Концевые меры длины.

Плитки Иогансона.

Чтобы добиться широчайшего применения принципа взаимозаменяемости, чтобы осуществить его не только внутри партии, полученной с отдельной машины, но и в масштабе всего завода, затем в масштабе всей страны и, наконец, в международном масштабе, нужна единая база точных линейных измерений. Такую базу, как уже подробно говорилось раньше, промышленность получила с введением в большинстве стран в 1885 г. метрической системы мер. Многоступенчатая лестница последовательно поверяемых образцовых мер — эталонов — ведет от международного прототипа метра до практически применяемых в производстве точных мерительных инструментов.

Заводскими эталонами для линейных измерений служат замечательные плитки Иогансона. Именно о их помощью улавливаются разности между двумя размерами предельного калибра, выражаемые иной раз несколькими микронами. Эти же плитки помогают «уличить в неточности»

Рис. 34. Фабричная марка плиток Иогансона

износившийся инструмент или переставить на сотые и даже тысячные доли миллиметра чувствительные мерительные стерженьки регулируемой предельной скобы.

Около 1900 г. шведский инженер Карл Иогансон, работая над изготовлением точных калибров — эталонов мер длины, годных для применения в условиях заводских лабораторий и даже в цеховой обстановке, пришел к следующему выводу: если бы удалось 1) изготовить набор различных стальных плиток с весьма точными размерами между мерительными плоскостями, 2) обеспечить неизменность этих размеров, 3) путем комбинирования плиток получать любые размеры в пределах определенного размерного промежутка (например от 1–100 мм), то такой набор мог бы служить универсальным и в то же время весьма точным заводским эталоном длин.

Но создать такой набор было трудной задачей. Прежде всего надо было найти подходящий материал для пластинок, такую сталь, высокие качества которой обеспечили бы неизменность размеров после термообработки и в то же время большую износостойкость. 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 разрешены Иогансоном. Он никому, разумеется, не открывал декрета производства его плиток. В капиталистическом мире каждый стремится извлечь из своего изобретения наибольшую выгоду только для себя. Завод, построенный Иогансоном, вскоре сделался мировым поставщиком. Надпись на его фабричной

Рис. 35. Ящики с набором в 103 плитки

марке так и гласит: «Плитки Иогансона — мировой стандарт!» А рисунок самой марки как бы подтверждает это (рис. 34). На нем изображена скоба, составленная из плиток Иогансона и измеряющая диаметр земного шара.

Наиболее распространенный набор состоит из 103 плиток, уложенных в специальный ящик (рис. 35). Две противоположные мерительные поверхности каждой плитки отшлифованы и притёрты с высокой тщательностью. На каждой плитке обозначено расстояние между мерительными плоскостями. Набор состоит из трех серий плиток. В первую серию входит 50 плиток, в том числе 49 плиток, имеющих размеры от 1,01 мм до 1,49 мм (причем каждая последующая плитка больше предыдущей на 0,01 мм), и одна плитка размером в 1,005 мм. Вторая серия состоит из 49 плиток размерами от 0,50 мм до 24,5 мм; здесь каждая последующая плитка больше предыдущей на 0,50 мм. Третья серия состоит ив 4 плиток размерами в 25 мм, 50 мм и 100 мм. Соединив несколько имеющихся в наборе пластинок, можно в известных пределах получить любой размер с точностью до 0,01 мм.

«КЛЕЙ-НЕВИДИМКА»

Известно, что склеивание бумаги, дерева и других материалов — задача несложная. Канцелярский, столярный и всякий другой клей достаточно надежные средства. Но не существует клея для более или менее прочной оклейки двух кусков металла. И, однако, Иогансон нашел возможность «склеивать» свои плитки: он нашел невидимый «клей» для металла.

Это «склеивание» плиток Иогансона делается следующим образом. Сблизив мерительные плоскости плиток (рис. 36а, 36б), начинают притирать их друг к другу. Для этого верхнюю пластинку двигают поступательно по нижней и одновременно вращают ее но плоскости скольжения в обе стороны (рис. 36, в и г). В результате такого комбинированного движения плитки соединяются настолько крепко, что образует как бы одно целое, один калибр, который можно держать, как показано на рис. 36 д.

В 1917 г. Иогансон сумел так притереть две свои плитки, что они не разъединились даже под действием силы в 100 килограммов. Такой притиркой можно «склеить» не только две, но и несколько плиток и получить калибр, размер которого равен сумме размеров притертых плиток (рис. 37).

Свойство точно шлифованных поверхностей крепко приставать друг к другу давно уже известно ученым. Витвортбольше пятидесяти лет назад заметил это свойство у поверочных плит, поверхности которых смазаны тонким

Рис. 36. Притирка друг к другу двух плиток Иогансона

Рис. 37. Несколько плиток Иогансона, притертые друг к другу

слоем масла или другой жидкости. Для разъединения таких плит приходится иной раз сдвигать их одну по другой, так как отделить их обычным путем оказывается невозможным.

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 (опыты проф. Тиндаля), то свойство сцепления сохраняется полностью.

Тиндаль решил, что между притираемыми плитками остается настолько ничтожное пространство, что начинают действовать силы молекулярного притяжения.

Предположение Тиндаля давало очень правдоподобный ключ к разгадке прочного соединения стальных плиток. Плитки соединяются под действием молекулярного притяжения. Оно начинает проявляться при максимальной близости между поверхностями, обусловленной исключительной точностью изготовления мерительных плоскостей и тщательным притиранием их друг к другу.

В 1911 г. явление «слипания» заинтересовало английского ученого Бэджетта, который снова тщательно обследовал его. И тут обнаружилась любопытная подробность; если перед притиранием переусердствовать в очистке поверхностей, 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 тесно соединяются. Сила, сцепления, равная силе, которую надо приложить, чтобы разъединить плитки, зависела от того, какая жидкость нанесена на притираемые поверхности.

Площадь притираемых поверхностей плиток, которыми пользоваться в своих опытах Бэджетт, равнялась 4,5 см². На эту поверхность он попеременно наносил слои различных жидкостей. Сначала это были слои так называемых «тяжелых масел» (масла, получаемые при переработке нефти). Наощупь они кажутся липкими. В этих случаях для разъединения плиток необходима была сила около 14 кг. При введении парафина понадобилась для разъединения сила в 20 кг, а при введении обыкновенной водопроводной воды даже в 30 кг. Бэджетт доказал, 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 плиток Иогансона?

Рис. 38. Опыт с капелькой жидкости	Рис. 39. Самоповерка плиток

Причину этого явления исследовало много ученых. Их труды в этой области основаны на законах физики. Приведем здесь только вывод, к. которому пришли эти ученые.

Чем тоньше слой жидкости, тем крепче сцепление. Это доказал опытным путем доктор Рольт — старший метролог английской Национальной физической лаборатории.

В центре круглой диаметром в 23 мм мерительной поверхности стального концевого калибра помещалась капелька жидкости (рис. 38). 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, все увеличивалась и к тому моменту когда стеклянная пластинка хорошо притерлась, по видимому, достигла определенной неизменной величины.

После этого притертые калибр и пластинку оставили в покое в таком положении, которое позволяло проверять размеры диаметра D жидкостного пятна. Эти измерения

Рис. 40. Скобой, составленной из плиток, поверяется размер мерительной пробки

показали, что пятно продолжает расти, правда, очень медленно. Увеличение диаметра продолжалось в течение двух часов, шло все медленнее и, наконец, прекратилось вовсе.

Отсюда был сделан вывод, что сила сцепления выросла в сравнении с первым моментом после притирки.

При этом 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 их разъединить.

Если поверхности плиток обработаны с необходимой высокой точностью до трех или пяти десятитысячных миллиметра, то плитки выдерживают своего рода притирочнуюсамоповерку (рис. 39). Контрольная плитка длиной хотя бы в 20 мм «склеивается» по своим мерительным поверхностям с двумя другими плитками (на указанном рисунке 13 и 12,5 мм). Затем в получившуюся скобу укладывается с помощью притирки ряд плиток, длина которых в сумме также равна 20 мм. Этот опыт проходит успешно только при пользовании высококачественными не изношенными плитками. Еще показательнее поверка, показанная на рис. 40. Скобой, составленной из плиток,

Рис. 41. Поверка переставной скобы

поверяется размер мерительной пробки. Легко понять, что сумма даже микроскопических погрешностей в поверхностях плиток не позволяла бы осуществить сборку плиток, как показано на рис. 39 или поверку по рис. 40.