Борьба за скорость

С. А. Шейнберг сделал так.

На круглой металлической пластинке — колодке — он расположил по радиусам ребра. Эти ребра, возвышаясь над ней, не дают верхней тонкой пластинке плотно прилегать к колодке. Затем он соединил их винтами. Там, где ребер нет, пластинки сошлись вплотную. Там, где есть ребра, они не могли сойтись. В результате верхняя пластинка изогнулась, на ней образовались волны.

Появились волны, появился зазор переменной толщины — то, что было нужно.

Когда пята будет вместе с ротором вращаться, она загонит воздух в этот зазор, сожмет его — и возникнет воздушная прослойка. Всего несколько тысячных долей миллиметра отделяет пяту от подпятника, но этого достаточно, чтобы весь ротор вращался в воздухе и трение почти исчезло.

Сотни часов может работать подшипник с воздушной смазкой при огромных числах оборотов с ничтожными потерями на трение, ничтожным нагревом.

Так ведется борьба с трением в машинах, где скоростям сейчас ведут счет на десятки тысяч оборотов.

Их требует промышленность. Ведь в некоторых шлифовальных станках шпиндель делает 100 тысяч и больше оборотов в минуту. Ведь широко применяется теперь сверхскоростное фрезерование.

Советскими инженерами созданы сверхскоростные шпиндели для расточки и шлифовки небольших отверстий — на 120 тысяч, а в опытных образцах и на 200 тысяч оборотов в минуту.

Большая скорость здесь совершенно необходима — без нее нельзя добиться нужной чистоты обработки.

Очень высокие скорости необходимы не только для шлифования.

Летчику и моряку нужны гироскопические приборы — креномер, гирокомпас и другие, в которых с большой скоростью вращается волчок. Скорость вращения волчков в этих приборах доходит до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту.

Гироскоп — основа автопилота, который без помощи человека ведет по заданному курсу самолет или ракету.

Отклонение от курса — рамка гироскопа, соединенная с корпусом самолета или ракеты, замыкает контакт электрической цепи. Включаются моторы, поворачивающие рули, — и самолет снова на верном курсе.

Гироскоп и его применение.

Скорости самолетов выросли за последние годы. Ракета движется с максимальной скоростью 5 000 километров в час. Нужна повышенная чувствительность гироскопических приборов, высокие скорости вращения гироскопа.

Бороться с трением приходится не только в подшипнике.

Всюду, где касаются друг друга движущиеся части машин, — есть трение.

Цилиндр и поршень, шестерни зубчатых передач — таких примеров, таких пар можно было бы привести множество, самых разных. А общее у них одно— трение, вызывающее износ.

Трение — это прежде всего тепло. Им можно добывать огонь: нагрев при трении воспламеняет головку спички. Если металл плавится легко, то трущаяся поверхность не замедлит расплавиться. Расплавленные частички такого металла приварятся к другому металлу.

Трение отрывает мельчайшие частички с металлической поверхности и портит ее.

В новой машине трение на первых порах бывает даже полезно. Детали «прирабатываются», «привыкают» друг к другу, как приспосабливаемся мы к новой обуви. Но скоро оно начинает свою разрушительную работу и в конце концов выводит машину из строя. За машиной поэтому нужно все время следить — не истерлись ли ее части.

Не надо забывать также, что машина работает не в пустоте. Ее окружает воздух, она имеет дело с водой, или паром, или горячими газами. Это ослабляет металл. Он становится менее стойким к износу.

Поверхность металла обработана. Этим разрушены кристаллические решетки в тонком обработанном слое. Металл с поверхности уже не тот, что был и что остался внутри. Он легче поддается окислению, становится более хрупким, искрашивается.

Некоторые сплавы обладают самозащитой против окисления. На них появляются тончайшие пленки окислов, не дающие окислению идти дальше, в глубь металла. Эту самозащиту стремятся усилить. В те — сплавы, которые должны работать в тяжелых условиях, где окисление неизбежно, вводят добавки, способствующие образованию защитной пленки.

Детали смазывают, чтобы уменьшить трение и износ. Смазка необходима, но она отчасти приносит и вред, хотя это и кажется странным на первый взгляд.

Слой смазки прилипает к поверхности, увлекает за собой другие слои — и смазка заполняет зазор.

Как мы знаем, проникая в мельчайшие трещинки на поверхности металла, смазка «расклинивает» их, увеличивает, помогает износу «портить» поверхность.

Мы — в который раз! — встречаем противоречие. Обрабатывая металл, невольно разрушаем его поверхность. Стремясь уменьшить трение, а значит, износ, смазкой увеличиваем его.

И задача технолога, инженера состоит в том, чтобы примирить эти противоречия. Обрабатывая и смазывая металл, сделать износ как можно меньше.

Правильным выбором смазки, способа ее подачи смягчают неизбежный вред, стараются предотвратить сильное разрушение поверхности, сделать износ равномерным, постепенным. Добавляют к смазке присадки, улучшающие ее свойства.

Графит расслаивается чешуйками, которые легко скользят друг по другу. Он, кроме того, мягок и не вредит металлу. Попадая между трущимися поверхностями, чешуйки графита заполняют трещинки, сглаживают неровности, и износ уменьшается. Поэтому некоторые машины вместо масла стали смазывать графитом.

Бороться с износом помогают и новые способы обработки поверхностей, о которых мы говорили, когда речь шла о покоренном металле.

Сколько же врагов скоростных машин мы уже знаем?

Сопротивление воздуха, трение и износ, нарушение устойчивости работы, иногда тепло, которого выделяется слишком много. Все они по-новому, сильнее проявляют себя на больших скоростях. Борьба с ними — важнейшая задача современной техники.

И ее успешно решают советские инженеры.

ТЫСЯЧИ ОБОРОТОВ В МИНУТУ

С каждым годом быстрее вращаются валы машин, быстрее двигаются станки, быстрее летают самолеты. Кто же дает жизнь машинам, приводит их в движение?

Двигатели, или приводы, как их называют машиностроители. Без них мир машин был бы мертв. Не было бы и быстроходных машин без быстроходных двигателей.

Тысячи оборотов в минуту стали привычной меркой в технике сегодня. Со скоростью 10 тысяч оборотов в минуту вращается вал токарного станка-автомата. 20–30 тысяч оборотов делают современные прядильные веретена. Число оборотов авиационной газовой турбины, установленной на скоростном реактивном самолете, достигает 15 тысяч в минуту.