Підвищення творчої активності трудящих багато в чому залежить від їх підготовки до винахідницької і раціоналізаторської діяльності. Новаторам виробництва, що творчо відносяться до своєї праці, потрібні не тільки глибокі знання науково-технічних і економічних основ виробництва, але і спеціальні знання і уміння по раціоналізації і винахідництву. Основи їх повинні бути закладені ще в школі.

Вчитель трудового навчання бере безпосередню участь в підготовці підростаючого покоління до трудової творчої діяльності. На уроках праці, в процесі професійного навчання і продуктивної праці учнів, в позакласній роботі він повинен формувати знання, розвивати творчі здібності школярів, виховувати у них риси особи, необхідні винахіднику, раціоналізатору, новатору виробництва.

1. Моделювання найпростіших технічних об'єктів

1.1 Моделі і моделювання

Що таке модель, коли вона з'явилася, де і для чого застосовується, яку роль грає в суспільній практиці людей, в техніці і науці? Ці і безліч інших питань може викликати таке широко поширене поняття, як "модель". Тому відразу ж постараємося уточнити його зміст.

Школярі на питання "Що таке модель?" звичайно відповідають: це зменшена копія корабля, літака, автомобіля, ракети або якогось іншого рухомого, найчастіше - самохідного технічного об'єкту. Потім звичайно уточнюються функціональна сторона справи і ступінь схожості з оригіналом, прототипом: модель настольная або діє - що літає, плаваюча, бігаюча (схематична, напівкопія або копія і т. д.).

Від настільної моделі ніяких рухів не вимагається, її призначення передати нам відомості тільки про зовнішній вигляд об'єкту, розповісти про те, як він виглядає із сторони. Такі в більшості своїй, наприклад, моделі парусних кораблів, старовинних автомобілів, реактивних літаків або моделей-фантазій на зразок фотонних зорельотів, позаземних міст і ін.

Здавалося б, дивне сусідство: каравела Колумба і надзвуковий винищувач. Але у людей, що іменуються моделістами, ці речі, проте, прийнято розглядати приблизно на рівних всього лише як настільні моделі (їх називають також макетами). Моделі парусників роблять, як правило, неплаваючими, а реактивних літаків що не літають. І на те є свої цілком об'єктивні підстави.

Справа, перш за все в тому, що морські, авіаційні та інші моделісти це люди, які неодмінно повинні змагатися один з одним: чия модель швидше пройде дистанцію, зробить більше кругів у польоті, вище підніметься в повітря, далі і точніше пропливе під водою? За всі ці показники нараховується певна кількість очок і відповідно до нього розподіляються місця на змаганнях.

Мініатюрні старовинні парусники за умовами змагань в гонках не беруть участь і з тієї ж причини майже не літають моделі реактивних літаків. У останніх є, правда, і свій, особливий для того привід: ще не налагоджене масове виробництво модельних реактивних двигунів, а уручну виготовляти їх дуже важко.

Людей, які будують мініатюрні літальні апарати, зменшені багато крат кораблі, автомобілі, космічні ракети і потім примушують всю цю саморобну мікротехніку плавати, їздити, літати, беруть участь з нею в змаганнях на спритність і майстерність, іменують моделістами, незалежно від професії, роду занять. Сам же вид такої технічної самодіяльності називається моделізмом (не моделюванням!) і відноситься до області технічних видів спорту.

Тепер повернемося до поняття моделі. Слово "модель" походить від латинського modus, modulus, що означає - міра, образ, спосіб і т.п. Його первинний сенс був пов'язаний з будівельним мистецтвом, і майже завжди воно уживалося для позначення зразка, прообразу або речі, схожої в якомусь відношенні з іншою річчю. Цілком імовірно, що саме таке найзагальніше поняття слова "модель" послужило надалі підставою для використання його як науковий термін у технічних, природних, математичних, соціальних і інших науках.

У науковій літературі перша згадка про моделі ми знаходимо в знаменитому творі Вітрувія "Десять книг про архітектуру". У ньому автор приводить ряд прикладів того, як в цілях переконливості і наочності дії нових конструкцій бойових машин і знарядь створювалися їх моделі і як ці моделі випробовувалися. У книзі десятої свого трактату Вітрувій розповідає, як "якийсь архітектор на ім'я Каллій приїхав в місто Родос, прочитав лекцію і показав модель стіни зі встановленими на ній кранами, що обертаються, якими він захопив гелеполь, що наближався до зміцнень, і перетягнув його по всю сторону стіни".

Люди почали використовувати моделі ще в тих часів, коли не знали не тільки теорії подібності, але і взагалі ніяких фізичних теорій. Будівельники храмів і фортець Давнього Єгипту, водопроводів Римської імперії перевіряли свої плани на моделях, зроблених з піску, глини і каменя.

Першу спробу теоретичного обгрунтування методу моделювання зробив Леонардо да Вінчі. "Говорять, - пише він, - що маленькі моделі ні в одному своїй дії не відповідають ефекту великих. Тут я маю намір показати, що висновок помилково..." Далі Леонардо да Вінчі намагається вивести загальні закономірності моделювання і показати значення моделей для практики. Наприклад, він пропонує створити скляну модель ока, модель, що дозволяє "спостерігати крізь скло, що робить кров в серці", і ін. Проте Леонардо да Вінчі в своїх роботах не одержує загальних законів подібності між моделлю і реальним об'єктом, явищем.

До питань подібності все частіше звертаються при створенні різних конструкцій і їх моделювання в XVI-XVII вв. Галі" лей в своєму творі "Розмови про дві нові науки" пише, що вченню про подібність почали приділяти багато уваги, коли у Венеції стали споруджувати галери, що мали великі, чим раніше, розміри. "Міцність подібних тіл не зберігає того ж відношення.

Одним з перших теоретично обгрунтовано застосував подібність І. П. Кулібін при розробці проекту арочного моста прольотом 300 м через Неву. Модель моста була побудована з деревини.

Чудову модель, що літає, наприклад, сконструював в 1876 р. в Росії винахідник першого літака А. Ф. Можайській. Двигуном моделі, забезпеченої трьома маленькими повітряними гвинтами, служила годинникова пружина, що заводилася ключем. Запущена рукою винахідника, модель, розбігшись по столу, легко піднялася в повітря. Присутнім при цьому досвіді здавалося неймовірним, що механічна іграшка важча за повітря, що не має наповненого легеням газом балона, як на дирижаблі або аеростаті, взагалі здатна літати.

Моделі, що літають, на всіх етапах розвитку авіації грали виключно важливу роль як засіб експериментального дослідження.

У 1871 р. англійський корабельний інженер Вільям Фруд запропонував своєрідну методику випробування моделей і перерахунку їх результатів для визначення опору корабля середовищу. Він же рекомендував побудувати спеціальний басейн-лабораторію, в якій суднобудівники могли б проводити досліди з моделями майбутніх суден, виявляти їх якості задовго до споруди.

Видатні російські кораблебудівники академік А, Н. Крилов і адмірал С. О. Макаров рахували моделювання одним з найважливіших методів експериментального дослідження. Зокрема, всесторонньому аналізу і вивченню вони обидва піддали свого часу модель знаменитого криголама "Ермак", що будувався за проектом С. О. Макарова. За допомогою її були виявлені завчасно багато важливих особливостей і уточнені можливості щонайпотужнішого по тому часу криголамного пароплава.

Не зупиняючись більш на історії технічного моделювання, перейдемо до його поняття і суті. Відмітимо, що в буденній мові словом "модель" називають штучно створений людиною предмет або пристрій, який в якомусь відношенні схоже з іншим предметом, об'єктом вивчення або практичного інтересу, що є. Іноді моделлю називають зразок або пробний екземпляр з серії вироблюваних виробів, еталон, з яким порівнюють інші предмети даного роду. Часто моделлю іменують певний тип серійної продукції: нові марки автомобілів, велосипедів, тракторів, зразки одягу і ін. Легко відмітити, що у всіх цих випадках із словом "модель", не дивлячись на досить широкий діапазон його застосування, так або інакше зв'язаний певний загальний сенс, виступаючий в поняттях схожості, відображення і відтворення. Мабуть, саме дана обставина послужила підставою для того, щоб в науці і техніці цим терміном назвати поняття, що виражає цілком певний спосіб, метод або засіб пізнання навколишнього світу.

Наукове поняття моделі має з причини такий спосіб пізнання дійсності, який полягає у відображенні або відтворенні явища, що вивчається, за допомогою якої-небудь системи, побудованої штучно людиною. Іноді як моделі використовуються також об'єкти живої і неживої природи, узяті в готовому вигляді. Таким чином, якщо говорити взагалі про наукові моделі, то як найзагальніша їх ознака або властивість слід вказати на здатність останніх відображати, відтворювати предмети, явища навколишнього світу, їх закономірний порядок і структуру.

Моделювання як метод дослідження, експериментування, проектування і конструювання знайшло широке застосування в природних, прикладних науках і в техніці. Пригадаємо класичний досвід У. Гильберта з намагніченою залізною кулею тереллой: магнітна стрілка на його поверхні поводилася приблизно так само, як і на поверхні Землі. Звідси учений робить висновок: Земля є колосальним магнітом. Висновок зроблений із спільності проявів до спільності причини. Але спільність причини не припускає спільності матеріалу моделі і прототипу. Тому не можна говорити, що цей досвід "відповідає дійсній природі речей", оскільки Земля складається головним чином із заліза, нікелю і інших важких елементів. Стосовно моделей такого типа уживаються терміни: "технічні", "діючі", "матеріальні", "фізичні", "речовинні", "речовинно-агрегатні" і ін. Надалі такі моделі знайшли застосування головним чином в техніці, тому ми використовуватимемо термін "технічне моделювання".

1.2 Класифікація технічних моделей

Моделі, вживані в техніці в даний час, можна розділити на три типи.

Перший тип - геометрично подібні. Вони дають зовнішнє представлення натури і переважно служать для демонстраційних цілей: показують форму, принцип дії, взаємне розташування частин, процес збірки і розбирання, компоновку об'єкту. Прикладами геометричних моделей можуть служити макети машин і архітектурних споруд демонстраційні схеми технологічних процесів, моделі-макети як форма об'ємного проектування в будівництві. Геометричні (або просторово подібні) моделі широко застосовують в навчанні. Особливо важлива їх роль в політехнічній освіті, при ознайомленні школярів з різними видами виробництва, бачити які своїми очима учні не завжди мають можливості. З багатьма провідними видами виробництва школярам доводиться знайомитися тільки по книгах, журналах, малюнках, кресленнях, тобто користуватися образно-знаковими, ідеальними моделями. Проте по ним учні не завжди можуть достатньо ясно уявити собі внутрішній устрій машин і інших установок і тим більше познайомитися з ними в розібраному вигляді. Крім того, приведений на площинних зображеннях цілий ряд технічних подробиць і деталей нерідко затінює суть справи.

Для того, щоб зрозуміти і засвоїти цю суть, уловити загальні, принципи в роботі різних технічних пристроїв, разом з площинними графічними матеріалами використовують розбірні спрощені моделі-схеми. Це як би просторові матеріалізовані креслення, що ілюструють технічну суть установки і її внутрішній устрій.

Моделі-схеми, звичайно, відрізняються від моделей в музеях і на виставках - трудомістких і складних, а нерідко і дорогих споруд, які звичайно обгороджені леєрами і які всіляко оберігають від зіткнення з відвідувачами. Такі моделі-схеми можна розбирати і збирати, з ними можна працювати як з навчальним посібником, вивчаючи принципи пристрою даної установки. Подібні моделі дають яскраве, образне уявлення про дійсний об'єкт і в той же час вони схемні - в них немає технологічних деталей, подробиць, що не відносяться до суті справи. Така, наприклад, розбірна модель токарного верстата або трактора, виготовлених виключно з учбовою метою, модель доменної печі, що складається з частин, що легко відокремлюються, двигуна автомобіля і ін.

Останніми роками в будівництві, архітектурі і деяких інших видах людської діяльності широкого поширення набув модельно-макетний метод проектування. На макетах завчасно відпрацьовуються конструкції будівель і споруд, їх планування, зокрема розстановка устаткування в цехах підприємств, тваринницьких комплексах і ін. Разом з тим цей метод проектування впродовж десятиліть активно застосовується в технічній творчості школярів, є одним з популярних видів познавательно-преобразовательной діяльності дітей і підлітків, що виражається в проектуванні і конструюванні моделей уявних об'єктів - космічних кораблів і океанських супертанкерів, житлових будівель, спортивних, промислових і сільськогосподарських комплексів, надшвидкісних автомобілів і т.п.

Як правило, просторово подібна або геометрична модель є об'єктом, геометрично подібним своєму прототипу. При цьому матеріал, з якого зроблена модель, не має істотного значення і визначається міркуваннями зручності виготовлення і збереження виробу. Наприклад, при споруді настільної (стендової) моделі-копії корабля абсолютно байдуже, з чого буде зроблений її корпус: виструганий або набраний з дерева, відлив з епоксидної смоли або з гіпсу. Призначення такої моделі - відобразити, відтворити лише зовнішній вигляд, тобто геометричні пропорції і забарвлення того або іншого корабля, а не його гидро- або аеродинамічні, а також інші фізичні якості.

Геометрична подібність є, таким чином, основною вимогою, що пред'являється до просторових моделей. Просторово подібна модель відображає прототип не у всьому різноманітті його властивостей, не в будь-яких якісних межах, а у межах чисто просторових. У цьому виявляється певна обмеженість геометричних моделей, що значно знижує цінність висновків, що одержуються з їх допомогою.

Другий тип технічних моделей - фізично подібні, такі, що мають в сучасній техніці набагато більше значення, ніж просторово подібні. Їх створюють з метою відтворити не тільки і не стільки просторові властивості натурного об'єкту, скільки динаміку процесів, що вивчаються, різного роду залежності і закономірні зв'язки, структури і, отже, величини, параметри і інші характеристики, що виражають різний зміст і суть явищ, що вивчаються. Основою модельного відношення є тут фізична подібність моделі і прототипу, що припускає подібність або схожість їх фізичної природи і тотожність законів руху. Відношення таких моделей до прототипу, що відображається, може виражатися лише зміною просторової або тимчасової шкали. Наприклад, класичні досліди з моделями, що міцно увійшли до світової історії техніки, експериментів, що проводяться у наш час з моделями літаків, ракет, автомобілів, підводних човнів, дамб і інших машин і споруд. Все це приклади моделей, заснованих на зміні просторової або тимчасової шкали.

При фізичному моделюванні передбачається, що модель і прототип є об'єкти однакової фізичної природи тобто рух рідини моделюється рухом рідини, електричний струм - електричним же струмом, політ літака - польотом його моделі. Проте цілком можливо моделювати явище однієї природи явищем зовсім іншої природи. Наприклад, перебіг рідини - струмом, рух води в пісках - теплопередачей, форму і рух стоячих хвиль, що біжать, - переміщенням кульок хвилевої машини, добре відомої школярам по уроках фізики, систему розрізнення кольорів в органах зору живого організму - електронним персептроном. Аналогія має ряд рис, що відрізняють її від моделей. Відмічено, що метод моделювання, заснований на дослідах з моделями однієї фізичної природи із зразком, володіє істотними недоліками, а іноді абсолютно непридатний. Недоліки цього методу полягають перш за все в тому, що вартість експериментальних моделей буває деколи досить велика, а, головне, методи вимірювання шуканих величин переважно грубі, неточні і спотворюють явище, що вивчається. Ці недоліки долаються в аналогіях. Вважається, що дві системи є аналогічними, якщо є однозначна відповідність між кожним елементом цих систем, а також між функціями обурення і реакціями цих елементів і всієї системи в цілому. Аналогією подібного типа володіє масштабна модель, в якій відтворюється кожен елемент прототипу, але в змінених розмірах. Тоншим типом аналогії є аналогія між системами, що належать до двох абсолютно різним фізичним категоріям. Аналогія між такими системами часто виражається як подібність між рівняннями, що характеризують ці системи.

Третій тип технічних моделей - функціонально подібні.

У творчості школярів цей вид моделювання застосовується головним чином в конструюванні і споруді пристроїв, що імітують спосіб пересування або поведінки живих істот. Для ефективності таким пристроям нерідко надається форма, зовнішній вигляд тварин, комах і навіть людини, Це всілякі електромеханічні і електронні саморушні "черепахи", "гусениці", "сонечка" і ін., "здатні" обходити перешкоди, реагувати на звук, світло. До їх числа можна віднести антропоподобних роботів, що будуються в деяких кухлях, а також пристрої, що моделюють органи зору, слуху, пам'яті. Всі ці пристрої, природно, не володіють однаковою з прототипом фізичною природою, не зберігають фізичної подібності, хоча можуть мати і деяка зовнішня (геометричне) схожість. В даному випадку відношення між моделлю і прототипом є відношенням аналогії. Ця аналогія може бути структурною або функціональною.

Як вже наголошувалося, поведінка систем, різних по своїй фізичній природі (по конкретних фізичних, хімічних, біологічних властивостях), але схожих по якихось більш загальних законах будови або функціонування, математично може бути описано однаково. За цією ознакою і згадані нами вище за модель юних техніків до певної міри можуть бути зараховані" до "математичних".

При споруді спортивних моделей мі прагнемо до того, щоб вони розвивали велику швидкість, були маневренни, могли переміщатися на максимальну відстань і т.п. Спортивні моделі можуть бути кордовими, трассовимі, що з дистанційним управлінням і вільно переміщаються. Останнім часом, з метою підвищення ролі пошукової діяльності в технічній творчості, виготовляють так звані експериментальні моделі, що містять які-небудь нові рішення. Відповідно до Єдиної всесоюзної спортивної класифікації в даний час визначені наступні класи спортивних моделей: авіамоделі - моделі з поршневим двигуном, що вільно літають (планер, резино-моторна, таймерна), кордові, керовані по радіо, моделі-копії; моделі ракет - висотні моделі, "моделі на тривалість спуску (із стрічкою і на парашуті), моделі ракетопланів, моделі-копії; моделі автомобілів - гоночні моделі, моделі з двигунами внутрішнього згорання, моделі з повітряним гвинтом, швидкісні керовані по радіо моделі з двигуном внутрішнього згорання, моделі-копії з електродвигуном; моделі кораблів - самохідні моделі військових кораблів з механічним двигуном, моделі цивільних суден з механічним двигуном, самохідні моделі вільного класу, швидкісні керовані моделі фігурного курсу, швидкісні керовані, швидкісні кордові моделі, моделі підводних човнів з механічним двигуном, швидкісні керовані моделі групових гонок. Серед спортивних моделей останнім часом великий авторитет завоювали трассовиє автомоделі. Вони прості по пристрою, не вимагають дорогого устаткування і матеріалів. Не складна і технологія їх виготовлення. Змагання по трассовому моделізму проходять захоплююче, що привертає учнів. Якщо модель відображає основні ознаки і властивості не одного прототипу, а всього класу представлених машин, механіз- мов, вузлів, то її називають узагальненою (наприклад, модель диференціала, гвинтової передачі і ін.). Крім того, моделі можуть бути динамічними (що діють) і статичними (що не діють). Особливу групу технічних моделей складають тренажери. У них органічно поєднуються елементи моделювання з елементами реальної техніки (приладами, механізмами і т. д.). Тренажери застосовують для формування навиків управління різними машинами. Тому вони створюються так, щоб водію, льотчику, оператору створити умови, максимально наближені до реальних.

2. Використання сучасних матеріалів при моделюванні

2.1 Теоретичні основи технічного моделювання

Технічне моделювання полягає в заміні вивчення явища, що цікавить людину, або об'єкту в натурі вивченням аналогічного явища або об'єкту на моделі меншого або більшого масштабу. Основний його сенс полягає в тому, щоб за наслідками дослідів з моделями можна було давати необхідні відповіді про характер ефектів і різні величини, пов'язані з явищем в натурних умовах.

В більшості випадків технічне моделювання в творчості школярів засноване на відтворенні фізично подібних явищ. Вивчення того або іншого натурного явища, що зацікавило що вчаться (наприклад, рух справжніх літаків, ракет, кораблів, автомобілів і ін.), замінюється вивченням фізично подібних явищ на відповідних моделях, що здійснювати реальніше і зручніше, оскільки є можливість багато разів повторювати досвід, змінюючи умови його проведення.

Способи визначення фізичної подібності багатообразні. Ми скористаємося визначенням, запропонованим академіком Л. І. Сєдовим, як найбільш прийнятним і зручним для подальшого розгляду питань технічного моделювання:

"Два явища подібні, якщо по заданих характеристиках одного можна одержати характеристики іншого простим перерахунком, який аналогічний переходу від однієї системи одиниць вимірювання до іншої системе"1.

Для здійснення такого перерахунку необхідно знати "перехідні масштаби". Чисельні характеристики для двох різних, але подібних явищ Л. І. Седов пропонує розглядати як чисельні характеристики одного і того ж явища, виражені в двох різних системах одиниць вимірювання, враховуючи при цьому, що для всякої сукупності подібних явищ всі безрозмірні характеристики (безрозмірні комбінації з розмірних величин) мають однакове чисельне значення. Причому зворотний висновок також справедливий, тобто якщо всі безрозмірні характеристики для двох рухів однакові, ч об рухи подібні. "Сукупність механічно подібних рухів і визначає собою режим руху", - підкреслює Л. І. Сєдов.

Згідно з даними сучасної науки, в основі процесу технічного моделювання лежить теорія подібності. Відомо, що ця теорія вивчає відносини між моделлю і натурою у випадках, коли та і інша належать до однієї і тієї ж форми руху, зокрема - до механічного руху. Подібними вважаються такі предмети і явища, у яких всі характеризуючи їх однорідні фізичні величини знаходяться для будь-якої точки простору в однаковому відношенні. В цьому випадку подібність називається повною. У багатьох випадках (а в технічній творчості школярів в більшості) подібність дотримана не для всіх величин, а лише для деяких. Тоді його називають частковою подібністю. Кажучи про модель і про натуру, перш за все мають на увазі їх геометричну подібність, тобто пропорційність всіх лінійних розмірів моделі і натура і рівність їх відповідних кутів.

Створення сучасних машин - процес складний і тривалий. Він включає інженерне прогнозування і конструювання, підготовку і освоєння виробництва.

Основним завданням прогнозування є передбаченням основного напряму розвитку техніки, що розробляється. Прогнозування не стихійний процес. Воно базується на аналізі перспектив розвитку науки, виробництва, суспільства. Звідси витікає, що створенню нової техніки передує велика робота по вивченню досягнень в даній області фізики, хімії, математики, технічних і інших наук. Уважно вивчаються винаходи, раціоналізаторські пропозиції. Обговорюються прогнози фахівців в даній області. Окрім обліку тенденцій розвитку науки і техніки, при прогнозуванні враховується розвиток суспільних потреб. Таких, наприклад, як охорона навколишнього середовища, створення оптимальних умов для роботи і відпочинку і т.д. Велике значення при прогнозуванні має облік економічних питань розвитку країни. Допущена помилка у виборі стратегії розвитку даної галузі може негативно позначитися на всіх сторонах життя і діяльності людини.

В даний час розроблено багато різних методів прогнозування. На практиці застосовуються такі методи, як екстраполяція і кореляція тенденцій, анкетування незалежних думок, метод зважених оцінок, матричний метод і ін. Всі вони передбачають залучення до прогнозування фахівців, експертів і засновані на якісному і кількісному аналізах наявного досвіду і сучасного стану розвитку науки і техніки.

Аналіз практики прогнозування в техніці показує, що в даний час широко застосовують два шляхи побудови прогнозу: прогноз, що йде від наявного базису в майбутнє, і прогноз, рухомий від цілей, які повинні бути досягнуті в майбутньому, до сьогодення. Зважаючи на велику відповідальність побудову прогнозів проводять обома шляхами.

Спеціальними дослідженнями встановлено, що прогнози доцільно розробляти на період, протягом якого схвалюване рішення матиме ефективну дію. В даний час такий період складає близько 15 років. Характерний, що достовірність прогнозів, зроблених на триваліший термін, помітно знижується.

Проектування припускає розробку загальної конструкції виробу. Кінцевою метою проектування є створення технічного завдання на розробку проекту машини. Розробка технічного завдання ведеться на основі результатів прогнозування і наукових досліджень можливостей технічного їх втілення в технічному пристрої.

Першим етапом процесу інженерного проектування є чітке визначення мети, яка повинна бути досягнута, або вимоги, яка повинна бути задоволена. Потім йде опис конкретного завдання, яке повинне бути вирішене для досягнення загальної мети. Завдання визначається з урахуванням можливості її рішення, хоча шляхи її рішення можуть бути різними. Тому на наступному етапі проектування ухвалюється рішення: який шлях вибрати для реалізації мети? Цей етап називається формуванням ідеї. Він складає основу проектування. Часто формування ідеї вимагає величезної творчої уяви, мистецтва і винахідливості. Іноді це - шаблонне застосування відомого принципу в нових умовах. Проте у будь-якому випадку від правильного вибору ідеї багато в чому залежить результат справи. Далі сформована ідея піддається інженерному аналізу. На цьому етапі завдання конкретизується, при необхідності будується модель - наближення, що ідеалізується, до реальної ситуації, відбувається накопичення даних і застосуванням фізичних принципів. Сюди входять також перевірка, оцінка, узагальнення і оптимізація результатів. На основі інженерного аналізу складається технічне завдання. Воно містить всі початкові дані, необхідні для розробки проекту машини.

Технічне завдання є первинним основоположним проектним документом, яким керуються конструктори. Цей документ визначає технічний пошук конструкторів в потрібному напрямі і затверджується особою, що відповідає за технічний рівень виробництва або галузі, для якої призначена машина.

Технічне завдання на розробку проекту машини повинне освітлювати такі питання: мета створення машини; параметри, режим і умови її роботи; дані про експериментальні роботи, порівняльну оцінку технічного рівня машини; вказівки по принциповому пристрою машини і принципу її дії; ступінь механізації і автоматизації машини, умови експлуатації; терміни виконання проекту; серійність випуску; вказівка про завод-виготівник; технічні вимоги до машини і проекту.

Технічне завдання не є догмою. В процесі конструкторських робіт в нього можуть бути внесені зміни, що передбачають поліпшення технічного пристрою, що розробляється.

Прогнозування і проектування називають пошуковою частиною створення нової машини. Тому успішна розробка технічного завдання залежить від колективу фахівців, що беруть участь в ній. Інженери-проектувальники повинні володіти наступними якостями:

винахідливістю умінням генерувати цінні ідеї і принципи, лежачі в основі об'єктів і процесів, призначених для досягнення поставленої мети;

схильністю до аналітичної діяльності здатністю аналізувати даний елемент, систему або процес, використовуючи технічні або наукові принципи з метою отримання правильних результатів;

глибоким знанням техніки - наявністю узагальнених знань про техніку взагалі і зокрема доскональне знання технічних пристроїв в тій області, з якою пов'язане проектування знанням

технології виробництва розумінням можливостей технологічних процесів;

володінням математичним апаратом умінням у разі потреби застосувати математику і обчислювальну техніку; умінням ухвалювати рішення в складних умовах, з повним обліком всіх істотних чинників.

здатністю виражати свої думки чітко і переконливо. Технічне конструювання є важливою частиною процесу створення машини або споруди і закінчується складанням технічного проекту.

2.2 Матеріали для виготовлення моделі

Двигуни. Виготовлення моделей починають з аналізу

проектно-конструкторської і технологічної документації, розробленої для конкретної моделі або технічного пристрою. Перш за все звертають увагу на те, які готові деталі і вузли використовуються в даному технічному об'єкті. В більшості випадків головним таким вузлом є двигун, бо виготовлення його в любительських умовах вельми скрутне (окрім резіномотора). Щоб правильно його підібрати, необхідно мати загальні відомості про двигуни, що випускаються спеціально для розвитку технічної творчості. Слід також мати на увазі, що в технічних пристроях, не призначених для участі в змаганнях, допускаються до використання двигуни внутрішнього згорання мопедів, мотоциклів, бензопил і т.п. Разом з поршневими двигунами внутрішнього згорання в моделях найчастіше використовуються електричні і реактивні двигуни.

Модельні двигуни за призначенням розділяються на наступні види:

1.Двигуни для швидкісних моделей. Вони повинні мати максимальну питому потужність. Випускаються такі двигуни з робочим об'ємом 1,5; 2,5; 5; 10 см3.

2. Двигуни для таймерних моделей літаків. До них пред'являються ті ж вимоги, що і для швидкісних моделей, але робочий об'єм не повинен перевищувати 2,5 см3.

3. Двигуни для гоночних моделей літаків. Вони повинні мати максимальну питому потужність при мінімальній витраті палива, хороші високі якості, великий ресурс. Робочий об'єм не повинен перевищувати 2.5 см3.

4. Двигуни для пілотажних моделей літаків. Ці двигуни повинні стійко працювати при різних режимах і мати невелику масу.

5. Двигуни для керованих по радіо моделей. Вони повинні мати пристрої, що дозволяють регулювати потужність. Робочий об'єм циліндрів не повинен перевищувати 10 см3.

6. Двигуни для кордових моделей-копій літаків. Вимоги до них ті ж, що і до двигунів для керованих по радіо моделей, але робочий об'єм розширений 20 см3.

7. Двигуни до моделей, призначених для повітряного бою 'До цих двигунів пред'являються ті ж вимоги, що і до двигунів таймерних моделей, але вони повинні бути міцнішій конструкції.

8. Двигуни для морських моделей. Використовуються авіамодел ниє двигуни, але з водяним охолоджуванням, оскільки в них замість повітряного гвинта встановлений маховик, від якого обертання передається грібному гвинту. Робочий об'єм розширений 20 см3.

9. Двигуни для автомоделей. Застосовуються ті ж двигуни, що і для морських моделей. Обертання на колеса передається від маховика через трансмісію.

Гвинти моделей літаків виготовляють з твердих, міцних і прямо шарових порід деревини (липи, буку, клена і ін.). Добре себе зарекомендували гвинти, склеєні з Рейки наклеюють одна на одну із зрушенням на деякий кут, залежний від розрахункового настановного кута лопатей. Після виготовлення гвинт статично балансують, ретельно покривають лаком.

Найпоширенішим і ефективнішим є гребний гвинт Для моделей судів і кораблів грібний гвинт виготовляють різними способами. Спосіб виготовлення вибирається залежно від типу використовуваного двигуна. Для моделей з гумовим двигуном використовують прості гвинти, виготовлені листовій латуні або міді завтовшки 0,5-1 мм креслять коло, діаметр якого рівний довжині гвинта, ділять його на три частини і проводять радіуси. Потім на заготівку кладуть підготовлений наперед шаблон гвинта і обкреслюють контури на валу, лопаті відгортають опуклістю в i стежку носа моделі на кут 30-35°. Грібний гвинт, виготовленим яким чином, припаюють до валу з дроту відповідного діаметру.

Для моделей з електродвигунами або двигунами внутрішнього згорання грібні гвинти виготовляють точнішими способами. Один з них полягає в наступному. На токарному верстаті точать циліндрову маточину і обтічник у вигляді конуса. Відразу ж в них свердлять отвори і нарізують різьблення для кріплення на гребному валу. Потім в маточині прорізають пази під кутом до її осі 25-30°. Пази можна проточити на вертікально- або горизонтально-фрезерному верстаті з ділильною головкою, а також за допомогою спеціального пристосування. Далі приступають до виготовлення лопатей грібного гвинта. З білої жерсті заготовлюють шаблон лопаті гвинта і по ньому з латуні завтовшки 1-2 мм вирізують всі лопаті. Ці лопаті разом з шаблоном збирають в пакет і обробляють напилком. Потім їх вставляють в пази циліндрової маточини і припаюють. Контроль крокових кутів здійснюють за допомогою спеціальних пристосувань. Грібний гвинт встановлюють на стрижень того ж діаметру, що і вихідний вал двигуна, і балансують. Після балансування гвинт шліфують і полірують.

Найбільш ефективний спосіб виготовлення гребного гвинтаотливка з дюралюмінію шляхом в плавлення або випалювання моделі. Модель виготовляють з пінопласту, формують сумішшю і заливають рідким металом. Пінопласт вигоряє, а дюралюміній заповнює форму. Для отримання якісного відливання модель гребного гвинта необхідно класти у формувальну суміш лопатнями вниз і робити декілька отворів для швидкого відведення газів з форми.

При використанні двигунів внутрішнього згорання для автомобілів момент, що крутить, передають на колеса через маховик. В цьому випадку потрібен дуже ретельне балансування маховика і стерпна вихідного валу двигуна з первинним валом трансмісії. Для забезпечення стерпної можна використовувати гнучку муфту. У ряді випадків що крутить момент від двигуна до редуктора зручно передавати через ремінну передачу.

Разом з поршневими двигунами в моделях широко використовуються електродвигуни. Такі двигуни малої потужності, що живляться постійним або змінним струмом, називаються мікро електродвигунами. Двигуни змінного струму випускаються нашою промисловістю з редуктором. Вони реверсивні, асинхронні, з короткозамкнутим ротором, запускаються з використанням конденсатора.

У моделюванні електродвигуни постійного струму використовуються частіше, ніж двигуни змінного струму, оскільки вони компактні, надійні, легко запускаються, прості в експлуатації, безшумні і мають великий термін роботи. Двигуни змінного струму, як видно з таблиці, мають відносно велику масу, значні габаритні розміри і, головне, харчуються від мережі напругою 127В. Тому вони використовуються у функціональних моделях або технічних пристроях. Реактивні двигуни використовуються значно рідше, чом поршневі і електродвигуни. В основному їх застосовують для кордових авіамоделей.

Редуктори і корпусні деталі.

Після вибору необхідного для моделі двигуна приступають до підбору редуктора або деталей для його виготовлення. В більшості випадків його доводиться робити для автомоделей, оскільки авіа- і судномоделі їх не потребують. Для моделей автомобілів можуть бути використані редуктори від іграшок, що прийшли в непридатність, годинникових механізмів і т.п. Редуктори промислового виготовлення встановлюються в моделях, які реалізуються через магазини учбово-наочної допомоги, "Юний технік" і ін. Деякі випадково узяті редуктори не завжди задовольняють вимогам конкретної моделі, їх часто доводиться переробляти або виготовляти з набору зубчатих коліс.

Найпростіший спосіб виготовлення корпусу моделі - зробити його з цілісної або заздалегідь склеєної заготівки. Цим способом можна скористатися, наприклад, при виготовленні моделі корабля. Як заготівку в цьому випадку використовують деревину. Цілісний шматок деревини потрібних розмірів обробляють за допомогою столярних інструментів, надають йому форму корабля. На палубі розташовують необхідні деталі, що імітують системи управління, спостереження, озброєння і т.д. Двигун встановлюють в спеціально передбаченій ніші. Трудність виготовлення моделі полягає лише в тому, щоб точно скопіювати форму оригіналу. Для цього використовують малюнки, діапозитиви, спеціальні шаблони і т.п.

Дещо складніше виготовлення корпусних деталей з жерсті. Спочатку з деревини (найчастіше з липи) роблять макет, наприклад, кузови автомобіля. На макеті розмічають окремі ділянки, які без особливих труднощів можна закрити цілим шматком жерсті. Розмітку роблять так, щоб при щільному приляганні до моделі шматки жерсті були найбільшими. У тих місцях, де форма опукла, жерсть вигинають на спеціально підготовлених облямовуваннях. Шматки жерсті між собою сполучають встик за допомогою паяння м'яким припоєм. Стики шматків жерсті спаюють в декількох крапках, звертаючи при цьому увагу на міцність з'єднання. Це, по-перше, дозволяє при необхідності швидко замінити невдало вибраний шматок жерсті, а по-друге, після збірки всього корпусу за допомогою киянки можна усунути нерівності, незграбності поверхні.

Після усунення нерівностей стики шматків жерсті спаюють суцільним швом. Якщо в окремих швах з'являться зазори, які важко запаяти, потрібно використовувати вставки з білої жерсті або підкладки з фольги. Потім поверхню жерсті знежирюють і шпаклюють нітрсшпакльовкой. При цьому дуже важливо вибрати потрібну товщину шару шпаклівки. Якщо поверхня опинилася з великими нерівностями, шпаклівку через певний час наносять декількома шарами. Після того, як шпаклівка висохне, поверхню корпусу шліфують спочатку крупною шкіркою, а потім - дрібної. Таким чином можна одержати корпус з високою якістю обробки поверхні. Потім корпус моделі знімають з макету і використовують для збірки моделі, що виготовляється. Остаточну обробку поверхні корпусу виконують після того, як модель буде повністю зібрана.

Останнім часом широко застосовують спосіб виготовлення корпусів з склотканини з використанням поліефірних смол ПН-1, ПН-3 або епоксидних смол ЕД-5, ЕД-6.

Цей спосіб використовується не тільки для виготовлення корпусних деталей моделей, але і для прес-форм, пуансонів і матриць для штампування деталей, оболонкових форм для виготовлення виробів з гуми і т.п.

Слід зазначити, що технологія виготовлення корпусних деталей моделей розроблена недостатньо. Способи, описані вище, трудомісткі, складні і нездійснені. Вимагають подальшої розробки методи виготовлення макетів-копій. Не розроблені способи виготовлення корпусних деталей з легких сплавів, фенол формальдегідних смол і інших конструкційних матеріалів. У зв'язку з цим перед юними конструкторами і технікою розкривається широке поле для творчої діяльності по розробці технології виготовлення деталей для моделей різних: технічних пристроїв.

Окрім корпусних деталей, значний інтерес представляє технологія виготовлення різних коліс для моделей. В даний час найбільш поширене виготовлення гумових коліс для моделей в прес-формах Інші деталі, використовувані в моделях, виготовляють відомими способами, що не потребують спеціальних роз'яснень. Не слід забувати, що при виготовленні будь-якої деталі моделі потрібно виходити з вимог надійності, естетичності, економії матеріалів і часу.

Збірка, обробка і випробування моделей. Після виготовлення моделі приступають до її збірки. Перед збіркою вивчають технічну документацію і оцінюють, чи не виникла необхідність в яких-небудь змінах. Іноді буває, що при проектуванні і розробці креслень моделі ухвалюють певне рішення, наприклад, у зв'язку з компоновкою деталей і вузлів, але потім може виникнути потреба в зміні раніше ухваленого рішення. У таких випадках в документацію, в ескіз компоновки потрібно внести корективи.

Потім перевіряють працездатність кожного вузла окремо. Збірку починають з установки основних збірних одиниць на рамі або в корпусі. При цьому роз'ємні з'єднання сильно не затискають. Далі за допомогою виготовлених деталей сполучають між собою складальні одиниці. Деталі, які не пов'язані з складальними одиницями, встановлюють останніми. Після установки всіх деталей перевіряють співісну приводу, натягнення ременів, наявність необхідних зазорів, вільний хід деталей управління і т.п. Переконавшись в правильності установки всіх деталей, вузлів і механізмів, міцно затискають всі кріплення. Для запобігання само відкручуванню різьблення кріпильні деталі покривають нітрокраськой. Після цього знову перевіряють, чи не порушилася стерпна в трансмісії. Для цього поволі провертають ротор або колінчастий вал двигуна. Якщо співвісна не порушена, вони повинні обертатися вільно.

Після збірки приступають до обробки моделі. Вона включає доведення поверхні до необхідного параметра шорсткості. Офарблювати корпус моделі і її деталей необхідно враховувати, що при розпилюванні

фарби потрібно оберігати поверхні, не належні м попадання на них фарби. Для цього поверхня під топким шаром солідолу або вазеліну. Після збірки і обробки модель проходить випробування. Це найвідповідальніший період в її виготовленні. Правильно проведене випробування дозволяє зробити висновок про можливості виготовленої моделі.

Особливої уваги вимагають випробування авіамоделей, оскільки навіть незначна погрішність у виготовленні може привести до втрати їх льотних якостей. Для швидкого запуску і стійкої роботи двигуна авіамоделі потрібно правильно приготувати паливну суміш. Для цього потрібні герметичний, чистий посуд, фільтри, мензурка з діленнями до 1 см3, а також складені компоненти палива. До складу паливної суміші входять: горюча речовина (гас, етиловий ефір, метиловий спирт), змащувальне масло (касторове, мінеральне МК8, соляровоє) і присадки.

Для кожної марки двигуна і режиму його роботи рекомендується певний рецепт паливної суміші. Відповідно до цього рецепту всі компоненти змішуються в одній місткості і фільтруються. Змішувати компоненти палива слід в певній послідовності.

При складанні паливної суміші потрібно пам'ятати, що вживані компоненти легко випаровуються, отруйні і вибухонебезпечні. Тому готувати їх потрібно в добре провітрюваному приміщенні або на відкритому повітрі, зберігати в шафі, що не згорає, в герметичних судинах з відповідними написами. Для обкатки двигунів застосовують суміші з великим змістом змащувальних масел. Не можна обкатувати двигун в приміщенні без вентиляції, оскільки вихлопні гази отруйні

Висновок

Конструювання машин і механізмів впродовж багатьох століть здійснювалося окремими людьми, умільцями, здібностями, що володіють, до подібного роду діяльності. Причому процес конструювання вони вели, як то кажуть, "по місцю", тобто по ходу виготовлення. Наприклад, при створенні машини вони уточнювали форму і розміри її деталей і вузлів, кінематику механізмів, багато разів проводили випробування і лише тоді пропонували в масове виробництво.

Такий метод конструювання, звичайно ж, не може задовольнити не тільки сучасні темпи виробництва, але і вимоги, які пред'являються сьогодні до машин і механізмів. Річ у тому, що сучасна техніка базується на використанні сукупності складних законів і явищ, об'єднує в собі всі кращі якості попередніх аналогічних машин, враховує перспективу розвитку, має сучасне естетичне оформлення, зважає на ергономічні вимоги і т.д.

Задовольнити таким вимогам повною мірою можна тільки у тому випадку, коли конструювання ведеться колективом фахівців і неодмінно на науковій основі. Конструктори і інші працівники, причетні до процесу створення нової техніки, повинні пройти спеціальну підготовку, оволодіти такими технічними предметами, як опір матеріалів, теорія механізмів і машин, деталі машин, технологія машинобудування, матеріалознавство і ін. Відповідна підготовка інженерів-конструкторів ведеться у вищих учбових закладах з урахуванням спеціалізації.

Проте в умовах науково-технічної революції і такий підхід до створення і особливо до вдосконалення техніки не задовольняє вимогам практики. В даний час, а тим більше в майбутньому у вдосконаленні виробництва буде потрібно участь не тільки фахівців, але і найширших мас трудящих.

Размещено на Allbest.ru