En la segunda mitad del siglo XIX, los nuevos materiales de herramientas y las nuevas fuentes de energía también impulsaron el continuo desarrollo 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. Durante el período 1830-1850, el dispositivo de medición fabricado por Whitworth basado en el principio de ajuste fino del hilo mejoró aún más la calidad de los productos mecánicos y creó las condiciones para la posterior producción de piezas intercambiables. Las herramientas de corte de acero al carbono 1850 solo pueden funcionar a velocidades de corte inferiores a aproximadamente 12 m/min. En 1868, Mu inventó el acero al manganeso (acero aleado para herramientas) que contenía tungsteno y vanadio, lo 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 promueve a su vez la mejora de la resistencia, la capacidad de carga y el mecanismo de cambio de velocidad de cada parte de la máquina herramienta.
Figura 2-86 El motor de combustión interna de la máquina herramienta diseñado por Whiteworth tiene una historia de aproximadamente un siglo y medio. Como otras ciencias, cada avance en el motor de combustión interna es un resumen y una generalización de la experiencia práctica de producción humana. La invención del motor de combustión interna comenzó con la investigación y mejora de la máquina de vapor de pistón. En la historia de su desarrollo, cabe mencionar especialmente a los alemanes Otto y Diesel. Fueron ellos quienes propusieron el ciclo Otto y el ciclo Diesel perfectos para el ciclo de trabajo del motor de combustión interna basándose en un resumen de innumerables experiencias prácticas de sus predecesores, que resumieron científicamente las actividades prácticas y creativas de innumerables personas a lo largo de décadas. salto. Heredaron, desarrollaron, resumieron y mejoraron la experiencia superficial, puramente empírica y desordenada de sus predecesores.
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 que utilizaba gas como combustible. En 1860, el inventor francés Lionel creó el primer motor de combustión interna práctico (motor de gas de encendido eléctrico, monocilíndrico, de dos tiempos, sin compresión, potencia de salida de 0,74 ~ 1,47 kW, velocidad de 100 r/min, eficiencia térmica 4). El ingeniero francés Derocha se dio cuenta de que para mejorar la eficiencia térmica del motor de combustión interna tanto como sea posible, es necesario reducir al máximo el área de enfriamiento de cada volumen de cilindro, la velocidad de expansión del pistón debe ser lo más rápida posible. posible, y el rango de expansión (carrera) debe ser lo más largo posible. Sobre esta base, propuso en 1862 el famoso ciclo de cuatro tiempos de combustión de volumen constante: admisión, compresión, expansión de combustión y escape.
En 1876, el alemán Otto fabricó el primer motor de combustión interna de pistones alternativos de cuatro tiempos, como se muestra en la Figura 2-89, monocilíndrico, horizontal, que utilizaba gas como combustible, con una potencia de aproximadamente 2,21 kilovatios, 180r/min.
En este motor, Otto añadió un volante para que funcionara suavemente, alargó la entrada de aire y mejoró la culata para formar completamente la mezcla. Fue un motor de gran éxito, con el doble de eficiencia térmica que las máquinas de vapor de la época. Otto integra las tres ideas técnicas clave de 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 Universal de París de 1878, fue aclamado como "el mayor logro de la máquina eléctrica desde Watt". El ciclo de cuatro tiempos de combustión a volumen constante se realiza mediante el ciclo Otto, también llamado ciclo Otto.
Figura 2-89 Aunque el primer motor de gas de combustión interna de pistón alternativo de cuatro tiempos tiene grandes ventajas sobre las máquinas de vapor, todavía no puede cumplir con los requisitos de alta velocidad y ligereza en el contexto de la producción en masa socializada. 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 el motor de gasolina 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 sustituir el gas natural por productos derivados del petróleo como combustible.
En 1680, el físico holandés Huygens comenzó a estudiar los motores de combustión interna. En 1833, Wright de Inglaterra propuso el concepto de motor primario. En 1838, Barney construyó el primer motor de combustión interna con dispositivo de encendido. En 1897, Rudolf Diesel inventó el famoso motor diésel de combustión interna. Desde entonces, se han resuelto los problemas de 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 Múnich. Después de 17 años de incansables investigaciones, finalmente desarrolló con éxito un motor diésel de combustión interna en 1897, como se muestra en la Figura 2-90, que contribuyó enormemente al desarrollo de la civilización mecánica.
Figura 2-90 Motor diésel y su motor de combustión interna.
Figura 2-91 La primera bicicleta con motor de combustión interna de cuatro tiempos fue el "caballo de juguete" originario de Francia, como se muestra en la Figura 2-92. El ciclista utiliza sus pies para impulsar el coche hacia adelante, estableciendo los principios básicos de la bicicleta. Alrededor de 1860 apareció la bicicleta de feria que se muestra en la Figura 2-93. Tiene dos ruedas, una grande y otra pequeña. La rueda grande se acciona directamente mediante pedales. La razón por la que se utilizan ruedas motrices grandes es para 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 términos de diseño, la forma del coche refleja directamente la función mecánica, pero su uso está limitado debido al asiento alto.
Las bicicletas accionadas por cadena aparecieron después de 1870, como se muestra en la Figura 2-94, lo que mejoró la seguridad de las bicicletas. Después de un período de mejora, John Kemp Staley de Coventry, Inglaterra, produjo la primera bicicleta moderna, la bicicleta "de seguridad", en 1888. La forma básica de esta bicicleta, que se muestra en la figura 2-95, sigue siendo 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. Michael Faraday de Inglaterra explicó los principios de los generadores y motores eléctricos. Gram 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 fue inventado por accidente. En 1873 se celebró la Exposición Universal en Viena. Durante el experimento del generador, debido a un error de funcionamiento, una corriente externa fluyó hacia el generador, pero el generador giró repentinamente. Este descubrimiento inesperado inspiró a los científicos. Pronto nacieron los motores prácticos (Figura 2-97). Inicialmente, el motor estaba instalado a cierta distancia fuera de la máquina herramienta y era accionado por una correa. Posteriormente, el motor se colocó directamente dentro de la máquina herramienta. A finales de 2019, algunas máquinas herramienta utilizaban dos o más motores para accionar el husillo y el mecanismo de alimentación, respectivamente. En este momento comenzó a tomar forma la industria de la máquina herramienta, conocida como el "corazón de la industria de la maquinaria".
Figura 2-92 "Caballo de juguete" apareció por primera vez en Francia.
Figura 2-93 La bicicleta acrobática que apareció cerca de 1860
Figura 2-94 La primera bicicleta accionada por cadena
Figura 2-95 Bicicleta "segura" Durante la mayor parte del siglo XIX, la fuente de energía de las máquinas herramienta fue principalmente el vapor, y el techo del taller estaba cubierto con ejes entrecruzados y correas de transmisión. En 1873, los motores se convirtieron en la fuente de energía para las máquinas herramienta y comenzó la era en la que la electricidad reemplazó a la energía de vapor. En 1879, Erust Werner VonSiemens desarrolló con éxito la primera locomotora eléctrica. Cuatro años más tarde, Gran Bretaña inauguró el primer ferrocarril electrificado del mundo.
De todos los inventos importantes del siglo XIX, el automóvil fue el último. Una razón es que la percepción que la gente tiene del transporte por carretera está firmemente ligada al modelo tirado por caballos. Otra razón es la competencia entre el motor de combustión interna y la máquina de vapor, que es familiar para la gente desde principios del siglo XX. Las locomotoras de vapor no sólo circulan por las vías del tren, sino que la gente también intenta hacerlas útiles en las carreteras. En 1871, un tractor de vapor remolcó un tren chárter en un experimento original en el que se utilizaba una locomotora para ir directamente a la carretera. Al mismo tiempo, la locomotora de vapor de carretera biplaza y de un solo caballo también se derivó de la locomotora de ferrocarril, como se muestra en la Figura 2-98.
Figura 2-96 El primer generador práctico
Figura 2-97 Veinte años después, los diseñadores del primer motor eléctrico adoptaron un enfoque diferente. Por ejemplo, el carro de vapor Siplat de 1891 era un carruaje sin caballos. Como se muestra en la Figura 2-99, la caldera está oculta debajo del asiento trasero utilizado por el conductor, y casi cualquier fabricante de automóviles capacitado puede construir dicha base. Al mismo tiempo, esta tecnología también se utilizó en vehículos similares, pero con motores de gasolina en lugar de motores de vapor. Este es el prototipo del coche.
Después, el motor de combustión interna tomó el relevo y los vehículos autónomos fueron tomando forma progresivamente. Lógicamente, esta forma surge de las exigencias mecánicas, por un lado, y de las crecientes exigencias de confort y comodidad de los consumidores, por otro. La transición de los carruajes tirados por caballos a los automóviles fue lenta, no sólo porque la gente estaba acostumbrada al transporte tirado por caballos, sino también porque era difícil imaginar formas nuevas y más avanzadas. Además, como el carruaje tirado por caballos resolvió el problema de forma perfecta y económica en algunos aspectos, los constructores no estaban dispuestos a darse por vencidos. Incluso en el diseño del coche se percibe la influencia del carruaje tirado por caballos. El Borgati 13 producido en 1910 no sólo tenía una lona para el carruaje, sino también una estatua de un cochero en la parte delantera.
Figura 2-98 Máquina de vapor de carretera de un solo caballo y dos asientos de 1869
Figura 2-99: Carro de vapor Siplatte de 1885, inventado por Carl Benz como se muestra en la Figura 2-100. Un automóvil es en realidad un vehículo de tres ruedas propulsado por un motor de combustión interna, con el motor instalado debajo del asiento en la parte trasera del automóvil. En 1886, Gottlieb Daimler construyó un vehículo de cuatro ruedas que parecía una variación de un carruaje de dos ruedas. Sin embargo, no fueron los primeros "coches sin caballos", ya que los coches de vapor ya existían desde hacía algún tiempo.
En el siglo XIX, el enorme progreso tecnológico de la industria de fabricación de maquinaria desarrolló la intercambiabilidad de piezas, mejoró la economía de producción y llevó a la industria de 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. Guerras en Europa, Guerra Angloamericana, Guerra México-Americana, Primera Guerra Mundial, etc. Luego, la necesidad de accesorios para armas llevó a la invención de la intercambiabilidad. Una buena intercambiabilidad debe garantizarse mediante herramientas de medición y herramientas de procesamiento de alta precisión. La invención y la innovación de las máquinas herramienta y las herramientas de medición han progresado rápidamente.
Figura 2-100 El automóvil inventado por Benz La historia de la invención mecánica en los países occidentales se concentra principalmente en el período de la revolución industrial posterior al Renacimiento. Tiene una historia corta pero un desarrollo rápido, sentando las bases para. industria moderna. En resumen, una de las razones de su rápido desarrollo es su énfasis en 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 2-1011965438 Tanque británico diseñado en 2006
Figura 2-102 Fábrica de principios del siglo XX
Figura 2-Laboratorio Siemens en Berlín y diseño Halske Estudio 103 alrededor de 1910.
Figura 2-104 El Laboratorio Krupp de 1912 comparó los inventos de la historia china con los inventos de los países occidentales. Se puede ver que antes del siglo XIV, los inventos chinos eran inferiores en cantidad, calidad y tiempo. China fue una vez una potencia mundial. Pero después del siglo XIV, poco a poco se fue quedando atrás de las potencias occidentales. Sin embargo, debemos estar orgullosos de las contribuciones que el antiguo pueblo chino hizo al desarrollo de la ciencia y la tecnología mundiales. Una China cada vez más poderosa hará mayores contribuciones al desarrollo del mundo en el futuro.