Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о поворотной системе поддержки. Для мобильной компании см. Gimbal (компания) . Для видео с GIMBAL UFO см. Инциденты с НЛО на USS Theodore Roosevelt .
Иллюстрация простого трехосного карданного подвеса; центральное кольцо может быть закреплено вертикально

Карданный является поворотной поддержкой , которая допускает вращение объекта вокруг оси. Набор из трех подвесов, один установленный на другом с ортогональными осями поворота, может использоваться, чтобы позволить объекту, установленному на самом внутреннем подвесе, оставаться независимым от вращения его опоры (например, вертикально в первой анимации). Например, на корабле гироскопы , судовые компасы , печи и даже держатели для напитков обычно используют подвесы, чтобы удерживать их в вертикальном положении по отношению к горизонту, несмотря на качку и крен корабля .

Карданная подвеска, используемая для установки компасов и т.п., иногда называется карданной подвеской в честь итальянского математика и физика Джероламо Кардано (1501–1576), который подробно описал ее. Однако Кардано не изобретал кардан и не заявлял об этом. Устройство известно с глубокой древности, впервые описано в III в. До н.э. Филона Византийского, хотя некоторые современные авторы поддерживают мнение о том, что у него не может быть ни одного идентифицируемого изобретателя. [1] [2]

История [ править ]

Карданная подвеска в альбоме Виллара де Оннекура (ок. 1230 г.)
Ранний современный сухой компас, подвешенный на карданном подвесе (1570 г.)

Подвес был впервые описан греческим изобретателем Филоном Византийским (280–220 гг. До н.э.). [3] [4] [5] [6] Филон описал восьмисторонний чернильный горшок с отверстиями с каждой стороны, которые можно повернуть так, что, пока любое лицо находится наверху, ручку можно окунуть и накрасить чернилами - все же чернила никогда не выходят из отверстий на другой стороне. Это было сделано путем подвешивания чернильницы в центре, которая была установлена ​​на серии концентрических металлических колец, так что она оставалась неподвижной независимо от того, в какую сторону повернуть горшок. [3]

В Древнем Китае , в династии Хань (202 г. до н.э. - 220 г. н.э.) изобретатель и инженер - механик Дин Хуань создал карданный курильница около 180 AD. [3] [7] [8] В более ранних записях Сыма Сянгу (179–117 до н.э.) есть намек на то, что стабилизатор существовал в Китае со 2 века до нашей эры. [9] Существует упоминание во время династии Лян (502-557) , которые были использованы шарниры для шарниров дверей и окон, в то время как когда - ремесленных представленной портативной согревающей печи императрице Ву Zetian (г. 690-705) , который предприниматель шарниры. [10]Сохранившиеся образцы китайских карданов, используемых для курильниц, относятся к эпохе ранней династии Тан (618–907 гг.) И были частью традиции изготовления серебра в Китае. [11]

Некоторые авторы сомневаются в подлинности описания Филоном карданной подвески на том основании, что часть книги Филона Pneumatica, описывающая использование карданного шарнира, сохранилась только в арабском переводе начала IX века. [3] Таким образом, еще в 1965 году китаевед Джозеф Нидхэм подозревал арабскую интерполяцию . [12] Однако Карра де Во, автор французского перевода, который до сих пор служит основой для современных ученых [13], считает «Пневматику» по существу подлинной. [14]Историк технологий Джордж Сартон (1959) также утверждает, что можно с уверенностью предположить, что арабская версия является точной копией оригинала Филона, и явно приписывает это изобретение Филону. [15] То же самое и его коллега Майкл Льюис (2001). [16] Фактически, исследование последнего ученого (1997) демонстрирует, что арабская копия содержит последовательности греческих букв, которые вышли из употребления после I века, тем самым подтверждая, что это точная копия эллинистического оригинала, [ 17], точку зрения недавно разделял и классицист Эндрю Уилсон (2002). [18]

Древнеримский автор Athenaeus Механикус , писать во время правления Августа (30 г. до н.э.-14 г. н.э.), описал военное использование карданного типа механизма, назвав его «немного обезьяны» ( pithêkion ). Готовясь атаковать прибрежные города со стороны моря, военные инженеры объединяли торговые корабли вместе, чтобы подвести осадные машины к стенам. Но для того, чтобы корабельная техника не катилась по палубе при сильном волнении, Афиней советует «закрепить питекион на платформе, прикрепленной к торговым кораблям посередине, чтобы машина оставалась вертикальной под любым углом». [19]

После древности карданы оставались широко известными на Ближнем Востоке . На латинском Западе упоминание об этом устройстве снова появилось в книге рецептов IX века под названием « Маленький ключик рисования Mappae clavicula» . [20] французский изобретатель Виллар де Оннекур изображен набор кардановых в своих знаменитых набросках (справа). В ранний современный период сухие компасы подвешивались на карданных шарнирах.

Приложения [ править ]

В комплекте из трех карданов, установленных вместе, каждый предлагает определенную степень свободы : крен, тангаж и рыскание.

Инерциальная навигация [ править ]

В инерциальной навигации, применительно к кораблям и подводным лодкам, необходимо как минимум три кардана, чтобы инерциальная навигационная система (стабильный стол) оставалась фиксированной в инерциальном пространстве, компенсируя изменения рыскания, тангажа и крена корабля. В этом приложении инерциальный измерительный блок (IMU) оснащен тремя ортогонально установленными гироскопами для определения вращения вокруг всех осей в трехмерном пространстве. Выходы гироскопа обнуляются через приводные двигатели на каждой оси кардана, чтобы поддерживать ориентацию IMU. Для этого сигналы ошибок гироскопа проходят через " резольверы"."установлен на трех карданных шарнирах, крену, тангажу и рысканью. Эти резольверы выполняют автоматическое преобразование матрицы в соответствии с каждым углом кардана, так что требуемые крутящие моменты передаются на соответствующую ось кардана. Моменты рыскания должны определяться преобразованием крена и тангажа Угол подвеса никогда не измеряется. Подобные измерительные платформы используются на самолетах.

В инерциальных навигационных системах блокировка кардана может произойти, когда вращение транспортного средства заставляет два из трех колец карданного подвеса совмещаться с их осями поворота в одной плоскости. Когда это происходит, невозможно больше поддерживать ориентацию сенсорной платформы. [ необходима цитата ]

Ракетные двигатели [ править ]

Основная статья: Тяга на карданном подвесе

В движени космической летательного аппарата , ракетные двигатели , как правило , смонтированы на пару карданного подвеса , чтобы позволить единственный двигатель для вектора тяги примерно оба шага и рыскание осей; или иногда для каждого двигателя предусмотрена только одна ось. Для управления креном используются сдвоенные двигатели с дифференциальными сигналами управления по тангажу или рысканью для обеспечения крутящего момента вокруг оси крена транспортного средства .

Слово «карданный шарнир» началось как существительное. Большинство современных словарей продолжают перечислять это как таковое. Не имея удобного термина для описания раскачивания ракетного двигателя, инженеры начали также использовать слово «карданный подвес» в качестве глагола. Когда упорная камера приводится в движение присоединенным приводом, движение называется «шарнирным» или «шарнирным». Официальная документация по ракетам отражает это использование.

Фотография и изображения [ править ]

Камера слежения за спутниками Baker-Nunn на высотно-азимутальной монтировке

Подвесы также используются для крепления всего, от небольших объективов фотоаппаратов до больших фотографических телескопов.

В портативном фотооборудовании используются одноосные карданные головки, чтобы обеспечить сбалансированное движение камеры и объективов. [21] Это оказывается полезным при фотосъемке дикой природы, а также в любом другом случае, когда используются очень длинные и тяжелые телеобъективы : шарнирная головка вращает объектив вокруг своего центра тяжести , что позволяет легко и плавно манипулировать при отслеживании движущихся объектов.

Очень большие карданные крепления в виде высотно-высотных двух или трехосных [22] используются в спутниковой фотографии для отслеживания.

Гиростабилизированные подвесы, в которых размещено несколько датчиков, также используются для приложений воздушного наблюдения, включая воздушные правоохранительные органы, инспекцию трубопроводов и линий электропередач, картографирование и ISR ( разведка, наблюдение и разведка ). Датчики включают тепловизионные камеры, камеры дневного света, камеры для слабого освещения, а также лазерный дальномер и осветители . [23]

Системы подвеса также используются в оборудовании для научной оптики. Например, они используются для вращения образца материала вдоль оси для изучения их угловой зависимости оптических свойств. [24]

Фильм и видео [ править ]

Подвес NEWTON S2 для дистанционного управления и 3-осевой стабилизации камеры RED , двигателей объектива Teradek и объектива Angénieux

Ручные 3-осевые подвесы используются в системах стабилизации, разработанных для того, чтобы дать оператору камеры независимость при съемке с рук без вибрации или дрожания камеры. Существуют две версии таких систем стабилизации: механическая и моторизованная.

Механические подвесы имеют салазки, которые включают в себя верхнюю площадку, на которой крепится камера, стойку, которая в большинстве моделей может быть выдвинута, с монитором и батареями внизу, чтобы уравновесить вес камеры. Таким образом Steadicam остается в вертикальном положении, просто делая нижнюю часть немного тяжелее верха, поворачиваясь на подвесе. При этом центр тяжести всего оборудования, каким бы тяжелым он ни был, остается на кончиках пальцев оператора, что позволяет ловко и без ограничений управлять всей системой с помощью легчайших прикосновений к подвесу.

Приводимые в действие тремя бесщеточными двигателями , моторизованные подвесы могут удерживать камеру на одном уровне по всем осям, когда оператор перемещает камеру. Инерциальный измерительный блок (IMU) реагирует на движение и использует три отдельных двигателя для стабилизации камеры. Под управлением алгоритмов стабилизатор может заметить разницу между преднамеренным движением, таким как панорамирование, и отслеживанием снимков от нежелательной дрожи. Это позволяет камере выглядеть так, как будто она парит в воздухе, - эффект, достигнутый Steadicam в прошлом. Подвесы можно устанавливать на автомобили и другие транспортные средства, такие как дроны., где вибрация или другие неожиданные движения сделают неприемлемыми штативы или другие крепления для камер. Примером, который популярен в индустрии прямых трансляций, является 3-осевой стабилизатор камеры Newton .

Морские хронометры [ править ]

Скорость механического морского хронометра зависит от его ориентации. Из-за этого хронометры обычно устанавливались на подвесах, чтобы изолировать их от раскачивания корабля в море.

Блокировка кардана [ править ]

Основная статья: Блокировка кардана
Подвес с 3-мя осями вращения. Когда два кардана вращаются вокруг одной оси, система теряет одну степень свободы.

Блокировка карданного подвеса - это потеря одной степени свободы в трехмерном механизме с тремя карданами, которая происходит, когда оси двух из трех карданов приводятся в параллельную конфигурацию, "блокируя" вращение системы в вырожденной двухкамерной системе. пространственное пространство.

Слово «замок» вводит в заблуждение: подвес не ограничен. Все три кардана по-прежнему могут свободно вращаться вокруг соответствующих осей подвески. Тем не менее, из-за параллельной ориентации двух осей подвеса нет подвеса, который мог бы обеспечить вращение вокруг одной оси.

См. Также [ править ]

  • Кэнфилд сустав
  • Гелигимбал
  • универсальный шарнир
  • Карданный вал
  • Проблема с замочной скважиной
  • Цапфа

Ссылки [ править ]

  1. ^ Нидхэм, Джозеф. (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии; Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd. Стр. 229.
  2. ^ Фрэнсис К. Мун, Машины Леонардо да Винчи и Франца Рёло: кинематика машин от Возрождения до 20-го века , стр. 314, Springer, 2007 ISBN  1-4020-5598-6 .
  3. ^ a b c d Сартон, Джордж (1959). История науки: эллинистическая наука и культура в последние три века до нашей эры . Кембридж: Издательство Гарвардского университета. С. 349–350.
  4. ^ Картер, Эрнест Франк (1967). Словарь изобретений и открытий . Философская библиотека. п. 74 .
  5. ^ Seherr-Thoss, Ханс-Кристоф; Шмельц, Фридрих; Октор, Эрих (2006). Универсальные шарниры и приводные валы: анализ, проектирование, применение . Springer. п. 1. ISBN 978-3-540-30169-1.
  6. ^ Кребс, Роберт Э .; Кребс, Кэролайн А. (2003). Новаторские научные эксперименты, изобретения и открытия древнего мира . Гринвуд Пресс. п. 216. ISBN. 978-0-313-31342-4.
  7. ^ Нидхэм, Джозеф. (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии; Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd. с.233.
  8. Перейти ↑ Handler, Sarah (2001). Строгая светимость китайской классической мебели . University of California Press (опубликовано 1 октября 2001 г.). п. 308. ISBN 978-0520214842.
  9. ^ Нидхэм, Джозеф. (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии; Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd., стр. 233–234.
  10. ^ Нидхэм, Джозеф. (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии; Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd. с.234.
  11. ^ Нидхэм, Джозеф. (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии; Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd., стр. 234–235.
  12. ^ Нидхэм, Джозеф. (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии; Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd. с.236.
  13. Перейти ↑ Hill, DR (1977). История техники . Часть II. п. 75.
  14. ↑ Карра де Во: «Жизнь пневматических и гидравлических машин в Филоне Византии из Оксфорда и Константинополя», Académie des Inscriptions et des Belles Artes: notice et extraits des mss. de la Bibliothèque nationale, Paris 38 (1903), стр. 27-235.
  15. ^ Сартон, Джордж. (1959). История науки: эллинистическая наука и культура за последние три века до нашей эры. Нью-Йорк: Библиотека Нортона, Norton & Company Inc. SBN 393005267. pp.343–350.
  16. ^ Льюис, MJT (2001). Геодезические инструменты Греции и Рима . Издательство Кембриджского университета. п. 76 в Fn. 45. ISBN 978-0-521-79297-4.
  17. ^ Льюис, MJT (1997). Жернов и молот: истоки гидроэнергии . С. 26–36.
  18. ^ Уилсон, Эндрю (2002). «Машины, мощность и древняя экономика». Журнал римских исследований . 92 (7): 1–32. DOI : 10.1017 / S0075435800032135 .
  19. ^ Athenaeus Механикус, "О Машины" ( "Peri Mēchanēmatōn"), 32.1-33.3
  20. ^ Нидхэм, Джозеф. (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии; Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd., стр 229, 231.
  21. ^ "3-осевые портативные подвесы GoPro" . gimbalreview.com . GimbalReview. 2017 . Дата обращения 7 мая 2017 .
  22. ^ «Статья» . Советский журнал оптических технологий . Оптическое общество Америки, Американский институт физики. 43 (3): 119.1976.
  23. ^ Дитч, Рой (2013). Камера с воздушным подвесом - Руководство по интерфейсу .
  24. ^ Бихари, Нупур; Даш, Смрути Прасад; Dhankani, Karankumar C .; Пирс, Джошуа М. (01.12.2018). «Двухосная подвесная система с открытым исходным кодом для трехмерной печати для оптоэлектронных измерений» (PDF) . Мехатроника . 56 : 175–187. DOI : 10.1016 / j.mechatronics.2018.07.005 . ISSN 0957-4158 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с подвесами на Викискладе?