ВИНТ СВАЛИЛСЯ С НЕБА?
Появление на Земле винта, равно как и колеса, остается загадкой. Винты, датированные многими веками до Рождества Христова, археологи находят и в Китае, и в Азии, и на американском континенте. Причем по точности изготовления древнейшие изделия порой превосходят более поздние образцы.
Но, пожалуй, самая поразительная находка была сделана в 1865 году в шахте на территории штата Невада. Кусок полевого шпата, которому, по расчетам археологов, 21 миллион лет, скрывал ржавый стальной винт длиной около двух дюймов; профиль его резьбы четко отпечатался на минерале. Другой — конусный — винт обнаружили на территории Китая в черном камне размером примерно 8х7 см в 2002 году. После долгих дискуссий ни одна из гипотез, объясняющей его происхождение естественными процессами, не была признана учеными удовлетворительной. Кто знает, возможно, эта загадка досталась нам в наследство от предыдущей цивилизации или прибыла из глубин Вселенной!
Впрочем, и на нашей планете вдоволь естественных винтовых линий: раковина улитки, вьющийся ствол лианы или стебель плюща. Поэтому неудивительно, что винт открывали во многих странах по нескольку раз. В европейской истории его первооткрывателем считается Архитас Тарентийский — философ, математик и механик, живший в IV-V веках до РХ. Его именитый современник Платон открыто возмущался тем, что чистую науку геометрию Архитас опорочил прикладной механикой. Не без влияния Платона механика была отлучена от геометрии и надолго примкнула к военному искусству. Между тем, Архитас создал множество механизмов, среди которых и деревянная модель птицы с паровым движителем, которой восхищался весь античный мир.
ОТ АРХИМЕДА ДО ЛЕОНАРДО
Важной вехой в истории стал архимедов винт (III в. до РХ), почти в неизменном виде доживший до наших дней. Плоская спираль (шнек), заключенная в трубу, позволяла качать воду для орошения полей. Для увеличения высоты подъема устанавливали последовательно несколько винтов. Разновидностью архимедова стал так называемый голландский винт, с загнутыми вверх краями лопастей, лучше удерживающий воду. Через две тысячи лет это изобретение все так же востребовано человечеством: шнеки можно увидеть в современных бурах, насосах, транспортерах.
К первому веку до РХ деревянный винт получил всеобщее распространение на берегах Средиземного моря. В основном он работал в прессах — для производства вина, оливкового масла или отжима белья. Недавно при раскопках Помпеи были найдены довольно изящные медицинские инструменты того времени со стальными винтами (они хранятся в Американском Национальном Историческом музее). Технология их изготовления окончательно не ясна.
Очевидно одно: об использовании винтов в качестве крепежа тогда не могло быть и речи — для этого требовалось производить их дешево и в больших количествах. Первым шагом в этом направлении стал копировальный станок Леонардо да Винчи.
В средние века технология изготовления винтов была весьма примитивна. Мастер навивал на стержень полоску бумаги или размечал резьбу на глазок, а затем пропиливал ее напильником. Так же примитивно делали и гайку. Иногда ее роль играла втулка со штифтами. Первый копир, предложенный да Винчи, воспроизводил профиль эталонного винта, который соосно скреплялся с заготовкой. Точных описаний приспособления не сохранилось. Зато сохранился эскиз более совершенной машины — прообраза токарно-винторезного станка, к сожалению не оцененный потомками. В ней было сразу несколько революционных идей: во-первых, шаг нарезаемого винта можно было изменять подбором комплекта шестерен, во-вторых, резец находился не в руке у рабочего, а в жестком суппорте, в-третьих, постоянное направление вращения (в отличие от древних лучковых* станков) позволяло добиться хорошего качества обработки и высокой производительности.
Но станок Леонардо с ходовым винтом, как и большинство его изобретений, опередили свое время. Прошло более 200 лет, прежде чем он был заново открыт русским механиком А.К. Нартовым.
РУССКИЙ СТАНДАРТ
Не оценив по достоинству суппорт и автоматическую подачу, мастера эпохи Возрождения придумали для нарезания резьбы гребенки — пластины с расстоянием между резцами равным шагу винта. Их прижимали к вращающемуся стержню, постепенно продвигая вдоль резьбы. Металлические винты делали и так: на стержень навивали проволоку нужного сечения и спаивали ее со стержнем, затем в промежутки укладывали такую же проволоку, но не так плотно, свивали ее со стержня и впаивали во втулку — получалась гайка.
Нарезали резьбу и с помощью примитивных метчиков, которые больше давили, чем резали. К тому же, не существовало единых стандартов на резьбы, поэтому новые винт и гайку связывали бечевкой, чтобы не перепутать разнокалиберный крепеж. Разброс шага и диаметра резьбы создавал большие трудности при ремонте: мастеру приходилось вручную выпиливать в точности такой же винт, чтобы заменить им старый или изготовить новую гайку.
Первую попытку стандартизации резьб сделал еще да Винчи, предложив установить шаг винта равным четверти его малого диаметра. Но при кустарном производстве ни о каком единообразии не могло быть и речи. Эра винторезных станков началась в XVIII веке, с конструкций соратника Петра I А.К. Нартова. Во время поездки Нартова по западной Европе в 1718-1720 годах русские токарные станки с копирами вызвали изумление у европейцев, не помышлявших о таком уровне технологий. Осенью 1738 года Нартов доложил на заседании Академии наук о создании нового токарно-винторезного станка для производства больших (машинных) винтов. В 1797 году похожий станок, но с приводом от паровой машины сконструировал англичанин Генри Модслей.
Однако прошло еще полвека, прежде чем его соотечественник Витворт предложил стандарт для резьб: равнобедренный треугольник с углом при вершине 55 , закругленной на 1/6 его высоты. В начале XX века германская комиссия по нормам изменила стандарт: вершины срезали до начала закруглений. Вслед за Витвортом свой стандарт треугольной резьбы с углом 60 предложил американец Селлерс, и четыре года спустя его система вводится на территории США. Привычная нам метрическая резьба с углом 60 и срезанными на 1/8 высоты вершинами была принята в лишь 1898 на Цюрихском конгрессе.
Не будем останавливаться на особенностях и обозначениях различных резьб, об этом мы не раз писали (ЗР, 2002, № 1, с. 178). Продолжим разговор об инструментах нынешней — автомобильной эпохи.
ПОЛПЛАШКИ ЗА КОНЯ
Сто лет назад слово плашка означало не совсем тот инструмент, что мы покупаем в магазинах сегодня. Плашка состояла из двух сменных, раздвижных резцов, вставляемых в обойму или в клупп. Цельные, круглые «плашки» назывались лерками. Распространены были и резьбовые доски. В клуппах профиль резьбы можно было продавить сильнее, вкрутив упорный винт, да и начинать резьбу было легче — с раздвижным инструментом можно обойтись без заходного конуса. Удобен клупп и при ремонте сорванной резьбы: править ее можно не от смятого края, а с противоположного, что с современной плашкой не получится. Для деревянных винтов выпускали свои инструменты: метчики и винтильни с одним рабочим резцом.
Отдельного упоминания заслуживают цены на этот инструмент. Они не просто высокие — заоблачные. Судите сами: по каталогу Растеряева — поставщика двора Его императорского Величества в начале XX века английская резьбовая доска стоила от 2 до 6 рублей, набор американских плашек и метчиков — 16-37 рублей, а большой регулируемый клупп — 110 рублей. Для сравнения — пятистенный дом в Нижегородской губернии стоил около 120 рублей, хорошая лошадь — 20-30 рублей, пообедать же в Москве можно было и вовсе за 3 копейки. Жалованье низкоквалифицированного рабочего составляло 25 рублей в месяц, учителя — 25-35, высококвалифицированного — 50-70 рублей.
ИСЧЕЗАЮЩИЙ ВИНТ
Новейшая история винта сулит не менее интересное продолжение. В 2002 году японская компания «Мицубиси» разработала полимерный винт с эффектом «памяти», способный при нагревании разглаживать резьбу, принимая первоначальную форму стержня. После этого его легко извлечь из отверстия без помощи отвертки. По заявлению авторов новинки, это существенно ускоряет демонтаж различной бытовой техники, мобильных телефонов, компьютеров с множеством крохотных винтиков. Последние же потом можно использовать повторно. Температуру разглаживания подберут индивидуально для каждого изделия. Начало производства «умных винтов» запланировано уже в этом году.