Кривошип — это рычаг, прикрепленный под прямым углом к вращающемуся валу, посредством которого круговое движение передается валу или принимается от него. В сочетании с шатуном он может использоваться для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное движение или наоборот. Рычаг может быть изогнутой частью вала или отдельным рычагом или диском, прикрепленным к нему. К концу кривошипа с помощью шарнира прикреплен стержень, обычно называемый шатуном ( шатуном).
Термин часто относится к рукоятке, приводимой в действие человеком, которая используется для ручного вращения оси, как в велосипедной кривошипной системе или в дрели с распоркой и битой . В этом случае рука или нога человека служит в качестве соединительного стержня, прикладывая возвратно-поступательное усилие к рукоятке. Обычно имеется стержень, перпендикулярный другому концу рычага, часто со свободно вращающейся ручкой или педалью.
Вот известные примеры:
Почти все поршневые двигатели используют кривошипы (с шатунами ) для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение. Кривошипы встроены в коленчатый вал .
Считалось, что доказательства самой ранней настоящей рукоятки были найдены в модели сельскохозяйственного веялки из глазурованной глины эпохи Хань, датируемой не позднее 200 г. н. э. [3] [4] , но с тех пор была обнаружена серия похожих керамических моделей с веялками, работающими от кривошипа, одна из которых датируется династией Западная Хань (202 г. до н. э. – 9 г. н. э.). [5] [6] Китайцы использовали кривошипно-шатунный механизм в древних взрывных аппаратах, текстильных машинах и сельскохозяйственных машинах не позднее династии Западная Хань (202 г. до н. э. – 9 г. н. э.). Впервые он был использован в ручном курен и длинном (предмете для обдирки зерна), прежде чем эволюционировал в другие устройства. По словам Ф. Лишенга и Т. Цинцзюня, ручная рукоятка вращающейся курен отличалась от рукоятки, которая представляла собой комбинацию ручного кривошипа и толкающе-тянущего шатуна с помощью шарнира. [7] В конечном итоге кривошипно-шатунные механизмы стали использоваться для взаимного преобразования или вращательного и возвратно-поступательного движения в других областях, таких как просеивание муки, прялка с ножным приводом, водяные печные мехи и шелкомотальные машины. [8] [6]
У древних египтян были ручные дрели, напоминающие рукоятку, во времена Древнего царства (2686–2181 гг. до н. э.) и даже иероглиф для обозначения инструмента. [9] Однако древнеегипетская дрель не работала как настоящая рукоятка. [10]
Более поздние свидетельства использования кривошипа в сочетании с шатуном в машине появляются на древнегреческой лесопилке в Иераполе в Римской Азии с 3-го века н. э. и двух каменных лесопилках в Герасе , Римская Сирия , и Эфесе , Греческая Иония под Римом (обе с 6-го века н. э.). [11] На фронтоне мельницы в Иераполе показано водяное колесо , питаемое мельничным шкивом, приводящее в действие через зубчатую передачу две рамные пилы , которые режут прямоугольные блоки с помощью неких шатунов и, по механической необходимости, кривошипов. Сопроводительная надпись на греческом языке . [12] Механизмы кривошипа и шатуна двух других археологически подтвержденных лесопилок работали без зубчатой передачи. [13] [14]
Кривошип появляется в середине IX века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их «Книге гениальных устройств» . [15] Однако эти устройства совершали лишь частичные вращения и не могли передавать большую мощность, [16] хотя для преобразования его в коленчатый вал потребовалась бы лишь небольшая модификация . [17]
Аль-Джазари (1136–1206) описал систему кривошипа и шатуна во вращающейся машине в двух своих водоподъемных машинах. [18] Его двухцилиндровый насос включал коленчатый вал. [19] Кривошип позже также описывается в арабской рукописи начала XV века «Механика» Герона Александрийского . [ 20]
Первые вращающиеся ручные мельницы, или вращающиеся жернова, появились в Испании (600 г. до н.э. – 500 г. до н.э.), [21] [22] прежде, чем они распространились на Восток. [21] [22] Ручка около внешнего края вращающейся части образует кривошип, [21] [23] [24] человеческая рука, приводящая в движение вращение, будет шатуном. [21] По словам Ф. Лишенга и Т. Цинцзюня, ручная рукоятка вращающейся жернова отличалась от кривошипа, который представлял собой комбинацию ручного кривошипа и толкающе-тянущего шатуна с помощью шарнира. [7]
Механизм Антикитеры, датируемый примерно 200 г. до н.э., [25] [26] использовал рукоятку как часть своего механизма. [27] Рукоятка использовалась для ручной установки начальной даты предсказания. [28] [29]
Более поздние свидетельства использования кривошипа в сочетании с шатуном в машине появляются на древнегреческой лесопилке в Иераполе в Римской Азии с 3-го века н. э. и двух каменных лесопилках в Герасе , Римская Сирия , и Эфесе , Греческая Иония под Римом (обе с 6-го века н. э.). [11] На фронтоне мельницы в Иераполе показано водяное колесо , питаемое мельничным шкивом, приводящее в действие через зубчатую передачу две рамные пилы , которые режут прямоугольные блоки с помощью неких шатунов и, по механической необходимости, кривошипов. Сопроводительная надпись на греческом языке . [12] Механизмы кривошипа и шатуна двух других археологически подтвержденных лесопилок работали без зубчатой передачи. [13] [14]
Римский железный рычаг неизвестного назначения, датируемый II веком н. э., был раскопан в Аугусте Раурике , Швейцария . Длина детали 82,5 см (32 дюйма) имеет на одном конце бронзовую ручку длиной 15 см (6 дюймов), другая ручка утеряна. [32] [31]
В Ашхайме , недалеко от Мюнхена , был раскопан настоящий железный кривошип длиной около 40 см (16 дюймов), а также пара разбитых жерновов диаметром от 50 до 65 см (от 20 до 26 дюймов) и различные железные предметы. Римская мельница с кривошипным приводом датируется концом II века н. э. [33] Однако часто цитируемая современная реконструкция ковшового цепного насоса, приводимого в движение маховиками с ручным приводом, с кораблей Неми была отвергнута как «археологическая фантазия». [34]
В античной литературе есть упоминание о работе водяных пил для мрамора недалеко от Трира , ныне Германия , написанное поэтом конца IV века Авсонием ; [30] примерно в то же время эти типы мельниц, по-видимому, упоминаются также греческим христианским святым Григорием Нисским из Анатолии , что демонстрирует разнообразное использование энергии воды во многих частях Римской империи [35] Три находки отодвигают дату изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие: [30]
Вместе с кривошипно-шатунной системой все элементы для построения паровой машины (изобретенной в 1712 году) — эолипил Герона ( генерирующий энергию пара), цилиндр и поршень ( в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах), зубчатая передача (в водяных мельницах и часах) — были известны еще во времена Римской империи. [36]
.jpeg/1280px-Skizze_Kurbelwagen_(Vigevano).jpeg)
Вращающийся точильный камень — самое раннее его изображение — [37] , который приводится в действие рукояткой, показан в каролингской рукописи Утрехтской Псалтири ; рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу. [38] Музыкальный трактат, приписываемый аббату Одо Клюнийскому ( ок. 878–942 ), описывает струнный инструмент с ладами, который извлекался с помощью смоляного колеса, вращаемого рукояткой; устройство позже появляется в двух иллюстрированных рукописях XII века. [37] Также есть две картины Фортуны , вращающей свое колесо судьбы, из этого и следующего столетия. [37]
Использование рукояток для трепанации было описано в издании Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines 1887 года и приписано испанскому хирургу- мусульманину Абу аль-Касиму аль-Захрави ; однако существование такого устройства не может быть подтверждено оригинальными иллюстрациями и, таким образом, должно быть отклонено. [20] Бенедиктинский монах Феофил Пресвитер (ок. 1070−1125) описал рукоятки для трепанации, «используемые при повороте литейных стержней». [ 39]
Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280−1349), планируя новый крестовый поход, сделал иллюстрации для весельной лодки и военных повозок, которые приводились в движение вручную вращаемыми составными кривошипами и зубчатыми колесами (в центре изображения). [40] Псалтырь Латтрелла , датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; ручная мельница с зубчатой передачей, работающая либо с одним, либо с двумя кривошипами, появилась позже, в 15 веке; [41]
Средневековые краны иногда приводились в действие рукоятками, хотя чаще всего — лебедками . [42]
Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу XV века, часто встречаясь в работах таких людей, как немецкий военный инженер Конрад Кьезер . [41] Устройства, изображенные в Bellifortis Кьезера, включают в себя коленчатые вороты (вместо спицевых колес) для натяжения осадных арбалетов, коленчатую цепь ведер для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов. [41] Кьезер также оснастил винты Архимеда для подъема воды рукояткой кривошипа, нововведение, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой путем наступания. [43] Самые ранние свидетельства оснащения колодезного подъемника кривошипами найдены на миниатюре около 1425 года в немецкой Hausbuch Фонда Менделя . [44]
.jpg/1280px-Altarpiece_of_St_Sebastian_(detail).jpg)
Первые изображения составного кривошипа в плотницком ремне появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях искусства Северной Европы. [45] Быстрое внедрение составного кривошипа можно проследить в работах Анонима времен гуситских войн, неизвестного немецкого инженера, писавшего о состоянии военной технологии своего времени: во-первых, вновь появился шатун, применяемый к кривошипам, во-вторых, двойные составные кривошипы также начали оснащаться шатунами, и, в-третьих, для этих кривошипов использовался маховик, чтобы они могли преодолеть «мертвую точку».
На одном из рисунков Анонима гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, которые вращались людьми, управлявшими составными кривошипами (см. выше). Концепция была значительно улучшена итальянским инженером и писателем Роберто Вальтурио в 1463 году, который изобрел лодку с пятью наборами, где все параллельные кривошипы были соединены с одним источником энергии одним шатуном, идея, также подхваченная его соотечественником Франческо ди Джорджио . [46]
В эпоху Возрождения в Италии самые ранние свидетельства использования составного кривошипа и шатуна были найдены в книгах Такколы , но это устройство до сих пор остается механически неверно понятым. [47] Хорошее понимание кривошипного движения демонстрирует немного позже Пизанелло , который нарисовал поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и управляемый двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [47]
В XV веке также появились коленчатые реечные устройства, называемые кран-буксами, которые устанавливались на ложе арбалета в качестве средства приложения еще большей силы при натяжении метательного оружия (см. справа). [48] В текстильной промышленности были введены коленчатые катушки для намотки мотков пряжи. [41]
Около 1480 года раннесредневековый вращающийся точильный камень был усовершенствован с помощью ножного и кривошипного механизма. Рукоятки, установленные на ручных тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года. [49]
Начиная с XVI века, свидетельства использования кривошипов и шатунов, интегрированных в конструкцию машин, становятся обильными в технологических трактатах того периода: только в труде Агостино Рамелли « Разнообразные и искусственные машины» 1588 года описывается восемнадцать примеров, а в труде «Новый театр машин» Георга Андреаса Бёклера это число возрастает до 45 различных машин, что составляет треть от общего числа. [50]
Кривошипы были распространены на некоторых машинах в начале 20-го века; например, почти все фонографы до 1930-х годов работали от часовых двигателей, заводимых кривошипами. Возвратно-поступательные поршневые двигатели используют кривошипы для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение. Двигатели внутреннего сгорания автомобилей начала 20-го века обычно запускались ручными кривошипами (известными как пусковые рукоятки в Великобритании ), прежде чем электрические стартеры стали широко использоваться. Последней моделью автомобиля, которая включала кривошип, был Citroën 2CV 1948-1990
В руководстве пользователя Reo 1918 года описывается , как заводить автомобиль вручную:
Кривошипная ось — это коленчатый вал , который также выполняет функцию оси . Используется на паровозах с внутренними цилиндрами.
Из-за находок в Эфесе и Герасе изобретение кривошипно-шатунной системы пришлось перенести с XIII на VI в.; теперь рельеф из Иераполя отодвигает его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяным приводом действительно использовались, когда Авзоний писал свой трактат «Мозелла».
{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )Из-за находок в Эфесе и Герасе изобретение кривошипно-шатунной системы пришлось перенести с XIII на VI в.; теперь рельеф из Иераполя отодвигает его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяным приводом действительно использовались, когда Авзоний писал свой трактат «Мозелла».
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )