|
|
|
Энергетические ресурсы, доступные Леонардо для приведения в движение его механизмов, были традиционны: сила мышц человека или животного, ветер, вода, грузы и противовесы, арбалеты и пружины, иногда - пар.
Автоматический обжиг-домкрат: Процесс интересен тем, что в качестве источника энергии использовался горячий воздух. Поднимаясь наверх, он приводил в движение лопасти, которые, в свою очередь, цепляли шест справа. На его конце находился ворот, поворачивавший вертел. Все это было полностью автоматизировано, включая регулирование скорости вертела в зависимости от силы огня.  Автоматический спусковой механизм: Подъёмное устройство с автоматическим крюком-противовесом. Благодаря противовесу, крюк автоматически освободит подъёмное устройство от груза, лишь только груз коснётся земли. Мадридский кодекс, Ms. I (BNM), fol. 9v  Автомобиль: На этом знаменитом рисунке прототип современного автомобиля. Самодвижущаяся телега движется с помощью сложного арбалетного механизма, который передает энергию приводам, соединенным с рулем. Задние колеса имеют дифференцированные приводы и могут двигаться независимо. Четвертое колесо соединено с рулем, при помощи которого можно управлять телегой. Первоначально это транспортное средство предназначалось для увеселения королевского двора и относилось к тому ряду самодвижущихся машин, которые были созданы другими инженерами средневековья и Возрождения.  Блоки (вороты): Есть еще один способ передачи движения - при помощи блоков - колес с выемками, вращающихся вокруг своих собственных осей и соединенных веревками. Леонардо часто использовал их в своих летательных аппаратах.  Вертикальное сверло: Данное устройство должно было применяться для просверливания стволов деревьев. Оно работало в направлении снизу-вверх при помощи винта, вращаемого людьми, которые ходили по платформе. Между стволом и винтом находилось нечто вроде перевернутого дымохода, не дававшего опилкам падать на головы людей.  Вечный винт: В устройствах Леонардо часто встречались системы для передачи движения. Для того чтобы передать вращательное движение, использовалось зубчатое колесо, профили зубцов которого геометрически проиллюстрированы здесь.  Вечный двигатель: Это доказательство Леонардо продемонстрировал с помощью рисунков и комментариев. Инструмент, изображенный здесь, выполнен из палок, на концах которых подвешены грузы: "независимо от того, какой груз приложен к колесу (вес груза должен вызывать его движение), несомненно, центр такого груза остановится в центре собственного полюса; и не существует такого инструмента, который мог бы изобрести гений человека, который, будучи повернут вокруг своей оси, смог бы избежать подобного эффекта".  Винт "Retrosa": Одно из любимых изобретений Леонардо сочетало в себе левостороннюю и правостороннюю нити на одном стержне. Это так называемый "retrosa" винт, применяемый для специальных операций. Мадридский кодекс Ms. I (BNM), fol. 58r  Военный барабан: Музыку Леонардо считал второй по значению среди искусств после живописи. Он играл на лютне. Рассказывают, что во время первого визита к Людовико иль Моро в 1482 г. Леонардо держал в руках серебряную лютню. Он также применял музыку в ходе военных сражений: механизированные военные барабаны отбивали сложный ритм в такт движениям оси повозки.  Волочильная установка: План и поперечное сечение: ”ближайшие к центру колеса подвижны, а те, что перед большим кругом, - закреплены. С поворотом лебедки внутренние катушки поворачивают вперед внешние катушки и тянут их...”  Вращающаяся "гора": Леонардо поставил довольно много спектаклей, включая “Orfeo” Полициано, к которому относится рисунок "Вращающейся горы". Это комплекс с передвижными декорациями, набором механизмов с противовесами, которые открывали "гору" во время представления.  Вращающийся прокатный стан: На этом рисунке представлены две машины для производства листов жести при помощи проката металла между основными катками. Верхний набросок является одним из вариантов прокатного стана: два катка меньшего размера поддерживают давление на основных катках, с тем, чтобы производимый лист был однородно гладким.  Геликоидный механизм:  Горизонтальное сверло: В нижнем левом углу рисунка - горизонтальное сверло, которым сверлили стволы деревьев для изготовления водопроводных труб. Новшество заключалось в возможности регулировать положение бревна с тем, чтобы его центр совпадал со сверлом.  Двойной домкратный винт: Приводится в движение рукояткой, в своем действии использует геликоидальную систему, синхронно поднимающую два длинных винта. Это устройство применялось для поднятия громоздких и тяжелых грузов, например, колонн и пушек.  Домкрат: Состоит из рукоятки, приводов и стержня с зубцами, двигающегося вверх и вниз.  Домкратный винт: Для поднятия грузов существовало наиболее мощное устройство - домкратный винт. Он управлялся рукояткой и геликоидальным механизмом. Для устранения трения между винтом и пластиной домкратного винта Леонардо применил шарикоподшипники. Модель работающая. Мадридский кодекс Ms. I (BNM), fol. 26r  Духовые инструменты: Музыка играла большую роль в главных сценографиях Леонардо, где, возможно, использовались духовые инструменты.  Зубчатые колеса: Человек повернется направо, если согнет правую руку и вытянет левую; меняя эти движения, он будет поворачиваться справа налево”.  Зубчатый колесно-проекторный механизм:  Изучение печей и принципов архитектуры: Подъёмное устройство с автоматическим крюком-противовесом. Благодаря противовесу, крюк автоматически освободит подъёмное устройство от груза, лишь только груз коснётся земли. Мадридский кодекс, Ms. I (BNM), fol. 9v  Изучение полигедрона для "De divina proportione" L.Pacioli: Интерес Леонардо к геометрии рос по мере его знакомства с математиком Лукой Паччоли, который жил в Милане с 1496 г. Леонардо изобразил пять “регулярных фигур”, символизирующих геометрию Вселенной.  Изучение тяги: Леонардо изобразил пару волов, которые тащат геометрически увеличивающееся колесо. Таким образом, сила, необходимая для того, чтобы сдвинуть колесо с места, уменьшается с ростом его диаметра.  Исследование силы для поднятия грузов: Леонардо занимался исследованием силы, необходимой для поднятия грузов. Для поднятия тяжестей по наклонной плоскости предполагалось пользоваться системой винтов.  Кьяравалльские часы: На этом рисунке Леонардо изобразил механизм знаменитых Кьяравалльских часов на башне аббатства около Милана, которые "показывали луну, солнце, часы и минуты".  Масляный пресс: Традиционным сельскохозяйственным механизмом Тосканы являлся масляный пресс. Он был снабжен элементарными технологическими приспособлениями, облегчающими ручной труд (противовесы и колесные механизмы).  Маховики: У маховика может быть как колесо, так и грузы, подвешенные на цепях. В любом случае, по словам Леонардо, "они усиливают движение", необходимое для преодоления точки инерции и для ослабления натяжения.  Машина для изготовления пружин: Пружина - еще один источник энергии, использующийся в таких устройствах, которые затрачивают мало энергии при работе (например, в часах). Леонардо спроектировал машину для изготовления пружин. Он описывал ее так: "инструмент для изготовления пружины, которая приводит в движение часы". Эта машина работала следующим образом: при помощи винта последовательно рубился поперечный металлический стержень (nb). Процесс повторялся до тех пор, пока металл не "достигнет толщины тяжелого листа бумаги", затем он скручивался в пружину.  Машина для намотки бобин: Для этой операции Леонардо изобрел отдельную машину. Принцип ее действия отражен в модели.  Машина для плетения канатов: Текстильная промышленность всегда была широко развита в Тоскане и Ломбардии. Леонардо изучал машины для намотки, изготовления канатов и обработки тканей. Чтобы сделать веревку (канат) надо было переплести несколько прядей (каждая прядь состоит из отдельных нитей). Для этого Леонардо разработал машину, приводимую в движение рукояткой. При помощи блоков (воротов) может она поворачивала устройство, к которому были прикреплены переплетаемые пряди (на этом рисунке - только три пряди). В машине, изображенной на этом рисунке, прядей гораздо больше. Они собраны в полукруг барабана, на котором поворачиваются блоки (вороты).  Машина для поднятия длинных предметов: Перемещение любого груза происходит по прямой линии.  Машина для резки камней:  Машины для обработки зеркал и линз: Оптика была популярна во времена Леонардо и имела даже философский оттенок. Здесь представлено несколько машин для изготовления зеркал и линз. Вторая сверху предназначена для создания вогнутых зеркал, третья - для их шлифовки, четвертая - для производства плоских зеркал. Первая и последняя машины дают возможность шлифовать зеркала и линзы, делать их поверхность гладкой, одновременно преобразуя вращательное движение в переменное. Известен также проект (выполненный Леонардо между 1513 и 1516 г. во время его пребывания в Риме) большого параболического зеркала, имеющего множество граней. Он был задуман для нагревания котлов в прачечной путем концентрации солнечной энергии.  Молоточный подъемник: Для поднятия грузов Леонардо разработал молоточную систему, которая действует "при помощи ударов, как при чеканке" на зубчатом колесе. Последовательные удары трех параллельных молотков поворачивают колесо и барабан, к которому прикреплен груз.  Одометр: Устройство для точного подсчета расстояния. Формой напоминает тачку, имеет два зубчатых колеса: вертикальное проходит одну зарубку всякий раз, как поворачивается ступица колеса на земле. Каждый раз, как вертикальное зубчатое колесо заканчивает оборот, внутренний выступ двигает другое, горизонтальное колесо. В нем есть отверстия, через которые выпадает в специальный контейнер камень или мяч, когда устройство проходит еще одну зарубку. Сбор и подсчет этих камней дает возможность подсчитать количество оборотов колеса на земле и тем самым измерить расстояние.  Отражательная печь: Развивая искусство литья, Леонардо разработал различные типы печей. На рисунке - отражательная печь. В ней огонь не накалял напрямую материалы для плавки. Вместо этого тепло, отражаемое стенками печи, плавило металл.  Параболический компас: Среди инструментов, применяемых для изучения геометрии, выделяется компас для прослеживания параболы с постоянным движением.  Передача движения на ось: В верхней части рисунка показана передача движения на ось телеги. Рукоять поворачивает зубчатое колесо, которое приводит в движение проекторный механизм, соединенный с осью телеги и повышающий ее скорость. Движение передается только на одно колесо, так что другие могут двигаться с различной скоростью. В наши дни тем же целям служит дифференциал.  Переключатель скоростей: Здесь изображены два привода (конический и цилиндрический), которые передают движение на зубчатые колеса разного диаметра. Каждое имеет свою скорость, равную времени, затрачиваемому на завершение полного оборота. Эта система основана на тех же принципах, что и переключатель скоростей в современных машинах. Во времена Леонардо такое устройство могло быть использовано для работы мельниц и различного оборудования.  Печатный пресс: Леонардо внес свой вклад и в развитие печатного дела. Им был изобретен пресс, который автоматически возвращался в печатающую позицию при помощи системы приводов и канатов. При этом носитель шрифта передвигался на колесах. Обычно операция выполнялась вручную, требуя больших затрат времени и энергии. Парадоксально, но ни одна из написанных работ Леонардо не была напечатана до XVII в.  Пластинчатый шпиндель: Реальная инновация Леонардо в ткацкой сфере - это пластинчатый шпиндель, который дает возможность машине тянуть, скручивать и наматывать одну нить на три разные катушки. Шпиндель и пластина (ребро) движутся одновременно, но каждый из них делает разное число оборотов. Ребро скручивает нить и дает ей возможность наматываться на катушку быстрее, чем это делает шпиндель. Шпиндель движется переменно, вращаясь. Он “приходит и уходит”, за счет чего нить наматывается в спирали по всей длине катушки.  Подъемник:  Подъемный кран на тележке и винтовой подъемник (элеватор): Высокий кран размещался на тележке и передвигался вдоль направляющего каната, протянутого над ним. Он применялся при строительстве высоких сооружений.  Подъемный кран с кольцевой платформой: Кран на кольцевой платформе использовался архитекторами и инженерами в конце XIV в.  Приводы:  Приводы храпового механизма: Подобные приводы храпового механизма могли быть использованы в лифтинговых устройствах для поднятия и опускания грузов.  Прожектор: Идея прожектора возникла из сценических потребностей. Он представлял собой ящик, с одной стороны которого располагалась большая стеклянная линза, а внутри находилась свеча. Так Леонардо создавал "интенсивный и широкий свет".  Пружины: На этом рисунке представлен набор разного рода пружин, которые хотел изготовить Леонардо.  Резательная машина: Работа этой машины была полностью автоматизирована: падающий отвес разматывал трос и приводил в движение молоток, который поднимался и опускался, продвигая вперед ту часть материала которую предстояло резать. Данный процесс осуществлялся при помощи приводов и рычагов. Полная автоматизация не только облегчала труд человека, но также и давала стандартную продукцию, что является прообразом современного производства.  Ручной элеватор: Элеватор располагался на четырех колесах, два из которых вращались, два - были свободны. Между последними протягивался канат, намотанный восьмеркой. Механизм приводился в движение рукоятью, которая управляла одним из зубчатых колес. Железные соединительные стержни заканчивались стременами для ног. Человек вдевал в них ноги, закреплял себя поясом и мог идти вверх и вниз по канату вместе со всем механизмом, поворачивая рукоять.  Свайный копер: Забиваемый груз поднимался наверх лебедкой и, дойдя до максимальной высоты, автоматически отпускался, чтобы войти глубоко в грунт. Простая и неутомительная операция повторялась до тех пор, пока не была выбита необходимая глубина. Эта машина применялась и для выборки грунта под гидравлический резервуар.  Сепаратор муки: Машина для помола зерна, которое по желобу ссыпалось в матерчатый рукав. Далее этот рукав начинал вибрировать при помощи шеста, соединенного с приводами мельничного колеса так, чтобы мука высыпалась из мешка, отделяясь от шелухи. 
 Тарелка: Тарелка XXXII из "De divina proportione" Л.Пачолли  Театральные декорации: В Милане Леонардо разработал основные принципы сценографии.Самой знаменитой была постановка 1490 г. для свадьбы Галеаццо Сфорца и Изабеллы д`Арагона. Она известна под названием "Festa del Paradisio"(Небесное празднование). "Автоматоны" Леонардо - это механические животные, например, лев с грудью полной лилий, изготовленный для Франциска I Французского (рисунков не сохранилось) и "l`ocel de la comedia"("птица комедии").  Трансформация непрерывного движения в переменное: На рисунке - ткацкий станок и иллюстрация того, как осуществлять равномерную намотку нити.  Трансформация непрерывного движения в переменное: Рисунок дает представление о путях преобразования циркулярного движения в переменное.  Трансформация переменного движения в непрерывное: На рисунке изображены отдельные детали машины и ее механизм в полной сборке. В целом, это - устройство для поднятия грузов, опирающееся на преобразование переменного движения во вращательное, или непрерывное движение.  Устройство для нарезки винтов: Леонардо создал аппарат для изготовления винтов. Рукоятка вращалась при помощи передач, два крайних стержня с уже готовой резьбой попадали под резак К, наносивший однородную резьбу на середину среднего стержня. Под скамьей находились приводы разных размеров, которые могли быть заменены в зависимости от желаемой высоты скамьи.  Цепные механизмы: На этом рисунке воспроизведены гибкие цепные механизмы, которые теоретически должны были передавать непрерывное движение. Квадратная форма зубцов и грузы, подвешенные на них, говорят о том, что эти механизмы, видимо, предназначались для передачи прерывистого (переменного) движения. Возможно, они использовались в часах. 
 Часовой механизм: В Северной Италии существовали традиционные часовые мастерские. Во времена Леонардо было довольно много городских часов. Леонардо создал несколько часовым устройств. Одно из них представлено на рисунке. Это коническое выравнивающее устройство, соединенное с основной пружиной (внутри ящика) при помощи устройства, поднимающего коническую зубчатую спираль.  Часовой механизм 2: Исследование работы механизма Кьяравлльских часов - наряду с наброском знаменитых Французских часов (см. рисунок) XIV в. - первые фундаментальные работы Леонардо в часовой области.  Часовой механизм 3: Леонардо создавал варианты часов, улучшал их конструкцию: например, часы с гирями являются предшественниками часов, заводящихся пружиной. Однако им требовалось слишком много вертикального пространства для вытягивания гирь. Ученый придумал систему блоков, регулирующую опускание гирь и уменьшающую необходимое вертикальное пространство. Леонардо также решал проблему компенсации потерь энергии, происходящую при раскручивании пружины: сначала при помощи ходового винта - шпинделя, медленно заводящего пружину; затем он создал необычные механизмы, более крепкие и устойчивые, чем шпиндель.  Часовой механизм 4:  Часовой механизм 5: Пружинный барабан Леонардо имел зубцы, цепляющие коническую спираль, которая, в свою очередь, передвигала пружинный барабан на расстояние, необходимое спирали при использовании геликоидального устройства и зубчатой рейки на дне.  Часовой механизм 6:  Шариковые и роликовые подшипники: Подшипники Леонардо современны и предвосхищают многие сегодняшние технические решения. Заметим, что шарикоподшипники использовались уже в классической античности. Леонардо замечал, что "3 подшипника под шпинделем лучше, чем 4, потому что при движении шпиндель соприкасается со всеми 3 подшипниками, в то время, как при использовании 4х есть опасность, что один из них не будет задействован и это создаст дополнительную силу трения". Модель действующая. Мадридский кодекс, Ms. I (BNM), fol. 101v  Шарикоподшипники: Леонардо пытался решить проблему трения в механизмах, разрабатывая различные системы. Например, для того, чтобы выдерживать давление вертикальной оси, можно использовать и шариковые, и роликовые подшипники. Здесь изображен рисунок подшипника со скользящим кольцом. Кольцо позволяет шарикам двигаться более свободно, не соприкасаясь друг с другом. Мадридский кодекс, Ms. I (BNM), fol. 20v  Эпициклоидальный колесный механизм: Этот механизм предназначен для выработки различных скоростей, необходимых для работы часов, станков и транспортных средств. Он имеет отношение к современной коробке передач. Три зубчатых колеса жестко соединены друг с другом и выстроены вдоль радиуса наибольшего из них, названного "планетарио". Центральное колесо приводится в движение извне при помощи рукоятки и передает момент движения соседнему колесу. Только среднее колесо независимо от “планетарио”, другие два жестко с ним связаны. В момент предачи движения от центрального колеса к внешнему, ”планетарио” поворачивается, но со скоростью, меньшей по сравнению с первоначальной. Вращение внешнего колеса на его собственной оси относительно окружности “планетарио” называется "эпициклоидальной кривой".  |
|
|
