¿Cómo está el desarrollo de la maquinaria en Europa?
En Europa, la mejora de la tecnología de procesamiento se inició en el siglo XVII. En el siglo XVIII, los tornos cambiaron gradualmente de estructuras de madera a estructuras metálicas. En 1750, Thio en Francia instaló un portaherramientas en el torno, que era accionado por un tornillo para movimiento longitudinal, lo que supuso un gran paso adelante en comparación con las herramientas de torneado manuales del pasado. En 1774, Wilkinson construyó una nueva perforadora de barril; máquina que podía procesar un círculo interior con un diámetro de 1,83 m, fabricó con éxito un cilindro de máquina de vapor para Watt en 1775, en 1770 Ramsden en el Reino Unido utilizó por primera vez un torno para fabricar tornillos, Brammer hizo una cerradura con; un mecanismo relativamente complejo, también mejoró y fabricó varias máquinas herramienta junto con Maudsley. En 1797, Maudsley instaló en el torno una varilla roscada, una varilla pulida y un portaherramientas deslizante, que podía procesar planos y tornillos de precisión, mejorando en gran medida el nivel de precisión de la tecnología de fabricación mecánica. La máquina herramienta diseñada por Bruler en 1804 se muestra en la Figura 2-85. Alrededor de 1820, Whiteworth en el Reino Unido fabricó la primera máquina herramienta que puede procesar tanto engranajes cilíndricos como engranajes cónicos, como se muestra en la Figura 2-86. La máquina herramienta deslizante y perforadora diseñada en 1836 se muestra en la Figura 2-87. En 1845, Estados Unidos fabricó un torno de torreta que utilizaba ocho herramientas de corte montadas en un soporte de torre giratorio. Era operado por una persona por turno para completar ocho procedimientos de procesamiento. En 1861, se realizó la rotación automática de la torreta. Posteriormente, para ahorrar aún más mano de obra, se desarrolló un torno de tornillo automático. Las máquinas herramienta en el sentido moderno aparecieron en el siglo XIX.
En la segunda mitad del siglo XIX, los nuevos materiales de herramientas y las nuevas fuentes de energía también impulsaron el desarrollo continuo de las máquinas herramienta. En 1836, Smith construyó una cepilladora. Esta cepilladora ya tiene la estructura básica de una cepilladora moderna. En 1842, también diseñó y fabricó martillos de vapor de simple y doble efecto, como se muestra en la Figura 2-88, que ampliaron el tamaño de las piezas forjadas. De 1830 a 1850, Whitworth utilizó el principio de ajuste fino del hilo para fabricar dispositivos de medición, lo que mejoró aún más la calidad de los productos mecánicos y creó las condiciones para la producción intercambiable posterior. Las herramientas de corte de acero al carbono de 1850 sólo podían funcionar a velocidades de corte inferiores a unos 12 m/min. En 1868, Muschet inventó el acero al manganeso (acero aleado para herramientas) que contenía tungsteno y vanadio, que aumentó la velocidad de corte a 18,3 m/min. En 1898, Taylor y otros utilizaron acero rápido que contenía cromo para aumentar la velocidad de corte a 36,6 m/min. El aumento de la velocidad de corte, a su vez, contribuye a mejorar la resistencia, los cojinetes y los mecanismos de transmisión de varias partes de la máquina herramienta.
Figura 2-86 El motor de combustión interna para máquinas herramienta diseñado por Whiteworth se ha desarrollado durante aproximadamente un siglo y medio. Al igual que otras ciencias, cada avance en el motor de combustión interna es un resumen y un resumen de la experiencia práctica de la producción humana. La invención del motor de combustión interna comenzó con la investigación y mejora de las máquinas de vapor de pistón. En su historia de desarrollo, cabe hacer una mención especial a los alemanes Otto y Diesel, quienes propusieron un ciclo Otto relativamente completo y el ciclo Diesel les dio un resumen científico de las actividades prácticas y creativas de innumerables personas en los últimos tiempos. décadas, y dieron un salto cualitativo, combinaron la experiencia superficial, puramente empírica y caótica de sus predecesores. Al heredar, desarrollar, resumir y mejorar, encontramos la regularidad, sentamos las bases termodinámicas para el ciclo térmico de los motores de gasolina modernos y motores diésel e hizo grandes contribuciones al desarrollo de los motores de combustión interna.
Figura 2-87 Máquina herramienta deslizante y perforadora
Figura 2-88 Martillo de vapor de Le Crusoe Schneider El primer motor de combustión interna fue un motor de gas propulsado por gas. En 1860, el inventor francés Renaud fabricó el primer motor de combustión interna práctico (un motor de gas de encendido eléctrico, monocilíndrico, de dos tiempos, sin compresión, con una potencia de salida de 0,74~1,47 kW, una velocidad de rotación de 100 r/min, y una eficiencia térmica de 4). El ingeniero francés De Rocha se dio cuenta de que para mejorar la eficiencia térmica del motor de combustión interna tanto como sea posible, se debe minimizar el área de enfriamiento por unidad de volumen del cilindro, la velocidad del pistón durante la expansión debe ser lo más rápida posible y el rango de expansión (golpe) debe ser lo más largo posible. Sobre esta base propuso en 1862 el famoso ciclo de cuatro tiempos de combustión a volumen constante: admisión, compresión, combustión y expansión, y escape.
En 1876, el alemán Otto fabricó el primer motor de combustión interna de pistón alternativo de cuatro tiempos, como se muestra en la Figura 2-89. Era de un solo cilindro, de tipo horizontal, que utilizaba gas como combustible y el. la potencia era de aproximadamente 2,21 kW, 180 r/min. En este motor, Otto añadió un volante para hacer el funcionamiento más suave, alargó el conducto de admisión y mejoró la culata para formar completamente la mezcla. Se trataba de una máquina de gran éxito, con una eficiencia térmica equivalente al doble de la de una máquina de vapor de la época. Otto integró tres ideas técnicas clave: combustión interna, gas comprimido y cuatro tiempos, otorgando a este motor de combustión interna una serie de ventajas como alta eficiencia, tamaño pequeño, peso ligero y alta potencia. En la Exposición Internacional de París de 1878, fue aclamado como "el mayor logro en máquinas eléctricas desde Watt". El ciclo de cuatro tiempos de combustión isovolumétrica se realiza mediante Otto, también conocido como ciclo Otto.
Figura 2-89 Aunque el primer motor de gasolina con motor de combustión interna de pistón alternativo de cuatro tiempos tiene grandes ventajas sobre las máquinas de vapor, todavía no puede satisfacer los requisitos de la industria del transporte en las condiciones de producción en masa socializada. -velocidad, ligereza y otras prestaciones. Debido a que utiliza gas como combustible, requiere un enorme generador de gas y un sistema de tuberías. Además, el poder calorífico del gas es bajo (aproximadamente 1,75×107~2,09×107J/m3), por lo que la máquina de gas gira lentamente y tiene una potencia específica pequeña. En la segunda mitad del siglo XIX, con el auge de la industria petrolera, se convirtió en una tendencia inevitable utilizar productos derivados del petróleo para reemplazar el gas de carbón como combustible.
En 1680, el físico holandés Huygens comenzó a estudiar los motores de combustión interna. En 1833, el británico Wright propuso la idea de un motor primario. En 1838, Barnett construyó el primer motor de encendido interno. motor de combustión. En 1897, el alemán Rudolf Diesel inventó el famoso motor de combustión interna Diesel. Desde entonces, se ha resuelto el problema de la fuente de energía de muchas máquinas, como automóviles y barcos. El desarrollo de la industria de la maquinaria ha entrado en una nueva etapa. En 1880, Diesel, de 21 años, se graduó con honores en la Universidad Técnica de Munich. Después de 17 años de incansable investigación y de superar diversas dificultades, finalmente desarrolló con éxito el motor de combustión interna Diesel en 1897, como se muestra en la Figura 2-90. Como se muestra en la figura, ha hecho una gran contribución al desarrollo de la civilización mecánica. La Figura 2-91 es un motor de combustión interna de cuatro tiempos desarrollado sobre la base del motor de combustión interna Searle.
Figura 2-90 Diesel y el motor de combustión interna que diseñó
Figura 2-91 La primera bicicleta con un motor de combustión interna de cuatro tiempos fue el "caballo de juguete" de Francia. como se muestra en la Figura 2-92. El ciclista empuja la bicicleta hacia adelante con los pies, lo que sienta las bases de la bicicleta. Alrededor de 1860 apareció una bicicleta de malabarismo como la que se muestra en la Figura 2-93. Tenía dos ruedas, una grande y otra pequeña, y los pedales impulsaban directamente la rueda grande. La razón para utilizar ruedas motrices grandes es garantizar que el automóvil tenga suficiente velocidad y mantenga el equilibrio. Es peligroso conducir este auto de feria y requiere mucha agilidad y habilidad. En cuanto al diseño, la forma del coche refleja directamente su funcionalidad mecánica, pero su uso está limitado por el asiento alto.
Después de 1870, aparecieron las bicicletas accionadas por cadena, como se muestra en la Figura 2-94, lo que mejoró la seguridad de las bicicletas. Después de un período de mejora, John Kemp Starley de Coventry, Inglaterra, produjo la primera bicicleta moderna, la bicicleta de "seguridad", en 1888, como se muestra en la Figura 2-95; la forma básica de este automóvil sigue siendo muy popular hoy en día.
El descubrimiento de la electricidad trajo la luz a la humanidad. La invención del motor eléctrico provocó una nueva revolución energética. En 1879, el inventor estadounidense Thomas Alva Edison inventó la luz eléctrica. El británico Michael Faraday explicó los principios de los generadores y motores eléctricos. Zenobe Theophili Gramme de Bélgica construyó el primer generador práctico (Figura 2-96), impulsado por una máquina de vapor y utilizado principalmente para iluminación y galvanoplastia. El motor eléctrico fue inventado por casualidad. En 1873 se celebró la Exposición Universal en Viena. Al experimentar con el generador, debido a un error de operación, una corriente externa fluyó hacia el generador, pero el generador de repente comenzó a girar.
Este descubrimiento inesperado tocó la inspiración de los científicos. Pronto nacieron los motores eléctricos prácticos (Figura 2-97). Inicialmente, el motor eléctrico estaba instalado a cierta distancia fuera de la máquina herramienta y accionado por una correa. Posteriormente, el motor eléctrico se colocó directamente dentro de la máquina herramienta. A finales del siglo XIX, algunas máquinas herramienta utilizaban dos o más motores eléctricos para accionar el husillo y el mecanismo de avance, respectivamente. En este punto, la industria de la máquina herramienta, conocida como el "corazón de la industria de la maquinaria", ha comenzado a tomar forma.
Figura 2-92 El "caballo de juguete" que apareció por primera vez en Francia
Figura 2-93 La bicicleta de malabarismo que apareció alrededor de 1860
Figura 2-94 Una bicicleta impulsada por cadena
Figura 2-95 Bicicleta de "seguridad" Durante la mayor parte del siglo XIX, la fuente de energía de las máquinas herramienta era principalmente vapor, y el techo del taller estaba cubierto con ejes entrecruzados y correas de transmisión. En 1873, los motores eléctricos se convirtieron en la fuente de energía para las máquinas herramienta, iniciando una era en la que la electricidad reemplazó a la energía de vapor. En 1879, el alemán Erust Werner VonSiemens desarrolló con éxito la primera locomotora eléctrica. Cuatro años más tarde, Gran Bretaña inauguró el primer ferrocarril eléctrico del mundo.
De todos los inventos importantes del siglo XIX, el automóvil fue uno de los más tardíos. Una razón es que el concepto popular del transporte por carretera está firmemente ligado al modelo de vehículo tirado por caballos, y la otra es la competencia entre el motor de combustión interna y la máquina de vapor, la última de las cuales es familiar para la gente desde principios Siglo XX. Las locomotoras de vapor no sólo circulan por las vías del tren, la gente también intenta hacerlas demostrar sus habilidades en las carreteras. En 1871, un tractor de vapor remolcó un tren fletado para realizar la prueba original de utilizar una locomotora de ferrocarril directamente en la carretera. La locomotora de vapor de carretera de dos asientos y un solo caballo del mismo período también se derivó de la locomotora de ferrocarril, como se muestra en la imagen. Figura 2-98.
Figura 2-96: El primer generador práctico
Figura 2-97: Los diseñadores del primer motor eléctrico 20 años después adoptaron un enfoque diferente. Por ejemplo, el vapor Shiplett de 1891. El carruaje era un carruaje sin caballos. Como se muestra en la Figura 2-99, la caldera estaba oculta debajo del asiento trasero, lo que era habitual para el cochero. Casi cualquier fabricante de automóviles capacitado podía construir este tipo de base. Esta tecnología también se utilizó en vehículos similares durante el mismo período, pero con un motor de gasolina en lugar de uno de vapor. Este fue el prototipo del automóvil.
En el futuro, el motor de combustión interna tomó el relevo y los vehículos autopropulsados gradualmente tomaron forma propia. Lógicamente, esta forma se debe, por un lado, a las exigencias mecánicas y, por otro, también a las crecientes exigencias de confort y comodidad de los consumidores. El cambio de los carruajes tirados por caballos a los automóviles fue lento, sobre todo porque la gente estaba tan acostumbrada a los vehículos tirados por caballos que era difícil imaginar formas nuevas y más avanzadas. Además, como el vagón resolvió el problema de forma perfecta y económica en algunos aspectos, los constructores no estaban dispuestos a abandonarlo fácilmente. Incluso en el diseño del coche, la influencia del carruaje es evidente. El Borgati Modelo 13 producido en 1910 no sólo tenía una lona de carruaje, sino también una estatua de un conductor de carruaje colocada en un lugar destacado en la parte delantera del coche.
Figura 2-98 Máquina de vapor de carretera de dos asientos y un solo caballo en 1869
Figura 2-99 Vagón de vapor Shiplett En 1885, Carl Benz inventó el automóvil como se muestra en la Figura 2-100, en realidad es un triciclo propulsado por un motor de combustión interna. El motor está instalado debajo del asiento en la parte trasera del vehículo. En 1886, Gottlieb Daimler fabricó un coche de cuatro ruedas que parecía una variante de un carruaje de dos ruedas. Sin embargo, no fueron los primeros "sedanes sin caballos", ya que los vehículos propulsados por vapor ya existían desde hacía algún tiempo.
El principal progreso tecnológico en la fabricación de maquinaria en el siglo XIX fue el desarrollo de la intercambiabilidad de piezas, la mejora de la economía de producción y el paso de la industria de la maquinaria a la etapa de producción en masa. El estallido y la continuación de la guerra aceleraron el desarrollo y la producción de armas de fuego y otras armas. La figura 2-101 es un tanque británico diseñado en 1916. Las guerras en Europa, la guerra angloamericana, la guerra entre México y Estados Unidos y la Primera Guerra Mundial continuaron, y los requisitos para los accesorios de armas llevaron a la invención de la intercambiabilidad.
Una buena intercambiabilidad debe garantizarse mediante herramientas de medición y máquinas herramienta de procesamiento de alta precisión. La invención y la innovación de máquinas herramienta y herramientas de medición avanzan rápidamente.
Figura 2-100 El automóvil inventado por Benz La historia de los inventos mecánicos en los países occidentales se concentra principalmente en la revolución industrial posterior al Renacimiento. Tiene una historia corta, pero se desarrolló rápidamente y sentó las bases. de la industria moderna. En resumen, una de las razones de su rápido desarrollo es el énfasis en la ciencia y la tecnología. Durante ese período se establecieron muchos laboratorios y universidades famosos, como se muestra en la Figura 2-102, la Figura 2-103 y la Figura 2-104.
Figura 2-101: Tanque británico diseñado en 1916
Figura 2-102: Taller de principios del siglo XX
Figura 2-103: Siemens en Berlín alrededor de 1910 Laboratorio y Sala de Diseño Halsk
Figura 2-104 Sala de Pruebas Krupp en 1912 Comparando los inventos y creaciones de la historia de nuestro país con los de los países occidentales, se puede observar que antes del siglo XIV d.C., nuestro país Nuestros inventos y creaciones son líderes en cantidad, calidad y tiempo de invención, y nuestro país alguna vez fue una potencia mundial. Pero después del siglo XIV d. C., gradualmente quedó atrás de las potencias occidentales. Sin embargo, debemos estar orgullosos de la contribución que nuestro antiguo pueblo hizo al desarrollo de la ciencia y la tecnología en el mundo. Una China cada vez más poderosa hará mayores contribuciones al desarrollo del mundo en el futuro.