Развитие истории техники и технологий

Джероламо Кардано, один из основоположников кинематики механизмов и разработавший теорию и практику зубчатого зацепления, изобрел карданный вал.

Со XVI столетия началась история суппорта – специальная «поддержка» в станке для нарезания винтов. Первые сведения о суппорте были в 1480г. в старинной немецкой рукописи.

 «Держалка» была описана в труде «Театр инструментов» французского изобретателя  Жака Бессона. Он же описал токарно-винторезный станок со суппортом, им же были описаны токарно-копировальные станки, на которых по бронзовым образцам можно было вытачивать неограниченное количество изделий из дерева и кости.

К концу XVI в. человечеством были освоены основные методы выплавки металлов, литья, холодной и горячей ковки, чеканки. Тогда были созданы работающие образцы механообрабатывающих станков и необходимые инструменты – сверла, резцы, напильники, метчики. В качестве абразивного инструмента применялись природные камни.

Итак, к XVI в. сверлильные и токарные станки стали универсальными механизмами, с помощью которых производились различные изделия, в том числе стволы огнестрельного оружия, цилиндры насосов и воздуходувок.

 

Техника в эпоху  мануфактурного производства

(XVI в. – 1760 г.)

 

Мануфактурное производство, основанное на применении наемного труда, начало зарождаться еще в XIII – XIV вв. в городах-государствах Италии и других местах Западной Европы.

Мануфактура, базирующая на ручной ремесленной технике, способствовала общественному разделению труда  и тем самым подготовила переход  к машинному производству. Господствующую форму общественного производства она занимала в Западной Европе в  середины XVI и до последней трети XVIIIв. В России – со второй половины XVII до первой половины XIXв.

С развитием металлургии  совершенствуется металлорежущие оборудование.

На рубеже XVI – XVII вв. вышла книга французского ученого Ш. Плюмье «Искусство точения», переведенная в 1716 г. на русский язык по приказу Петра I.

Токарный станок подвергся  значительному совершенствованию, которое состояло прежде всего в отделении привода от станка и переходе от мускульного ручного и ножного привода к гидравлическому. Дальнейшее совершенствование было связано с появлением суппорта.

И лишь «держалку» русского изобретателя Андрея  Нартова в  созданном им в 1729 г. токарно-винторезном  станке можно было назвать суппортом.

Всего выдающийся изобретатель А.К. Нартов создал 13 типов токарных станков, среди которых несколько токарно-копировальных (1718 – 1729), токарно-винторезный с механизированным суппортом и сменным зубчатыми колесами (1738), а также зубофрезерный станок для нарезания зубчатых колес.

В 1713 г. в Швейцарии механик  Жан Мориц-старший сконструировал и построил вертикально-сверлильный станок.

В 1712 – 17 14 гг. на Олонецком заводе в России мастер В.И. Генин на базе вододействующей установки создал станочный комплекс, состоящий из пилы для отрезки прибылей, горизонтально-сверлильного станка и станка для наружной обработки пушечных стволов. В это же время на Тульском оружейном заводе Марк сидоров на той же базе  создал 12-шпиндельные «вертикальные» станки для сверления ружейных стволов, которые были улучшены Яковом Батищевым и могли одновременно обрабатывать по 24 ствола.

В 1742г. в Западной Европе французский механик Мориц-младший усовершенствовал горизонтально-сверлильный станок.

 К концу XVII в. наряду со сверлильными и токарными появились и горизонтально-расточные станки, которые были станками универсального назначения.

 

Техника эпохи  промышленного переворота

(1760 – 1870 гг.)

 

Промышленный переворот  означал резкий скачок в развитии производительных сил, заключающийся в переходе от мануфактуры к машинному производству.

Развитие средств и  способов осуществления технологических  операций, накопление и комбинирование элементов, повышающих их эффективность, являлось одной из существенных сторон технического прогресса. Это постепенно вело к вытеснению ручных операций, созданию разнообразных машин и в конечном счете к возникновению машинного производства.

Настоящими «двигателями технического прогресса» стали изобретатели.

В 1763 г., на 20 лет раньше Дж. Уатта, рабочий уральского завода Иван Ползунов построил паровую машину.

Изобретатель и механик-самоучка Иван Кулибин создал специальные  зубообрабатывающие станки.

Во второй половине XVIII в. М.В. Ломоносовым были созданы лоботокарный, сферотокарный и шлифовальный станки. Тогда же над созданием парового двигателя работали английский механик Томас Севери и французский изобретатель Дени Папен. В 1769 – 1775 гг. механики М. Смитон и Дж Уилкинсон разработали горизонтальный стан для расточки цилиндров.

В 90-е гг. XVIII в. изобретатель Генри Модсли создал токарно-винторезный станок с самоходным суппортом и сменными шестернями.

В начале XIX в. русский инженер Б.С. Якоби построил первый электродвигатель.

В 1817 г. англичанин Р. Робертс создает строгальный станок для обработки деталей с плоскими поверхностями. В 1818 г. механики Джеймс Несмит и Эли Уитни построили фрезерный станок с многорезцовым режущим инструментом – фрезой со вставными ножами.

В период 1810 – 18 гг. механик Тульского оружейного завода П.Д. Захава создал целый ряд станков для обработки ружейных стволов (обточки, сверления и др).

В 1822 г. появилось стальное сверло с винтовыми канавками.

В 1829 г. на Луганском заводе механик Л.И.Изгоров построил специальный станок для нарезания наружной и внутренней резьбы на крупногабаритных изделиях.

           В 1829 г. Д.Несмит разработал свою конструкцию фрезерного станка,             в 1836 г. – совершенную конструкцию поперечно-строгательного станка.

           В 1839 г. Несмит изобрел паровой молот, конструкцию которого он сам же усовершенствовал в 1856 г.

В 1839 г. швейцарец И.Г. Бодмер патентует карусельный станок.

В 1835г. инженер Джозеф Витворт патентует автоматический токарно-винторезный станок.

В 1835 – 1840 гг. совершенствуются долбежные, клепальные и др. станки.

В 1851 г. Джозеф Витворт впервые ввел систему взаимозаменяемости винтовой резьбы, сконструировал измерительную машину и систему калибров, положив начало развитию унификации и стандартизации.

 

Становление машиностроения XVIII в.

 

В конце XVIII в. машиностроение стало формироваться в самостоятельную отрасль индустрии.  Сперва машины изготавливались по отдельным заказам, затем заводы начали переходить к серийному производству машин.

Зарождалась наука о машинах  – машиноведение, истоками которой  послужили «Театры машин».

В XVIII в. машины рассчитывать не умели и строили их по правилам статики. Впервые указал на то, что основное у машины – движение, живший в России немецкий математик Леонард Эйлер. Позже французский геометр Гаспар Монж показал, что машина состоит из трех механизмов: двигателя, привода и рабочего органа, которые он назвал элементарными машинами. Издается книга «Театр машин» Якоба Леопольда. Русский ученый АК Нартов в 1742 г. публикует «Атлас машин». В 1808 г. инженер Августин Бетанкур и математик Хосе Мария Лануа (Франция) написали первый учебник по курсу построения машин. А в 1840 г. английский ученый Роберт Валанс определил научное понятие механизма. Число изобретенных механизмов к началу XIX в. не превышало двухсот, из которых более половины было изобретено в XVIII в.

Становление машиностроения стимулировало работу изобретателей  над проблемой передачи от паровой  машины и распределения ее между  станками. Появились ступенчатые шкивы и гибкие движущиеся ленты, заполонившие цехи заводов XVIII в.

 

Зарождение автомобильного транспорта

 

Оригинальную «самокатку» (четырехколесную повозку) изготовил в 1770 г. И.П.Кулибин.

В 1752 г. русский изобретатель Л.Л. Шамшуренков создал четырёхколесный экипаж, приводящий в движение мускульной силой двух человек. Слесарь Нижнетагильского завода Е.М.Артамонов в 1801 г. построил первый двухколесный цельнометаллический велосипед.

Первый автомобиль, точнее, паровую повозку создал в 1769 – 70 гг. французский изобретатель Н.Ж. Кюньо. В конце 1780-х гг. свою первую повозку построил английский изобретатель У.Мердюк. «Паровую тележку» создал чешский механик И.Божек, а 10 лет спустя французский изобретатель Пеке построил грузовик с паровым двигателем и механизмом дифференциала. В то же время английский изобретатель предложил конструкцию четырехколесного парового тягача со всеми ведущими колесами и передачами через карданные валы.

В 1830 г. в Англии появились  первые колесные тракторы с паровым двигателем, а в 1837 г. Д.А. Загряжским в России был запатентован гусеничный ход, давший толчок к созданию гусеничных тракторов. В 1831 г. на линии Лондон - Стратфорд было организовано движение первых омнибусов.

В 1860 г. французский изобретатель Э. Ленуар создал газовый двигатель, действующий по принципу парового двигателя Д. Папена.

В промышленности был осуществлен  переход от центрального парового двигателя  к электрическому.

В 1831 г. Фарадей создал униполярный двигатель. Он создал один из первых прототипов генератора электрического тока.

Первый генератор электрического тока был сконструирован французским  изобретателем Ипполитом Пикси в 1832 г.

В 1824 г. английский физик  и математик Питер Барлоу сконструировал модель электрического мотора.

В 1843 г. русский инженер  Б.С.Якоби построил первый электродвигатель.

Итальянский физик и изобретатель Антонио Пачинотти в 1859 г. построил электродвигатель с кольцевым зубчатым якорем, в 1860г – двигатель постоянного тока с коллектором.

Американский изобретатель Томас Альва Эдисон находит хороший способ уменьшить нагрев машины.

Немецкий электротехник  Фридрих фон Гефнер-Альтенек изобрел в 1872 г. барабанный якорь электрической машины постоянного тока.

Постепенно электродвигатели постоянного тока стали применять  для разнообразных рабочих машин, станков и механизмов.

Так произошел переход  от группового привода к индивидуальному.

 

Техника в эпоху  индустриализации

(1870 – 1920)

 

В течение этого периода  в результате осуществления технического переворота и промышленной революции мануфактура уступила место крупной машинной индустрии.

За рассматриваемый период объем машиностроения увеличился почти  в пять с половиной раз. Этому  во многом способствовало развитие технических  наук и прежде всего теория машин  и механизмов.

В 1875 г. немецкий ученый Ф. Рело впервые четко сформулировал и изложил основные вопросы структуры и кинематики механизмов, заложив основы теории механизмов и машин. Развитие машинной техники потребовало решения проблем их автоматического регулирования. Основателем автоматического регулирования (1877 – 1878) считается русский ученый И.А. Вышнеградский, а его продолжателем (1893 – 1899) – словацкий теплотехник А. Стодола.

В 1880-е гг. русский ученый Н.П.Петров и английский физик О. Рейнольдс заложили основы гидродинамической теории смазки. Петров в 1885 г. опубликовал свою работу « Трение в машинах и влияние на него смазывающей жидкости».

В 1870 г. горный инженер И.А.Тиме защитил диссертацию на тему «Сопротивление металлов и дерева резанию», а в 1885 г. уже в ранге профессора опубликовал первый капитальный труд по технологии металлообработки под названием «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производстве в них работ». Исследования Тиме продолжал К.А.Зворыкин, опубликовавший в 1893 г. свою работу «Работа и усилие, необходимые для отделения металлических стружек».

В 1880 г. Ф. Тейлор впервые  установил эмпирическим путем режимы резания на токарных станках. В 1903 г. вышла его книга «Искусство резания металлов».

Тейлору со своим соотечественником  Уайтом принадлежит разработка быстрорежущей стали.

В 1907 г. англичанином Хейнсом был запатентован «стеллит» - литой твердый сплав на основе кобальта. В 1913 – 14 гг. в Германии изобретателем Ломаном был разработан твердый сплав, содержащий карбид вольфрама («ломанит»).

К концу XIX в. пальма первенства в области станкостроения переходит к американским предприятиям, наладившим  не только выпуск всей гаммы универсальных металлорежущих станков, но и специальных, а также станков-автоматов. В 1873 г. Х.Спенсер создал первый станок-автомат на базе токарно-револьверного станка. Появляются полуавтоматы для прутковых работ Джонсона, автоматы системы «Кливленд» и многошпиндельные автоматы высокой производительности.

В дореволюционной России станки выпускали заводы братьев Бромлей, основанные в 1857 г., в Москве, заводы Берда (1790г.10 и «Феникс» (1897 г.) в Петербурге. В 1913 г. было выпущено 113 тысяч металлорежущих станков. Но все же в основном станки поступали из-за границы.

В 1885 г. Готлиб Даймлер, немецкий изобретатель, сконструировал маломощный эффективный быстродействующий бензиновый двигатель, который установил сначала на мотоцикл, а затем, в 1886 г. на четырехколесную повозку, которая и стала первым автомобилем в нынешнем смысле слова.

Карл Бенц в 1885 г. построил трехколесную коляску с горизонтальным одноцилиндровым бензиновым двигателем, которая развивала скорость до 15 км/ч.

В 1893 г. К.Бенц построил четырехколесный автомобиль с двигателем мощностью 3,5 л.с.

Возникают в 1894 г. В Германии фирма «Капштадт Даймер», в  1896 г. В Англии фирма «Компания Даймлера», в1899 г. В Италии фирма «Фиат», в 1902 г. В США «Форд мотор», в 1926 г. В Германии «Даймлер-Бенц», в 1919 г. В Англии «Рейленд мотор», в 1895 г. Во Франции «Рено», и др. все это способствовало совершенствованию технологии производства автомобилей и использованию при их конструировании новейших достижений науки и техники. Большое влияние на развитие конструкции автомобиля имели изобретения: дифференциала (1828 г. О. пеккер, Франция), пневматических шин (1845 г. Р Томсон, Англия), передних управляемых колес на цапфах (1816 г. Г Лонгеншпергер, Германия), независимой подвески колес (1878 г. А. Болле, Франция) и др.

Резкого повышения производительности в машиностроении нельзя было достичь  лишь совершенствованием металлорежущего  оборудования. Нужна была и широкая  механизация транспортировки деталей  при их обработки и сборке машин. В 1913 г. на заводе Г, Форда был впервые  применен конвейер для механизации  внутризаводской транспортировки при сборке автомобилей, первым серийном автомобилем был «Форд-Т».