Большая Советская Энциклопедия (СС)

  Периодические издания: «�звестия АН СССР. Техническая кибернетика» (с 1963), «Автоматика и телемеханика» (с 1936), «Проблемы передачи информации» (с 1965), «Кибернетика» (с 1965), «Управляющие машины и системы» (с 1972), «Автоматика и вычислительная техника» (Рига, с 1967) и др.

  См. также , , , , , , , , , , , .

В  Р�. Рђ. РђРїРѕРєРёРЅ.

  Машиноведение и технология производства машин

  Машиностроение как комплекс отраслей тяжёлой промышленности, производящих орудия труда, предметы потребления и продукцию оборонного назначения, в наибольшей мере определяет технический прогресс и эффективность народного хозяйства (см. в разделе Промышленность). В данной статье рассмотрены наиболее общие проблемы машиноведения (некоторые вопросы освещены также в статьях БСЭ и ) и технологии производства машин. (Развитию отдельных отраслей машиностроения в БСЭ посвящен ряд статей, например , и др.)

Машиноведение.Теория машин в механизмов. Эволюция машиностроения от отдельных машин неавтоматического действия до их автоматических систем отражена в развитии важнейших направлений теории машин и механизмов. Трудами П. Л. Чебышёва в 60-х гг. 19 в. (синтез шарнирных механизмов и др.), П. О. Сомова в 80-х гг. 19 в. (пространственные кинематические цепи, решение обобщённой задачи о структуре кинематических цепей) заложены фундаментальные основы этой теории. В начале 20 в. были созданы теория структуры и классификации механизмов (Л. В. Ассур) и основы винтового метода кинематического анализа механизмов (А. П. Котельников). Важное значение имело развитие теории зубчатых механизмов Х. �. Гохманом в конце 19 в., Н. �. Мерцаловым в начале 20 в. и др. �ми разработаны новые виды зубчатых зацеплений, созданы инженерные методы их расчёта и проектирования. Новый этап в науке о машинах начался после Октябрьской революции. В 20-х гг. Мерцаловым, а затем �. �. Артоболевским, Г. Г. Барановым и др. решены задачи кинематики общего случая пространственного семизвенного механизма, а в 30-х гг. Н. Г. Бруевичем - задача кинетостатики пространственных механизмов. В 30-х гг. В. В. Добровольский, �. �. Артоболевский выделили 5 семейств механизмов в зависимости от числа степеней свободы и количества условий связи и указали общие методы решения задач анализа механизмов, а также предложили систему их классификации. Работами по классификации, кинематике и кинетостатике плоских и пространственных механизмов советская школа прочно утвердила своё ведущее место в этой области мировой науки. В 30-50-е гг. �. �. Артоболевским и его школой создана обобщающая классификация механизмов по их структурным, кинематическим и динамическим свойствам, что позволило не только привести в систему существующие механизмы, но и открыть их новые виды. �зучение влияния допусков и неточностей при изготовлении деталей на кинематику и динамику механизмов вызвало к жизни в 40-е гг. «теорию реальных механизмов», основные положения которой применительно к плоским и пространственным механизмам разработаны Бруевичем. В 40-50-х гг. дальнейшее развитие получила теория синтеза механизмов (�. �. Артоболевский, Добровольский и др.). Методы синтеза, например рычажных и кулачковых механизмов, используются при проектировании двигателей, станков, текстильных, сельскохозяйственных и других машин. С 50-х гг. начались работы по анализу и синтезу механизмов с гидравлическим, пневматическим и электрическим устройствами (С. Н. Кожевников, Е. В. Герц и др.), а в 60-х гг.- механизмов с электронными и фотоэлектронными устройствами.

  �сследования по динамике технологических машин (в т. ч. сельскохозяйственных) были начаты В. П. Горячкиным в начале 20 в., в дальнейшем (30-60-е гг.) продолжены �. �. Артоболевским, А. П. Малышевым и др. �ми были изучены вопросы уравновешивания сельскохозяйственных машин, режимы их движения и энергетический баланс, а также решены многие задачи динамики машинных агрегатов. В конце 60-х гг. исследованы вопросы колебаний в машинах, особенно при высоких скоростях и нагрузках (Ф. М. Диментберг, К. В. Фролов).

  В 60-е гг. расширились исследования по теории, методам расчёта, проектирования и эксплуатации машин-автоматов (С. �. Артоболевский, �. �. Капустин, Г. А. Шаумян). Проведена их классификация по признакам, связанным с числом потоков информации и путями их использования; методы теории машин-автоматов связаны с общими методами теории автоматического управления. Для обширного класса автоматов, оснащенных цифровыми системами управления, А. Е. Кобринским созданы программы их работы, методы и средства обработки исходной и дополнит. текущей информации, разработаны вопросы расчёта и проектирования самонастраивающихся систем. С 50-х гг. решаются задачи синтеза автоматов, имеющих оптимальные параметры, с помощью ЭВМ (С. А. Черкудинов и др.). В 70-х гг. ведутся работы по системам машин автоматического действия, роботам-манипуляторам, шагающим машинам, динамике машин с несколькими степенями свободы, машинам с переменной массой звеньев, вибрационного действия (�. �. Артоболевский, А. Е. Кобринский, А. П. Бессонов и др.).

  Ведущими институтами в области теории машин и механизмов являются Государственный Н�� машиноведения, �нститут геотехнической механики (УССР), Грузинский политехнический институт, �нститут механики машин и полимерных материалов (Грузинская ССР), Каунасский политехнический институт, Ленинградский оптико-механический институт, Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта, Челябинский политехнический институт и др. Координацию работ осуществляют Научные советы по теории машин и систем машин и по теории и принципам устройства роботов и манипуляторов. Советские учёные участвуют в Международных конгрессах по теории машин и механизмов. Президентом Международной федерации по теории машин и механизмов в 1969-75 был �. �. Артоболевский. См. также , , .

 Теория расчёта машин. Русские учёные и инженеры, работавшие в 19 - начале 20 вв., значительно обогатили теорию и практику расчёта и конструирования машин. Например, Н. Е. Жуковским исследована работа упругого ремня на шкивах, рассмотрено распределение сил между витками резьбы, им же совместно с

С. А. Чаплыгиным решена одна из важнейших гидродинамических задач в приложении к подшипникам скольжения. Быстро развивалась теория расчёта машин после Октябрьской революции 1917. В этой области в 10-20-х гг. работали учёные МВТУ (А. �. Сидоров, П. К. Худяков), многих других вузов и научно-исследовательских организаций. В 30-40-х гг. созданы методы расчётов валов и осей на выносливость, учитывающие переменность режима работы, статические и усталостные характеристики материалов, концентрацию напряжений, масштабный фактор, упрочнение поверхности (С. В. Серенсен). В начале 40-х гг. А. �. Петрусевичем, В. Н. Кудрявцевым и др. разработаны теория и принципы расчёта эвольвентных зубчатых зацеплений, основные теоретические положения для расчёта цилиндрических передач внешнего и внутреннего зацепления, конических, гипоидных и червячных передач. В 50-е гг. М. Л. Новиковым было предложено кругловинтовое зацепление. В инженерной практике с 60-х гг. применяются теоретические расчёты динамических нагрузок, учитывающие точность изготовления передач, характер нагружения и другие параметры (Государственный Н�� машиноведения). В 40-50-е гг. было положено начало работам по контактно-гидродинамической теории смазки. В частности, решена изотермическая контактно-гидродинамическая задача для линейного контакта. В 30-50-е гг. разработаны основы теории и расчёта ремённых передач на тяговую способность, бесступенчатых передач (В. Н. Беляев, Д. Н. Решетов). В 40-50-е гг. получила дальнейшее развитие теория расчёта соединений: исследованы прочность элементов резьбовых соединений при статических и циклических нагружениях (�. А. Биргер). В 50-60-е гг. созданы гидроприводы на мощность 100-150 квт.Значит. развитие в 40-70-е гг. получили теория и расчёт пружин и упругих звеньев (Е. П. Попов, С. Д. Пономарев). В 70-х гг. создаются уточнённые методы расчёта гидродинамических, гидростатических, газовых опор скольжения, тормозов (Государственный Н�� машиноведения, МВТУ), исследуется износ зубчатых колёс методом меченых атомов (Рижский политехнический институт). �зучается несущая способность масляных слоев между деталями машин, катящимися со скольжением (Государственный Н�� машиноведения, Киевский институт гражданской авиации, Одесский политехнический институт). Крупные работы ведутся также в Московском станкоинструментальном институте, Экспериментальном Н�� металлорежущих станков, Центральный Н�� технологии машиностроения, ленинградских политехническом, механическом, кораблестроительном и других институтах. См. также .

 Проблемы прочности. Некоторые важные проблемы теории прочности были исследованы русскими учёными в дореволюционный период: Н. Е. Жуковским (расчёт распределения усилий в резьбовых соединениях), А. Н. Крыловым (действие силовых импульсов на упругие системы), Н. Г. Бубновым (строительная механика тонкостенных конструкций), С. П. Тимошенко (прикладная теория упругости), В. Л. Кирпичёвым, М. В. Воропаевым (усталость конструкционных материалов) и др.

  После 1917 развёртываются исследования проблем прочности на базе вновь организованных институтов - Физико-технический в Ленинграде (критерии хрупкого разрушения материалов, остаточные напряжения и измерения деформаций), �нститута технической механики АН УССР в Киеве (усталость и динамическая прочность механических конструкций), Центрального аэрогидродинамического института (прочность высоконагруженных конструкций) и др.

  В 30-е гг. в расчётах на прочность стали применять хорошо разработанные методы строительной механики, позволяющие определить статические усилия в упругих системах машин, узлов и конструкций.

  Большую роль в создании методов определения полей напряжений сыграли исследования П. Ф. Попковича, Г. В. Колосова и Н. �. Мусхелишвили, явившиеся основой решения важнейших проблем предельного состояния и механики разрушения. В частности, использование конформного отображения позволило решить ряд новых задач о концентрации напряжений около отверстий и в прессовых соединениях, а также плоских и объёмных задач при расчёте элементов машин.

  Благодаря работам Н. С. Стрелецкого, А. А. Гвоздева и др. (30-е гг.), С. Д. Пономарева (50-60-е гг.) и др. широкое распространение получил метод расчёта прочности по предельным нагрузкам на основе строит. механики с учётом возможных полей скоростей и допустимых полей напряжений. В дальнейшем важный вклад в исследование предельного состояния применительно к задачам прочности внесли В. В. Соколовский, А. А. �льюшин (40-е гг.), Ю. Н. Работнов (50-е гг.), Л. М. Качанов, Н. Н. Малинин (50-60-е гг.) и др. В частности, исследования Работнова оказали большое влияние на дальнейшее развитие прикладных методов расчёта напряжённых состояний и прочности при неупругих деформациях. В 50-60-е гг. широкое применение получили методы исследования полей деформаций и напряжений (Н. �. Пригоровский и др.), тензометрии (М. Л. Дайчик, Г. Х. Хуршудов) и др. Усовершенствование метода конечных разностей и развитие метода конечных элементов позволили разработать схему решения аналогичных задач не только в упругой, но и в пластической области, в том числе при ползучести (Д. В. Вайнберг, А. Г. Угодчиков и др.). Реализация расчётов по этим схемам особенно эффективна с применением ЭВМ.

  Выполнены значительные работы по механическим закономерностям хрупкого разрушения (А. Ф. �оффе, 20-е гг.; Н. Н. Давиденков и др., 30-е гг.; Я. Б. Фридман, Б. А. Дроздовский, 50-60-е гг., и др.).

  В области усталостной прочности были проведены обширные экспериментальные работы и созданы практические способы расчёта на прочность при циклически изменяющихся напряжениях. Важное значение в этой области имели построение стохастических моделей процесса усталости (Н. Н. Афанасьев, 40-е гг., В. В. Болотин и др., 60-е гг.), разработка методов расчёта на прочность (С. В. Серенсен, В. П. Когаев и др., 50-60-е гг.) и изучение проблемы малоциклового разрушения (в 40-е гг.- Н. �. Марин, в последующие годы - Серенсен, В. В. Новожилов и др.). Для проверки циклического деформирования и критериев разрушения разработаны экспериментальные методы исследования полей деформаций с помощью сеток (Н. А. Махутов), оптически активных покрытий (Р. М. Шнейдерович и В. В. Ларионов), муара (Шнейдерович и О. А. Левин). Уточнены критерии усталостного разрушения в связи с типом напряжённого состояния. Возможность значит. увеличения прочности в местах концентрации напряжений поверхностным наклёпом и термической обработкой показана в 40-50-х гг. Н. П. Щаповым, �. В. Кудрявцевым и др.

  Систематические исследования проблем термопрочности проводились �. А. Одингом (40-60-е гг.), Серенсеном (с 50-х гг.), Г. С. Писаренко (50-60-е гг.) и их учениками. Они были посвящены выяснению сложных изменений механической и термической прочности в широком диапазоне режимов нагружений и нагрева. Прочностью при неизотермическом нагружений, особенно важной для элементов конструкций, в которых возникают значит. температурные напряжения, занимались в 50-60-е гг. Ю. �. Лихачев, Ю. Ф. Баландин и др.

  Увеличение скоростей машин, интенсификация технологических процессов, а также успешное применение импульсных методов в технологии формоизменения и упрочнения обусловили разработку волновых упругопластических задач, решение которых базируется на основополагающих работах Л. А. Галина, Х. А. Рахматулина и др.

  В 70-х гг. наука о прочности развивается в следующих направлениях: разработка вопросов механики деформирования и разрушения как основы расчётов на прочность при экстремальных условиях нагрева и нагружения, исследование кинетики деформированных состояний и разрушения для определения прочности и долговечности в условиях стационарной и стохастической нагруженности, анализ истории нагружения и накопления повреждений для оценки остаточной прочности и ресурса.

  Ведущие институты: Государственный Н�� машиноведения, �нститут проблем механики АН СССР, �нститут проблем прочности АН УССР, �нститут электросварки АН УССР. Координацию работ осуществляет Научный совет АН СССР по проблемам прочности и пластичности.

  Проблемы точности и износостойкости. Технический прогресс в машиностроении тесно связан с решением проблем повышения точности изготовления деталей машин и обеспечения их износостойкости. Отдельные исследования по этим проблемам проводились ещё в дореволюционной России. Например, известны работы Н. П. Петрова, заложившего основы гидродинамической теории трения. Планомерно исследования в области точности стали осуществляться лишь после Октябрьской революции 1917. Декретом СНК (1918) была узаконена метрическая система мер, а затем приняты государственные эталоны и проведены другие мероприятия в области метрологии. В 20-30-х гг. созданы стандарты на допуски для типовых деталей машин (А. Д. Гатцук, М. А. Саверин). Важную роль в разработке государственных стандартов на допуски изделий и калибров для их контроля сыграло организованное в 1935 Научно-исследовательское бюро взаимозаменяемости под руководством �. Е. Городецкого; оно стало ведущим в области создания средств измерения и контрольных автоматов. В 30-е гг. развернулись работы по взаимозаменяемости, стандартизации и технике измерений в научно-исследовательских организациях различных отраслей промышленности. В 30-40-х гг. большое значение имели теоретические исследования Бруевича (точность механизмов с учётом ошибки размеров и расположения звеньев), Б. С. Балакшина (теория размерных цепей), Н. А. Бородачёва (основы расчёта допусков кинематических цепей), Н. А. Калашникова (точность зубчатых колёс); при этом вопросы точности стали изучаться в связи с технологическими процессами изготовления изделий (работы А. П. Соколовского, В. М. Кована и др.). �тогом этих работ была общая теория точности машин и приборов (40-50-е гг., Государственного Н�� машиноведения), выводы которой в 60- 70-е гг. применялись при проектировании машин, приборов и технологических процессов, а также в автоматизации контроля в промышленности и управлении технологическими процессами.

  В 70-х гг. внимание учёных сосредоточено на оптимизации точностных задач с помощью ЭВМ при конструировании, а также на комплексном изучении проблем точности и надёжности. Ведущими организациями в области взаимозаменяемости и точности являются Бюро взаимозаменяемости в металлообрабатывающей промышленности, Государственный Н�� машиноведения и Центральный Н�� технологии машиностроения. Значительные работы ведутся также в Киевском, Рижском, Каунасском политехнических институтах, Вильнюсском филиале Экспериментальном Н�� металлорежущих станков и др. Советские учёные активно участвуют в работе Международной организации по стандартизации (ISO), международных конференциях по измерительной технике и разработке единой системы допусков и посадок, унифицированных стандартов стран - членов СЭВ.