Mecanism bielă-manivelă

Exemplu de transmisie a mișcării prin intermediul bielei-manivelă: motor endoterm

In mecanica, rotativ mecanismul de tracțiune cu manivelă, cunoscut sub numele de biela - mecanismul manivelă , este un sistem de transformare alternativ mișcare rectilinie în circulară mișcare și vice - versa.

Compoziție și tipologie

Acest mecanism constă din trei elemente:

Manivela este conectată cu un cuplu de rotație (arborele cotit) la cadru și la capătul mare
Conectarea tijă este conectat la manivela și bolțul pistonului
Crosshead sau Slider este elementul care evită transmiterea forțelor laterale către piston, făcând capătul mic să alunece de-a lungul unei linii drepte; care conectează tija de legătură la piston, determinând pistonul să fie supus doar forțelor de-a lungul axei glisante

Alternativ, capătul mic poate fi amplasat direct în legătură cu pistonul, fără utilizarea capătului transversal, de fapt acesta este cazul clasic al aplicării mai mari a mecanismului.

Mai mult, în funcție de modul în care este aranjată axa glisantă a pistonului, mecanismul manivelei poate fi: ^[1]

Centrat , adică axa pe care alunecă pistonul intersectează axa arborelui cotit.
Descentrat sau oblica atunci când această axă nu se intersectează axa arborelui motorului, dar este deplasat înainte sau înapoi.

Avantajele și dezavantajele mecanismului glisant

Cu acest sistem aveți avantajul:

Mai puțin voluminoasă , glisorul este un element care necesită propriul scaun glisant și care mărește dimensiunea mecanismului.
Greutate mai mică , necesitând mai puține piese și fiind cele utilizate mai mici, sistemul este mai ușor.

Cu acest sistem există un dezavantaj:

Ovalizarea scaunului pistonului , acest fenomen este important mai ales în motoarele termice sau în sistemele în care este necesară tratarea unui fluid, unde se caută cea mai mare etanșare posibilă a pistonului și cea mai bună fiabilitate în timp, dar este irelevant în mașini în care acest mecanism servește doar pentru transformarea unei mișcări de la rotativ la liniar, cum ar fi cele ale întrerupătoarelor.

Caracteristici

Lungimea mișcării rectilinii C (vezi figura), adică cursa pistonului, este dublă lungimea manivelei (raza de rotație) M.

Comparație directă între două diagrame de funcționare ale sistemului bielă-manivelă, în partea de sus a tipului simetric cu glisor / traversă, în partea de jos a tipului oblic, numărul 1 indică PMI, în timp ce numărul 2 indică TDC

După cum se poate vedea în partea de sus a figurii, unde sunt reprezentate creșteri constante ale arcului de rotație al manivelei, deplasările capătului mare nu sunt proporționale cu arcul parcurs de picior; relația este sinusoidală, de fapt, dacă numim B lungimea bielei, C cursa capătului mic, α unghiul de la manivelă și β unghiul pe care biela îl formează cu axa cilindrului, rezultate

\;\ C=M+B-(M\cos \alpha +B\cos \beta )=M(1-\cos \alpha )+B(1-\cos \beta )

{\ displaystyle \; \ C = M + B- (M \ cos \ alpha + B \ cos \ beta) = M (1- \ cos \ alpha) + B (1- \ cos \ beta)}

{\ displaystyle \; \ C = M + B- (M \ cos \ alpha + B \ cos \ beta) = M (1- \ cos \ alpha) + B (1- \ cos \ beta)}

unde β depinde de unghiul manivelei α :

\;\ M\mathrm {sen} \alpha =B\mathrm {sen} \beta

{\ displaystyle \; \ M \ mathrm {sen} \ alpha = B \ mathrm {sen} \ beta}

{\ displaystyle \; \ M \ mathrm {sen} \ alpha = B \ mathrm {sen} \ beta}

prin urmare

\mathrm {sen} \beta ={\frac {M}{B}}\mathrm {sen} \alpha

{\ displaystyle \ mathrm {sen} \ beta = {\ frac {M} {B}} \ mathrm {sen} \ alpha}

{\ displaystyle \ mathrm {sen} \ beta = {\ frac {M} {B}} \ mathrm {sen} \ alpha}

În general, relația dintre raza manivelei și lungimea bielei este indicată cu:

\lambda ={\frac {M}{B}}

{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {M} {B}}}

{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {M} {B}}}

și, prin urmare, din formulele de trigonometrie :

\cos \beta ={\sqrt {1-\mathrm {sen} ^{2}\beta }}={\sqrt {1-\lambda ^{2}\mathrm {sen} ^{2}\alpha }}

{\ displaystyle \ cos \ beta = {\ sqrt {1- \ mathrm {sen} ^ {2} \ beta}} = {\ sqrt {1- \ lambda ^ {2} \ mathrm {sen} ^ {2} \ alfa}}}

{\ displaystyle \ cos \ beta = {\ sqrt {1- \ mathrm {sen} ^ {2} \ beta}} = {\ sqrt {1- \ lambda ^ {2} \ mathrm {sen} ^ {2} \ alfa}}}

și în cele din urmă, înlocuind-o pe cea anterioară în expresia lui C , obținem legea deplasării pistonului în raport cu unghiul manivelei:

\;\ C=M(1-\cos \alpha )+B(1-{\sqrt {1-\lambda ^{2}\mathrm {sen} ^{2}\alpha }})

{\ displaystyle \; \ C = M (1- \ cos \ alpha) + B (1 - {\ sqrt {1- \ lambda ^ {2} \ mathrm {sen} ^ {2} \ alpha}})}

{\ displaystyle \; \ C = M (1- \ cos \ alpha) + B (1 - {\ sqrt {1- \ lambda ^ {2} \ mathrm {sen} ^ {2} \ alpha}})}

Pe de altă parte, cursul traseului este identic atât în mișcarea exterioară, cât și în cea de întoarcere, spre deosebire, de exemplu, de gliful drept sau de sistemul oblic bielă-manivelă.

În partea de jos a imaginii este posibil să se vadă reprezentarea unui sistem oblic bielă-manivelă, unde poziția punctelor moarte nu este echidistantă, precum și înclinația bielei, aceasta permite reducerea presiunii laterale și în consecință fricțiunea pe o fază (în general cea a coborârii) în detrimentul celeilalte (în general cea a ascensiunii).

Utilizare

Foreza

Este utilizat pe scară largă în numeroase elemente mecanice, unde cele mai frecvente sunt:

Motoare cu piston alternative ( endoterme și nu), utilizate pe scară largă în domeniul auto și al motocicletelor
Sisteme de închidere pentru prese de turnare
Mașini-unelte , cum ar fi întrerupătoare sau stalkers

Cazuri limită

Folosind tije de legătură relativ scurte există o deplasare a vitezei maxime către TDC, cu o reducere a vitezei în apropierea PMI, în timp ce viteza medie rămâne aceeași, fiind absurdă este posibilă utilizarea unei biele cu o lungime egală cu jumătate cursa arborelui cotit (deci egală cu manivela), care dă o viteză egală cu zero de la 90 ° după TDC până la 90 ° după PMI, cu o tranziție bruscă de la viteza zero la viteza maximă.

Sisteme similare

Sistemul de biele cu manivela de-a lungul timpului a prezentat unele variații precum ciclul Atkinson sau alte sisteme care modifică viteza pistonului în funcție de faza de funcționare a motorului ^[2] sau care derivă din sistemul Atkinson, precum sistemul ExLink ( Motor de legătură extinsă) ^[3]

Alte sisteme asigură utilizarea a două arbori cotiți contrarotați și a două tije de legătură per piston, creând efectiv un mecanism dublu manivel oblic, în care pistonul fiind legat de două tije de legătură care au o înclinație speculară, reduc dacă nu anula forțele laterale care împingeți pistonul împotriva căptușelii cilindrului, reducând fricțiunea și reducând uzura pistonului și a cilindrului, aceste două tije de legătură sunt conectate la doi arbori cotiți respectivi, care fiind contrarotați sunt, de asemenea, capabili să îndeplinească funcția de arbore de echilibrare, anulând efectiv vibrații de ordinul întâi. ^{[ Toate trebuie rescrise: modificările subiectului și / sau subiectelor implicite îl fac de neînțeles pentru cei care nu cunosc deja subiectul. ]}

Alte variante implică utilizarea unei tije de legătură "Y" pentru 4 pistoane, datorită utilizării a două brațe basculante și a 8 tije de legătură, acest lucru este posibil datorită tijei de legătură principale "Y" care deplasează cei doi pistoane centrale, care sunt conectate prin intermediul unor tije de legătură la cele două brațe basculante legate de cilindri sau bază și prin intermediul ultimelor biele acestea sunt conectate la pistoanele celor doi cilindri laterali.

Notă

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre mecanismul bielă-manivelă

linkuri externe

bielă-manivelă , pe edutecnica.it .
Bielă și arborele cotit , pe negusweb.it .

Portal mecanic

Portalul de transport

[1] SISTEM DE CONECTARE A CRANK

[2] Brevet Honda, un 2T cu injecție indirectă

[3] Efectuarea mai multor lucrări cu mai puțin combustibil ExLink

[1]

[2]

[3]