Зигмунд Перля - О станках и калибрах
Но создать такой набор было трудной задачей. Прежде всего надо было найти подходящий материал для плиток, такую сталь, высокие качества которой обеспечили бы неизменность размеров после тепловой обработки и в то же время большую износоупорность. Надо было далее найти способы изготовления плиток с идеально плоскими зеркальными мерительными поверхностями. Наконец, надо было установить, каковы должны быть размеры отдельных плиток набора, чтобы с их помощью получать любые размеры внутри заданного размерного промежутка.
Все эти задачи были успешно решены.
Наиболее распространенный набор состоит из 83 плиток, уложенных в специальный ящик. Две {120} противоположные мерительные поверхности каждой плитки отшлифованы и притерты с высокой тщательностью. На каждой плитке обозначено расстояние между мерительными плоскостями. Набор состоит из четырех серий плиток. В первую серию входит 50 плиток, в том числе 49 плиток, имеющих размеры от 1,01 до 1,49 миллиметра (каждая последующая плитка больше предыдущей на 0,01 миллиметра), и одна плитка размером в 1,005 миллиметра. Вторая серия состоит из 49 плиток размерами от 1,6 до 1,9 миллиметра; здесь каждая последующая плитка больше предыдущей на 0,1 миллиметра. Третья серия состоит из девятнадцати плиток размером от 0,5 до 9,5 миллиметров (через 0,5 миллиметра). И, наконец, четвертая серия — из десяти плиток размером от 10 до 100 миллиметров (через 10 миллиметров). Соединив несколько имеющихся в наборе плиток, можно в известных пределах получить любой размер с точностью до 5 микронов.
Представители метра на заводе — измерительные плиты — получили специальное название — «концевые меры длины».
«Клей-невидимка»
Известно, что склеивание бумаги, дерева и других материалов — задача несложная. Канцелярский, столярный и всякий другой клей — достаточно надежные средства. Существуют даже клеи для более или менее прочной склейки двух кусков металла.
Все это — видимые, легко ощутимые средства склеивания. Но ученые-машиностроители нашли невидимый «клей» для соединения воедино двух или нескольких измерительных плиток. Это «склеивание» плиток выполняется следующим образом. Сблизив мерительные плоскости плиток, начинают притирать их друг к другу. Для этого верхнюю пластинку двигают поступательно по нижней и одновременно вращают ее по плоскости скольжения в обе стороны. В результате такого комбинированного движения плитки соединяются настолько крепко, что образуют как бы единое целое.
Вскоре научились так притирать две плитки, что они не разъединялись даже под действием силы в 100 килограммов. Такой притиркой можно «склеить» не только две, но и несколько плиток и получить набор, размер которого равен сумме размеров притертых плиток. {121}
Свойство точно шлифованных поверхностей крепко приставать друг к другу давно уже известно ученым. Уже больше шестидесяти лет назад заметили это свойство у поверочных плит, поверхности которых смазаны тонким слоем масла или другой жидкости. Для разъединения таких плит приходилось иной раз сдвигать их одну по другой, так как отделить их обычным путем оказывалось невозможным.
Притирка двух плиток
Чем тоньше пленка жидкости между поверхностями, тем труднее, даже путем сдвигания, разъединять плиты. Некоторые ученые предположили, что прочное соединение вызывается силой атмосферного давления. Однако выяснилось, что если притирать плитки в безвоздушном пространстве, то свойство сцепления сохраняется полностью.
Тогда решили, что между притираемыми плитками остается настолько ничтожное пространство, что начинают действовать силы молекулярного притяжения.
Это предположение давало очень правдоподобный ключ к разгадке прочного соединения стальных плиток. Молекулярное притяжение начинает проявляться при наибольшей близости между поверхностями, обусловленной исключительной точностью изготовления мерительных плоскостей и тщательным притиранием их друг к другу.
При дальнейшем исследовании «слипания» обнаружилась любопытная подробность: если перед притиравшем переусердствовать в очистке поверхностей, {122} применив для этой цели спирт или керосин, и этим уничтожить все следы жира на поверхности, то прилипание значительно ослабляется. Но если нанести на мерительные поверхности тончайший слой жира или водяного пара, они снова «склеиваются». Сила сцепления, равная силе, которую надо приложить, чтобы разъединить плитки, зависела от того, какая жидкость нанесена на притираемые поверхности.
Площадь притираемых поверхностей плиток, которыми пользовались в опытах, равнялась 4,5 квадратных сантиметра. На эту поверхность попеременно наносили слои различных жидкостей. Сначала это были слои так называемых «тяжелых масел» (масла, получаемые при переработке нефти). На ощупь они кажутся липкими. В этих случаях для разъединения плиток необходима была сила около 14 килограммов. При введении парафина понадобилась для разъединения сила в 20 килограммов, а при нанесении слоя обыкновенной водопроводной воды — даже в 30 килограммов. Так было доказано, что для притираемых поверхностей «клеем» служит жидкость, и лучшим «клеем» является простая вода — «клей-невидимка».
Почему же жидкости, которыми нельзя склеить и двух картонок, оказались таким чудесным «клеем» для зеркально плоских поверхностей мерительных плиток?
Причину этого явления исследовали многие ученые. Их труды в этой области основаны на законах физики. Приведем здесь только вывод, к которому они пришли.
Чем тоньше слой жидкости, тем крепче сцепление.
В центре круглой, диаметром в 23 миллиметра, мерительной поверхности стального стержня помещалась капелька жидкости. К этой поверхности притирали, прижимая к капельке, стеклянную пластинку с особо точной плоской поверхностью. Стеклянную пластинку брали для того, чтобы можно было сквозь стекло наблюдать, как ведет себя жидкость. Площадь, покрытая жидкостью, нее увеличивалась и, наконец, достигла неизменной величины, когда стеклянная пластинка хорошо притерлась.
После этого притертые калибр и пластинку оставили в покое, чтобы можно было наблюдать за изменениями размера диаметра жидкостного пятна. Измерения показали, что пятно продолжает расти, правда, очень медленно. Увеличение диаметра продолжалось в течение двух часов, шло все медленнее и, наконец, прекратилось. {123} При этом сила сцепления возросла в сравнении с первым моментом после притирки, а толщина слоя жидкости, так крепко «склеивающей» притертые поверхности, как показали специальные, очень тщательные измерения, выражалась в тысячных долях миллиметра. Ученые доказали, что при таких именно толщинах слоя молекулы определенных жидкостей весьма прочно сцепляются с притертыми поверхностями и оказывают высокое сопротивление попыткам разъединить их. Бывали случаи, когда для разделения притертых калибров, оставленных на несколько дней в покое, необходимо было, зажав один в тиски, отбивать второй резким ударом.
Если поверхности плиток обработаны с необходимо высокой точностью (до трех или пяти десятитысячных миллиметра), то плитки выдерживают своего рода притирочную самопроверку. Контрольная плитка длиной хотя бы в 20 миллиметров «склеивается» по своим мерительным поверхностям с двумя другими плитками. Затем в получившуюся скобу укладывается с помощью притирки ряд плиток, длина которых в сумме также равна 20 миллиметрам. Еще показательнее другая проверка: скобой, составленной из плиток, проверяется размер мерительной «пробки». Эти опыты проходят успешно только при пользовании высококачественными неизношенными плитками. Легко понять, что сумма даже микроскопических погрешностей на поверхностях плиток не позволила бы осуществить сборку плиток в обоих этих случаях.
Глава IV. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И ТОЧНОСТЬ
Что такое взаимозаменяемость?
В 1856 году в Лондоне происходил очередной между народный съезд деятелей промышленности. Один из участников съезда поставил вопрос: нельзя ли добиться того, чтобы любая нормальная свеча № 1 всегда точно соответствовала гнезду нормального подсвечника № 1. так, чтобы ее нижний конец не нужно было ни подстругивать, ни обертывать бумагой. Конечно, в данном случае речь шла не только о свечах в подсвечниках. Этот вопрос был значительно более широк и важен. Свеча и подсвечник, о которых заботился участник съезда, просто {124} послужили наиболее показательным примером повседневного соединения двух «родственных» предметов. В нашем обиходе таких предметов множество.
Возьмем, к примеру, хотя бы мужскую сорочку и воротничок или ботинки и калоши.
В самом деле, приходилось бы тратить много времени и испытывать большие неудобства, если бы для подбора воротничка в каждом случае обмеряли шею покупателя. То же самое относится к обуви. Примерять десятки пар калош, чтобы подобрать себе одну пару, — дело хлопотное. Но мы избавлены от этой заботы: существуют определенные номера калош, которые всегда подойдут к определенному размеру ботинок.
