Наряду с ними все шире встречаются в технике машины, где нет ременных передач, где машина и двигатель — одно целое.
Это электромашины, такие, например, как электрошпиндель, в котором электромотор — часть конструкции самой машины.
Это такие машины, как шлифовальная воздушная турбинка, электросверло, в которых привод и машина — одно неразрывное целое.
В них для передачи вращения вал двигателя и вал машины прочна соединяют быстроходной муфтой.
Муфты бывают разные — жесткие и эластичные, пружинные и зубчатые, магнитные, гидравлические и другие, но одинаково в них одно: они связывают оба вала либо наглухо, либо так, чтобы, допуская небольшие смещения, не разорваться, если такое смещение случится.
Муфты должны быть прочными и надежно работать при больших окружных скоростях. В них пришлось отказаться от прокладок из резины или кожи.
В муфтах высокоскоростных приводов отказались от соединения из двух половин, а соединяют прямо один вал с другим: в одном валу выступ, в другом углубление, как отвертка и вырез в головке винта. Сверху надевают металлическую втулку, плотно охватывающую концы валов. Такая муфта выдерживает до 100 тысяч оборотов в минуту.
Но если один вал соединяется прямо с другим, то нельзя ли и вовсе избежать муфты — вместо двух валов сделать один?
Так нередко делают в небольших быстроходных машинах — шлифовальных шпинделях. На конце вала воздушной турбинки или электромотора помещают шлифовальный круг.
Области применения высокоскоростных приводов.
Мы получили вращение и передали его. Сколько оборотов дал привод, столько же ременная передача или муфта сообщили и машине. Сколько оборотов получено, столько и передано.
Бывают, однако, в технике случаи, когда требуется получить одно, а передать другое число оборотов, иначе говоря, замедлить или ускорить вращение. Это может делать ременная передача. Это делает и зубчатая передача — редуктор.
Авиационная газовая турбина вращается со скоростью, скажем, 15–18 тысяч оборотов. Но если она служит приводом воздушного винта, то такая большая скорость для винта не годится. Винт не выдержит ее и разорвется в куски от огромной центробежной нагрузки. Поэтому обороты нужно уменьшить. Между валом турбины и винтом ставят редуктор.
Редуктор понижает обороты газовой турбины, вращающей генератор электрического тока. Такой редуктор нужен при передаче вращения валу станка, насосам или судовым винтам, колесам паровоза или автомобиля.
Но иногда бывает нужно не понижать, а повышать обороты.
На высотных поршневых авиационных моторах устанавливают нагнетатели, помогающие мотору «дышать». Воздух сжимается крыльчаткой, вращающейся с большой скоростью. Вращаясь, крыльчатка отбрасывает воздух от центра диска, и он сжимается центробежной силой.
Чтобы сжать воздух, нужна скорость 20–30 тысяч оборотов в минуту, а вал поршневого мотора делает всего около 3 тысяч оборотов. И крыльчатку соединяют с валом через зубчатую передачу — редуктор, повышающий обороты в несколько раз.
Быстроходные редукторы широко применяются теперь в технике. Но и здесь большие скорости поставили новые трудности перед инженерами.
Малейшая, вполне допустимая раньше неточность в изготовлении деталей становится грозным врагом при больших скоростях.
Редуктор ведь состоит из нескольких зубчатых колес, и дефекты каждой шестерни сказываются на работе всех остальных. В конце концов может случиться, что редуктор не будет работать.
Шестерни при работе нагреваются, смазка разжижается, увеличивается износ зубьев. Их «заедает», начинается «шелушение», истирание, скалывание, излом металлических поверхностей. В трещинки может попасть масло — и подобно тому, как это бывает в подшипнике — расклинить и разрушить поверхность.
Кроме того, шестерни, даже и весьма точно изготовленные, сильно шумят при работе, потому что под нагрузкой они изменяются в размерах. Хотя эти изменения ничтожно малы, но их бывает достаточно, чтобы появился шум.
Борьба с шумом быстроходных зубчатых передач стала серьезной проблемой.
Инженеры разрабатывают конструкцию редукторов, шумящих как можно меньше, подбирая наиболее благоприятные размеры колес, зубьев, их форму.
Иногда, при небольших нагрузках, применяют бесшумные шестерни из пластмассы.
Испытания шестерен помогают увидеть, как распределяются напряжения в местах зацепления зубьев, как они там концентрируются. Это помогает инженерам проектировать шестерни не «громкоговорящие», а шумящие как можно меньше.
Теперь существуют редукторы, где окружная скорость доходит до 140 метров в секунду. Они могут передавать мощность в несколько десятков тысяч лошадиных сил.
Тщательным изготовлением, испытаниями и опытами, повышением качества материалов добиваются надежной работы быстроходных зубчатых передач.
Быстроходные передачи для быстроходных станков, приборов, механизмов — это часть борьбы за скорость, идущей в машиностроении и металлообработке, приборостроении и авиации. От них во многом зависит наилучшее использование мощности сверхскоростных двигателей — турбин и электромоторов, все шире применяющихся в технике больших скоростей.
ШТУРМ ЗВУКОВОГО БАРЬЕРА
То, к чему привыкли, перестает нас удивлять, становится будничным, повседневным. А между тем давно известно, что в привычных на первый взгляд вещах скрыто зачастую непривычное, новое, удивительное. Нужно лишь суметь его увидеть.
Я хочу рассказать вам об одной такой вещи.
Наша книга — о машинах, и речь здесь пойдет тоже о машине.
Ее все знают. Мы все привыкли к ней как и ко многим другим, которые с детства окружают нас.
Но не все знают, что это чудесная машина. Недаром и название ее взято из сказки: народ мечтал о такой сказочной, небывалой, чудесной машине.
Чтобы создать ее, потребовались многие годы тяжелого труда, ну-жен был настоящий творческий подвиг.
Машина эта — самолет. Бывший ковер-самолет из сказки.
Именем творца первой такой машины, Александра Можайского, заслуженно гордится наш народ.
Чтобы строить современные самолеты, нужно было создать новую науку, даже несколько новых наук.
Имена их творцов — Жуковского, Чаплыгина, Циолковского — заслуженно стоят в ряду гениев нашего народа.
В этой машине, в том, чем она стала теперь, собраны, как в фокусе, достижения многих отраслей науки и техники.
И трудно, пожалуй, найти другую область машиностроения, где так остро, так напряженно шла и идет борьба за скорость, как в самолетостроении.
Самолет — самая быстроходная из транспортных машин, созданных человеком. Он открыл путь покорения воздушного океана, который тысячи лет был недоступен для человека.
Я не собираюсь поражать ваше воображение многими цифрами, подобно таким: в современном большом самолете миллион заклепок, мощность двигателей на нем превышает мощность районной электростанции.
Но две цифры я назову. В них скрыто больше содержания, чем в самом подробном рассказе. Лучше любого описания поведают они о борьбе за скорость в авиации.
За четыре десятилетия, с 1906 по 1945 год, рекордная скорость полета выросла с 41 до 975 километров в час — почти в 24 раза! А в послевоенные годы она перевалила за 1 000 километров в час.
Рост рекордных скоростей в авиации.
Борьба за скорость в авиации была борьбой за прочные, но в то же время легкие материалы. Такие материалы есть теперь.
