«Трактат по механике»

Однако микрометрический винт применим не только к таким инструментам; им можно измерить любые пространства. Пример его механического применения можно упомянуть в безмене — инструменте для определения величины весов с помощью заданного веса, скользящего по длинному градуированному плечу рычага. Расстояние от точки опоры, на котором этот вес уравновешивает измеряемый вес, служит мерой величины этого веса. Когда скользящий вес оказывается расположенным между двумя делениями плеча, для определения доли деления используется микрометрический винт.

Винт Хантера, уже описанный, по-видимому, хорошо приспособлен для микрометрических целей; поскольку движение острия может быть сделано бесконечно медленным, не требуя чрезвычайно мелкой резьбы, какая была бы необходима в обычном винте.

ГЛ. XVII. О РЕГУЛИРОВАНИИ И НАКОПЛЕНИИ СИЛЫ.

(301.) Часто необходимо, и всегда желательно, чтобы работа машины была регулярной и равномерной. Внезапные изменения скорости и беспорядочные колебания эффективной энергии силы часто вредны или разрушительны для самого аппарата, а при применении в производстве никогда не перестают приводить к неравномерности работы. Поэтому изобретение методов обеспечения регулярного движения механизмов путем устранения тех причин неравенства, которых можно избежать, и путем компенсации других, было проблемой, которой уделялось много внимания и изобретательности. Это достигается главным образом путем контроля и, так сказать, дозирования силы в соответствии с потребностями машины, заставляя её эффективную энергию всегда быть соразмерной сопротивлению, которое она должна преодолеть.

К. Варли, рис. Г. Адлард, грав.

Лондон, изд. Лонгман и Ко.

Неравномерность движения механизмов может происходить по одной или нескольким из следующих причин: 1. неравномерность в первичном двигателе; 2. случайное изменение величины нагрузки или сопротивления; и 3. из-за того, что в различных положениях, которые части машины принимают во время движения, сила может передаваться не с одинаковым эффектом на рабочий орган.

Энергия первичного двигателя редко, если вообще когда-либо, бывает регулярной. Сила воды меняется в зависимости от полноводности потока. Сила, движущая ветряную мельницу, пословично капризна. Давление пара меняется в зависимости от интенсивности печи. Животную силу, результат воли, темперамента и здоровья, трудно контролировать. Человеческий труд — самый неуправляемый из всех; поэтому ни одна машина не работает так нерегулярно, как та, которой управляют вручную. В некоторых случаях движущая сила подвержена, в силу самих условий своего существования, постоянному изменению, как в примере с пружиной, которая постепенно теряет свою энергию по мере распрямления (255). Во многих случаях первичный двигатель подвержен регулярным перерывам и фактически приостанавливается на определенные промежутки времени. Это имеет место в паровой машине одинарного действия, где давление пара толкает поршень вниз, но приостанавливается во время его подъема.

Нагрузка или сопротивление, к которым применяется машина, не менее изменчивы. На мельницах есть множество частей, которые по отдельности подвержены периодическому отключению и приостановке их работы. На крупных фабриках по прядению, ткачеству, печати и т. д. большое количество отдельных прядильных машин, станков, прессов или других двигателей обычно работают от одного общего двигателя, такого как водяное колесо или паровая машина. В этих случаях количество машин, используемых время от времени, обязательно меняется в зависимости от колеблющегося спроса на производимые товары и по другим причинам. В таких обстоятельствах скорость, с которой движется каждая часть механизма, будет претерпевать соответствующие изменения, увеличивая свою быстроту с каждым увеличением движущей силы или уменьшением сопротивления, или замедляясь в скорости при обратных обстоятельствах.

Но даже когда первичный двигатель и сопротивление регулярны или сделаны таковыми с помощью соответствующих приспособлений, все равно редко случается, что машина, с помощью которой энергия одного передается другому, передает её с неизменным эффектом во всех фазах своей работы. Дать общее представление об этой причине неравенства тем, кто не был знаком с механизмами, было бы нелегко, не прибегая к примеру. На данный момент мы просто констатируем, что несколько движущихся частей каждой машины последовательно принимают множество положений; что через регулярные промежутки времени они возвращаются в свое первое положение и снова претерпевают ту же последовательность изменений. В различных положениях, через которые они проходят в каждый период движения, эффективность машины по передаче силы к сопротивлению различна, и, таким образом, эффективная энергия машины при воздействии на сопротивление была бы подвержена постоянным колебаниям. Это станет более понятным, когда мы перейдем к объяснению методов противодействия дефекту или выравнивания действия силы на сопротивление.

Таковы основные причины неравенств, присущих движению механизмов, и теперь мы предлагаем описать несколько из многих остроумных приспособлений, которые создало мастерство инженеров для устранения вытекающих из этого неудобств.

(302.) Отложив на данный момент последнюю причину неравенства и рассматривая механизм, каким бы он ни был, как передающий силу к сопротивлению без нерегулярных прерываний, очевидно, что каждое приспособление, имеющее своей целью сделать скорость равномерной, может достичь этого только путем приведения изменений силы и сопротивления в пропорцию друг к другу. Это может быть сделано либо путем увеличения или уменьшения силы по мере увеличения или уменьшения сопротивления; либо путем увеличения или уменьшения сопротивления по мере увеличения или уменьшения силы.

В зависимости от возможностей или удобства, предоставляемых особыми обстоятельствами случая, принимается любой из этих методов.

Приспособления для осуществления этого называются регуляторами. Большинство регуляторов воздействуют на ту часть машины, которая управляет подачей силы с помощью рычагов или какого-либо другого механического приспособления, чтобы ограничить количество движущего принципа, передаваемого машине, когда скорость имеет тенденцию к увеличению; и, с другой стороны, увеличить эту подачу при любом чрезмерном снижении скорости. На водяной мельнице это делается воздействием на заслонку; на ветряной мельнице — регулировкой парусного полотна; а в паровой машине — открытием или закрытием в большей или меньшей степени клапана, через который цилиндр снабжается паром.

(303.) Из всех приспособлений для регулирования механизмов наиболее известным и наиболее часто используемым является регулятор. Этот регулятор, который давно использовался в мельничном деле и других механизмах, в последние годы привлек более общее внимание благодаря своему прекрасному применению в паровых машинах Уатта. Он состоит из тяжелых шаров B B (рис. 144), прикрепленных к концам стержней BF. Эти стержни вращаются на шарнире в точке E, проходя через паз в вертикальном стержне DD′. В точке F они соединены шарнирами с короткими стержнями FH, которые, в свою очередь, соединены шарнирами в точке H с кольцом, скользящим по вертикальному валу DD′. Из этого описания будет очевидно, что когда шары B отводятся от оси, их верхние плечи EF заставляют увеличивать свое расхождение таким же образом, как лезвия ножниц открываются при разведении ручек. Они, воздействуя на кольцо с помощью коротких звеньев FH, тянут его вниз по вертикальной оси от D к E. Противоположный эффект производится, когда шары B приближаются к оси, а расхождение стержней BE уменьшается. Горизонтальное колесо W прикреплено к вертикальной оси DD′, имея канавку для приема веревки или ремня на своем ободе. Этот ремень проходит вокруг колеса или оси, с помощью которой движение передается регулируемому механизму, так что шпиндель или вал DD′ всегда будет вращаться со скоростью, пропорциональной скорости механизма.

По мере вращения вала DD′ шары B движутся вокруг него по кругу и, следовательно, приобретают центробежную силу, которая заставляет их удаляться от оси и, следовательно, опускать кольцо H. На краю или ободе этого кольца образована канавка, которую охватывают зубцы вилки I, находящейся на конце одного плеча рычага, точка опоры которого находится в G. Конец K другого плеча соединен каким-либо образом с частью машины, которая подает силу. В данном случае мы предположим, что это паровая машина, и тогда стержень KI сообщается с плоским круговым клапаном V, помещенным в главную паровую трубу и устроенным так, что, когда K поднимается настолько, насколько шары B имеют над ним власть благодаря своему расхождению, проход трубы будет закрыт клапаном V, и проход пара будет полностью остановлен; и, с другой стороны, когда шары опускаются в свое самое низкое положение, клапан будет представлен своим краем в направлении трубки, чтобы не перекрывать никакой части пара.

Свойство, которое делает этот инструмент столь удивительно приспособленным к цели, для которой он применяется, заключается в том, что когда расхождение шаров не очень значительно, они всегда должны вращаться с одинаковой скоростью, независимо от того, движутся ли они на большем или меньшем расстоянии от вертикальной оси. Если какое-либо обстоятельство увеличивает эту скорость, шары мгновенно удаляются от оси и, закрывая клапан V, ограничивают подачу пара, тем самым уменьшая скорость движения и возвращая машину к её прежнему темпу. Если, напротив, эта фиксированная скорость уменьшается, центробежной силы становится недостаточно для поддержки шаров, они опускаются к оси, открывают клапан V и, увеличивая подачу пара, восстанавливают надлежащую скорость машины.

Когда регулятор применяется к водяному колесу, он заставляется воздействовать на заслонку, через которую течет вода, и контролирует её количество так же эффективно и на том же принципе, как только что было объяснено применительно к паровой машине. При применении к ветряной мельнице он регулирует парусное полотно так, чтобы уменьшить эффективность силы на крыльях по мере увеличения силы ветра, или наоборот.

В случаях, когда сопротивление допускает легкое и удобное изменение, регулятор может действовать так, чтобы приспособить его к изменяющейся энергии силы. Это часто делается на зерновых мельницах, где он воздействует на заслонку, которая отмеряет зерно для жерновов. Когда сила, движущая мельницу, увеличивается, подача зерна к камням пропорционально увеличивается, так что, поскольку сопротивление варьируется в соотношении с силой, будет поддерживаться та же скорость.

(304.) В некоторых случаях центробежная сила вращающихся шаров недостаточно велика, чтобы контролировать силу или сопротивление, и приходится прибегать к регуляторам другого рода. Следующее приспособление называется водяным регулятором:—

Обычный насос приводится в действие машиной, движение которой должно быть отрегулировано, и вода таким образом поднимается и сбрасывается в цистерну. Ей позволяют вытекать из этой цистерны через трубу заданного размера. Когда вода накачивается с той же скоростью, с какой она сбрасывается этой трубой, очевидно, что уровень воды в цистерне будет стационарным, поскольку она получает от насоса точное количество, которое она сбрасывает из трубы. Но если насос подает больше воды за данное время, чем сбрасывается трубой, цистерна начнет наполняться, и уровень воды поднимется. Если, с другой стороны, подача от насоса меньше, чем сброс из трубы, уровень воды в цистерне опустится. Поскольку скорость, с которой вода подается от насоса, всегда будет пропорциональна скорости машины, следует, что каждое колебание этой скорости будет обозначаться поднятием или опусканием уровня воды в цистерне, и этот уровень никогда не может оставаться стационарным, кроме как при той точной скорости, которая обеспечивает количество воды, сбрасываемое трубой. Эта труба может быть сконструирована так, чтобы путем регулировки сбрасывать воду с любой требуемой скоростью; и таким образом цистерна может быть приспособлена для индикации постоянной скорости любой предложенной величины.

Если бы за цистерной постоянно наблюдал обслуживающий персонал, скорость машины можно было бы уменьшить путем регулирования силы, когда наблюдается повышение уровня воды, или увеличить, когда он падает; но это гораздо более эффективно и регулярно выполняется путем заставления самой поверхности воды выполнять эту обязанность. Поплавок или большой полый металлический шар помещается на поверхность воды в цистерне. Этот шар соединен с рычагом, воздействующим на какую-либо часть механизма, которая контролирует силу или регулирует величину сопротивления, как уже было объяснено в случае с регулятором. Когда уровень воды поднимается, плавучесть шара заставляет его также подниматься с силой, равной разности между его собственным весом и весом такого количества воды, которое он вытесняет. Путем увеличения плавающего шара можно получить силу, достаточно большую, чтобы перемещать те части механизма, которые воздействуют на силу или сопротивление, и таким образом либо уменьшить подачу движущего принципа, либо увеличить величину сопротивления, и тем самым замедлить движение и снизить скорость до её надлежащего предела. Когда уровень воды в цистерне падает, плавающий шар, больше не поддерживаемый на поверхности жидкости, опускается с силой своего собственного веса и, производя эффект на силу или сопротивление, противоположный прежнему, увеличивает эффективную энергию одного или уменьшает энергию другого, пока не будет восстановлена скорость, надлежащая для машины.

Чувствительность этих регуляторов увеличивается путем делания поверхности воды в цистерне как можно меньшей; ибо тогда небольшое изменение скорости, с которой вода подается насосом, произведет значительное изменение уровня воды в цистерне.

Вместо использования поплавка, сама цистерна может быть подвешена к рычагу, который контролирует подачу силы, и в этом случае на другом плече может быть помещен скользящий груз, так что он будет уравновешивать цистерну, когда она содержит то количество воды, которое соответствует фиксированному уровню, уже объясненному. Если количество воды в цистерне увеличивается из-за чрезмерной скорости машины, вес цистерны будет преобладать, потянет вниз плечо рычага и ограничит подачу силы. Если, с другой стороны, подача воды слишком мала, цистерна больше не будет уравновешивать противовес, плечо, на котором она подвешена, будет поднято, и энергия силы будет увеличена.

(305.) В паровой машине принцип саморегулирования доведен до поразительной степени совершенства. Сама машина набирает в нужном количестве холодную воду, необходимую для конденсации пара. Она откачивает горячую воду, образовавшуюся из охлажденного пара, и помещает ее в резервуар для питания котла. Она забирает из этого резервуара ровно столько воды, сколько необходимо для нужд котла, и подает ее туда по мере необходимости. Она освобождает котел от избыточного пара и сохраняет тот, который остается пригодным по количеству и качеству для работы машины. Она сама раздувает свой огонь, поддерживая его интенсивность и увеличивая или уменьшая ее в зависимости от количества пара, которое необходимо получить; так что когда от машины требуется большая работа, огонь становится пропорционально более сильным и ярким. Она сама дробит и подготавливает топливо, и разбрасывает его по колосникам в нужное время и в должном количестве. Она открывает и закрывает свои многочисленные клапаны в надлежащие моменты, приводит в действие собственные насосы, вращает собственные колеса и только что не живая. Среди столь многих прекрасных примеров принципа саморегулирования трудно сделать выбор. Мы, однако, упомянем один или два, а за остальными отсылаем читателя к нашему трактату по этому предмету.

В этой машине необходимо, чтобы вода в котле постоянно поддерживалась на одном и том же уровне, а следовательно, чтобы время от времени подавалось столько воды, сколько расходуется на испарение. Насос, приводимый в действие самой машиной, подает горячую воду в цистерну C (рис. 145). В нижней части этой цистерны находится клапан V, открывающийся в трубку, которая спускается в котел. Этот клапан соединен проволокой с плечом рычага на точке опоры D, другое плечо E которого также соединено проволокой с каменным поплавком F, частично погруженным в воду котла и уравновешенным скользящим грузом A. Груз A уравновешивает каменный поплавок F только благодаря его плавучести в воде; ибо если воду удалить, камень F перевесит и поднимет груз A. Когда вода в котле находится на надлежащем уровне, длина проволоки, соединяющей клапан V с рычагом, отрегулирована таким образом, что этот клапан оказывается закрытым, а проволока при этом полностью натянута. Когда из-за испарения уровень воды в котле начинает понижаться, уровень падает, и каменный груз F, больше не поддерживаемый, преодолевает противовес A, поднимает плечо рычага и, потянув за проволоку, открывает клапан V. Тогда вода из цистерны C течет через трубку в котел и продолжает течь до тех пор, пока уровень не поднимется настолько, что каменный груз F снова поднимется, клапан V закроется, а дальнейшая подача воды из цистерны C прекратится.

Чтобы сделать работу этого устройства легко понятной, мы здесь предположили несовершенство, которого на самом деле не существует. Согласно тому, что было только что сказано, уровень воды в котле опускается ниже надлежащей высоты, а затем возвращается к ней. Но на самом деле этого не происходит. Поплавок F и клапан V регулируются таким образом, что через клапан проходит постоянный приток воды, который протекает с той же скоростью, с какой вода расходуется в котле.

(306.) В той же машине встречается удивительно удачный пример саморегулирования в способе, которым регулируется сила огня. Регулятор управляет подачей пара в машину и соразмеряет ее с выполняемой работой. Таким образом, с этой работой потребности котла увеличиваются или уменьшаются, и вместе с этими потребностями должно меняться производство пара в котле. Фактически, скорость, с которой пар генерируется в котле, должна быть равна скорости, с которой он потребляется в машине, иначе неизбежно возникнет один из двух эффектов: либо котел не сможет обеспечить машину паром, либо пар будет накапливаться в котле, производясь в избыточном количестве, и, выходя через предохранительный клапан, будет расходоваться впустую. Поэтому необходимо контролировать агент, генерирующий пар, а именно огонь, и время от времени изменять его интенсивность, соразмеряя ее с потребностями машины. Для достижения этого было принято следующее устройство: пусть T (рис. 146) будет трубкой, вставленной в верхнюю часть котла и спускающейся почти до самого дна. Давление пара, заключенного в котле, воздействуя на поверхность воды, заставляет ее подняться на определенную высоту в трубке T. Груз F, наполовину погруженный в воду в трубке, подвешен на цепи, которая проходит через колеса P P' и уравновешивается металлической пластиной D, точно так же, как каменный поплавок (рис. 145) уравновешивается грузом A. Пластина D проходит через отверстие дымохода E, когда он окончательно выходит из котла; так что когда пластина D опускается, она перекрывает дымоход, приостанавливая тем самым тягу воздуха через топку, смягчая интенсивность огня и сдерживая производство пара. Если, напротив, пластину D поднять, тяга увеличивается, огонь становится более активным, а производство пара в котле стимулируется. Теперь предположим, что котел производит пар быстрее, чем машина его потребляет, либо потому, что нагрузка на машину уменьшилась, и, следовательно, ее потребление пара сократилось, либо потому, что огонь стал слишком интенсивным; следствием этого является то, что пар, начиная накапливаться в котле, будет давить на поверхность воды с увеличенной силой, и вода поднимется в трубке T. Груз F, следовательно, будет поднят, а пластина D опустится, уменьшая или перекрывая тягу, смягчая огонь и замедляя производство пара, и будет продолжать делать это до тех пор, пока скорость производства пара не станет соразмерной потребностям машины. Если, с другой стороны, производство пара будет недостаточным для нужд машины, либо из-за увеличенной нагрузки, либо из-за недостаточной силы огня, пар в котле потеряет свою упругость, и поверхность воды, не поддерживая привычного давления, приведет к падению воды в трубке T; следовательно, груз F опустится, а пластина D поднимется. Дымоход таким образом откроется, тяга увеличится, а огонь станет более интенсивным. Таким образом, производство пара становится более быстрым и становится достаточно обильным для целей машины. Этот аппарат называется автоматическим заслоночным регулятором.

(307.) Когда совершенно равномерная скорость движения не была достигнута, часто бывает необходимо указывать небольшие изменения скорости. Для этого было изобретено следующее устройство, называемое тахометром. Чаша (рис. 147) наполнена до уровня C D ртутью и прикреплена к шпинделю, который вращается машиной точно так же, как уже описанный регулятор. Хорошо известно, что центробежная сила, создаваемая этим вращательным движением, заставит ртуть отступить от центра и подняться по стенкам чаши, так что ее поверхность примет вогнутый вид, представленный на рис. 148. В этом случае центр поверхности, очевидно, опустится ниже своего первоначального уровня (рис. 147), а края поднимутся выше этого уровня. Поскольку этот эффект создается скоростью машины, он пропорционален этой скорости и подвержен соответствующим изменениям. Любой метод визуализации небольших изменений центрального уровня поверхности ртути будет указывать на минутные изменения скорости машины.

Стеклянная трубка A, открытая с обоих концов и расширяющаяся на одном конце в раструб B, погружается своим более широким концом в ртуть, поверхность которой будет стоять на одном и том же уровне в раструбе B и в чаше C D. Трубка подвешена так, чтобы не иметь связи с чашей. Затем эта трубка заполняется до определенного уровня A спиртом, окрашенным каким-либо красящим веществом, чтобы его было легко наблюдать. Когда чаша вращается машиной, к которой она прикреплена, уровень ртути в раструбе падает, оставляя больше места для спирта, который, следовательно, опускается в трубке. По мере продолжения движения каждое изменение скорости вызывает соответствующее изменение уровня ртути, а следовательно, и уровня A спирта. Будет замечено, что вследствие того, что вместимость раструба B намного больше, чем у трубки A, очень небольшое изменение уровня ртути в раструбе вызовет значительное изменение высоты спирта в трубке. Таким образом, этот остроумный инструмент становится очень чувствительным индикатором изменений в движении механизмов.

(308.) Регулятор и другие методы регулирования движения механизмов, которые были только что описаны, приспособлены главным образом к случаям, в которых отношение сопротивления к нагрузке подвержено определенным колебаниям или постепенным изменениям, или, по крайней мере, к случаям, в которых сопротивление в какой-либо момент не устраняется полностью, а энергия движущей силы не приостанавливается. Однако часто возникают обстоятельства, при которых, в то время как сила остается в полной активности, сопротивление через определенные промежутки времени внезапно устраняется и так же внезапно возвращается. С другой стороны, также встречаются случаи, в которых, пока сопротивление продолжается, движущая сила подвержена перерывам через регулярные промежутки времени. В первом случае машина приводилась бы в движение с разрушительной быстротой в те периоды, когда она освобождается от нагрузки, а при возвращении нагрузки каждая часть испытывала бы сильное напряжение из-за стремления сохранить скорость, которую она приобрела, и быстрое разрушение двигателя не могло бы не последовать. Во втором случае движение было бы сильно замедлено или полностью приостановлено в те периоды, когда движущая сила лишается своей активности, и, следовательно, движение, которое она передавала бы, было бы настолько нерегулярным, что стало бы бесполезным для целей производства.

Также часто желательно с помощью слабой, но продолжительной силы произвести сильный, но мгновенный эффект. Так, может потребоваться нанести удар мускульным действием руки человека с силой, для которой, без помощи механического устройства, его силы было бы совершенно недостаточно.

Во всех этих случаях очевидно, что целью, которую необходимо достичь, является эффективный метод накопления энергии силы, чтобы сделать ее доступной после того, как действие, которым она была произведена, прекратилось. Так, в случае, когда нагрузка периодически снимается с машины, если бы силу можно было передать чему-то, посредством чего она сохранялась бы, чтобы быть направленной против нагрузки, когда она снова вернется, неудобство было бы устранено. Точно так же в случае, когда сама сила подвержена перерывам, если бы часть силы, которую она проявляет в свои интервалы действия, могла быть накоплена и сохранена, она могла бы быть направлена на машину в периоды ее приостановки. Тем же средством накопления силы сила младенца путем повторных усилий могла бы произвести эффекты, которые тщетно пытались бы совершить единичным и мгновенным действием сильнейшего человека.

(309.) Свойство инерции, объясненное и проиллюстрированное в третьей и четвертой главах этого тома, предоставляет простой и эффективный метод достижения этого. Масса материи сохраняет в силу своей инерции всю ту силу, которая могла быть ей придана, за исключением той части, которой ее лишают трение и сопротивление атмосферы. С помощью устройств, которые хорошо известны и не представляют трудности, часть движущей силы, теряемую таким образом, можно сделать сравнительно небольшой, и движущуюся массу можно рассматривать как сохраняющую почти всю приложенную к ней силу. Чтобы сделать этот метод накопления силы полностью понятным, давайте сначала представим себе отполированную ровную плоскость, на которую помещен тяжелый металлический шар, также отполированный. Очевидно, что шар будет оставаться в покое на любой части плоскости, не имея тенденции двигаться в каком-либо направлении. Поскольку трение почти устранено полировкой поверхностей, шар будет легко перемещаться под действием малейшей приложенной к нему силы. Предположим, что ему дан легкий импульс, который заставит его двигаться со скоростью один фут в секунду. Отвлекаясь от эффектов трения, он будет продолжать двигаться с этой скоростью в течение любого промежутка времени. Тот же импульс, повторенный, увеличит его скорость до двух футов в секунду. Третий импульс — до трех футов и так далее. Таким образом, 10 000 повторений импульса заставят его двигаться со скоростью 10 000 футов в секунду. Если бы тело, которому передавались эти импульсы, было пушечным ядром, его можно было бы путем постоянного повторения движущей силы в конце концов заставить двигаться с такой же силой, как если бы оно было выпущено из самого мощного артиллерийского орудия. Сила, с которой ядро в таком случае ударило бы в здание, могла бы быть достаточной, чтобы превратить его в руины, и все же такая сила была бы не чем иным, как накоплением ряда слабых усилий, не превышающих силы, которую может приложить ребенок, которые накоплены и сохранены, так сказать, движущейся массой, и тем самым направлены в один и тот же момент на точку, на которую направлена сила. Это сумма ряда действий, совершенных последовательно и в течение длительного интервала, приведенных в действие в один и тот же момент.

Но случай, который здесь предполагается, не может произойти на самом деле; потому что у нас обычно нет никаких практических средств перемещения тела в течение значительного времени в одном и том же направлении без большого трения и без столкновения с многочисленными препятствиями, которые затруднили бы его продвижение. Однако для эффекта, который должен быть произведен, не является существенным, чтобы движение было по прямой линии. Если свинцовый груз прикрепить к концу легкого стержня или шнура и вращать силой руки по кругу, он постепенно приобретет увеличенную скорость и силу и в конце концов может получить импульс, который заставит его пробить кусок доски так же эффективно, как если бы он был выпущен из мушкета.

Сила молота или кувалды зависит отчасти от его веса, но гораздо больше от принципа, который только что был объяснен. Если бы ему позволили просто упасть под действием силы своего веса на шляпку гвоздя или на брусок нагретого железа, который нужно расплющить, был бы произведен незначительный эффект. Но когда он приводится в действие рукой человека, он получает в каждый момент своего движения увеличенную силу, которая в конечном итоге расходуется в одно мгновение на шляпку гвоздя или на брусок железа.

Эффекты цепов при молотьбе, дубинок, кнутов, тростей и инструментов для ударов, топоров, секачей, тесаков и всех инструментов, которые режут ударом, зависят от того же принципа и объясняются аналогичным образом.

Тетива лука, которая толкает стрелу, не производит свой эффект сразу. Она продолжает действовать на древко до тех пор, пока оно не примет свое прямое положение, и тогда стрела улетает с силой, накопленной во время продолжения действия тетивы, с того момента, как она была освобождена от пальца лучника.

Огнестрельное оружие само по себе действует по аналогичному принципу, как и пневматическое ружье и паровое ружье. В этих инструментах пуля помещается в трубку и внезапно подвергается давлению высокоупругой жидкости, либо произведенной взрывом, как в огнестрельном оружии, либо предварительной конденсацией, как в пневматическом ружье, либо испарением сильно нагретых жидкостей, как в паровом ружье. Но в каждом случае это давление продолжает действовать на нее до тех пор, пока она не покинет отверстие трубки, и тогда она вылетает со всей силой, переданной ей во время прохождения вдоль трубки.

(310.) Из всех этих соображений легко заметить, что массу инертной материи можно рассматривать как магазин, в котором сила может быть депонирована и накоплена, чтобы быть использованной любым способом, который может потребоваться. По многим причинам, которые будут достаточно очевидны, форма, обычно придаваемая массе материи, используемой для этой цели в механизмах, — это форма колеса, в ободе которого она главным образом собирается. Представьте себе массивное кольцо из металла (рис. 149), соединенное с центральной втулкой или ступицей легкими спицами и вращающееся на оси с небольшим трением. Такой аппарат называется маховиком. Если к нему приложить любую силу, с этой силой (сделав небольшую скидку на трение) он будет двигаться и будет продолжать двигаться до тех пор, пока на пути его движения не встретится какое-либо препятствие, которое получит от него часть приобретенной им силы. Использование этого аппарата будет легко понято на примерах его применения.

Предположим, что тяжелый штамп или молот должен быть поднят на определенную высоту, а оттуда позволено упасть, и что сила, используемая для этой цели, — это водяное колесо. Пока штамп поднимается, сила колеса почти уравновешивается его весом, и движение машины медленное. Но в тот момент, когда штамп освобождается и ему позволяют упасть, сила колеса, не имея сопротивления, ни какого-либо объекта, на который она могла бы расходоваться, внезапно ускоряет машину, которая движется со скоростью, соразмерной величине силы, до тех пор, пока она снова не зацепит штамп, когда ее скорость так же внезапно замедляется. Каждая часть испытывает напряжение, и машина снова движется медленно, пока не сбросит свою нагрузку, когда она снова ускоряется, и так далее. В этом случае, помимо уверенности в повреждении и износе, а также вероятности поломки из-за внезапных и частых изменений скорости, почти вся сила, проявляемая силой в интервалах между началом каждого спуска штампа и следующим подъемом, теряется. Эти дефекты устраняются маховиком. Когда штамп сброшен, энергия силы расходуется на движение колеса, которое по причине своей большой массы не получит чрезмерной скорости. В интервале между спуском и подъемом штампа сила силы заложена в тяжелом ободе маховика. Когда штамп снова подхватывается машиной, эта сила направляется на него в сочетании с непосредственной силой водяного колеса, и штамп поднимается почти с той же скоростью, с какой машина двигалась в интервале своего спуска.

(311.) Во многих случаях, когда движущая сила не подвержена изменениям, эффективность машины по передаче ее к рабочей точке подвержена постоянному изменению. Различные части каждой машины имеют определенные периоды движения, в которых они проходят через множество положений, к которым они постоянно возвращаются через установленные интервалы. В этих различных положениях эффект силы, передаваемой к рабочей точке, различен; и даже встречаются случаи, в которых этот эффект полностью аннулируется, и машина приводится в положение, в котором сила теряет всякое влияние на вес. В таких случаях помощь маховика эффективна и незаменима. В тех фазах машины, которые наиболее благоприятны для передачи силы, маховик делит эффект силы с нагрузкой и, сохраняя полученную таким образом силу, направляет ее на нагрузку в моменты, когда передача силы машиной либо слаба, либо полностью приостановлена. Эти общие наблюдения, возможно, будут более ясно поняты на примере применения маховика в случае, подобном тем, о которых сейчас упоминалось.

Пусть A B C D E F (рис. 150) будет кривошипом, который представляет собой двойную рукоятку (252 и рис. 89), с помощью которой должна вращаться ось A B E F. К середине C D шарнирно прикреплен стержень, который соединен с коромыслом, работающим с возвратно-поступательным движением на центре, подобно рычагу насоса, и приводимым в движение любой постоянной силой, такой как паровая машина. Стержень C D должен совершать круговое движение вокруг оси A E. Пусть машина, рассматриваемая в направлении A B E F оси, будет представлена на рис. 151, где A представляет центр, вокруг которого должно быть произведено движение, а G — точку, где шатун G H прикреплен к плечу кривошипа. Круг, по которому G должен быть направлен стержнем, представлен пунктирной линией. В положении, представленном на рис. 151, стержень, действующий в направлении H G, имеет полную силу для поворота кривошипа G A вокруг центра A. Когда кривошип приходит в положение, представленное на рис. 152, эта сила уменьшается, а когда точка G оказывается непосредственно под A, как на рис. 153, сила в направлении H G не имеет эффекта при повороте кривошипа вокруг A, но, напротив, полностью расходуется на тягу кривошипа в направлении A G и, следовательно, действует только на цапфы или шейки, которые поддерживают ось. В этот критический момент движения, следовательно, вся эффективная энергия силы аннулируется.

После того как кривошип перешел в положение, представленное на рис. 154, направление силы, действующей на шатун, меняется, и теперь кривошип тянется вверх в направлении G H. В этом положении движущая сила имеет некоторую эффективность для производства вращения вокруг A, каковая эффективность постоянно увеличивается до тех пор, пока кривошип не достигнет положения, показанного на рис. 155, когда его сила наибольшая. Проходя из этого положения, его эффективность постоянно уменьшается до тех пор, пока точка G не окажется непосредственно над осью A (рис. 156). Здесь снова сила теряет всю свою эффективность для поворота оси. Сила в направлении G H или H G, очевидно, не может произвести никакого другого эффекта, кроме напряжения на цапфы или шейки.

В критических ситуациях, представленных на рис. 153 и рис. 156, машина была бы неспособна двигаться, если бы непосредственная сила была единственным движущим принципом. Но будучи предварительно в движении в силу инерции своих различных частей, она имеет тенденцию продолжать движение; и если сопротивление нагрузки и эффекты трения не слишком велики, это расположение сохранять свое состояние движения выведет машину из дилеммы, в которой она оказывается в случаях, только что упомянутых, из-за особого расположения ее частей. Во многих случаях, однако, сила, приобретенная таким образом во время фаз машины, в которых сила активна, недостаточна, чтобы провести ее через мертвые точки (рис. 153 и рис. 156); и во всех случаях движение было бы очень неравномерным, постоянно замедляясь по мере приближения к этим точкам и постоянно ускоряясь после того, как оно их проходило. Маховик, прикрепленный к оси A или к какой-либо другой части механизма, эффективно устранит этот дефект. Когда кривошип принимает положения на рис. 151 и рис. 155, сила находится в полном действии на него, и часть эффекта передается массивному ободу маховика. Когда кривошип попадает в положение, показанное на рис. 153 и рис. 156, импульс, который маховик получил, когда кривошип действовал с наибольшим преимуществом, немедленно выводит машину и, проводя кривошип за мертвую точку, снова приводит силу в действие на него.

Поразительные эффекты маховика как аккумулятора силы привели некоторых к ошибке предположения, что такой аппарат увеличивает фактическую мощность машины. Есть надежда, однако, что после того, что было объяснено относительно инерции материи и истинных эффектов машин, читатель не будет подвержен подобной ошибке. Напротив, поскольку маховик не может действовать без трения, а величина трения, как и инерции, пропорциональна весу, часть фактической движущей силы неизбежно должна быть потеряна при использовании маховика. В случаях, однако, где маховик правильно применен, эта потеря мощности незначительна по сравнению с выгодным распределением того, что остается.

К. Варли, рис. Г. Адлард, грав.

Лондон, изд. Лонгман и Ко.

Как аккумулятор силы, маховик никогда не может иметь больше силы, чем было приложено, чтобы привести его в движение. В этом отношении он аналогичен упругой пружине, или силе сжатого воздуха, или любой другой силе, которая ведет свое существование от причин чисто механических. При сгибании пружины необходим постепенный расход силы. При отдаче эта сила проявляется за гораздо более короткое время, чем то, которое затрачено на ее производство, но ее общая сумма не изменяется. Воздух сжимается последовательностью ручных усилий, каждое из которых само по себе было бы неспособно выбросить свинцовый шар с какой-либо значительной силой, и все из которых не могли бы быть немедленно приложены к шару в один и тот же момент. Но резервуар сжатого воздуха — это магазин, в котором большое количество таких усилий накоплено, чтобы быть приведенными в действие сразу. Если шар подвергнуть их эффекту, он может быть выброшен с разрушительной силой.

На мельницах для прокатки металла маховик используется таким образом. Водяному колесу или другой движущей силе позволяют некоторое время действовать на маховик в одиночку, при этом на машину не накладывается никакой нагрузки. Таким образом получается сила, достаточная для прокатки большого куска металла, для чего без таких средств мельница была бы совершенно неадекватна. Таким же образом сила может быть получена рукой человека, действующей на маховик в течение нескольких секунд, достаточная для того, чтобы отпечатать изображение на куске металла мгновенным ударом. Маховик, следовательно, является главным агентом в чеканочных прессах.

(312.) Сила маховика часто передается к рабочей точке с помощью винта. На концах поперечного плеча A B (рис. 157), которое приводит в действие винт, помещены два тяжелых металлических шара. Когда плечо A B вращается, эти массы металла приобретают импульс, посредством которого винт, будучи принужденным двигаться вниз, толкает штамп с огромной силой против вещества, предназначенного для получения оттиска.

Некоторые двигатели, используемые при чеканке, имеют маховики с плечами длиной четыре фута, несущие по одному центнеру на каждом из своих концов. Поворачивая такое плечо со скоростью одного полного оборота в секунду, штамп будет приводиться в движение против металла с той же силой, с какой 7500 фунтов веса упали бы с высоты 16 футов; огромная сила, если учесть простоту и компактность машины.

Место, которое должно быть отведено маховику относительно других частей механизма, определяется целью, для которой он используется. Если он предназначен для выравнивания действия, он должен находиться рядом с рабочей точкой. Так, в паровой машине он помещается на кривошип, который вращает ось, посредством которой сила машины передается к объекту, на который она в конечном итоге предназначена воздействовать. Напротив, в ручных мельницах, таких как те, что обычно используются для помола кофе и т. д., он помещается на ось рукоятки, посредством которой машина приводится в действие.

Ажурная работа каминных решеток, печных заслонок и подобных декоративных изделий, изготовленных из металла, производится действием маховика способом, который уже был описан. Режущий инструмент, сформированный в соответствии с рисунком, который должен быть выполнен, прикрепляется к концу винта; и металл удерживается в надлежащем положении под ним, маховик заставляется толкать инструмент вниз с такой силой, чтобы выштамповать куски требуемой фигуры. Когда рисунок сложный и необходимо с точностью сохранить относительное положение его различных частей, несколько пуансонов приводятся в действие вместе, так чтобы ударить по всему куску металла в один и тот же момент, и таким образом самая сложная ажурная работа выполняется одним ударом.

ГЛ. XVIII. МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ.

(313.) Классы простых машин, называемые механическими силами, имеют отношение главным образом к особому принципу, который определяет действие силы на вес или сопротивление. При объяснении этого расположения различные другие размышления были попутно смешаны с нашими исследованиями; однако все еще многое остается нераскрытым, прежде чем студент сможет сформировать справедливое представление о тех средствах, посредством которых сложные механизмы, используемые в искусствах и производствах, столь эффективно достигают целей, на выполнение которых они направлены.

Противопоставить сопротивление другой энергии с помощью силы заданной энергии или с помощью движущегося принципа, имеющего заданную скорость, генерировать другую скорость другой величины — это лишь одна из многих целей, которые должны быть достигнуты машиной. В искусствах и производствах вид производимого движения, как правило, имеет большее значение, чем его скорость. Последняя может влиять на количество работы, выполненной за заданное время, но первое существенно для выполнения работы в любом количестве вообще. В практическом применении машин целью, которая должна быть достигнута, обычно является сообщение рабочей точке некоторого особого вида движения, подходящего для использования, для которого предназначена машина; но редко случается, чтобы движущая сила имела этот вид движения. Следовательно, машина должна быть так сконструирована, чтобы, в то время как та часть, на которую действует эта сила, способна двигаться в соответствии с ней, ее связь с другими частями должна быть такой, чтобы рабочая точка могла получить то движение, которое необходимо для целей, к которым применяется машина.

Чтобы дать полное решение этой проблемы, необходимо было бы объяснить, во-первых, все разновидности движущих сил, которые находятся в нашем распоряжении; во-вторых, все разнообразие движений, которые может потребоваться произвести; и, в-третьих, показать все методы, посредством которых каждый вид первичного двигателя может быть заставлен производить различные виды движения в рабочей точке. Очевидно, что такое перечисление было бы невыполнимым, и даже приближение к нему было бы неподходящим для настоящего трактата. Тем не менее, так много изобретательности было проявлено во многих устройствах для изменения движения, и знакомство с некоторыми из них настолько существенно для ясного понимания природы и работы сложных машин, что было бы неправильно опустить некоторое описание тех, по крайней мере, которые наиболее часто встречаются в механизмах или которые наиболее примечательны своей элегантностью и простотой.

Разновидности движения, которые наиболее часто встречаются в практическом применении механики, могут быть разделены на прямолинейные и вращательные. При прямолинейном движении различные части движущегося тела перемещаются по параллельным прямым линиям с одной и той же скоростью. При вращательном движении различные точки вращаются вокруг оси, каждая совершая полный круг или подобные части круга за одно и то же время.

Каждое из них, в свою очередь, может быть разделено на непрерывное и возвратно-поступательное. При непрерывном движении, будь то прямолинейное или вращательное, части движутся постоянно в одном и том же направлении, будь то по параллельным прямым линиям или при вращении вокруг оси. При возвратно-поступательном движении различные части движутся попеременно в противоположных направлениях, постоянно прослеживая одни и те же пространства от конца до конца. Таким образом, существуют четыре основных вида движения, которые чаще, чем любые другие, воздействуют на машины или требуют передачи ими:—

1. Непрерывное прямолинейное движение. 2. Возвратно-поступательное прямолинейное движение. 3. Непрерывное круговое движение. 4. Возвратно-поступательное круговое движение.

Они будут более ясно поняты на примерах каждого вида.

Непрерывное прямолинейное движение наблюдается в течении реки, в падении воды, в дуновении ветра, в движении животного по прямой дороге, в перпендикулярном падении тяжелого тела, в движении тела вниз по наклонной плоскости.

Возвратно-поступательное прямолинейное движение наблюдается в поршне обычного шприца, в стержне обычного насоса, в молоте мостильщика, поршне паровой машины, штампах валяльной мельницы.

Непрерывное круговое движение демонстрируется во всех видах колесных механизмов и настолько распространено, что детализировать его нет необходимости.

Возвратно-поступательное круговое движение наблюдается в маятнике часов и в балансире часов.

Теперь мы объясним некоторые устройства, посредством которых сила, имеющая одно из этих движений, может быть заставлена передавать либо тот же вид движения, измененный по своей скорости или направлению, либо любой из трех других видов движения.

(314.) Посредством непрерывного прямолинейного движения может быть произведено другое непрерывное прямолинейное движение в другом направлении с помощью одного или нескольких неподвижных блоков. Шнур, пропущенный через них, один конец которого приводится в движение силой, передаст то же самое движение без изменений другому концу. Если направления двух движений пересекаются, будет достаточно одного неподвижного блока; см. рис. 113, где рука принимает направление одного движения, а вес — другого. В этом случае блок должен быть помещен в углу, под которым пересекаются направления двух движений. Если этот угол находится далеко от мест, где расположены объекты в движении, может потребоваться неудобная длина веревки. В этом случае то же самое может быть достигнуто использованием двух блоков, как на рис. 158.

Если направления двух движений параллельны, должны быть использованы два блока, как на рис. 158, где P' A' — одно движение, а B W — другое. В этих случаях оси двух колес параллельны.

Может случиться так, что направления двух движений не пересекаются и не параллельны. Это произошло бы, например, если бы направление одного было на бумаге по линии P A, в то время как другое было бы перпендикулярно бумаге из точки O. В этом случае следует использовать два блока, ось одного из которых O' была бы перпендикулярна бумаге, в то время как ось другого O должна была бы быть на бумаге. Это станет очевидным при небольшом размышлении.

В общем, ось каждого блока должна быть перпендикулярна двум направлениям, в которых веревка проходит из своего желоба; и при должном внимании к этому условию будет замечено, что непрерывное прямолинейное движение может быть передано из любого одного направления в любое другое направление с помощью шнура и двух блоков, не меняя своей скорости.

Если необходимо изменить скорость, любая из систем блоков, описанных в гл. XV, может быть использована в дополнение к неподвижным блокам.

С помощью колеса и оси любое одно непрерывное прямолинейное движение может быть заставлено произвести другое в любом другом направлении и с любой другой скоростью. Уже было объяснено (250), что отношение скорости силы к скорости веса равно отношению диаметра колеса к диаметру оси. Толщина оси, будучи поэтому отрегулированной в отношении к размеру колеса так, чтобы их диаметры имели ту пропорцию, которая существует между предложенными скоростями, одно условие задачи будет выполнено. Веревка, намотанная на ось, может быть проведена с помощью одного или нескольких неподвижных блоков в направление одного из предложенных движений, в то время как та, которая окружает колесо, проводится в направление другого подобными средствами.

(315.) С помощью колеса и оси непрерывное прямолинейное движение может быть заставлено произвести непрерывное вращательное движение или наоборот. Если сила приложена веревкой, намотанной на колесо, непрерывное движение силы по прямой линии заставит машину иметь вращательное движение. Опять же, если вес приложен веревкой, намотанной на ось, сила, имеющая вращательное движение, приложенная к колесу, вызовет непрерывный подъем веса по прямой линии.

Непрерывные прямолинейные и вращательные движения могут быть заставлены производить друг друга, заставляя зубчатое колесо работать в прямом стержне, называемом рейкой, несущем зубья на своем крае. Такой аппарат представлен на рис. 159.

В некоторых случаях зубья колеса работают в звеньях цепи. Колесо тогда называется цепным колесом (рис. 160).

Ремни, ленты или веревки могут передавать вращение колесу посредством своего трения в желобе на его крае.

Непрерывное прямолинейное движение производится непрерывным круговым движением в случае винта. Рычаг, который поворачивает винт, имеет непрерывное круговое движение, в то время как сам винт продвигается с непрерывным прямолинейным движением.

Непрерывное прямолинейное движение потока воды, воздействующего на колесо, производит непрерывное круговое движение в колесе (рис. 93, 94, 95). Точно так же непрерывное прямолинейное движение ветра производит непрерывное круговое движение в крыльях ветряной мельницы.

Краны для подъема и опускания тяжелых грузов преобразуют круговое движение силы в непрерывное прямолинейное движение веса.

(316.) Непрерывное круговое движение может производить возвратно-поступательное прямолинейное движение посредством большого разнообразия остроумных устройств.

Возвратно-поступательное прямолинейное движение используется, когда тяжелые штампы должны быть подняты на определенную высоту и позволено упасть на какой-либо объект, помещенный под ними. Это может быть достигнуто колесом, несущим на своем крае изогнутые зубья, называемые кулачками. Штамп снабжен выступающим плечом или штифтом, под который кулачки последовательно подводятся вращением колеса. По мере того как колесо вращается, кулачок поднимает штамп до тех пор, пока его конечность не пройдет конечность выступающего плеча штампа, когда последний немедленно падает под действием собственного веса. Затем он подхватывается следующим кулачком, и так процесс продолжается.

Подобный эффект производится, если колесо частично снабжено зубьями, а штамп несет рейку, в которой эти зубья работают. Такой аппарат представлен на рис. 161.

Иногда необходимо, чтобы возвратно-поступательное прямолинейное движение выполнялось с определенной изменяющейся скоростью в обоих направлениях. Это может быть достигнуто машиной, представленной на рис. 162. Колесо на оси C вращается равномерно в направлении A B D E. Стержень mn движется в направляющих, которые позволяют ему только подниматься и опускаться перпендикулярно. Его конечность m опирается на путь или желоб, поднятый с поверхности колеса и сформированный в такую кривую, что по мере вращения колеса стержень mn будет перемещаться попеременно в противоположных направлениях через направляющие с требуемой скоростью. То, как скорость меняется, будет зависеть от формы, приданной желобу или каналу, поднятому на поверхности колеса, и это может быть сформировано так, чтобы дать любое изменение движению стержня mn, которое может потребоваться для цели, для которой оно должно быть применено.

Гильоширный станок в токарном деле сконструирован по этому принципу. Он также используется в прядильных механизмах.

Часто необходимо, чтобы стержень, которому передается возвратно-поступательное движение, был побуждаем одной и той же силой в обоих направлениях. Колесо, частично снабженное зубьями, действующее на две рейки, помещенные на разных его сторонах, и обе соединенные с брусом или стержнем, которому должно быть передано возвратно-поступательное движение, выполнит это. Такой аппарат представлен на рис. 163 и не нуждается в дальнейшем объяснении.

Другое устройство для той же цели показано на рис. 164, где A — колесо, вращаемое рукояткой H и соединенное со стержнем или брусом, движущимся в направляющих посредством шарнира ab. По мере того как колесо A вращается рукояткой H, брус перемещается между направляющими попеременно в противоположных направлениях, причем степень его диапазона регулируется длиной диаметра колеса. Такой аппарат используется для шлифовки и полировки плоских поверхностей, а также встречается в шелковых механизмах.

Аппарат, примененный М. Зуредой в машине для прокалывания отверстий в коже, представлен на рис. 165. Окружность колеса A B сформирована в зубья, форма которых может быть изменена в зависимости от обстоятельств, при которых он должен быть применен. Одна конечность стержня ab опирается на зубья колеса, на которые он прижимается пружиной на другой конечности. Когда колесо вращается, оно передает этому стержню возвратно-поступательное прямолинейное движение.

Лейпольд применил этот механизм для перемещения поршней насосов. На вертикальной оси горизонтального гидравлического колеса закреплено другое горизонтальное колесо, которое снабжено семью зубьями по типу корончатого колеса (263). Эти зубья сформированы как наклонные плоскости, причем интервалы между ними равны длине плоскостей. Выступающие плечи, прикрепленные к поршневым стержням, опираются на корону этого колеса; и по мере того как оно вращается, наклонные поверхности зубьев, будучи принужденными под плечо, поднимают стержень по принципу клина. Чтобы уменьшить препятствие, возникающее из-за трения, выступающие плечи поршневых стержней снабжены роликами, которые бегут по зубьям колеса. За один оборот колеса каждый поршень совершает столько подъемов и спусков, сколько имеется зубьев.

(317.) Колесные механизмы предоставляют многочисленные примеры непрерывного кругового движения вокруг одной оси, производящего непрерывное круговое движение вокруг другой. Если оси находятся в параллельных направлениях и не слишком удалены, вращение может быть передано от одной к другой двумя цилиндрическими зубчатыми колесами (263); и относительные скорости могут быть определены путем придания соответствующей пропорции диаметру колес.

Если вращательное движение должно быть передано от одной оси к другой, параллельной ей, и на значительном расстоянии, это не может быть на практике достигнуто только колесами, ибо их диаметры были бы слишком большими. В этом случае ремень или цепь проводятся вокруг окружностей обоих колес. Если они предназначены вращаться в одном направлении, ремень располагается, как на рис. 100; но если в противоположных направлениях, он перекрещивается, как на рис. 101. В этом случае, как и с зубчатыми колесами, относительные скорости определяются пропорцией диаметров колес.

Если оси удалены и не параллельны, шнур, посредством которого передается движение, должен быть пропущен через желобчатые колеса или неподвижные блоки, должным образом помещенные между двумя осями.

Может случиться так, что напряжение на колесо, к которому должно быть передано движение, слишком велико, чтобы позволить использовать ремень или шнур. В этом случае вал, простирающийся от одной оси к другой и несущий два конических колеса (263), выполнит объект. Одно из этих конических колес помещается на валу рядом с колесом, от которого должно быть взято движение, и в связи с ним, а другое — на части его рядом с колесом, к которому должно быть передано движение, и в связи с ним (рис. 166).

Методы передачи вращения от одной оси к другой, перпендикулярной ей, с помощью корончатых и конических колес были объяснены в (263).

Бесконечный винт (299) — это машина, посредством которой вращательное движение вокруг одной оси может передавать вращательное движение вокруг другой, перпендикулярной ей. Сила вращается вокруг оси, совпадающей с длиной винта, а ось колеса, приводимого в движение винтом, находится под прямым углом к этому.

Ось, которой должно быть дано вращение или от которой оно должно быть взято, иногда переменна в своем положении. В таких случаях может быть использовано остроумное устройство, называемое универсальным шарниром, изобретенное знаменитым д-ром Гуком. Два вала или оси A B (рис. 167), между которыми должно быть передано движение, заканчиваются полукругами, диаметры которых, C D и E F, закреплены в форме креста, причем их конечности свободно движутся во втулках, помещенных в конечностях полукругов. Таким образом, пока центральный крест остается неподвижным, вал A и его полукруглый конец могут вращаться вокруг C D как оси; а вал B и его полукруглый конец могут вращаться вокруг E F как оси. Если вал A заставить вращаться, не меняя своего направления, точки C D будут двигаться по кругу, центр которого находится в середине креста. Движение, данное таким образом кресту, заставит точки E F двигаться по другому кругу вокруг того же центра, и, следовательно, вал B будет заставлен вращаться.