Сегодня древесина — это не просто материал для строительства. Она продолжает удивлять инженеров своими уникальными возможностями для машиностроения.
Предисловие
Мне срочно нужно разобраться с тормозными колодками. Встал рано и тихо, чтобы жена не успела передать список дел на выходные. Нет, жену люблю, но если меня перехватят, в гараж я сегодня не попаду.
— Ты куда так рано?
Ну вот. Делаем невозмутимый вид …
— Машину пойду поковыряю, колодки мне не нравятся.
Оказывается, что-то не нравится не только мне. Никогда такого не было и вот опять. Ну что ж, делаю ход конем и предлагаю взять в гараж семилетнего сына. Предложение воспринято с энтузиазмом, я реабилитирован. Сын, обычно срывающий все дедлайны по сборам, запрыгнул в одежду моментально и, что примечательно, с правильной стороны, а через пару минут был укомплектован бутербродами и термосом с чаем. Мы попрощались со слегка пританцовывающей женой и матерью, а затем отправились разбираться с тормозными колодками.
А где же тут древесина? А древесина в гараже. Помощника хватило ненадолго, внимание перехватили деревяшки в углу.
— Пааап, а ты ими тоже машину чинишь разве? Зачем дерево в гараже? Тебе железячки всякие нужны.
— Деревяшки на всякий случай, но для машины не пригодятся. Хотя древесина в машиностроении тоже применялась и иногда применяется.
Привел примеры сыну таким образом, чтобы ребенок понял, но думаю, что читатели более взрослые люди, поэтому снизим градус графоманства и перейдем от мемуаров к технической публицистике, используя более сложные слова. Постараемся. Потому что рассказать хочется.
В нынешнее время, когда техническое развитие набрало невообразимые ранее обороты, термин «машиностроение» ассоциируется с металлообработкой и аддитивными технологиями, где применяются в различных сочетаниях металлы и полимеры. Древесина же воспринимается больше как строительный материал, нежели как сырье для производства деталей и узлов механизмов. Но так было не всегда. Вот несколько примеров использования древесины в старых механизмах:
Часовые механизмы
Древесина использовалась для создания корпусов и деталей часовых механизмов. Например, в некоторых часах использовались деревянные шестерни и колеса, что позволяло уменьшить вес и обеспечить плавность работы. Древесина также использовалась для создания основы, на которой монтировались металлические детали.
Деревянные редукторы
В некоторых механизмах, таких как старинные мельницы или водяные колеса, использовались деревянные редукторы. Древесина давала необходимую прочность и легкость, а также могла амортизировать вибрации, что увеличивало срок службы механизма.
Подъемные краны
В старинных кранах и подъемных механизмах древесина использовалась для создания блоков и шкивов. Деревянные элементы обеспечивали легкость конструкции и позволяли легко поднимать тяжелые грузы. Например, в средневековых строительных кранах использовались деревянные блоки для изменения направления силы.
Автомобилестроение и самолетостроение
В ранних автомобилях, таких как Curved Dash Oldsmobile 1901 года, древесина использовалась для создания каркасов кузовов и некоторых механических частей. Древесина обеспечивала необходимую прочность и легкость, а также могла быть легко обработана для создания различных форм.
Первые самолеты также были выполнены из древесины. Деревянные крылья и фюзеляж обеспечивали лёгкость и маневренность.
Производство велосипедов
В некоторых моделях велосипедов использовались деревянные колеса и рамы. Например, в начале 20 века были популярны велосипеды с деревянными ободами, которые обеспечивали легкость и хорошую амортизацию.
Это всё раньше. А актуально ли использование древесины в машиностроении сейчас? Оказывается, да. И не только энтузиастами вот в таких великах.
Реже, чем в советское время, но и сейчас для строительства подводных лодок используют деревянные подшипники. Т. к. военная подводная лодка должна быть максимально тихой, чтобы незаметно проникать в тыл противника. Для этого подходили деревянные подшипники и втулки, производимые из «железного дерева» (гваякумовое или бакаутовое дерево). К тому же, древесина содержит смолу, которая позволяет справляться с влажностью и выделяет естественную смазку. Растет «Железное дерево» в тропиках.
Изделия из этого материала можно и сегодня встретить на некоторых морских кораблях, в отделке железнодорожных вагонов. Деревянные подшипники применялись также в турбинах гидроэлектростанций.
Ну а что же будущее? будет ли древесина использоваться так активно в будущем? Спросим у японских инженеров, которые ищут способы сделать современные автомобили легче. При этом они используют волокна древесины, а точнее, нового материала наноцеллюлозы. Так, они создали автомобиль с кузовом, дверьми и приборной панелью из наноцеллюлозы.
Но что же отличает наноцеллюлозу от древесины кроме модной приставки нано-?
Нановолокна целлюлозы – это тонкие, линейные структуры, полученные из целлюлозы, имеющие размеры в нанометровом диапазоне (1-100 нм). Они обладают уникальными физическими и химическими свойствами, такими как высокая прочность, гибкость и биосовместимость, что делает их перспективными материалами для различных применений.
Получить ее достаточно сложно, потому что ее выделяют из древесного волокна путём воздействия высокого давления, связи в волокне становятся слабее, лигнин, содержащийся внутри разрушается и остается чистая целлюлоза, которая в дальнейшем проходит множество этапов обработки, чтобы выделить из нее наночастицы. Этот технологический процесс требует больших затрат энергии. Именно это является сдерживающим фактором распространения данного продукта.
Исследования наноцеллюлозы еще несколько десятилетий назад начал преподаватель Киотского университета Хирюки Яно. Ученый говорил, что его вдохновил опыт миллиардера Говарда Хьюза. В 1947 году американец построил из дерева самолет «Еловый гусь». Яно решил, что если самолет из дерева смог взлететь, то из этого материала можно построить и автомобиль.
А ведь саму идею об изменении свойств древесины при ее уплотнении заметили еще в древние времена. Так, если вбивать гвоздь в доску, на ее поверхности образуется вмятина. Если в пределах этой вмятины вбивать новый гвоздь, он входит тяжелее. Древесина уплотнилась от удара.
Эти свойства природного волокнистого материала были всесторонне изучены профессором Воронежского лесотехнического института П.М. Хухрянским. Исследования, проведенные на его кафедре, показали, что древесина, подвергнутая равномерному уплотнению, могла соперничать в прочности с металлом.
Так, знания и навыки разных поколений, передаваясь потомкам, помогают создать абсолютно новые вещи и найти новое применение старым. Древесина прошла большой путь: от простой конструкции из дощечек, до использования наноцеллюлозы в машиностроении и не только.
А теперь пора возвращаться к колодкам...
Автор статьи: Казаровец Александр, ведущий инженер-конструктор
Заявки на проекты по реверс-инжинирингу размещайте здесь:
https://complexcad.ru/#modal-project
+7 (495) 127-72-03
Приглашаем в наш телеграм-канал!
С уважением, команда "Комплекс КАД"