Кривошип — это рычаг, прикрепленный под прямым углом к вращающемуся валу, с помощью которого валу передается или принимается от него круговое движение . 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.
Знакомые примеры включают в себя:
Почти во всех поршневых двигателях используются кривошипы (с шатунами ) для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение. Кривошипы встроены в коленчатый вал .
Считалось, что свидетельства самой ранней настоящей кривошипной рукоятки были найдены в поливной глиняной гробнице эпохи Хань, модели сельскохозяйственного веяющего вентилятора, датируемой не позднее 200 г. н. э., [3] [4] , но с тех пор появилась серия подобных керамических моделей с Были обнаружены веерные веера с кривошипным приводом, один из которых относился ко времени династии Западная Хань (202 г. до н.э. - 9 г. н.э.). [5] [6] Историк Линн Уайт заявила, что китайский кривошип «не получил импульса к переходу 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]
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 2 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. В Ашхайме , недалеко от Мюнхена , 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 . Римская мельница с кривошипным приводом датируется концом II века нашей эры. [12] Часто цитируемая современная реконструкция ковшового цепного насоса с приводом от ручных маховиков 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 показано водяное колесо , питаемое мельничной обоймой , приводящее в движение через зубчатую передачу 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 эти типы мельниц, по-видимому, также указаны христианским святым Григорием Нисским из Анатолии , демонстрируя разнообразное использование гидроэнергии во многих частях Римской империи. [18] Эти три находки отодвигают назад дата изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие: [14]
С кривошипно-шатунной системой все элементы конструкции паровой машины (изобретен в 1712 году) — эолипил Героя ( 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 в римские времена. [19]
.jpeg/1280px-Skizze_Kurbelwagen_(Vigevano).jpeg)
Вращающийся точильный камень — самое раннее его изображение — [20] , приводимый в движение кривошипной ручкой, показан в рукописи Каролингов «Утрехтский Псалтирь» ; рисунок пером около 830 г. восходит к позднеантичному оригиналу. [21] Музыкальный трактат, приписываемый аббату Одо из Клюни ( ок. 878–942 ), описывает струнный инструмент с резным звучанием, 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 «Словара древностей греческого и римского происхождения», 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 монах Теофил Пресвитер (ок. 1070–1125) описал кривошипные рукоятки , «используемые при токарной обработке литейных стержней». [23]
Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349 гг.), планируя новый крестовый поход, нарисовал иллюстрации, изображающие байдарку и боевые повозки, которые приводились в движение составными кривошипами и зубчатыми колесами, приводившимися в движение вручную (в центре изображения). [24] Псалтырь Латтрелла , датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его 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]
К началу 15 века рукоятка стала распространенной в Европе, ее часто можно увидеть в работах таких людей, как немецкий военный инженер Конрад Кайзер . [25] Устройства, изображенные в «Беллифортисе » Кайзера, включают коленчатые лебедки (вместо колес со спицами) для охвата осадных арбалетов, изогнутую цепь ведер для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов. [25] Кейзер также оснастил винты Архимеда для подъема воды кривошипной ручкой - нововведение, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой путем проступания. [27] Самые ранние свидетельства оснащения колодезного подъемника рукоятками можно найти на миниатюре ок. 1425 г. в немецком Hausbuch Фонда Менделя . [28]
.jpg/1280px-Altarpiece_of_St_Sebastian_(detail).jpg)
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 технологии того времени: во-первых, шатун, примененный к кривошипам. , вновь появились, 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 гуситских войн» 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 Джорджо . [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 хорошо понял суть движения кривошипа , который нарисовал поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и приводимый в действие 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 толкателях, 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: только в книге Агостино Рамелли «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]
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 только 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 15 века древнегреческого инженера Героя Александрийского . [22]
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 в автомобилях начала 20-го века обычно запускались с помощью ручных рукояток (известных в Великобритании как пусковые ручки ), до того, как электростартеры стали широко использоваться. Последней моделью автомобиля с кривошипом был Citroën 2CV 1948–1990 годов.
В руководстве пользователя Reo 1918 года описывается , как заводить автомобиль вручную:
Кривошипно -шатунный вал — это коленчатый вал , который также выполняет функцию оси . Применяется на паровозах с внутренними цилиндрами.
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».
{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link){{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)