Содержание
Механизмы управления автомобиля
Рулевое управление автомобиля
Механизмы управления автомобиля — это механизмы, которые предназначены обеспечивать движение автомобиля в нужном направлении, и его замедление или остановку в случае необходимости. К механизмам управления относятся рулевое управление и тормозная система автомобиля.
Рулевое управление автомобиля — это совокупность механизмов, служащих, для поворота управляемых колес, обеспечивает движение автомобиля в заданном направлении. Передачу усилия поворота рулевого колеса к управляемым колесам обеспечивает рулевой привод. Для облегчения управления автомобилем применяют усилители руля, которые делают поворот руля легким и комфортным.
Устройство рулевого управления:
1 — поперечная тяга; 2 — нижний рычаг; 3 — поворотная цапфа; 4 — верхний рычаг; 5 — продольная тяга; 6 — сошка рулевого привода; 7 — рулевая передача; 8 — рулевой вал; 9 — рулевое колесо.
Принцип работы рулевого управления
Каждое управляемое колесо установлено на поворотном кулаке, соединенном с передней осью посредством шкворня, который неподвижно крепится в передней оси. При вращении водителем рулевого колеса усилие передается посредством тяг и рычагов на поворотные кулаки, которые поворачиваются на определенный угол (задает водитель), изменяя направление движения автомобиля.
Механизмы управления, устройство
Рулевое управление состоит из следующих механизмов :
1. Рулевой механизм — замедляющая передача, преобразовывающая вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
2. Рулевой привод — система тяг и рычагов, осуществляющая в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля.
3. Усилитель рулевого привода (не на всех автомобилях) — применяется для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса.
Устройство рулевого управления
1 – Рулевое колесо; 2 – корпус подшипников вала; 3 — подшипник; 4 – вал колеса рулевого управления; 5 – карданный вал рулевого управления; 6 – тяга рулевой трапеции; 7 — наконечник; 8 — шайба; 9 – палец шарнирный; 10 – крестовина карданного вала; 11 – вилка скользящая; 12 – наконечник цилиндра; 13 – кольцо уплотнительное; 14 – гайка наконечника; 15 — цилиндр; 16 –поршень со штоком; 17 – кольцо уплотнительное; 18 – кольцо опорное; 19 — манжета; 20 – кольцо нажимное; 21 — гайка; 22 – муфта защитная; 23 – тяга рулевой трапеции; 24 — масленка; 25 – наконечник штока; 26 – кольцо стопорное; 27 — заглушка; 28 – пружина; 29 – обойма пружины; 30 – кольцо уплотнительное; 31 – вкладыш верхний; 32 – палец шаровый; 33 – вкладыш нижний; 34 — накладка; 35 – муфта защитная; 36 – рычаг поворотного кулака; 37 – корпус поворотного кулака.
Устройство рулевого привода:
1 – корпус золотника; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – кольцо плунжеров подвижное; 4 — манжета; 5 – картер рулевого механизма; 6 — сектор; 7 – пробка заливного отверстия; 8 — червяк; 9 – боковая крышка картера; 10 — крышка; 11 – пробка сливного отверстия; 12 – втулка распорная; 13 – игольчатый подшипник; 14 – сошка рулевого управления; 15 – тяга сошки рулевого управления; 16 – вал рулевого механизма; 17 — золотник; 18 — пружина; 19 — плунжер; 20 – крышка корпуса золотника.
Бак масляный. 1 – Корпус бачка; 2 — фильтр; 3 – корпус фильтра; 4 – клапан перепускной; 5 — крышка; 6 — сапун; 7 – пробка заливной горловины; 8 — кольцо; 9 – шланг всасывающий.
Насос усилительного механизма. 1 – крышка насоса; 2 — статор; 3 — ротор; 4 — корпус; 5 – игольчатый подшипник; 6 — проставка; 7 — шкив; 8 — валик; 9 — коллектор; 10 – диск распределительный.
Принципиальная схема. 1 – трубопроводы високого давления; 2 – механизм рулевой; 3 – насос усилительного механизма; 4 – шланг сливной; 5 – бак масляный; 6 – шланг всасывающий; 7 – шланг нагнетательный; 8 – механизм усилительный; 9 – шланги.
Рулевое управление автомобиля КамАЗ
1 — корпус клапана управления гидроусилителем; 2 — радиатор; 3 — карданный вал; 4 — рулевая колонка; 5 — трубопровод низкого давления; 6 — трубопровод высокого давления; 7— бачок гидросистемы; 8— насос гидроусилителя; 9 — сошка; 10 — продольная тяга; 11 — рулевой механизм с гидроусилителем; 12 — корпус углового редуктора.
Механизм рулевого управления автомобиля КамАЗ :
1 — реактивный плунжер; 2— корпус клапана управления; 3 — ведущее зубчатое колесо; 4 — ведомое зубчатое колесо; 5, 22 и 29— стопорные кольца; 6 — втулка; 7 и 31 — упорные колы к», 8 — уплотнительное кольцо; 9 и 15 — бинты; 10 — перепускной клапан; 11 и 28 — крышки; 12 — картер; 13 — поршень-рейка; 14 — пробка; 16 и 20— гайки; 17 — желоб; 18 — шарик; 19 — сектор; 21 — стопорная шайба; 23 — корпус; 24 — упорный подшипник; 25 — плунжер; 26 — золотник; 27— регулировочный винт; 30— регулировочная шайба; 32— зубчатый сектор вала сошки.
Рулевое управление автомобиля ЗИЛ;
1 — насос гидроусилителя; 2 — бачок насоса; 3 — шланг низкого давления; 4 — шланг высокого давления; 5 колонка; 6 — контактное устройство сигнала; 7 — переключатель указателей поворота; 8 карданный шарнир; 9 — карданный вал; 10 — рулевой механизм; 11 — сошка.
Рулевое управление автомобиля МАЗ-5335:
1 — продольная рулевая тяга; 2— гидроусилитель рулевого привода; 3 — сошка; 4 — рулевой механизм; 5— карданный шарнир привода рулевого управления; 6 — рулевой вал; 7— рулевое колесо; 8 — поперечная рулевая тяга; 9— левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 — поворотный рычаг.
Tags:
Механизмы управления, устройство
Устройство рулевого управления
Устройство рулевого привода:
Автомобиль: устройство, конструкция
В фокусе внимания – конструкция автомобиля – системы и механизмы для работы транспорта, компоненты для размещения людей и грузов и устройство автомобиля (детали автомобиля). Остановимся на базовых терминах, основах автомобильных технологий.
Из наших статей вы получите информацию по следующим темам:
- Устройство, конструкция автомобиля.
- Рама, кузов, шасси.
- Топливная эффективность, экологическая классификация.
- Устройство двигателя автомобиля.
- Электронные системы управления автомобилем.
- Топливная система.
- Бензиновые системы впрыска топлива.
- Дизельные системы впрыска топлива.
- Система охлаждения двигателя.
- Система смазки.
- Трансмиссия.
- Коробка передач.
- Сцепление.
- Карданный вал
- Подвеска.
- Рулевое управление.
- Тормозная система.
Материалы будут регулярно добавляться. Внимательно следите за нашим разделом «Статьи». Автомобильные технологии развиваются очень динамично. Если бы гению (первопроходцу серийных авто) в сфере автомобилестроения Генри Форду продемонстрировали современный транспорт, механизмы бы точно удивили его. Впрочем, не нужно даже быть Генри Фордом. Можно просто было родиться во второй половине прошлого века или в начале нынешнего, а теперь удивляться настоящим чудесам, которые –повсюду. Среди этих чудес:
- Мехатронные системы (регулирования топливоотдачи двигателя, управления трансмиссией, силового управления навесным устройством, управления коробкой передач и сухим фрикционным сцеплением, антиблокировки тормозов автомобиля– ABS).
- Гидравлические системы (гидравлическая тормозная система— must have, гидравлическая система автовождения Trimble Autopilot).
- Системы навигации, включая как системы определения положения транспорта, так и системы дистанционного слежения за грузом.
Также современный транспорт немыслимо представить без электроники, технологий сетевого обмена. Кроме того, меняется сам подход к транспорту. Если ранее важно было просто создать эффективное средство передвижения, результативно использовать энергию топлива, современный производитель нацелен добиться максимально чистого выхлопа. По этой причине особое внимание уделяется модернизации систем контроля процессов воспламенения и горения топлива
Автомобильным инженерам, мехатроникам, механикам есть куда стремится при совершенствовании устройства автомобиля. Хорошо заработать в сфере транспортных технологий реально можно, но важно непрерывное желание для того, чтобы совершенствоваться (обучаться) и толковая начальная база. Да, любого мехатроника, электрика, механика оттачивает всегда практика, но формируют специалиста, прежде всего, именно уверенные знания автомобильных основ, конструкции, устройства автомобиля, его узлов и агрегатов.
Чтобы получить такие знания, главное иметь под рукой качественный источник для обучения. Представьте себе помещение в котором есть 4000 книг именно по транспортной тематике, при этом они обновляются почти каждый день и не надо рыскать в поисках нужного контента по просторам сети Интернет. И на практике такое «помещение» у вас легко может появится.
Это онлайн-платформа ELECTUDE. Причём это даже не просто комплексная база знаний по автомеханике, автоэлектрике, диагностике, но и площадка, с которой вы совершенно по-новому посмотрите на дистанционное обучение. Это не просто модный (а в этом году и вынужденный для многих) формат обучения. Это реальная возможность пошагово ликвидировать свои пробелы и отточить навыки посредством встроенного в систему виртуального тренажёра.
Конструкция автомобиля: от терминологии к отлаженной работе
Понятие «автомобиль» сочетает в себе два слова:
- Autos в переводе с греческого самостоятельность.
- Mobile (в переводе с французского – движение).
Сочетание, которое лучше всего отражает суть понятия. При этом «самостоятельность» и способность к «движению» требуют особенного контроля за безопасностью и надёжностью.
Для этого важно глубокое понимание всех взаимосвязей в работе автомобильных механизмов и систем. Задача производителей и специалистов в сфере ремонта – обеспечить узлам исправность, отлаженную работу. Это огромная ответственность, для которой нужны не только готовность к принятию решений, но и быстрое ориентирование в физических законах, особенностях техники.
Полезный совет
Нельзя выучиться автомобильной механике, электрике, мехатронике раз и навсегда. Учиться нужно каждый день. Единственное: у вас есть выбор – можно хаотично смотреть отдельные телевизионные программы, ролики в Интернете, читать новые учебники и публикации, а можно учиться пошагово (модульно), например, задействуя LMS ELECTUDE. Сначала вы, например, получаете максимальную «прокачку» по основам ДВС, затем «штудируете» бензиновые двигатели, потом проходите отдельные тренинги по оттачиванию конкретных навыков на встроенном тренажёре (он является важной составной частью платформы ELECTUDE).
Устройство автомобиля: агрегаты, узлы и детали
Любой автомеханик, электрик, мехатроник сталкивается с тремя понятиями «деталь», «узел» и «агрегат».
- Деталь автомобиля – это его неразъемная (изготовленная без применения сборки) конструктивная часть из однородного по структуре материала.p;
- Узлы – это объединение нескольких деталей. По факту – это уже сборочная единица. При этом, если совокупность из несколько деталей направлена на преобразование скорости, вида движения, мы имеем дело с механизмом. Характерные узлы – пневматичский цилиндр, обгонная муфта, наглядный же пример механизма – планетарный механизм. Иногда также можно встретиться с понятием «компонент». Этот термин актуален для автомобильной электрики. Типичный компонент – это, например, свеча зажигания.
- Агрегат— это объединение нескольких механизмов для решения какой-либо одной задачи.
Системы автомобиля
Взаимодействие узлов, механизмов создают систему. Какие системы бывают и для чего они служат?
Cистемы:
- Зажигания. Для формирования искры и воспламенения топлива в нужный момент времени, запуска мотора.
- Вспрыска (инжекторные системы). Для обеспечения вспрыска топлива.
- Впуска отработавших газов и контроля эмиссии вредных веществ. Для отвода отработавших газов из цилиндров двигателя, их охлаждения, а также снижения шума и токсичности газообразных веществ.
- Охлаждения. Для устранения риска перегрева деталей двигателя, а также охлаждения воздуха в системе турбонаддува, масла в смазочной системе, рабочей жидкости в АКП
- Питания. Для подачи топлива и питания двигателя, приготовления горючей смеси, хранения топлива и его последующей очистки.
- Управления. Для корректировки скорости, направления движения транспорта.
- Кондиционирования. Для создания и поддержания благоприятного микроклимата в салоне, кабине.
- Активной безопасности автомобиля.
Для предотвращения аварийной ситуации. Их самые распространённые функции – антиблокировка тормозов, создание курсовой устойчивости, распределение тормозных усилий, экстренное торможение, обнаружение пешеходов, помощь при перестроении во время езды, помощь при подъёме, контроль за усталостью водителя, распознавание дорожных знаков.
- Зарядки. Для питания электрического оборудования двигателя.
- Охлаждения и смазки. Для защиты двигателя. Среди базовых функций —регулирование рабочей температуры, уменьшение трения между двигателем и сопрягаемыми деталями. Также система смазки помогает защитить детали от коррозии.
- Торможения. Для уменьшения скорости и создания тормозного момента – остановки авто, удержания автомобиля на месте длительное время.
- Компьютерные системы – «менеджеры» и специалисты в области «мониторинга», которые непосредственно взаимодействуют с электрическими/электронными схемами.;
- Топливная система.
Для обеспечения горючим топливо-воздушной смеси. Именно топливная система необходима для питания двигателя.
- Система привода. Для передачи мощности от двигателя непосредственно к колесам.
Создание и совершенствование автомобильных систем является главной заботой производителей.
Специалистам СТО, напротив, часто приходится решать противоположную задачу: разбирать агрегат на узлы, узел на детали. Впрочем, обратная сборка деталей, узлов – это также типичная процедура технического обслуживания транспортного средства.
На рисунке ниже представлено устройство автомобиля:
Каждый будущий диагност должен уверенно знать названия и расположение узлов автомобиля. Более того, он должен соотносить их с основными «автономинаций»:
- Кузов– основание транспортного средства и его внешнее обрамление. Может быть несущей системой или отдельным элементом.
- Рама – ограждение транспортного средства.
Иногда можно встретить название каркас. Подробнее о кузове и раме вы узнаете в статье «Рама, кузов и шасси», которая выйдет уже совсем скоро.
- Двигатель – (дословно с немецкого – приводящий в движение). Механизм, который преобразует энергию тепла, вспышки топлива в механическую работу, обеспечивает транспортное средство эффективной мощностью.
- Подвеска. Cлужит для обеспечения контакта шины с дорожным полотном.
- Рулевое управление. Cлужит для управления автомобилем.
- Вспомогательное оборудование и системы безопасности – повышают комфорт, обеспечивают безопасность и удобство управления автомобилем и его системами.
Ведущий программный обеспечение для проектирования механизма и машины
Mechdesigner
Ведущий механизм и программное обеспечение для проектирования машины
Свяжитесь с нами, чтобы расположить демонстрацию.
Дизайн кулачка, механизма и движения имеет решающее значение для возможностей и производительности машины. Для конкурентоспособных инноваций инженерам-конструкторам нужны инструменты, с помощью которых они могут принимать уверенные решения. MechDesigner — это один из программных инструментов, который должен быть у всех инженеров-проектировщиков многокоординатных станков. С помощью MechDesigner инженеры смогут моделировать всю машину, оптимизировать синхронизацию ее движения, просматривать все кинематические данные и проектировать все типы кулачков. Когда оси станка работают и взаимодействуют наилучшим образом, они могут экспортировать все данные кулачка для производства, а также создавать комбинации серводвигателя и редуктора для каждой оси.
MechDesigner воплощает в себе наш опыт в программном обеспечении для моделирования проектирования упаковочных машин. Благодаря лучшим в мире возможностям PSMotion, MechDesigner можно использовать на самых ранних стадиях проектирования и до повышения производительности «выведенной из эксплуатации» машины. Вы даже можете реконструировать существующие конструкции машин и улучшить их производительность за счет улучшенной конструкции движения и конструкции кулачка. Интуитивно понятный интерфейс и быстрые и эффективные алгоритмы помогают быстро перебирать и определять наилучшие возможные варианты дизайна. Если вы хотите оптимизировать скорость машины, эффективность, сократить объем обслуживания или уменьшить количество отказов, MechDesigner имеет все инструменты для быстрого сравнения вашего проекта со всеми критическими параметрами инженерного проектирования.
MechDesigner — это программное обеспечение САПР для машин, предназначенное для машин со многими сложными конструкциями кулачков и механизмов.
Какой бы сложной ни была ваша конструкция, используйте MechDesigner , чтобы спроектировать все механизмы и кулачки в одной модели.
С MechDesigner можно постоянно:
Анализ :
- Просмотр и построение графиков нескольких параметров полного машинного цикла: углы передачи, угол давления, максимальная скорость и ускорения, контактное напряжение, срок службы толкателя, срок службы кулачка и многое другое.
Внимательно изучите :
- Рассмотрите каждый механизм и взаимодействие материалов в мельчайших деталях, с помощью микромеханических шагов, особенно на критических этапах работы машины.
Оптимизация:
- После того, как вы сбалансируете все возможные параметры, используя наш контрольный список « многоосевой кулачок и механизм для многоосевых станков », вы также получите доступ к нашей лучшей в мире годовой поддержке .
Вы получите горячую линию [в рабочее время в Великобритании], чтобы получить огромное количество опыта проектирования и моделирования машин. Мы почти всегда найдем возможность для дальнейшего улучшения.
Когда модель машины работает так, как вы хотите, экспортируйте все данные для производства.
MechDesigner намного больше, чем « программное обеспечение для проектирования кулачков », это « кулачок, механизм, программное обеспечение для проектирования движения с опытом проектирования машин ».
Мы гарантируем MechDesigner Программное обеспечение САПР быстро станет основным инструментом в процессе проектирования. Вы можете моделировать целые машины и моделировать их с реалистичной скоростью или микрошагом, чтобы тщательно изучить каждое взаимодействие с машиной, и даже редактировать на лету.
Свяжитесь с нами для организации демонстрации
Ключевые особенности MechDesigners
youtube.com/embed/0E4qZyfiZqI?autoplay=0&start=240&rel=0″>
Программное обеспечение MechDesigner для моделирования движения, механизмов и рычажных связей может моделировать и анализировать все механические устройства и машины. Попробуйте его, прежде чем купить его с бесплатной 30-дневной пробной версией. Скачать сейчас. Легко добавляйте детали, соединения, шестерни, ремни, шкивы, пружины, стойки и многое другое. Анализируйте все кинематические и силовые данные всех деталей и соединений, а также компонентов машин.
Программное обеспечение Cam Design. Проектирование и анализ всех кулачков: в том числе бочкообразных, глобоидальных, сопряженных, цилиндрических, пластинчатых, канавочных и т. д. Бесплатная 30-дневная пробная версия. Анализ параметров конструкции: угол давления, радиус кривизны, контактное усилие, контактное напряжение. Экспорт профилей кулачков для производства: файлы DXF, STEP и текстовые файлы, точки и двунаправленные дуги.
Программное обеспечение для проектирования роботов: модели Pick & Place, SCARA, Delta, Gantry, Pantograph, Planar Guidance Mechanism Robots. Загрузите MechDesigner сегодня, чтобы получить бесплатную 30-дневную пробную версию.
Программное обеспечение для проектирования механизмов должно быть способно проектировать механизмы, а также кулачковое проектирование и проектирование движения. Вы можете спроектировать любой механизм, который может состоять только из деталей и соединений, но вы можете легко добавить сервоприводы, кулачки, шестерни [простые шестерни, рейки, конические шестерни], ремни со шкивами, все со сложными движениями. Там может быть один вход или несколько. Конструкция механизма может быть плоскостной или пространственной. Вы можете спроектировать все механизмы машины одновременно, чтобы увидеть все важные взаимодействия механизмов. Вы даже можете добавить упаковку к модели и оформить ее как механизм.
Motion Design интегрирован с MechDesigner как автономный инструмент, который мы называем MotionDeisgner. MotionDesigner — мощный редактор моушн-дизайна. Вы можете редактировать и одновременно обновлять движения конструкции механизма и конструкции кулачка в модели MechDesigner — «на лету». Таким образом, вы можете тщательно изучить свой моушн-дизайн в виде графика в MotionDesigner и одновременно изучить то же самое движение в модели вашей машины в MechDesigner.
com/embed/E4cPIwAEdfI?autoplay=0&start=0&rel=0″>
Кинематический анализ и моделирование являются ключевыми преимуществами программного обеспечения MechDesigner. Вы можете спроектировать любой механизм, используя инверсную кинематику или прямую кинематику. MechDesigner имеет быстрые алгоритмы закрытой формы, вы будете поражены тем, как быстро вы можете внедрять инновации и наблюдать за циклом моделирования с машинной скоростью. Начните бесплатную 30-дневную пробную версию сегодня.
Как работали счетные машины
Основная проблема конструкции механического калькулятора заключалась в том, как переместить шестерню на величину, пропорциональную добавляемому числу. У простых сумматоров со стилусом/слайдом был простой ответ на этот вопрос. Пользователь просто помещал стилус в соответствующее отверстие, и колесо или слайд перемещались на соответствующую величину. Однако это было нежелательно, поскольку у пользователя не было возможности убедиться, что введен правильный номер. Кроме того, в случае умножения и деления одно и то же число нужно было бы «набирать» снова и снова. Эти проблемы заставляют конструкторов производить более сложные машины.
Ниже описаны и показаны три наиболее распространенных типа механизмов калькулятора. (Эти типы не включают сумматоры со стилусом / слайдом, поскольку их механизмы очевидны для пользователя.) За этими разделами следуют примеры других частей механизмов калькулятора.
Качающиеся сегменты
Эта конструкция использовалась во многих коммерческих счетных машинах. На рисунке выше показана одна цифра в дизайне качающегося сегмента. Сегмент качания серый, а каждая клавиша имеет упор (темно-зеленый). После того, как цифра в каждой строке была выбрана, обычно поворачивалась рукоятка, которая заставляла каждый сегмент вращаться вверх, насколько это возможно. (Пока он не упрется в нажатую клавишу.) Во время этого действия от одной (как в этом случае) до девяти шестерен зацепили встречное колесо (темно-синее).
Когда кривошип был возвращен в исходное положение, сегмент опустился в исходное положение. Во время этой операции встречное колесо было отключено, поэтому обратный ход не вычитал только что добавленную цифру.
Еще одной сложностью такой конструкции был ввод нулей. В дизайнах с полной клавиатурой пользователи не хотели вводить нули (особенно ведущие нули), поэтому разработчики включили механизм, который останавливал раскачивание сегмента в каждом столбце, если не была нажата какая-либо цифровая клавиша. Из-за этого подразумевался ноль, многие машины с полной клавиатурой не имели нулевых клавиш.
Комптометры работали так же, за исключением того, что нажатие каждой цифры приводило к раскачиванию сегмента. Большинство арифмометров кривошипного типа также напечатаны. В них обычно был другой сегмент напротив зубчатого сегмента, который содержал цифры 0–9. Как только сегмент был повернут в максимальное положение, одна из цифр оказалась напротив молотка, который затем ударил по цифрам. (Обычно во всем ряду был один молоток.)
Интересным вариантом была установка встречных колес (темно-синие) под прямым углом к сегментам, а не ребром, как показано выше. Преимущество этого заключалось в том, что, сдвигая счетчики в стороны, сегменты могли управлять ими с любой стороны. Это позволило «арифмометрам» выполнять прямое вычитание без дополнительных цифр. Эта конструкция использовалась в калькуляторе Bohn Contex.
Ступенчатые барабаны (стиль Лейбница/Томаса)
Эта конструкция восходит к 1694 году и впервые была использована в машине, изготовленной Готфридом Лейбницем. Филип Ханн изготовил улучшенную машину в 1774 году, но именно Чарльз Ксавьер Томас создал первую коммерчески успешную версию, поэтому этот тип машины обычно называли машиной Томаса.
Ступенчатый барабан решил проблему переменного количества зубьев за счет использования барабана, в котором количество зубьев варьировалось по его длине. Шестерня, перемещаемая по длине барабана, будет задействовать разное количество зубцов в зависимости от ее положения.
На рисунке выше ступенчатый барабан показан темно-серым цветом, а шестерни показаны различными оттенками зеленого. Числовая шестерня указана над ней светло-серым цветом и может свободно скользить по длине (темно-синего) квадратного вала. Положение числовой шестерни определяется тем, где пользователь установил цифровой указатель (коричневый) на шкале (показан на виде сбоку). В этом случае индекс установлен на четыре, а номер шестерни просто зацепил четыре более длинных (темных) зубца на барабане. Поскольку барабан продолжает вращаться, цифровая шестерня будет пропускать пять более коротких зубцов.
Модифицированный ступенчатый барабан Herzstark (Curta)
Ступенчатый барабан снова появился на позднем этапе эволюции вычислительных машин и стал сердцем калькуляторов Curta. Может показаться странным, что механизм, исчезнувший из-за своих больших размеров, вновь появился в одной из самых маленьких когда-либо созданных вычислительных машин. Некоторые первые разработчики создали вычислительные машины, в которых использовался одноступенчатый барабан, окруженный устройствами ввода цифр в цилиндре. Курт Херцстарк взял этот компактный дизайн и улучшил его, еще больше уменьшив его, чтобы он поместился в кармане. При этом он создал одну из самых приятных вычислительных машин.
Одиночный барабан мог поворачивать каждую из шестерен по очереди в зависимости от их положения по длине барабана. Это привело к созданию конструкции, которая была проще, меньше и с меньшей вероятностью заклинивания, чем предыдущие конструкции. Этот дизайн был впервые продан в 1948 году и хорошо продавался до эпохи электронных калькуляторов.
Большинство ступенчатых барабанных машин использовали набор чередующихся шестерен для каждого счетчика, задействованного для вычитания. Однако в Curta использовалась модифицированная конструкция барабана, показанная ниже:
Маленькие зубья, показанные светло-зеленым цветом, были достаточно тонкими, чтобы зацеплять или проходить против шестерни в зависимости от положения барабана вдоль его оси. Небольшое смещение барабана (вправо на картинке) привело бы к контакту числа зубьев, дополненного до 10, с каждой встречной шестерней. Цифры 0, 1 и 9 на рисунке показывают положения одной шестерни счетчика, когда ползун был установлен в положения 0, 1 и 9. Синие линии показывают путь встречной шестерни, когда барабан был повернут в положение добавления, а красные линии показывают пути, когда барабан был повернут в положение вычитания.
В положении 1 шестерня проходила бы между первыми двумя рядами светло-зеленых зубьев и проворачивалась только один раз последним большим зубцом. В положении 9 шестерня зацепит 7 маленьких зубьев, а затем два последних больших.
Переключение на барабан в положение вычитания приведет к тому, что встречная шестерня в положении 0 зацепит весь первый ряд зубьев, добавив 10, а в положении 1 зацепит весь второй ряд меньших зубьев и два больших зуба, добавив 9. Счетчик в положении 9 пропустил бы меньшие зубья и коснулся бы только последнего большого зуба, добавив один.
Модифицированный барабан также приводил в движение колеса счетчика оборотов с другим набором зубьев, и смещение барабана также вызывало переключение этих счетчиков в режим дополнения до 10 секунд таким же образом. (Ползунок на задней панели смещает колеса счетчика оборотов относительно барабана, чтобы отменить эффект смещения барабана для определенных операций.)
Вертушка (Odhner/Baldwin/Brunsviga)
Машины Stepped Drum использовались долгое время, но у них были свои проблемы. Необходимость в больших барабанах делала машины очень большими и тяжелыми, и они заставляли рычаги и цифры дисплея находиться на большом расстоянии друг от друга. В 1872-1877 годах Фрэнк Болдуин, а позже Уиллгодт Однер независимо друг от друга разработали счетные машины на основе вертушки или переменного зубчатого колеса. (Brunsviga продала многие из этих машин, используя патенты Однера, поэтому их также обычно называют машинами Brunsviga.) Позже Болдуин разработал калькуляторы с клавиатурой Monroe.
Вертушка состояла из основного корпуса колеса, который был закреплен относительно вала и содержал карманы, достаточно большие, чтобы позволить девяти подвижным штифтам полностью входить в него. Над основным диском располагался тонкий диск с рычагом установки номера. Этот диск удерживал штифты на месте и мог поворачиваться относительно основного диска. Это вращение контролировало положение штифтов. Преимущество этой конструкции заключалось в том, что колеса можно было сделать очень тонкими (толщиной около четверти дюйма) и установить рядом друг с другом, что позволило получить компактную машину с близко расположенными рычагами и цифрами. Вскоре это стало доминирующей формой вычислительной машины.
На приведенном выше рисунке защитный диск имеет серый цвет и имеет вырез, показанный темно-серым цветом. Штифты черные и имеют красные выступы, которые входят в открытый канал в закрывающем диске. На правой стороне показан рентгеновский снимок диска, и один штифт показан повернутым на бок между колесами. Регулировкой рычага вращался закрывающий диск, контролировалось количество торчащих штифтов (в данном случае пять).
После того, как рычаг был установлен, рукоятка поворачивалась, чтобы повернуть все колеса. Это заставило их повернуть встречные колеса на соответствующую величину. Закрывающие диски во время этой операции перемещались вместе с основными дисками, поэтому установочные пазы на этих машинах были достаточно длинными, чтобы рычаги могли вращаться внутри машины и обратно. Поскольку ввод числа оставался установленным во время работы, эти машины, как и драм-машины, хорошо подходили для повторяющихся операций умножения и деления.
Monroe (Baldwin)
Этот дизайн был разработан для четырехфункциональных калькуляторов с клавиатурой. Он был более компактным, чем предыдущие модели, и хорошо подходил для квадратной раскладки модели клавиатуры.
В механизме использовались два диска, которые раздвигались пружиной. Один диск имел по части окружности 5 зубцов одинаковой ширины. Другой диск имел 4 зубца разной длины.
На картинке два диска находятся в нулевом положении — ни один из наборов шестерен не зацепит встречное колесо (синее). Диски были сжаты в нужное положение двумя рычагами, которые были сжаты в соответствующей степени ключами над ними. Ниже показан вид сверху одного набора рычагов с видом сбоку на один из ключей слева.
Клавиши 1-4 заставляли правый (нижний на картинке) диск прижиматься к шестерне счетчика, чтобы на его пути располагались от 1 до 4 зубцов. Ключ 5 сжал левый диск по направлению к центру, что поместило его 5 зубцов на путь встречного колеса. Клавиши 6-9 сжимали левый диск, как и клавиша 5, но также сжимали правый диск на соответствующую величину, чтобы разместить 1-4 дополнительных зубца на пути встречного колеса.
Счетчик
Поскольку проблема ввода переменных чисел решалась одним из вышеперечисленных способов, передача счетчика была довольно простой задачей. Единственная реальная проблема заключалась в том, чтобы заставить их шагать на место «в цифровом виде», а не двигаться непрерывно, как стрелки часов, и не позволять им шагать слишком далеко из-за их собственного импульса.
На приведенном выше рисунке показан типичный счетчик в машине типа Odhner. Вертушка приводила в движение зеленую шестерню, которая приводила в движение синюю шестерню, прикрепленную к черному диску с цифрами, напечатанными на его ободе. (На машинах со ступенчатым барабаном числа обычно печатались на стороне черного диска, противоположной шестерне.) Серый щелчок предохранял встречное колесо от промаха во время быстрого запуска, что было серьезной проблемой для более ранних машин. Даже с показанным стопором со щелчком шестерни иногда могли сбиваться, когда машины работали рывками, поэтому были разработаны более сложные стопоры. Они сделали невозможным движение контрредуктора без полного возвратно-поступательного поворота упора. (Что-то вроде спускового механизма часов.)
Механизм переноски
В большинстве счетных машин все цифры обоих чисел складывались одновременно. Независимо от того, какой из вышеперечисленных механизмов использовался, поворот рукоятки приводил в действие все они одновременно. Это было хорошо, за исключением проблемы переноски. После добавления переносы должны были обрабатываться справа налево, а добавление переносов могло потребовать дополнительных переносов. Причина, по которой зубья на вертушках или барабанах проходили только часть пути по окружности, заключалась в том, что для механизмов переноски требовалось место.
На следующем рисунке показана часть механизма переноски типичной машины типа Odhner.
(Это другая сторона встречного колеса, показанного выше.) На типичной машине Однера, когда цифра счетчика менялась от 9 до 0, колесо (оранжевое) с одним зубом поворачивало топороподобный выступ (серый) на пути следующей вертушки слева. Конец топора имел наклонные поверхности (светло-серые) и был тонким сверху и снизу, но толстым посередине. (См. вставку, вид сбоку.) Это устройство имело собственный стопор щелчка и оставалось на месте, пока его не отодвинули назад.
Вдобавок к девяти цифровым штифтам у каждой вертушки было еще два штифта (один для вычитания и один для сложения). Вместо того, чтобы двигаться внутрь и наружу, эти штифты всегда были снаружи, но перемещались из стороны в сторону. В своем обычном положении они находились не на одной линии с цифровыми штифтами и не попадали в шестерню счетчика. Однако выступ от узла счетчика в следующем положении справа выдвинул их на одну линию с шестерней, поэтому был добавлен дополнительный блок.
Было два набора штифтов, потому что на машине Однера вертушки вращались в одном направлении для сложения и в противоположном направлении для вычитания, а переносы (или заимствования) должны были выполняться после сложения или вычитания. Кроме того, штифты для переноса были расположены в шахматном порядке вокруг вертушек, так что самая правая цифра обрабатывалась первой, а любой перенос, вызванный предыдущим переносом, мог быть добавлен слева. После выполнения кариеса другая часть каждой вертушки вернула устройства для переноски на их нормальные места.
Прочие осложнения
В дополнение к вышеперечисленному нужны были механизмы для обнуления всех регистров. Иногда также включался механизм для обнуления рычагов. (На десяти клавишных арифмометрах, где число сбрасывалось при каждом сложении, был предусмотрен ключ и механизм для предотвращения этого при выполнении умножения.) Обычно устанавливались колокольчики для индикации недополнения и переполнения, а также обычно предусматривалось множество блокировок для удержания числа.