Kiertokangen kampi

Kiertokanki-kampi järjestelmä on mekaaninen järjestelmä, joka on saanut nimensä kahdesta mekaanisia osia , jotka ovat sille tunnusomaisia: kiertokanki ja kampiakseli . Tämä laite muuntaa kiertokangen pään edestakaisen lineaarisen liikkeen jatkuvaksi kiertoliikkeeksi, joka on käytettävissä kampella ( kampiakselilla ), ja päinvastoin.

Se ilmestyi Rooman valtakunnassa ( Hierapolisin saha ), ja se on merkittävä innovaatio, joka täydentää Kreikan mekaniikasta perittyjä viittä yksinkertaista konetta . Sen ilmeisen yksinkertainen kinematiikka piilottaa ensisijaisen tärkeän teknisen piirteen, jota käytetään hyvin yleisesti monissa mekanismeissa: moottori, pumppu, saha, automaattinen este  jne.

Vuonna XVIII th  luvulla sitä käytetään yksinkertaista laitteiden muuntaa lihas voimaa liikkeen pyörivään (spinning wheel). Vuonna XIX : nnen  vuosisadan ilmestyy uusi käytettäväksi höyrykoneita . Nykyään se on edelleen mäntämoottoreissa yleisesti käytetty tekninen ratkaisu polttokammion syklisen tilavuuden vaihtelun saavuttamiseksi.

Historia

Sauva-kammen järjestelmissä näyttää tunnetaan roomalaiset lopussa ja III th  luvulla. Tämä mekanismi on ilmeisesti käytetty sahan Hierapolis ja kaksi sahoilla VI th  -luvulla löydettiin Efesoksesta ja Jerash . Se muuntaa vesipyörän pyörimisliikkeen lineaariseksi liikkeeksi, joka ajaa sahoja. Nämä sahat ovat vanhimpia koneita, joiden tiedetään yhdistävän kiertokangen kampella.

Ajan suunnittelijat korjaavat mahdolliset pysähdykset kahdessa kuolleessa kohdassa, jotka voisivat estää järjestelmän, liittivät vauhtipyörän pyörimisakseliin. Se on vauhtipyörä, joka koostuu pyöristä tai neliöpuikoista, joihin on asennettu massaa ja joka säätelee järjestelmän pyörimisnopeutta. Tämä innovaatio on itse asiassa esi pallo säädin .

Kampi Järjestelmä löysi XV th  luvulla. Noin vuonna 1430 päivätyssä nimettömässä käsikirjoituksessa, joka tunnetaan nimellä nimettömät hussilaisten sodat , on useita piirustuksia käsimyllyistä, jotka ovat ensimmäinen varma kuvallinen esitys tälle mekanismille: voidaan selvästi erottaa käsivarret käyttävät kiertokanget ja kammet.

Keskiajan lopussa kiertokanki-kampi oli uuden koneen alku, aluksi pienikokoinen, ja siinä oli polkukoneita, jotka vapauttavat työntekijän käden, kuten sorvi , hiomakivi tai pyörä. (1470). Viimeksi mainittujen kielto, joka sisältyy pitkään yritysten sääntöihin , osoittaa, kuinka paljon tämä innovaatio on merkityksellistä, koska se on epävakaa työn organisoinnin kannalta. Sitten tulevat suurempia koneita, ohjaa pyörät tehtaiden , kuten hydraulinen saha ( Francesco di Giorgio Martini ), The paine ja imupumppuun ( XVI th  -luvulla) tai hydraulinen vasara ( piiska ), joka mahdollistaa takoa osat suuret mittasuhteet.

Vuonna XIX : nnen  vuosisadan ilmestyy uusi käytettäväksi höyrykoneita ja sen kasvu on nopeaa kaikkialla maailmassa.

Esimerkkejä sovelluksista

Joitakin esimerkkejä järjestelmistä:

Kuvaus ja terminologia

Kiertotanko-kampi-järjestelmä mahdollistaa kiertotangon pään lineaarisen liikkeen muuttamisen jatkuvaksi kiertoliikkeeksi, joka on käytettävissä kammen ( kampiakselin ) kohdalla, ja päinvastoin. Se koostuu 4 pääosasta:

Järjestelmää täydennetään yleensä vauhtipyörällä, joka vakauttaa kampen pyörimisnopeuden.

Kampi ja efektori muodostavat mekanismin kaksi sisääntulo-lähtöosaa .

Kampea (ajoa tai vastaanottoa) ohjaa jatkuva pyörimisliike , kun taas efektoria ohjaa vuorotteleva lineaarinen liike, suoraviivainen tai ei. Kiertotanko on varustettu kahdella nivelellä, toisella puolella kampi ja toisella efektorilla. Efektorille asetetun liitäntätyypin mukaan järjestelmä suorittaa seuraavat liikkeenmuunnokset:

Jatkuva pyöriminen edestakaisin suoraviivainen liike.

Tämä on tapaus, jossa kiertokangen pää on kiinnitetty sylinterissä liikkuvaan mäntään tai yleisemmin liukuliitokseen. Kiertokangen pää kuvaa suoraa segmenttiä. Esimerkkejä:

Jatkuva kierto vuorotellen.

Tämä on tapaus, jossa kiertokangen pää on liitetty toiseen kampiin, polkimeen tai nivellettyyn varteen. Kiertokangen pää kuvaa pyöreän kaaren segmentin. Esimerkkejä:

ja yleisemmin mikä tahansa nelitankomekanismi

Kinemaattinen mallinnus

Kiertokangen mekanismin syklomaattinen luku on 1, ja sillä on hyödyllinen liikkuvuus. Alla olevassa taulukossa luetellaan tärkeimmät kinemaattiset ratkaisut ilmoittamalla kunkin mekaanisen linkin tyyppi , hyperstatismin asteet ja liikkuvuus.

Esimerkki O 1/2 linkki Linkki A 2/3 Linkki B 3/4 Bond C 4/1 Liikkuvuus Mc Hyperstatismi

-Neiti

Transmuodostus: jatkuva pyöriminen edestakaisin suoraviivainen liike.
Klassinen pumpun moottori Kääntö (5) Kääntö (5) Liukuva kääntö (4) Liukuva kääntö (4) 1 1
Pitkän osan mäntä Kääntö (5) Kääntö (5) Liukuva kääntö (4) Kalvo (5) 1 2
Höyrykone
(erittäin pitkät kiertokanget)
Kääntö (5) Kääntö (5) Kääntö (5) Liukuva kääntö (4) 1 2
Soikea muotoinen mäntä tai sarja Kääntö (5) Kääntö (5) Liukuva kääntö (4) Rengasmainen lineaarinen (3) 1 0
muu sallittu yhdistelmä Kääntö (5) Liukuva kääntö (4) Pallonivel (3) Liukuva kääntö (3) 2 0
Muunnos: jatkuva kierto Vaihtoehtoinen kierto.
Automaattinen
sulkupyyhin
Kääntö (5) Kääntö (5) Liukuva kääntö (4) Kääntö (5) 1 2
Harjoituspedaalit Kääntö (5) pallonivel (3) pallonivel (3) Kääntö (5) 2 0

{*} Mahdollinen linkki vauhtipyörään, jos se on läsnä, on sisäänrakennettu linkki.

Tunnin yhtälöt

Tässä katsotaan, että kiertokangen kampikammio on kokoonpanossa, jossa kiertokangen pään liitäntä on liukukytkentä (moottoreiden ja pumppujen tapauksessa); että mekanismi on tasomekanismi ja että männän akseli ylittää kammen akselin (samanaikaiset akselit). Geometrian kuvaa vastakkaisen kaavion mukaan:

Konfigurointipisteessämme B on (O, y) -akselilla. Mekanismin sijainti tunnistetaan kammen kulma-asennosta . Kampiakseli pyörii, kulma on ajan funktio. Kirjoittamalla segmentin pituus h (t) = OB, se tulee (katso yksityiskohtainen laskelma kinematiikassa §):

kanssa tapauksessa pyörimisen vakionopeudella. Johdannalla saadaan nopeus ja sitten kiihtyvyys (ks. § kinematiikka).

Kulma-asento kampiakselin θ funktiona aseman männän (OB) määritetään vastavuoroista kaava:

Geometriset näkökohdat Kuollut paikat

On kaksi pistettä, joissa nopeus peruutetaan merkin vaihtamiseksi:

Rotu

Etäisyyttä, joka erottaa kaksi kuollutta ja kannattaa 2R kutsutaan isku männän. Kiertokangen kampijärjestelmälle, jonka akseli on mäntä:

Liikkuvuuden lait vastakkaiset käyrät, jotka saadaan tuntikaavasta, antavat kiertokangen kampi-iskun, nopeuden ja kiihtyvyyden eri pallon pituus / kampisäteen suhteen suhteen . Näemme tapauksesta riippuen:

Joitakin esimerkkejä lämpömoottoreiden tavanomaisista arvoista :

Staattinen käyttäytyminen

Mekanismin staattinen tutkimus mahdollistaa männään kohdistetun voiman ja kampeen kohdistetun / käytettävissä olevan vääntömomentin välisen suhteen määrittämisen. Yksi tarkastelee tasapainomekanismia ulkoisten voimien kokonaisvaikutuksen vaikutuksesta ja jättää hitausvoimat (pysäytetyn järjestelmän erityistapaus). Tämä on perusmekaanisen simulointiohjelmiston hyväksymä laskentaperiaate, joka antaa voimien ja vääntömomentin evoluution kulma-asemien funktiona.

Staattinen menetelmä

Tässä tutkimuksessa hyväksytään seuraavat käytännöt:

Staattinen ongelma voidaan ratkaista torsoreilla, mutta järjestelmän symmetria sallii graafisen erottelukyvyn. Kiertokanki, mäntä ja kampi erotetaan peräkkäin ja sovelletaan mekaanisen tasapainon lakeja:

Tutkimus suoritetaan samalla tavalla kääntämällä yksinkertaisesti kaksi viimeistä vaihetta.

Energiamenetelmä

Ottaen huomioon, että järjestelmällä on hyötysuhde 1, että kampi pyörii tasaisella nopeudella ja että inertiat ovat merkityksettömiä, muodostamme yksinkertaistetun suhteen, joka antaa kulutettujen ja syötettyjen tehojen yhtäläisyyden funktiona ( ):

Analyysi:

Elokuva

Harkitse:

Voimme kirjoittaa geometriset suhteet:

(1) (2) (3)

Pythagoraan lause antaa: anna (4)

Meidän on erotettava kaksi tapausta: männän akseli ehkä samanaikaisesti kampen akselin kanssa tai ei.

Samanaikaisten akseleiden tapaus

Korvaamalla (2) ja (3) kohdassa (4), se tulee: mistä

Ei-samanaikaisten akselien tapaukset

Huomaa akselien välinen siirtymä ja määritä seuraavasti:

Edellä kirjoitetut suhteet pysyvät muuttumattomina lukuun ottamatta kohtaa (2), josta tulee:

Korvaamalla (2) kohdassa (4) saadaan:


Nopeus

Nopeus funktiona saadaan johtamalla edellä saatu suhde:

Nopeus ajan funktiona

Kiihtyvyys

Kiihtyvyys ajan funktiona:

Vääntömomentin ja voiman suhde

Kulutettujen ja toimitettujen voimien tasa-arvo on kirjoitettu . Korvaamalla yllä oleva yhtälö, se tulee:


Mistä :

Jos järjestelmämme kääntyy myötäpäivään (toisin kuin kaavio)

ja:

Huomautuksia ja viitteitä

  1. [PDF] (de) Klaus Grewe ( toim. ), “  Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsägemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung für die Technikgeschichte. Kansainvälinen Konferenz 13. - 16. Kesäkuu 2007 Istanbulissa  ” , Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien , Istanbul, Ege Yayınları / Zero Prod. Ltd., byzas, voi.  9,2009, s.  429–454 (429) ( ISBN  978-975-807-223-1 , lue verkossa )
  2. (sisään) Tullia Ritti Klaus Grewe ja Paul Kessener, "  Hierapolisin sarkofagissa ja sen vaikutuksissa oli vesikäyttöisen kivisahamyllyn helpotus  " , Journal of Roman Archaeology , voi.  20,2007, s.  138–163 (161)
  3. (es) Klaus Grewe , “  La máquina romana de serrar piedras. Sierra de piedras de la antigüedadin esitys bajorrelieve, Hierápolis de Frigia y su relevancia para la historia técnica  ” , Las técnicas y las construcciones de la Ingeniería Romana , vastaan ​​Congreso de las Obras,2010, s.  381–401 ( lue verkossa )
  4. Bertrand Gille , Renessanssin insinöörit: Thesis History , Pariisi, Seuil , coll.  "Points Sciences", 1960, 1978, 282  Sivumäärä ( ISBN  978-2-02-004913-9 ja 2-02-004913-9 )
  5. "  ei muuteta kinematiikan männän  " on mce-5.com/ (näytetty on 1 st päivänä lokakuuta 2016 )

Katso myös

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit

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