Учёные создали шестерни без зубьев, использующие жидкость для передачи вращения

Исследователи из Нью-Йоркского университета разработали принципиально новый механизм передачи вращения, в котором роль «зубьев» шестерён выполняет поток жидкости. Открытие, описанное в журнале Physical Review Letters, может привести к созданию более гибких и долговечных механических устройств.

Два вращающихся цилиндра в жидкости. Левый цилиндр приводится в движение мотором, правый вращается пассивно под действием потоков жидкости. Автор: NYU's Applied Mathematics Laboratory

«Мы изобрели новый тип шестерён, которые входят в зацепление за счёт вращения жидкости, а не сцепления зубьев, и открыли новые возможности для управления скоростью и даже направлением вращения», — говорит профессор математики и физики Цзюнь Чжан, старший автор статьи.

Команда, в которую также вошли доцент Лейф Ристроф и докторант Джесси Этан Смит, задалась вопросом, можно ли создать устройства, работающие как шестерни, но не требующие зубьев и физического контакта друг с другом. Вдохновением послужили турбины, приводимые в движение водой или воздухом.

В ходе экспериментов учёные погружали цилиндры (роторы) в раствор глицерина и воды, свойства которого можно было изменять. Один цилиндр активно вращался, а второй оставался пассивным. Для визуализации потоков в жидкость добавляли микроскопические пузырьки.

Результаты показали, что поведение системы зависит от расстояния между цилиндрами и скорости вращения активного ротора. Когда цилиндры расположены близко, потоки жидкости действуют как зубья, сцепляющиеся на обращённых друг к другу сторонах, заставляя пассивный цилиндр вращаться в противоположном направлении.

Если же цилиндры разнесены дальше, а активный вращается быстрее, поток жидкости огибает пассивный цилиндр снаружи, подобно ремню на шкиве, заставляя его вращаться в том же направлении.

«Обычные шестерни требуют тщательной подгонки, а любой дефект или соринка могут привести к заклиниванию, — объясняет Лейф Ристроф. — Жидкостные шестерни свободны от этих проблем, а скорость и даже направление вращения можно менять способами, невозможными для механических шестерён». Это открывает перспективы для применения в робототехнике и других областях, где важны надёжность и гибкость.

Источник: New York University