ТРУДОВЕ НАВЧАННЯ

Технічні види праці

Підручник для 9-го класу загальноосвітніх навчальних закладів

Київ«Педагогічна думка»

2009

УДК [373.5: 371.381+371.381] (075.3) ББК 74.202.5я721 Т 78

Видано за рахунок державних коштівПродаж заборонено

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

(наказ від 02.02.2009 р. № 56)

Відповідальні за підготовку до видання:С. М. Дятленко,

МОН України, головний спеціаліст;Н. Б. Лосина,

Інститут інноваційних технологій і змісту освіти, методист вищої категорії.

Експерти, які здійснили експертизута рекомендували підручник до видання:

П. І. Шелушин, Савранська ЗОШ І-ІІІ ст. Одеської обл., учитель-методист;В. О. Бобель, Давидковецька ЗОШ Хмельницької обл., учитель;В. І. Колодніцький, Славутський районний методичний кабінет

Хмельницької обл., методист;Б. С. Шарун, Інформаційно-методичний центр освіти м. Львова, методист;

Є. І. Мегем, Глухівський державний педагогічний університет, кафедра трудового навчання, канд. пед. наук, доцент;

В. В. Рогоза, Інституту педагогіки АПН України, лабораторія профільного навчання та профконсультацій, мол.наук. співроб.

Трудове навчання. Технічні види праці: підручник для 9-го класуТ 78 загальноосвітніх навчальних закладів /авт. кол.: Г. Є. Левченко,

В. М. Мадзігон (керівник авт. кол.), А. М. Тарара, О. М. Романчук, А. І. Романчук, Г. А. Кондратюк, О. О. Бєлошицький, П. Н. Дусь. – К.: Педагогічна думка, 2009. – 176 с, іл.

ISBN 978-966-644-140-2

УДК [373.5: 371.381+371.381] (075.3) ББК 74.202.5я721

ISBN 978-966-644-140-2

© Інститут педагогіки АПН України, 2009

© Педагогічна думка, 2009

3

Юний друже!

Ти стоїш на порозі вибору життєвого шляху – навчатися в 10 класі чи обирати інший шлях здобуття освіти і професії.

Сподіваємося, що уроки трудового навчання допомогли тобі у ви-борі життєвого шляху, оскільки у 5 – 8 класах ти ознайомився з вели-кою кількістю професій, навчився виконувати багато технологічних операцій.

На уроках трудового навчання у 9 класі ти здобудеш нові знання із різних галузей і технологій.

Під час вивчення першого розділу «Проектування виробів» ти на-вчишся розв’язувати винахідницькі задачі, осягнеш основні методи дизайнерської роботи, виконуватимеш моделі і макети з різних матері-алів. Тут ти ознайомишся зі складальним кресленням, навчишся дета-лювати його. Значна роль у цьому розділі відводиться новим конструк-ційним матеріалам, технології їх обробки.

У другому розділі йдеться про різноманітні технологічні процеси. Зокрема, тут ти ознайомишся з технологічними процесами складан-ня виробів, методами контролю й оцінки технічних і технологічних об’єктів.

Вивчаючи матеріали третього розділу «Електротехнічні роботи», ти довідаєшся про автоматичні системи, захист, контроль і регулюван-ня за допомогою автоматичних систем. Тут автори підручника відкри-ватимуть тобі секрети електроніки.

У четвертому і п’ятому розділах ти ознайомишся з проблемами охорони довкілля та основами економічного аналізу господарської ді-яльності.

Мета цього підручника – допомогти тобі засвоїти нові знання, на-вчити планувати роботу, правильно її виконувати, користуючись різни-ми знаряддями праці, а також творчо підходити до виконання завдань. Надзвичайно важливим для тебе є уміння раціонально використовува-ти відведений для роботи час, аналізувати й оцінювати процес і резуль-тати своєї праці.

Практичні роботи виконуй послідовно, дотримуючись правил без-печної праці і санітарно-гігієнічних вимог. Будь уважним, працюючи з ручними знаряддями, машинами і механізмами. Користуйся інструк-ційними картами, розміщеними у підручнику.

Бажаємо тобі успіхів у цікавій і творчій праці!

4

ВСТУП

На основі наукових знань у сучасне виробництво постійно впроваджуються нові технології: хімічні, біологічні, інформаційні, плазмові, радіаційні, імпульсні тощо. Вони дають змогу значно підви-щити продуктивність праці, знизити витрати матеріалів та енергоєм-ність процесів виробництва, а також полегшують працю людини.

Розвиток сучасних виробничих технологій відбувається за багатьма напрямами, найголовнішими серед яких є: перехід до безперервних тех-нологічних процесів; використання безвідходних технологій; застосу-вання нових методів дії на матеріали; заміна багатостадійних техно-логічних процесів одностадійними; автоматизація і комп’ютеризація технологічних процесів, застосування промислових рóботів.

Розглянемо детальніше зазначені напрями. У будь-якому техноло-гічному процесі можна виокремити певну його частину, що періодично повторюється. Її називають циклом виробничого процесу. Виробничий цикл може здійснюватися протягом певного часу, або безперервно. У безперервному технологічному процесі цикл не переривається. І лише тоді, коли припиняється подача матеріалу чи сировини, цикл зупиня-ється. Прикладами безперервних технологій є виплавка чавуну в до-менній печі, перегонка нафти, виробництво кислот тощо.

Безперервні технологічні процеси мають чимало переваг порівняно з періодичними: відсутність простоїв у роботі обладнання і постійна за-йнятість людей; можливість механізації та автоматизації процесів; за-безпечення вищої якості продукції завдяки стабільності роботи облад-нання; можливість широкого застосування комп’ютерного обладнання і програмного забезпечення; економія сировини і матеріалів тощо.

Безвідходні технології дають змогу використовувати сировину, ма-теріали (і навіть енергію) повторно. Так, наприклад, відходи швейного виробництва з виготовлення верхнього одягу можуть бути технологіч-ною сировиною для виготовлення м’якої іграшки, а відходи дерево-обробної промисловості використовують для виготовлення тканин.

Серед нових методів дії на речовини і матеріали можна назвати ла-зерне і нейтронне опромінювання, дію плазми, надвисоких температур тощо. Так, у розкрійних цехах сучасних швейних підприємств застосо-вують лазерний метод розкроювання тканини. Він дає змогу автомати-зувати складний процес розкроювання, отримати деталі надзвичайно високої якості за короткий відтинок часу.

Заміна багатостадійних технологічних процесів одностадійни-ми дає змогу значно скоротити виробничий цикл, зекономити ресурси

5

виробництва. Прикладом такої заміни у швейному виробництві є ви-готовлення кишені на спеціальному автоматі замість виконання цього процесу на універсальній швейній машині. На автоматі обробка вузла здійснюється самостійно – від початку і до кінця. А на швейній машині робітниця виконує послідовно низку складних технологічних опера-цій: зшивання, розрізання, розмічання тощо.

Важливим напрямом удосконалення технологічних процесів на ви-робництві є автоматизація і комп’ютеризація цих процесів, застосу-вання промислових рóботів.

Машини-автомати виконують технологічні процеси самостійно за певною програмою – без участі людини. Так, у цехах швейного вироб-ництва використовується багато машин-автоматів: для виготовлення петель, пришивання ґудзиків, виготовлення окремих вузлів (кишень, комірів, манжет) тощо. Комп’ютерна техніка впроваджена на багатьох етапах виробництва. Сучасні побутові швейні машини також забезпе-чені автоматичними системами регулювання параметрів строчки, за-правлення і обрізання ниток. Деякі моделі машин можна підключати до комп’ютера. За допомогою такої машини можна виконати вишивку багатьма техніками за схемами, розміщеними в Інтернеті.

На підприємствах широко впроваджуються промислові рóботи. Характерною ознакою рóбота є його здатність виконувати рухи, подібні до тих, які виконує людина під час роботи за верстатом чи на іншому обладнанні. Використання рóботів особливо доцільне на тих ділянках, де праця людини є шкідливою або взагалі неможливою для виконання (на значній висоті чи глибині, в загазованому приміщенні, під впливом радіації тощо).

Існуючі технологічні процеси постійно змінюються, удосконалю-ються, розвиваються. У виробництво впроваджуються найновітніші досягнення науки.

6

РОЗДІЛ 1ПРОЕКТУВАННЯ ВИРОБІВ

§ 1. Основи теорії розв’язування винахідницьких задач

Під час проектування виробів виникає низка технічних за-дач, що потребують творчого розв’язування. Щоб полегшити цей про-цес, існує чимало методів, що застосовуються в теорії розв’язування винахідницьких задач.

Але спочатку з’ясуємо, що ми розуміємо під технічною або вина-хідницькою задачею. Це – об’єктивна потреба покращення чи вдо-сконалення технічного об’єкта за певним критерієм – ефективністю або протиріччям. Технічна задача зазвичай має цільову установку і перелік умов та обмежень, за яких потрібно досягнути певної мети. Розв’язування технічних задач навіть сприяють винаходам, які захи-щаються патентом.

Розв’язування технічних (винахідницьких) задач, на відміну від інженерних, мають багато невизначеностей та знаходження нетради-ційного винахідницького рішення. Наприклад, якщо в інженерній за-дачі поставлена мета, вказано метод або спосіб її розв’язування (а та-кож є аналог рішення), то у винахідницькій задачі все це відсутнє – як і сам результат, бо він непередбачений. Такі винахідницькі задачі розв’язували наші пращури, створюючи, наприклад, ніж, сокиру, гол-ку, плуг тощо. На розв’язування винахідницьких задач витрачалися сотні (інколи й тисячі) років.

З часу виготовлення перших примітивних знарядь праці допитлива думка людини розв’язує винахідницькі задачі. Ще Архімед у своєму трак-таті «Стомахіон» описав варіанти створення нових технічних об’єктів з іс-нуючих елементів. Його іграшка з 14 пластин різної конфігурації, виго-товлена зі слонової кістки, давала змогу скласти багато різних фігур.

Лукрецій Кар у книзі «Про природу речей» пояснював створення та роз-виток речей за допомогою комбінування та додавання нових елементів.

Арабський вчений Абу Мухамед ар-Разі в книзі «Кітабараха» запро-понував для розв’язування задач застосовувати творчий експеримент.

Іспанець Раймунд Луллій для розв’язування творчих технічних за-дач навіть розробив різні логічні схеми та винайшов логічні машини. Він не тільки вказав метод розв’язання задач, але й виклав принципи, прийоми і операції, що цьому сприяють.

Леонардо да Вінчі для розв’язування технічних задач використову-вав моделювання. Методом аналогії з живою природою він проектував

7

літальні апарати. Застосувавши метод дублювання технічних об’єктів, він створив двохверетенну самопрядку. Застосувавши мультиплікацію елементів – серію органних гармат. На основі методу зворотного зв’язку створив рожен для підсмажування м’яса, швидкість обертів якого зале-жала від інтенсивності вогню.

Р. Декарт із цією ж метою запропонував метод «розумових дій». На його думку, «замало мати кмітливий розум», головне – «його добре за-стосувати».

Я. Лейпольд у праці «Театр машин» вказав, що їх створення мож-ливе завдяки роз’єднанню технічних об’єктів на окремі частини з їх на-ступним комбінуванням.

Чех Б. Больцано в книзі «Наукознавство» виклав методику розв’язування задач, що складається з евристичних правил і методів. Першим правилом він вважав визначення мети та відсікання непро-дуктивних шляхів пошуку. Після цього треба було з’ясувати головне питання задачі, проаналізувати відомі знання і зробити висновки. На-ступним кроком мають бути пробні варіанти рішення та гіпотез, нама-гання вирішити задачу різними методами. Далі – перевірка суджень і розв’язань, а також відбір найцінніших думок, суджень, розв’язань.

Д. Г. Штейнбарт вважав, що винаходи, як розв’язування технічних задач, створюються на базі вже відомого, тобто шляхом зіставлення, роз’єднання, об’єднання, комбінування. Д. Пристлі рекомендував за-стосувати для цього метод здійснення непередбачених експериментів, які дають волю уяві, поєднуючи далекі одна від одної ідеї. Так само вва-жав і Т. Рібо. На його думку, людина робить винахід тільки тому, що складає нові варіанти поєднання ідей. Великого значення у цій справі він надавав аналогіям (наділення технічного об’єкта живими ознака-ми) застосування містичної уяви та метаморфоз.

Наш сучасник К. Д. Гуска – для розв’язування винахідницьких за-дач – пропонує такі методи: свідомого використання випадковостей, побічних результатів пошуку та виявлення суспільної потреби.

Інший американський патентознавець Г. А. Тулін вважає, що визна-чальним при розв’язанні винахідницьких задач є логічні методи: зміна розмірів, трансформація, зміна пропорцій і ступеня впливу, транспо-зиція частин об’єкта, дублювання, інтеграція, ізолювання, зміна спо-собу здійснення операцій та автоматизація дій об’єкта. А. Ф. Осборн для цього розробив методику генерування нових ідей певною групою людей («мозкова атака»). Поряд із наявністю в ній існуючих методів (заміщення, перенесення, об’єднання, роз’єднання, інверсія тощо) він запропонував застосовувати стимулювання уяви; створення спортив-ного азарту, критики, висунення дивних ідей.

Багато зарубіжних спеціалістів пропонують і такі методи роз-в’язування технічних задач, як морфологічний аналіз (Ф. Цвікі), сис-темний підхід, заснований на евристичному алгоритмі (І. Мюллер),

8

синектика (В. Дж. Гордон), метод фокальних об’єктів (Ч. С. Вайтинг), метод інженерного проектування (Дж. Р. Діксон, Г. С. Гуд, Е. Макол).

Нині теорія винахідницьких задач налічує майже тридцять оригі-нальних методик і понад триста методів їх розв’язування. До них відно-ситься й один із перших – «метод проб та помилок». Суть методу поля-гає в тому, що людина повинна на основі помилок, що трапилися під час розв’язування задач, шукати правильне рішення. Однак, це не гарантує, що цей шлях буде єдино правильним. Такий метод є громіздким і не за-вжди результативним. Тому, з розвитком техніки і постійно зростаючою потребою прогресу в нових технічних винаходах, людство почало модифіку-вати «метод проб та помилок». Тож у теорії розв’язування винахідницьких задач з’явилися модифікації цього методу: «мозкова атака», «синектика», «морфологічний аналіз», «метод контрольних питань», «метод каталогу». Всі вони зводилися до інтенсивної генерації ідей і переробки різних варіан-тів. Недоліком цих модифікацій є те, що зекономлений час на генерацію ідей витрачається на аналіз отриманих варіантів та вибір найкращого. Вра-ховуючи цей недолік, науковці, досліджуючи процес технічної творчості, запропонували розробити теорію, яка без відбору правильного варіанту розв’язування винахідницьких задач одразу давала б найкращі рішення. Одну з таких теорій запропонував Г. С. Альтшуллер, назвавши її ТРВЗ (Теорією Розв’язування Винахідницьких Задач) (рос. ТРИЗ – Теория Ре-шения Изобретательских Задач). Згідно з нею, під час розв’язування технічних задач, потрібно дотримуватися трьох принципів:

1) принципу об’єктивності законів розвитку системи;2) принципу протиріччя;3) принципу конкретності.Це означає, що обрати потрібно таке рішення, яке відповідає

об’єктивним законам, закономірностям, явищам, ефектам, долає про-тиріччя і враховує особливості конкретних проблемних ситуацій. Тео-рія розв’язування винахідницьких задач будується на основі вивчення загальних принципів вирішення протиріч та механізмів застосування загальних положень щодо конкретних проблем.

При розв’язуванні винахідницьких задач потрібно: перетворити розмиту проблемну ситуацію на чіткий вигляд майбутнього рішення; подолати психологічну інерцію, що заважає пошуку рішення; опрацю-вати інформаційну базу з наявної проблеми та сконцентрувати увесь досвід на розв’язанні подібних задач.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Який метод використовував Леонардо да Вінчі для розв’язуван-ня технічних задач?

2. Чому вважають, що «метод проб та помилок» малоефективний в нових технічних винаходах?

3. У чому полягає теорія, запропонована Г. С. Альтшуллером?

9

ПРИКЛАД РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ВИНАХІДНИЦЬКИХ ЗАДАЧ

Задача №1 Намагаючись використати вольтову дугу для створен-ня лампочки освітлення, інженери-електрики світу протягом 30 років шукали надійний спосіб регулювання відстані між згоряючими вугіль-ними електродами в лампочці. Потрібно було забезпечити постійну відстань між електродами – до повного їх згоряння. Велика кількість запропонованих варіантів були надто дорогими або громіздкими і нена-дійними. П. М. Яблочков розв’язав цю задачу оригінально й дотепно – завдяки усуненню існуючого протиріччя.

Суть існуючого протиріччя формулюється так: відстань між елек-тродами повинна регулюватися так, щоб вона була завжди постійною, а електроди згоряли рівномірно, натомість відстань не повинна регулю-ватися, щоб не було складного механізму.

Розв’язування задачі: електроди встановити вертикально (один по-біля іншого) на певній відстані один від одного, а також ізолювати їх, обмазавши каоліном (вид глини), залишивши не захищеними від ізо-ляції тільки кінчики електродів для підпалювання дуги.

Вугільні електроди згоряли одночасно й рівномірно, відстань між ними завжди була однаковою, ізолюючий матеріал від високої темпе-ратури плавився, оголюючи нові ділянки електродів для горіння.

Задача №2. Для зйомки кінокадру з флагштоком, на якому майо-рить прапор, режисеру відвели тільки один день. Для виконання робо-ти йому був потрібен флагшток, прапор і вітер. Однак прогноз погоди на найближчі дні повідомляв, що в цій місцевості буде безвітряна по-года. Як розв’язати цю задачу? Потрібно встановити повітродувки, які за безвітряної погоди створювали б враження майоріння прапора. Але, за умовами зйомки, від флагштоку на відстані 100 метрів у всі боки, в кадр нічого не повинно було потрапити.

Розв’язування задачі: варіант а) розмістити маленький вентилятор усередині флаг-

штоку;варіант б) використати теплове поле, створивши різницю темпера-

тур (як у димовій трубі), за рахунок чого виникне висхідний потік. Для цього встановити всередині флагштоку газову горілку або інше джере-ло тепла.

ЗАПИТАННЯ ПЕРШОГО РІВНЯ СКЛАДНОСТІ ? 1. Які ви знаєте методи розв’язування технічних задач під час проектування?

2. Хто й для чого розробив іграшку з 14 пластин слонової кістки?3. Які машини були створені методом дублювання технічних

об’єктів? 4. Що таке ТРВЗ і хто її розробив?

10

ЗАПИТАННЯ ДРУГОГО РІВНЯ СКЛАДНОСТІ ? 1. На вашу думку, у чому полягало технічне протиріччя у задачі

№2, що наведена як приклад розв’язування винахідницьких задач? Якщо їх кілька, перелічіть усі.

2. Який метод розв’язування технічних задач ви використали б для створення крила літака?

3. Чому ТРВЗ вважається універсальним методом розв’язування технічних задач?

ПРАКТИЧНА РОБОТА Розв’язування винахідницьких задач

ЗАДАЧА 1.Похилого віку людина, пересуваючись з допомогою ковіньки, погано бачить до-рогу. Як їй допомогти, щоб було зручніше пересуватися, застосувавши метод об’єднання? Розробіть проект ковіньки і спробуйте втілити його у конструкцію.

ЗАДАЧА 2.Як вирішити проблему освітлення наметів туристів у горах, не застосовуючи традиційних джерел живлення? Розробіть проект і, якщо це можливо, сконстру-юйте його в позашкільному закладі.

§ 2. Основні евристичні перетворення на етапах розвитку техніки

Найяскравішим прикладом еволюційного перетворення при мітивної техніки в досконалу машину на основі евристики є екс-каватор. Можна вважати, що він почався з дерев’яної тріски для ви-копування їстівних коренів. Потім був заступ. І так – аж до су часних землерийних машин. Такий розвиток відбувався завдяки розв’язанню людиною винахідницьких задач із застосуванням евристичних мето-дів. Розглянемо їх.

До евристичних методів відносяться методи аналогії. З їх до помогою задачі розв’язуються шляхом вбачання аналогічних си туацій в приро-ді, техніці та інших явищах. І це природно. Засоби праці людина за-вжди знаходила в природі: зуб ведмедя – сокира; ікла кабана – заступ; крило птаха – крило літака і т.п.

Пізнаючи природу і властивості об’єктів, людина використо вує їх для задоволення своїх потреб, зокрема, здатність яєчного білка склеюва-ти – як в’язкий матеріал у будівництві, яєч ну шкаралупу – як джерело отримання кальцію. Однак, викорис тання аналогій не завжди дає пози-тивні розв’язання технічної за дачі. Наприклад, із започаткуванням ери аеро статів вважалося, що їх закони аналогічні плаванню морських суден, тому пропо нувалося аеростат оснащати вітрилами та веслами.

11

Рис. 1. Евристичний метод аналогії Рис. 2. Евристичний метод аналогії

Рис. 3. Евристичний метод аналогії Рис. 4. Евристичний метод аналогії

12

Існує ще чимало евристичних методів, за допомогою яких люди-на вдосконалює техніку, зокрема, – прилаштування природних кон-струкцій і речей з технічною метою – використання морських чи річ-них окатишів як знаряддя праці. Метод палеобіоніки використовує прототип будови вимерлих тварин як засіб розв’язання винахідниць-кої задачі – так виникла двоярусна бурова колонка. А розпочинала своє життя техніка буріння з простого гвинтового коловорота.

На основі методу біомеханіки П. Л. Чебишев розробив «сто походячу машину», використавши принцип руху ніг стрибунця. Метод біоархі-тектури – генетичний досвід бджіл у будівництві воскових стільників – став ідеальним для спорудження моноліт них конструкцій – стільнико-ві стіни, огорожа, радіатори тощо. В будівництві цей досвід використав польський архітектор А. Карбовський. Застосувавши метод аналогії з предметами і явищами неживої природи, людина винайшла молеку-лярне сито, на осно ві аналогії з каменем неолітом. За методом фізичних явищ Г. Га лілей винайшов маятник – аналогією стали коливання лю-стри в Пізанському соборі. Метод прецеденту дав змогу англійському ви нахіднику Еверітту створити автомат із продажу сірників – анало-гічно автомату для продажу «святої води», винайденому ще Геро ном Олександрійським. Метод реінтеграції дав змогу Ф. Цендеру створити реактивний двигун «ОР – 1» – за аналогією пальникової лампи. Метод збільшення розмірів дав змогу створити шаблю – за аналогією ножа. За-міщення конструкцій їх еквівалентом дало змогу фінському винахідни-ку С. Хенриксону створити замок без пружин, застосувавши оберталь-ні шайби касового апарату. Заміщення матеріалів їх еквівалентом дало змогу Г. А. Едісону винайти залізо-нікелево-лужний акумулятор замість свинцево го. Метод евристичної інверсії пропонує і пошук розв’язання ви нахідницьких задач у протилежному прийнятим традиціям на прямі. Так, метод інверсії агрегатного стану застосовується для перетворення агрегатного стану. За цим методом винайдено холо дильний компресор, сатуратор, льодогенератор, інгалятор, пуль веризатор. Інверсія площин-ної дії технічного об’єкта дала змогу Е. Берлинеру у 1887 році записа-ти звук на пласкій платівці за мість валу, як у фонографі Т. Едісона. На основі евристичних пе ретворень сьогодні не тільки звук, але й зображен-ня записують і відтворюють на маленькому пластмасовому диску, об’єм запису якого у тисячу разів більший, ніж перші платівки.

Метод компенсації пружних елементів є різновидом механіч ної компенсації, а це дало змогу створити вагонні буфери з пру жинами для пом’якшення ударів вагонів під час руху. Ще в давні часи інверсія іммобільних технічних об’єктів в мобільні дала змогу зробити зі ста-ціонарних укріплень рухливі осадові башти (Ассирія, Давня Греція, Запорозька Січ). За допомогою інверсії форми традиційної пилки було винайдено циркулярку та її різно види – лобзик, стрічкову пилку, бу-гельну, лучкову тощо.

13

Методи евристичного комплексу означають евристичне об’єднання технічних об’єктів, їх елементів, функцій, операцій і навіть технічних об’єктів з живими організмами. Викорис товуються три схеми комплек-сного об’єднання: «нове + старе»; «нове + нове»; «старе + старе». Напри-клад, шляхом об’єднання насоса з пальником було отримано примус; ручки і пера – авто ручку; преса з манометром – іспитову гідравлічну машину і т.п. Інколи об’єднують не один, а два і більше об’єктів техніч-них при строїв. Зразком може слугувати поєднання насоса з ресивером і трубопроводом – компресор.

Метод інтеграції визначає поєднання технічних об’єктів чи еле ментів, що мають самостійне значення і зберігають його після такого поєднання. За приклад можна вказати на поєднання воза з паровим котлом – паро-вий візок. Концентруюча інтеграція означає створення нового об’єкта шляхом поєднання, при якому кожний об’єкт повніс тю або частково входить один в один. Метод просторового зрощення є різновидом методу концентруючої інтеграції. Такими технічними об’єктами є стінні шафи, дзеркало, вмонтоване в дамську валізу. Ме тодом аглютинації здійсню-ється приєднання до головного технічно го об’єкта іншого, який може не мати свого самостійного значення. Інколи таке приєднання є тимчасовим. Метод об’єднання технічних об’єктів з живими організмами в єдину тех-нічну систему є ще одним прикладом евристичних перетворень на етапах розвитку техніки. За його допомогою було створено надчутливий прилад, що фіксує запах шкідливих газів. Його було зроблено таким чином. Муха має над звичайно високу чутливість до різних запахів. Зважаючи на це, до її нервових закінчень приєднали електроди, які подають сигнал як тіль-ки муха відчуває запах газу. Методом агрегатування поєднують технічні об’єкти, які мають і самостійне призначення. Метод модуль них елемен-тів надав можливість з його допомогою швидше будувати заводи, будинки тощо. Метод об’єднання мікромодулів інтенсивно використовується зараз в електронній промисловості. Завдяки поєд нанню діелектричних плас-тин із мікроелементами отримують мініа тюрний стандартний вузол для радіоапаратури. Метод змішування – це найпростіший метод фізичного поєднання матеріалів. Завдяки цьому методу було виготовлено динаміт. Метод збільшення кількості одночасно виконуваних функцій дав змогу із сохи (II ст. до н. е.) ви найти плуг, яким не тільки розрізають верхній шар ґрунту, але й пе ревертають його. Метод мультиплікації робочих органів є найпоши ренішим. На основі цього методу винайдено поліспаст, 30-вере-тенну льонопрядильну машину та ін.

Метод гірлянд означає застосування мультиплікації анало гічних тех-нічних об’єктів шляхом їх послідовного з’єднання до зв’язуючого елемента.

Існує багато методів, знаючи які, раціоналізатори та винахід ники використовують їх для вдосконалення та винайдення тех ніки. Тим, хто бажає детальніше з ними ознайомитися, радимо прочитати літературу, перелік якої подано нижче.

14

Евристичні прийоми – це коротке правило або вказівка, як переоб-ладнати, вдосконалити, змінити технічний об’єкт. Він вказує напрям пошуку, як його вдосконалити і змінити, щоб отримати пошукове розв’язання творчої задачі технічного змісту. Крім того, евристичний прийом дає змогу усунути протиріччя або знайти вихід зі складної си-туації. Однак, евристичний прийом зазвичай не дає однозначної вказів-ки, як переоснащувати прототип. Цей прийом містить тільки «підказ-ку», яка полегшує отримання пошукового розв’язання, але не гарантує його знаходження. Наприклад, «замінити тертя ковзання на тертя ко-чення», «заздалегідь розташувати об’єкти так, щоб вони могли бути за-діяні із найзручнішого місця і без витрат часу на їх привезення», «вико-ристати деталі з матеріалу із наступним його отвердінням». Як бачимо, один і той самий евристичний прийом має різну евристичну цінність.

Великою цінністю є зібрання і фонди евристичних прийомів. Існу-ють індивідуальні фонди евристичних прийомів і міжгалузеві, що є го-ловною складовою частиною евристичних прийомів.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Чому людина використовує закони природи для створення тех-нічних об’єктів?

2. Які механізми винайшла людина за методом аналогій? Назвіть найвідоміші.

3. Який технічний об’єкт було зроблено за методом прецеденту? 4. За яким методом винайдено холодильник? Який зиск суспіль-

ству надав метод модульних елементів?

ПРАКТИЧНА РОБОТА (можливе використання позашкільних закладів технічної творчості)

ЗАДАЧА 1.Як застосувати евристичний метод комплексу для:

а) поєднання технічних елементів із живими організмами тощо;б) винайдення замка без ключів? (Сенсорний замок)

ЗАДАЧА 2. Розробіть проект замка без ключів.

ЗАДАЧА 3. Складіть власний перелік евристичних прийомів.

Література для поглибленого вивчення теорії розв’язуван- ня винахідницьких задач та евристичних перетворень на етапах розвитку техніки:

1. Буш Г. Я. Методы технического творчества. Перевод авто ра. Изд-во «Лиесма», Рига, 1972.

2. Альтшуллер Г. С. Как научиться изобретать. – Тамбов: Книж-ное издательство, 1961.

15

3. Пойа Д. Как решать задачу: Пособие для учителей / Пер. с англ. В. Звонаревой и Д. Белла; Под ред. Ю. Гайдука. – Изд. 2-е. – М.: Учпедгиз, 1961. – 207 с: ил.

§ 3. Біоформи в художньому конструюванні. Основні методи дизайнерської біоніки

Художнє конструювання передбачає творчу проектну діяль-ність, яка спрямована на вдосконалення предметного середови ща, що оточує людину. Завдяки цьому зроблені предмети, при значені для ви-користання, найбільш повно відповідають вимогам споживача та ма-ють естетичний вигляд.

Проектування таких виробів здійснює художник-конструктор, який у своїй роботі використовує результати наукових досліджень з різних галузей науки і техніки, знає сучасне виробництво, його техно-логію та економіку. Проектуючи виріб, художник-конструктор спира-ється на технічну естетику, економіку, соціо логію, психологію, ерго-номіку та інші науки.

Художнє конструювання складається з таких етапів роботи: художньо-конструкторського аналізу (дослідження того, яким має бути об’єкт, розробка проекту з врахуванням функціональності, ергономіч-ності – з наступним конструктивно-технологічним та композиційним аналізом) і художньо-конструкторського синтезу (в процесі якого ве-деться функціонально-ергономічний пошук, робота над композицією виробу). Особливістю художнього констру ювання є те, що на всіх його етапах об’єкт постійно моделюється. Це дає змогу конструкторові пе-ревіряти та відбирати найоптимальніші варіанти композиції, кольору, ергономічності тощо.

У художньому конструюванні майже постійно застосовуються різні форми живої природи. Їх застосування спирається на дослідження такої галузі науки, як біоніка, а робота, що виконується під час художнього конструювання, спираючись на біоніку, називається біодизайном.

У біодизайні використовуються знання про конструкції і форми, принципи і технологічні процеси живої природи, застосовуючи в тех-ніці та архітектурі.

Найголовнішим методом, який використовується в біодизайні, є метод функціональних аналогій або зіставлення принципів і засобів формоутворення промислових об’єктів і живої природи.

Людство з давніх часів використовувало наочні форми живої при-роди у своїх цілях. Так, ще Леонардо да Вінчі, створюючи літальні апарати, будівельні та військові машини, ткацькі верста ти, копіював форми живої природи. Зодчий епохи відродження Ф. Бруннелескі для конструювання купола Флорентійського со бору використав форму

16

шкаралупи пташиного яйця. Інші архітек тори використали форму, що мають гриби (рис. 5).

Завдяки вивченню форм живої природи (рослин, тварин і лю дини) можна розкрити їх досконалість, естетичні форми, пропорційність, рівновагу, симетрію, функціональність, загальну пристосованість до фізичних явищ. Адже жива природа і створені людиною об’єкти існу-ють та розвиваються в одних і тих самих біофізич них умовах землі, під-корюючись законам гравітації, інерції, тер модинаміки тощо.

Усі біоформи і технічні конструкції сприймають однакові темпера-турні перепади, метеорологічні явища та інші чинники земної дії. Але живі біоформи мають тенденцію в процесі свого розвитку до економії

Рис. 5. Біоформи живої природи у художньому конструюванні

17

Рис. 6. Біоформи живої природи у художньому конструюванні

Рис. 7. Біоформи живої природи у художньому конструюванні

18

енергії, будівельного матеріалу і часу, що дає людині підказку, як ство-рювати.

Закон мінімуму в живій природі обумовлено органічною доцільніс-тю. Саме це і спонукало людину почати використовувати закономірності формоутворення живих структур у своїй конструкторській діяльності.

Приро да є кращим інженером-конструктором, ніж людина, і тому в неї потрібно вчитися, а біоніка в художньому конструюванні є одно-часно і наукою, і мистецтвом.

Вивчення досконалості природних форм – передумова до доскона-лості промислових зразків та висо кої організації об’ємно-просторової структури. Беручи від природи зразок майбутньої конструкції, ми в такий спосіб забезпечуємо на дійність, економічність, гармонійність краси та естетичний вигляд майбутнього продукту. Це показано на ри-сунках: форма бабки (ко маха) використана у формах гелікоптера (рис. 6); форма осетрових риб використана у формах теплоходів на підвод-них крилах (рис. 7); форма лелеки під час його польоту – для створення

Рис. 8. Біоформи живої природи у художньому конструюванні

19

форми реактивно го літака (рис. 8); зовнішню форму бегемота викорис-тано для ство рення зовнішньої форми вантажного автомобіля (рис. 9); форма та конструкція качана кукурудзи лягла в основу створення кра-сивих висотних будинків із замкнутим контуром (рис. 10).

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Наведіть приклади використання біоформ у створен ні техніч-них конструкцій.

2. Чому людина почала використовувати біоформи у технічних конструкціях?

3. Що дає людині вивчення живої природи?4. У яких технічних об’єктах, під час їх конструювання, викорис-

тана форма бджолиних сотів?

Рис. 9. Біоформи живої природи у художньому конструюванні

20

§ 4. Особливості виконання моделей і макетів із різних матеріалів

Під час розробки художнього проекту та перевірки ідеї кон-структор виготовляє макет або модель. Їх роблять із різних мате ріалів (пластиліну, пінопласту, картону, текстильних матеріалів, деревини, металу тощо). Завдяки використанню різноманітних матеріалів, які відтворюють майбутній промисловий зразок, кон структор досягає ес-тетичної якості майбутньої продукції. Але під час макетування і моде-лювання потрібно обирати матеріал, з яко го робитиметься макет або модель, що за своїми фізико-хімічними властивостями краще відтво-рює творчий задум та пошукову ро боту.

Рис. 10. Біоформи живої природи у художньому конструюванні

21

Так, для «чорнового» швидкого пошуку майбутньої форми виробу найсприятливішим матеріалом є пластилін. Він м’який та аморфний, тому дає змогу легко робити багато варіантів макетів різних форм, їх сполучення. Макет роблять з м’якого сорту пластиліну, але в чистово-му варіанті застосовують тверді його сорти. Пластилін має і вади. На-приклад, у чистовому варі анті макету зовнішня поверхня пластиліну заважає відтворити та розкрити справжній образ виробу. Тому пласти-ліновий макет здебільшого переводять у гіпс, який дає можливість фар-бувати його в потрібний колір, передаючи на ньому тонкі деталі форм.

Тож, щоб відтворити складні просторові структури в макетах та мо-делях, бажано використовувати гіпс. Це гігроскопічний по рошок біло-го або сіруватого кольору, який добре розчиняється у воді. З нього лег-ко відливати складні форми. Під час висихання гіпс стає твердим, але добре ріжеться, обточується, клеїться та шлі фується. У роботі з гіпсом та глиною потрібні певні засоби праці, а саме: набір спеціальних ножів для обробки гіпсу, дерев’яні сте ки (груша, липа) і металеві (дюралюмі-ній, мідь), м’який гумовий або пластиковий посуд.

Якщо макети і моделі, виготовлені з гіпсу чи глини, мають ве ликі розміри, то бажано використовувати для них металеві або дерев’яні каркаси. Це надає міцності і зменшує витрати гіпсоматеріалу. Техноло-гія приготування гіпсової суміші така: у м’якому посуді порошок гіпсу розчиняють у воді – до консистенції смета ни (або густіше). Суміш шар за шаром наносять на каркас або від ливають у підготовлену форму. Для швидкого затвердіння до гіпсової маси додають трохи кухонної солі. Для уповільнення цього процесу додають незначну кількість столярно-го клею. Існує кіль ка способів виготовлення моделі з гіпсу. Спочатку роблять із гли ни або пластиліну модель, потім знімають чорнову форму

Рис. 11. Модель, виготовлена з гіпсу

22

з гіпсу і за нею відливають модель у гіпсі. Чорнова форма придатна для використання лише один раз. За іншим способом модель готують од-разу з гіпсу, а потім обробляють ножами, виточують, шліфують та під-дають іншій обробці, надаючи їй потрібної форми (рис. 11). За потреби її розфарбовують.

Моделі та макети, які призначені передати зовнішній вигляд виро-бу або його пропорції, краще виготовляти з цупкого паперу чи картону (рис. 12). Паперовий макет може складатися з кіль кох частин, що дає змогу виготовити й обробити кожний елемент окремо, використовую-чи різне їх сполучення. Макети з паперу виготовляють здебільшого як робочі. Для широкої демонстрації вони не використовуються через не-довговічність, низькі демон страційні якості та незручності в зберіган-ні і транспортуванні. У роботі використовують якісний папір і картон. Від цього пере важно залежить зовнішній вигляд моделі. Якісний папір не вор ситься при проведенні по ньому гумкою і не ламається при зги-нанні. За фізичними властивостями папір характеризується як мате-ріал, що добре гнеться і ріжеться ножицями, скальпелем і ножем, кле-їться та фарбується. До недоліків можна віднести те, що папір і картон гігроскопічні. При роботі з цим матеріалом ви користовують: ножиці, ніж, скальпель, металеву лінійку, олі вець, гумку, кутники, лекало, циркуль креслярський.

Технологія виготовлення паперових і картонних форм розпо-чинається з розкрою за заздалегідь зробленим кресленням, у яко му є припуск на склеювання. Розкроюють ножицями або гострим ножем, скальпелем за допомогою металевої лінійки – по лініях. Потім його зги-нають по лініях та склеюють як окремі деталі або розгортку. З’єднання паперу виконують різними клеями – в за лежності від призначення мо-делі та потреб її доробки.

Рис. 12. Макет, виготовлений з паперу

23

Недоліком паперових маке тів та моделей є те, що цей матері ал не дає змогу передати дрібні деталі та профілі.

Для оперативного ма-кетування, коли потрібно перевірити та дати оцінку новій пропозиції або спон-танній ідеї в об’ємі, яка має цілісний, зорово одно-рідний макет, – викорис-товують пінопласт (рис. 13). Він відноситься до по-лімерних матеріалів. Пі-нопласт легко піддається механічній обробці і добре з’єднується клеєм. Під час його обробки використо-вують спеціальні ножі та наждачний папір. Засто-совують два різновиди пі-нопласту, які відносяться

Рис. 13. Модель крісла, виготовлена з пінопласту

Рис. 14. Макет будинку, виготовлений з деревини

24

до жор стких сортів – полістирольний (ПС) білого кольору і поліхлор-вініловий (ПХВ) жовтуватого кольору. Марка ПХВ найзручніша для обробки та оздоблення, оскільки має задовільну жорсткість і міцність, даючи можливість обробляти його різними інструмен тами. Такі харак-теристики пінопласту забезпечують виготовлен ня складних і тонких

Рис. 15. Текстура деяких порід деревини

Ялина

Липа Береза Осика

КленБукДуб

Сосна Модрина

25

деталей. Пінопласт ПС можна обробляти на деревообробних верстатах на швидкісних режимах, що дає чистоту поверхні. Твердий пінопласт можна обробляти звичайною ножівкою, а м’який – дротом розжарю-вання. Виготовлені з пі нопласту форми добре фарбуються після нане-сення ґрунту. Для склеювання цього матеріалу краще підходить клей ПВА, який не залишає на ньому помітних слідів. У деяких випадках пінопласт обробляють воском шляхом занурення форми у розігрітий віск. Після цього поверхню полірують до блиску.

Для виготовлення довговічної і легкої моделі, яка повинна з фото-графічною точністю від тво рювати оригінал, ви користо вують деревину (рис. 14). Виконання моделі з деревини – трудомістка робота. Тому цей матеріал використовують рідко. Деревина має такі якості, як твердість і піддатливість механічній обробці, до бре фарбується, завдяки чому можна імітувати інші матеріали. Як макетний матеріал, деревину ква-ліфікують за технологічни ми ознаками (твердість) і художніми (деко-ративність). За деко ративними властивостями деревина поділяється на таку, що має красиву текстуру і без неї. До першої відноситься бук, го-ріх, дуб. До другої – береза, липа, вільха (див. деякі зразки на рис. 15).

Під час виготовлення моделі з деревини не завжди наявний роз мір співпадає з тим, що треба, тому виникає потреба склеювати бруски, аби набрати потрібний об’єм. Для їх з’єднання викорис товують клеї: казеї-новий, столярний, риб’ячий або синтетич ний – епоксидний, ПВА.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Для чого – під час розробки художнього проекту – кон структор виготовляє макет або модель?

2. Які природні матеріали використовуються для виготовлення макетів та моделей?

3. Який краще використати природній матеріал для створення складної просторової структури в макеті?

4. Який компонент додають у гіпс, щоб він швидко твердів? 5. Яка технологія виготовлення паперових і картонних форм? 6. Коли застосовують пінопласт, створюючи макети і моделі?

ПРАКТИЧНА РОБОТА (можливе використання позашкільних закладів технічної творчості)

ЗАДАЧА 1.1. Розробити проект конструкції з використанням у ній біоформ.

ЗАДАЧА 2.1. Виконати макет або модель із пластиліну, глини (залежно від матеріальних

можливостей), використавши форми живої природи: бесідка для очіку-вання транспорту; ангар; автомобіль; гелікоптер; хмарочос.

26

§ 5. Складальне креслення. Особливості виконання складальних креслень

Складальним кресленням називається графічний (конструк-торський) документ, який містить зображення складальної оди ниці та інші дані, необхідні для її складання (виготовлення) та контролю (рис. 16).

Виконують складальне креслення в процесі проектування но вого виробу або на основі креслення загального вигляду виробу (чи з натури) в процесі розробки робочої документації.

У першому випадку виконання складального креслення є од ним із перших етапів розробки ескізного та технічного проекту виробу. Складальне креслення слугує для аналізу компонування, перевірки конструкції та розробки робочих креслень деталей і складальних оди-ниць.

Складальне креслення у відповідності з державними стандар тами повинне містити:

1) зображення складальної одиниці, яке повинно давати по вне уяв-лення про розміщення і взаємозв’язок її частин, які з’єднуються за пев-ним кресленням;

2) дані про сполучення роз’ємних частин виробу, а також про спо-соби виконання нероз’ємних з’єднань, наприклад, зварю вальних, па-яних та ін., що забезпечує можливість складання і контролю якості складальної одиниці;

3) розміри, граничні відхилення та інші параметри й ви моги, які повинні бути виконані і проконтрольовані за цим кресленням:

• габаритні розміри;• установочні (монтажні) розміри, за якими виріб установлю ють на

місці монтажу;• приєднувальні і розміри для з’єднання окремих деталей;• необхідні довідкові розміри;4) технічні вимоги, які повинні бути виконані за складальним крес-

ленням;5) технічна характеристика виробу;6) номери позицій складових частин, які входять до виробу.Кількість зображень на складальному кресленні залежить від

складності конструкції виробу. Вона повинна бути найменшою, але достатньою для уявлення про розміщення і взаємозв’язок складових частин і забезпечувати можливість здійснення скла дання і контролю складальної одиниці. Навчальне складальне креслення виконується, як правило, в двох або трьох основних зображеннях.

Для повнішого уявлення про форму і розміщення деталей, які входять до виробу, на складальних кресленнях виконують додат кові вигляди,

27

Рис. 16. Складальне креслення

28

Рис. 17. Специфікація

29

розрізи і перерізи. Рекомендується поєднання по ловини вигляду з поло-виною розрізу за наявності симетрії вигля ду і розрізу виробу (рис. 18).

Розріз на складальному кресленні складається із сукупності роз-різів окремих деталей, які входять до складальної одиниці. Для ви-окремлення певних деталей, які потрапили у площину розрізу, їх штрихують. Штриховку однієї й тієї самої деталі в розрі зах на різних зображеннях виконують в один і той самий бік, ви тримуючи однакову відстань (крок) між штрихами. Штриховку суміжних деталей із одного матеріалу виконують у різних напря мах, із зсувом штрихів або зміною відстані (кроку) між штриха ми (рис. 19).

Зварні, паяні або клеєні вироби з однорідного матеріалу в роз різах і перерізах штрихують як монолітне тіло, показуючи межі між ними суцільними основними лініями (рис. 20).

Кульки в розрізах і перерізах зображають завжди нерозріза ними. Гвинти, болти, шпильки, штифти, шпонки, шайби, гайки та інші кріпильні стандартні деталі при поздовжньому розрізі зображують нерозрізаними. Непорожнисті вали, шпинделі, руко ятки, шатуни і т.п. при поздовжньому розрізі також зображають нерозрізаними (рис. 21).

Під час креслення різьбових з’єднань обов’язково потрібно зобра-жати зазори між стержнем болта, гвинта, шпильки і отвором де талі, запаси різьби і запаси глибини свердління. На зображеннях деталей необхідно показувати канавки для виходу інструменту, а також слід інструменту на виході при фрезеруванні зубців шесте рень і пазів.

Під час виконання зображень на складальних кресленнях до-пускаються деякі умовності і спрощення, які встановлюються Єдиною системою конструкторської документації та правилами виконання креслень різноманітних виробів. На складальних кресленнях допуска-ється не показувати:

• фаски, закруглення, проточки, заглиблення, виступи, на-катування, насічення, рифлення, обплетення та інші дрібні елементи;

• зазори між стержнем і отвором;• кришки, щити, кожухи, перегородки і т.п., якщо необхід но по-

казати закриті ними складові частини виробу. При цьому над зобра-женням виконують відповідний надпис, наприклад, «Кришка поз. 5 не показана»;

• видимі складові частини виробу або їх елементи, розміщені за сіт-кою, а також частково закриті складовими частинами, роз міщеними попереду них;

• написи на табличках, фірмових планках, шкалах та інших подіб-них деталях, зображаючи тільки їх контури.

Вироби з прозорого матеріалу зображують як непрозорі. До-пускається на складальних кресленнях складові частини виробів та їх елементи, які розміщені за прозорими предметами, зобра жувати як

30

Рис. 18. Компоновка складального креслення

31

Рис. 19. Особливості зображення та позначення розрізів і перерізів на складальних кресленнях

32

видимі, наприклад: шкали, стрілки приладів, вну трішню будову ламп тощо.

Гвинтова пружина у виробах зо-бражується лише перерізом ви тків і до зони, яка умовно закриває ці ви-роби (рис. 22).

На складальних кресленнях використовують такі способи спрощеного зображення складо-вих частин виробів:

• на розрізах зображують не розрізаними складові части-ни, на які оформлені самостійні скла дальні креслення. Допус-кається виконувати креслення так, як по казано на рис. 23;

• типові, покупні та інші ши роко використовувані виро-би зо бражують зовнішніми кон-турами (рис. 24).

Ущільнення і сальники на складальних кресленнях допус-кається зображувати умовно, як показано на рис. 25.

Якщо виріб має кілька од-на кових деталей (коліс, опор-них катків тощо), то на скла-

Рис. 23. Приклад зображення складових частин, на які оформлені самостійні

складальні креслення

Рис. 20. Приклад зображення зварювальної складальної одиниці

на складальному кресленні

Рис. 21. Приклад зображення на розрізах і перерізах кульок, гвинтів,

шпонок, шайб тощо

Рис. 22. Приклад зображення пружини

33

Рис. 24. Приклад зображення типових, покупних й інших широко

використовуваних виробів

а) Повне зображення Спрощене зображення

б) Повне зображення Спрощене зображення

в) Повне зображення Спрощене зображення

Рис. 25. Приклади зображення ущільнень і сальників

34

дальних кресленнях допускається вико нувати повне зображення однієї складової частини, а інші – зобра жувати спрощено у вигляді зо внішніх контурів.

На складальному кресленні допускається зображувати части ни ви-робу, які переміщаються, в крайньому або проміжному поло женні з відповідними розрізами, використовуючи тонкі суцільні штрихпунк-тирні лінії з двома точ ками (рис. 26).

На складальних кресленнях наносять такі розміри:• габаритні, що харак теризують три розміри виробу. Якщо один

із розмірів змінний, в результаті переміщення рухомої частини ви-робу, то на креслен нях вказують розміри при край ніх положеннях рухомих частин (рис. 27);

• монтажні, що вказують на взаємозв’язок деталей у скла-дальній одиниці, наприклад, від-стань між осями валів, монтажні зазори тощо;

• установочні, що визнача ють величину елементів, на яких виріб встановлюється на місці монтажу або приєднання до ін шого виробу, наприклад, розміри кіл і діаметри отворів під болти, відстань між осями фундамент них болтів і т.п.;

• експлуатаційні, які визнача-ють розрахункову, кон структивну характеристику виробу, напри-

Рис. 27. Приклади зображення габаритних розмірів

а) б)

Рис. 26. Приклади зображення рухомих частин виробу

35

клад, діаметри прохід них отворів, розміри різьби на приєднувальних елементах тощо;

• довідкові – розміри, які не підлягають виконанню за певним крес-ленням, і вказуються для більшої зручності корис тування кресленням. Довідкові розміри на кресленні позначають знаком (*), а в технічних вимогах записують (*Розміри для довідок).

До довідкових розмірів на складальному кресленні відносяться:• розміри, за якими визначають граничні положення окремих еле-

ментів конструкції (наприклад, хід поршня);• розміри, перенесені з креслень деталей, і які використову ються

як установочні або приєднувальні;• габаритні розміри, перенесені з креслень деталей, або є су мою

розмірів кількох деталей.На складальних кресленнях також вказують розміри отво рів під

кріпильні вироби, якщо ці отвори виконуються у процесі складання.

СПЕЦИФІКАЦІЯСпецифікацією називається графічний конструкторський до-

кумент, який визначає склад складальної одиниці, комплексу чи комплекту. Специфікація складається в табличній формі на окремих аркушах формату А4 – на кожну складальну одиницю (див. рис. 17). Основний надпис у відповідності до стандарту викону ється розміром 40 х 185.

Заповнюють специфікацію зверху вниз. Розділи специфікації роз-міщуються в такій послідовності: документація, комплекси, скла-дальні одиниці, деталі, стандартні вироби, інші вироби, ма теріали, комплекти.

Графи специфікації заповнюються таким чином:1. У графі «Формат» вказують формати документів, позначен ня

яких записано в графі «Позначення». У розділах «Стандартні вироби», «Інші вироби» і «Матеріали» ця графа не заповнюється. Для деталей, на які креслень немає, у цій графі пишуть «БК» (без креслення).

2. У графі «Зона» вказують позначення зони у відповідності до ді-ючих держстандартів. На навчальних кресленнях ця графа не запо-внюється.

3. У графі «Поз.» вказують порядковий номер складових час тин, які входять до специфікованого виробу. У розділах «Доку ментація» і «Комплекти» ця графа не заповнюється.

4. У графі «Позначення» записується позначення документа на ви-ріб (складальну одиницю, деталь) у відповідності до діючих стандартів. У розділах «Стандартні вироби», «Інші вироби» і «Матеріали» ця гра-фа не заповнюється.

5. У графі «Найменування» вказують:• у розділі «Документація» – тільки назву документа;

36

• у розділах «Комплекти», «Складальні одиниці», «Деталі», «Комплекси» – найменування виробів основним надписом на конструк-торських документах цих деталей, наприклад, «Зубчасте колесо», «Па-лець» і т.п.;

• у розділі «Стандартні вироби» – найменування і позначення ви-робів відповідно зі стандартами на цей виріб. У межах кожної категорії стандартів на стандартні вироби запис здійснюють за однойменними групами, у межах кожної групи – в алфавітному порядку зростання позначень стандарту, у порядку зростання розмірів або основних па-раметрів виробу. Наприклад, групу кріпильних деталей потрібно за-писувати у такій послідовності: болти, гвинти, гайки, шайби, шпиль-ки тощо;

• у розділі «Матеріали» – позначення матеріалів, встановлених у стандартах і технічних умовах на ці матеріали.

6. У графі «К-ть» вказують кількість складових частин в одному специфікованому виробі, а в розділі «Матеріали» – загальну кількість матеріалів на один виріб із вказуванням одиниці вимірювання.

7. У графі «Прим.» вказують додаткові відомості для виробни-цтва, а також для виробів, документів, матеріалів, внесених до спе-цифікації.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ СКЛАДАЛЬНОГО КРЕСЛЕННЯВиконання складального креслення з натури використовується у

навчальному процесі, а також під час реконструкції та ремонту ви-робу.

Із навчальною метою виконання складального креслення з натури рекомендується здійснювати у такій послідовності:

1. Ознайомитися з призначенням, будовою і взаємодією окремих частин виробу. Встановити, з яких частин складається виріб, визначи-ти порядок його складання і розбирання.

2. Скласти схему ділення виробу на складові частини, включаючи стандартні, покупні, запозичені деталі і вироби.

3. Згідно зі схемою поділу виробу на складові частини присвоїти по-значення складальній одиниці та її елементам відповідно до державно-го стандарту.

4. Виконати ескізи кожної окремої деталі конструкції (окрім стан-дартних). Виконання ескізів потрібно розпочинати з основних деталей. Ретельно перевірити наявність на ескізах розмірів, граничних відхи-лень, знаків шорсткості поверхонь, достатність зображень (виглядів, розрізів, перерізів, виносних елементів тощо).

5. Встановити кількість зображень (виглядів, розрізів, перерізів, виносних елементів), які необхідно показати на складальному крес-ленні, і вибрати масштаб побудови. Перевагу потрібно надавати масш-табу 1:1.

37

6. Визначити необхідний формат креслярського паперу, виконати основний надпис і, згідно з вимогами Держстандарту, на окремому ар-куші розграфити специфікацію.

7. Виконати планування аркуша: позначити прямокутниками (тон-кими лініями) положення кожного вигляду, розрізу, перерізу, додат-кових виглядів тощо. Відмітити місце для нанесення технічних вимог. Аркуш потрібно розпланувати так, щоб між прямокутниками залиши-лося місце для нанесення необхідних розмірів і надписів.

8. Накреслити на всіх зображеннях тонкими лініями контур основ-ної деталі, а потім послідовно накреслити тонкими лініями контури ін-ших деталей.

9. Виконати на складальному кресленні необхідні розрізи, перері-зи, виносні елементи, зобразити різьбу, проточки й інші елементи.

10. Перевірити креслення, нанести штриховку в розрізах і перері-зах, стежачи, щоб нахил ліній штриховки для однієї і тієї самої деталі був однаковим на всіх зображеннях. Обвести лінії креслення у такій по-слідовності:

а) осьові і центрові лінії;б) кола і криві лінії;в) лінії видимого і

невидимого контурів, лі-нії переходів і т.п.

11. Згідно з вимога-ми Держстандарту про-ставити необхідні роз-міри.

12. Заповнити спе-цифікацію, дотримую-чись усіх вимог Держ-стандарту.

13. Нанести номери позицій деталей у від-повідності з номерами, проставленими в специ-фікації на певний ви-ріб. Заповнити основний надпис і виконати інші необхідні надписи (тех-нічні вимоги тощо).

За потреби на крес-ленні показують умовні позначення посадок у від-повідальних сполучен-нях, необхідну обробку

Рис. 28. Приклади написання на складальних кресленнях додаткової інформації

38

деталей у процесі складання виробу, характер сполучення рознімних і нерознімних частин виробу і методи контролю цих сполучень, зобра-жують контури прикордонних деталей, частин, що переміщаються в крайніх або проміжних положеннях. У таких випадках на складаль-них кресленнях здійснюють надписи (рис. 28).

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Що називається складальним кресленням?2. У яких випадках виконується складальне креслення?3. Які складові входять до складального креслення?4. З якою метою на складальному кресленні виконуються розрізи

і перерізи?5. Охарактеризуйте особливості виконання розрізів і перерізів на

складальному кресленні.6. Які умовності і спрощення використовуються на складальних

кресленнях?7. Які розміри проставляються на складальних кресленнях?8. Охарактеризуйте структуру і особливості заповнення специфі-

кації.9. Якої послідовності необхідно дотримуватися під час виконання

складального креслення з натури?

ПРАКТИЧНА РОБОТА Виконати складальне креслення виробу з натури (за власним вибором, або за вибором учителя)

§ 6. Читання і деталювання складальних креслень

Прочитати складальне креслення означає з’ясувати призна-чення певного виробу, будову і принцип його дії, уявити форму і роз-міри виробу в цілому й кожної деталі зокрема, зрозуміти взаємне роз-міщення деталей і способи їх з’єднання між собою.

Здійснювати читання складальних креслень рекомендується у та-кій послідовності:

1. Ознайомитися зі змістом основного надпису, розміщеного у пра-вому нижньому куті креслення. За надписом встановити назву виробу, номер креслення, масштаб, масу конструкції, проектну організацію.

2. На основі комплекту конструкторських документів, які додаються до креслення, ознайомитися з призначенням і принципом роботи виробу.

3. Вивчити наявні на складальному кресленні зображення, тобто з’ясувати розміщення вигляду спереду (головного вигляду); встанови-

39

ти кількість основних, додаткових і місцевих виглядів, у яких вико-нано креслення; визначити, які розрізи (прості, складні) використані на кресленні, і напрями січних площин для кожного із них; визначити наявність перерізів, виносних елементів тощо.

4. Ознайомитися зі змістом специфікації певного виробу; встанови-ти назву кожної деталі і матеріал, з якого вона виготовлена. Послідов-но знайти кожну деталь на всіх виглядах креслення, розрізах і пере-різах. За знайденими зображеннями визначити геометричну форму і конструктивні особливості кожної деталі.

5. Встановити характер з’єднання окремих деталей. Для нероз-німних з’єднань (зварювальних, заклепкових, паяних тощо) визначи-ти кожен їх елемент (наприклад, кожен окремий зварювальний шов). Для рознімних з’єднань виявити усі кріпильні деталі, які входять до їх складу.

6. Встановити, які рухомі поверхні деталей змащуються, і як це змащення здійснюється.

7. Встановити порядок складання і розбирання виробу. При цьому необхідно виділити стандартизовані і нормалізовані деталі, на які ро-бочі креслення не розробляються.

Після прочитання складального креслення, виконують його дета-лювання. Порядок деталювання зводиться до таких етапів:

1. Перед початком деталювання в специфікації відмічають усі ори-гінальні деталі, які підлягають деталюванню. Розпочинають деталю-вання, як правило, з простих деталей. У специфікації знаходять назву деталі, матеріал, з якого вона виготовлена, її масу.

2. Знаходять деталь на всіх виглядах складального креслення, ви-вчають її зовнішню і внутрішню форму, визначають габаритні розміри.

3. Обирають головний вигляд деталі згідно з вимогами Держстан-дарту.

Головним зображенням може бути вигляд, розріз або поєднання ви-гляду з розрізом. Положення головного зображення деталі на робочому кресленні може і не співпадати з її положенням на головному вигляді складального креслення.

Осі, вали, втулки, штоки, фланці зображують на головному вигля-ді, як правило, горизонтально.

4. Намічають необхідну кількість зображень (виглядів, розрізів, перерізів, виносних елементів), виходячи з вимог Держстандарту про те, що кількість зображень повинна бути мінімальною, але достатньою для повного уявлення про форму і розміри деталі.

Кількість і характер зображень деталі на робочому кресленні мо-жуть відповідати і не відповідати кількості її зображень на складаль-ному кресленні.

5. Обирають масштаб зображення деталі згідно з вимогами Держ-стандарту. Під час деталювання необов’язково всі деталі зображувати

40

в одному масштабі. Дрібні або складні за формою деталі виконують у масштабі збільшення.

6. Обирають формат креслярського паперу, необхідного для вико-нання робочого креслення. За необхідності використовують не тільки основні, а й додаткові формати.

7. Виконують креслення і оформляють його згідно з вимогами Держстандарту.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Що означає вираз «Прочитати складальне креслення»?2. Охарактеризуйте основні етапи читання складального крес-

лення.3. З якою метою виконується деталювання складального крес-

лення?4. У якому порядку здійснюється деталювання складального крес-

лення?

ПРАКТИЧНА РОБОТА ЗАДАЧА 1Прочитати запропоноване вчителем складальне креслення.

ЗАДАЧА 2Виконати деталювання складального креслення, зображеного на рисунку.

§ 7. Застосування комп’ютерної техніки у роботі конструктора

Упровадження комп’ютерної техніки в усі сфери діяльнос-ті людини надзвичайно полегшило роботу конструкторів і конструк-торських бюро. Під час проектування певного технічного об’єкта кон-структор і інженери витрачають місяці на розрахунки, виготовлення креслень та експертизу складних проектів. Застосування комп’ютерної техніки спрощує цей процес – допомагає розв’язати технічні задачі, се-ред яких великий обсяг припадає на: знаходження та ознайомлення з технічною документацією прототипу майбутнього об’єкта; складання ескізів і технічних рисунків, робочих і складальних креслень; здійснен-ня складних розрахунків. Окрім того, комп’ютер будує графіки і діа-грами для перевірки зроблених розрахунків, які відтворюють режим роботи механізмів, а також діаграми, що дають можливість робити роз-рахунки критичної швидкості і бачити, в яких місцях деталі й меха-нізми мають найбільше навантаження. Раніше все це виконувалося на

41

папері й займало чимало часу, тепер ця робота виконується за допомо-гою комп’ютерної техніки, яка значно полегшила роботу конструктора і дала змогу досягати високої якості виконаних креслень.

Маючи комп’ютерну техніку, конструктору лише потрібно обрати одну із систем автоматизованого проектування (САПР). Найпошире-нішою в світі САПР є АutoCAD фірми Autodesk. Використовуючи цю програму, конструктор може робити креслення різних деталей, меха-нізмів, агрегатів і виконувати графіки й діаграми, накладати їх один на одного для визначення слабкої або сильної зони. При цьому всі лінії, які креслить конструктор, виводяться на екран монітора, що дає змогу йому бачити правильність побудови креслення і робити в ньому прав-ки. Вже готове креслення роздруковується на принтері. Можна вико-ристати графобудівник, який накреслить усе це на папері.

Завдяки комп’ютерній графіці конструктор має можливість швидко відтворити на екрані монітора компонувальні схеми механізмів, агре-гатів і технічного об’єкта як частинами так і загалом. Усе це уможлив-лює розв’язання таких технічних задач як визначення розміру не лише окремої деталі, а й механізмів у цілому. Така зручність застосування комп’ютера в процесі роботи конструктора надзвичайно економить час. З допомогою комп’ютера конструктор може дізнатися, як зовнішня форма технічного об’єкта впливає на робочі характеристики. Він може також швидко й легко ввести зміни до проекту й одразу спостерігати на екрані результати таких змін під різними кутами зору.

Комп’ютерна техніка на озброєнні конструктора дає змогу в корот-кі терміни випробувати велику кількість зразків, не створюючи щора-зу експериментальну модель.

Інженери, архітектори і конструктори, застосовуючи комп’ютер під час проектування, можуть, наприклад, визначати форму, розраховувати розмір, вагу, тип фундаменту і тип будівельного матеріалу, марку сталі і її кількість для кожного механізму, не витрачаючи на це багато часу.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Які можливості надає застосування комп’ютерної техніки у ро-боті конструктора?

2. Яка програма допомагає конструктору робити креслення? 3. Для чого призначений графобудівник?

§ 8. Нові види конструкційних матеріалів, їх властивості і способи отримання

На уроках трудового навчання в 5 – 8 класах ти ознайомив-ся з різноманітними конструкційними матеріалами, їх видами, влас-тивостями і технологіями обробки. Узагальнюючи ці знання, можна

42

зробити висновок, що конструкційними називаються матеріали, з яких виготовляють деталі конструкцій (машин і споруд), що беруть на себе силове навантаження.

Визначальними параметрами конструкційних матеріалів є ме-ханічні властивості, що відрізняє їх від інших технічних матеріалів (оптичних, ізоляційних, мастильних, лакофарбових, декоративних, абразивних тощо).

Конструкційні матеріали розподіляються: за походженням – ме-талеві, неметалеві і композиційні матеріали, які поєднують позитив-ні властивості одних і других; за технологією виготовлення – дефор-мовані (прокат, поковки, штамповки, пресовані профілі тощо), литі, виготовлені спіканням, формуванням, склеюванням, зварюванням (плавленням, зривом, дифузійним зрощуванням і т.п.); за умовами ро-боти – такі, що працюють в умовах низьких температур, жаростійкі, корозійно-, окалино-, зносо-, паливно-, маслостійкі тощо; за критерія-ми міцності – матеріали малої і середньої міцності з великим запасом пластичності, високоміцні з помірним запасом пластичності.

У цілому можна виокремити чотири основні типи конструкцій-них матеріалів, створених природою і людиною: метали, неорганіч-ні матеріали (мінерали, кераміка, скло і т.п.), органічні полімери і компо зити.

МЕТАЛЕВІ КОНСТРУКЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ

Окремі класи конструкційних матеріалів поділяються на багато груп. Наприклад, металеві сплави розрізняють: за хімічним складом – алюмінієві, на мідній основі, залізовуглецеві і т.п.; за типом зміцнен-ня – на такі, що піддаються гартуванню, старінню, цементації, ціану-ванню тощо; за структурним складом – сталі аустенітні і феритні, латуні тощо. У табл. 1 подано характеристики найважливіших сплавів металів.

Таблиця 1Сплави металів: властивості і застосування

Назва Властивості Застосування

Алюмінієві сплави

Легкість, висока електро- і теплопровідність, корозійна стійкість, висока питома міцність

Конструкційні матеріали в авіації, будівництві, машинобудуванні тощо; електротехнічні пристрої і матеріали

Амальгама Залежно від співвідношення ртуті та інших металів може бути (за кімнатної температу-ри) рідкою, напіврідкою або твердою

Позолота металевих виробів, ви-робництво дзеркал, стоматологія, реактив-відновлювач у хімії і металургії

Вольфрамові сплави

Пластичність, жароміцність Деталі електровакуумних приладів, високотемпературних термопар, деталі двигунів ракет і літаків

43

Продовження табл. 1

Залізовуглецеві сплави (чавун, сталь, феро-сплави)

Механічна міцність, твердість, пружність, корозійна стійкість, в’язкість і ін.

Конструкційні матеріали для всіх галузей техніки, технології, госпо-дарства, машини, інструмент

Золоті сплави Сплав з Ag при 20-40% Ag зеленувато-жовтий, при 50% Ag – блідо-жовтий; м’який і ковкий; сплави Ag з Cu червонувато-жовті; твердіші і пружніші, ніж чисте золото

Позолота металевих виробів, виготовлення монет, ювелірних виробів, зубних протезів, елек-тричних контактів

Легкоплавкі сплави

Низькі температури плавлення (не вище 232 ºС); при вмісті Ві понад 55% розширюються при затвердінні

Для виготовлення припоїв, плавких запобіжників в електроапаратурі, пресформ і моделей для виготов-лення відливків складної форми із металів і пластмас, металеві за-мазки

Магнієві сплави Легкість, міцність, корозійна стійкість

Високонавантажені деталі із пресо-ваних напівфабрикатів, штамповок і поковок в автомобілебудуванні, панелі, штамповки складної форми, зварні конструкції

Мідні сплави Міцність, висока електропровідність, корозійна стійкість, пластичність

Труби, теплотехнічна апаратура, підшипники, шестерні, втулки, пружини, деталі приладів точної механіки, термопари, фасонні деталі, декоративно-ужиткові ви-роби і скульптура

Нікелеві сплави Феромагнетизм, висока пластичність і корозійна стійкість, відсутність алотропічних перетворень, хімічна стійкість

Конструкційні матеріали з висо-кою стійкістю до агресивних се-редовищ, феромагнітні вироби, магнітострикційні матеріали

Олов’яні сплави Низька температура плав-лення, м’якість, корозійна стійкість; антифрикційні властивості

Легкоплавкі сплави (припій, по-луда) і підшипникові матеріали (бабіт)

Платинові сплави

Висока температура плав-лення, корозійна стійкість, механічна міцність, каталітичні властивості

Виготовлення термопар, елек-тричних контактів, потенціометрів, постійних магнітів високотемпе-ратурних припоїв, каталізатори, лабораторний посуд

Свинцеві сплави Міцність, твердість, антифрикційні властивості, низька температура плавлення свинцю, корозійна стійкість, добра адгезія із багатьма ме-талами і сплавами

Виготовлення або облицюван-ня кислототривкої апаратури і трубопроводів, виготовлення оболонок низьковольтних і си-лових кабелів, припої і полуди, підшипники, типографські спла-ви, вантажі, баласти, виливання дробу, сердечників куль, виго-товлення решіток свинцевих акумуляторів

44

Закінчення табл. 1

Тверді сплави Висока твердість, тугоплавкість, зносостійкість, корозійна стійкість

Цільнотвердосплавні виро-би (інструменти) для обробки металів, сплавів і неметалевих матеріалів, для оснащення робо-чих частин бурових інструментів і як конструкційні матеріали

Типографські сплави (гарт)

Низька температура плав-лення (240 – 350 ºС), хороші ливарні властивості

Виготовлення литих стереотипів (поліграфічна промисловість) і елементів набору (шрифти і ін.)

Титанові сплави Легкість, висока міцність у широкому інтервалі темпера-тур від 250 ºС до 300 – 600 ºС, корозійна стійкість

Конструкційні матеріали в авіації, ракетобудуванні, хімічна апаратура

Цинкові сплави Невисока температура плавлення, легкість обробки тиском і різанням, зварювання і паяння, можливість нанесення покриттів електрохімічним і хімічним способами, задовільна корозійна стійкість

Конструкційні і конструкційно-декоративні деталі в автомобільній промисловості, електромашинобудуванні, оргтехніці, вкладиші підшипників, побутові вироби, сувеніри

Упродовж останніх десятиріч швидко розвивається порошкова ме-талургія. Це порівняно новий для вітчизняної промисловості метод одержання конструкційних матеріалів і заготовок.

Порошковою металургією називається галузь техніки, яка охоплює сукупність методів виготовлення порошків металів і металоподібних з’єднань, напівфабрикатів і виробів із них або їх сумішей з неметалеви-ми порошками без розплавлення основного компонента.

Із наявних різноманітних способів обробки металів порошкова металургія посідає особливе місце, оскільки дає змогу одержувати не тільки вироби різних форм і призначення, й створювати принципово нові матеріали, які практично одержати іншим шляхом надзвичайно важко, а то й неможливо.

Матеріали, одержані методом порошкової металургії, можуть мати унікальні властивості. При цьому методі виробництва у біль-шості випадків коефіцієнт використання матеріалу складає майже сто відсотків.

У цілому використання методу порошкової металургії має такі пе-реваги:

• знижує витрати на подальшу механічну обробку, яку можна вза-галі не проводити, або може бути суттєво скорочена; дає змогу отриму-вати вироби точні за формою і розмірами; забезпечує високу якість по-верхні виробу;

• використовує енерго- і ресурсозберігаючі технології; зменшує кількість операцій у технологічному ланцюзі виготовлення продукту;

45

використовує понад 97% стартової сировини; реалізує багато наступ-них складальних операцій ще на стадії спікання;

• дає змогу одержувати вироби з унікальними властивостями, вико-ристовуючи багатокомпонентні суміші, об’єднуючи металеві й немета-леві компоненти; вироби різноманітної пористості (фільтри), з регульо-ваною проникністю; підшипники ковзання з ефектом самозмащення;

• забезпечує значно вищі економічні, технічні і експлуатаційні ха-рактеристики виробів у порівнянні з традиційними технологіями;

• спрощує виготовлення виробів складної форми; • задовольняє вимоги прецизійного виробництва (виготовлення ви-

робів дуже високої точності); створює умови для дотримання однако-вих розмірів у великій серії виробів.

Типова технологія виробництва виробів методом порошкової мета-лургії складається з чотирьох основних процесів:

1) одержання порошку вихідного матеріалу;2) формування заготовок;3) спікання;4) остаточна обробка.Кожен із цих етапів значно впливає на формування властивостей

готового виробу.Металеві порошки характеризуються такими властивостями: хі-

мічними, фізичними і технологічними.Хімічні властивості металевих порошків залежать від їх хімічного

складу, методу одержання порошку і хімічного складу вихідних еле-ментів. До хімічних властивостей порошків відносяться їх хімічний склад, газонасиченість, пірофорність (вогненебезпечність), токсич-ність, вибухонебезпечність.

До фізичних властивостей порошків відносяться: форма частинок, їх розмір, щільність, мікротвердість.

До технологічних властивостей порошків належать: насипна щіль-ність, текучість, здатність до пресування і формування.

Одержання порошку умовно поділяють на два способи: 1) фізико-механічний; 2) хіміко-металургійний.

При фізико-механічному способі виготовлення порошків перетво-рення вихідного матеріалу на порошок здійснюється шляхом меха-нічного подрібнення у твердому або рідкому станах – без зміни його хімічного складу. До фізико-механічних способів одержання порошків відносять подрібнення і розмелювання, розпилювання, гранулювання і обробку різанням подрібнюваного матеріалу.

При хіміко-металургійному способі виготовлення порошків зміню-ється хімічний склад або агрегатний стан вихідного матеріалу. Осно-вними методами при хіміко-металургійному виробництві порошків є: відновлення окислів, електроліз металів, термічна дисоціація карбо-нільних з’єднань.

46

Для грубого подрібнення вико-ристовують щокові (рис. 29), вал-кові (рис. 30), конусні (рис. 31), роторні (рис. 32) подрібнювачі. За допомогою цих апаратів отримують частинки розміром 1 – 10 мм. Вони є вихідним матеріалом для тонкого подрібнення, що забезпечує вироб-ництво металевих порошків.

Остаточне розмелювання здій-снюють в кульових, що обертають-ся (рис. 33), вібраційних (рис. 34), планетарних (рис. 35), відцентро-вих (рис. 36), вихрових (рис. 37) і молоткових (рис. 38) млинах.

Наступним етапом виготовлення виробів методом порошкової мета-лургії є формування заготовок. Ме-тою формування порошку є надання заготовкам форми, розмірів, щіль-ності й механічної міцності, необхід-них для подальшого виготовлення виробів. Формування включає такі операції: відпалювання, класифіка-цію, приготування суміші, дозуван-ня і формування.

Відпалювання порошків здій-снюють для підвищення їх пластич-ності і здатності до пресування.

Рис. 29. Щоковий подрібнювач

Рис. 30. Валковий подрібнювач

Рис. 31. Конусний подрібнювач Рис. 32. Роторний подрібнювач

47

Рис. 34. Вібраційний млин

Рис. 33. Кульовий млин Рис. 35. Планетарний кульовий млин

Рис. 36. Відцентровий кульовий млин

Рис. 37. Схема вихрового млина

а б

Рис. 38. Схема молоткового млина:а) загальний вигляд; б) принцип дії

48

Класифікація порошків – це процес їх розділення за розміром час-тинок.

Приготування суміші здійснюють із порошків різних металів шля-хом їх змішування.

Дозуванням називають процес відокремлення певних об’ємів сумі-ші порошку.

Для формування виробів із порошків використовують такі способи: пресування в стальній прес-формі, ізостатичне пресування, прокату-вання порошків, мундштучне пресування, шлікерне формування, ди-намічне пресування.

Спіканням називають процес розвитку міжчасткового зчеплення і формування властивостей виробу за рахунок нагрівання сформовано-го порошку. Щільність, міцність й інші фізико-механічні властивості спечених виробів залежать від умов виготовлення: тиску, пресування, температури, часу і атмосфери спікання й інших чинників.

Залежно від складу шихти розрізняють твердофазне спікання (тоб-то спікання без утворення рідкої фази) і рідкофазне, у процесі якого легкоплавкі компоненти суміші порошків розплавлюються.

Остаточна обробка готових виробів здійснюється для досягнення чистоти поверхні і точності (механічна обробка, калібрування), для одержання необхідних фізичних і механічних властивостей – хіміко-термічна обробка і різноманітні просочення.

Порошкові матеріали використовуються практично в усіх галузях техніки й обсяг їх застосування неперервно збільшується. Це пов’язано як зі зростаючою роллю, яку виконують конструкційні матеріали вза-галі, так і зі специфічними властивостями, які наявні лише у порошко-вих матеріалів.

Необхідно зазначити, що розвиток електронної техніки був би не-можливим без розвитку виробництва напівпровідників. Це стосується і космічної техніки, і ядерної енергетики.

Спечені антифрикційні матеріали дали змогу підвищити надійність і довговічність вузлів тертя, знизити втрати на тертя, замінити дорогі підшипники кочення на підшипники ковзання, або бабіти і бронзи – на залізографітові псевдосплави.

Розробка матеріалів із твердими мастилами дали можливість засто-совувати їх у пристроях, де використання рідких мастил неможливе, наприклад, у харчовій промисловості, за високих температурних се-редовищ.

Пористі порошкові матеріали широко використовуються у вузлах тертя, фільтрах, теплових трубах, ущільнювачах.

В електротехніці, енерго- і апаратобудуванні, автоматиці і телемеха-ніці, радіоелектроніці й інших галузях із порошкових матеріалів виго-товляють контакти, магнітом’які і магнітотверді матеріали, інструмен-ти для електроерозійної обробки, точкового і роликового зварювання.

49

Рис. 39. Вироби, виготовлені методом порошкової металургії

50

Жароміцні, жаростійкі і композиційні порошкові матеріали визна-чають розвиток таких галузей як авіаційна, ракетна, космічна, хіміч-ного машинобудування. Для їх потреб створені тугоплавкі матеріали, які одержують переважно методом порошкової металургії.

Тверді сплави широко використовуються для виготовлення різно-манітних інструментів, у буровій техніці, під час обробки тиском.

На рис. 39 зображено вироби, виготовлені методом порошкової ме-талургії.

НЕМЕТАЛЕВІ КОНСТРУКЦІЙНІ МАТЕРІАЛИУ восьмому класі ти уже ознайомився з багатьма неметалевими

конструкційними матеріалами і знаєш, що їх розподіляють за ізомер-ним складом, технологічним виконанням (пресовані, ткані, намотані формовані тощо), за типами наповнювачів (армуючих елементів), за ха-рактером їх розміщення і орієнтації.

Багато сучасних галузей техніки (авіація, ракетно-космічна техні-ка, суднобудування, машинобудування) не можуть розвиватися без по-лімерних матеріалів – пластмас.

Ти уже знаєш окремі види пластмас, технологію їх виробництва і сфери застосування. Незважаючи на те, що пластмаси складають лише 15% від усіх конструкційних матеріалів, зростає тенденція використан-ня їх у всіх галузях економіки. Постійно створюються нові види пласт-мас, удосконалюється технологія їх виготовлення і методи обробки.

Проривом у галузі полімерів є новий матеріал РА4Т, який має такі властивості: розмірна стабільність, сумісність із безсвинцевим паян-ням, висока жорсткість і механічна міцність за підвищених темпера-тур, висока температура плавлення і добра оброблюваність. Цей новий полімер може використовуватися у сфері мініатюризації і конвергенції електронних пристроїв, таких як стільникові телефони і комп’ютери; він знайде своє застосування у процесі вирішення проблеми зменшення маси в автомобілебудуванні.

Найбільш цікаве вирішення проблеми економії ресурсів запропону-вали японці – вони почали виготовляти пластмаси на основі рослинної сировини, яка має високу теплопровідність. Цей вид пластмас виготов-ляють із кукурудзи та інших рослин і зміцнюють невеликою кількістю вугільних волокон.

Американські вчені впевнені, що такі полімери глюкози, як це-люлоза і крохмаль, що одержуються із рослинної сировини, можуть стати прекрасною альтернативою вугіллю, нафті і газу у виробництві пластмас.

Сучасне індустріальне будівництво використовує різноманітні види матеріалів. Щорічно випускаються нові види пластмас і синтетичних смол, а з ними з’являються нові можливості розробки і виробництва но-вих будівельних матеріалів.

51

Виходячи з архітектурно-будівельних вимог і можливостей полі-мерних матеріалів, визначають такі сфери їх застосування у будівни-цтві: покриття підлоги, внутрішнє опорядження, теплоізоляція і зву-копоглинання, герметизація, гідроізоляція, антикорозійні покриття, санітарно-технічна проводка, вбудоване обладнання, захисні й об’ємні елементи споруд.

Розмаїття полімерних будматеріалів (залежно від сфери їх застосу-вання) підрозділяють на:

• матеріали і вироби для покриття підлоги (рулонні, плиткові і су-міші для монолітних безшовних покриттів);

• опоряджувальні і конструкційно-опоряджувальні матеріали і ви-роби (рулонні, листові, плитові і плиткові);

• профільно-погонажні вироби (конструкційно-опоряджувальні й ущільнюючі);

• мастики і клеї (для склеювання і герметизації); теплоізоляційні й акустичні матеріали; гідроізоляційні, покрівельні й антикорозійні матеріали;

• труби, фасонні частини до них і санітарно-технічне облад-нання;

• елементи будинків і споруд (навісні і захисні панелі, світлопрозо-рі ліхтарі і куполи, вікна, двері, вбудовані санітарно-технічні кабіни, інші об’ємні елементи будинків, пневматичні конструкції.

КОМПОЗИЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ Розвиток автомобілебудування, літакобудування, ракетної техніки

та ядерної енергетики стимулює створення нових високоякісних полі-мерів – композитів (армованих пластиків).

ХХІ століття – це століття композиційних матеріалів. Природні і навіть синтетичні матеріали в їх натуральному вигляді уже не зовсім задовольняють вимоги конструкторів, архітекторів і технологів. До не-давнього часу основною сферою використання композитів були космо-навтика і авіація. Сьогодні вони успішно використовуються в усіх сфе-рах виробничої діяльності.

Композиційними матеріалами (композитами) (від лат. composition – складання) називаються багатокомпонентні матеріали, що утворюють-ся об’ємним поєднанням полімерної, металевої, вуглецевої, керамічної або іншої основи (матриці) і наповнювачами із волокон, нитковидних кристалів, тонко дисперсних частинок тощо. Ці компоненти хімічно різнорідні, але з чіткою межею розділу між ними. Добираючи склад і властивості наповнювача і матриці, їх співвідношення і орієнтацію на-повнювача можна одержати матеріали з необхідними експлуатаційни-ми й технологічними властивостями.

Використовуючи в одному матеріалі кілька матриць (поліматрич-ні композиційні матеріали) або наповнювачі різної природи (гібридні

52

композиційні матеріали), можна значно розширити можливості регу-лювання їх властивостей.

Багато композитів легші і міцніші за алюмінієві й титанові спла-ви. Їх використання дає змогу зменшити вагу виробу (літака, ракети, космічного корабля) і, відповідно, зменшити витрати пального. Нині у швидкісній авіації використовують 7 – 25% (за вагою) полімерних композитів, що дає змогу зменшити вагу літака на 5 – 30%. Важливо ще й те, що під час виготовлення деталей з полімерних композитів у відходи йде не більше 10 – 30% матеріалу, а в процесі виготовлення аналогічних деталей з високоміцних сплавів алюмінію і титану маса відходів може в 4 – 12 разів бути більшою за масу виробу.

За структурою наповнювача композиційні матеріали розподіляють на волокнисті (армовані волокнами і нитковидними кристалами), ша-руваті (листкові) (армовані плівками, пластинками, шаруватими на-повнювачами), дисперсноармовані або дисперснозміцнені (з наповню-вачами у вигляді тонкодисперсних частинок).

Матриця в композиційних матеріалах забезпечує їх монолітність, передавання і розподіл напруги у наповнювачі, визначає тепло-, воло-го-, вогне- і хімічну стійкість.

За природою матричного матеріалу розрізняють полімерні, мета-леві, вуглецеві, керамічні і інші композити. На рис. 40 показано схему будови композиційних матеріалів.

Останнім часом у верстатобудуванні широко використовується новий композиційний матеріал – синтегран. Синтегран – високона-повнений композиційний матеріал на основі епоксидного зв’язуючого компоненту, наповнювачів у вигляді щебеню трьох-чотирьох фрак-цій і дрібнодисперсного порошку з високоміцних гранітів. Він відно-

Рис. 40. Схема будови композиційних матеріалів

53

ситься до розряду полімерних бетонів і має хороші фізико-механічні властивості.

Використовується синтегран для виготовлення базових деталей практично всіх типів верстатів і передусім надточних; для виготовлен-ня основ вимірювальної техніки й іншого обладнання, до матеріалів якого висуваються особливі вимоги, наприклад, немагнітність, коро-зійна стійкість, мала теплопровідність тощо.

Технологія виготовлення виробів із синтеграну вирізняється від-носною простотою і включає миття і сушіння гранітного щебеню, роз-сівання його на необхідні фракції, дозування, подавання до змішу-вача, змішування із зв’язуючим компонентом, заповнення форми і вібро ущільнення. Через 12 – 13 годин готовий відливок виймається з форми.

Економічна ефективність виробництва синтеграну, у порівнянні з чавунним литтям, характеризується такими даними:

• економія енергоресурсів у 2 – 3 рази;• зниження загальних витрат основних і допоміжних матеріалів у

1,2 – 1,4 рази;• скорочення виробничих площ у 3 – 4 рази;• зниження виділення газів у понад 6 разів;• зниження пилу в 10 разів.На базі синтеграну розроблені нові композиційні матеріали для ра-

діаційного захисту, зокрема, для утилізації і захоронення радіоактив-них відходів.

Ти знаєш, що деревина є одним із найпоширеніших конструкційних матеріалів. На жаль, у процесі її обробки утворюється велика кількість відходів у вигляді обрізків, стружок і тирси. Необхідність ефективні-шого використання деревини стала причиною розвитку виробництва фанери і деревинних плит ДВП, ДСП, MDF, OSB. OSB – деревна плита з орієнтованої довгорозмірної стружки (страндів). Плити OSB виготов-ляють шляхом пресування страндів за високих тиску і температури, з використанням клейких водостійких смол.

Унікальні фізико-механічні властивості плит OSB пояснюються розмірами і характером укладання трісок – довгі тонкі странди (до-вжина – до 140 мм, товщина – до 0,6 мм) укладаються трьома шарами. Зовнішні шари утворюються страндами, які орієнтовані паралельно до довжини готової плити. У внутрішньому шарі странди укладаються перпендикулярно до довжини готової плити.

Виготовляють плити OSB із сосни або осики. Вміст деревини у них досягає 95%. Це екологічно чистий матеріал як під час його виготов-лення, так і під час експлуатації готової продукції. Як зв’язуючий елемент використовують ізоціанові і меламіново-мочовинно-феноло-формальдегідні смоли. Малий вміст зв’язуючого елементу забез-печує не тільки екологічну безпечність, але й усі інші позитивні

54

експлуатаційні і виробничі властивості – легкість, низьку теплопровідність, хороше зву-копоглинання, добру оброблю-ваність й естетичний зовніш-ній вигляд (див. рис. 41).

Основними споживачами OSB є будівельна індустрія, транспортне будівництво, ви-робництво тари і меблева про-мисловість.

У результаті досліджень, що проводилися упродовж кількох десятиліть дослідно-

конструкторських і технологічних робіт, за кордоном порівняно недав-но були створені деревно-полімерні композити на термопластичному зв’язуючому компоненті – ДПКТ.

Деревно-полімерні композиційні матеріали виготовляють методом екструзії і складаються з трьох основних компонентів: частинок по-дрібненої деревини, синтетичних чи органічних полімерів або їх сумі-ші, комплексу спеціальних хімічних добавок (аддитивів).

Екструзія – формування виробів шляхом видавлювання матеріалу через формувальний інструмент з отвором відповідного перерізу.

Виготовляють плити ДПКТ за такою схемою: подрібнення дереви-ни; сушіння подрібненої деревини; дозування компонентів; змішуван-ня компонентів; пресування виробу; обрізання по довжині і, за необхід-ності, розрізання по ширині.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Які матеріали називають конструкційними? У чому полягає їх відмінність від інших технічних матеріалів?

2. Охарактеризуйте металеві сплави.3. Що називають порошковою металургією?4. Які переваги має порошкова металургія?5. Охарактеризуйте технологію одержання порошку.6. Яке обладнання використовується для виготовлення порошку?7. Назвіть сфери використання виробів, виготовлених методом

порошкової металургії.8. Про які досягнення ви знаєте у виготовленні сучасних немета-

левих конструкційних матеріалів?9. Що називають композиційними матеріалами?

10. Які композиційні матеріали ви знаєте?11. Охарактеризуйте особливості композиційного матеріалу синте-

гран.12. Що таке OSB? Яка технологія її виготовлення та сфери застосу-

вання?

Рис. 41. Використання плит OSB

55

ПРАКТИЧНА РОБОТА Ознайомлення з особливостями матеріалів, виготов-лених способом порошкової металургії та з компози-ційними матеріалами

Запитання і завдання для самоперевірки до Розділу 1 ? І. Знання1. Назвіть методи розв’язання технічних задач, які виникають

під час проектування технічних об’єктів.2. Перелічіть найвідоміші евристичні методи еволюції техніки.3. Які етапи роботи передбачає художнє конструювання?4. У чому особливість застосування матеріалів під час виготовлен-

ня макетів і моделей?5. Для чого використовується програма АutoCAD?6. Завдяки якому методу винайдено реактивний двигун?7. За якими ознаками класифікуються конструкційні матеріали?8. Які матеріали називають композиційними?9. Які способи одержання порошку ви знаєте?

10. Що таке екструзія?

ІІ. Розуміння1. Чому метод «проб та помилок» майже не використовують для

розв’язування винахідницьких задач?2. Від чого залежить застосування евристичних методів під час

проектування техніки?3. Чому зодчий Ф. Бруннелескі використав форму пташиного

яйця для купола Флорентійського собору?4. Що треба додати до гіпсу, щоб він поволі твердішав?5. Чому для виготовлення макету, де потрібно передати маленькі

деталі, не можна використовувати папір?6. Які переваги застосування комп’ютера під час конструюван-

ня?7. Чому і які саме має переваги метод порошкової металургії?8. Чому тверді сплави використовуються для виготовлення ін-

струментів у буровій техніці?9. Завдяки яким властивостям композиційні матеріали викорис-

товуються в літако-, ракетобудуванні?10. Чому свинцеві сплави використовують для виготовлення кис-

лототривкої апаратури і трубопроводів?

ІІІ. Застосування1. У яких випадках варто застосовувати метод синектики?2. Який евристичний метод ви застосуєте для механічної компен-

сації конструкції?3. Якої консистенції має бути гіпс для виготовлення невеличкої

форми?

56

4. З якою метою макет виготовляють із деревини?5. З допомогою якого пристрою швидше скласти креслення?6. Як ви на складальному кресленні умовно зобразите ущільнення

і сальники?7. З якою метою на складальних кресленнях використовують

спрощені і умовні позначення?8. Чому пористі порошкові матеріали використовують у вузлах

тертя?9. Який композиційний матеріал ви використаєте для виготов-

лення меблів?

ІV. Аналіз1. Охарактеризуйте метод «мозкового штурму».2. Чому людина використовує біоформи під час художнього про-

ектування?3. Коли застосовують метод модульних елементів? 4. Чому паперові макети недовговічні?5. Обґрунтуйте, чому під час виготовлення виразного макету ви-

користовують бук, дуб, горіх?6. Проаналізуйте, в чому полягає економічна ефективність вироб-

ництва синтеграну у порівнянні із чавунним литтям?7. Чому під час деталювання складального креслення спочатку

необхідно виконувати ескізи кожної деталі окремо?8. Проаналізуйте, в чому полягають переваги методу порошкової

металургії?9. Чим можна пояснити унікальні фізико-механічні властивості

плит OSB?10. Що сприяє широкому використанню композитів у авіа- і раке-

тобудуванні?

V. Синтез1. За методом аналогії спроектуйте на свій смак технічний при-

стрій.2. Вкажіть, що буде з молотком, якщо до нього застосувати метод

збільшення?3. Охарактеризуйте закон мінімуму в живій природі.4. Обґрунтуйте застосування каркасу у великому макеті.5. Охарактеризуйте застосування комп’ютера для визначення

форми технічного об’єкта при проектуванні.6. Охарактеризуйте спільні властивості металевих порошків і

сплавів.7. Що є спільного у робочому і складальному кресленні?8. Що є спільного у будові і технології виготовлення OSB і ДПКТ?9. Назвіть спільні характеристики металевих порошків і компо-

зиційних матеріалів.10. На які групи розподіляють будівельні полімерні матеріали?

Чому?

57

VІ. Порівняльна оцінка 1. Знайдіть спільне у методах розв’язування технічних задач, за-

пропонованих Архімедом і Раймондом Луллія.2. Що спільного між методами палеобіоніки і біомеханіки?3. Які відмінності методів інтеграції і аглютинації?4. Порівняйте фізичні властивості глини і пластиліну під час ви-

готовлення макета.5. Порівняйте процес виготовлення креслення без комп’ютера і

під час роботи з ним.6. Порівняйте фізико-хімічний і хіміко-металургійний способи

одержання порошку.7. Порівняйте платинові й титанові сплави.8. Що є спільного і які відмінності між металевими сплавами і

композиційними матеріалами?9. Порівняйте властивості чавуну і синтеграну.

10. Порівняйте особливості зображення і позначення розрізів на робочих і складальних кресленнях.

58

РОЗДІЛ 2ТЕХНІКА І ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ

§ 9. Автоматизація, автоматичні пристрої і прилади, їх будова і призначення

Автомат (від грецького automatos – самодійний) – пристрій або сукупність пристроїв, які, за заданою програмою і без безпосеред-ньої участі людини, виконують усі операції у процесах одержання, пе-ретворення, передавання і використання (розподілення) енергії, мате-ріалів або інформації.

Ще в Древній Греції так називали механізми і пристрої, які могли самостійно, без явної участі людини, виконувати певні дії. Перші авто-мати використовувалися переважно жерцями – для демонстрації «чу-дес», які нібито творили божественні сили.

З часом у будинках знаті з’явилися іграшки-автомати, які слугува-ли для розважання гостей. Великої практичної користі такі автомати не приносили, але саме вони стали прототипами сучасних автоматів, які використовуються практично в усіх сферах людської діяльності.

Проте, яку б роботу не виконував автомат, він не може працювати сам по собі. Його робота залежить від програми – певної послідовності дій, яку задає людина.

Програма роботи автомата може бути закладена в його конструкцію (годинник, торговельні автомати) або задається ззовні – за допомогою різноманітних носіїв інформації: перфокарт, магнітних носіїв тощо.

На рис. 42 зображено автоматичний регулятор частоти обертання вала парової машини. Прин-цип його дії полягає в тому, що за зменшення частоти обертан-ня вала кульки сходяться і під-німають заслінку, збільшуючи при цьому подачу пари, а це призводить до збільшення час-тоти обертання вала. За збіль-шення частоти обертання вала кульки розходяться – заслін-ка опускається, подача пари зменшується, частота обертан-ня вала також зменшується.

Автоматизація виробни-цтва – спосіб організації ви-

Рис. 42. Автоматичний регулятор частоти обертання вала парової машини

59

робництва, за якого функції управління і контролю передаються авто-матичним пристроям.

Уперше термін автоматизація з’явився у 1946 р., коли було авто-матизовано телефонні лінії та інше устаткування. Проте перші спроби автоматизувати виробництво були здійснені ще 200 років тому.

Розпочиналася автоматизація виробничих процесів із їх механіза-ції. Механізація – це напрям у розвитку виробництва, коли люди по-чали використовувати машини для виконання ручної роботи. Першою спробою механізації виробничих процесів ще у ХVІІІ ст. стали механіч-ні ткацькі верстати. Механізація виробничих процесів може бути част-ковою або повною.

Автоматизація є вищою формою механізації виробництва, за якої людина вивільняється не тільки від виконання основних та допоміжних робочих рухів, пов’язаних із виробничим процесом, а й коли функції управління і контролю передаються автоматичним пристроям. Функ-ції робітників зводяться при цьому до налагоджування і кон тролю за роботою механізмів та пристроїв.

Автоматизація виробництва здійснюється з метою підвищення продуктивності й поліпшення умов праці, забезпечення високої якості продукції, оптимізації використання ресурсів виробництва.

Автоматизація може бути частковою і повною. Вона здійснюється шляхом переведення технології на використання автоматизованих вер-статів, агрегатів, комплексів, промислових рóботів і рóбототехнічних комплексів, гнучких виробничих модулів і систем, автоматичних ліній і ділянок.

Розглянемо автоматизацію виробничих процесів на прикладі мета-лорізальних верстатів.

Рис. 43. Універсальний токарно-гвинторізний верстат підвищеної точності

60

Універсальні металорізальні верстати (рис. 43) переважно механі-зовані. Проте виконання окремих елементів технологічного процесу ще пов’язане з ручною працею. Вручну доводиться встановлювати та закріплювати заготовки, інструменти, підводити та відводити інстру-менти, закріплювати рухомі частини верстатів тощо.

У процесі роботи на верстатах-напівавтоматах (рис. 44) вручну здійснюється установка заготовок, пуск, знімання виробу. Решта опе-рацій циклу обробки здійснюється автоматично.

На верстатах-автоматах (рис. 45) усі робочі і холості рухи здійсню-ються автоматично, людина лише контролює цикл роботи.

Верстати з числовим програмним управлінням усі робочі і холості рухи виконують на основі попередньозакодованої програми, яка вве-дена в металорізальний верстат і подає перетворені імпульси на вико-навчі і управляючі механізми (рис. 46).

Технологічний процес виготов-лення деталі часто охоплює не один, а кілька верстатів, наприклад, операції з механічної обробки блока циліндрів двигунів внутрішнього згоряння ви-конуються послідовно на 40 багато-шпиндельних спеціальних верстатах. При цьому обладнання розміщують у такому порядку, який відповідає тех-нологічному процесу, а оброблювані деталі утворюють потоки. Обладнан-ня, розміщене по ходу технологічного процесу, називають потоковими ліні-ями. Весь процес виготовлення при цьому може бути як механізованим, так і автоматизованим.

Рис. 45. Верстат-автомат для шліфування кутів А-320

Рис. 44. Токарний верстат-напівавтомат 16К20Т

61

Автоматичною лінією називається така лінія, яка складається з ав-томатів, а оброблювана деталь переміщується з одного робочого місця на інше автоматично.

Щоб навіть один із верстатів, які входять до складу автоматичної лінії, не простоював, технологію розробляють так, аби обробка деталі на кожному робочому місці виконувалася за однаковий відтинок часу.

Якщо автоматизується виконання всіх робіт, що складають вироб-ничий процес, то така автоматизація називається комплексною.

Створення автоматичних ліній, цехів, заводів дає змогу робітнико-ві керувати багатьма агрегатами. У таких умовах керування і контроль за роботою обладнання здійснюється з одного пункту.

Для керування і контролю на відстані застосовують два основні спо-соби: дистанційний та електромеханічний.

Під час дистанційного керування команди до кожного виконавчо-го органа подаються окремими лініями зв’язку. Найчастіше на пульті керування розміщують кнопки «Пуск» і «Стоп» – для кожного з керо-ваних вузлів верстата.

Якщо керування забезпечується електромеханічними засобами, то кожен із керованих вузлів з’єднується з пультом керування окремим електричним колом.

Електро-механічні засоби – це клас технічних пристроїв автомати-ки, в основі роботи яких лежить електромеханічне перетворення енер-гії і сигналів.

Більшість електромеханічних засобів складають електромашинні пристрої.

Рис. 46. Металорізальний верстат із числовим програмним управлінням (ЧПУ)

62

Електромашинні пристрої – це клас технічних засобів, який вклю-чає як класичні електромашини (двигуни і генератори), так і спеці-альні пристрої, виконані на базі електричних машин, що призначені для різних функціональних перетворень у системах автоматичного керування.

За вихідною потужністю електричні машини розподіляються на: мікромашини, машини малої потужності, машини середньої потуж-ності, машини великої потужності.

В автоматичних системах і приладах використовуються мікрома-шини, які поділяються на чотири підгрупи:

1) силові мікромашини, що перетворюють електричний сигнал у механічний;

2) інформаційні мікромашини, що перетворюють механічний сиг-нал (кут повороту, кутову швидкість, кутове прискорення) в елек-тричний;

3) гіроскопічні машини – елементи гіроскопічних пристроїв і при-ладів;

4) перетворювачі значення і виду напруги, частоти, а також підси-лювачі потужності.

Основні вимоги до електричних мікромашин поділяються на дві групи:

1. Загальні вимоги, які не пов’язані з конкретними умовами екс-плуатації і сферою застосування. Силові машини і перетворювачі, маючи достатню точність і швидкодію, повинні вирізнятися хороши-ми енергетичними показниками. Основні вимоги до інформаційних мікромашин – висока точність перетворення і стабільність характе-ристик. Практично до всіх електричних мікромашин автоматичних систем і приладів висуваються вимоги високої надійності, тобто здат-ність безвідмовно працювати впродовж заданого часу і за певних умов експлуатації.

2. Вимоги, які ставляться залежно від сфери застосування і умов експлуатації: мінімальні габаритні розміри і маса за заданими ви-хідними параметрами – для мікромашин бортової апаратури, рухо-мих частин промислових роботів; стійкість до вібрацій і ударних навантажень – для транспортних і сільськогосподарських машин, бортової апаратури; кліматична і радіаційна стійкість – для мікро-машин, що працюють в ядерних реакторах, на космічних апаратах і в умовах тропічного клімату; вибухобезпечність – для мікромашин шахтного і рудникового призначення; безшумність – для мікро-машин звукозаписуючої і звуковідтворюючої апаратури; низький рівень випромінюваних радіоперешкод – для мікромашин, що пра-цюють у комплекті з електронною апаратурою; низький рівень газо-вих виділень – для мікромашин, що застосовуються у вакуумному і технологічному обладнанні.

63

Найвищий рівень автоматизації мають рóботи – механізми, здатні виконувати складні дії без безпосередньої участі людини (рис. 47). Сло-во «рóбот» походить від слова robot, яке чеський письменник К. Чапек утворив від слова «robota» («праця»). Зазвичай рóботи запрограмовані на виконання робóти, що не може бути виконана людиною. Як правило, це робóта з отруйними речовинами або в небезпечному для життя лю-дини середовищі. Рóботи мають справу з радіоактивними матеріалами, як це було у процесі ліквідації наслідків аварії на Чорнобильській АЕС, розпилюють великі об’єми фарби, працюють під водою, досліджують поверхні інших планет, наприклад, Місяця, Марса, знешкоджують бомби, міни, снаряди тощо.

До промислових рóботів відносяться механічні руки чи маніпулято-ри. Рух маніпуляторів забезпечується різними приводами: електрични-ми, гідравлічними або пневматичними системами. Частина маніпуля-тора, що відповідає долоні людини, називається кінцевим ефектором. На ньому розміщені різні механізми, пристрої та інструменти, за допо-могою яких маніпулятор виконує робóту. Рух і положення ефектора в просторі контролюється мікропроцесором.

Число напрямів, у яких маніпулятор може діяти або рухатися, називається ступенем свободи. Якщо, наприклад, маніпулятор може

Рис. 47. Рóбот

64

рухатися уверх, вниз, праворуч, ліворуч і обертатися – то він має три ступені свободи. Діє рóбот на основі програми, закладеній у мікропроцесор. Управляти рóботом може та-кож і оператор, який стежить за його діями за допомогою відеокамер, установлених у го-ловній частині рóбота.

Останнім часом застосовуються нано-рóботи, розміри яких становлять мільйонні частки міліметра. Використовуються вони у мікрохірургії (рис. 48).

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Що називають автоматом?2. Розкажіть про історію виникнення автоматів.3. Що називається механізацією і автоматизацією виробничих

процесів? Охарактеризуйте їх суть.4. Охарактеризуйте групи металорізальних верстатів за рівнем їх

автоматизації.5. У чому полягає специфіка керування і контролю на відстані

технологічним процесом дистанційним та електромеханічним способами?

6. Які механізми називають рóботами? Які сфери застосування рóботів ви знаєте?

ПРАКТИЧНА РОБОТА Ознайомлення з автоматичними пристроями, наявни-ми у шкільній навчальній майстерні

§ 10. Основні механізми, прилади та вузли автоматичних пристроїв

Автоматичні пристрої, як правило, складаються зі сприйма-ючих механізмів (датчики), реле, підсилювачів, виконавчих пристроїв.

СПРИЙМАЮЧІ МЕХАНІЗМИДатчики. Зміна чинників виробничого процесу фіксується спеці-

альними сприймаючими механізмами, які сповіщають про це відповід-ними сигналами. Сприймаючі механізми, функція яких на цьому за-кінчується, називаються датчиками. Крім того, сприймаючі механізми можуть безпосередньо виконувати вмикання, вимикання або переми-кання виконавчих пристроїв механізмів.

Рис. 48. Нанорóбот

65

Конструкція і принцип дії сприймаючих механізмів залежать від природи змін, що відбуваються у виробничих процесах, зокрема, вони розподіляються на: сприймаючі механізми переміщення і положення; механізми, які сприймають механічні зусилля; датчики сили світла (освітленості); термодатчики тощо.

Сприймаючі механізми переміщення або положення можуть бути пов’язані з механічними, гідравлічними або пневматичними система-ми. Для прикладу розглянемо принцип роботи раптового зупинника (рис. 49). Робочий орган машини (наприклад, супорт верстата) пересу-вається праворуч. Дійшовши до заскоч-ки 3, упор стискує пружину 4 і таким чином притискує заскочку донизу. При цьому звільняється важіль 1 і під дією пружини 2 кулачкова муфта виводить-ся із зачеплення з черв’ячним колесом. Робочий рух припиняється.

У практиці широко застосовуються шляхові датчики (рис. 50), які дають змогу ввімкнути електричне коло у той момент, коли робочий орган машини за-ймає те чи інше положення.

Датчики працюють так. Під дією упора плунжер 1 опускається вниз і верхні контакти 4 роз’єднуються з рухомою планкою 2, а нижні кон-такти 3 – з’єднуються. А коли на плунжер перестає діяти упор, то він повертається у вихідне положення разом із планками 2.

Прикладом механізму, який сприймає механічні зусилля може бути регулятор тиску з мембраною (рис. 51). Коли тиск повітря змен-шується, мембрана 2 під дією пружини 4, яка розміщена у втулці 3, опускається, відкриваючи клапан 5. Тоді повітря проходить через

Рис. 50. Електричний шляховий датчик Рис. 51. Регулятор тиску

Рис. 49. Схема автоматичного раптового зупинника

66

порожнину під мембраною і виходить через отвір 1, що сприймається як сиг-нал для підвищення тиску у системі. З підвищенням тиску повітря мембра-на піднімається, і вихід повітря з регу-лятора припиняється.

Для сприймання тиску у гідро- або пневмосистемах можуть застосо-вуватися також електричні датчики (рис. 52).

Як датчики сили світла (освітле-ності) використовують фотодатчики. На рис. 53 показано схему використан-ня фотодатчика для вимірювання ве-личини переміщення робочого органу машини. Робочий орган машини 1 пе-ресувається від ходового гвинта 2. На

гвинті насаджено диск 3 з прорізами 4. Промінь світла від лампи 8 че-рез щілину у пластині 7 потрапляє на диск 3. Диск обертається разом із ходовим гвинтом. У ті моменти, коли проти щілини в пластині зна-ходяться прорізи диска, промінь світла потрапляє на фотоелемент 5, спричинюючи в колі імпульси струму. За кількістю імпульсів на опорі 6 можна визначити шлях, пройдений робочим органом 1.

Термодатчики використовуються для стеження за зміною темпе-ратури і підтримування її у певних межах. Для цього використовуєть-ся термопара. Поширені також напівпровідникові опори (термістори), термометри опору тощо.

Реле. Електричними реле називаються пристрої, які, сприймаю-чи електричні сигнали, вмикають або вимикають керовані кола. Реле здатні перетворювати, помножувати та підсилювати сигнали.

Рис. 52. Електроконтактний датчик тиску

Рис. 53. Схема використання фотодатчика

67

Серед реле найпоширеніші елек-тромагнітні нейтральні (рис. 54), електромагнітні поляризовані (рис. 55), магнітоелектричні (рис. 56).

Електромагнітні нейтральні реле можна використовувати як для постійного струму будь-якої поляр-ності, так і для змінного струму. За конструкцією ці реле можуть бути з поворотним якорем або з якорем, який втягується. Принцип дії обох реле однаковий. Після ввімкнення керуючого струму в обмотку елек-тромагніту 2 сердечник 3 намагні-чується і притягує якір 4. При цьо-му замикаються або розмикаються контакти керованого кола 1.

Підсилювачі поділяють на про-порційні та ступінчасті.

Пропорційні підсилювачі ха-рактерні тим, що за поступової зміни первинного сигналу так само поступово змінюється вели-чина підсиленого сигналу (вто-ринного).

Ступінчасті підсилювачі (їх на-зивають ще підсилювачами релей-ного типу) реагують лише на певну величину первинного сигналу.

Залежно від виду енергії, яка підводиться, підсилювачі поділя-ють на електричні, гідравлічні та пневматичні.

До підсилювачів пропорційного типу відносять електронні (лампові і напівпровідникові), електромаг-нітні та електромашинні.

Групу електричних підсилюва-чів ступінчастого типу складають електричні реле, а також різні елек-тромагнітні пускачі та контактори. Вони розраховані на слабкі струми, що пропускаються через їх котуш-ки, і призначені для замикання

Рис. 56. Схема магніто-електричного реле

Рис. 54. Схема електромагнітних нейтральних реле

Рис. 55. Схема електромагнітного поляризованого реле

68

та розмикання контактів кіл, по яких проходять струми значно більшої сили.

До гідравлічних підсилювачів відносять золотники різних кон-струкцій (рис. 57, 58).

Виконавчі пристрої за прин-ципом дії поділяються на елек-тричні, гідравлічні та пневматич-ні. До електричних відносяться електродвигуни змінного та по-стійного струму, а також елек-тромагніти в різних варіантах виконання, зокрема, електромаг-нітні муфти.

Гідравлічний привод склада-ється з двох основних частин: на-соса (первинної частини привода) та гідродвигуна (вторинної час-тини привода), яким може бути силовий циліндр, або двигун обер-тального руху.

Насос, який приводиться у рух від електродвигуна, створює напір (тиск). У гідродвигуні на-пір, створений насосом, перетво-рюється на механічну роботу.

На рис. 59 подано принципову схему використання гідродвигуна

для виконання роботи спосо-бом копіювання.

Заготовка 2 та копір 4 закріплюються на столі вер-стата, який має дві подачі (поздовжню і вертикальну). Обробка деталі за контуром, відповідним профілю копі-ра, відбувається в результаті вертикального переміщення стола.

Масло з резервуара пода-ється насосом до золотника 6 та гідравлічного циліндра 1 вертикальної подачі. Під час Рис. 59. Схема гідропривода

Рис. 57. Схема золотникового пропорційного гідравлічного

підсилювача

Рис. 58. Схема золотника-підсилювача з гідравлічним керуванням

69

переміщення стола вліво щуп 3 ковзає по поверхні копіра 4, переміщу-ючись залежно від профілю вгору або вниз. Коли щуп піднімається, він через важіль 5 переміщує золотник 6 униз і відкриває прохід для зли-вання масла з циліндра 1, стіл верстата під дією ваги опускається. Коли профіль копіра опускається, пружина 7 переміщує золотник 6 вгору та перекриває прохід масла в бак. Тиск масла в робочому циліндрі 1 підви-щується, і стіл разом із копіром та заготовкою починає підніматися.

Пневматичні двигуни, в яких рушійною силою є стиснене повітря, за своєю конструктивною будовою подібні до гідродвигунів.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ? 1. Які елементи входять до складу автоматичних пристроїв?2. Охарактеризуйте особливості сприймаючих механізмів.3. Що називають датчиками? Яке їх призначення і конструкційні

особливості?4. Охарактеризуйте призначення і конструктивні особливості під-

силювачів.5. Що називають виконавчими пристроями? Які види виконавчих

пристроїв ви знаєте?

ПРАКТИЧНА РОБОТА Ознайомлення з типами датчиків, наявними у шкільній майстерні, а також з тими, що використовуються у по-бутових приладах

§ 11. Застосування комп’ютерної техніки у сучасних технологічних процесах

Нині швидко розвивається і впроваджується комп’ютерна техніка в усіх сферах людської діяльності. Найхарактерніше це для таких ключових галузей, як промисловість, освіта, медицина тощо. Комп’ютеризація вимагає умінь швидко і правильно одержувати, збе-рігати і передавати інформацію.

Сучасні вимоги до професійної підготовки спеціалістів передбача-ють такий рівень оволодіння сучасними інформаційними засобами і технологіями, який міг би забезпечити достатню функціональну не-залежність людини у процесі обробки інформаційних потоків. Тож у сучасних навчальних закладах велика увага приділяється вивченню інформатики, що значно допомагає у подальшому становленні профе-сіонала, здатного повноцінно жити і працювати в умовах інформацій-ного суспільства.