Кто изобрел карданный вал: Кто изобрел карданный вал? — Техно Кардан

все началось задолго до изобретения автомобиля- Статьи на kardanvalservis.ru

Способ соединения элементов карданной передачи позволяет компенсировать угловые и осевые перемещения компонентов относительно друг друга. И эта технология появилась задолго до изобретения именно карданной передачи.

Начать стоит с древних времен

Появление карданного вала связывают с именем итальянского математика, философа и инженера Джероламо Кардано, жившего в ХVI веке. Он детально

описал и даже сделал схему кардана и его использования для передачи крутящего момента. Однако, с нуля, этот ученый рассматриваемый тип передачи не изобретал. Принципы, на которых построена работа кардана, использовались и до него.

При рассмотрении истории карданного вала нужно начать с «карданова подвеса».

Принцип его работы заключается в использовании концентрических колец, которые могут перемещаться относительно друг друга, сохраняя равновесие предмета, расположенного в центе.

Подобные конструкции использовались многими:

• Еще боле 2000 лет назад в Китае использовали специальный подвес для масляной лампы. Он позволял держать лампу в вертикальном положении, независимо от положения всей конструкции, и не давал ей перевернуться.
• Похожую конструкцию описывал и Филон Византийский, живший в III веке до н.э. Только она создавалась не для свечи, а чтобы исключить проливание чернильницы.
• Древнегреческие и индийские мореплаватели использовали подобные конструкции в качестве подставок для компаса.
  
• Некоторые источники говорят о том, что вал, работающий по схожему принципу, использовался в карете императора Великой Римской Империи.
  С его помощью обеспечивалась плавность хода.

В общем, однозначно определить, кому именно принадлежит это изобретение, нельзя.

История после трудов Джероламо Кардано

Описав принципы использования кардана для передачи крутящего момента, этот ученый запустил «новый виток» в развитии рассматриваемого механизма. После этого карданные передачи стали использоваться в различных целях. А с появлением автомобилей, они пришли и в эту сферу.

Стремительное развитие и распространение карданной передачи происходило в XX веке. В 20-х годах французский инженер Ж. Грегуар провел исследования на предмет возможности применения в ней ШРУсов. И уже в 30-х годах это поставили на поток: Citroen активно использовала сдвоенные шарниры в своих авто.
Довольно важным моментом из новейшей истории кардана можно назвать появление композитных валов (они, хоть не очень широко, но используются сегодня). Опять же, сказать точно, кому это изобретение принадлежит, не получится.

Но можно полагать, что одними из первопроходцев в этом являются Д.Д. Мунгалов, А.М. Закржевксий и Ю.М. Тарнопольский. Еще в 80-х годах прошлого века они зарегистрировали патент SU 1677386 А1 на вал из композитного материала. Можно предположить, что их наработки сыграли важную роль в появлении новой разновидности кардана.

Джероламо Кардано

Джероламо (Джироламо, Иероним) Кардано (24 сентября 1501, Павия — 21 сентября 1576, Рим) — итальянский математик, инженер, философ, медик и астролог, изобретатель карданного вала.Побочный сын адвоката Фачио (Facio) Кардано.

Математик, инженер, философ, медик, астролог — чем только не занимался в своей бурной жизни уроженец Павии, подаривший свое имя одной из деталей автомобиля. Правда, в его время об автомобилях еще слыхом не слыхивали, — Джироламо Кардано увидел свет в 1501 году. Это была удивительная эпоха, когда по улицам запросто разгуливали величайшие гении, основатели новых направлений в живописи и философских школ, политических теорий и литературных жанров.

Отец Джироламо, знаток права, был знаком с Леонардо да Винчи. Сына заворожил дух Ренессанса, — это выразилось и в многосторонности его талантов, и в жажде знаний, и в склонности к авантюрам. Так, некоторое время он добывал средства на обучение в университете:, играя в кости. Наделенный математическим складом ума, Кардано изобрел собственную систему комбинаций, которая обеспечивала гарантированный выигрыш. Эту систему он потом изложит в специальном трактате, посвященном азартным играм. Трактатов Кардано вообще оставил много, среди них есть, например, посвященные музыке и ведению домашнего хозяйства. Молодой и любознательный ум быстро впитывал премудрости тогдашней науки. Кардано учился сначала в родной Павии и в 23 года получил степень доктора медицины. Два года спустя он был избран ректором знаменитого Падуанского университета. Ректор в 25 лет — неслыханный случай даже для того времени! Немного позже он увлекся математикой, и в 1534 году получил профессорскую кафедру в Милане, а затем — в Болонье. Больше всего он любил математику и точные науки, хотя доходное занятие врачебным делом не оставил. Среди пациентов доктора Кардано были могущественные князья и надменные правители бесчисленных маленьких государств, существовавших на территории Италии. Но преуспевающий врач и профессор математики не только лечил итальянскую знать, он еще составлял для нее гороскопы. В астрологию Джироламо верил так же свято, как маленькие дети — в Деда Мороза. Есть даже легенда, согласно которой Кардано по звездам предсказал день своей кончины и, чтобы, как говорится, не ударить в грязь лицом, уморил сам себя к названному сроку голодом. Что же, все может быть, — судя по оставленной им автобиографии, это был человек со странностями.

Но для потомков имя Кардано оказалось вписано в историю благодаря механике, которой он, вообще-то говоря, занимался только из любопытства. Блестящие способности маэстро проявились в изобретении шарнирного механизма, приводящего в движение два вала под переменным углом. Происходит это вращение благодаря подвижному соединению звеньев (жесткий механизм) или упругим свойствам специальных элементов (гибкий механизм). Как вы уже догадались, речь идет о карданном механизме. Последовательное соединение двух таких механизмов называется карданной передачей. И отныне, как встретите прилагательное «карданный», знайте — это все от него, от Джироламо Кардано, из его хитроумной головы.

А с какой радости, спросите вы, он изобрел эту самую карданную передачу, — ведь автомобили, как мы помним, в те времена еще не водились? Отвечаем: а для кареты императора Священной Римской империи, для его величества очередного Габсбурга. Такое усовершенствованное средство передвижения. Почти четыре века спустя об изобретении Кардано вспомнили автомобилестроители и приспособили к «самодвижущимся коляскам».

Кстати, свое имя Кардано подарил не только карданному валу, но и алгебраической формуле, предназначенной для нахождения корней неполного кубического уравнения. Увы, но счастливый изобретатель был несчастным и невезучим человеком. В 1560 году ему довелось пережить казнь старшего сына, осужденного за отравление жены (ревнивый супруг подозревал, что жена его обманывает).

Младший отпрыск пристрастился к азартным играм (видать, наследственное влечение) и воровал деньги у отца. Сам Джироламо Кардано из-за чрезмерного увлечения астрологией был обвинен в ереси, несколько месяцев провел в тюрьме, а остаток жизни (он умер в 1576 году) провел в Риме, пытаясь получить помилование у папы римского. Все-таки не довела до добра склонность к авантюризму.

В автобиографии, составленной на склоне лет, Кардано так пишет о себе: «Цель, к которой я стремился, заключалась в увековечении моего имени, поскольку я мог этого достигнуть, а вовсе не в богатстве или праздности, не в почестях, не в высоких должностях или власти». В «увековечении имени»: Согласимся, что этой цели он достиг.

По материалам WikiPedia и AvtoOlam

Recent Patented Improvements — Scientific American

• Share on Facebook

• Share on Twitter

• Share on Reddit

• Share on LinkedIn

• Share via Email

• Print

Следующие уведомления об изобретениях, запатентованных на прошлой неделе, были неизбежно вытеснены: ВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ. Несколько построенных до сих пор винтовых винтовых двигателей прямого действия. возражать в следующих деталях, а именно. : Горизонтальные двигатели занимают слишком много места в поперечном направлении судна, чтобы их можно было разместить на ходу. Вертикальные двигатели проходят сквозь палубы и выступают так высоко над ватерлинией, что становятся бесполезными для военных целей; и все утвержденные двойные двигатели работают на кривошипах, расположенных под прямым углом друг к другу, что включает в себя ряд подшипников, сильное трение и склонность к выходу из строя из-за смещения валов. В дополнение к этим несовершенствам чрезвычайной короткостью кривошипов с сопутствующим большим трением о шатунные шейки и шейки, не говоря уже о большой диагональной нагрузке шатунов, являются серьезными недостатками винтовых винтовых двигателей прямого действия, которые теперь распространены. использовать. Чтобы устранить эти трудности, хорошо известный способный и опытный изобретатель Джон Эрикссон, прославившийся горячим воздухом, изобрел полезное усовершенствование паровых двигателей для рабочих пропеллеров, состоящее в расположении двух цилиндров двойного двигателя в таком положении.

таким образом, что их основание или днище находятся в плоскости, проходящей через ось гребного вала или почти так, в сочетании с определенным расположением валов, шатунных шейок и шатунов для передачи движения от поршней к валу, в результате чего изобретатель получает возможность, во-первых, приблизить цилиндры к карданному валу, а значит, сэкономить место и построить раму двигателя большой прочности и компактности. Во-вторых, чтобы избежать диагональной тяги и трения ползунов, неизбежных, когда шатун прикреплен непосредственно к крестовине. В-третьих, управлять двумя шатунами почти под прямым углом друг к другу, что позволяет изобретателю производить непрерывное движение с помощью одного кривошипа на гребном валу и одной общей шатунной шейки. В-четвертых, использовать кривошип на карданном валу намного длиннее, чем половина длины хода поршня, тем самым уменьшая сильное давление на кривошипные шейки и шейки, которое до сих пор вызывало столько проблем из-за перегрева подшипников и в то же время время уменьшения нагрузки на раму двигателя. Изобретатель проживает в Нью-Йорке. ВИНТОВАЯ МАШИНА. — Айра Григгс из Ютики, штат Нью-Йорк, изобрел машину для токарной обработки головок винтов и нарезания в них пазов, и он поручил это изобретение компании Utica Screw Cutting Machine Company. Изобретение состоит в определенном способе применения и эксплуатации ряда винтовых держателей заготовок в машине в сочетании с подходящей компоновкой подающего устройства для подачи заготовок в держатели; токарные резцы для вырезания головок и пила для вырезания в них насечек; так что большее количество заготовок может быть обработано в данное время и более совершенным образом, чем это обычно делается. Существует также определенное относительное расположение ведущего вала станка, держателей заготовок и содержащего их вращающегося материала, токарных резцов и пилы для нарезания пазов, посредством чего приводной ремень, вращающий держатели заготовок или их оси, поворачивается. и отделка головок, приходит в негодность во время вырезания пазов в головках. Он также состоит из ряда упоров для поддержки шейки винтов с целью удержания головок в неподвижном состоянии во время действия токарных резцов и пилы. Существует также своеобразный метод применения и регулировки штампов или губок держателей заготовок, чтобы они захватывали заготовки и приспосабливали их к различным размерам. Усовершенствованный способ применения пружинного пуансона в сочетании с плунжером, приводящим в действие губки или матрицы держателя, используется для выгрузки винтовых заготовок из держателей за счет движения упомянутого плунжера. ВОДЯНОЙ СИГНАЛИЗАЦИЯ. С. У. Уоррен из Бруклина, штат Нью-Йорк, изобрел усовершенствованные средства управления клапанами сигнальных водомеров, предохранительными клапанами и питателями для паровых котлов. Усовершенствование заключается в известном способе применения пружины в сочетании с вентилем и трубкой, один конец которой соединен с верхней частью, составляющей паровое пространство котла, а другой — с нижней частью водяного. его пространство; указанная труба расположена чуть ниже надлежащего уровня воды в котле, так что она остается заполненной водой до тех пор, пока вода в котле не опустится ниже надлежащего уровня, но на таком расстоянии от котла, что вода, подаваемая в него котлом, никогда не будет иметь такой высокой температуры, как в самом котле, когда в котле находится пар. Когда уровень воды в котле опускается ниже надлежащего уровня, вода покидает трубку, и пар заполняет ее, вызывая тем самым повышение ее температуры, в результате чего она расширяется в продольном направлении и своим расширением заставляет пружину воздействовать на нее. переместите клапан и дайте выходу пара, чтобы прозвучал сигнальный свисток или открылась подающая труба. ОСАГОВКА ШИН И ОСЕЙ. Эта машина предназначена для уменьшения диаметра шин без необходимости вырезания их части. Он также предназначен для увеличения диаметра плеч или шеек осей. Для достижения первого результата часть шины сжимается или выпячивается между двумя губками с помощью длинных рычагов, а выгнутая часть затем прибивается к наковальне. А для достижения второй цели шейки осей помещаются в полые металлические гнезда, а затем зажимаются губками и эксцентриковыми рычагами до тех пор, пока шейки не укорачиваются и не увеличиваются в диаметре. Это изобретение представляется весьма полезным, так как оно дает в руки каждого деревенского кузнеца дешевое и простое приспособление, с помощью которого он может за очень короткое время высаживать шины и шейки осей. Зена Дулиттл из Перри, штат Джорджия, является изобретателем. КАНАЛОВЫЕ ЛОДКИ. Это изобретение, четко определяемое формулой изобретения, предназначено для того, чтобы избежать серьезных неудобств, возникающих при управлении канальными лодками, корма которых опускается ниже носовой части под действием веса двигателя, с, когда носовая часть не загружена. и о лодке, сброшенной с ровного киля, упомянутое неудобство заключалось в том, что ветер обдувал носовую часть лодки и, как следствие, невозможность, очень часто, удерживать лодку на прямом курсе. Мы рассматриваем это как хорошее изобретение. Он был запатентован Джасом. Э. Гибсон, Порт-Карбон, Вирджиния. РАСТОЧНАЯ МАШИНА. Это изобретение обеспечивает буровой станок, который будет иметь два размера шнеков и будет вращать большой шнек с низкой скоростью и малый шнек с высокой скоростью. Устройство очень компактно, и благодаря этому удается избежать затрат на две отдельные расточные машины, одна для сверления легких, а другая — для тяжелых работ. Мы рассматриваем изобретение как достойное и полезное. Это изобретение Л. А. Доула из Салема, штат Огайо. СПАЛЬНЫЙ ВАгон. Зенас Кобб из Чикаго, стр. 111. изобрел улучшенный спальный вагон, в котором четыре человека могут комфортно спать на том же месте, которое они занимают, сидя в машине днем. Это достигается за счет того, что сиденья и спинки скользят по путям до тех пор, пока они не сойдутся, образуя таким образом кровать для двоих, а также наличие двух полок, которые можно регулировать, чтобы образовать кровать еще для двоих. В дневное время полки образуют дополнительную спинку к сиденью. Также предусмотрен стол, который можно сложить в сторону или на который, если его опустить между сиденьями, можно положить свертки или подавать еду. МАШИНА ДЛЯ СБОРА КАМНЯ. Это изобретение состоит в наличии сосуда или ящика, установленного на колесах и имеющего наклонную плоскость на его переднем конце; к колесам ящика прикреплены стержни, которые также соединены со скребком, работающим по наклонной плоскости и который с помощью пружинных или откидных направляющих, соединенных со стержнями, приводится, по мере движения машины, в собрать камни в сосуд или коробку. Эта наиболее полезная машина — изобретение Г. В. Бишупа из Бруклина, штат Нью-Йорк. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КРАН. Это изобретение состоит в использовании вращающихся цилиндров, снабженных толкателями, расположенными в таком отношении к трубке крана и соединенными с подходящим механизмом, с указателем, пружинами и отсечкой, так что жидкости могут быть взяты из сосуд в измеренных количествах. Гилберт Хаббард из Монтвилля. Массачусетс, изобретатель.

Эта статья первоначально была опубликована под заголовком «Последние запатентованные усовершенствования» в журнале Scientific American 13, 46, 366 (июль 1858 г.)

doi:10.1038/scientificamerican07241858-363b

Разработка винтового пропеллера

Дом

Пароходы приводились в движение гребными колесами с самых первых дней до середины прошлого века, когда были успешно проведены эксперименты с гребными винтами и винто- 9Судовой двигатель типа 0042 постепенно развивался

МОРСКИЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ИСТОРИЯ — 4

БУКСИР- OF- ВОЙНА между колесным пароходом и винтовым пароходом для выбора более эффективного метода движения. В 1845 году H.M.S. Rattler, приводимый в движение винтом, и H.M.S. Алекто, оснащенные веслами, были испытаны друг против друга в захватывающей войне перетягивания каната. Хотя корабли были одинакового размера и номинальной мощностью л.с., H.M.S. Rattler удалось буксировать свою соперницу со скоростью почти три узла.

В предыдущих главах мы проследили историю судового двигателя применительно к колесным пароходам. Однако гребной винт был повсеместно принят на всех судах, кроме тех, которые используются для прогулочных экскурсий и плавания по мелководным рекам и озерам. Только после того, как гребной пароход достиг высокого уровня эффективности, гребной винт стал широко использоваться морскими инженерами. Но в течение многих лет различные изобретатели время от времени предлагали движение винтами. Уже в 1729 г.изобретатель по имени Дю Ке предложил винт для приведения в движение кораблей, и аналогичные предложения были сделаны Даниэлем Бернулли в 1752 году и Брамой в 1785 году. Этот гребной винт предназначался для установки в раму, прикрепленную к корпусу корабля. Он должен был приводиться в движение лебедками с ручным управлением через систему тросов и шкивов. Лодка, оснащенная этим устройством, была испытана в Гренландском доке в Лондоне, но была достигнута скорость всего две мили в час.

Аналогичное устройство было изобретено Эдвардом Шортером в 1800 году. Оно состояло из двухлопастного гребного винта на наклонном валу, поддерживаемого буем на корме судна. Наклонный вал, несущий гребной винт, через кардан приводился в движение вторым валом на корабле выше ватерлинии . Транспортный «Донкастер» был оснащен винтом Шортера. С восемью мужчинами на шпиле, обеспечивающими движущую силу, она развила скорость в полторы мили в час во время штиля в Гибралтарском заливе, а затем на Мальте.

Эдвард Шортер также предположил, что его гребной винт может приводиться в движение паровым двигателем , но первая попытка использовать этот метод движения корабля приписывается американцу полковнику Джону Стивенсу в 1804 году. Лодка полковника Стивенса была малый двухвинтовой паровой катер . Она совершила ряд успешных пробных запусков в гавани Нью-Йорка, но коммерческим успехом эти эксперименты не увенчались. Только в 1837 году гребной винт был успешно применен на кораблях, и честь внесения вклада в эту важную разработку в морской технике разделяется Фрэнсисом Петтитом Смитом и капитаном Джоном Эрикссоном, которые работали независимо друг от друга.

В 1836 году Фрэнсис Смит, фермер из Хендона (Миддлсекс), запатентовал гребной винт с одинарной резьбой и двумя полными витками, напоминающий часть большого винта пробки . Он вращался в нише на корме корабля. Смит провел свои ранние эксперименты с винтами на пруду с моделью с часовым механизмом. Эта маленькая лодка оказалась настолько удачной, что в Уоппинге был построен катер грузоподъемностью 6 тонн, названный в честь изобретателя. Винт, установленный на горизонтальном валу, приводился в движение конической передачей через вертикальный вал, достигавший выше ватерлинии. Движущей силой была паровая с цилиндром диаметром 6- и ходом 15-.

Этот спуск был опробован на Паддингтонском канале, где в 1837 году удачная авария привела к дальнейшему усовершенствованию движения корабля. Во время одного из походов катера по каналу отломилась половина деревянного гребного винта, и, к удивлению экипажа, скорость плавсредства сразу увеличилась. Затем на « Ф. П. Смит» был установлен металлический винт, состоящий из одного полного оборота вместо двух, и впоследствии он совершил несколько рейсов в устье Темзы из Лондона в Фолкстон со скоростью около пяти с половиной узлов.

После этих экспериментов Смит внес поправки в описание своего патента в 1839 году, и его винт был описан как состоящий из одного витка или, альтернативно, двойной резьбы с двумя полувитками на витка. Таким образом был разработан двухлопастной гребной винт .

Именно в Хендоне — Фрэнсис Смит провел свои первые эксперименты — , где почти сто лет спустя были проведены другие интересные эксперименты с воздушным винтом, на этот раз на первом самолете.

ВИНТ С ТРОЙНОЙ РЕЗЬБОЙ , запатентованный Уильямом Литлтоном в 1794 году. Он устанавливался в раму, которую можно было прикрепить к носу, корме или бортам корабля. Винт был рассчитан на ручное управление тросами от лебедок на палубе судна.

Для использования измененных патентов Смита от 1839 года была создана компания, и в том же году был спущен на воду Archimedes (237 тонн). Сначала она была оснащена винтом с одинарной резьбой диаметром 7 футов. Этот гребной винт впоследствии был заменен винтом двухцилиндрового двигателя.Лопастной тип 0042, диаметр 5 футов 9-, скорость вращения 139 оборотов в минуту. Двигатель совершал всего 26 оборотов в минуту и ​​был связан с карданным валом посредством зубчатой ​​передачи.

«Архимед» развил скорость в девять узлов и, помимо кругосветки Британских островов, совершил плавание в Порту в Португалии. Эти успехи доказали пригодность гребного винта для морских целей, и Фрэнсис Смит был посвящен в рыцари в 1871 году за заслуги перед судоходством.

Известный инженер Джон Эрикссон из Швеции после увольнения из шведской армии поселился в Англии и работал независимо от Смита. В 1836 году он запатентовал гребной винт, состоящий из двух барабанов на валу. Каждый барабан имел ряд винтовых лопастей по периферии, и лопасти на одном барабане были наклонены в направлении, противоположном лопастям на другом барабане. Интересной особенностью винта Эрикссона было расположение двух барабанов. Они были установлены на общей оси, но вращались в противоположных направлениях. Задний барабан вращался с большей скоростью, потому что он действовал в воде, которая уже была приведена в движение передним барабаном.

Реверсивное направление заднего барабана предназначалось для противодействия потерям, вызванным вращательным движением воды за ведущим барабаном. Расположение дуплексных винтов в морской практике не соблюдалось, поскольку опыт показал, что связанное с этим усложнение не улучшало производительность. Сам Эрикссон часто использовал один винт. В современной торпеде сохранились сдвоенные винты, вращающиеся в противоположных направлениях на одном валу. Это устройство используется для противодействия «крутящему моменту» или силе, которая пытается перевернуть торпеду против направления вращения одного винта.

Винтовой винт Эдварда Шортера, ЗАПАТЕНТОВАННЫЙ В 1800 ГОДУ, был описан как «вечная гребная машина». Винт был затоплен в кильватерной струе корабля, и буй предотвратил его затопление. Винт с ручным приводом был испытан на транспортном Донкастере в 1802 году. Лучшая скорость была менее двух миль в час.

Фрэнсис Смит, как мы уже отмечали, использовал модели для своих ранних экспериментов, и Эрикссон принял аналогичные меры. Он экспериментировал с моделью корабля в круглом резервуаре, из центра которого выступала трубчатая рука. Модель была оснащена гребным винтом, приводимым в движение небольшой паровой машиной. Пар подавался в двигатель через вращающееся трубчатое плечо.

Первое практическое испытание гребного винта Эрикссона было проведено на Темзе в 1837 году. 45-футовая лодка «Фрэнсис Б. Ойден» была оснащена винтовым двигателем. Она буксировала баржу Адмиралтейства с несколькими лордами Адмиралтейства на борту из Сомерсет-Хауса в Блэкволл и обратно со средней скоростью десять узлов.

После того, как были проведены другие эксперименты, военно-морской офицер Соединенных Штатов, капитан Р. Ф. Стоктон, организовал строительство судна длиной 70 футов и шириной 10 футов, с двигателями, приводящимися в действие непосредственно на гребной вал. Этот корабль, «Роберт Ф. Стоктон», был построен в Биркенхеде компанией Laird Bros в 1838 году и развивал скорость в тринадцать узлов по мере течения. Она пересекла Атлантику под брезентом в начале 1839 года.и много лет служил буксиром в гавани Нью-Йорка под названием Нью-Джерси. Эрикссон уехал в Соединенные Штаты позднее в 1839 году. Там его изобретение использовалось на ряде американских речных пароходов и на военном корабле США «Принстон», построенном в 1842 году. — К концу 1845 г. было принято идущих корабля. В апреле того же года произошла знаменитая «дуэль» между H.M.S. Рэттлер и H.M.S. Алекто. Сосуды были одинаковы по размеру и одинаковой номинальной лошадиной силе.0042 мощности, но винтовой Rattler, пришвартованный кормой к корме весло- шлюпа Alecto, был в состоянии буксировать своего соперника за кормой со скоростью почти три узла.

Однако этот тест нельзя считать окончательным в пользу винта. Двигатели «Рэттлера» развивали 300 л.с. — мощности против 141 л.с. у «Алекто», несмотря на их равенство по номинальной мощности — л.с.

ДВА ВИНТА В ОДНОМ, теперь используется в улучшенной форме для современной торпеды. Эта форма винта была изобретена капитаном Джоном Эрикссоном, известным шведским инженером, в 1836 году. Передний барабан, снабженный винтовыми лопастями, вращался в одном направлении, а задний барабан вращался в противоположном направлении с большей скоростью.

Двигатели H.M.S. Раттлеры были «сиамского» типа Модслея и приводили вал в движение через цилиндрическую передачу, которая увеличивала скорость винта до 113 оборотов в минуту, или в четыре раза больше скорости кривошипа. Пропеллер хранится в Музее науки в Южном Кенсингтоне. Имея диаметр 10 футов 1¼- дюйма, он сделан из литого оружейного металла и весит 1 тонну 6½ центнеров-. Интересное сравнение с 35--тонными винтами из фосфорной- бронзы R.M.S. Queen Mary, построенный девяносто лет спустя.

Разработка гребного винта была обусловлена ​​многими факторами, помимо эффективности. Винтовой винт стоит меньше, чем пара гребных колес. Кроме того, его было удобнее помещать в корпус корабля, так как не требовалось спонсонов или гребных ящиков.

Для движения военных кораблей были полностью оценены очевидные преимущества винта, хотя Адмиралтейство сначала подумало, что этот метод движения будет мешать управлению. Однако выдающимся преимуществом гребного винта перед гребными колесами для морского использования была его сравнительная невосприимчивость к воздействию артиллерийского огня. Гребные винты, как правило, были полностью погружены в воду, а двигатель располагался ниже ватерлинии.

Еще одна причина предпочтения гребного винта заключалась в том, что его можно было использовать с большей готовностью, чем гребные колеса, в качестве вспомогательного средства движения парусных судов или для управления судами во время штиля. Гребные колеса на парусном корабле под брезентом вряд ли были преимуществом, когда они стояли, потому что весла действовали как высокоэффективные якоря и чрезвычайно замедляли движение. Были испробованы различные способы, позволяющие гребному кораблю сбрасывать колеса при попутном ветре. Поплавки были сконструированы так, чтобы двигаться внутрь к лопастному валу. Иногда колеса делались так, что их можно было разобрать в море и убрать на палубу, когда они не нужны.

Сопротивление холостого винта- гребного винта было не таким серьезным, как у двух гребных колес. Одним из используемых устройств была рама «банджо», которая несла винт и могла свободно перемещаться по вертикальным направляющим. Верх рамы был снабжен шкивами, через которые проходили цепи или канаты к другим шкивам, прикрепленным к балке наверху. Эта балка была прикреплена к палубе корабля, а под ней находился полый ствол, через который винт можно было поднять над водой. Подъемная цепь проходила через шкивы и вела к лебедке или шпилю на палубе. Прежде чем его можно было поднять, необходимо было отсоединить гребной винт от его вала, а ствол был такой формы, чтоМожно использовать винт с лопастью 0042.

Другие устройства включали использование гребных винтов с подвижными лопастями, которые можно было регулировать изнутри судна. Двухлопастной винт с лопастями, расположенными вертикально и направленными вперед и назад, маскировался ахтерштевнем корабля и при движении по воде практически не оказывал сопротивления. Аналогичные устройства можно было бы также использовать для изменения шага гребного винта путем изменения углов лопастей. Эта практика позволила использовать двигатели с максимальной выгодой в различных условиях ветра. На знаменитом пароходе «Грейт Истерн» винт, когда он не требовался для движения корабля (у него были еще весла и паруса), приводился во вращение небольшими вспомогательными двигателями и поэтому не помогал и не мешал его скорости.

После ценной работы первых пионеров конструкции гребных винтов был разработан тип винта, который широко использовался примерно до 1860 года. Он был известен как обычный винт и имел лопасти с широкими концами и небольшую цилиндрическую втулку. Однако обычный винт имел два основных недостатка. Ближайшие к бобышке части лезвий не служили никакой полезной цели и фактически были источником слабости, поскольку бобышка была сделана как можно меньше. Широкие веерообразные концы лопастей поглощали большое количество энергии, не увеличивая тяги винта, а также способствовали возникновению вибрации. В 1849 г.инженер по имени Роберт Гриффитс начал серию исследований действия морских гребных винтов, и эта работа продолжалась до 1855 года. Результатом стало патентование гребного винта, в котором были преодолены недостатки обычного винта и внесен ряд других усовершенствований. Центральная часть винта Гриффитса была заполнена примерно на одну треть его диаметра сферическим или эллипсоидальным выступом. От этой бобышки лопасти расширялись до максимальной ширины примерно в два с половиной метра.0042 пятых по радиусу от центра, а затем снова сужается к уплощенному концу. Принципы винта Гриффитса воплощены в большинстве современных гребных винтов, хотя его лопасти крепились отдельно и регулировались по шагу. Современные лопасти пропеллера теперь отлиты вместе с бобышкой, которая пропорционально меньше.

Помимо Роберта Гриффитса были и другие изобретатели, как до него, так и после него, посвятившие свою энергию усовершенствованию гребного винта. Проблемы, связанные с винтовым движителем, сложны. Размер, вес, количество оборотов в минуту, количество лопастей и их форма — все это необходимо учитывать при разработке эффективного воздушного винта. Соотношение всех качеств, которые объединяются для создания идеального гребного винта, является задачей, требующей большого технического мастерства, но некоторые трудности, встречающиеся в этой области морской техники, могут быть указаны без обсуждения вопроса во всех его чисто научных аспектах.

Корабельный винт действует на воду, которая не находится в состоянии покоя. Корабль, когда он движется вперед, несет с собой некоторое количество воды, и форма корпуса в кормовой части существенно влияет на работу винта из-за ее влияния на то, как вода приближается к винту. Если рассматривать приближающуюся воду в виде цилиндрического столба, скорость которого увеличивается под действием винта, то такой столб должен уменьшаться в диаметре, чтобы обеспечить максимальную эффективность.

Проблема вибрации

При таких обстоятельствах очевидно, что не должно быть движения водяного столба наружу, так как это привело бы к увеличению его диаметра.

Многие изобретатели разработали гребные винты, предназначенные для преодоления этой трудности. В 1843 году граф Дандональд запатентовал гребной винт с лопастями, наклоненными назад, чтобы предотвратить любой поток воды наружу. Другие изобретатели предусмотрели концентрические гребни на лопастях для достижения той же цели, а некоторые винты имели серповидную форму. Серп- 9Гребной винт формы 0042 был запатентован Германом Гиршем в 1860- 66 гг., а в 1870 г. ряд кораблей был оснащен четырьмя лопастными винтами этого типа. Первоначально суда были оснащены винтами Гриффитса, и говорят, что после замены их скорость увеличилась примерно на один узел.

Другая проблема, которую пытались решить конструкторы гребных винтов, связана с обратным движением, сообщаемым воде передней или передней частью лопасти гребного винта. Именно на этой уже приведенной в движение воде приходится действовать кормовой части лопасти. Эрикссон, как описано ранее в этой главе, попытался преодолеть эту трудность, используя винт, состоящий из двух частей, причем задняя часть вращалась с большей скоростью, чем передняя.0042 часть. Однако до патентования гребного винта Эрикссона другой изобретатель — Беннет Вудкрофт — запатентовал в 1832 году винт с постепенно увеличивающимся шагом в направлении кормы. Больший шаг облегчал достижение более высокой скорости.

Вибрация — постоянная проблема механика по винтам. Двигатели и гребные винты могут находиться в идеальном «балансе», и все же лопасти могут последовательно проходить через участки воды с совершенно разными скоростями. Такие обстоятельства производят на лезвия такое же воздействие, как серия ударов, и, таким образом, вызывают вибрацию. Проблема усугубляется, если частота этих ударов совпадает с частотой вибрации.0042 частота корпуса корабля. Одним из способов решения проблемы является изменение количества лопастей в гребном винте. Зарегистрирован пример S.S. Soemba, одновинтового корабля валовой вместимостью 6718 тонн, построенного в 1923 году. Первоначально он был снабжен четырехлопастным гребным винтом , который подвергался чрезмерной вибрации. Усовершенствование было произведено заменой винта и заменой винта с пятью лопастями.

ИСХОДНАЯ ФОРМА винта, запатентованного сэром Фрэнсисом Смитом, видна справа. В 1836 году катер Ф. П. Смита, оснащенный этим винтом, прошел испытания на Паддингтонском канале в Лондоне. Половина винта оторвалась, и это придало судну значительно большую скорость. Затем изобретатель изобрел винт с одним оборотом, как показано выше. Это, по сути, двух- лопастной винт.

Со времен Смита и Эрикссона были внесены значительные улучшения в конструкцию и конструкцию морских винтовых гребных винтов , но по необходимости существует значительная потеря энергии при движении из-за движения, придаваемого воде, и трения с лопаточными поверхностями. Лишь около двух третей мощности, сообщаемой валом винту, используется с пользой для приведения корабля в движение.

Тот факт, что гребной вал был на корабле даже ниже, чем коленчатый вал гребного обусловил необходимость внедрения новых идей в морскую технику.

Многочисленные и остроумные устройства впоследствии использовались для установки двигателей необходимой мощности в ограниченном пространстве корпуса корабля. Конструкции судовых двигателей непрерывно следовали друг за другом, поскольку усовершенствования диктовались опытом и тщательным экспериментированием. Наконец, был разработан вертикальный поршневой двигатель с перевернутыми цилиндрами, установленными на раме спереди и сзади на одной линии с гребным валом. Постепенный процесс определения наилучшего положения поршневой паровой машины на корабле привел к идеальному расположению многоцелевого двигателя.0042 цилиндровый двигатель на мазуте — современный конкурент парового поршневого или газотурбинного двигателя.

Ранние винтовые двигатели вместе с их современными лопастными колесными двигателями считаются одними из лучших образцов британского мастерства и инженерной мысли.

В предыдущей главе «Морские двигатели и их история» было показано, как первые лопастные двигатели произошли от массивных стационарных двигателей, использовавшихся на суше. Даже декоративный железный каркас, несмотря на его вес, был точно скопирован для использования на море.

КОНСТРУКЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ВИНТА основана на показанном здесь винте. Этот винт был запатентован Робертом Гриффитсом в 1855 году. К центральному выступу, примерно на одну треть от общего диаметра, прикреплены винтовые лопасти, которые увеличиваются в ширину, а затем сужаются до уплощенного конца.

Первые винтовые двигатели также демонстрировали основные черты двигателя, использовавшегося в то время для привода гребных колес. Однако морской гребной винт требует более высокой скорости вращения, чем гребное колесо. Поэтому необходимо было принять меры для «ускорения» двигателей, чтобы они соответствовали новым условиям, предъявляемым винтовым двигателем. Для получения более быстрого винта- без увеличения скорости двигателей, зубчатая передача использовалась в различных формах. Канаты или ремни иногда использовались на шкивах разных размеров для получения необходимой скорости вала. Однако чаще использовались цепи и звездочки или зубчатые колеса. Многие ранние морские двигатели были оснащены зубчатой ​​или цилиндрической передачей. Современные двигатели R.M.S. Королева Мария также приводит в движение свои гребные винты с помощью зубчатой ​​передачи, но в данном случае огромные зубчатые колеса предназначены не для увеличения, а для уменьшения передачи огромной скорости турбин огромного корабля. Утверждается, что гребные винты требуют большей скорости, чем гребные колеса. Однако они не должны двигаться слишком быстро, иначе возникнет явление «кавитации», что приведет к снижению эффективности. Когда имеет место кавитация, скорость винта образует полость в воде и заставляет винт вращаться, не толкая корабль вперед. По устройству зацепления мощность ВЧ обороты турбины без потери КПД передаются современному воздушному винту, который вращается с меньшей скоростью.

Исключением из использования двигателей с редуктором был метод, использованный на пароходе Роберта Ф. Стоктона 1838 г., упомянутом выше. Это судно приводилось в движение двигателями прямого действия, вращавшимися со скоростью пятьдесят оборотов в минуту, что тогда считалось опасным.