Hajtórúd-hajtókar rendszer

A hajtórúd-forgattyúrendszer olyan mechanikus rendszer , amely nevét a rá jellemző két mechanikus részről kapta : a hajtórúdról és a hajtókarról . Ez az eszköz átalakítja a hajtórúd végének ide-oda mozgó lineáris mozgását a forgattyún ( forgattyústengelyen ) elérhető folyamatos forgásmozgássá , és fordítva.

A Római Birodalomban ( Hierapolis fűrészüzem ) jelent meg, és ez egy jelentős újítás, amely kiegészíti a görög mechanikától örökölt öt egyszerű gépet . Látszólag egyszerű kinematikája kiemelkedő fontosságú technológiai jellemzőt rejt magában, amelyet sok mechanizmusban nagyon gyakran használnak: motor, szivattyú, fűrész, automatikus akadály  stb.

A XVIII .  Században egyszerű eszközökben használják az izomerő forgó mozgássá (forgó kerék) történő átalakítására . A XIX .  Században új felhasználás jelenik meg a gőzgépeknél . Ma továbbra is a dugattyús motorokban általánosan alkalmazott technikai megoldás marad az égéstér ciklikus térfogatváltozásának elérése érdekében.

Történelem

Úgy tűnik, hogy a rúd-hajtórendszer a rómaiak számára a III .  Század végén ismert . Úgy tűnik, hogy ezt a mechanizmust a Hierapolis fűrészüzemben és a VI .  Században két fűrészüzemben fedezték fel, amelyeket Efezusban és Jerashben fedeztek fel . A vízikerék forgási mozgását lineáris mozgássá alakítja a fűrészeket hajtva. Ezek a fűrészüzemek a legrégebbi gépek, amelyek ismerték a hajtókar és a forgattyú kombinálását.

Az akkori tervezők, hogy kijavítsák a rendszert blokkoló két holtpont lehetséges megállásait, egy lendkereket társítottak a forgástengellyel. Ez egy lendkerék, amely tömeggel ellátott kerékből vagy négyzet alakú rudakból áll, és amely szabályozza a rendszer forgási sebességét. Ez az innováció valójában az őse a labdát szabályozó .

A forgattyúrendszert a XV .  Században fedezték fel újra . Körülbelül 1430-ban , egy névtelen kézirat, a Huszita Háború névtelen néven ismert, több kézi malomrajzot tartalmaz, amelyek ennek a mechanizmusnak az első bizonyos ábrás ábrázolása: világosan meg lehet különböztetni a fegyverekkel működtetett összekötőrudakat és a forgattyúkat.

A középkor végén a hajtókar-hajtórendszer jelentette egy új gép kezdetét, amely kezdetben kicsi volt a pedálgépekkel, amelyek szabaddá teszik a munkavállaló kezét, mint például az eszterga , az őrlőkő vagy a forgó kerék. (1470). Ez utóbbiaknak a vállalatok szabályozásában már régóta szereplő tilalma megmutatja, mennyire releváns ez az újítás, mert a munka megszervezése szempontjából destabilizáló. Ezután jöjjenek a malmok kerekei által hajtott nagyobb gépek, mint például a hidraulikus fűrész ( Francesco di Giorgio Martini ), a nyomás- és szívószivattyú ( XVI .  Század) vagy a hidraulikus kalapács ( ostor ), amelyek nagy méreteket tesznek lehetővé a kovácsolt alkatrészek számára.

A XIX .  Században új felhasználás jelenik meg a gőzgépeknél, és növekedése világszerte gyors lesz.

Példák alkalmazásokra

Néhány példa a rendszerekre:

Leírás és terminológia

A hajtórúd-forgattyús rendszer lehetővé teszi a hajtórúd végének lineáris mozgásának átalakítását a forgattyún ( forgattyústengelyen ) elérhető folyamatos forgásmozgássá és fordítva. 4 fő részből áll:

A rendszert általában egy lendkerék egészíti ki, amely stabilizálja a forgattyú forgási sebességét.

A forgattyú és az effektor alkotják a mechanizmus két bemeneti-kimeneti részét .

A hajtókart (hajtó vagy vevő) folyamatos forgó mozgás , míg az effektort váltakozó lineáris mozgás hajtja, egyenesen vagy nem. A hajtórúd két csuklóval van ellátva, az egyik oldalon a forgattyúhoz, a másikon pedig az effektorhoz. Az effektorra kötött kapcsolat típusától függően a rendszer a következő mozgáskonverziókat hajtja végre:

Folyamatos forgatás, viszonzó egyenes vonalú mozgás.

Ez az az eset, amikor a hajtórúd vége egy hengerben mozgatható dugattyúhoz vagy általánosabban egy csúszó csatlakozáshoz van rögzítve. A hajtórúd vége egy egyenes szakaszt ír le. Példák:

Folyamatos forgatás váltakozó forgatással.

Ez az az eset, amikor a hajtórúd vége egy másik forgattyúhoz, egy pedálhoz vagy egy csuklós karhoz kapcsolódik. A hajtórúd vége kör alakú görbeszakaszt ír le. Példák:

és általánosabban bármely négyrúdú mechanizmus

Kinematikai modellezés

A hajtórúd-forgattyú mechanizmus ciklikus száma egyenlő 1-vel és hasznos mobilitással rendelkezik. Az alábbi táblázat felsorolja a főbb kinematikai megoldásokat az egyes mechanikus kapcsolatok típusának , a hiperstatizmus és a mobilitás fokának megjelölésével .

Példa O 1/2 láncszem A link 2/3 B link 3/4 Kötvény C 4/1 Mobility Mc Hiperstatizmus

-Kisasszony

Transzformáció: folyamatos forgatással viszonzó egyenes vonalú mozgás.
Klasszikus szivattyúmotor Csukló (5) Csukló (5) Csúszócsukló (4) Csúszócsukló (4) 1 1
Hosszú szakaszú dugattyú Csukló (5) Csukló (5) Csúszócsukló (4) Csúszda (5) 1 2
Gőzgép
(nagyon hosszú hajtórudak)
Csukló (5) Csukló (5) Csukló (5) Csúszócsukló (4) 1 2
Ovális alakú dugattyú vagy készlet Csukló (5) Csukló (5) Csúszócsukló (4) Gyűrű alakú lineáris (3) 1 0
egyéb megengedett kombináció Csukló (5) Csúszócsukló (4) Gömbcsukló (3) Csúszó forgócsap (3) 2 0
Transzformáció: folyamatos forgatás Alternatív forgatás.
Automatikus sorompók
ablaktörlő
Csukló (5) Csukló (5) Csúszócsukló (4) Csukló (5) 1 2
Edzőpedálok Csukló (5) gömbcsukló (3) gömbcsukló (3) Csukló (5) 2 0

{*} A lendkerékkel való lehetséges kapcsolat, ha van, beépített link.

Óránkénti egyenletek

Itt tekinthető, hogy a hajtórúd-forgattyús rendszer olyan konfigurációjú, ahol a hajtórúd végének csatlakozása csúszó csatlakozás (motorok és szivattyúk esetében); hogy a mechanizmus síkmechanizmus és a dugattyú tengelye keresztezi a forgattyú tengelyét (egyidejű tengelyek). A geometriát a szemközti diagram szerint a következők írják le:

Konfigurációnkban a B pont az (O, y) tengelyen van. A mechanizmus helyzetét a forgattyú szöghelyzete határozza meg . Forgattyústengely forog, a szög az idő függvénye. A h (t) = OB szakasz hosszának megírásával jön (lásd a részletes számítást a kinematika §-ban):

A esetében a forgási sebesség állandó. Levezetéssel megkapjuk a sebességet, majd a gyorsulást (lásd a kinematika §-ban).

A forgattyú θ szöghelyzetét a dugattyú helyzetének függvényében (OB) a kölcsönös képlettel határozzuk meg:

Geometriai szempontok Holt foltok

Két ponton törlik a sebességet a jel megváltoztatásához:

Verseny

A két holt és 2R értéket elválasztó távolságot a dugattyú löketének nevezzük . Dugattyúval ellátott hajtórúd-forgattyús rendszer esetén:

A mozgás törvényei az ellentétes görbék, amelyek az óránkénti egyenletből származnak, megadják a hajtórúd-forgattyú rendszer löketét, sebességét és gyorsulását a különböző gömbhossz / forgattyús sugár arányokhoz . Esettől függően látjuk:

Néhány példa a hagyományos értékekre a hőmotorok esetében:

Statikus viselkedés

A mechanizmus statikus vizsgálata lehetővé teszi a dugattyúra kifejtett erő és a forgattyún kifejtett / elérhető nyomaték közötti kapcsolat meghatározását. Az egyik az egyensúlyi mechanizmust a külső erők egészének hatása alatt veszi figyelembe, a tehetetlenségi erőket pedig elhanyagolja (egy leállított rendszer egyedi esete). Ez az elemi mechanikus szimulációs szoftver által elfogadott számítási elv, amely megadja az erők és a nyomaték alakulását a szöghelyzet függvényében.

Statikus módszer

Ebben a tanulmányban a következő egyezményeket fogadják el:

A statikus probléma megoldható torzorok segítségével, de a rendszer szimmetriája grafikus felbontást tesz lehetővé. A hajtórudat, a dugattyút és a forgattyút egymást követően izolálják, és alkalmazzák a mechanikai egyensúly törvényeit:

A tanulmány ugyanúgy történik, az utolsó két lépés egyszerű megfordításával.

Energia módszer

Figyelembe véve, hogy a rendszer hatékonysága 1, a forgattyú állandó sebességgel forog és a tehetetlenség elhanyagolható, egyszerűsített összefüggés jön létre, amely az elfogyasztott és leadott teljesítmények egyenlőségének függvényében adódik ( ):

Elemzés:

Mozi

Fontolgat:

Felírhatjuk a geometriai összefüggéseket:

(1) (2) (3)

A Pitagorasz-tétel így ad: let (4)

Két esetet kell megkülönböztetnünk: a dugattyú tengelye egybeeshet a forgattyú tengelyével, vagy sem.

Egyidejű tengelyek esete

A (4) bekezdésben szereplő (2) és (3) ponttal való helyettesítéskor onnan származik: honnan

Nem egyidejű tengelyek esetei

Jegyezze fel a tengelyek közötti eltolást és adja meg a következőket:

A fenti kapcsolatok változatlanok maradnak, kivéve a (2) pontot, amely:

A (2) helyettesítésével (4) a következőket kapjuk:


Sebesség

A sebességet a fenti függvény levezetésével kapjuk meg:

A sebesség az idő függvényében

Gyorsulás

Gyorsulás az idő függvényében:

A nyomaték és az erő kapcsolata

Az elfogyasztott és átadott erő egyenlőségét írják . A fenti egyenlet helyettesítésével jön:


Honnan :

Ha a rendszerünk az óramutató járásával megegyező irányba fordul (ellentétben a ábrával)

és:

Megjegyzések és hivatkozások

  1. [PDF] (de) Klaus Grewe ( szerk. ), „  Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsägemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung für die Technikgeschichte. Internationale Konferenz 13. - 16. 2007. június, Isztambul  ” , Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien , Isztambul, Ege Yayınları / Zero Prod. Ltd., byzas, vol.  9,2009, P.  429–454 (429) ( ISBN  978-975-807-223-1 , online olvasás )
  2. (in) Tullia Ritti Klaus Grewe és Paul Kessener: "  Vízzel működő kőfűrészmalom domborműve volt a Hierapoliszi szarkofágban és annak következményei  " , Journal of Roman Archaeology , vol.  20,2007, P.  138–163 (161)
  3. (es) Klaus Grewe, „  La máquina romana de serrar piedras. A sierra de piedras de la antigüedad bajorrelieve-ben történő ábrázolása, Hierápolis de Frigia y su relevancia para la historia técnica  ” , Las técnicas y las construcciones de la Ingeniería Romana , v. Congreso de las Obras,2010, P.  381–401 ( online olvasás )
  4. Bertrand Gille , A reneszánsz mérnökei: Thesis History , Párizs, Seuil , koll.  "Ponttudományok", 1960, 1978, 282  o. ( ISBN  978-2-02-004913-9 és 2-02-004913-9 )
  5. „  Ez nem változtat a kinematika a dugattyú  ” on mce-5.com/ (hozzáférhető a 1 -jén október 2016 )

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">