Цивилизация с нуля. Что нужно знать и уметь, чтобы выжить после всемирной катастрофы

Другой древний механизм применяется для упорядоченного открывания и закрывания клапанов, чтобы впускать топливную смесь и выбрасывать отработанный газ в течение рабочего цикла. Кулачок имеет вытянутую, смещенную от центра форму, чтобы, вращаясь на распределительном валу, он в установленном ритме поднимал рычажок-коромысло или отбрасывал стержень-толкатель. В прошлом кулачковый механизм использовался в свайных молотах: энергия водяного колеса раз за разом поднимает молот, а падает он, нанося удар, спущенный вертящимся кулачком. Кулачковый механизм был известен древним грекам и появляется вновь в средневековых машинах XIV в. В современном двигателе внутреннего сгорания набор кулачков, вращаемых распределительным валом, обеспечивает точную синхронизацию работы впускных и выпускных клапанов с рабочим циклом цилиндров.

Если вы намерены установить двигатель на сухопутное транспортное средство, а не просто вращать им гребной винт судна, придется решить еще несколько технических задач. Разобравшись с устройством двигателя, придется перейти к следующему этапу — передаче вращения на колеса. Трансмиссия — одна из самых простых для понимания частей автомобиля; в сущности, это не более чем коробка, позволяющая выбрать, какие шестерни сцепить между собой, и работающая по тому же принципу, что и зубчатые передачи, восходящие к III в. до н. э. Двигатель внутреннего сгорания вращается с огромной частотой, и поэтому низкие передачи, когда вал трансмиссии сцепляется с шестерней, меньшей, чем на валу двигателя, используются, чтобы «обменять» частоту вращения на вращающее усилие. Оно нужно для ускорения или движения на подъем.

Смену шестерен облегчает еще один сопутствующий агрегат — диск сцепления. Во многих машинах вращение двигателя передается через диск с рельефной поверхностью, сцепленный с маховиком, — как ни странно, именно трение обеспечивает равномерность вращения. Специальный механизм позволяет разъединить маховик и диск сцепления, отцепив двигатель от карданного вала. Подобная система применялась в ранних деревообрабатывающих станках, например токарных, — так механизм станка отсоединялся от источника энергии.

Первые автомобили заимствовали трансмиссию у велосипедов и передавали вращение на заднюю ось посредством цепи и звезд. Более эффективный способ — карданный вал, но, чтобы он не сломался от сотрясений и толчков при езде, ему необходима некоторая степень гибкости. Как же придать жесткому стержню способность сгибаться в любом направлении, при этом передавая усилие? Решение в том, чтобы разместить в двух местах на валу универсальные шарниры. Такой шарнир состоит из пары соединенных муфт, его принцип был описан еще в 1545 г.

После того как ваша моторная колесница покатила, нужно изобрести средство для управления поворотными колесами прямо с водительского места. На первых автомобилях применялся румпель — тяж, посредством которого на судах управляли положением рулевого пера. Однако позже было найдено более удобное решение — тут пригодилась технология, восходящая к античным водяным часам, появившимся около 270 г. до н. э. Реечная передача — механизм, состоящий из зубчатого колеса и длинной планки с такими же зубцами. Рулевое колесо в кабине связано валом с зубчатым колесом, которое двигает рейку вправо и влево, поворачивая передние колеса.

Наконец, последняя техническая проблема возникает, если два колеса держатся на одной оси. Когда машина поворачивает, внешнее колесо должно вращаться чуть быстрее внутреннего, если же оба вращаются одной осью, они могут скользить и буксовать, снижая управляемость машины и изнашивая покрышки. Механизм, называемый дифференциалом и представляющий собой систему не более чем из четырех шестерен, позволяет передавать мощность на оба колеса, но вращать их с разной скоростью. Эта изящная конструкция в европейских механизмах появляется с 1720 г., но не исключено, что возникла еще в 1000 г. до н. э. в Китае.

Одним словом, заглянув в нутро новенького спортивного авто, соединяющего в себе новейшие технические достижения, вы обнаружите винегрет компонентов, заимствованных из механизмов, восходящих к далеким этапам человеческой истории: гончарного круга, римских лесопилок, свайного молота, токарного станка и водяных часов.