Винтовую линию (спираль) можно получить, навивая треугольник на цилиндрическую поверхность. По сути своей винт — это скрученная наклонная плоскость. Но у наклонной плоскости выигрыш в силе тем больше, чем более полого она располагается. Таким образом, и выигрыш в силе винта определяется углом наклона по отношению к оси его нарезки.

На практике измерять этот угол было бы делом весьма трудоемким, да и, как оказалось, ненужным. Вместо этого достаточно измерить шаг резьбы — расстояние между ее витками — и диаметр винта. Теперь выигрыш в силе легко найти расчетом.

Казалось бы, уменьшая шаг винта, можно неограниченно увеличивать выигрыш в силе. Это верно. Только мы с вами забыли про несущую способность. При уменьшении шага витки (нитки) резьбы получаются очень узкими, неспособными нести большую нагрузку. Она их попросту мнет и срезает.

Одно из простейших решений — оставить шаг резьбы таким, который достаточен для того, чтобы выдерживать нагрузку, а гайку домкрата вращать через замедляющую передачу. Тогда общее замедление при подъеме груза равно замедлению, даваемому винтом, умноженному на замедление передачи. Выигрыш в силе значительно возрастает. Но по мере роста значительную часть его пожирают потери на трение.

Лучше работает домкрат более замысловатой конструкции (рис. 5).

Здесь гайка и винт вращаются в разных направлениях, в результате чего при каждом повороте рукоятки винт поднимается очень медленно. Конструкция довольно проста, содержит немного деталей. А как обстоят дела с потерями на трение, с реальным выигрышем в силе?

Он у всех винтовых домкратов зависит от нагрузки. В нормальных условиях между витками резьбы винта и гайки присутствует слой смазки, и тогда трение невелико. Если нагрузка превышает некоторый предел, масло выдавливается и витки начинают тереться всухую. Трение резко возрастает, чем ограничивает максимальный вес, который можно поднять данным домкратом.

Есть два пути борьбы с этой неприятностью. Один из них подбор смазки. Ее стараются делать достаточно густой, чтобы она не вытекала при больших давлениях. В нее добавляют графит, дисульфит молибдена — вещества, делающие поверхность достаточно скользкой даже тогда, когда масляная пленка частично разорвана. Однако, идя по этому пути, мы обычно уменьшаем трение при больших нагрузках, но оно растет при малых.

Более радикальный путь — шариковый винт. Это пара винт — гайка, между витками которых катаются стальные шарики, такие, как у подшипников. Здесь трение скольжения заменяется в десятки и сотни раз меньшим трением качения. Правда, за такую замену приходится дорого платить.

Прежде всего витки винта и гайки теперь должны иметь строго определенный круговой профиль, соответствующий диаметру шарика. Выполняться он должен с микронной точностью. Касание между шариком и винтовой поверхностью происходит на очень малом по площади участке, где развивается значительное давление на единицу площади. Поэтому винты, гайку и шарики здесь приходится делать из высокопрочных термообработанных легированных сталей. А это, как вы догадываетесь, отнюдь не упрощает их изготовление.

Сложна и гайка сама по себе (рис 6). Ведь шарики при работе пары винт — гайка перекатываются, протекают между витками. И гайка имеет канал, по которому они текут по замкнутому пути.

Шариковые винтовые пары отличаются не только малым трением, но и как следствие мало подвержены износу, имеют исключительно высокую точность перемещения. Поэтому они находят широчайшее применение в технике. И не только там, где нужно получить большой выигрыш в силе. Но и там, где нужна точность, например, в станках.

Что касается домкратов, то из-за высокой (более чем стократной по сравнению с обычным винтом) стоимости изготовления здесь они редки. Однако, по имеющимся сообщениям, шариковые домкраты для специальных целей (резервный механизм поворота орудийного ствола) были сделаны и дали реальный 500-кратный выигрыш в силе.

Поговаривают, что создается смазка на основе фуллеронов — молекул углерода, имеющих шаровидную форму. Возможно, смазанный ею винт будет не скользить, а кататься, как на шариках.

Как видим, полиспаст, блок, винт и домкрат неисчерпаемы, как атом. Попробуйте и вы придумать что-нибудь новенькое в области использования очень непростых простых механизмов.

А.ВАРГИН

Рисунки автора

Старинная застройка городской площади, раскинувшаяся череда гор — типичные сюжеты, которые сами просятся в панорамный кадр. Дело это вроде бы нехитрое — снимай последовательно кадр за кадром, а после смонтируешь в широкоохватную картину. К сожалению, составленные таким образом, они не всегда удаются: снимая с рук, трудно обеспечить равные углы поворота камеры, намеченный уровень горизонта…