Шариковое колесо из России может вытеснить шестерёнки

Возможно, через несколько лет во многих механизмах, что нас окружают, будут работать такие передачи (фото Сурен Мкртчян).

"Мы разработали и запатентовали альтернативу зубчатому колесу", — такая строчка в письме не могла нас не заинтересовать, и мы связались с его автором. Удивительно, но оказалось, что по профессии он — режиссёр и сценарист, по совместительству – автор рассказов в стиле гонзо, а по состоянию души – изобретатель. Потому далее о сценариях – ни слова.

Наш герой — Сурен Мкртчян (Suro Jr.). Совместно с профессором Андреем Романовым из ГКНПЦ им. М. В. Хруничева он изобрёл оригинальную передачу, способную заменить обычный набор шестерёнок.

В основе передачи — пара цилиндров со множеством выточенных ямок. В ямки одного из цилиндров помещены шарики. Далее всё просто — шарики, попадая в углубления соседнего цилиндра, передают усилие от одной детали к другой.

По словам Сурена, новая «зубчатая» передача (условно её всё-таки можно так называть) применима везде, где есть обычные передачи с зубьями: начиная от станкостроения и заканчивая часами и разводными мостами.

Мкртчян и Романов получили российский патент, но, конечно, хотели бы запатентовать новинку и в других странах. А самое интересное — изобретатели построили опытный образец передачи с шариками.

Первый рабочий прототип узла и рисунки из патента (фото и иллюстрации Сурен Мкртчян).

Правда, в силу некоторых обстоятельств, им не удалось полностью воплотить всё, что было задумано. Так, по первоначальному замыслу, шарики и лунки должны чередоваться на каждом из двух колёс. Однако и простая модель показала работоспособность идеи.

В патенте же описаны выполненные по тому же принципу самые различные вариации такой передачи (коническая, к примеру). Ведь расположение рядов шариков можно варьировать, как и форму удерживающего их «колеса».

Какой смысл в подобной замене?

Авторы изобретения отмечают, что «шариковые шестерни» проще в изготовлении и дешевле. Для них не нужны зуборезные станки. Достаточно насверлить отверстий в стальных цилиндрах да добавить шарики, сходные с теми, что работают в больших подшипниках.

А ещё такая передача не боится поломки «зуба» — если один из шариков выпадет из гнезда, весь механизм сможет работать как ни в чём не бывало. Ремонт также прост — вставить шарик обратно, и всё.

У нас сразу возник вопрос: как эти «зубья» крепятся? Не повылетают ли все сразу, особенно при высокой нагрузке?

Мкртчян пояснил, что шарики приклеены, но клей — не единственное, что крепко держит их на месте.

Дело в том, что под каждым шариком ещё есть лунка, в которой остаётся немножко воздуха. Клей работает как герметик, так что при попытке шарика выпасть разряжение удерживает его на месте («Закон вантуза», — говорит Сурен).

По идее, выпуск таких необычных передач должен быть ещё и более экологичным. Ведь при нарезании зубьев у традиционных шестерёнок в стружку уходит немало металла. А ведь это — и материал, и энергия, потраченные впустую (фото Сурен Мкртчян).

Как рассказал изобретатель, масштабных испытаний прототипа не проводилось, поэтому о точной величине потерь на трение или об износостойкости такой системы (о чём мы сразу спросили Мкртчяна) говорить рано.

Тем не менее, полагаем, необычная передача вполне может в каких-то вариантах применения оказаться интереснее и удобнее простых шестерёнок.

Возможно, вы удивитесь, зачем выпускник ВГИКа, с блеском выступивший на ряде кинематографических конкурсов, занялся патентованием «нового колеса», кропотливым изготовлением первой модели...

Сурен приводит только один пример. Зато яркий.

В 1945 году писатель-фантаст Артур Кларк, тогда ещё только начинавший покорение сердец читателей, опубликовал... нет, не фантастический рассказ, а научную статью, в которой детально изложил идею размещения спутников связи на геостационарной орбите.

Пророчество писателя не просто сбылось — оно изменило мир. Но сам Кларк от этого ничего, кроме морального удовлетворения, не получил (у него не было даже патента). Позже он написал об этом фельетон — «Краткая предыстория спутников связи, или Как я на досуге потерял миллиард долларов».



Александр Оликевич: задача МНТЦ — проложить новый путь

2 июня 2008

Криминалист определил звук фальшивых монет

24 января 2008

Зловещие учёные придумали ручные фимо-фракталы и щетинобота

26 декабря 2007

Подушкам Zaky отдают детей в хорошие руки

11 декабря 2007

Стальные ворота не пускают шторм в Нидерланды

28 ноября 2007
  • Борис Зверев  30 сентября, 03:42
    Идея интересная, но есть несколько «но»:
    1) Зубчатая передача сделана на основе использования эвольвентного зацепления. Эвольвента, как мы (инженеры :)) помним — это линия, описываемая движением точки на прямой, без проскальзывания прокатывающейся по окружности. Т.е. в идеальной паре шестерён проскальзывание в точках контактов зубьев (а значит — и трение) отсутствует. В случае с шариковой передачи этого не будет, т.к. сопряжение поверхностей шарика и ответного углубления этого не дадут, что будет означать износ шариков и «ответных» углублений — а следовательно, по мере износа, увеличивающийся стук и биение.
    2) Неверен посыл о сложности нарезания зубьев. Существуют специальные зубонарезные станки, специальные фрезы под нужный модуль, и т.п. Да и отверстия в барабанах предложенной шариковой передачи будут, видимо, не конические, что проще всего получить стандартным сверлом, и не цилиндрические от простой пальцевой фрезы, а должны делаться шаровой фрезой (полусферический торец), а заточка такой фрезы — дело не менее сложное, чем нарезание обычных эвольвентных зубьев. Более того, форма ответного гнезда будет достаточно сложной (чтобы обеспечить плавный «вход» и «выход» шарика), и под каждое сочетание диаметров барабанов и шариков придётся подбирать (и изготавливать) отдельную фрезу со сложной формой режущего торца.
    3) При работе редуктора на высоких оборотах, при определённом сочетании частоты вращения барабана, диаметра барабана и диаметра шарика, шарики будут вылетать из гнёзд даже при наличии удерживающего клея. Например, при диаметре барабана 10 см, диаметре шариков 1см и частоте вращения барабана 100 об/мин центробежная сила, действующая на каждый шарик, составит около 5 кг, при массе стального шарика около 4 граммов; при 1000 об/мин сила увеличится до 500 кг. Расчёты элементарные, легко можно перепроверить.

    Таким образом, единственное разумное применение такого устройства — низкооборотные ручные передачи, изготавливаемые как лабораторные образцы в агрегатах для обеспечения передачи вращательного движения, изготовление или подбор зубчатых передач для которых нецелесообразен — в этом случае действительно, любой токарь может изготовить барабаны, а слесарь (часто в НИР это одно лицо) — нарезать конической фрезой (сверлом) «гнёзда», и заполнить «передачу» шариками от подшипника. Мы сами пользовались подобной кустарщиной во время первичных экспериментов с разными приборами — но в дальнейшем, после лабораторных испытаний образца, разрабатывали нормальные, промышленные решения.

    ОтветитьНравится
  • Борис Зверев  30 сентября, 03:55
    Прошу прощения, в расчётах таки ошибся :) Масса шарика «выскочила» из расчёта.
    Конечно, при 100 оборотах — 20 грамм, при 1000 — 2 кг.
    ОтветитьНравится
  • Ярослав Штойко  16 января, 20:48
    Так сделайте не шарики на клею, а вкручивающиеся цилиндры с закругленной внешней стороной; плюс их можно сделать частично пустотелыми...)
    ОтветитьНравится