СЧЕТНАЯ ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ МАШИНА Советский патент 1934 года по МПК G06G1/12 

Работа предлагаемой счетной машины основана на том же принципе, что и счетной линейки: сумма логарифмов двух чисел равна логарифму произведения.

На линейке мы суммируем отрезки, пропорциональные логарифмам сомножителей, и получаем отрезки, пропорциональные в том же масштабе логарифму произведения.

Можно также, подобно шкалам счетной линейки, нанести шкалы на два диска (или цилиндра), вращающиеся один внутри другого и сидящие на общей оси (фиг. 1), только в этом случае не отрезки будут пропорциональны логарифмам чисел, а углы поворота.

Если мы повернем в направлении стрелки диск А относительно диска В на угол, соответствующий логарифму а, а затем повернем диск В вместе с диском А относительно неподвижного указателя С на угол, соответствующий логарифму b, то диск А повернется относительно указателя С на угол, соответствующий lg a + lg b = lq ab (фиг. 1′). После того, как сложение логарифмов проделано, надо найти число, соответствующее полученному логарифму. На приборах, подобных логарифмической линейке, против концов отрезков (углов) прямо наносятся значения чисел, соответствующих данным логарифмам. При этом расположение значений получается неравномерным (непропорциональным соответствующим значениям).

В предлагаемой счетной машине получают равномерное распределение значений чисел, с передачей их на обычный цилиндрический результирующий счетчик, при помощи особым образом устроенных шкал и особого приспособления, называемого изобретателем "потенциром". Принцип устройства потенцира виден из схемы (фиг. 2 и 2′). Вместо делений, как на логарифмической линейке, на концах отрезков, соответствующих определенным логарифмам, имеются шпеньки m, расстояния от которых до оси х х увеличиваются с увеличением значений соответствующих чисел. На конце движка Е на оси О насажен плоский потенцир F (фиг. 2′). Профиль его построен по следующему закону. Окружность в 360° разделена на несколько равных частей α (в данном случае на 4, в счетной машине на 10), которым соответствуют точки K₀, K₁, K₂, K₃, расстояния от которых до центра 0 равны соответственно расстояниям от оси х х до точек m₁, m₂, m₃. В начале работы потенцир опущен вниз точкой K₀. Если мы поставим ось потенцира над точкой m₁ и повернем его по направлению часовой стрелки, то выступ K₁ упрется в шпенек m₁, причем потенцир повернется на угол α. Над точкой m₂ потенцир повернется на угол 2α, над точкой m₃ на 3 α. Благодаря пропорциональности углов поворота потенцира соответствующим числам их можно передать на обычный цилиндрический результирующий счетчик. Это и положено в основу предлагаемой счетной логарифмической машины.

Машина делится на две основные части:

I. Собственно логарифмическая часть, расположенная на основной станине машины.

II. Потенцирующе-суммирующая часть, расположенная на передвижной каретке.

На схематическом чертеже фиг. 1, 1′, 2 и 2′ поясняют принцип устройства машины; фиг. 3 представляет боковой вид машины с правой стороны в разрезе; фиг. 4 - условный разрез по АВС, фиг. 3; фиг. 5 - боковой вид с левой стороны в разрезе; фиг. 6 - разрез по FH фиг. 4; фиг. 7, 7′, 8 и 8′ - логарифмические шкалы; фиг. 9, 10, 11, 12, 12′, 13, 14, 15, 15′ и 16 - детали машины, и фиг. 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 - различные виды устройства потенциров.

Собственно логарифмическая часть счетной машины имеет две оси: главная ось 1 и ось 3 гасителя (фиг. 4). На главной оси машины сидят следующие детали: держатели 4 пружинных шкал, пружинные логарифмические шкалы 5 десятков, пружинные логарифмические шкалы 6 единиц, логарифмические установы 7 множимого, держатели 8 клавишных штифтов, к которым привинчены пружинные упоры 9 множимого и в отверстиях которых проходят клавишные штифты 10. Каждому разряду цифр множимого соответствует комплект перечисленных деталей. Следовательно их должно быть столько, сколько разрядов имеет максимально множимое. На чертеже для простоты указан лишь один комплект таких деталей. Кроме того, на главной оси сидят: логарифмический установ 11 множителя, автоматический выключатель 12 потенциров, к которому привинчен пружинный упор 13 множителя. Этих деталей в приборе имеется по одной штуке. Детали 4, 5, 6, 7 свинчены вместе и свободно посажены на главной оси. Деталь 8 насажена на шпонке и может вращаться только вместе с осью. В корпусе машины закреплены детали 14; они могут несколько передвигаться вдоль оси при нажатии клавишей "пять" (фиг. 3). Нормально они неподвижны. При передвижении каретки они опускаются настолько, чтобы пропустить потенциры и шестерню 17. При вращении держателя 4 пружинки логарифмических шкал 5 и 6, проходя мимо детали 14, несколько отгибаются наружу и создают препятствия для потенциров 15 и 16, передающих движение счетчику. Относительно детали 14 (подобно тому, как относительно указателя С на фиг. 1) и происходит движение всех деталей, сидящих на главной оси.

При нулевом положении держатель 4 повернут так, что против деталей 14 находятся выступы пружинных шкал 15 и 16, обозначенные на фиг. 7 цифрами 01 и 10, логарифмический установ 7 множимого повернут так, что его выступ 1 (фиг. 9) находится против выступа 1 пружинного упора 9 (фиг. 10) и удерживается в этом положении собачкой 23. Установ 11 множителя также находится в таком положении, что выступ его, соответствующий числу 1, также находится против выступа пружинного упора 13, соответствующего числу 1. Он удерживается в этом положении собачкой 18, действующей против давления пружины 19, стремящейся повернуть всю систему через посредство шестеренки 20 и шестеренки с на установе 7. В приборе имеется столько рядов клавиш 21 множимого (фиг. 5), сколько разрядов имеет максимально множимое, и один ряд клавиш 22 множителя (фиг. 6). Клавиши 21, нажимая на штифты 10, отгибают находящиеся под ними упоры пластинок 9, подобно тому, как держатель 14 отгибает упоры шкал 5 и 6. Одновременно нажатая клавиша отводит собачку 23, и установ 7 под действием пружины 19 повертывается в направлении часовой стрелки до тех пор, пока одним из уступов не упрется в отогнутый клавишей упор пластинки 9. В этом положении относительно держателя 8 установ закрепляется собачкой 24, удерживающей штифт 10 в отпущенном положении. Профиль установа 7 построен так, что при вращении от начального положения до упора в отогнутый выступ пластинки 9 он поворачивается на угол, пропорциональный логарифму числа, проставленного на нажатой клавише. Так как держатель 4 привернут к установу 7, то и пружинные логарифмические шкалы 5 и 6 повертываются на тот же угол относительно детали 14. После установки множимого во всех разрядах нажимают одну из клавиш 22 единиц множителя. Действие клавиш 22, установа 11 и пластинки 13 точно такое же, как и клавиш 21, установа 7 и пластинки 9. Нажатая клавиша отводит собачку 18 и отжимает соответствующий упор пластинки 13. Установ 11 под действием пружин (всех разрядов) 19 движется в том же направлении, что и установ 7, отодвигая при этом оттянутый пружинкой 34 автоматический включатель 12 потенциров до привернутого к корпусу машины упора 24. Включатель своим длинным хвостом d (фиг. 11) отводит собачки 25 потенциров, причем собачки потенциров, разрядам множимого которых соответствует нуль, не отводятся. Кроме того, нажатая клавиша, подобно действию клавиши пишущей машины, переводит подвижную каретку (на чертеже не указанную) вправо для умножения на цифру следующего разряда множителя.

Защелка 26 является общей для всех клавиш множителя и поэтому отводится нижним скошенным краем клавиша 22, тем самым освобождая бывшую до нее нажатой клавишу. Установ 11 при своем вращении поворачивает также держатель 8, а с ним под действием пружин 19 поворачиваются и установы 7, а следовательно, и пружинные логарифмические шкалы 5 и 6. Угол поворота также пропорционален логарифму числа множителя, поставленного на клавише 22. Следовательно, пружинные шкалы 5 и 6 после нажатия клавиш множимого и клавиш множителя поворачиваются на угол, пропорциональный сумме логарифмов множимого и множителя, т.е. пропорциональный логарифму произведения. Ясно, следовательно, что полный поворот пружинных шкал 5 и 6 может совершаться только на угол, пропорциональный логарифмам чисел таблицы умножения от 1 до 81:1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 21, 24, 25, 27, 28, 30, 32, 35, 36, 40, 42, 45, 48, 49, 54, 56, 63, 64, 72, 81. Каждый разряд имеет по две пружинных логарифмических шкалы, одна из которых 16 предназначена для подсчета единиц данного разряда, а другая 15 для подсчета десятков. Деталь 14 отгибает пару пружинок ƒ, соответствующих одному из чисел таблицы умножения. Логарифмические шкалы профилированы так, что длины одновременно отогнутых пружинок ƒ (подобно расстояниям от оси x x до точек m фиг. 2′) соответствуют на шкале десятков числу десятков, а на шкале единиц числу единиц одного из чисел таблицы умножения. При отводе собачки 25 потенциры 16 и 15 поворачиваются под действием пружинок 27 до тех пор, пока не упрутся, соответственно, в отогнутые концы ƒ логарифмических шкал 6 и 5. Поворот потенциров 15 происходит на угол, прямо пропорциональный числу десятков в данном числе таблицы умножения, а поворот потенцира 16 - на угол, прямо пропорциональный числу единиц. На те же углы поворачивается, при помощи особого приспособления - "суммирующей собачки" 28, обычный цилиндрический результирующий счетчик 29. Закон построения профилей логарифмических шкал 15 и 16 (фиг. 7 и 8) заключается в следующем: круг разбивается на части, пропорциональные мантиссам логарифмов чисел таблицы умножения в пределах от одного до ста. Каждому углу принадлежит пружинка ƒ, длина которой (подобно расстоянию от оси х х шпеньков m (фиг. 2′) соответствует на шкале десятков числу десятков, а на шкале единиц числу единиц данного числа таблицы умножения. Так, длина пружинки десятичной шкалы числа 56 равна 20+5×2=30 мм, а для шкалы единиц 20+6×2=32 мм, для числа 18, соответственно, будет: 20+1×2=22 мм и 20+8×2=36 мм. Концы всех пружинок ƒ, кроме пружинок на шкале единиц, соответствующих числам 10, 20, 30, 40, загнуты внутрь под прямым углом и закруглены. Загнутые концы, проходя мимо детали 14, отводят пружинки в разные стороны. Рассматривая таблицу умножения, замечаем, что в ней числа 1 и 10, 2 и 20, 3 и 30, 4 и 40 имеют одинаковые мантиссы. Замечаем также, что числа 10, 20, 30 и 40 могут получиться только от умножения на 5.

Для того, чтобы при нажатии клавиш, скажем 2×2=4 и 5×8=40 не получилось одного и того же числа (так как мантиссы равны), сделано так, что углы, соответствующие числам 1 и 10, 2 и 20, 3 и 30, 4 и 40, имеют по две пружинки, причем пружинки е, соответствующие 10, 20, 30 и 40 на шкале единиц (фиг. 7 и 8) не имеют отогнутого внутрь конца. Деталь 14 устроена так, что при нажатии клавиши множимого, соответствующей числу 5, она опускается вниз в положение, представленное на фиг. 12. При нажатии клавиши множителя "пять" опускаются все детали 14. На фиг. 12′ представлено обычное положение детали 14, на фиг. 12 деталь 14 опущена от нажима на клавишу "пять". При положении фиг. 12′ потенциры могут упереться только в отогнутые пружинки 0 на шкале десятков, 3 на шкале единиц, и на счетчике появится число 03. При положении фиг. 12, потенциры могут упереться только в отогнутые концы пружинки 3 на шкале десятков, 0 на шкале единиц, и на счетчике появляется число 30. Можно было бы, конечно, не прибегать к такому устройству и разметить круг (подобно шкале квадратов на счетной линейке) пропорционально логарифмам (а не их мантиссам) чисел от одного до 81. При этом, однако, размеры пружинных шкал 15 и 16 были бы вдвое больше.

После установки множимого и множителя, т.е. после поворота пружинных шкал на угол, соответствующий логарифму произведения, автоматическим включателем 12 оттягивается собачка 25, и потенциры поворачиваются на углы, соответствующие отогнутым пружинкам ƒ логарифмических шкал. Десятки данного разряда и единицы следующего должны передаваться на один и тот же ролик счетчика. Так, если пружинные шкалы разряда единиц установлены на число 56, и пружинные шкалы разряда десятков установлены на число 32 (т.е. все произведение составляет 320+56=376), то на ролик десятков результирующего счетчика должно передаться число 70 (20+50). Для этого и служит суммирующая собачка 28, принцип действия которой представлен в схеме (фиг. 13).

На схеме вместо потенциров имеются планки 16 и 15, которые могут двигаться только поступательно до упоров 6 и 5. Планка 16 имеет один треугольный вырез, планка 15 несколько (потенциры 10). Размер уширенной части собачки равен глубине выреза полюс расстояние между планками.

Нормально пружина и собачка прижаты к левой планке. Если мы начнем двигать собачку 28 в направлении стрелки, то будет двигаться и планка 16 до тех пор, пока она не упрется в упор 6. После этого собачка выйдет из прореза планки 16 и попадет в один из прорезов планки 15 и продвинет ее до упора 5. Дальше собачка двигаться не сможет, так как не может выйти из прорезов планки 15. Если расстояние от планки 16 до упора 6 назовем а, а расстояние от планки 15 до упора 5 назовем b, то суммирующая собачка 28 пройдет сумму этих расстояний, т.е. а+b. То же самое будет происходить и с зубчаткой 17, которую приводит во вращение, через посредство (фиг. 14) диска 36, собачки 35 и вырезанного в венце 17 храповичка, суммирующая собачка 28. Потенцир единиц имеет один прорез на втулке, потенцир десятков имеет десять прорезов Р (фиг. 15). При вращении под действием пружины 27 суммирующая собачка 28 будет увлекать потенциры 15 и 16, которые будут поворачиваться до тех пор, пока не упрутся в отогнутые концы пружинных шкал 5 и 6. Если на шкалах были отогнуты концы, соответствующие двум и пяти, то шестеренка 17 пройдет угол, пропорциональный числу 7=2+5, и в окнах счетчика 29 покажется число 70. То же будет происходить и в других разрядах. Когда произведено умножение множимого на число одного из разрядов множителя, потенциры приводятся в исходное положение (до запора собачки 25), причем результат произведения, благодаря храповому механизму, остается на счетчике. Установ 11 множителя приводится в положение, соответствующее умножению на единицу (до запора собачкой 18). Оба эти действия производятся одновременно при помощи диференциального механизма (фиг. 15), расположенного на правой боковой стенке машины. Устройство его подобно тому же устройству в автомобиле, но назначение в корне отлично. Шестеренка 38 через передачу соединена с шестеренками потенциров 17, шестерня 37 соединена через передачу с главной осью 1. При повороте рукоятки 39 будет вращаться одна (или обе вместе) из конических шестерен, напр. 38, до тех пор, пока все потенциры не придут в нулевое положение. После этого начнет вращаться коническая шестерня 37, а вместе с ней и главная ось до тех пор, пока установ 11 множителя не придет в исходное положение. Затем при нажатии клавиши множителя, соответствующей числу следующего разряда множителя, каретка автоматически передвигается вправо и производится умножение на число, соответствующее следующему разряду и т.д. При окончании умножения скидывание множимого производится поворотом против часовой стрелки общей для всех шестеренок 20 скобы 31, которая, задевая за выступы r, приводит логарифмические шкалы 15 и 16 в начальное положение (до запора собачкой 23) (фиг. 3).

Сложение. Сложение на счетной логарифмической машине производится как последовательное суммирование чисел, умноженных на единицу. Нажимаются клавиши множимого, соответствующие первому слагаемому, и клавиша множителя "один", которая отводит собачку потенциров 25. Потенциры поворачиваются, на счетчик переносится число, равное первому слагаемому, затем потенциры отводятся назад, и происходит установка второго слагаемого и опять нажатие клавиши "один".

Вычитание. Вычитание производится, как последовательное вычитание чисел, умноженных на единицу. Для этого шестеренка результирующего счетчика 32 движением оси влево посредством клавиши "минус" выводится из зацепления с шестеренкой 17 и сцепляется с паразитной шестеренкой 30, которая постоянно находится в зацеплении с шестеренкой 17. Таким образом при движении потенциров, как при суммировании, движение результирующего счетчика происходит в обратном направлении.

Деление. Устанавливают на результирующий счетчик делимое, а на логарифмические пружинные шкалы 15 и 16, при помощи установов 7 множимого нажатием клавиш множимого, устанавливают делитель. Включают нажатием специальной клавиши "минус" (на чертеже не показанной) паразитную шестеренку 30. Прикидывают в уме, сколько раз делитель содержится в высших цифрах делимого (положим шесть), ставят на соответствующее место каретку и нажимают соответствующую (в данном случае 6) клавишу множителя. Произведение делителя на первую цифру частного вычитается потенцирами из делимого. Передвигают каретку влево и таким же образом производят деление остатка на делитель. Счетчик (на чертеже не показанный), отмечающий цифры нажатых клавиш множителя, покажет полное частное.

Конструкций потенцира может быть предложено много, сущность которых, однако, одна и та же.

На фиг. 17-23 приведены некоторые виды потенциров.

Фиг. 17 - вращающийся потенцир; как наиболее рациональный, применен в предлагаемой конструкции счетной логарифмической машины. Фиг. 18 - потенцир с поступательным движением. Фиг. 19 - плоский винтовой потенцир. Фиг. 20 - вращающийся винтовой потенцир. В основном то же, что и плоский, только навернут на цилиндр. Занимает много места по ширине и поэтому уступает вращающемуся потенциру (фиг. 17). Фиг. 21 - плоская винтовая логарифмическая шкала (соответствующая одному из винтовых потенциров). Если такую шкалу мысленно навернуть на цилиндр, то получится вращающаяся винтовая шкала. Фиг. 22 - логарифмическая шкала с падающим штифтом. Эта шкала профилирована так. Круг разбивается на углы, пропорциональные логарифмам чисел таблицы умножения. Каждый такой угол имеет треугольную выемку m, расстояние до которой от оси шкалы соответствует данным числам. В корпусе счетного прибора имеется падающий штифт k, могущий двигаться по направлению к центру шкалы и оттягиваемый при окончании умножения кверху. Находящийся над ним потенцир при повороте по часовой стрелке задевает за находящийся в том или ином положении, в зависимости от расположения треугольного выреза, верхний конец штифта. Такие логарифмические шкалы наиболее прочны и работают бесшумно.

Фиг. 23. Здесь потенциром является рейка, вращающая шестеренку, которая приводит во вращение через посредство "суммирующей собачки" ролики счетчика. Логарифмическая шкала профилирована так, что расстояния до упоров, в которые может упираться потенцир, расположены соответственно расстояниям до точек m.

Такая шкала может служить также при потенцировании с падающим штифтом (фиг. 22). В начале работы потенцирующая рейка оттянута вправо. При работе она, под действием пружины, движется влево до соответствующего упора и поворачивает шестеренку. При таком способе потенцирования шестеренка получается весьма малых размеров, и поэтому все работающие детали требуют весьма точного изготовления. Поэтому такое потенцирование уступает потенцированию с падающим штифтом (фиг. 22).

1. Счетная логарифмическая машина, отличающаяся тем, что на оси 1 подвижной каретки свободно насажены: а) для установки множимого - пружинные логарифмические шкалы 5 для десятков и 6 для единиц, логарифмические установы 7 множимого и укреплены держатели 8 клавишных штифтов с прикрепленными к ним пружинными упорами 9, управляемые клавишами 21 и б) для поразрядной установки множителя-логарифмический установ 11 множителя, автоматический выключатель 12 системы, переводящей логарифмы в числа, к которому прикреплен пружинный упор 13 множителя, управляемый клавишами 22 (фиг. 3, 4, 5).

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся применением укрепленных в корпусе машины деталей 14, служащих, при перемещении пружинных логарифмических шкал 5 и 6, для их отгибания с целью их установки на пути кулачных дисков 15 и 16, переводящих логарифмы в числа.

3. В счетной машине по пп. 1 и 2 применение укрепленной на оси 2 между кулачными дисками 15 и 16 зубчатки 17, для приведения которой во вращение через посредство диска 36, собачки 35 и внутренного храповичка в зубчатом венце применена суммирующая собачка 28 (фиг. 3, 4, 5 и 14).