слова "модель" послужило надалi пiдставою для використання його як науковий термiн у технiчних, природних, математичних, соцiальних i iнших науках.
"Десять книг про архiтектуру". У ньому автор приводить ряд прикладiв того, як в цiлях переконливостi i наочностi дiї нових конструкцiй бойових машин i знарядь створювалися їх моделi i як цi моделi випробовувалися. У книзi десятої свого трактату Вiтрувiй розповiдає, як "якийсь архiтектор на iм'я Каллiй приїхав в мiсто Родос, прочитав лекцiю i показав модель стiни зi встановленими на нiй кранами, що обертаються, якими вiн захопив гелеполь, що наближався до змiцнень, i перетягнув його по всю сторону стiни".
Люди почали використовувати моделi ще в тих часiв, коли не знали не тiльки теорiї подiбностi, але i взагалi нiяких фiзичних теорiй. Будiвельники храмiв i фортець Давнього Єгипту, водопроводiв Римської iмперiї перевiряли свої плани на моделях, зроблених з пiску, глини i каменя.
Першу спробу теоретичного обгрунтування методу моделювання зробив Леонардо да Вiнчi. "Говорять, - пише вiн, - що маленькi моделi нi в одному своїй дiї не вiдповiдають ефекту великих. Тут я маю намiр показати, що висновок помилково..." Далi Леонардо да Вiнчi намагається вивести загальнi закономiрностi моделювання i показати значення моделей для практики. Наприклад, вiн пропонує створити скляну модель ока, модель, що дозволяє "спостерiгати крiзь скло, що робить кров в серцi", i iн. Проте Леонардо да Вiнчi в своїх роботах не одержує загальних законiв подiбностi мiж моделлю i реальним об'єктом, явищем.
До питань подiбностi все частiше звертаються при створеннi рiзних конструкцiй i їх моделювання в XVI-XVII вв. Галi" лей в своєму творi "Розмови про двi новi науки" пише, що вченню про подiбнiсть почали придiляти багато уваги, коли у Венецiї стали споруджувати галери, що мали великi, чим ранiше, розмiри. "Мiцнiсть подiбних тiл не зберiгає того ж вiдношення.
Чудову модель, що лiтає, наприклад, сконструював в 1876 р. в Росiї винахiдник першого лiтака А. Ф. Можайськiй. Двигуном моделi, забезпеченої трьома маленькими повiтряними гвинтами, служила годинникова пружина, що заводилася ключем. Запущена рукою винахiдника, модель, розбiгшись по столу, легко пiднялася в повiтря. Присутнiм при цьому досвiдi здавалося неймовiрним, що механiчна iграшка важча за повiтря, що не має наповненого легеням газом балона, як на дирижаблi або аеростатi, взагалi здатна лiтати.
Моделi, що лiтають, на всiх етапах розвитку авiацiї грали виключно важливу роль як засiб експериментального дослiдження.
У 1871 р. англiйський корабельний iнженер Вiльям Фруд запропонував своєрiдну методику випробування моделей i перерахунку їх результатiв для визначення опору корабля середовищу. Вiн же рекомендував побудувати спецiальний басейн-лабораторiю, в якiй суднобудiвники могли б проводити дослiди з моделями майбутнiх суден, виявляти їх якостi задовго до споруди.
Видатнi росiйськi кораблебудiвники академiк А, Н. Крилов i адмiрал С. О. Макаров рахували моделювання одним з найважливiших методiв експериментального дослiдження. Зокрема, всесторонньому аналiзу i вивченню вони обидва пiддали свого часу модель знаменитого криголама "Ермак", що будувався за проектом С. О. Макарова. За допомогою її були виявленi завчасно багато важливих особливостей i уточненi можливостi щонайпотужнiшого по тому часу криголамного пароплава.
"модель" називають штучно створений людиною предмет або пристрiй, який в якомусь вiдношеннi схоже з iншим предметом, об'єктом вивчення або практичного iнтересу, що є. Інодi моделлю називають зразок або пробний екземпляр з серiї вироблюваних виробiв, еталон, з яким порiвнюють iншi предмети даного роду. Часто моделлю iменують певний тип серiйної продукцiї: новi марки автомобiлiв, велосипедiв, тракторiв,зразки одягу i iн. Легко вiдмiтити, що у всiх цих випадках iз словом "модель", не дивлячись на досить широкий дiапазон його застосування, так або iнакше зв'язаний певний загальний сенс, виступаючий в поняттях схожостi, вiдображення i вiдтворення. Мабуть, саме дана обставина послужила пiдставою для того, щоб в науцi i технiцi цим термiном назвати поняття, що виражає цiлком певний спосiб, метод або засiб пiзнання навколишнього свiту.
Наукове поняття моделi має з причини такий спосiб пiзнання дiйсностi, який полягає у вiдображеннi або вiдтвореннi явища, що вивчається, за допомогою якої-небудь системи, побудованої штучно людиною. Інодi як моделi використовуються також об'єкти живої i неживої природи, узятi в готовому виглядi. Таким чином, якщо говорити взагалi про науковi моделi, то як найзагальнiша їх ознака або властивiсть слiд вказати на здатнiсть останнiх вiдображати, вiдтворювати предмети, явища навколишнього свiту, їх закономiрний порядок i структуру.
залiзною кулею тереллой: магнiтна стрiлка на його поверхнi поводилася приблизно так само, як i на поверхнi Землi. Звiдси учений робить висновок: Земля є колосальним магнiтом. Висновок зроблений iз спiльностi проявiв до спiльностi причини. Але спiльнiсть причини не припускає спiльностi матерiалу моделi i прототипу. Тому не можна говорити, що цей досвiд "вiдповiдає дiйснiй природi речей", оскiльки Земля складається головним чином iз залiза, нiкелю i iнших важких елементiв. Стосовно моделей такого типа уживаються термiни: "технiчнi", "дiючi", "матерiальнi", "фiзичнi", "речовиннi", "речовинно-агрегатнi" i iн. Надалi такi моделi знайшли застосування головним чином в технiцi, тому ми використовуватимемо термiн "технiчне моделювання".
1. 2Класифiкацiя технiчних моделей
Перший тип - геометрично подiбнi. Вони дають зовнiшнє представлення натури i переважно служать для демонстрацiйних цiлей: показують форму, принцип дiї, взаємне розташування частин, процес збiрки i розбирання, компоновку об'єкту. Прикладами геометричних моделей можуть служити макети машин i архiтектурних споруд демонстрацiйнi схеми технологiчних процесiв, моделi-макети як форма об'ємного проектування в будiвництвi. Геометричнi (або просторово подiбнi) моделi широко застосовують в навчаннi. Особливо важлива їх роль в полiтехнiчнiй освiтi, при ознайомленнi школярiв з рiзними видами виробництва, бачити якi своїми очима учнi не завжди мають можливостi. З багатьма провiдними видами виробництва школярам доводиться знайомитися тiльки по книгах, журналах, малюнках, кресленнях, тобто користуватися образно-знаковими, iдеальними моделями. Проте по ним учнi не завжди можуть достатньо ясно уявити собi внутрiшнiй устрiй машин i iнших установок i тим бiльше познайомитися з ними в розiбраному виглядi. Крiм того, приведений на площинних зображеннях цiлий ряд технiчних подробиць i деталей нерiдко затiнює суть справи.
Для того, щоб зрозумiти i засвоїти цю суть, уловити загальнi, принципи в роботi рiзних технiчних пристроїв, разом з площинними графiчними матерiалами використовують розбiрнi спрощенi моделi-схеми. Це як би просторовi матерiалiзованi креслення, що iлюструють технiчну суть установки i її внутрiшнiй устрiй.
з вiдвiдувачами. Такi моделi-схеми можна розбирати i збирати, з ними можна працювати як з навчальним посiбником, вивчаючи принципи пристрою даної установки. Подiбнi моделi дають яскраве, образне уявлення про дiйсний об'єкт i в той же час вони схемнi - в них немає технологiчних деталей, подробиць, що не вiдносяться до сутi справи. Така, наприклад, розбiрна модель токарного верстата або трактора, виготовлених виключно з учбовою метою, модель доменної печi, що складається з частин, що легко вiдокремлюються, двигуна автомобiля i iн.
i споруд, їх планування, зокрема розстановка устаткування в цехах пiдприємств, тваринницьких комплексах i iн. Разом з тим цей метод проектування впродовж десятилiть активно застосовується в технiчнiй творчостi школярiв, є одним з популярних видiв познавательно-преобразовательной дiяльностi дiтей i пiдлiткiв, що виражається в проектуваннi i конструюваннi моделей уявних об'єктiв - космiчних кораблiв i океанських супертанкерiв, житлових будiвель, спортивних, промислових i сiльськогосподарських комплексiв, надшвидкiсних автомобiлiв i т. п.
зручностi виготовлення i збереження виробу. Наприклад, при спорудi настiльної (стендової) моделi-копiї корабля абсолютно байдуже, з чого буде зроблений її корпус: виструганий або набраний з дерева, вiдлив з епоксидної смоли або з гiпсу. Призначення такої моделi - вiдобразити, вiдтворити лише зовнiшнiй вигляд, тобто геометричнi пропорцiї i забарвлення того або iншого корабля, а не його гидро- або аеродинамiчнi, а також iншi фiзичнi якостi.
Геометрична подiбнiсть є, таким чином, основною вимогою, що пред'являється до просторових моделей. Просторово подiбна модель вiдображає прототип не у всьому рiзноманiттi його властивостей, не в будь-яких якiсних межах, а у межах чисто просторових. У цьому виявляється певна обмеженiсть геометричних моделей, що значно знижує цiннiсть висновкiв, що одержуються з їх допомогою.
Другий тип технiчних моделей - фiзично подiбнi, такi, що мають в сучаснiй технiцi набагато бiльше значення, нiж просторово подiбнi. Їх створюють з метою вiдтворити не тiльки i не стiльки просторовi властивостi натурного об'єкту, скiльки динамiку процесiв, що вивчаються, рiзного роду залежностi i закономiрнi зв'язки, структури i, отже, величини, параметри i iншi характеристики, що виражають рiзний змiст i суть явищ, що вивчаються. Основою модельного вiдношення є тут фiзична подiбнiсть моделi i прототипу, що припускає подiбнiсть або схожiсть їх фiзичної природи i тотожнiсть законiв руху. Вiдношення таких моделей до прототипу, що вiдображається, може виражатися лише змiною просторової або тимчасової шкали. Наприклад, класичнi дослiди з моделями, що мiцно увiйшли до свiтової iсторiї технiки, експериментiв, що проводяться у наш час з моделями лiтакiв, ракет, автомобiлiв, пiдводних човнiв, дамб i iнших машин i споруд. Все це приклади моделей, заснованих на змiнi просторової або тимчасової шкали.
При фiзичному моделюваннi передбачається, що модель i прототип є об'єкти однакової фiзичної природи тобто рух рiдини моделюється рухом рiдини, електричний струм - електричним же струмом, полiт лiтака - польотом його моделi. Проте цiлком можливо моделювати явище однiєї природи явищем зовсiм iншої природи. Наприклад, перебiг рiдини - струмом, рух води в пiсках - теплопередачей, форму i рух стоячих хвиль, що бiжать, - перемiщенням кульок хвилевої машини, добре вiдомої школярам по уроках фiзики, систему розрiзнення кольорiв в органах зору живого органiзму - електронним персептроном. Аналогiя має ряд рис, що вiдрiзняють її вiд моделей. Вiдмiчено, що метод моделювання, заснований на дослiдах з моделями однiєї фiзичної природи iз зразком, володiє iстотними недолiками, а iнодi абсолютно непридатний. Недолiки цього методу полягають перш за все в тому, що вартiсть експериментальних моделей буває деколи досить велика, а, головне, методи вимiрювання шуканих величин переважно грубi, неточнi i спотворюють явище, що вивчається. Цi недолiки долаються в аналогiях. Вважається, що двi системи є аналогiчними, якщо є однозначна вiдповiднiсть мiж кожним елементом цих систем, а також мiж функцiями обурення i реакцiями цих елементiв i всiєї системи в цiлому. Аналогiєю подiбного типа володiє масштабна модель, в якiй вiдтворюється кожен елемент прототипу, але в змiнених розмiрах. Тоншим типом аналогiї є аналогiя мiж системами, що належать до двох абсолютно рiзним фiзичним категорiям. Аналогiя мiж такими системами часто виражається як подiбнiсть мiж рiвняннями, що характеризують цi системи.
У творчостi школярiв цей вид моделювання застосовується головним чином в конструюваннi i спорудi пристроїв, що iмiтують спосiб пересування або поведiнки живих iстот. Для ефективностi таким пристроям нерiдко надається форма, зовнiшнiй вигляд тварин, комах i навiть людини, Це всiлякi електромеханiчнi i електроннi саморушнi "черепахи", "гусеницi", "сонечка" i iн., "здатнi" обходити перешкоди, реагувати на звук, свiтло. До їх числа можна вiднести антропоподобних роботiв, що будуються в деяких кухлях, а також пристрої, що моделюють органи зору, слуху, пам'ятi. Всi цi пристрої, природно, не володiють однаковою з прототипом фiзичною природою, не зберiгають фiзичної подiбностi, хоча можуть мати i деяка зовнiшня (геометричне) схожiсть. В даному випадку вiдношення мiж моделлю i прототипом є вiдношенням аналогiї. Ця аналогiя може бути структурною або функцiональною.
Як вже наголошувалося, поведiнка систем, рiзних по своїй фiзичнiй природi (по конкретних фiзичних, хiмiчних, бiологiчних властивостях), але схожих по якихось бiльш загальних законах будови або функцiонування, математично може бути описано однаково. За цiєю ознакою i згаданi нами вище за модель юних технiкiв до певної мiри можуть бути зарахованi" до "математичних".
При спорудi спортивних моделей мi прагнемо до того, щоб вони розвивали велику швидкiсть, були маневренни, могли перемiщатися на максимальну вiдстань i т. п. Спортивнi моделi можуть бути кордовими, трассовимi, що з дистанцiйним управлiнням i вiльно перемiщаються. Останнiм часом, з метою пiдвищення ролi пошукової дiяльностi в технiчнiй творчостi, виготовляють так званi експериментальнi моделi, що мiстять якi-небудь новi рiшення. Вiдповiдно до Єдиної всесоюзної спортивної класифiкацiї в даний час визначенi наступнi класи спортивних моделей: авiамоделi - моделi з поршневим двигуном, що вiльно лiтають (планер, резино-моторна, таймерна), кордовi, керованi по радiо, моделi-копiї; моделi ракет - висотнi моделi, "моделi на тривалiсть спуску (iз стрiчкою i на парашутi), моделi ракетопланiв, моделi-копiї; моделi автомобiлiв - гоночнi моделi, моделi з двигунами внутрiшнього згорання, моделi з повiтряним гвинтом, швидкiснi керованi по радiо моделi з двигуном внутрiшнього згорання, моделi-копiї з електродвигуном; моделi кораблiв - самохiднi моделi вiйськових кораблiв з механiчним двигуном, моделi цивiльних суден з механiчним двигуном, самохiднi моделi вiльного класу, швидкiснi керованi моделi фiгурного курсу, швидкiснi керованi, швидкiснi кордовi моделi, моделi пiдводних човнiв з механiчним двигуном, швидкiснi керованi моделi групових гонок. Серед спортивних моделей останнiм часом великий авторитет завоювали трассовиє автомоделi. Вони простi по пристрою, невимагають дорогого устаткування i матерiалiв. Не складна i технологiя їх виготовлення. Змагання по трассовому моделiзму проходять захоплююче, що привертає учнiв. Якщо модель вiдображає основнi ознаки i властивостi не одного прототипу, а всього класу представлених машин, механiз- мов, вузлiв, то її називають узагальненою (наприклад, модель диференцiала, гвинтової передачi i iн.). Крiм того, моделi можуть бути динамiчними (що дiють) i статичними (що не дiють). Особливу групу технiчних моделей складають тренажери. У них органiчно поєднуються елементи моделювання з елементами реальної технiки (приладами, механiзмами i т. д.). Тренажери застосовують для формування навикiв управлiння рiзними машинами. Тому вони створюються так, щоб водiю, льотчику, оператору створити умови, максимально наближенi до реальних.
2. 1Теоретичнi основи технiчного моделювання
Технiчне моделювання полягає в замiнi вивчення явища, що цiкавить людину, або об'єкту в натурi вивченням аналогiчного явища або об'єкту на моделi меншого або бiльшого масштабу. Основний його сенс полягає в тому, щоб за наслiдками дослiдiв з моделями можна було давати необхiднi вiдповiдi про характер ефектiв i рiзнi величини, пов'язанi з явищем в натурних умовах.
В бiльшостi випадкiв технiчне моделювання в творчостi школярiв засноване на вiдтвореннi фiзично подiбних явищ. Вивчення того або iншого натурного явища, що зацiкавило що вчаться (наприклад, рух справжнiх лiтакiв, ракет, кораблiв, автомобiлiв i iн.), замiнюється вивченням фiзично подiбних явищ на вiдповiдних моделях, що здiйснювати реальнiше i зручнiше, оскiльки є можливiсть багато разiв повторювати досвiд, змiнюючи умови його проведення.
Способи визначення фiзичної подiбностi багатообразнi. Ми скористаємося визначенням, запропонованим академiком Л. І. Сєдовим, як найбiльш прийнятним i зручним для подальшого розгляду питань технiчного моделювання:
"Два явища подiбнi, якщо по заданих характеристиках одного можна одержати характеристики iншого простим перерахунком, який аналогiчний переходу вiд однiєї системи одиниць вимiрювання до iншої системе"1.
Для здiйснення такого перерахунку необхiдно знати "перехiднi масштаби". Чисельнi характеристики для двох рiзних, але подiбних явищ Л. І. Седов пропонує розглядати як чисельнi характеристики одного i того ж явища, вираженi в двох рiзних системах одиниць вимiрювання, враховуючи при цьому, що для всякої сукупностi подiбних явищ всi безрозмiрнi характеристики (безрозмiрнi комбiнацiї з розмiрних величин) мають однакове чисельне значення. Причому зворотний висновок також справедливий, тобто якщо всi безрозмiрнi характеристики для двох рухiв однаковi, ч об рухи подiбнi. "Сукупнiсть механiчно подiбних рухiв i визначає собою режим руху", - пiдкреслює Л. І. Сєдов.
i тiєї ж форми руху, зокрема - до механiчного руху. Подiбними вважаються такi предмети i явища, у яких всi характеризуючи їх однорiднi фiзичнi величини знаходяться для будь-якої точки простору в однаковому вiдношеннi. В цьому випадку подiбнiсть називається повною. У багатьох випадках (а в технiчнiй творчостi школярiв в бiльшостi) подiбнiсть дотримана не для всiх величин, а лише для деяких. Тодi його називають частковою подiбнiстю. Кажучи про модель i про натуру, перш за все мають на увазi їх геометричну подiбнiсть, тобто пропорцiйнiсть всiх лiнiйних розмiрiв моделi i натура i рiвнiсть їх вiдповiдних кутiв.
Основним завданням прогнозування є передбаченням основного напряму розвитку технiки, що розробляється. Прогнозуванняне стихiйний процес. Воно базується на аналiзi перспектив розвитку науки, виробництва, суспiльства. Звiдси витiкає, що створенню нової технiки передує велика робота по вивченню досягнень в данiй областi фiзики, хiмiї, математики, технiчних i iнших наук. Уважно вивчаються винаходи, рацiоналiзаторськi пропозицiї. Обговорюються прогнози фахiвцiв в данiй областi. Окрiм облiку тенденцiй розвитку науки i технiки, при прогнозуваннi враховується розвиток суспiльних потреб. Таких, наприклад, як охорона навколишнього середовища, створення оптимальних умов для роботи i вiдпочинку i т. д. Велике значення при прогнозуваннi має облiк економiчних питань розвитку країни. Допущена помилка у виборi стратегiї розвитку даної галузi може негативно позначитися на всiх сторонах життя i дiяльностi людини.
В даний час розроблено багато рiзних методiв прогнозування. На практицi застосовуються такi методи, як екстраполяцiя i кореляцiя тенденцiй, анкетування незалежних думок, метод зважених оцiнок, матричний метод i iн. Всi вони передбачають залучення до прогнозування фахiвцiв, експертiв i заснованi на якiсному i кiлькiсному аналiзах наявного досвiду i сучасного стану розвитку науки i технiки.
Аналiз практики прогнозування в технiцi показує, що в даний час широко застосовують два шляхи побудови прогнозу: прогноз, що йде вiд наявного базису в майбутнє, i прогноз, рухомий вiд цiлей, якi повиннi бути досягнутi в майбутньому, до сьогодення. Зважаючи на велику вiдповiдальнiсть побудову прогнозiв проводять обома шляхами.
що достовiрнiсть прогнозiв, зроблених на тривалiший термiн, помiтно знижується.
Проектування припускає розробку загальної конструкцiї виробу. Кiнцевою метою проектування є створення технiчного завдання на розробку проекту машини. Розробка технiчного завдання ведеться на основi результатiв прогнозування i наукових дослiджень можливостей технiчного їх втiлення в технiчному пристрої.
Першим етапом процесу iнженерного проектування є чiтке визначення мети, яка повинна бути досягнута, або вимоги, яка повинна бути задоволена. Потiм йде опис конкретного завдання, яке повинне бути вирiшене для досягнення загальної мети. Завдання визначається з урахуванням можливостi її рiшення, хоча шляхи її рiшення можуть бути рiзними. Тому на наступному етапi проектування ухвалюється рiшення: який шлях вибрати для реалiзацiї мети? Цей етап називається формуванням iдеї. Вiн складає основу проектування. Часто формування iдеї вимагає величезної творчої уяви, мистецтва i винахiдливостi. Інодi це - шаблонне застосування вiдомого принципу в нових умовах. Проте у будь-якому випадку вiд правильного вибору iдеї багато в чому залежить результат справи. Далi сформована iдея пiддається iнженерному аналiзу. На цьому етапi завдання конкретизується, при необхiдностi будується модель - наближення, що iдеалiзується, до реальної ситуацiї, вiдбувається накопичення даних i застосуванням фiзичних принципiв. Сюди входять також перевiрка, оцiнка, узагальнення i оптимiзацiя результатiв. На основi iнженерного аналiзу складається технiчне завдання. Воно мiстить всi початковi данi, необхiднi для розробки проекту машини.
за технiчний рiвень виробництва або галузi, для якої призначена машина.
Технiчне завдання на розробку проекту машини повинне освiтлювати такi питання: мета створення машини; параметри, режим i умови її роботи; данi про експериментальнi роботи, порiвняльну оцiнку технiчного рiвня машини; вказiвки по принциповому пристрою машини i принципу її дiї; ступiнь механiзацiї i автоматизацiї машини, умови експлуатацiї; термiни виконання проекту; серiйнiсть випуску; вказiвка про завод-виготiвник; технiчнi вимоги до машини i проекту.
Технiчне завдання не є догмою. В процесi конструкторських робiт в нього можуть бути внесенi змiни, що передбачають полiпшення технiчного пристрою, що розробляється.
повиннi володiти наступними якостями:
винахiдливiстю умiнням генерувати цiннi iдеї i принципи, лежачi в основi об'єктiв i процесiв, призначених для досягнення поставленої мети;
глибоким знанням технiки - наявнiстю узагальнених знань про технiку взагалi i зокрема доскональне знання технiчних пристроїв в тiй областi, з якою пов'язане проектування знанням
технологiї виробництва розумiнням можливостей технологiчних процесiв;
володiнням математичним апаратом умiнням у разi потреби застосувати математику i обчислювальну технiку; умiнням ухвалювати рiшення в складних умовах, з повним облiком всiх iстотних чинникiв.
Двигуни. Виготовлення моделей починають з аналiзу
проектно-конструкторської i технологiчної документацiї, розробленої для конкретної моделi або технiчного пристрою. Перш за все звертають увагу на те, якi готовi деталi i вузли використовуються в даному технiчному об'єктi. В бiльшостi випадкiв головним таким вузлом є двигун, бо виготовлення його в любительських умовах вельми скрутне (окрiм резiномотора). Щоб правильно його пiдiбрати, необхiдно мати загальнi вiдомостi про двигуни, що випускаються спецiально для розвитку технiчної творчостi. Слiд також мати на увазi, що в технiчних пристроях, не призначених для участi в змаганнях, допускаються до використання двигуни внутрiшнього згорання мопедiв, мотоциклiв, бензопил i т. п. Разом з поршневими двигунами внутрiшнього згорання в моделях найчастiше використовуються електричнi i реактивнi двигуни.
1. Двигуни для швидкiсних моделей. Вони повиннi мати максимальну питому потужнiсть. Випускаються такi двигуни з робочим об'ємом 1,5; 2,5; 5; 10 см3.
2. Двигуни для таймерних моделей лiтакiв. До них пред'являються тi ж вимоги, що i для швидкiсних моделей, але робочий об'єм не повинен перевищувати 2,5 см3.
3. Двигуни для гоночних моделей лiтакiв. Вони повиннi мати максимальну питому потужнiсть при мiнiмальнiй витратi палива, хорошi високi якостi, великий ресурс. Робочий об'єм не повинен перевищувати 2. 5 см3.
5. Двигуни для керованих по радiо моделей. Вони повиннi мати пристрої, що дозволяють регулювати потужнiсть. Робочий об'єм цилiндрiв не повинен перевищувати 10 см3.
6. Двигуни для кордових моделей-копiй лiтакiв. Вимоги до них тi ж, що i до двигунiв для керованих по радiо моделей, але робочий об'єм розширений 20 см3.
7. Двигуни до моделей, призначених для повiтряного бою 'До цих двигунiв пред'являються тi ж вимоги, що i до двигунiв таймерних моделей, але вони повиннi бути мiцнiшiй конструкцiї.
гвинту. Робочий об'єм розширений 20 см3.
9. Двигуни для автомоделей. Застосовуються тi ж двигуни, що i для морських моделей. Обертання на колеса передається вiд маховика через трансмiсiю.
Гвинти моделей лiтакiв виготовляють з твердих, мiцних i прямо шарових порiд деревини (липи, буку, клена i iн.). Добре себе зарекомендували гвинти, склеєнi з Рейки наклеюють одна на одну iз зрушенням на деякий кут, залежний вiд розрахункового настановного кута лопатей. Пiсля виготовлення гвинт статично балансують, ретельно покривають лаком.
Найпоширенiшим i ефективнiшим є гребний гвинт Для моделей судiв i кораблiв грiбний гвинт виготовляють рiзними способами. Спосiб виготовлення вибирається залежно вiд типу використовуваного двигуна. Для моделей з гумовим двигуном використовують простi гвинти, виготовленi листовiй латунi або мiдi завтовшки 0,5-1 мм креслять коло, дiаметр якого рiвний довжинi гвинта, дiлять його на три частини i проводять радiуси. Потiм на заготiвку кладуть пiдготовлений наперед шаблон гвинта i обкреслюють контури на валу, лопатi вiдгортають опуклiстю в i стежку носа моделi на кут 30-35°. Грiбний гвинт, виготовленим яким чином, припаюють до валу з дроту вiдповiдного дiаметру.
Для моделей з електродвигунами або двигунами внутрiшнього згорання грiбнi гвинти виготовляють точнiшими способами. Один з них полягає в наступному. На токарному верстатi точать цилiндрову маточину i обтiчник у виглядi конуса. Вiдразу ж в них свердлять отвори i нарiзують рiзьблення для крiплення на гребному валу. Потiм в маточинi прорiзають пази пiд кутом до її осi 25-30°. Пази можна проточити на вертiкально- або горизонтально-фрезерному верстатi з дiлильною головкою, а також за допомогою спецiального пристосування. Далi приступають до виготовлення лопатей грiбного гвинта. З бiлої жерстi заготовлюють шаблон лопатi гвинта i по ньому з латунi завтовшки 1-2 мм вирiзують всi лопатi. Цi лопатi разом з шаблоном збирають в пакет i обробляють напилком. Потiм їх вставляють в пази цилiндрової маточини i припаюють. Контроль крокових кутiв здiйснюють за допомогою спецiальних пристосувань. Грiбний гвинт встановлюють на стрижень того ж дiаметру, що i вихiдний вал двигуна, i балансують. Пiсля балансування гвинт шлiфують i полiрують.
Найбiльш ефективний спосiб виготовлення гребного гвинтаотливка з дюралюмiнiю шляхом в плавлення або випалювання моделi. Модель виготовляють з пiнопласту, формують сумiшшю i заливають рiдким металом. Пiнопласт вигоряє, а дюралюмiнiй заповнює форму. Для отримання якiсного вiдливання модель гребного гвинта необхiдно класти у формувальну сумiш лопатнями вниз i робити декiлька отворiв для швидкого вiдведення газiв з форми.
При використаннi двигунiв внутрiшнього згорання для автомобiлiв момент, що крутить, передають на колеса через маховик. В цьому випадку потрiбен дуже ретельне балансування маховика i стерпна вихiдного валу двигуна з первинним валом трансмiсiї. Для забезпечення стерпної можна використовувати гнучку муфту. У рядi випадкiв що крутить момент вiд двигуна до редуктора зручно передавати через ремiнну передачу.
струму випускаються нашою промисловiстю з редуктором. Вони реверсивнi, асинхроннi, з короткозамкнутим ротором, запускаються з використанням конденсатора.
У моделюваннi електродвигуни постiйного струму використовуються частiше, нiж двигуни змiнного струму, оскiльки вони компактнi, надiйнi, легко запускаються, простi в експлуатацiї, безшумнi i мають великий термiн роботи. Двигуни змiнного струму, як видно з таблицi, мають вiдносно велику масу, значнi габаритнi розмiри i, головне, харчуються вiд мережi напругою 127В. Тому вони використовуються у функцiональних моделях або технiчних пристроях. Реактивнi двигуни використовуються значно рiдше, чом поршневi i електродвигуни. В основному їх застосовують для кордових авiамоделей.
Редуктори i корпуснi деталi.
Пiсля вибору необхiдного для моделi двигуна приступають до пiдбору редуктора або деталей для його виготовлення. В бiльшостi випадкiв його доводиться робити для автомоделей, оскiльки авiа- i судномоделi їх не потребують. Для моделей автомобiлiв можуть бути використанi редуктори вiд iграшок, що прийшли в непридатнiсть, годинникових механiзмiв i т. п. Редуктори промислового виготовлення встановлюються в моделях, якi реалiзуються через магазини учбово-наочної допомоги, "Юний технiк" i iн. Деякi випадково узятi редуктори не завжди задовольняють вимогам конкретної моделi, їх часто доводиться переробляти або виготовляти з набору зубчатих колiс.
Найпростiший спосiб виготовлення корпусу моделi - зробити його з цiлiсної або заздалегiдь склеєної заготiвки. Цим способом можна скористатися, наприклад, при виготовленнi моделi корабля. Як заготiвку в цьому випадку використовують деревину. Цiлiсний шматок деревини потрiбних розмiрiв обробляють за допомогою столярних iнструментiв, надають йому форму корабля. На палубi розташовують необхiднi деталi, що iмiтують системи управлiння, спостереження, озброєння i т. д. Двигун встановлюють в спецiально передбаченiй нiшi. Труднiсть виготовлення моделi полягає лише в тому, щоб точно скопiювати форму оригiналу. Для цього використовують малюнки, дiапозитиви, спецiальнi шаблони i т. п.
можна закрити цiлим шматком жерстi. Розмiтку роблять так, щоб при щiльному приляганнi до моделi шматки жерстi були найбiльшими. У тих мiсцях, де форма опукла, жерсть вигинають на спецiально пiдготовлених облямовуваннях. Шматки жерстi мiж собою сполучають встик за допомогою паяння м'яким припоєм. Стики шматкiв жерстi спаюють в декiлькох крапках, звертаючи при цьому увагу на мiцнiсть з'єднання. Це, по-перше, дозволяє при необхiдностi швидко замiнити невдало вибраний шматок жерстi, а по-друге, пiсля збiрки всього корпусу за допомогою киянки можна усунути нерiвностi, незграбностi поверхнi.
Потiм поверхню жерстi знежирюють i шпаклюють нiтрсшпакльовкой. При цьому дуже важливо вибрати потрiбну товщину шару шпаклiвки. Якщо поверхня опинилася з великими нерiвностями, шпаклiвку через певний час наносять декiлькома шарами. Пiсля того, як шпаклiвка висохне, поверхню корпусу шлiфують спочатку крупною шкiркою, а потiм - дрiбної. Таким чином можна одержати корпус з високою якiстю обробки поверхнi. Потiм корпус моделi знiмають з макету i використовують для збiрки моделi, що виготовляється. Остаточну обробку поверхнi корпусу виконують пiсля того, як модель буде повнiстю зiбрана.
Останнiм часом широко застосовують спосiб виготовлення корпусiв з склотканини з використанням полiефiрних смол ПН-1, ПН-3 або епоксидних смол ЕД-5, ЕД-6.
Цей спосiб використовується не тiльки для виготовлення корпусних деталей моделей, але i для прес-форм, пуансонiв i матриць для штампування деталей, оболонкових форм для виготовлення виробiв з гуми i т. п.
Слiд зазначити, що технологiя виготовлення корпусних деталей моделей розроблена недостатньо. Способи, описанi вище, трудомiсткi, складнi i нездiйсненi. Вимагають подальшої розробки методи виготовлення макетiв-копiй. Не розробленi способи виготовлення корпусних деталей з легких сплавiв, фенол формальдегiдних смол i iнших конструкцiйних матерiалiв. У зв'язку з цим перед юними конструкторами i технiкою розкривається широке поле для творчої дiяльностi по розробцi технологiї виготовлення деталей для моделей рiзних: технiчних пристроїв.
Окрiм корпусних деталей, значний iнтерес представляє технологiя виготовлення рiзних колiс для моделей. В даний час найбiльш поширене виготовлення гумових колiс для моделей в прес-формах Іншi деталi, використовуванi в моделях, виготовляють вiдомими способами, що не потребують спецiальних роз'яснень. Не слiд забувати, що при виготовленнi будь-якої деталi моделi потрiбно виходити з вимог надiйностi, естетичностi, економiї матерiалiв i часу.
Збiрка, обробка i випробування моделей. Пiсля виготовлення моделi приступають до її збiрки. Перед збiркою вивчають технiчну документацiю i оцiнюють, чи не виникла необхiднiсть в яких-небудь змiнах. Інодi буває, що при проектуваннi i розробцi креслень моделi ухвалюють певне рiшення, наприклад, у зв'язку з компоновкою деталей i вузлiв, але потiм може виникнути потреба в змiнi ранiше ухваленого рiшення. У таких випадках в документацiю, в ескiз компоновки потрiбно внести корективи.
Потiм перевiряють працездатнiсть кожного вузла окремо. Збiрку починають з установки основних збiрних одиниць на рамi або в корпусi. При цьому роз'ємнi з'єднання сильно не затискають. Далi за допомогою виготовлених деталей сполучають мiж собою складальнi одиницi. Деталi, якi не пов'язанi з складальними одиницями, встановлюють останнiми. Пiсля установки всiх деталей перевiряють спiвiсну приводу, натягнення ременiв, наявнiсть необхiдних зазорiв, вiльний хiд деталей управлiння i т. п. Переконавшись в правильностi установки всiх деталей, вузлiв i механiзмiв, мiцно затискають всi крiплення. Для запобiгання само вiдкручуванню рiзьблення крiпильнi деталi покривають нiтрокраськой. Пiсля цього знову перевiряють, чи не порушилася стерпна в трансмiсiї. Для цього поволi провертають ротор або колiнчастий вал двигуна. Якщо спiввiсна не порушена, вони повиннi обертатися вiльно.
фарби потрiбно оберiгати поверхнi, не належнi м попадання на них фарби. Для цього поверхня пiд топким шаром солiдолу або вазелiну. Пiсля збiрки i обробки модель проходить випробування. Це найвiдповiдальнiший перiод в її виготовленнi. Правильно проведене випробування дозволяє зробити висновок про можливостi виготовленої моделi.
Особливої уваги вимагають випробування авiамоделей, оскiльки навiть незначна погрiшнiсть у виготовленнi може привести до втрати їх льотних якостей. Для швидкого запуску i стiйкої роботи двигуна авiамоделi потрiбно правильно приготувати паливну сумiш. Для цього потрiбнi герметичний, чистий посуд, фiльтри, мензурка з дiленнями до 1 см3, а також складенi компоненти палива. До складу паливної сумiшi входять: горюча речовина (гас, етиловий ефiр, метиловий спирт), змащувальне масло (касторове, мiнеральне МК8, соляровоє) i присадки.
Для кожної марки двигуна i режиму його роботи рекомендується певний рецепт паливної сумiшi. Вiдповiдно до цього рецепту всi компоненти змiшуються в однiй мiсткостi i фiльтруються. Змiшувати компоненти палива слiд в певнiй послiдовностi.
При складаннi паливної сумiшi потрiбно пам'ятати, що вживанi компоненти легко випаровуються, отруйнi i вибухонебезпечнi. Тому готувати їх потрiбно в добре провiтрюваному примiщеннi або на вiдкритому повiтрi, зберiгати в шафi, що не згорає, в герметичних судинах з вiдповiдними написами. Для обкатки двигунiв застосовують сумiшi з великим змiстом змащувальних масел. Не можна обкатувати двигун в примiщеннi без вентиляцiї, оскiльки вихлопнi гази отруйнi
Висновок
Конструювання машин i механiзмiв впродовж багатьох столiть здiйснювалося окремими людьми, умiльцями, здiбностями, що володiють, до подiбного роду дiяльностi. Причому процес конструювання вони вели, як то кажуть, "по мiсцю", тобто по ходу виготовлення. Наприклад, при створеннi машини вони уточнювали форму i розмiри її деталей i вузлiв, кiнематику механiзмiв, багато разiв проводили випробування i лише тодi пропонували в масове виробництво.
Такий метод конструювання, звичайно ж, не може задовольнити не тiльки сучаснi темпи виробництва, але i вимоги, якi пред'являються сьогоднi до машин i механiзмiв. Рiч у тому, що сучасна технiка базується на використаннi сукупностi складних законiв i явищ, об'єднує в собi всi кращi якостi попереднiх аналогiчних машин, враховує перспективу розвитку, має сучасне естетичне оформлення, зважає на ергономiчнi вимоги i т. д.
створення нової технiки, повиннi пройти спецiальну пiдготовку, оволодiти такими технiчними предметами, як опiр матерiалiв, теорiя механiзмiв i машин, деталi машин, технологiя машинобудування, матерiалознавство i iн. Вiдповiдна пiдготовка iнженерiв-конструкторiв ведеться у вищих учбових закладах з урахуванням спецiалiзацiї.
Проте в умовах науково-технiчної революцiї i такий пiдхiд до створення i особливо до вдосконалення технiки не задовольняє вимогам практики. В даний час, а тим бiльше в майбутньому у вдосконаленнi виробництва буде потрiбно участь не тiльки фахiвцiв, але i найширших мас трудящих.
|
