Решение, которое придумал изобретатель головоломки Оскар ван Девентер, - это коробка передач размером с кулак с передаточным числом 11, 373, 076:1. Это не опечатка: чтобы заставить выходной вал вращаться только один раз, потребуется более 11 миллионов оборотов входного вала. Почему? Он не уверен; он хочет, чтобы это была твоя работа.
Происхождение
С обычными («цилиндрическими») шестернями, которые мы все считаем базовыми, изменение скорости вала занимает много места. Например, чтобы изменить скорость в 5 раз, одна шестерня должна быть в пять раз больше диаметра другой. Это приемлемо для небольших сокращений, но обременительно для больших соотношений. По этой причине часто реализуются несколько этапов.
Типичным способом достижения высоких передаточных чисел является использование либо планетарной передачи (одна или две ступени которой есть в большинстве электрических дрелей), либо червячной передачи (как в швейной машине).
Двигаясь в другом направлении, Ван Девентер разработал новый тип шестерен, которые он называет «шлифовальными шестернями», которые состоят из внутренней шестерни, у которой на один зуб меньше, чем у внешней шестерни, что заставляет ее раскачиваться при вращении. Для инженеров это разновидность циклоидального привода. Секрет в том, что эти шестерни позволяют понижать передачу в зависимости от количества зубьев, а не от разницы в их физических размерах.
Что внутри коробки передач?
Во-первых, кривошип представляет собой двухступенчатую планетарную передачу; это приводит в действие двухступенчатую кофемолку. Шлифовальные машины движутся в противоположных направлениях, но сами находятся на расстоянии одного зуба друг от друга (27 против 26 зубьев, внутренние шестерни - 26 и 25 зубьев соответственно). То, что желтая шестерня делает с зеленой шестерней, почти полностью отменяется оранжевой шестерней (но не совсем), оставляя оранжевую шестерню варьироваться в бесконечно малых пределах относительно желтой. Если сложить все типы и ступени передач, получится передаточное число 11 373 076:1.
Возможные применения
Изобретатель ничего не придумал, поэтому для начала давайте посмотрим, для чего это было бы заманчиво, но для чего непригодно.
Точность: Можно подумать, что, поскольку выходные данные перемещаются так постепенно, они будут сверхточными. Хотя чистое движение действительно будет небольшим, и вы можете рассчитывать на его точность, количество люфтов конструкции поглотит ее точность. В среднем это было бы потрясающе, но в какой-то конкретный момент это было бы бесполезно.
Крутящий момент: «Повышай скорость, понижай передачу для крутящего момента», так что крутящий момент должен быть астрономическим, верно? Что ж, теоретически один человек имеет достаточно механического преимущества, чтобы выиграть перетягивание каната против всего острова Манхэттен, если он изготовлен из воображаемых материалов. В действительности, пластик, из которого сделан редуктор (или сталь, или вольфрам, или углеродные нанотрубки), достигнет своего предела на много порядков, прежде чем это механическое преимущество когда-либо сможет быть применено. Ван Девентер отмечает, что эта конструкция на самом деле справляется с крутящим моментом лучше, чем большинство других систем передач, но далеко не достаточно.
Вибрация: Оскар сам выключает это устройство. Шестерни шлифовального станка скрежещут и звучат, как собаки по кости. Даже если убрать биение сетки в коробке передач, она все равно трясется и вздрагивает.
Долгосрочные измерения: Возможно, это можно использовать для измерения или воздействия на что-то, что вращается очень быстро в течение очень длительного периода времени? Вращение 24 часа в сутки, 7 дней в неделю с максимально возможной скоростью приведет к тому, что за целый месяц не будет ни одного оборота продукции. Материальные преимущества здесь снова вступают в игру; гораздо более вероятно, что коробка передач изнашивается («шлифовальная машина» - подходящее описание) задолго до того, как удастся совершить один оборот.
Он по-прежнему снижает скорость, поэтому, какой бы цели он ни служил, вероятно, он будет вращаться вокруг приложения, где ценится само изменение скорости, а не типичный компромисс между крутящим моментом и точностью.
Продукт на рынке
Этот редуктор представляет собой интересный пример культуры Создателей и доступности технологий. Мы живем в мире, где идея, которая делает то, что никогда раньше не делалось, может быть построена дома и бесплатно распространена (так, чтобы ее мог воспроизвести кто-то еще дома), и все это без какого-либо применения или какого-либо места. в магазине. Помимо искусства, этого у нас не было несколько лет назад.
Большинство изобретений вызвано необходимостью решить проблему за определенную цену. Обременение инноваций цепочками как полезности, так и прибыльности имеет свои преимущества для эффективности предприятия, но инвестиции здесь минимальны.
Разделение этих трех компонентов и предоставление краудсорсингу решения нерешенных задач означает, что в будущем мы увидим гораздо больше необузданных инноваций. Это будет означать много пустяков (и, возможно, в конце концов, эта коробка передач будет среди них), но это также означает, что мы достигнем того, чего иначе не смогли бы достичь.
Если вы сможете заполнить часть пазла, Оскар будет рад, если вы оставите ему комментарий.