Silnik dzielący - Dividing engine
Silnik dzieląc to urządzenie stosowane do znaku podziałką w sprawie przyrządów pomiarowych, aby umożliwić czytanie mniejsze wymiary niż można pozwolić, by bezpośrednio je grawerowanie. Znana skala noniuszowa i śrubokręt mikrometryczny to klasyczne przykłady, które wykorzystują takie podziałki.
Historia
Zawsze istniała potrzeba dokładnych przyrządów pomiarowych. Niezależnie od tego, czy jest to przyrząd liniowy, taki jak linijka lub noniusz, czy też przyrząd kołowy, taki jak kątomierz , astrolabium , sekstant , teodolit , czy zataczanie okręgów do teleskopów astronomicznych , pragnienie coraz większej precyzji istniało od zawsze. Za każdym ulepszeniem przyrządów pomiarowych, takim jak lepsze alidady czy wprowadzenie celowników teleskopowych, natychmiast pojawiała się potrzeba dokładniejszych podziałek .
We wczesnych instrumentach podziałki były zazwyczaj wyryte lub wyryte linie w drewnie , kości słoniowej lub mosiądzu . Producenci instrumentów opracowali różne urządzenia do wykonywania takich zadań. Wcześni muzułmańscy wytwórcy instrumentów musieli dysponować technikami precyzyjnego podziału swoich instrumentów, ponieważ ta dokładność znajduje odzwierciedlenie w dokładności dokonywanych przez nich odczytów. Wydaje się, że ta umiejętność i wiedza zostały utracone, biorąc pod uwagę, że małe ćwiartki i astrolabia w XV i XVI wieku nie wykazywały dokładnych podziałek i zostały wykonane stosunkowo z grubsza.
W XVI wieku europejscy wytwórcy instrumentów byli utrudnieni przez dostępne materiały. Mosiądz był w kutych blachach o szorstkich powierzchniach, a żelazne narzędzia grawerskie były złej jakości. Nie było wystarczającej liczby twórców, aby stworzyć długą tradycję praktyki i niewielu było szkolonych przez mistrzów .
Poprzeczki ustanowiły standard na początku XIV wieku. Tycho Brahe użył transwersów na swoich instrumentach i sprawił, że metoda była lepiej znana. Poprzeczki oparte na liniach prostych nie zapewniają poprawnych podziałów na łuku, dlatego zastosowano również inne metody, takie jak te oparte na wykorzystaniu łuków kołowych opracowane przez Philippe'a de La Hire .
Kolejny system został stworzony w XVI wieku przez Pedro Nunesa i od jego imienia został nazwany noniuszem . Polegała ona na narysowaniu pewnej liczby koncentrycznych okręgów na instrumencie i podzieleniu każdego kolejnego o jedną działkę mniej niż sąsiednie koło zewnętrzne. Zatem najbardziej zewnętrzna ćwiartka miałaby 90 stopni w 90 równych podziałach, następna wewnętrzna miałaby 89 podziałów, kolejne 88 i tak dalej. Po zmierzeniu kąta zaznaczono okrąg i podział, na który spadła alidada . Następnie skonsultowano się z tabelą, aby podać dokładny środek. Jednak ten system był trudny do zbudowania i używany przez niewielu. Tycho Brahe był wyjątkiem.
Niektóre ulepszenia systemu Nunes zostały opracowane przez Christophera Claviusa i Jacoba Curtiusa . Praca Curtiusa doprowadziła bezpośrednio do pracy Pierre'a Verniera , opublikowanej w 1631 roku. Vernier udoskonalił ten proces i dał nam skalę noniusza . Jednak chociaż te różne techniki poprawiały odczytywanie podziałek, nie wpływały one bezpośrednio na dokładność ich konstrukcji. Kolejne ulepszenia przychodziły powoli i potrzebny był nowy rozwój: silnik dzielący.
Wcześniejsze prace nad rozwojem obrabiarek do kół zębatych przygotowały drogę. Takie urządzenia były potrzebne do wycinania okrągłej płyty o jednakowych zębach kół zębatych . Zegarmistrzowie byli zaznajomieni z tymi metodami i odgrywali ważną rolę w opracowywaniu silników dzielących. George Graham opracował proces wykorzystania metod geometrycznych do podziału kończyny instrumentu. Opracował wyrafinowany kompas wiązkowy, aby ułatwić zaznaczanie podziałek. John Bird i Jeremiah Sisson zastosowali te techniki. Te techniki kompasu promieniowego były używane w XIX wieku, ponieważ późniejsze silniki dzielące nie skalowały się do największych konstruowanych instrumentów.
Pierwszy prawdziwy kołowy mechanizm dzielący został prawdopodobnie skonstruowany przez Henry'ego Hindleya , zegarmistrza, około 1739 roku. Został on zgłoszony Towarzystwu Królewskiemu przez Johna Smeatona w 1785 roku. Zastosowano zębatą płytkę indeksującą i przekładnię ślimakową, aby przyspieszyć mechanizm. Duc de Chaulnes stworzył dwa silniki dzielące między 1765 a 1768 do dzielenia łuków kołowych i podziałek liniowych. Chciał poprawić kalibrację instrumentów, usuwając umiejętności wytwórcy z techniki tam, gdzie to możliwe. Podczas gdy użycie kompasu promieniowego było krytycznie zależne od umiejętności użytkownika, jego maszyna wytwarzała bardziej regularne podziały dzięki swojej konstrukcji. Jego maszyny były również inspirowane wcześniejszą pracą zegarmistrzów.
Jesse Ramsden przez pięć lat podążał za duc de Chaulnes w produkcji swojego silnika dzielącego. Podobnie jak w przypadku wcześniejszych wynalazków, Ramsden zastosował mechanizm śrubowy styczny do przesuwania maszyny z jednej pozycji do drugiej. Opracował jednak tokarkę do śrub, która była szczególnie zaawansowana i produkowała doskonały produkt. Silnik ten został opracowany przy wsparciu finansowym Board of Longitude pod warunkiem, że zostanie szczegółowo opisany (wraz z powiązaną tokarką do śrub ) i nie będzie chroniony patentem. Dzięki temu inni mogli swobodnie kopiować urządzenie i ulepszać je. W rzeczywistości Rada wymagała, aby nauczył innych konstruować własne kopie i udostępniać swój mechanizm dzielący instrumentom wykonanym przez innych.
Udoskonalenia mechanizmu dzielącego
Edward Troughton jako pierwszy zbudował kopię projektu Ramsdena. Udoskonalił projekt i wyprodukował własną wersję. Pozwoliło to na poprawę dokładności silnika dzielącego.
Samuel Rhee opracował własną niekończącą się maszynę do cięcia śrub i był w stanie sprzedawać maszyny innym. Jego śruby były uważane za najlepsze dostępne w tamtych czasach.
We Francji Étienne Lenoir stworzył mechanizm dzielący o większej dokładności niż wersja angielska. Mégnié, Richer, Fortin i Jecker również zbudowali dzielące silniki o znacznej jakości.
Na początku XIX wieku można było wyprodukować instrumenty takie jak sekstant, które były w pełni sprawne i miały wystarczającą dokładność, aby mogły być używane przez pół wieku lub dłużej.
Mechanizm dzielący był unikalny wśród rozwiązań w zakresie produkcji instrumentów naukowych, ponieważ został natychmiast zaakceptowany przez wszystkich twórców. Nie było niepewności co do wartości tego rozwoju.
Zobacz też
Henry Joseph Grayson - australijski wynalazca, który opracował silnik (~1900) do tworzenia siatek dyfrakcyjnych, które rządziły 120 000 linii na cal (około 4700 na mm).
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Palmer, Christopher (2020). Podręcznik siatki dyfrakcyjnej (wyd. 8). MKS Newport.