Технически это решается так же, как обеспечивается вращение пули в нарезном оружии: с помощью винтовых канавок, нарезанных в стволе. При движении по стволу пуля закручивается вдоль продольной оси и приобретает устойчивость в полете.
Основу колеса составляют рычаги, соединенные как ножницы. На верхних концах установлены гибкие элементы, которыми колесо опирается на землю. А нижние концы должны опираться на вал и иметь возможность одновременно перемещаться вдоль него. При этом каждый рычаг будет не только двигаться вдоль вала, но и поворачиваться. Поэтому соединим все нижние концы рычагов шарнирно с муфтами, а муфты посадим на вал. Каждая муфта имеет выступ в сторону вала. А вал имеет винтовую канавку, в которую входят эти выступы. Поэтому муфты, скользя по валу, разворачивают плоскость шарнирно соединенных между собой рычагов и тем самым поворачивают упругий элемент на их верхних концах относительно оси вала (рис. 8.5).
Казалось, задача решена — и принципиально, и конструктивно. И решение вроде неплохое, технически вполне реализуемое. Но тут сын задал вопрос: «А почему бы не соединить соседние концы рычагов друг с другом? И не по одному, а накрест? И просветы закроются, и площадь опоры увеличится!»
Воистину сказано: устами младенца (было ему тогда 11 лет) глаголет истина. Конструкция резко упростилась. Теперь колесо состояло из параллелограммов, загнутых в кольцо и образующих обод, и системы рычагов, изменяющих диаметр колеса за счет изменения длины кольца (рис. 8.6).
Патентный поиск показал, что изменение диаметра колеса интересует многих, особенно сельскохозяйственное машиностроение. А также геологов, полярников и космонавтов. И попадались очень интересные конструкции. Нашего варианта — с помощью двуплечих рычагов изменять длину кольца в виде системы параллелограммов — среди известных не было…
Интересно, что шкив переменного диаметра, созданный по такому же принципу для клиноременной передачи, прошел экспертизу довольно быстро — за неполных два года. Идея сделать шкив возникла сразу же, как только решился вопрос о конструкции колеса. Причем два варианта: плоскоременной — с опорой ремня по тем же упругим элементам, и клиноременной — используя верхние концы рычагов выше точки их шарнирного соединения.
Здесь возникла еще одна задача: при изменении положения рычагов относительно друг друга изменяется и угол между ними. А сечение клиновидного ремня, естественно, постоянное. Противоречие выявлялось настолько ясно и четко, что разрешить его труда не представляло: так как изменить сечение ремня мы не можем, то нужно изменить форму концов рычагов таким образом, чтобы угол между касательными, проведенными в точке касания ремня с поверхностями рычагов, был всегда одинаковым (рис. 8.7, а.с. 1612166).
Кривая оказалась сложной. Строить ее пришлось чисто эмпирически, по точкам, меняя положение рычагов. Впоследствии профессор математики Пермского университета И.В. Шрагин рассчитал форму поверхности рычагов [Меерович М.И., Шрагин И.В., 1994].
Кстати, и здесь при патентном поиске выявилась масса интереснейших конструкций, в частности два немецких патента на шкивы переменного диаметра за 1900 и 1911 гг. (!!!).
Замечательное занятие — копаться в патентном фонде! Берешь в руки описание изобретения и практически сразу ясно, что двигало автором или авторским коллективом — мука творческая или возможность небрежно бросить: «У меня этих авторских за сотню перевалило!». И еще одно видишь, когда берешь в руки Идею: как барахтается мысль человеческая, скидывая с себя толстую закостенелую корку привычных знаний и представлений! Как бьется, разрывая паутину психологических запретов — этого не может быть, потому что не может быть никогда! Как, наконец, вырывается и становится ясной, цельной, без единой лишней детальки — такой, какой и должна быть настоящая Вещь.
Вещей неинтересных в мире нет! Даже такое на первый взгляд серое однообразие, каким представляются бесконечные километры асфальтовых и бетонных дорог, — сущий клад для изобретателей.
Вот несколько примеров.
Что делать с миллиардами изношенных покрышек? Сжигать? Можно отравить атмосферу всей планеты. Перерабатывать? На что? Искусственная резина пока ни на что не пригодна. Шведские инженеры-дорожники предложили добавлять мелко измельченную резину от покрышек в качестве наполнителя в бетон для дорожных покрытий. Новый композиционный материал решил сразу несколько проблем: повысил безопасность движения за счет лучшего сцепления автомобиля с дорогой, уменьшил плотность и стоимость бетона, освободил поверхность Земли от отходов.
Работает на дороге и «геометрия». Большой кусок новой дороги в одном из районов был выложен из прямоугольных бетонных панелей. Стыки между панелями, конечно же, никто не заделал, и были они, естественно, на разных уровнях. Расположены эти стыки перпендикулярно движению машины, и пересекаются они то передней, то задней парой колес одновременно. Возникает стук. Удар колес о стыки не просто мешает пассажирам — он разбивает подвеску машины.
«Это очень сложно — вместо прямоугольных плит выпускать плиты в виде параллелограмма? — спросил как-то один из авторов этой книги дорожно-начальственное лицо районного масштаба. — Тогда колеса будут пересекать стыки по очереди, по крайней мере удара не будет» (рис. 8.8). «Я автодорожник, а не автомобилист!» — ответил тот.
Но вернемся к дорогам. Все изнашивается, стирается и асфальт. Как узнать, сколько его уже стерлось, а сколько еще осталось, чтобы обновить покрытие вовремя, не дожидаясь, пока возникнет дыра? Группа изобретателей (а.с. 1498874) предложила вмуровывать в дорожный асфальт на уровне верхнего слоя цветные шарики — «реперы», которые изнашиваются с такой же скоростью, что и асфальт. Тогда по диаметру цветного пятна можно судить о степени износа асфальта.