Механический барабан
Леонардо разработал несколько конструкций механических барабанов. Они мог ли использоваться как для праздников, так и во время боевых действий.
Как вариант, рассматривался механический барабан на колесах, его можно было устанавливать на повозке. Человек толкал повозку, та ехала, и одновременно приводилось в действие механическое устройство: приходило в движение большое колесо цевочной передачи машины, помещенное в центре. Деревянные пальцы торчали с двух сторон и заставляли вращаться соединенные с ними барабаны – сразу две штуки. На одном валу с этими барабанами находились валки с колышками. Колышки надавливали на барабанные палочки и заставляли их ударять в определенном ритме по барабану с двух сторон.
Особенность механизма – возможность менять ритм барабана с помощью перестановок колышков в отверстиях валков.
Диапазон машин и механизмов, которые разрабатывает Леонардо, необыкновенно велик. Он конструирует огромные краны, военные машины и одновременно – устройства для автоматизации работы и станки. Не чуждается он придумывать и механизмы, которые облегчат труд людей на кухне.
В архивах Мастера сохранился рисунок механического вертела, который постоянно поворачивался над огнем, и мясо не подгорало. Леонардо поместил в дымоходе на вертикальном валу пропеллер. Горячий воздух, идущий вверх из печи, заставлял пропеллер вращаться. Движение с вертикального вала пропеллера с помощью цевочной передачи передавалось на горизонтальный вал и с него через ременную передачу – на сам вертел. Чем сильнее разогревалась печь, тем сильнее становился поток горячего воздуха и тем быстрее вращался вертел, предотвращая мясо от подгорания.
Перед нами машина с системой обратной связи.
Сам Мастер считал свое изобретение уникальным и зашифровал подписи к чертежу.
Токарный станок того времени выглядел довольно примитивно. Основание «станка» – деревянная скамейка вместо современной станины. На этой скамейке-станине находилось две бабки, соединенные бруском, служившим опорой для резца. Передняя бабка станка служила для поддержания деталей и передачи движения, задняя – только для того, чтобы поддерживать деталь. Наличие бруска избавляло токаря от необходимости держать резец на весу. Однако резец все равно приходилось держать в руках – таких механизмов, как суппорт, в котором закрепляют резцы в современных токарно-винторезных станках, в то время еще не было. Детали станка изготовлялись из дерева. Над станком свешивалась укрепленная на столбе гибкая жердь, к ее концу прикреплялась веревка. Веревка обвивалась вокруг вала, спускалась вниз и привязывалась к деревянной педали. Нажимая на педаль, токарь приводил во вращение деталь. Когда токарь отпускал педаль, гибкая жердь тянула веревку назад. При этом заготовка вращалась в обратную сторону, так что токарю приходилось попеременно то прижимать, то отодвигать резец. Леонардо решил применить в станке маховое колесо, создающее инерционность движения заготовки, зажатой в центрах, то есть попросту обеспечивающее равномерное вращение заготовки, что очень важно для обработки деталей. К слову, резцы того времени (речь идет об обработке дерева) почти не отличались от современных собратьев.
У Леонардо есть еще одна конструкция станка – небольшой токарный станок опять же с маховиком, где движение от педали передается через кривошип на коленчатый вал.
Для создания новых механизмов требовалась нарезка винтовой резьбы – помните, такие механизмы не раз встречаются в машинах Леонардо. Наружную резьбу на винте в то время выпиливали с помощью напильника. А как выпиливать – намечали с помощью бумажной ленты, которую оборачивали вокруг заготовки. Леонардо рассчитал шаг резьбы как четвертую часть от диаметра стержня и предложил нарезать резьбу на токарном станке. Именно для этого он и занялся созданием механизма, который бы мог обеспечить равномерное вращение заготовке.
Еще одно нововведение да Винчи – плавающая винторезная оправка.
К сожалению, полностью станок Леонардо так и не был построен.
Вообще, в записях Леонардо немало рисунков с изображениями кранов и подъемников. Их можно было бы выделить в особую главу, особенно для поклонников подъемно-транспортных машин.
В двухколесном подъемном механизме, который сконструировал Леонардо, движение вертикального рабочего рычага, который перемещается взад-вперед, при помощи колес с пальцами-зубьями и цевочного зацепления преобразуется в движение для равномерного подъема груза. Особенность этого рисунка в том, что механизм изображен как в собранном, так и в разобранном виде. При этом чертеж-рисунок выполнен столь тщательно, что для изготовления по нему деталей не хватает только размеров. При этом две детали представлены в увеличенном виде – так делается и теперь для показа узлов, которые на общем сборочном чертеже выглядят слишком мелко или не видны вовсе.
Машина приводилась в действие движением рычага, который человек двигал вправо-влево. На первый взгляд казалось, будто машина состоит из двух деревянных колес и вала между ними, на который наматывается веревка с поднимаемым грузом. Однако внутри деревянных колес был сконструирован механизм, с помощью которого при каждом движении рычага – как вправо, так и влево – одно из колес поворачивалось, заставляя вращаться цевочный барабан в одну и ту же сторону и, вращая вал, поднимать груз. Достигалось это за счет того, что внутри колес расположен храповой механизм – универсальный механизм для лебедок и домкратов.
С помощью храпового механизма возвратно-поступательное движение (движение рукояти туда-сюда) преобразовывается в прерывистое движение в одном направлении. Храповой механизм состоит из зубчатого колеса с несимметричными зубьями, имеющими упор с одной стороны, и собачки (упора). Собачка не дает колесу вращаться в обратную сторону. К храповому колесу собачка прижимается с помощью пружины.
Можно сказать, что столь красиво и вдохновенно на своем рисунке Леонардо изобразил предка современных лебедок и домкратов.
Да Винчи придумал вентилятор, то есть устройство, которое сжимает воздух и гонит его по трубам. Его можно применять для вентиляции комнат или разжигания печей.
Учитывая, что в жаркой Италии в то время женщины ходили в тяжелых платьях до полу, а мужчины носили длинные одеяния из сукна, наличие вентилятора в комнатах во время многочасовых празднеств было совсем нелишним.
Вентилятор Леонардо – это цилиндрический барабан, покрытый снаружи лопастями, в движение его приводит либо вода, либо ручной привод, внутри барабан разделен на четыре секции с открытыми створками между ними (для выпуска наружу сжатого воздуха). Определенное количество воды циркулирует внутри, перетекая из одной секции в другую по мере вращения барабана, сжимая воздух и проталкивая его наружу по трубе, расположенной в середине.
Разумеется, все вы знаете, что печатный станок изобрел Иоганн Гуттенберг. В пятнадцатом веке многие города обзаводятся своими печатными дворами. Появились печатни и во Флоренции – как раз во времена Леонардо, около 1470 года.
Но да Винчи не мог пройти мимо такой замечательной машины, как печатный станок. И уж если он обратил на нее внимание, то непременно по своему обыкновению усовершенствовал. Леонардо добавил в станок механизм автоматической подачи бумаги.
Итак, посмотрим, как работает станок.
Пресс приводится в действие с помощью рычага, который вращает червячный винт. Пресс движется вниз, к листу бумаги, а наверху от того же привода вращается большое зубчатое колесо, которое приводит в движение вертикально расположенный барабан цевочного зацепления. Барабан цевочного зацепления вращает вал с блоком, на который наматывается веревка. С помощью этой веревки каретка (ее направляющие расположены под наклоном) подтягивается вместе с листом под пресс. Механизм рассчитан таким образом, что, когда пресс находится в нескольких сантиметрах над листом, каретка останавливается. После получения оттиска пресс поднимался наверх, а каретка скользила назад под действием силы тяжести вместе с готовым листом. Обычно операция выполнялась вручную, требуя больших затрат времени и энергии. К тому же человеку приходилось доставать готовый оттиск из-под пресса, что всегда угрожает безопасности. В станке Леонардо снимать и закладывать бумагу очень удобно.
Машина для шлифовки зеркал
В 1468 году мастерской Андреа Вероккио заказали для завершения проекта архитектора Брунеллески исполнить золоченый шар с крестом, который должны были установить на вершине купола Санта-Мария-дель-Фьоре. Диаметр медного шара был около двух метров, весила конструкция более двух тонн. Инженерная задача не из легких – сначала надо было сварить сферу, потом поднять ее над куполом и припаять. Когда сфера была готова (а на ее изготовление ушло несколько лет), ее подняли на купол с помощью подъемного крана и в течение трех дней приваривали при помощи вогнутых зеркал. Это был первый сложный проект, в котором участвовал Леонардо.
