Didžiajame žmogaus pramonės civilizacijos pasakojime varžtai yra turbūt vienas nepastebimų personažų. Tyliai įterpti į mašinų sąnarius ir kylant į architektūrinių konstrukcijų siūlus, jie neturi nei variklio kylančios galios, nei tikslaus tikslumo guolių. Vis dėlto šie metaliniai tvirtinimo elementai, kurių skersmuo yra nuo kelių milimetrų iki dešimčių centimetrų, sudaro pagrindinę šiuolaikinių mechaninių sistemų jungčių kalbą. Kiekvienais metais visame pasaulyje gaminami šimtai milijardų varžtų. Jie turi tiltų svorį, palaiko variklių veikimą ir saugo erdvėlaivio saugumą. Net skaitant šį straipsnį dešimtys varžtų tyliai atlieka savo pareigas elektroniniame įrenginyje prieš jus.
I. Nuo akmens amžiaus iki pramonės revoliucijos: varžtų jungčių raida
Žmonija naudoja varžtą -, pavyzdžiui, jungtys datuojami beveik tiek pat, kiek įrankio civilizacija. Archeologai atrado medinius varžtus ir bronzinius riešutus, naudojamus pritvirtinti akmens blokus senovės Egipto piramidžių griuvėsiuose, datuojami maždaug 4000 metų. Nors tuo metu meistriškumas buvo toks neapdorotas, kad ryšys rėmėsi tik trintis, jie pademonstravo primityvią „nuimamo tvirtinimo“ išmintį. Tikrasis varžtas atsirado senovės Graikijoje XIII a. Pr. Kr. Archimedo vandens varžtas, suprojektuotas 18 -ojo - šimtmečio pr. Kr., Vandens siurblį panaudojo besisukantis bronzinis varžtas. Šis sukimosi judesio konvertavimo į linijinį judesį principas išlieka pagrindinė varžtų jungčių logika šiandien.
Pramoninės revoliucijos metu garų variklių riaumojant, varžtai patyrė tikrą transformaciją. 1797 m. Britų inžinierius Henry Maudslay išrado pirmąjį siūlų tekinimo staklę, padidindamas varžtų žingsnio tikslumą nuo ± 1 mm, paprastai pasiekiamos rankomis iki 0,05 mm. Atsiradus standartizuotoms sriegiams, buvo leistos dalys, kurias pagamino skirtingos gamyklos, kad tilptų su dėlionės tikslumu. Viduryje - XIX a., Lydinio plieno lydymosi technologijos proveržiai leido aukštai - stiprumo varžtai pakeisti tradicines ketaus tvirtinimo elementus, tapdami pagrindine jėga gaminant geležinkelio tiltus ir garų lokomotyvus. 25 000 aukšto stiprumo „Forth“ tilto JK varžtų, baigtų 1874 m., Toliau veikia šiandien, kasdien dirbdami tūkstančiais traukinių. Tai ryškus varžtų patikimumo liudijimas.
Ii. Daugybė mikrostruktūros pasaulių: kaip varžtai palaiko makroskopinį pasaulį
Išardydami modernų automobilį, mes randame daugiau nei 3000 varžtų, paskirstytų per pagrindines sritis, tokias kaip variklio blokas, važiuoklės pakaba ir kėbulo rėmai. „Boeing 787“ keleivinis orlaivis gali pasigirti stulbinančiais 3 milijonų tvirtinimo detalių, iš kurių daugiau kaip 60% yra varžtai. Šie, atrodytų, paprasti metaliniai cilindrai iš tikrųjų turi sudėtingą mechaninį dizainą: Sriegio spiralės kampas nustato trinties koeficientą įtempimo metu, sriegio profilio kampas (pvz., Bendras 60 laipsnių standartinis sriegis) daro įtaką apkrovos pasiskirstymo vienodumui ir perėjimo tarp galvos ir šons spinduliui ir kritinės streso koncentracijos spinduliui.
Dar svarbiau yra „Bolt“ „išankstinio įkėlimo“ magija. Kai veržliaraktis taiko sukimo momentą, varžto kotas patiria ašinę tempimo deformaciją. Šioje elastinėje deformacijoje kaupiama energija paverčiama prijungto komponento užspaustuvo jėga, kai varžtas atlaisvinamas -, panašiai kaip visiškai nupieštas lankai, nuolat bandydamas stumti rodyklę atgal į vietą. Atliekant aukštą - slėgio reaktorių kaip pavyzdį, varžto išankstinis įkrovimas jo flanšo jungtyse turi būti tiksliai kontroliuojamas maždaug iki 70% medžiagos išeigos stiprumo. Tai užtikrina sandarų sandariklį ir apsaugo nuo nutekėjimo, tuo pačiu užkertant kelią siūlų nuėmimui, kurį sukelia perkrova. Aviacijos ir kosmoso sektoriuje palydovinės saulės kolektorių dislokavimo mechanizmai naudojami specialiai suprojektuoti „savarankiškai - fiksavimo varžtai“, kurie pasiekia nulį - priežiūrą, ilgą - terminą užrakinti per elastingą deformaciją tarp sriegių, užtikrinant skiepų ir drastiškų temperatūros pluoštų fiksavimą.
Iii. Nesėkmės kaina: vienas varžtas suaktyvina grandininę reakciją
Tyrimo ataskaita apie 2002 m. Vaivorykštės tilto žlugimą Qijiang mieste, Chongqing, atskleidė, kad tiesioginė priežastis buvo tilto pakabos varžtų korozija ir lūžis. 2018 m. Laisvos ašies varžtai, esantys „Shinkansen“ traukinyje Japonijoje, paskatino ratuko atsiribojimą, todėl mirė. Šie šokiruojantys atvejai atskleidžia tiesą: mechaninėse sistemose varžtų gedimas dažnai nėra atskiras įvykis, o veikiau domino efektas, sukeliantis sisteminį žlugimą.
Šiuolaikinė inžinerija pasiekė kraštutinį varžtų patikimumo paklausą. Kiekvienas pagrindinis branduolinės elektrinės reaktoriaus slėgio indo varžtas atlieka du milijonus nuovargio bandymų, o šiluminio ciklo testai - nuo - 40 laipsnių iki 300 laipsnių. „Blowout Prevent“ varžtai ant giliųjų - jūros gręžimo platformų yra pagamintos iš nikelio - pagrįstų lydinių ir gali atlaikyti 30 metų atsparumą nusidėvėjimui korozinėje aplinkoje, kai 150 MPa yra aukštas - slėgio jūros vandenis ir vandenilio sulfidas. Pažangiausios technologijos, tokios kaip ultragarsinės varžtų stebėjimo sistemos, realiuoju laiku stebi išankstinio apkrovos silpnėjimą matuojant varžto vibracijos dažnio pokyčius, ankstyvą perspėjimą apie galimą nesėkmę, kol jis įvyks.
Iv. Ateities vizija: intelektuali varžtų revoliucija
Kaip tradicinė gamybos perėjimas prie intelektualios gamybos, varžtai taip pat patiria tylią revoliuciją. Ant intelektualios vokiečių automobilių gamyklos surinkimo linijos robotai, turintys sukimo momento jutiklius, gali sugriežtinti kiekvieną varžtą 0,1 nm tikslumu ir realiuoju laiku įkelti duomenis į debesį. Formos atminties lydinio varžtai, kuriuos sukūrė NASA, automatiškai sureguliuoja savo išankstinį apkrovą, kai keičiasi temperatūra, išspręsdami ryšio iššūkius, su kuriais susiduria gilūs erdvės zondai, esant ekstremaliems temperatūros svyravimams. Grafenas - padengti varžtai, kuriuos sukūrė Kinijos tyrimų komanda, pagerina daugiau nei penkis kartus atsparumą dilimui, naudojant nanoskalės paviršiaus apdorojimą.
Šios naujovės nurodo bendrą ateitį: varžtai nebebus pasyvios jungtys, o intelektualūs mazgai, galintys diagnozuoti, gali jausti, koreguoti ir savarankiškai diagnozuoti. Galbūt artimiausioje ateityje kiekvienas varžtas bus įrengtas pastatytame - mikrosensoriuje, suteikdamas tikrąjį - laiko grįžtamąjį ryšį apie struktūrinę struktūros sveikatą; Žemės drebėjimas - atsparus varžtas pastatuose automatiškai susitvarkys prieš žemės drebėjimą, o kritinės mechaninės įrangos jungtys leis numatyti. Šie kadaise - nepastebėtos „mažos dalys“ ir toliau tyliai, tačiau atkakliai palaikys kiekvieną žmogaus civilizacijos aukštyn.
Žvelgiant iš ilgos mechaninės civilizacijos istorijos, varžtų istorija yra miniatiūrinė žmogaus progreso istorija - Jų paprasta spiralinė struktūra įkūnija amžinąją tiesą, kuri „ryšys sukuria vertę“. Kai žavimės dangoraižių didingumu ar erdvėlaivio tikslumu, nepamirškime metalo partnerių, paslėptų kampuose. Būtent šie metalo partneriai, per milijardus įtempimo ir atkaklumo, pynė mūsų tvirtą ir dinamišką materialų pasaulį.
