Карданов подвес

Гироскоп в кардановом подвесе

Карда́нов подве́с — универсальная шарнирная опора, позволяющая закреплённому в ней объекту вращаться одновременно в нескольких плоскостях. Главным свойством карданова подвеса является то, что если в него закрепить вращающееся тело, то оно будет сохранять направление оси вращения независимо от ориентации самого подвеса. Это свойство нашло применение в гироскопах, применяющихся в авиации и космонавтике. Держатели судовых компасов или просто сосудов с питьём в транспортных средствах тоже используют карданов подвес, который позволяет предмету находиться в вертикальном положении несмотря на толчки и тряску.

Подвес получил своё название по имени Джероламо Кардано (1501—1576), который не только не изобрёл его, но даже и не претендовал на авторство: он описал это устройство в своей получившей широкую известность книге «De subtilitate rerum» («Хитроумное устройство вещей», 1550 г.).

Организация всех трёх степеней свободы, однако окончательная свобода наименьшего кольца зависит от положения старших колец

История

Карданов подвес был впервые изобретён греческим инженером Филоном Византийским в III в. до н. э. В одном из своих трудов Филон описывает восьмигранную чернильницу с отверстиями на каждой стороне. Можно было перевернуть восьмигранник любой стороной кверху, но чернила не проливались. Секрет заключался в том, что чернильница находилась в центре хитроумно установленных концентрических металлических колец, поэтому она сохраняла устойчивость независимо от положения. Оригинальный текст Филона Пневматика, описывающий это применение карданова подвеса, существует в более позднем арабском переводе, сделанном багдадским халифом Аль-Мамуном (786—833).

После античности карданов подвес был широко известен в мусульманском мире. В IX веке, через 1100 лет после изобретения, устройство стало снова известно в Европе благодаря арабам. А ещё через 800 лет известный учёный Роберт Гук и другие изобретатели стали использовать этот принцип не для стабилизации центрального элемента, а для приложения внешних сил. Этому западному изобретению дали название универсального шарнира. Именно оно легло в основу механизма силовой передачи современных автомобилей.

Компас нового времени, использующий карданов подвес(1570)

Самое раннее упоминание этого устройства в китайской литературе относится к 140 г. до н. э. Предполагаемым изобретателем устройства считается Фан Фэн. Подвес Фан Фэна применялся в масляных лампах, в которых лампадка крепилась на кольцах, скрепленных в двух противоположных точках, что позволяло сохранять ей вертикальное положение. Принцип данного устройства был вскоре забыт.

В сочинении «Всесторонние записки западной столицы», изданном в 189 г., сообщается что создателем «курительницы для постели» с применением особого подвеса был Дин Хуань. После этого карданов подвес часто применялся в разных устройствах. Начиная с эпохи Сун с помощью карданова подвеса крепилось сиденье императора на паланкине, что позволяло сидеть ему вертикально, даже если носильщики наклоняли паланкин. В 18 в. китайские матросы с помощью подобного подвеса крепили компас.

Интересные факты

Известно, что с давних пор в Китае в ежегодных праздничных процессиях в качестве символов Луны использовались бумажные фонари с установленными внутри непроливаемыми светильниками на кардановом подвесе. Их называли «катящимися лампами», «шарами духов», «серебряными мешками» и т. д.

См. также

• Карданный вал
• Гироскоп
• Гироскопия
• Шарнирный замок
• Алгоритм нормализованного 3D поворота

Ссылки

• Механические устройства в Китае
• Карданов подвес