Кривошип (механизм) - Crank (mechanism)

Смотрите также: Ползун и кривошипно-шатунный механизм
Ручной кривошип лебедки на парусной лодке.

А заводить рычаг, прикрепленный под прямым углом к ​​вращающемуся валу, с помощью которого круговое движение передается на вал или принимается от него. В сочетании с шатуном его можно использовать для преобразования круговое движение в возвратно-поступательное движение или наоборот. Плечо может быть изогнутой частью вала или отдельным кронштейном или прикрепленным к нему диском. К концу кривошипа с помощью стержня прикреплен стержень, обычно называемый шатун (шатун).

Этот термин часто относится к кривошипу с приводом от человека, который используется для ручного поворота оси, как в велосипед шатуны или скоба и бит дрель. В этом случае рука или нога человека служат шатуном, прикладывая возвратно-поступательное усилие к кривошипу. Обычно есть штанга, перпендикулярная другому концу руки, часто со свободно вращающейся ручкой или педаль прилагается.

Составной кривошип

Примеры

Ручка на точилке для карандашей
Анимация многоцилиндрового двигателя

Знакомые примеры включают:

Шатуны с ручным приводом

  • Механический точилка
  • Рыболовная катушка и другие катушки для кабелей, проводов, канатов и т. д.
  • Стартовая ручка для старых автомобилей
  • Окно автомобиля с ручным управлением
  • Плотника скоба это составной кривошип.
  • Шатуны, приводящие в движение ручной цикл через ручки.
  • Ручные лебедки

Шатуны с ножным приводом

Двигатели

Почти все поршневые двигатели использовать шатуны (с шатуны ) для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение. Шатуны включены в коленчатый вал.

История

Западный мир

Классическая античность

Смотрите также: Римская техника и Список римских водяных мельниц
Римская кривошипная ручка от Августа Раурика, датируется II веком нашей эры.[1]

Ручка поворотная ручная мельница который появился в V веке до нашей эры. Кельтиберийский Испания и в конечном итоге достигла Греции к I веку до нашей эры.[2][3][4][5] Римское железо коленчатый вал еще неизвестного назначения, датируемого 2 веком нашей эры, был раскопан в Августа Раурика, Швейцария. Кусок длиной 82,5 см на одном конце имеет бронзовую ручку длиной 15 см, другая ручка утрачена.[6][1]

Ок. Чугун из настоящего железа длиной 40 см был раскопан вместе с парой раздробленных жерновов диаметром 50-65 см и разнообразными железными предметами. Aschheim, рядом с Мюнхен. Кривошипно-управляемый Роман мельница датируется концом 2 века нашей эры.[7] Часто цитируемая современная реконструкция ковшево-цепного насоса с ручным приводом. маховики от Неми корабли был отклонен как «археологическая фантастика».[8]

Роман Лесопилка Иераполиса (3 век нашей эры), самая ранняя из известных машин, сочетающая кривошип с шатуном.[9]

Самые ранние свидетельства соединения кривошипа с шатуном в машине появляются в римском Лесопилка Иераполиса в Малая Азия с 3 века нашей эры и два римских камня лесопилки в Гераса, Римская Сирия, и Эфес, Малая Азия (оба 6 века нашей эры).[9] На фронтон мельницы Иераполиса, водяное колесо питается мельница гонка показано питание через зубчатая передача два рамные пилы которые разрезают прямоугольные блоки с помощью шатунов и, в случае механической необходимости, кривошипов. Сопроводительная надпись на Греческий.[10]

Кривошипно-шатунный механизм двух других лесопилок, подтвержденных археологами, работал без зубчатой ​​передачи.[11][12] В древней литературе есть упоминание о работе гидроприводов. мрамор пилы рядом с Трир, сейчас же Германия, поэт конца IV века Авзоний;[9] примерно в то же время эти типы мельниц, кажется, также обозначаются Христианский святой Григорий Нисский от Анатолия, демонстрируя разнообразное использование гидроэнергии во многих частях Римской империи.[13] Три находки отодвигают дату изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие:[9]

С кривошипно-шатунной системой все элементы конструкции паровой машины (изобретен в 1712 году) - Герой с эолипил (генерирующая паровую энергию), цилиндр и поршень (в металлических силовых насосах), без возврата клапаны (в водяных насосах), передача (в водяных мельницах и часах) - были известны еще во времена Римской империи.[14]

Средний возраст

Смотрите также: Средневековая технология
Виджевано военная повозка

Роторный точильный камень - самое раннее его изображение -[15] который управляется кривошипной рукояткой, показан на Каролингский рукопись Утрехтская Псалтырь; рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу.[16] Музыкальный трактат, приписываемый настоятелю Одо из Клюни (ок. 878–942) описывает струнный инструмент, который звучал с помощью смолистого колеса, вращаемого с помощью рукоятки; позже устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века.[15] Также есть две фотографии Фортуна она проворачивает колесо судьбы из этого и следующего столетия.[15]

Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в издании 1887 г. Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines к чести Испанский мусульманин врач хирург Абу аль-Касим аз-Захрави; однако существование такого устройства не может быть подтверждено исходным освещением и, следовательно, не подлежит рассмотрению.[17] В Бенедиктинский монах Теофил пресвитер (ок. 1070-1125) описал кривошипные рукоятки, «используемые при точении литых стержней».[18]

Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280−1349), планируя новый крестовый поход, сделал иллюстрации для лодка с веслами и военные повозки, которые приводились в движение вручную вращающимися кривошипами и зубчатыми колесами (в центре изображения).[19] В Латтрелл Псалтырь датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; ручная мельница с редуктором, работающая с одной или двумя рукоятками, появилась позже, в 15 веке;[20]

Средневековый краны иногда приводились в действие кривошипами, хотя чаще лебедки.[21]

эпоха Возрождения

Смотрите также: Технология Возрождения
Гребная лодка 15 века, лопасти которой вращаются одноходовыми коленчатыми валами (анонимный из Гуситские войны )

К началу 15 века кривошип стал обычным явлением в Европе, и его часто можно было увидеть в работах таких авторов, как Немецкий военный инженер Конрад Кизер.[20] Устройства, изображенные в Kyeser's Bellifortis включают в себя коленчатые лебедки (вместо колес со спицами) для крепления осадных арбалетов, кривую цепь ведер для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов.[20] Кайзер также оборудовал Винты архимеда для подъема воды с помощью кривошипной рукоятки - инновация, которая впоследствии заменила древнюю практику работы с трубой ступенькой.[22] Самые ранние свидетельства оснащения колодезного подъемника кривошипами можно найти на миниатюре ок. 1425 г. в немецком Хаусбух из Фонда Менделя.[23]

Немецкий арбалетчик, взводящий свое оружие с помощью коленчатого реечного механизма (ок. 1493 г.)

Первые изображения составного кривошипа в мастерской плотника. скоба появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях искусства Северной Европы.[24] Быстрое внедрение составной кривошипа можно проследить в работах Аноним гуситских войн, неизвестный немецкий инженер, писавший о состоянии военной техники своего времени: во-первых, снова появился шатун, примененный к кривошипам, во-вторых, шатуны с двойным составом также стали оснащать шатунами, и в-третьих, маховик был используется для этих кривошипов, чтобы вывести их из «мертвой точки».

На одном из рисунков Анонимных гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемой людьми, управляющими составными кривошипами (см. Выше). Концепция была значительно улучшена итальянским инженером и писателем. Роберто Валтурио в 1463 году, он изобрел лодку с пятью наборами, в которой все параллельные кривошипы соединены с одним источником энергии одним шатуном, идея также была поддержана его соотечественником Франческо ди Джорджио.[25]

Водоподъемный насос с кривошипно-шатунным механизмом (Георг Андреас Бёклер, 1661)

В Ренессанс Италия, самые ранние свидетельства соединения кривошипа и шатуна находятся в альбомах для рисования Таккола, но устройство по-прежнему понимается неправильно.[26] Звуковое улавливание задействованного движения кривошипа покажет немного позже. Пизанелло который нарисовал поршневой насос с приводом от водяного колеса и двумя простыми кривошипами и двумя шатунами.[26]

В 15 веке также были введены коленчатые реечные устройства, называемые кранами, которые устанавливались на арбалет ложа как средство приложения еще большей силы при захвате ракетного оружия (см. справа).[27] В текстильной промышленности проверено катушки для намотки мотков пряжи.[20]

Приблизительно в 1480 году роторный точильный камень раннего средневековья был усовершенствован с помощью педали и кривошипного механизма. Шатуны, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года.[28]

Начиная с XVI века, свидетельства использования кривошипов и шатунов, интегрированных в конструкцию машин, становятся многочисленными в технологических трактатах того периода: Агостино Рамелли с Разнообразные и искусственные машины одного только 1588 года изображает восемнадцать примеров, число, которое возрастает в Театрум Machinarum Novum от Георг Андреас Бёклер до 45 различных машин, треть от общего числа.[29]


Дальний Восток

Смотрите также: Наука и техника династии Хань
тибетский работает Quern (1938). Вертикальная рукоятка таких вращающихся ручных фрез, установленная на расстоянии от центра вращения, работает как кривошип.[3][4]

Считалось, что свидетельство самой ранней настоящей кривошипной рукоятки было найдено в модели из глазурованной глиняной гробницы эпохи Хань сельскохозяйственного предприятия. веяние веер, датированный не позднее 200 г. н.э.,[30][31] но с тех пор была обнаружена серия аналогичных гончарных моделей с веялыми веялками с кривошипным приводом, одна из которых относится к династии Западная Хань (202 г. до н.э. - 9 г. н.э.).[32][33] Историк Линн Уайт заявила, что китайскому кривошипу «не было дано побуждение изменить возвратно-поступательное движение на круговое в других приспособлениях», сославшись на одну ссылку на китайский кривошипно-шатунный механизм, датируемый 1462 годом. [34] Тем не менее, более поздние публикации показывают, что китайцы использовали не только кривошип, но и кривошипно-шатун для управления двигателями еще во времена династии Западная Хань (202 г. до н.э. - 9 г. н.э.). В конце концов кривошипно-шатуны были использованы для взаимного преобразования или вращательного и возвратно-поступательного движения для других приложений, таких как просеивание муки, прялки с педалью, сильфоны печей с приводом от воды и машины для наматывания шелка. [35][33]

Средний Восток

Кривошип появляется в середине 9 века в нескольких гидравлических устройствах, описанных Бану Муса братья по своим Книга гениальных устройств.[36] Однако эти устройства совершали лишь частичное вращение и не могли передавать большую мощность.[37] хотя потребовалась бы лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать его в коленчатый вал.[38]

Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему вращающейся машины в двух своих водоподъемных машинах.[39] Его двухцилиндровый насос включил коленчатый вал.[40] После аль-Джазари чудаки в исламских технологиях не прослеживаются до копии начала 15 века Механика древнегреческого инженера Герой Александрии.[17]

20 век

Шатуны раньше были распространены на некоторых машинах в начале 20 века; например почти все фонографы до 1930-х годов были часовой механизм двигатели с заводными рукоятками. В поршневых двигателях с возвратно-поступательным движением используются кривошипы для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение. Двигатель внутреннего сгорания начала 20 века автомобили обычно запускались ручными рукоятками (известными как стартовые ручки в Великобритания ), перед электрические стартеры вошел в обиход. Последней моделью автомобиля, которая включала кривошип, была модель Citroën 2CV 1948-1990

1918 год Рео инструкция по эксплуатации описывает как провернуть автомобиль вручную:

  • Первое: убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.
  • Во-вторых: педаль сцепления не зафиксирована и сцепление включено. Педаль тормоза выдвинута вперед, насколько это возможно, притормаживая заднее колесо.
  • В-третьих: посмотрите, что рычаг управления искрой, который представляет собой короткий рычаг, расположенный на верхней части рулевого колеса с правой стороны, повернут как можно дальше к водителю, а длинный рычаг на верхней части рулевой колонки, управляющий карбюратором, находится выдвинута вперед примерно на один дюйм от своего отсталого положения.
  • Четвертое: поверните ключ зажигания в точку, отмеченную буквами «B» или «M».
  • Пятое: Установите регулятор карбюратора на рулевой колонке в точку, обозначенную «START». Убедитесь, что в карбюраторе есть бензин. Проверьте это, нажав на небольшой штифт, выступающий из передней части бачка, пока карбюратор не затопит. Если он не залит, это означает, что топливо не поступает в карбюратор должным образом, и нельзя ожидать запуска двигателя. См. Инструкции на стр. 56 по заполнению вакуумного бака.
  • Шестое: Убедившись, что в карбюратор есть запас топлива, возьмитесь за ручку пускового кривошипа, надавите на конец, чтобы защелкнуть храповик со штифтом коленчатого вала, и переверните двигатель, быстро потянув вверх. Никогда не давите вниз, потому что, если по какой-либо причине двигатель откатится, это подвергнет опасности оператора.

Кривошипная ось

А кривошипная ось это коленчатый вал что также служит цели ось. Он используется на паровозы с внутренними цилиндрами.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Шилер 2009, стр. 113f.
  2. ^ Дата: Франкель 2003, стр. 17–19
  3. ^ а б Ритти, Греве и Кессенер 2007, п. 159
  4. ^ а б Лукас 2005, п. 5, сл. 9
  5. ^ Единственная находка фрагментарного камня, датируемого "возможно" VI веком до н.э., может указывать на карфагенское происхождение (Кертис 2008, п. 375).
  6. ^ Лаур-Белар 1988, п. 51–52, 56, рис. 42
  7. ^ Вольперт 1997, стр.195, 199
  8. ^ Уайт-младший, 1962 г., pp. 105f .; Олесон 1984, стр. 230f.
  9. ^ а б c d Ритти, Греве и Кессенер 2007, п. 161:

    Из-за открытий в Эфесе и Герасе изобретение кривошипа и шатуна пришлось перенести с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя переносит его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяной тягой действительно использовались, когда Авзоний написал свою Мозеллу.

  10. ^ Ритти, Греве и Кессенер 2007, стр. 139–141
  11. ^ Ритти, Греве и Кессенер 2007, стр. 149–153
  12. ^ Мангартц 2006, стр. 579f.
  13. ^ Уилсон 2002, п. 16
  14. ^ Ритти, Греве и Кессенер 2007, п. 156, сл. 74
  15. ^ а б c Уайт-младший, 1962 г., п. 110
  16. ^ Hägermann & Schneider 1997, стр. 425f.
  17. ^ а б Уайт-младший, 1962 г., п. 170
  18. ^ Нидхэм 1986 С. 112–113.
  19. ^ Зал 1979, п. 80
  20. ^ а б c d Уайт-младший, 1962 г., п. 111
  21. ^ Зал 1979, п. 48
  22. ^ Уайт-младший, 1962 г., стр.105, 111, 168
  23. ^ Уайт-младший, 1962 г., п. 167; Зал 1979, п. 52
  24. ^ Уайт-младший, 1962 г., п. 112
  25. ^ Уайт-младший, 1962 г., п. 114
  26. ^ а б Уайт-младший, 1962 г., п. 113
  27. ^ Зал 1979, стр. 74f.
  28. ^ Уайт-младший, 1962 г., п. 167
  29. ^ Уайт-младший, 1962 г., п. 172
  30. ^ Н. Сивин; Нидхэм, Джозеф (август 1968 г.), "Обзор: Наука и цивилизация в Китае Джозефом Нидхэмом ", Журнал азиатских исследований, Ассоциация азиатских исследований, 27 (4): 859–864 [862], Дои:10.2307/2051584, JSTOR  2051584
  31. ^ Уайт-младший, 1962 г., п. 104
  32. ^ Хун-Сен Ян, Марко Чеккарелли (2009). Международный симпозиум по истории машин и механизмов. Springer Science and Business Media. п. 247. ISBN  978-1-4020-9484-2.
  33. ^ а б Нидхэм 1986 С. 118–119.
  34. ^ Уайт-младший, 1962 г., п. 104
  35. ^ Янв 2009, стр. 236–249.
  36. ^ А. Ф. Л. Бистон, М. Дж. Л. Янг, Дж. Д. Лэтэм, Роберт Бертрам Сержант (1990), Кембриджская история арабской литературы, Издательство Кембриджского университета, п. 266, ISBN  0-521-32763-6
  37. ^ аль-Хасан и Хилл 1992, стр.45, 61
  38. ^ Бану Муса, Дональд Рутледж Хилл (1979), Книга гениальных устройств (Китаб аль-Хиял), Springer, стр. 23–4, ISBN  90-277-0833-9
  39. ^ Ахмад и Хасан. Система кривошипно-шатун в непрерывно вращающейся машине.
  40. ^ Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии, The Rosen Publishing Group, стр.41, ISBN  978-1-4358-5066-8

Список используемой литературы

  • Кертис, Роберт И. (2008). «Обработка и приготовление пищи». В Олесоне, Джон Питер (ред.). Оксфордский справочник инженерии и технологий в классическом мире. Оксфорд: Oxford University Press. ISBN  978-0-19-518731-1.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  • Франкель, Рафаэль (2003), «Олинтусская мельница, ее происхождение и распространение: типология и распространение», Американский журнал археологии, 107 (1): 1–21, Дои:10.3764 / aja.107.1.1
  • Холл, Берт С. (1979), Технологические иллюстрации так называемого «анонима гуситских войн». Codex Latinus Monacensis 197, часть 1, Висбаден: доктор Людвиг Райхерт Верлаг, ISBN  3-920153-93-6
  • Хэгерманн, Дитер; Шнайдер, Хельмут (1997), Propyläen Technikgeschichte. Landbau und Handwerk, 750 v. Chr. до 1000 п. Chr. (2-е изд.), Берлин, ISBN  3-549-05632-X
  • аль-Хасан, Ахмад Й.; Хилл, Дональд Р. (1992), Исламские технологии. Иллюстрированная история, Издательство Кембриджского университета, ISBN  0-521-42239-6
  • Лукас, Адам Роберт (2005), «Промышленное фрезерование в древнем и средневековом мирах. Обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Технологии и культура, 46 (1): 1–30, Дои:10.1353 / тек.2005.0026, S2CID  109564224
  • Лаур-Беларт, Рудольф (1988), Фюрер Дурч Августа Раурика (5-е изд.), Август
  • Mangartz, Fritz (2006), "Zur Rekonstruktion der wassergetriebenen byzantinischen Steinsägemaschine von Ephesos, Türkei. Vorbericht", Archäologisches Korrespondenzblatt, 36 (1): 573–590
  • Нидхэм, Джозеф (1986), Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии: Часть 2, Машиностроение, Издательство Кембриджского университета, ISBN  0-521-05803-1.
  • Олесон, Джон Питер (1984), Греческие и римские механические водоподъемные устройства: история технологии, Университет Торонто Пресс, ISBN  90-277-1693-5
  • Volpert, Hans-Peter (1997), "Eine römische Kurbelmühle aus Aschheim, Lkr. München", Bericht der Bayerischen Bodenkmalpflege, 38: 193–199, ISBN  3-7749-2903-3
  • Уайт, младший, Линн (1962), Средневековые технологии и социальные изменения, Оксфорд: в Clarendon Press
  • Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф водяной каменной пилы на саркофаге в Иераполе и его последствия», Журнал римской археологии, 20: 138–163, Дои:10.1017 / S1047759400005341
  • Schiöler, Thorkild (2009), "Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle", Helvetia Archaeologica, 40 (159/160), стр. 113–124
  • Уилсон, Эндрю (2002), «Машины, мощность и древняя экономика», Журнал римских исследований, 92, стр. 1–32

внешние ссылки