Методические указания к изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения инженерно-технических специальностей Брянск 2004

Вид материала

Содержание

1. Теоретические сведения
1.2. Закономерности развития технических объектов
1.3. Примеры развития технических объектов
1.3.2. История развития токарного станка
2. Рабочая программа
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИОННОГО КУРСА «История техники»
3. Методические указания к выполнению контрольных работ
Общая тематика
Станок с ЧПУ.
План контрольной работы
Хронология основных этапов и событий развития науки и техники
Искусственный огонь.
Указатель имен
Ампер Андре Мари
Белл Александер Грейам
Бенц Карл Фридрих
Витрувий Поллион Марк
Вольта Алессандро
Гальвани Луиджи
Герике Отто фон
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2

«УТВЕРЖДАЮ»

Ректор университета

_______А.В.Лагерев

«___»________2004 г

ИСТОРИЯ ТЕХНИКИ

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Методические указания к изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения инженерно-технических специальностей

Брянск 2004

УДК 531

История техники. История развития технических объектов: Методические указания к изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения инженерно-технических специальностей. -Брянск: БГТУ, 2004. – 32 с.

Разработал:

Ю.А.Малахов,

канд. техн. наук, доц.

Рекомендовано кафедрой «Компьютерные технологии и системы» БГТУ

(протокол № 1 от сентября 2004 г.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . .6

1.1.Основные понятия развития технических объектов. . . . .6

1.2.Закономерности развития технических объектов. . . . . 8

1.3.Примеры развития технических объектов. . . . . . . . 10

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА. . . . . . . . . . . . . . 16

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ. . . . . . . . . . .. . . . . .18

Приложения. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

ПРЕДИСЛОВИЕ

Техника возникла одновременно с образованием человеческого общества. Она порождена человеком, обеспечивает ему независимость от природы и служит средством удовлетворения его потребностей. В то же время техника формирует нового человека, она создавала предпосылки для появления новых потребностей. История техники – это и история развития, совершенствования технических объектов, технологий, и история развития общества.

Знания истории техники помогут ответить на такие вопросы, как например: Мог ли поэт А.С. Пушкин послать телеграмму? Именно во времена А.С. Пушкина (1799-1836) появились первые телеграфные аппараты. Есть предположение, что Александр Сергеевич, впервые увидев работу телеграфного аппарата, был очень сильно поражен достижениями науки и техники своего времени. Это нашло отражение в широко известных строках:

"О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух ….."

Методические указания состоят из трех частей. В первой части приводится краткий теоретический материал эволюционного развития технических объектов, вторая часть – это рабочая программа дисциплины, третья часть посвящена вопросам выполнения контрольной работы и выдачи задания.

Цель изучения курса «История техники» состоит в формировании основополагающих знаний студентов об истории развития технических объектов.

Задачи курса:

 Дать студентам знания об основных достижениях человеческого разума от первых простейших орудий труда до сложнейших машин и устройств наших дней.

 Дать студентам основы теории развития технических объектов, раскрыть основные понятия.

 Дать описания конкретных примеров развития различных технологий, назвать имена народных умельцев, инженеров и выдающихся ученых.

 Научить студентов находить и подготавливать нужную информацию для описания конкретного технического объекта с учетом его диалектического развития.

Студент, освоивший дисциплину «История техники», должен

знать и уметь использовать:

конкретные примеры развития различных технологий , имена народных умельцев, инженеров и выдающихся ученых;

иметь опыт:

подготовки информации о конкретном техническом объекте с учетом его диалектического развития;

иметь представление:

о творческой деятельности человека,

о закономерностях истории возникновения и развития основных технических объектов.

На изучение дисциплины при заочной форме обучения отводится 4часа установочных лекций и выполнение контрольной работы. Вид итогового контроля – зачет.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Основные понятия о развитии технических объектов

Сначала растительная пища добывалась руками, иногда с помощью камней и палок, удлиняющих руку. Затем в окружающей среде были найдены предметы, у которых раскрылись нужные для человека функции: заостренные палки, осколки камней с острыми краями. Но эти предметы ломались, тупились, терялись. Необходимо было искать, запасать, подправлять естественные орудия - возник процесс изготовления средств труда. Это и есть первый момент возникновения техники. Образующаяся социальная система сама, собственными потребностями создавала недостающие ей органы из элементов окружающей природы. Человек раскрывал свойства предметов, постепенно накапливал знания и начинал целенаправленно их использовать. Любой созданный объект, машина, механизм, станок, космический корабль – это воплощение великих достижений человеческого разума.

Каждый из технических объектов имеет длительную предшествующую историю. Например, мельнице предшествовало потребление сырого зерна. Постепенно зерно стали сначала размачивать, а потом варить. Затем научились пробивать зерно камнем в ступе, чуть позже – растирать вручную ( размол ручным жерновом). Далее человек для этой операции стал приспосабливать силу животных, природные силы.

При исследовании процессов развития в технике следует рассматривать любой технический объект (ТО) как систему взаимосвязанных элементов, образующих единое целое. Тогда линия развития представляет собой совокупность нескольких узловых точек - технических систем, резко отличающихся друг от друга (если их сравнивать только между собой). Между узловыми точками лежит множество промежуточных технических решений - технических систем с небольшими изменениями по сравнению с предшествующим шагом развития. Системы как бы "перетекают" одна в другую, медленно эволюционируя, отодвигаясь, все дальше от исходной системы, преображаясь иногда до неузнаваемости. Мелкие изменения накапливаются и становятся причиной крупных качественных преобразований.

Понятия «техническая система» и «технический объект» очень близки между собой, их можно считать синонимами. Техническим объектом называют созданное человеком или автоматом реально существующее (существовавшее ранее) устройство, предназначенное для удовлетворения определенной потребности. К техническим объектам можно отнести отдельные машины, аппараты, приборы, ручные орудия труда, одежду, здания, сооружения и т. п. устройства, выполняющие определённую функцию (операцию) по преобразованию объектов живой и неживой природы, энергии или информационных сигналов. К ТО также относят любой из элементов (агрегат, блок, узел, деталь), из которых состоят машины, аппараты, приборы и т. д. , а также любой из комплексов взаимосвязанных машин, аппаратов, приборов. Это может быть технологическая линия, цех, завод т.п. [ 7 ] .

Многие из современных технических систем прошли все этапы развития техники. Рассмотрим, например, процесс изготовления волокнистых веществ:

использование стебельных растений, конского волоса, жил животных, лыка деревьев в качестве средства крепления;
скручивание руками (вить веревки) без инструментов (кнуты из конопли и т.п.);
скручивание ниток из волокон вручную без приспособлений;
скручивание ниток с помощью палочки;
прядение с помощью веретен руками;
самопрялка, которую крутили рукой с XII-XIII веков;
самопрялка с рукояткой;
ножная прялка Юргенса, 1530 год;
современные развитые формы самопрялки;
станок Джени;
прядильные машины;
автоматические прядильные машины.

Несмотря на огромное разнообразие, технические системы обладают рядом общих свойств, признаков и структурных особенностей, что позволяет считать их единой группой объектов.

Основные признаки технических систем:

1) состоят из частей, элементов, то есть имеют структуру;

2) созданы для каких-то целей, то есть выполняют полезные функции;

3) элементы (части) системы имеют связи друг с другом, соединены определенным образом, организованы в пространстве и времени;

4) каждая система в целом обладает каким-то особым качеством, неравным простой сумме свойств составляющих ее элементов.

Техническая система (ТС) - это совокупность упорядоченно взаимодействующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения определенных полезных функций. Создаваемая ТС должна быть цельной, функционирующей и организованной. Она в первую очередь характеризуется своей структурой и формой.

Структура - это совокупность элементов и связей между ними, которые определяются физическим принципом осуществления требуемой полезной функции ТС.

Форма - это внешнее проявление структуры ТС, а структура - внутреннее содержание формы. Эти два понятия тесно взаимосвязаны. В технической системе может преобладать одно из них и диктовать условия воплощения другой (например, форма крыла самолета обуславливает его структуру). Логика построения структуры в основном определяется внутренними принципами и функциями системы. Форма в большинстве случаев зависит от требований надсистемы.

Основные требования к форме: а)функциональные (форма резьбы и т.п.); б) эргономические (рукоять инструмента, сиденье водителя и т. п.); в) технологические (простота и удобство изготовления, обработки, транспортировки); г) эксплуатационные (срок службы, прочность, стойкость, удобство ремонта); д) эстетические (дизайн, красота, "приятность", "теплота"...).

1.2. Закономерности развития технических объектов

Существует соподчинение ТО различных уровней. Так как любой технический объект состоит из элементов, то его можно рассматривать в трех направлениях:

1.как целое (систему),

2.как часть более общей системы (подсистему)

3.как совокупность более мелких частей, элементов, подсистем (надсистему).

Это позволяет упростить изучение и преобразование даже очень сложных систем, не упустив ничего существенного.

Для более полного рассмотрения системы необходимо представить ее в прошлом, настоящем и будущем. Это дает возможность увидеть взаимосвязь изменяемых элементов технического объекта (рис. 1).

Прошлое Настоящее Будущее

(предшествующий этап) (текущий этап) (последующий этап)

Надсистема

(НС)

НС

НС

Техническая система (ТС)

ТС

ТС

Подсистема

(ПС)

ПС

ПС

Рис. 1. Системный подход

Машины и станки, являющиеся элементами технологической линии или цеха, могут быть разделены на агрегаты или блоки, которые в свою очередь состоят из узлов и деталей. Почти у любого ТО существует надсистема, т.е. другой ТО, в который он функционально включается или входит как отдельный элемент.

Пример диалектической связи между элементами металлорежущего станка показан на рис.2.

Прошлое Настоящее Будущее

(предшествующий этап) (текущий этап) (последующий этап)

Рис.2. Пример схемы системного подхода

1.3. ПРИМЕРЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

1.3.1. История возникновения и развития паровой машины

Силу пара еще в древности знали Архимед, Герон Александрийский, Леонардо да Винчи. Герон более 2 тыс. лет назад изготавливал не только игрушки, приводимые в действие паром, но и создал паровую машину, открывавшую двери храма. Древние греки не использовали паровые двигатели только потому, что труд рабов был дешевле, у них не было стимула совершенствовать технику. Только в 17 веке (1615 год) была воспроизведена машина Герона: через герметичную крышку бака с водой выходила труба, бак ставили на огонь, вода закипала, и пар поднимал воду в трубе. Опыт наглядно демонстрировал силу пара.

В 1698 году английский инженер Т. Севери(1650 - 1715) получил патент на паровую водоподъемную машину для откачки воды из шахт (рис. 3). Работала машина следующим образом. Когда вентиль на паровом котле 1 открывался, пар вытеснял воздух и воду из бака 2 (при этом клапан А был открыт, клапан Б закрыт), и вода попадала в емкость 3. Затем бак 2 охлаждался водой, в нем резко падало давление, образовывался вакуум, который подсасывал воду из источника 4 через клапан Б (клапан А закрыт). Далее цикл повторялся.

Рис. 3. Паровая водоподъемная машина Т. Сэвери.
1 - котел, 2 - бак с водой, 3 - приемная емкость, 4 - источник воды; А, Б - клапаны.

В 1705 году был выдан патент кузнецу и железоторговцу Т. Ньюкомену(1663- 1729) на водоподъемную машину, в которой впервые использовались цилиндры с поршнем (рис. 4).

Рис. 4. Паровая машина Ньюкомена.
1 - насос, 2 - источник воды, 3 - емкость, 4 - коромысло, 5 - рабочий цилиндр, 6 - емкость с водой, 7 - котел; A,B, - клапаны, C,D - краны.

Машина работала следующим образом. Поршень насоса 1 под действием собственного веса опускался вниз, вода из цилиндра вытеснялась в емкость 3. В это время рабочий цилиндр 5 был заполнен паром, поступившим из парового котла 7 (кран D открыт, С - закрыт). Коромысло 4, наклоняясь влево, толкало поршень насоса 1. Затем рабочий цилиндр охлаждался водой снаружи (после усовершенствования -- впрыскивали воду в цилиндр из емкости 6). При этом пар конденсировался и давление падало ниже атмосферного. Поршень цилиндра 5 под действием атмосферного давления опускался вниз, а коромысло 4 поворачивалось вправо. Поршень насоса 1 поднимался, клапан А открывался, цилиндр насоса заполнялся водой из источника 2. Потом цикл повторялся. Данная паровая машина называлась атмосферной.

Более удачная насосная паровая машина Д.Уатта показана на рис.5.

Рис. 5. Схема машины Д. Уатта.
1, 2, 6, 8 - клапаны, 3 - насос, 4 - емкость с водой, 5 - конденсатор пара, 7 - паровая рубашка, 9 - котел.

В 1781 году Д.Уатт(1736-1819) получил патент на универсальный паровой двигатель. Затем он разработал и создал паровую машину с цилиндром двойного действия, в которой пар поочередно подавался по обе стороны поршня, исключая холостые ходы. Для управления подачей пара Д.Уатт изобрел золотник, заменивший систему кранов. Золотник перемещался поршнем машины посредством специальных тяг. Д.Уатт также разработал центробежный регулятор, который был необходим для перемещения заслонки в паропроводе при поддержании постоянной скорости машины (несмотря на изменение нагрузки и давления пара в котле).

Область применения паровых машин расширялась, большие заказы поступали со стороны развивающейся текстильной промышленности, требовались универсальные двигатели для привода обрабатывающих станков.

1.3.2. История развития токарного станка

Началом развития станков стало создание в глубокой древности (7 тыс. лет назад, эпоха неолита) устройства с лучковым приводом для сверления камня. Затем в V веке до н.э. появился первый лучковый токарный станок (рис. 6 а). Ориентировочно в XIII веке н.э. предложена деревянная «пружина» (очеп) и ножной привод для работы станка (рис. 6 б). В XVI веке Леонардо да Винчи (1452 - 1519) решил проблему холостого хода за счет применения коленчатого вала и махового колеса (рис. 6 в).

а) б) в)

Рис. 6. Первые конструкции токарных станков

Выдающийся механик, токарь Петра 1-го, А.К.Нартов (1693-1756) изобрел механический суппорт, который поддерживал, закреплял и перемещал резец. А.К.Нартов создал следующие станки: токарно-копировальный (1712 г.), полировальный (1712 г.), токарно-винторезный (1738 г.), сверлильный для сверления фонтанных труб, сверлильный для стволов пушек, фрезерный и зуборезный.

Изменение техники производства машин началось с создания англичанином Г. Модсли (1771 - 1831 гг.) в 1794 г. крестового механизированного суппорта к токарному станку. В этом суппорте закрепленный в двух каретках резец мог осуществлять продольное и поперечное перемещения. Станок стал работать непрерывно и мог изготовлять одинаково точно детали различной величины. Затем идея суппорта была перенесена и на другие виды станков - револьверный, шлифовальный, строгальный и фрезерный. К 40-м гг. XIX в. машиностроение уже обладало основными рабочими машинами, выполнявшими все важнейшие операции металлообработки. Рабочие машины (станки) приводились в действие трансмиссиями от теплового двигателя Д.Уатта.

В конце XIX в. завершается создание основных узлов и механизмов станков, формируется их структура. Дополнительно создаются различные типы станков: фрезерные, сверлильные, долбежные, расточные, шлифовальные и др. Внешний вид ряда станков XIX века показан на рис.7 . Создание станков позволило повысить точность изготовления деталей машин.

Рис. 7. Металлообрабатывающие станки XIX века:

1 - фрезерный станок Г. Силвера (1835г.); 2 - револьверный станок С. Фриша (1848г.); 3 - фрезерный станок Ф. Хау и Э. Рутта (1848г.); 4 - долбежный станок (50-е годы XIX в. ,); 5 - сверлильный станок (конец XIX в.); 6 - фрезерный станок (конец XIX в).

К 70-м гг. XIX в. машиностроение превратилось в отрасль заводского производства, причем часть предприятий имела узкую специализацию (например, паровые машины, текстильные станки, металлообрабатывающие станки). Наряду с ними появились и многопрофильные предприятия. Затем перешли к специальным станкам, выполняющим одну определенную операцию, с индивидуальным электроприводом, что обеспечило возможность электрической автоматизации рабочего процесса. Повышалось качество изготовляемых машин .

Хронология основных этапов развития технических объектов приведена в приложении 1. Указатель имен и научных достижений некоторых выдающихся ученых, изобретателей приведен в приложении 2.

2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Программа дисциплины «История техники» составлена на основе требований Государственного образовательного стандарта по циклу общих гуманитарных и социально-экономических дисциплин.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИОННОГО КУРСА «История техники»

№ п/п	Содержание разделов курса	Кол-во часов
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Техника первобытного и рабовладельческого строя Техника феодального строя Техника конца 18-го и начала 19-го века Исторические пути развития металлургии, литейного производства Развитие машиностроения, техника производства машин Эпоха водяного колеса и пара Электричество и производство Развитие транспортных средств, создание теплового двигателя и автомобиля Развитие авиационной техники, военной Прогноз развития техники в 21 веке	2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Изучение дисциплины студентами заочной формы обучения складывается из самостоятельного усвоения материала по рекомендуемой литературе, написанию контрольной работы (реферата) и сдачи зачета.

В целях облегчения самостоятельной работы над дисциплиной студентам заочникам рекомендуется прослушать курс установочных лекций по основным разделам дисциплины.

Список рекомендуемой литературы

Основная

1.Артоболевский И.И.Очерки истории техники в России,Москва,1978

2.Ганзбург Л.Б., Вейц В.Л. История техники в 3-х частях- СПб.:СЗГТУ,2000-188с.

3.Зворыкин А.А. и др. История техники. Из-во социально-эконом. литер., Москва 1962.-772с.

4.Виргинский В.С. Очерки истории науки до середины ХУ века. 1993.

5.Памфилов А.В. История техники. Учебное пособие – Брянск. БИТМ, 1994. – 80 с.

Дополнительная

1.Поликарпов В.С. История науки и техники: Учеб. пособие – Ростов-на-Дону. «Феникс» - 1999. –352с.

2.ПолтавецО.Ф.О станках и станочниках.М,Машиностроение.1984. 160 с.

3.Половинкин А.И. Законы развития техники. ВГТУ, 1988.

4.Фокин Ю.И. и др. Развитие автотранспортного двигателестроения России: учеб. пособие/Фокин Ю.И., Воробьев В.И., Осипов И.А. - Брянск: БГТУ ,1998.-109с.

5.Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР до 1938г.-4-

е изд., испр.-М.:Машиностроение,1994.-704с.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Контрольные задания включают темы контрольных работ, выполненных в соответствии с планом задания по вопросам истории развития конкретного технического объекта.

Перечень технических объектов для изучения в контрольных работах представлен в таблице 1.

Таблица 1

Общая тематика		Технология машиностроения
№	Название технического объекта	№	Название технического объекта
1	Телефон	1	Станок с ЧПУ.
2	Автомобиль	2	Фрезерный станок.
3	Велосипед	3	Токарный станок.
4	Шариковая ручка	4	Сверлильный станок.
5	Наручные часы	5	Рабочий привод станка.
6	Лампочка накаливания	6	Суппорт токарного станка.
7	Электроплитка	7	Технологическая оснастка.
8	Чайник	8	Многоцелевой станок
9	Книга	9	Режущий инструмент
10	Шприц	10	Осевой инструмент
11	Пружинные весы	11	Резец
12	Мельница	12	Технологические машины
13	Газовая зажигалка	13	Приспособления
14	Очки	14	Зажимные механизмы
15	Телевизор.	15	Персональные ЭВМ.
16	Портфель	16	Патроны, центры
17	Грузовой автомобиль	17	Заточные станки
18	Компьютер	18	Поводковые приспособлен
19	Настольная лампа	19	Конвейер
20	Будильник	20	Компоновка станка

Blog

Методические указания к изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения инженерно-технических специальностей Брянск 2004

Содержание

Станок с ЧПУ.