Кривошип (механизм)
Кривошип валу — это рычаг, прикрепленный под прямым углом к вращающемуся валу, с помощью которого круговое движение передается или принимается от него . В сочетании с шатуном его можно использовать для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное движение или наоборот. Рычаг может представлять собой изогнутую часть вала или отдельный рычаг или диск, прикрепленный к нему. К концу кривошипа шарниром прикреплен стержень, обычно называемый шатуном ( шатуном).
Этот термин часто относится к рукоятке с приводом от человека, которая используется для ручного поворота оси, как в велосипедной шатуне или в дрели со скобой и долотом . В этом случае шатуном служит рука или нога человека, прилагающая к кривошипу возвратно-поступательную силу. Обычно к другому концу руки имеется штанга, часто со свободно вращающейся ручкой или педалью .
Примеры
[ редактировать ]
Знакомые примеры включают в себя:
Ручные шатуны
[ редактировать ]- Прялка
- Механическая точилка для карандашей.
- Рыболовная катушка и другие катушки для кабелей, проводов, веревок и т. д.
- Ручка запуска для старых автомобилей.
- Окно автомобиля с ручным управлением
- Столярная скоба представляет собой составной кривошип .
- Набор кривошипов, который приводит в движение ручной цикл через ручки.
- Ручные лебедки
Шатуны с ножным приводом
[ редактировать ]- Шатун, который приводит велосипед в движение с помощью педалей.
- с педалью Швейная машина
Двигатели
[ редактировать ]Почти во всех поршневых двигателях используются кривошипы (с шатунами ) для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение. Кривошипы встроены в коленчатый вал .
История
[ редактировать ]Китай
[ редактировать ]
Считалось, что свидетельства самой ранней настоящей кривошипной рукоятки были найдены в модели сельскохозяйственного веяющего вентилятора из глазурованной глины эпохи Хань, датируемой не позднее 200 года нашей эры. [3] [4] но с тех пор была обнаружена серия аналогичных моделей керамики с веерами с кривошипным приводом, одна из которых относится ко времени династии Западная Хань (202 г. до н.э. - 9 г. н.э.). [5] [6] Историк Линн Уайт заявила, что китайскому кривошипу «не было дано импульса перейти от возвратно-поступательного движения к круговому движению в других устройствах», сославшись на одно упоминание о китайском кривошипе и шатуне, датируемом 1462 годом. [4] Однако более поздние публикации показывают, что китайцы использовали не только рукоятку, но и кривошип и шатун для работы с ручными молотками еще во времена династии Западная Хань (202 г. до н.э. - 9 г. н.э.). В конечном итоге кривошипно-шатунные стержни стали использоваться для взаимного преобразования или вращательного и возвратно-поступательного движения для других применений, таких как просеивание муки, педальные прялки, сильфоны печей с водяным приводом и машины для намотки шелка. [7] [6]
Западный мир
[ редактировать ]Классическая античность
[ редактировать ]
Ручка вращающейся ручной мельницы , которая появилась в кельтиберийской Испании в V веке до нашей эры и в конечном итоге достигла Греции к первому веку до нашей эры. [9] [1] [2] [10] Римский железный коленчатый вал пока неизвестного назначения, датируемый II веком нашей эры, был раскопан в Августе-Раурике , Швейцария . На одном конце детали длиной 82,5 см (32,5 дюйма) установлена бронзовая ручка длиной 15 см (5,91 дюйма), другая ручка утеряна. [11] [8]
ок. , был раскопан настоящий железный кривошип длиной 40 см (15,7 дюйма), а также пара разбитых жерновов диаметром от 50 до 65 см (от 19,7 до 25,6 дюйма) и разнообразные железные предметы В Ашхайме , недалеко от Мюнхена . мельница с кривошипным приводом Римская датируется концом II века нашей эры. [12] Часто цитируемая современная реконструкция ковшового цепного насоса с приводом от маховиков с ручным заводом с кораблей Неми была отвергнута как «археологическая фантазия». [13]
Самые ранние свидетельства использования кривошипа в сочетании с шатуном в машине встречаются на римской лесопилке в Иераполисе в Малой Азии с 3-го века нашей эры и на двух римских каменных лесопилках в Герасе , Римская Сирия , и Эфесе , Малая Азия (обе 6-го века нашей эры). . [14] На фронтоне иераполисской мельницы зубчатую показано передачу водяное колесо, приводящее в движение через две рамные пилы , которые разрезают прямоугольные блоки с помощью каких-то шатунов и, по механической необходимости, кривошипов. Сопроводительная надпись на греческом языке . [15]
Кривошипно-шатунные механизмы двух других археологически подтвержденных лесопилок работали без зубчатой передачи. [16] [17] В древней литературе есть упоминание о работе водяных пил по мрамору недалеко от Трира , ныне Германия , поэтом конца 4-го века Авзонием ; [14] Примерно в то же время на эти типы мельниц, по-видимому, указывает христианский святой Григорий Нисский из Анатолии , демонстрируя разнообразное использование гидроэнергетики во многих частях Римской империи. [18] Три находки отодвигают дату изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие: [14]
С кривошипно-шатунной системой все элементы конструкции паровой машины (изобретен в 1712 году) — Героя эолипил цилиндр (генерирующий энергию пара), и поршень ( в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах) ), зубчатая передача (в водяных мельницах и часах) — были известны еще в римские времена. [19]
Средний возраст
[ редактировать ]
Вращающийся точильный камень — самое раннее его изображение — [20] который приводится в действие кривошипной рукояткой, показан в каролингском манускрипте Утрехтского Псалтири ; рисунок пером около 830 г. восходит к позднеантичному оригиналу. [21] В музыкальном трактате, приписываемом аббату Одо из Клюни ( ок. 878–942 ), описывается резной струнный инструмент, звук которого производился с помощью смоляного колеса, вращаемого рукояткой; Позже устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века. [20] Есть также две фотографии Фортуны , вращающей колесо судьбы, из этого и следующего столетия. [20]
Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в издании 1887 года Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines благодаря испанскому мусульманскому хирургу Абу аль-Касиму аль-Захрави ; однако существование такого устройства не может быть подтверждено оригинальной подсветкой и поэтому его следует сбрасывать со счетов. [22] Бенедиктинский (ок. 1070–1125) описал кривошипные рукоятки , монах Теофил Пресвитер «используемые при токарной обработке литейных стержней». [23]
Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349 гг.), планируя новый крестовый поход, нарисовал иллюстрации, изображающие гребную лодку и военные повозки, приводившиеся в движение составными кривошипами и шестернями, приводившимися в движение вручную (в центре изображения). [24] В Псалтири Латтрелла , датируемой примерно 1340 годом, описывается точильный камень, который вращался с помощью двух кривошипов, по одному на каждом конце оси; ручная мельница с приводом, приводившаяся в действие одним или двумя кривошипами, появилась позже, в 15 веке; [25]
Средневековые краны иногда приводились в движение рукоятками, хотя чаще — лебедками . [26]
Ренессанс
[ редактировать ]
К началу 15 века рукоятка стала распространенной в Европе, ее часто можно увидеть в работах таких людей, как немецкий военный инженер Конрад Кайзер . [25] Кайзера, Устройства, изображенные в «Беллифортисе» включают изогнутые лебедки (вместо колес со спицами) для навешивания осадных арбалетов, изогнутую цепь ведер для подъема воды и рукоятки, прикрепленные к колесу колоколов. [25] Кейзер также оснастил винты Архимеда для подъема воды кривошипной рукояткой - нововведение, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой путем протачивания. [27] Самые ранние свидетельства оснащения колодезного подъемника рукоятками можно найти на миниатюре ок. 1425 г. в немецком Hausbuch Фонда Менделя . [28]
Первые изображения сложной рукоятки плотничьей скобы появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях искусства Северной Европы. [29] Быстрое внедрение составного кривошипа можно проследить в работах Анонима Гуситских войн , неизвестного немецкого инженера, писавшего о состоянии военной техники того времени: сначала снова появился шатун, примененный к кривошипам, во-вторых, двойные составные кривошипы также стали оснащаться шатунами и, в-третьих, для этих шатунов использовался маховик, чтобы перемещать их через «мертвую точку».
На одном из рисунков «Анонима о гуситских войнах» изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемых людьми с помощью составных кривошипов (см. выше). Эта концепция была значительно усовершенствована итальянским инженером и писателем Роберто Валтурио в 1463 году, который сконструировал лодку с пятью комплектами, в которой все параллельные кривошипы соединены с единым источником энергии одним шатуном. Эту идею также подхватил его соотечественник. Франческо ди Джорджио . [30]
В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства соединения кривошипа и шатуна встречаются в альбомах для рисования Такколы , но механически устройство до сих пор не понимается. [31] Чуть позже Пизанелло , нарисовавший двигатель с приводом от поршневого насоса, продемонстрировал хорошее представление о движении кривошипа. водяным колесом и приводился в движение двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [31]
В 15 веке также появились коленчатые реечные устройства, называемые кранкинами, которые прикреплялись к прикладу арбалета как средство приложения еще большей силы при развертывании метательного оружия (см. Справа). [32] В текстильной промышленности были внедрены коленчатые катушки для намотки мотков пряжи. [25]
Около 1480 года раннесредневековый вращающийся точильный камень был усовершенствован с помощью ножного и кривошипно-шатунного механизма. Шатуны, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года. [33]
Начиная с XVI века, свидетельства использования кривошипов и шатунов, интегрированных в конструкцию машин, становятся многочисленными в технологических трактатах того периода: Агостино Рамелли только в книге «Разнообразные и искусственные машины 1588 года» изображено восемнадцать примеров, число которых увеличивается в Theatrum Machinarum. Novum от Георга Андреаса Бёклера на 45 различных машинах, что составляет треть от общего числа. [34]
Средний Восток
[ редактировать ]Рукоятка появляется в середине 9-го века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их «Книге изобретательных устройств» . [35] Однако эти устройства совершали лишь частичные вращения и не могли передавать большую мощность. [36] хотя для преобразования его в коленчатый вал потребовалась бы лишь небольшая модификация. [37]
Аль-Джазари (1136–1206) описал систему кривошипа и шатуна во вращающейся машине в двух своих водоподъемных машинах. [38] Его двухцилиндровый насос имел коленчатый вал. [39] После аль-Джазари чудаки в исламской технологии не прослеживаются до копии «Механики » начала XV века древнегреческого инженера Героя Александрийского . [22]
20 век
[ редактировать ]В начале 20 века шатуны раньше были обычным явлением на некоторых машинах; например, почти все фонографы до 1930-х годов приводились в действие часовыми двигателями, заводившимися с помощью кривошипов. В поршневых двигателях с возвратно-поступательным движением используются кривошипы для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение. Двигатели внутреннего сгорания начала 20-го века в автомобилях обычно запускались с помощью ручных рукояток (известных как пусковые ручки в Великобритании ), до того, как электростартеры стали широко использоваться. Последней моделью автомобиля с кривошипом был Citroën 2CV 1948–1990 годов.
1918 года Reo В руководстве пользователя описывается , как заводить автомобиль вручную:
- Первое: убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.
- Второе: педаль сцепления разблокирована, сцепление включено. Педаль тормоза выдвигается вперед насколько возможно, фиксируя тормоза на заднем колесе.
- Третье: обратите внимание, что рычаг управления искрой, короткий рычаг, расположенный в верхней части рулевого колеса с правой стороны, отведен максимально назад к водителю, а длинный рычаг в верхней части рулевой колонки, управляющий карбюратором, выдвинулся вперед примерно на один дюйм от своего запоздалого положения.
- Четвертое: поверните ключ зажигания в положение, обозначенное «B» или «M».
- Пятое: Установите регулятор карбюратора на рулевой колонке в точку с надписью «СТАРТ». Убедитесь, что в карбюраторе есть бензин. Проверьте это, нажимая на небольшой штифт, выступающий из передней части чаши, пока карбюратор не зальется водой. Если он не заливается, это означает, что топливо не подается в карбюратор должным образом и запуск двигателя невозможен. См. инструкции на стр. 56 по заполнению вакуумного бака.
- Шестое: Убедившись, что в карбюраторе есть запас топлива, возьмитесь за рукоятку пусковой рукоятки, нажмите с конца, чтобы зацепить храповик со штифтом коленчатого вала, и переверните двигатель, резко потянув вверх. Никогда не нажимайте вниз, поскольку если по какой-либо причине двигатель отскочит назад, это может подвергнуть опасности оператора.
Кривошипная ось
[ редактировать ]Кривошипно -шатунный вал — это коленчатый вал , который также выполняет функцию оси . Применяется на паровозах с внутренними цилиндрами.
См. также
[ редактировать ]- Балочный двигатель - ранняя конфигурация парового двигателя, в которой для соединения основных компонентов использовалась качающаяся балка.
- Коленчатый вал — механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращение.
- Человеческая сила
- Джеймс Пикард – английский изобретатель.
- Уравнения движения поршня
- Слайдер и кривошипный механизм
- Рычаг ползуна-кривошипа - механизм преобразования вращательного движения в линейное.
- Солнечная и планетарная шестерня - тип шестерни, использовавшейся в ранних лучевых двигателях.
- Trammel of Archimedes — механизм рисования эллипсов.
- Лебедка – механическое устройство, которое используется для регулировки натяжения троса.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Ритти, Греве и Кессенер 2007 , с. 159
- ^ Перейти обратно: а б Лукас 2005 , с. 5, сн. 9
- ^ Н. Сивин; Нидхэм, Джозеф (август 1968 г.), «Обзор : Наука и цивилизация в Китае Джозефа Нидхэма », Журнал азиатских исследований , 27 (4), Ассоциация азиатских исследований : 859–864 [862], doi : 10.2307/2051584 , JSTOR 2051584 , S2CID 163331341
- ^ Перейти обратно: а б Уайт 1962 , с. 104
- ^ Лишэн, Фэн; Цинцзюнь, Тонг (2009). «Кривошипно-шатунный механизм: его применение в Древнем Китае и его истоки» . В Хонг-Сен Яне; Марко Чеккарелли (ред.). Международный симпозиум по истории машин и механизмов . Springer Science and Business Media. п. 247. ИСБН 978-1-4020-9484-2 .
- ^ Перейти обратно: а б Нидхэм 1986 , стр. 118–119.
- ^ Lisheng & Qingjun 2009 , стр. 236–249.
- ^ Перейти обратно: а б Шиолер 2009 , стр. 113f.
- ^ Дата: Франкель, 2003 г. , стр. 17–19.
- ^ Единственная находка фрагментарного камня, датируемого «возможно» VI веком до нашей эры, может указывать на карфагенское происхождение ( Кертис 2008 , стр. 375).
- ^ Лаур-Беларт 1988 , стр. 51–52, 56, рис. 42
- ^ Вольперт 1997 , стр. 195, 199.
- ^ Уайт 1962 , стр. 105 и далее; Олесон 1984 , стр. 230 и далее.
- ^ Перейти обратно: а б с д Ритти, Греве и Кессенер 2007 , с. 161:
Из-за находок в Эфесе и Герасе изобретение системы кривошипа и шатуна пришлось перенести с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя возвращает его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные лесопилки с водяным приводом действительно использовались, когда Авзоний писал свою «Мозеллу».
- ^ Ритти, Греве и Кессенер 2007 , стр. 139–141.
- ^ Ритти, Греве и Кессенер 2007 , стр. 149–153.
- ^ Мангарц 2006 , с. 579ф.
- ^ Уилсон 2002 , с. 16
- ^ Ритти, Греве и Кессенер 2007 , стр. 156, сн. 74
- ^ Перейти обратно: а б с Уайт 1962 , с. 110
- ^ Hägermann & Schneider 1997 , стр. 425f.
- ^ Перейти обратно: а б Уайт 1962 , с. 170
- ^ Нидхэм 1986 , стр. 112–113.
- ^ Холл 1979 , с. 80
- ^ Перейти обратно: а б с д Уайт 1962 , с. 111
- ^ Холл 1979 , с. 48
- ^ Уайт 1962 , стр. 105, 111, 168.
- ^ Уайт 1962 , с. 167; Холл 1979 , с. 52
- ^ Уайт 1962 , с. 112
- ^ Уайт 1962 , с. 114
- ^ Перейти обратно: а б Уайт 1962 , с. 113
- ^ Холл 1979 , стр. 74f.
- ^ Уайт 1962 , с. 167
- ^ Уайт 1962 , с. 172
- ^ А.Ф.Л. Бистон, М.Дж.Л. Янг, Дж.Д. Лэтэм, Роберт Бертрам Серджант (1990), Кембриджская история арабской литературы , издательство Кембриджского университета , стр. 266, ISBN 0-521-32763-6
{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ аль-Хассан и Хилл 1992 , стр. 45, 61.
- ^ Бану Муса , Дональд Рутледж Хилл (1979), Книга гениальных устройств (Китаб аль-Хиял) , Springer , стр. 23–4, ISBN 90-277-0833-9
- ^ Ахмад И. Хасан . Система кривошипно-шатунов в машине непрерывного вращения .
- ^ Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41 , ISBN 978-1-4358-5066-8
Библиография
[ редактировать ]- Кертис, Роберт И. (2008). «Обработка и приготовление пищевых продуктов». В Олесоне, Джон Питер (ред.). Оксфордский справочник по технике и технологиям в классическом мире . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-518731-1 .
- Франкель, Рафаэль (2003), «Олинфская мельница, ее происхождение и распространение: типология и распространение», Американский журнал археологии , 107 (1): 1–21, doi : 10.3764/aja.107.1.1 , S2CID 192167193
- Холл, Берт С. (1979), Технологические иллюстрации так называемых «анонимных гуситских войн». Codex Latinus Monacensis 197, Часть 1 , Висбаден: доктор Людвиг Райхерт Верлаг, ISBN 3-920153-93-6
- Хагерманн, Дитер; Шнайдер, Хельмут (1997), История технологий Пропилеи. Земледелие и ремесла, 750 г. до н.э. до 1000 г. н. э. (2-е изд.), Берлин, ISBN 3-549-05632-Х
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - аль-Хасан, Ахмад Ю .; Хилл, Дональд Р. (1992), Исламские технологии. Иллюстрированная история , издательство Кембриджского университета, ISBN 0-521-42239-6
- Лукас, Адам Роберт (2005), «Промышленное измельчение в древнем и средневековом мире. Обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Technology and Culture , 46 (1): 1–30, doi : 10.1353/tech .2005.0026 , S2CID 109564224
- Лаур-Беларт, Рудольф (1988), Путеводитель по Августе Раурике (5-е изд.), Август
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - Мангарц, Фриц (2006), «О реконструкции византийской машины для распиловки камня с водяным приводом из Эфеса, Турция. Предварительный отчет», Лист археологической переписки , 36 (1): 573–590.
- Нидэм, Джозеф (1986), Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии: Часть 2, Машиностроение , Cambridge University Press, ISBN 0-521-05803-1 .
- Олесон, Джон Питер (1984), Греческие и римские механические водоподъемные устройства: история технологии , University of Toronto Press, ISBN 90-277-1693-5
- Вольперт, Ханс-Петер (1997), «Римская кривошипная мельница из Ашхайма, район Мюнхена», отчет о сохранении баварских археологических памятников , 38 : 193–199, ISBN 3-7749-2903-3
- Уайт, Линн младший (1962), Средневековые технологии и социальные изменения , Оксфорд: в Clarendon Press
- Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф каменной лесопилки с водяным приводом на саркофаге в Иераполисе и его последствия», Журнал римской археологии , 20 : 138–163, doi : 10.1017/S1047759400005341 , S2CID 161937987
- Шиолер, Торкильд (2009), «Коленчатый вал Августа и римская каменная лесопилка», Helvetia Archaeologica , vol. 40, № 159/160, стр. 113–124.
- Уилсон, Эндрю (2002), «Машины, энергетика и древняя экономика», Журнал римских исследований , том. 92, стр. 1–32.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Яркий момент: гипервидео конструкции и работы четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, предоставленное Ford Motor Company.
- Цифровая библиотека кинематических моделей для проектирования (KMODDL) — фильмы и фотографии сотен работающих моделей механических систем в Корнельском университете. Также включает в себя электронную библиотеку классических текстов по машиностроению и проектированию.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
