Стопоходящая машина

Со времён изоб­ре­те­ния Джейм­сом Уат­том паро­вой машины сто­яла задача постро­е­ния шар­нир­ного меха­низма, пере­во­дящего движе­ние по окруж­но­сти в прямо­ли­ней­ное движе­ние.

Вели­кий рус­ский матема­тик Паф­ну­тий Льво­вич Чебышев не смог точно решить изна­чаль­ную задачу, однако, иссле­дуя её, раз­ра­бо­тал тео­рию при­ближе­ния функций и тео­рию син­теза меха­низмов. Исполь­зуя послед­нюю, он подо­брал размеры лямбда-меха­низма так, чтобы… Но об этом чуть позже.

Два непо­движ­ных крас­ных шар­нира, три звена имеют оди­на­ко­вую длину. Из-за сво­его вида, похожего на гре­че­скую букву «лямбда», этот меха­низм и полу­чил своё назва­ние. Неза­креп­лён­ный серый шар­нир маленького ведущего звена враща­ется по окруж­но­сти, при этом ведомый синий шар­нир опи­сы­вает тра­ек­то­рию, похожую на профиль шляпки белого гриба.

Рас­ста­вим на окруж­но­сти, по кото­рой рав­но­мерно враща­ется ведущий шар­нир, метки через рав­ные промежутки времени и соот­вет­ствующие им метки на тра­ек­то­рии сво­бод­ного шар­нира.

Ниж­нему краю «шляпки» соот­вет­ствует ровно поло­вина времени движе­ния ведущего звена по окруж­но­сти. При этом ниж­няя часть синей тра­ек­то­рии очень мало отли­ча­ется от движе­ния строго по прямой (откло­не­ние от прямой на этом участке состав­ляет доли процента от длины корот­кого ведущего звена).

На что же ещё, кроме шляпки гриба, похожа синяя тра­ек­то­рия? Паф­ну­тий Льво­вич уви­дел сход­ство с тра­ек­то­рией движе­ния копыта лошади!

При­де­лаем к лямбда-меха­низму ногу со «сто­пой». При­крепим к тем же непо­движ­ным осям в про­ти­вопо­лож­ной фазе ещё одну такую же. Для устой­чи­во­сти доба­вим зер­каль­ную копию уже постро­ен­ной дву­но­гой части меха­низма. Допол­ни­тель­ными зве­ньями согла­со­вы­ваются их фазы враще­ния, а общей платформой соеди­няются оси меха­низма. Мы полу­чили, как гово­рят в меха­нике, кинема­ти­че­скую схему пер­вого в мире шагающего меха­низма.

Паф­ну­тий Льво­вич Чебышев, будучи про­фес­со­ром Санкт-Петер­бург­ского уни­вер­си­тета, бóльшую часть сво­его жало­ва­ния тра­тил на изго­тов­ле­ние при­думан­ных меха­низмов. Он вопло­тил опи­сан­ный меха­низм «в дереве и железе» и назвал его «Стопо­хо­дящая машина». Этот пер­вый в мире шагающий меха­низм, изоб­ре­тён­ный рос­сийским матема­ти­ком, полу­чил все­общее одоб­ре­ние на Все­мир­ной выставке в Париже 1878 года.

Благо­даря Поли­тех­ни­че­скому музею г. Москвы, сохра­нившему чебышев­ский ориги­нал и предо­ста­вившему возмож­ность «Матема­ти­че­ским этю­дам» обме­рить его, у нас есть возмож­ность уви­деть в движе­нии точ­ную 3D-модель стопо­хо­дящей машины Паф­ну­тия Льво­вича Чебышева.

 Меха­низмы П. Л. Чебышева

Другие этюды раздела «Механизмы П. Л. Чебышева»