Учимся шить

Наш рассказ о форме вещей был бы неполным, если бы мы не упомянули об одной из самых близких родственниц клина — иголке. Иголка — это тот же клин, только круглый. Острие иголки, как и острие клина, позволяет при малом усилии создавать очень большие давления, поэтому обычная иголка легко проникает не только в мягкую материю, но и в кожу, пластмассу и другие достаточно твердые материалы, если только протыкаемый лист не очень толстый.

В отверстие, проделанное острием, протаскивается сама иголка, а за ней и нитка. Куда иголка — туда и нитка, — гласит русская пословица. А бывает ли наоборот? Чтобы нитка двигалась перед иголкой? Задав такие вопросы, мы не можем не поговорить о швейной машине.

Обычно историю изобретения швейной машины связывают с именем американского изобретателя Зингера. Рассказывают, кстати, что Зингер настолько хитроумно оформил патент на швейную машину, что все последующие изобретатели других конструкций никак не могли обойти его основную заявку. Смысл этой заявки состоял в том, что швейная машина — это устройство, использующее иглу с ушком, расположенным вблизи острия.

На самом деле история изобретения швейной машины несколько иная. В марте 1846 года берлинцы, взявшие в руки газету «Иллюстрирте цайтунг», могли прочесть любопытную заметку: «Из Парижа сообщают, что портной Тимонье показывает в Вильфранше сконструированную им швейную машину, в реальности которой можно сомневаться, если не видеть ее собственными глазами. Любой ученик может уже через несколько часов научиться шить на ней. Передают, что на этой машине можно делать двести стежков в минуту. Все это и многое другое, известное о конструкции, граничит с фантастикой».

Но еще за полтора десятка лет до этого сообщения один австрийский портной придумал подобную машину. Увы, к столь необычному изобретению враждебно отнеслись его коллеги — портные, боящиеся конкуренции. Препятствия чинили и недальновидные бюрократы-чиновники. Они требовали от бедного портного неимоверно высокой суммы за патент. Талантливый изобретатель, вконец разорившись, умер в приюте для нищих.

Патент на швейную машину получил в 1846 году американец Хоу. Знал ли он об аналогичной машине, демонстрировавшейся в том же году во Франции, никому неведомо. Хоу, можно сказать, сказочно повезло. Его изобретением заинтересовались финансисты США, где в это время бурно развивалась текстильная и швейная промышленности. Изобретатель стал миллионером.

Предприимчивый Зингер наладил серийное производство швейных машин и экспортировал их во многие страны. Марка  его стала всемирно известной.

Двести стежков в минуту — эта скорость считалась в прошлом веке фантастической. Сегодня швейные машины делают четыре тысячи стежков в минуту. Задумывался ли кто-нибудь из читателей, как работает швейная машина? А как человек шьет вручную?

Чтобы сделать стежок, надо проткнуть иголку с одной стороны ткани и вытащить ее с другой стороны. Кроме того, вы еще держите сшиваемую ткань. Значит, последовательность действий должна быть следующей. Одной (обычно правой) рукой вы протыкаете иголку примерно до половины, затем отпускаете иголку, которая удерживается в материале только силой трения, перемещаете руку так, чтобы она оказалась с другой стороны ткани, вытаскиваете иголку и продолжаете движение руки, пока вся нитка не протянется сквозь образовавшееся отверстие. Потом вы протыкаете ткань снизу, переводите руку наверх и вытаскиваете иголку с ниткой уже сверху ткани. Описанная последовательность действий повторяется мною раз.

Основная проблема, возникающая при автоматизации подобного технологического процесса, состоит в том, что вряд ли можно мыслить себе станок, в котором рабочий инструмент (игла) хотя бы на некоторое время оказывался полностью свободным, то есть механически не связанным с какими-либо другими деталями станка, как это происходит в то время, пока мы переносим руку от одного конца иголки к другому.

Аналогичная ситуация возникает также в ткацких станках или, если приводить совсем уж современные примеры, в автоматических станках для намотки тороидальных сердечников, широко используемых в радиоэлектронной аппаратуре. В двух последних случаях челнок с ниткой или проводом, пока вы перехватываете, не удержится силой трения, поэтому при ручной намотке сердечников приходится работать двумя руками, а сердечник закрепляется с помощью специального механического приспособления.

Существует и вторая проблема, связанная с длиной нитки, тянущейся за иголкой. Каждый, кому хоть один раз приходилось пришивать себе пуговицу, хорошо знает, что, если взять нитку подлиннее, она обязательно запутается. А если сделать нитку покороче, то пуговицу придется вскоре пришивать заново.

Как же решаются обе эти проблемы в швейных машинах? Начнем с того, что для выполнения шва в машине используется не одна нитка, а две. Каким получается шов, видно из рисунка. Однако если читатель попробует выполнить такой шов вручную, он немедленно убедится, что без перехватывания иголки снова не обойтись.

Швейная машина — это очень сложный механизм, содержащий множество узлов. Посмотрим, как изобразил конструкцию машины художник. Он выделил только те узлы, которые необходимы для описания принципа действия. Одна из двух ниток, составляющих шов, намотана на катушку. Катушка свободно вращается на оси, укрепленной в верхней части машины. Сматываясь с катушки, нитка огибает тормоз, затем поднимается вверх, проходит сквозь ушко нитенатягивающего рычага, снова опускается вниз и проходит сквозь отверстие в иголке.

Весьма интересно, что в данном случае отверстие в иголке (ушко) расположено вблизи острия иголки, а не с противоположной стороны, как это делается в иголках, которыми шьют вручную.

Вторая из двух ниток, составляющих шов, намотана на катушку специальной конструкции, называемую шпулькой.

Шпулечный механизм состоит как бы из двух горшков, вложенных один в другой (посмотрите на рисунок). Внешний горшок жестко укреплен на оси и вращается с постоянной скоростью от общего привода швейной машины. Внутренний горшок расположен во внешнем так, что между их стенками имеется зазор — в этот зазор проходит нитка.

Внутренний горшок не вращается. Для того чтобы внешний горшок при своем вращении не увлек внутренний, последний удерживается специальным рычагом, конец которого входит в вырез в стенке внутреннего горшка. Но между концом рычага и вырезом опять-таки имеется зазор.

Третий узел, который представляет для нас интерес, это столик, на который кладется сшиваемый материал. В столике имеются специальные направляющие, передвигающие ткань после каждого стежка. Кроме того, в столике имеется отверстие, сквозь которое проходит иголка. Рабочий столик хорошо виден на рисунке.

Для того чтобы понять, как работают все эти узлы, посмотрим на следующий рисунок, где показано несколько промежуточных положений основных деталей механизма швейной машины. На рисунке а иголка и нитенатягивающий рычаг находятся в своих верхних положениях. Это и есть исходное положение.

Начиная с исходного положения, иголка движется вниз, протыкает сшиваемую ткань и занимает крайнее нижнее положение. Заметим, что все время, пока двигалась иголка, нитенатягивающий рычаг оставался неподвижным в верхнем положении. Внешний горшок шпулечного механизма повернулся при этом на некоторый угол. Положение всех деталей после завершения описанных действий показано на рисунке б.

Из положения б иголка начинает подниматься, а нитенатягивающий рычаг опускается. Это приводит к тому, что нитка, проходящая сквозь ушко иголки, освобождается и образует небольшую петлю. В эту петлю входит зуб, который имеется на внешнем горшке. Положение всех деталей механизма, соответствующее только что описанным действиям, показано на рисунке в.

Далее иголка продолжает подниматься, а нитенатягивающий рычаг — опускаться. Свободная петля нитки увеличивается, и ее увлекает за собой зуб внешнего горшка (смотри рисунок г). Часть петли при этом входит внутрь внешнего горшка и огибает внутренний. Положение деталей механизма, соответствующее крайнему верхнему положению иголки и крайнему нижнему положению нитенатягивающего рычага, показано на рисунке д.

Теперь иголка остается неподвижной, нитенатягивающий рычаг начинает подниматься вверх, а внешний горшок шпулечного механизма вместе с зубом продолжает вращаться Петля нитки, увлекаемая зубом, продолжает охватывать внутренний горшок. Одно из промежуточных положений деталей показано на рисунке е.

Когда внешний горшок шпулечного механизма совершает примерно три четверти оборота, петля нитки, захваченная зубом, освобождается. Благодаря действию нитенатягивающего рычага, который продолжает двигаться вверх,  она вытягивается из внутренней полости внешнего горшка. Процесс завершается, когда все детали снова оказываются в положении, показанном на рисунке а.

Легко видеть, что весь описанный процесс привел к получению нового стежка, потому что внутренний горшок вместе с заключенной в нем шпулькой был как бы протащен сквозь петлю верхней нитки.

На самом деле все, конечно, происходит наоборот. Внутренний горшок остается неподвижным, а петля нитки, увлекаемая зубом внешнего горшка, огибает его, как бы пропуская сквозь себя.

Конечно, это весьма упрощенное описание работы механизма швейной машины. Реальный механизм содержит, кроме того, большое количество фигурных деталей — отражателей, направляющих движение петли нитки так, чтобы она не запутывалась. Нитка, сматывающаяся со шпульки, удерживается специальной тормозной пружиной, которая обеспечивает правильное натяжение нити.

Совместное действие всех деталей, показанных и не показанных на наших рисунках, приводит к тому, что каждый участок нитки описывает чрезвычайно сложную траекторию, а результатом всего этого является то, что шпулька, расположенная во внутреннем горшке, вместе с внутренним горшком проходит сквозь петлю.