Хидравлични зъбчатки“: Новата технология, която работи без зъбци

Зъбчатките служат вярно на човечеството вече повече от 5000 години, но инженери от САЩ предложиха идея за принципно нов и вероятно по-ефективен механизъм. Те са разработили гениален начин за предаване на въртенето, който използва флуидни потоци, а не зъбни колела. Откритието може да доведе до създаването на по-гъвкави и по-издръжливи механични устройства.

Традиционните зъбни колела, изобретени в древен Китай за колесници, а по-късно използвани в известния антикитерски механизъм, вятърни мелници и часовници, имат един основен недостатък: техните зъбци, независимо дали са изработени от дърво, метал или пластмаса, са твърди и крехки. Те изискват перфектно подравняване и са уязвими на удари и замърсяване. За да преодолеят тези ограничения, екип от учени от Нюйоркския университет се замисли: могат ли да създадат устройство, което работи като зъбна предавка, но не изисква нито зъбци, нито физически контакт между частите? Идеята идва от наблюденията на турбини, задвижвани от вода или въздух.

„Изобретихме нови видове зъбчатки, които се зацепват чрез въртене на течности, а не чрез зацепване на зъбци и открихме нови възможности за контрол на скоростта и дори на посоката на въртене“,

заяви Джан Дзюн, водещ автор на статията.

При експериментите изследователите потапят цилиндрите или роторите във вискозен разтвор на глицерол и вода. Единият цилиндър се върти активно, а другият остава пасивен. Чрез добавяне на малки мехурчета към течността за визуализиране на потоците учените успяват да проследят как потоците от активния цилиндър предизвикват въртенето на пасивния цилиндър.

Резултатите разкриват два различни режима на работа в зависимост от разстоянието между цилиндрите и скоростта на въртене, съобщава Phys. Ако цилиндрите са близо, вихровите потоци действат като „течни зъбни колела“, захващат пасивния ротор и го принуждават да се върти в противоположната посока – подобно на класическите зъбчатки. Ако цилиндрите са по-далеч един от друг и активният се върти по-бързо, потокът от течност обгръща пасивния цилиндър отвън като ремък на шайба, принуждавайки го да се върти в същата посока като главния. По този начин една и съща система може да работи както като зъбна предавка, така и като ремъчно задвижване.

Според изследователите „течните зъбчатки“ са лишени от основните проблеми на механичните зъбни колела: те не се страхуват от дефекти, неточно позициониране или абразивни частици, които предизвикват заклинване. Скоростта и посоката на въртене могат да се променят по много по-гъвкави начини. Всичко това открива вълнуващи перспективи за прилагане на иновацията в роботиката и други отрасли.

Интересно е, че системата позволява автоматично „изключване“ при претоварване без риск от счупване на части, тъй като течността просто приплъзва, действайки като естествен предпазен съединител.