Творческий проект "Античные механизмы"

Школьный конкурс творческих проектов школьников

МОУ Дубковская СШ

Творческий проект

Античные механизмы

Работу выполнил:

обучающийся 8 класса

МОУ Дубковской СШ

Тарасов Никита

Руководитель:

учитель физики

МОУ Дубковской СШ

Беляев Алексей Александрович

Дубки, 2022

Оглавление

Введение ……………………………………………………………………… 3

1.  Историческая справка  ……………………………..…………………….  5

2. Основная часть  ……………………………………………………………  6

2.1. Конструкторское проектирование  ..……………………………………  6

2.1.1. Обзор существующих конструкций  ..…………………………  6

2.1.2. Обоснование выбора конструкции …………………………….  6

2.1.3. Обоснование выбора материалов  ……………………………..  7

2.1.4. Разработка конструкторской документации  .………………… 7

2.2. Разработка технологического процесса  ………………………..……... 8

2.2.1. Выбор технологии изготовления ……………………………… 8

2.2.2. Выбор инструментов и приспособлений …….………..……… 9

2.2.3. Разработка технологической карты …………………………… 9

2.3. Охрана труда при сборке ………………………………..……………… 10

2.4. Экономическая оценка …………...……………………………………..  10

2.5. Экологическая оценка …………...…………………..………………….  11

Заключение …………………………………………………………………… 13

Использованная литература …………………………………………………  14

Приложения…………………………………………………………………… 15

Введение

      Вступление. Инженерная деятельность занимает одно из центральных мест в современной культуре.  Инженер творчески применяет свои знания на производстве, становясь нестандартно мыслящим руководителем, творцом новой техники. Он должен уметь делать вещи своими руками для того, чтобы руководить процессом их изготовления. Для получения инженерного образования нужно больше знать о данной профессии. Что можно выбрать для понимания требований к профессии инженера? Это может быть модель машины или механизма, требующая использования доступных инструментов и материалов. Какому механизму отдать предпочтение? Конечно же, механизмам, известным с древних времён.

Для творческого проекта мы выбрали тему «Античные механизмы», так как этот материал представляет информационную ценность для учащихся, учителей и других людей, которые интересуются историей инженерного искусства. В нашей работе собраны, описаны и проанализированы образцы механизмов и принципов их действия, известных с античных времён, выбран и изготовлен оптимальный объект для изготовления модели, проведены экономические и экологические  оценки изделия.

Исследование, проведённое в 2020 году, показало, что экономике Российской Федерации требуется более трёхсот тысяч инженерно-технических работников. Техническое образование становится всё более популярным среди студентов среднего и высшего профессионального образования в современных условиях импортозамещения. Более двадцати процентов всех выпускников вузов получают техническое образование, а значит, тема нашего творческого проекта актуальна.

Проблема: в настоящее время недостаточное внимание уделяется теории и практике механизмов и машин Античности.

Цель: изготовить недорогую масштабную модель античного механизма.       

Задачи:

1. Изучить литературу по античной механике с последующим интервьюированием работников и учеников школы. (Приложение 1)
2. Провести поиск и описание типов античных механизмов, и их историю.
3. Найти и выявить наиболее красивый и недорогой в изготовлении механизм для модели.
4. Разработать экономичную, технологичную, прочную и надёжную конструкцию изделия.
5. Разработать несложный технологический процесс изготовления механизма с применением простых инструментов и приспособлений.
6. Изготовить изделие согласно разработанной технической документации за ограниченное время.

Основные этапы работы:

1. Поиск литературы по данной теме.
2. Поиск информации в найденных печатных и электронных источниках.
3. Составление исторической справки
4. Разработка конструкторской документации
5. Разработка технологической документации.
6. Изготовление изделия.
7. Экономическая оценка
8. Экологическая оценка
9. Запись выводов и оценка полноты решения поставленных задач.

Теоретическая значимость данного творческого проекта заключается в расширении и совершенствовании полученных знаний в области истории, конструирования и технологии изготовления деталей и сборки изделий.

Практическая значимость, заключается в том, что полученные в ходе работы над проектом умения и навыки могут быть применены в повседневной жизни.  

Характеристика основных источников получения информации. Для получения исходных данных использовались открытые источники информации: официальные документы, учебные пособия, научно-популярная литература, видеоролики, находящиеся в свободном доступе в Интернете.

1. Историческая справка

История развития инженерного искусства начинается в V веке до н.э. – в начале периода Высокой Классики. Живший в этот период выдающийся философ, математик и мистик Древней Греции Пифагор (570 – 490 гг. до н. э.) внёс неоценимый вклад в науку. Теорема Пифагора, таблица умножения и многие другие открытия, активно использовавшиеся в градостроительстве и архитектуре, остаются актуальными до сих пор. Аристотель разработал первую историческую форму учения о движении — механику. Все механические движения он разделил на две большие группы: движение небесных тел в надлунном мире; движение тел в земном мире. По его мнению движения земных тел можно разделить на две категории: насильственные и естественные. Механика Аристотеля содержала в себе глубокие противоречия. Поиски способов устранения этих противоречий растянулись на столетия.

Самым известным древнегреческим учёным считается Архимед  (287–212 гг. до н.э.) – физик и изобретатель, основоположник гидростатики и теоретической механики. Изобретения древнегреческого учёного стали легендами. Он разработал теорию простых механизмов: рычага, клина, блока, винта и ворота. Комбинируя механизмы в разных устройствах, он создал множество устройств для различного вида работ. До нашего времени дошли сведения об устройстве для подъёма воды и червячной передаче на основе бесконечного винта, подъёмном кране и военных машинах для разрушения римских кораблей на основе рычагов и блоков, а также одометре, планетарии, полиспасте, катапультах, баллистах и других.

Некоторые изобретения Архимеда дошли до нашего времени без изменений, а другие были изобретены заново. Главной его заслугой многие учёные считают применение законов математики на практике. Его законы гидростатики без изменений используются в судостроении. Законы геометрии – в архитектуре. Исаак Ньютон стал Архимедом нового времени, применив законы математического анализа, как основу для современной физической науки.

2. Основная часть

2.1. Конструкция механизма

При выборе параметров, основной схемы и типа конструкции модели машины в центре внимания должны быть следующие направления деятельности: обзор существующих конструкций, обоснование выбора конструкции, декоративное оформление, обоснование выбора материалов. В ходе работу следует учесть конструктивную целесообразность, совершенство кинематической схемы, энергоёмкость, технологичность, надёжность и стоимость изготовления.

2.1.1. Обзор существующих конструкций

Наиболее известным инженером и изобретателем Древней Греции считается Архимед. Поэтому именно его машина или механизм были выбраны для создания модели. Все изобретения учёного можно разделить на две группы: гражданские и военные. К гражданским машинам и механизмам относятся: устройство для подъема воды, подъемный кран, одометр и планетарий. Военные – катапульты и баллисты. Изучив конструкции данных приспособлений, были исключены устройство для подъёма воды, одометр, планетарий ввиду высокой сложности конструкции. Катапульты и баллисты убрали из списка в связи с отсутствием возможности безопасной демонстрации.  В итоге в качестве идеальной модели был выбран подъемный кран.

2.1.2. Обоснование выбора конструкции

Основные требования, предъявляемые к работающим моделям, определяются необходимостью обеспечения простоты конструкции, прочности, надежности, технологичности и экономичности.

К достоинствам конструкции можно отнести:

• пропорциональность размеров модели;
• возможность изучения процесса работы подъёмного крана;
• устойчивость конструкции;
• прочность и надежность изделия.

К недостаткам конструкции относятся:

• большое количество деталей;
• способы соединения деталей;
• дополнительные затраты материалов и времени вырезание и шлифовку деталей;
• недостаточную технологичность и экономичность конструкции из-за усложнения сборки вследствие применения сравнительно большого количества сборочных единиц и способов соединения деталей.

В своей конструкции мы постарались, сохранив отмеченные достоинства, устранить выявленные недостатки.

2.1.3. Обоснование выбора материалов

Одним из основных условий получения высококачественной модели подъёмного крана является правильный и обоснованный выбор материалов с учетом конструктивных особенностей изделия и применяемых методов изготовления. Правильно выбранным считается материал, который легко принимает заданную форму модели и не скрывает линий композиции, выбранные материалы должны обеспечить установленные для изделия.

Для проектирования модели подъёмного крана выбраны материалы, традиционные для Древней Греции или аналогичные им. В качестве основы мы взяли древесину. Соединение деревянных деталей осуществляется клеем и гвоздями. Блоки изготовлены из металла и пластиковых шкивов. Нейлоновая нить имитирует канаты из растительного материала.

2.1.4. Разработка конструкторской документации

Согласно ГОСТ 2.103-2013, конструкторскую документацию подразделяют на проектную (техническое предложение, эскизный проект, технический проект) и рабочую (чертежи деталей, сборочные чертежи, спецификации).

Проектная конструкторская документация– совокупность конструкторских документов, выполненных на различных стадиях проектирования изделия в соответствии с техническим заданием до разработки рабочей конструкторской документации. Проектная конструкторская документация содержит техническое предложение, эскизный и технический проекты.

Рабочая конструкторская документация  – конструкторская документация, разработанная на основе технического задания или проектной конструкторской документации и предназначенная для обеспечения изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонтов изделия.

На стадии рабочей документации предусмотрена разработка чертежей деталей и сборочного чертежа. (Приложение 2)

2.2. Технология изготовления механизма

2.2.1. Выбор технологии изготовления

Все операции, которые будут необходимо выполнить в процессе изготовления изделия, хорошо известны ученику 8 класса. Технология ручной обработки древесины уже изучена. Для изготовления изделия необходимо выполнить только хорошо известные операции:

• выпиливание,
• вырезание,
• склеивание,
• шлифовка.

Применение большого количества древесного материала обеспечивает хорошую прочность склеивания и возможность быстрой шлифовки.

Простые технологические операции с металлом достаточно трудоемки и требуют специального оборудования. Но простые операции известны всем школьникам моего возраста.

При обработке металлических изделий выполняются следующие операции:

• выпиливание;
• сверление;
• гибка.

Основными достоинствами металлических деталей является надежность, относительная лёгкость и простота монтажа изделий.

2.2.2. Инструменты и приспособления

Большинство работ по ручной обработке древесины и металла  производится при помощи специального инструмента. В моём распоряжении имеются прекрасные ручные инструменты. Разметка проводилась измерительной линейкой, угольником, карандашом. Для изготовления деталей из древесины мною применялись ножовка, рубанок, стамеска, молоток, киянка, угольник, карандаш. Отверстия высверливались электрической дрелью. Шлифовка осуществлялась напильником, наждачной бумагой. Работы выполнялись на столярном верстаке.

Металлические детали блоков производятся из металлических полос. Разметка проводилась измерительной линейкой, угольником, карандашом. Резка совершается ножовкой по металлу, доводка и шлифовка – напильником и наждачной бумагой. Сверление – электрической дрелью. Гибка металлической проволоки проводится пассатижами и круглогубцами. Работы выполнялись на слесарном верстаке.

2.2.3. Разработка технологической карты

Для разработки технологического процесса сборки модели подъёмного крана необходимо иметь: сборочные чертежи и спецификации деталей по сборочным единицам. Сборку начинаем со сборки деревянных элементов. Первый этап разметка исходных материалов по размерам, указанным в чертежах. Следующий этап отрезка заготовок по размерам. Третий этап выборка посадочных мест. Четвёртый – высверлить отверстия согласно чертежу. Подготовительные операции заканчиваются доводкой и зачисткой поверхности. В конце произвести склеивание деталей согласно сборочному чертежу. Сборка блоков начинаем с разметки металлической полосы и гвоздей. Затем производим отрезку по размерам, указанным в чертежах. Потом высверливаем отверстия. Далее доводим и зачищаем поверхности. По окончании зачистки осуществляем сборку блоков. Окончательная сборка заканчивается установкой нейлоновых нитей. Для устойчивости ставим готовую модель на подставку.

2.3. Охрана труда при сборке

Основной задачей охраны труда является соблюдение работниками требований стандартов безопасности труда, правил по охране труда, типовых инструкции по охране труда и государственных санитарно-эпидемиологических правил и нормативов, установленных к факторам производственной среды и трудового процесса. Несоблюдение этих стандартов, правил и нормативов в большинстве случаев приводит к несчастным случаям. В данном разделе рассматриваются основные требования охраны труда при сборочных, моечных и окрасочных работах, а также охрана труда при эксплуатации разрабатываемого учебного робота.

Согласно статье 214 ТК РФ в области охраны труда работник обязан:

1.        соблюдать требования охраны труда;

2.        правильно применять средства индивидуальной и коллективной защиты;

3.        проходить обучение безопасным методам и приемам выполнения работ.

4.        немедленно извещать своего непосредственного или вышестоящего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о проявлении признаков острого профессионального заболевания (отравления).

Для безопасной работы над проектом были разработаны правила работы с ручным инструментом. (Приложение 1)

2.4. Экономическая оценка механизма

Стоимость изготовленного изделия в основном определяется затратами на материалы, электроэнергию и оплату труда [8-10].

Согласно проведенным расчетам (см. приложение 4) затраты составили:

на материалы – 69 руб. 50 коп, в т. ч.

на древесину – 52 руб.;

на металлические изделия – 15 руб.;

на клей ПВА – 2 руб. 50 коп

на электроэнергию – 2 руб. 50 коп

на повременную оплату труда при условии оплаты по минимальной ставке – 560 руб.

При условии приобретения всех материалов, оплаты затрат на электроэнергию, выплаты заработной платы себестоимость изделия составит 579 руб 50 коп.

Без учета заработной платы, которую я себе не плачу, и при условии использования обрезков дощечек из отходов производства себестоимость модели равна 79 руб. 50 коп.

В связи с высокой себестоимостью пришлось тщательно изучить рынок подобных изделий. Учитывая, что аналогичные изделия в продаже оцениваются от 500 до 2500 руб. в зависимости от размеров и вида отделки, я пришёл к следующим выводам:

а) изготовление модели подъёмного крана для собственных нужд выгодно;

б) производство подобных моделей экономически обосновано, реализация - реально возможна.

2.5. Экологическая оценка механизма

Основание, платформа и стрела модели подъёмного крана полностью изготовлены из древесины – восстановимого ресурса, при условии заботливого восстановления лесных насаждений. Использование обрезков пиломатериалов строительных работ способствует более полной переработке древесины, сбережению леса. Операция строгания требовалась для доводки изделий до необходимых размеров. Получившуюся стружку можно было бы использовать как подстилку для животных; при домашнем копчении мяса, осенью - для утепления грядок с клубникой или чесноком, весной – для сохранения влаги и защиты грядок с посевами моркови и лука от возможного растрескивания земли после полива. Золу, получившуюся при сжигании стружки и других древесных отходов, можно использовать и как удобрение, и как экологически чистое средство при защите крестоцветных растений, таких как редис, редька, капуста, от вредителей.

Применение клея ПВА, с соблюдением правил техники безопасности исключает вредное воздействие материалов на организм человека в процессе выполнения проекта и дальнейшего использования изделия.

На основании вышеизложенного считаю, что изготовление и эксплуатация модели подъемного крана не влечет за собой изменений в окружающей среде, нарушений в жизнедеятельности человека.

Заключение

В ходе работы над проектом модели подъемного крана, проведена продолжительная теоретическая и практическая работа, на основе которых можно сделать следующие выводы:

• изучена литература по истории, культуре и технике Древней Греции, в ходе которой проведён поиск и описание типов античных механизмов, изучена история их создания, из найденных в литературе выбран наиболее оптимальный в изготовлении механизм для модели;
• разработана конструкторская и технологическая документация с учетом её экономичности, технологичности, прочности и надёжности изделия с применением простых инструментов и приспособлений;
• изделие изготовлено в установленный срок согласно разработанной конструкторской и технологической документации с проверкой работоспособности, прочности и устойчивости модели подъёмного крана.

Поэтому считаю, что цель по разработке и изготовлению недорогой масштабной модели античного механизма выполнена.       

Однако в дальнейшем в конструкцию и технологию изготовления вазы можно было бы внести некоторые изменения:

-  изготавливать платформу и стрелу из круглых заготовок, что сделает модель более аутентичным;

-  использовать спиртовой или водный раствор морилки для получения более яркого цвета;

Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, показывают, что разработанную техническую документацию можно использовать на уроках технологии и в кружках технического творчества.

Использованная литература

Учебники и учебные пособия

1. Волошинов А. В. Пифагор: союз истины, добра и красоты.  – М.: Просвещение, 1993. – 224 с: ил.
2. Житомирский. С.В. Архимед: Пособие для учащихся  – М.: Просвещение, 1981. – 112 с: ил.
3. Методические рекомендации по разработке и оформлению технологической карты. МДС 12-29.2006/ЦНИИОМТП. - М : ФГУП ЦПП, 2007. - 12 с.
4. РАБОЧАЯ КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ: учебное пособие / А.Л.Решетов; Л.И. Хмарова; Е.А. Усманова. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2021. – 168 с.
5. Чанышев. А.Н. Аристотель. Второе издание, дополненное – М.: Мысль, 1987. – 223 с: ил.

Электронные ресурсы

6. История Древней Греции – даты, события, хронология. https://infotables.ru/istoriya/172-vsemirnaya-istoriya-khronologiya-istorii-drevnej-gretsii.
7. Мастерство работы ручным инструментом. http://www.woodmastermagazine.ru/assets/files/pdf/2008-1/004_011.pdf.
8. Правила безопасной работы в столярной мастерской. https://nsportal.ru/shkola/tekhnologiya/library/2015/11/02/pravila-bezopasnoy-raboty-v-stolyarnoy-masterskoy
9. Российская газета. Популярная механика. Рынку труда потребовались инженеры. https://rg.ru/2021/03/29/rynku-truda-snova-ponadobilis-inzhenery.html.
10. СТРОЙДВОР. Интернет-магазин стройматериалов. https://stroy-pz.ru/.

Приложение 2

Конструкторская документация

Конструкторская документация (Продолжение 1)

Конструкторская документация (Продолжение 2)

Конструкторская документация (Продолжение 3)

Конструкторская документация (Продолжение 4)

Конструкторская документация (Продолжение 5)

Приложение 3

Таблица 1 – Технологическая карта сборки модели подъёмного крана

Таблица 1 – Технологическая карта сборки модели подъёмного крана (Продолжение 1)

Таблица 1 – Технологическая карта сборки модели подъёмного крана (Продолжение 2)

Таблица 1 – Технологическая карта сборки модели подъёмного крана (Продолжение 3)

Таблица 1 – Технологическая карта сборки модели подъёмного крана (Окончание)

Приложение 4

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ С РУЧНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

1. ТБ при работе с ножовкой по дереву

1. Пилы (ножовки поперечные, лучковые и т. п.) должны быть правильно разведены и хорошо заточены.

2. Пилить лучковой пилой зубьями от себя.

3. Не допускать резких движений в процессе работы, не держать левую руку близко к полотну.

4. Не сдувать опилки, не сметать их рукой. Пользуйся щеткой.

5. Не нажимать сильно на полотно при резании и ослаблять нажим в конце работы.

6. Класть ножовку на верстак полотном от себя.

7. Пользоваться только целой пилкой.

8. Правильно заправлять пилку в лобзик.

9. Следить за тем, чтобы левая рука не попала под пилку.

10. Соблюдать порядок на рабочем месте.

2. ТБ при работе с рубанком

1. Работать нужно только острым, правильно настроенным и исправным инструментом.

2. Обрабатываемая деталь должна быть надёжно закреплена в зажиме верстака или упёрта в клин.

3. При строгании крепко держать инструмент двумя руками, не отвлекаться.

4. Хранить рубанок на верстаке только в лотке, подошвой вниз.

5. При строгании рубанок нужно очищать от стружки при помощи деревянного клина.

6. Разборку, сборку и настройку рубанка можно проводить только над верстаком.

7. Запрещается проверять качество обработанной поверхности и остроту лезвия руками.

8. После работы рубанок должен храниться в специально отведённых для этого местах на высоте не более 1м от пола. Лезвие инструмента не должно выступать из подошвы.

3. ТБ при работе со стамеской

1. Работать нужно только острым, правильно настроенным и исправным инструментом.

2. Обрабатываемая деталь должна быть надёжно закреплена в зажиме верстака или упёрта в клин.

3. При работе крепко держать инструмент, не отвлекаться.

4. Хранить стамеску на верстаке только в лотке.

5. Не допускать резких движений в процессе работы, не держать левую руку близко к полотну.

6. Не сдувать стружку, не сметать их рукой. Пользуйся щеткой.

7. Запрещается проверять качество обработанной поверхности и остроту лезвия руками.

8. После работы стамескку должен храниться в специально отведённых для этого местах на высоте не более 1м от пола.

4. ТБ при работе с молотком и киянкой

1. Работать можно только исправным инструментом. 

2. Инструмент должен быть исправным, не болтаться на ручке, он должен надёжно фиксироваться клином.

3. Рабочие части инструмента не должны быть деформированы и иметь заусенцы, их нужно своевременно подтачивать и зашлифовывать.

4. Ручка инструменты не должна иметь трещин, сколов, сучков и гнилей, она должна быть тщательно отшлифована.

5. При работе инструментом нельзя отвлекаться и переговариваться.

6. Передавать инструментом нужно ручкой вперёд.

7. Переносить инструмент можно только в опущенной руке.

8. По окончании работы, инструмент убирают на место хранения.

5. ТБ при работе с напильником и надфилем

1. Инструменты всегда должны быть исправными и готовыми к работе.

2. Полотно напильника или рашпиля не должно иметь дефектов и не должно быть изношенным.

3. Ручка инструментов не должна иметь сколов и трещин, кольцо ручки должно быть плотно насажено на своё посадочное место.

4. При выполнении работ напильником или рашпилем их необходимо периодически очищать металлической щёткой.

5. Переносить инструменты можно только в опущенной руке.

6. Во время работ не оставлять рашпиль или напильник на краю верстака а укладывать их только в лоток верстака.

7. После окончания работ инструменты очищают от загрязнений при помощи щёток от загрязнений и укладывают на хранение в специально отведённые для этого места.

6. ТБ при работе с электрической аккумуляторной дрелью

1. Инструмент должен быть исправен и готов к работе.

2. Надёжно зажимайте сверло в патроне.

3. Сверлить нужно только хорошо зажатую деталь.

4. Нельзя оставлять инструмент со сверлом в отверстии.

5. Переносить дрель можно только в опущенной руке сверлом вниз.