Учёба. Образование

 Техническое творчество

 Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая Гвардия» 1955 г.

Любая модель состоит из многих деталей, компоновка которых (взаимосоединение) допускает самые различные конструктивные решения. Поэтому задача конструктора состоит в том, чтобы научиться правильно производить элементарный расчет модели, находить выгодное- соотношение размеров, умело располагать отдельные узлы и детали и подбирать соответствующий материал.

Проводя беседу о принципах конструирования, руководитель кружка должен разъяснить кружковцам, что:

1. Конструируя прибор, нужно стремиться к тому, чтобы закон, на основе которого

действует прибор, был ясен и понятен при демонстрации этого прибора.

2.         Лучшим прибором считается тот, дей

ствие которого понятно без объяснения.

3.         Прибор должен быть демонстрацион

ным.

4.         При   конструировании   прибора   или

модели   необходимо   учитывать   факторы,

способствующие наилучшему действию при

бора.

Но вот модель выбрана, изготовлены эскизные чертежи или рисунки, и перед кружковцами возникает вопрос: каковы же должны быть размеры модели? Чтобы решить этот вопрос, необходимо ясно представить себе назначение модели. Если модель предназначена для демонстрации тех или иных законов физики на уроке в школе, то размеры ее должны быть такими, чтобы каждая крупная деталь была хорошо видна из самых дальних уголков класса. Основные узлы должны выделяться и быть ярко покрашены.

Если модель предназначена для индивидуального пользования во время лабораторных работ, размеры ее совершенно иные, а отделка более простая. Яркая раскраска такой модели нецелесообразна, так как она будет отвлекать внимание работающего.

Если в кружке строится мощная паровая машина и для получения нужного количества пара потребуется паровой котел большой вместимости, то это уже. предопределяет размеры всей модели; изготовление свечи Яблочкова наталкивает конструктора на мысль, что размеры этого прибора не могут быть очень большими, так как главная задача здесь — получить яркое пламя.

Не менее важно правильно подобрать материалы, из которых будет выполнена модель. Если модель предназначена для постоянного пользования, например, в физическом кабинете школы, ее нужно строить из наиболее прочных и ценных материалов: из хороших сортов дерева и таких металлов, как латунь, медь, бронза и т. д. Если лее модель необходима только для проведения опыта или для временной лабораторной работы, ее можно выполнить из дешевых сортов фанеры, обрезков жести и т. д. Однако ни в коем случае не следует думать, что применение более дешевых или подсобных материалов снижает качество работы модели или ухудшает ее внешний вид.

Подбирая материалы для. постройки моделей, не нужно забывать и о подсобных материалах: консервных банках, катушках из-под ниток, от фотопленки, обрезках пластмассы и т. д.

Постройка любой модели или прибора всегда требует предварительного расчета, хотя бы элементарного. Цель расчета — получение наибольшего коэффициента полезного действия от модели. Большинство моделей в кружке строится по чертежам, помещенным в различных руководствах. Обычно руководитель требует от кружковцев, чтобы они как можно точнее выдержали все рекомендуемые размеры, расположение деталей и т. д. Однако практика показывает, что часто точное выполнение модели по описанию невозможно. Например: по заданным условиям кружковцам необходимо изготовить электромагнит для модели из специального трансформаторного железа. Такого железа в распоряжении кружка не имеется, есть только простая жесть. Ухудшится ли качество электромагнита, если железо заменить жестью, и можно ли допустить эту замену? В данном случае такая замена возможна. Но руководитель кружка должен разъяснить юным техникам, что величина магнитной проницаемости трансформаторного железа значительно выше, чем у жести. Поэтому для получения необходимой величины магнитного потока в электромагните необходимо изменить сечение сердечника и количество витков обмотки. Чтобы произвести такой расчет, нужно в процессе работы приучать кружковцев пользоваться соответствующими справочниками, графиками и номограммами, применение которых позволяет производить все эти расчеты быстро и с достаточной точностью.

Приведем второй пример. Кружковец по самостоятельным расчетам построил модель фонтана по теме «Сообщающиеся сосуды». С целью более эффективной работы фонтана он поднял бак с водой на большую высоту, рассчитывая, что чем выше помещен бак, тем сильнее будет напор воды. Но трубка, соединяющая бак с фонтаном, имела очень небольшой диаметр, и фонтан работал плохо: струя воды была очень низка. В этом случае руководитель должен разъяснить кружковцу, что плохая работа фонтана объясняется небольшим поперечным сечением соединяющей трубки, и должен подсказать ему пути правильного расчета. Только в том случае, когда руководитель кружка будет на каждом шагу разъяснять целесообразность и необходимость расчета и на конкретных примерах показывать, как это надо делать, качество- моделей и их кпд намного повысятся.

Всякая модель должна иметь какую-то опорную плоскость (основание), на которой тем или иным способом крепятся главнейшие детали и узлы. Такое основание может быть сделано из дерева, металла и в отдельных ' моделях — из картона, пластических масс и т. д.

Изготовление оснований почти всегда дает возможность руководителю проверить, какими же практическими навыками и умениями обладают кружковцы. От качества этой работы в значительной степени зависит внешний вид будущей модели. Хорошо изготовленное основание уже обязывает кружковца так же тщательно отделать остальные детали и узлы модели. Плохо сделанное основание приучает его к небрежности и резко снижает качество модели.

Основное внимание в данном случае руководитель должен обратить на правильность углов и внешнюю первичную отделку поверхности. Если основание деревянное, его надо хорошо выстругать, а если металлическое, то отшкурить и соответственно обработать (смотри обработку и отделку дерева и металла в соответствующих разделах книги).

Основание прибора или модели делается из простых сортов дерева или толстой фанеры и должно быть устойчивым.

Когда основание готово, кружковцы приступают к креплению на нем соответствующих деталей, дополнительных опорных плоскостей, стоек, производят разметку основания, сверление и другие операции для установки клемм, гнезд и т. д.

Особое внимание кружковцев следует обратить на важность тщательной разметки. Если прибор или модель будет изготовляться в массовом количестве, можно рекомендовать применение шаблонов. Например, в кружке изготовляется комплект приборов для лабораторных работ по теме: «Параллельное и последовательное соединение ламп и сопротивлений». По условиям лабораторных работ прибор должен иметь несколько переключений в схеме. Переключение производится с помощью однополюсных вилок с проводниками, вставляемых в пнезда, укрепленные в различных частях основания. Для разметки отверстий для гнезд применяется шаблон, который изготовляется из плотного картона, жести или другого подходящего материала.  На  нем тщательно размечаются центры необходимых отверстий. Отверстия просверливаются, шаблон накладывается на основание будущего прибора и карандашом через отверстия шаблона производится разметка. Аналогичные шаблоны применяются и при других работах.

Изготовление мачт. При постройке очень многих моделей, например подвесной канатной дороги, подъемных кранов, сетевых опор для модели электростанции и т. д., всегда возникает вопрос о конструкции мачт, являющихся основной крупной деталью в этих моделях. Постройку таких сооружений можно рекомендовать из деревянных реек, соединенных на клею фанерными накладками (рис. 1). Технология изготовления мачт состоит в следующем.

На большом листе бумаги, лучше всего на миллиметровке, вычерчивается в натуральную величину одна плоскость такой мачты. Затем на бумагу кладут вертикальные и горизонтальные отрезки деревянных реек, нарезанных по размерам чертежа, и скрепляют их фанерными накладками. Обычно рейки делают размером 6X6 мм. Получается одна сторона мачты. Таким же способом изготовляют остальные три стороны основания. Все четыре стороны основания соединяют фанерными накладками и получают квадратный, суженный к одному краю конус.

Конструкции мачт могут быть не только деревянными, но и металлическими, спаянными из отрезков железной и медной проволоки различного диаметра. Диаметр проволоки зависит от высоты мачты и предполагаемой нагрузки. Технология сборки мачт из проволоки такая же, как и при изготовлении мачт из реек. Отрезки проволоки накладывают на лист бумаги, на котором вычерчена одна из плоскостей мачты, и в местах стыков пропаивают.

Широко применяются мачты, спаянные и склепанные из уголкового профилированного железа (жести). В отдельных случаях для деталей, несущих небольшую нагрузку, применяют мачты, склеенные из профилированного плотного картона.

Изготовление колес, блоков, шкивов и роликов. Простейший способ изготовления колес — это склеивание их из бумажных полосок. Для этого берется бумага и режется на полоски (можно использовать телеграфную ленту и серпантин). Каждая полоска на конце смазывается клеем и навивается на круглую палочку до тех пор, пока не будет получен кружок нужного диаметра (рис. 2,а). Выдавливая пальцами различные слои бумаги, можно получить колесо любого профиля (рис. 2,6). После этого колесо опускается в жидкий столярный клей, в.масляный или спиртовой лак и просушивается. Высушенное колесо шлифуется шкуркой. Очень хорошие колеса можно сделать из фанеры. Для этого из 3—4-миллиметровой фанеры выпиливают лобзиком или вырезают кругорезом три кружка нужного диаметра, склеивают их вместе и для прочности обивают мелкими гвоздиками.

Если один из трех кружков  (средний) . взять меньшего диаметра, то после склеивания их получится блок или шкив (рис. 2, в).

Наиболее качественные колеса, блоки и шкивы могут быть выточены на токарном станке или отлиты из металла (свинца, цинка и др.) в гипсовых или деревянных формах.

Маховики и их применение. Во многих конструкциях моделей применяются маховики. Инерционная сила приведенного в движение маховика очень значительна и может быть использована как источник энергии для приведения в движение многих моделей. Модель корабля, в котором в качестве двигателя применен маховик, раскручиваемый бечевкой, может проплыть очень большое расстояние. Маховик, насаженный на ось даже самого небольшого электромотора, во много раз повышает его мощность. Применение маховика в качестве жироскопа позволяет построить модель однорельсовой электродороги, электровоза и т. д.

Маховики и жироскопы могут быть или выточены на токарном станке, или отлиты из металла в гипсовых формах.

Изготовление соленоидов. Соленоид рассчитан на работу от батарейки карманного фонаря и имеет размеры, указанные на рисунке 3,а. Соленоид представляет собой катушку, на которую наматывается 500— 600 витков провода в эмалевой изоляции диаметром 0,3—0,4 мм.

Соленоид может быть применен в моделях подъемного крана при поворотах стрелы, в модели семафора, в моделях автомобиля и корабля для рулевого управления: поворота модели вправо и влево (рис. 3,6) и многих других моделях.

Катушка соленоида вытачивается из дерева или клеится из картона. Внутренний диаметр катушки равен 6,5 мм. В катушке свободно двигается выточенный из мягкого железа или подобранный из подходящих материалов стержень (плунжер), длина которого 80 мм, а диаметр 6 мм. Для увеличения тягового усилия соленоида с одного конца катушки плотно забивается кусочек мягкого железа длиной 10 мм.

Крепление соленоидов к модели производится при помощи угольников или скобок.

Намотка пружин. Для намотки пружин можно использовать простое приспособление, укрепляемое в тисках (рис. 4). В толстый деревянный брусок вбиваются две стойки из проволоки диаметром 5—6 мм. В согнутых в кольца верхних концах этих стоек вращается горизонтальный вал, диаметр которого зависит от диаметра пружины. В валу сделано отверстие для закрепления конца пружины. Пропускается проволока по канавке в деревянном бруске и прижимается губками тисков.

Стальные пружины диаметром  3—4 мм применяются в качестве приводных ремней, стальные пружины большего диаметра используются для динамометров, пружины из проволоки с большим сопротивлением (никель, нихром, константан и др.) для реостатов и нагревательных приборов.

Самодельная изоляционная лента. При проведении опытов, требующих временных соединений электрических цепей, рекомендуется пользоваться самодельной изоляционной лентой. Изготовляют ее следующим образом: кусок полотняной ткани режут ка полоски шириной 10 мм и пропитывают горячим воском, расплавленным в металлической посуде. Для удаления излишка воска полоски протягиваются между куском картона и краем посуды, в которой они пропитывались. Изготовленная лента не засыхает и обладает хорошими изоляционными свойствами.

Бумажный коллектор применяют для модели электромотора. Для его изготовления берут плотную бумагу (типа чертежной) и нарезают ее полосками шириной 10—15 мм. Затем одну сторону смазывают клеем и накручивают на ось мотора до тех пор, пока не получат цилиндр нужного диаметра. После этого его перетягивают ниткой и просушивают.

Отверстия в стекле. Чтобы сделать отверстия в стекле, берут горсть чистого мелкого песку, увлажняют его водой и укладывают горкой на стекле на том месте, где нужно сделать отверстие. Остро заточенной палочкой делают внутри песочной горки конус до стекла. В получившуюся песочную форму выливают расплавленное олово. Стекло треснет точно по размерам внутреннего дна песочного конуса.

Трубки из медной проволоки. Очень хорошие металлические трубки любого профиля для .паропроводов паровых машин, моделей фонтанов и т. д. можно изготовить из медной проволоки. Проволоку зачищают шкуркои и навивают плотно виток к витку на деревянную палочку нужного диаметра. После этого намотанная проволочная спираль смачивается паяльной кислотой и погружается в расплавленное олово на несколько секунд, Затем спираль вынимают, стряхивают с нее излишнее олово. Когда спираль остынет, с деревянной палочки снимают получившуюся трубку.

Для трубок с изгибами проволочную спираль снимают с деревянной палочки, придают ей руками нужный изгиб и после этого, смочив кислотой, погружают в расплавленное олово.

Серебрение деталей. Для серебрения деталей применяют использованный фотографический фиксаж, смешанный с тальком. Масса должна по густоте напоминать сметану. Предназначенную для серебрения деталь тщательно очищают от грязи и жира и при помощи полотняной тряпочки натирают фиксажнотальковой смесью, По высыхании деталь полируется суконкой,

Инфракрасный фильтр. Для многих опытов по разделам физики; свет, теплота, оптика и т. д., необходимо применять фильтр, пропускающий только инфракрасные лучи. Таким свойством обладает стекло, покрытое раствором марганцево-кислого калия.

Изготовление простейших подшипников. Простые, но хорошие подшипники для моделей могут быть изготовлены из проволоки. На ось, для которой предназначены подшипники, наматывают 5—6 витков медной проволоки диаметром 1—1,5 мм и полученную спираль пропаивают оловом. Подшипники вставляют в соответствующие места стоек. В таких подшипниках прочно держится смазка.

Гальваническое покрытие при помощи кисти. Для серебрения или никелирования мелких металлических деталей в моделях и приборах можно рекомендовать гальваническую кисточку. Для этого берется толстая кисточка для акварельных красок и к ее металлическому ободку, касаясь волосков, прикрепляется голым проводом кусочек металла, которым покрывается деталь (рис. 5). Другой конец провода присоединяют к плюсу батареи. Деталь соединяется с минусом батареи.

Теперь необходимо приготовить раствор. Для этого в небольшой, стеклянный сосуд, наполненный серной кислотой, бросают кусочки металла, которым хотят покрыть деталь. Концентрация раствора будет достаточной, как только прекратится реакция.

Приступая к покрытию детали, надо хорошенько смочить кисть в растворе и водить, ею по детали, как при покраске. По окончании покрытия деталь промывается водой, высушивается и для придания блеска натирается кусочком шерстяной материи.

Покрывают деталь при напряжении в 4 в, получаемом от батарейки карманного фонаря. Для более крупных деталей напряжение берут от аккумулятора.

Изготовление стеклянных цилиндров. Для изготовления стеклянных цилиндров, стаканов и воронок из бутылок различного диаметра применяют простое приспособление. Берут отрезок проволоки от электрической плитки (нихром, никель, константан) длиной 30—35 мм и обертывают им бутылку по черте разреза так, чтобы концы Слученной петли не соприкасались друг с дру^ гом (рис. 6). Линию отреза намечают острой гранью напильника. Проволочная петля включается через ламповый или проволочный реостат в сеть переменного тока и накаливается докрасна. Как только проволока накалится и нагреет стекло, ток выклю-. чается, бутылка обливается холодной водой и стекло в месте нагрева разламывается.

Вырезывание стеклянных кружков. Небольшие стеклянные кружки для калейдоскопов, треугольников, призм и т. д. вырезаются следующим способом: на тонкое оконное стекло наклеивается бумажная фигура, которую необходимо вырезать. В одну руку берется стекло-, в другую обыкновенные ножницы, и обе руки опускаются по плечи в бочку, наполненную водой или в ванну. Под водой тонкое листовое стекло режется ножницами, как картон. Вырезывание производится по контурам наклеенной бумажной фигуры.

Переключатель кулачкового типа. Простейшим видом переключателя может служить кулачковый переключатель, устроенный так, что при вращении металлической сси укрепленный на ней изолированный эксцентрик замыкает пружинящие контакты, прижимая одну пружинящую пластинку к другой (рис. 7).

Для сложной комбинации переключений на оси может быть установлено несколько эксцентриков. Во избежание спекания контайтаых участков пластин в местах соприкосновения рекомендуется напаять кусочки серебра.

Изготовление цилиндров. Цилиндры для моделей паровых машин, насосов различных типов и т. д. могут быть изготовлены из стеклянных пробирок и бутылок, нарезанных описанным выше способом из отрезков металлических трубок, из бамбуковых палок. Наиболее точные цилиндры делают из металлических ружейных гильз. Для моделей макетного.характера можно изготовить цилиндры из склеенной плотной бумаги, пропитав ее парафином.

Намагничивание   магнитов.   Постоянные магниты, используемые в моделях динамо-машин, электромоторов и т. д., со временем или по причинам неправильной эксплуатации теряют свою силу и тем самым значительно уменьшают кпд модели.

Для намагничивания магнитов переменным током 120—220 в берут две катушки и наматывают на них по 100—150 витков провода   ПБД   диаметром   0,8—1,2   мм.

Рис. 8. Намагничивание магнитов.

Катушки соединяются последовательно и надеваются на стержни подковообразного магнита. Полюса магнита замыкаются железной пластинкой. Катушки на мгновение через последовательно включенный в цепь отрезок очень тонкой проволоки диаметром 0,1 мм или полоску станиоля включают в сеть переменного тока. Намагничивание происходит в момент перегорания станиоля. Для получения надлежащей силы магнита намагничивание повторяют несколько раз