Cigonyal

Components bàsics de transformació del moviment lineal altern en rotatiu en un motor: Cigonyal (vermell), pistons i bieles (gris), encaixats els primers dins els cilindres (blau) i el volant d'inèrcia (negre)

El cigonyal és la peça d'un motor que converteix el moviment altern lineal del pistó en moviment circular. Per convertir el moviment altern en rotatiu, el cigonyal disposa de manovelles que són accionades per les bieles. En general es connecta a un volant d'inèrcia per reduir la característica pulsació del cicle de quatre temps i, de vegades, també un amortidor de torsió o de vibració a l'extrem oposat per reduir les vibracions de torsió que poden deteriorar el cigonyal.

Història

Antiguitat clàssica

L'evidència més primerenca de la maneta com a part d'una màquina, que està en combinació amb una biela, en qualsevol lloc del món apareix a finals dels serradores romana de Hieràpolis el segle març DC i dos serradores de pedra romà de Gerasa, Síria romana, i en Efes , Àsia Menor (ambdues sisè segle dC). [1] En el frontó de la fàbrica de Hieràpolis, una sínia d'aigua alimentats per una raça molí d'alimentació es mostra a través d'un tren d'engranatges serres que tallen fusta de dos blocs rectangulars pel camí d'algun tipus de connexió barres i, per necessitat mecànica, manetes. La inscripció que acompanya és en grec. [2]

El cigonyal i la connexió dels mecanismes de la barra dels altres dos serradores testimoni arqueològic treballat sense un tren d'engranatges. [3] [4] A la literatura antiga, trobem una referència als treballs de marbre d'accionament hidràulic serres prop de Trèveris, actual Alemanya, per finals dels anys quart del segle poeta Ausonio, [1] Gairebé al mateix temps, aquests tipus de molí també semblen ser indicat pel cristià Sant Gregori de Nissa d'Anatòlia, el que demostra un ús diversificat de la força de l'aigua en moltes parts de l'Imperi Romà [. 5] Els tres troba retardar la data de la invenció de la maneta i la biela de nou per un mil • lenni, [1] per primera vegada, tots els components essencials de la màquina de vapor molt més tard van ser reunides per una cultura tecnològica: Amb el sistema de barres d'arrencada i la connexió, tots els elements per a la construcció d'una màquina de vapor (inventat en 1712) - eolípila Heroi (generació d'energia de vapor), el cilindre i el pistó (en les bombes de la força del metall), vàlvules de retenció (en les bombes d'aigua), transmissió (en els molins d'aigua i rellotges) - eren coneguts en l'època romana [6].

Edat Mitjana

Al segle novè, la manca de maneta manual apareix en diverses de les màquines hidràuliques descrit pels germans Banu Musa, en el seu Llibre dels dispositius enginyosos. [7] Dos d'ells conté una acció que s'aproxima a la d'un cigonyal i només una petita modificació hauria requerit per convertir-lo en un cigonyal [8].

En realitat, però, aquests dispositius només va fer rotacions parcials i només pot ser una mica carregat, [9], mentre que l'historiador de la tecnologia de Lynn White no classificar-tot i que la simple aplicació d'una maneta. [10]

El primer ús conegut d'un cigonyal en una bomba de la cadena es trobava en una de les màquines d'Al-Jazari de saqiya (1136-1206). [11] El concepte de minimització de treball intermitent és també el primer implicat en una de les bombes d'Al-Jazari cadena de saqiya, que va ser amb el propòsit de maximitzar l'eficiència de la bomba de cadena saqiya [11] Al-Jazari també es construeix una bomba d'aigua saqiya cadena de sensibilització que estava a càrrec de l'energia hidroelèctrica en lloc de mà d'obra, encara que els xinesos també s'utilitza energia hidroelèctrica per a les bombes de la cadena abans de la ell. Saqiya màquines com les que va descriure han estat el subministrament d'aigua a Damasc des del segle 13 fins als temps moderns, [12], i van ser d'ús corrent a tot el món islàmic medieval. [11] Al-Jazari descriure un sistema de barres d'arrencada i la connexió en una màquina que trencada en dues de les seves màquines d'elevació d'aigua. [13] La seva bomba de dos cilindres incorporen un cigonyal, [14], però el dispositiu és innecessàriament complexa que indica que encara no acabava d'entendre el concepte de conversió de l'energia [15]. Citant el sifó bizantina utilitzats per l'execució de foc grec com a font d'inspiració, [16] Al-Jazari va passar a descriure les canonades de succió en primer lloc, la bomba de succió, la bomba de doble acció, i va fer els primers usos de les vàlvules i un mecanisme de biela del cigonyal, la connexió, quan va inventar un doble cilindre de la bomba de pistó de succió del pistó. Aquesta bomba és accionada per una roda d'aigua, que impulsa, a través d'un sistema d'engranatges, una ranura de la barra oscil.lant als quals les varetes de dos pistons s'uneixen. Els pistons de treball en els cilindres horitzontalment oposats, cadascun proveït de vàlvula de succió que funciona i canonada d'impulsió. La canonada d'impulsió s'uneixen per sobre del centre de la màquina per formar un únic punt de venda en el sistema de reg. Aquesta màquina d'aigua de fons tenia una importància directa per al desenvolupament de l'enginyeria moderna. Aquesta bomba es distingeix per tres raons: [17] [18] [19] El primer ús conegut d'una canonada d'aspiració veritable (que absorbeix els líquids en un buit parcial) en una bomba.

La primera aplicació del principi de doble efecte. La conversió de giratori en moviment alternatiu, a través del mecanisme de biela-maneta de connexió.

bomba d'Al-Jazari de succió del pistó podria aixecar 13,6 m (45 peus) d'aigua, amb l'ajuda de la canonada d'impulsió. Això era més avançada que les bombes de succió que va aparèixer en el 15 l'Europa del segle, que no tenen canonada d'impulsió. No va ser, però, res més eficaç que una sínia d'ús comú pel món musulmà en el moment [19].

Vigevano guerra de transport

El metge italià Guido de Vigevano (c. 1280-1349), la planificació d'una nova croada, realitzat il lustracions per a un pot de rems i carros de guerra que van ser impulsats per manetes manualment va tornar compost i rodes dentades (al centre de la imatge). [20] Salteri Luttrell, que data del voltant de 1340, descriu una pedra d'esmolar que va ser girada per dos manetes, una a cada extrem del seu eix, i la mà orientada molí, operat ja sigui amb un o dos bieles, va aparèixer més tard en el segle 15, [10]

Taqi al-Din incorpora un cigonyal en una bomba de sis cilindres en 1551. A la Xina, el potencial de la maneta de convertir el moviment circular en una reciprocitat no sembla haver estat plenament efectius, i la biela, era típicament absents d'aquestes màquines fins a la volta del segle 20 [21].

Renaixement

Veure també: La tecnologia del Renaixement

segle 15 rodet vaixell de rems que es converteixen per un sol tret cigonyals (Anònim de les guerres husitas) Les representacions en primer lloc el compost inestable en el fuster clau apareixen entre 1420 i 1430 en diverses obres d'art del nord d'Europa. [22] La ràpida adopció del compost inestable es pot rastrejar en les obres dels anònims de les guerres husitas, un enginyer alemany desconegut escrit sobre l'estat de la tecnologia militar de la seva època: en primer lloc, la biela, aplicat a les manetes, va reaparèixer, en segon lloc, bieles doble compost també va començar a ser equipat amb bieles i tercer, el volant es va utilitzar per a aquests manetes de aconseguir que més. els morts "in situ" [23] A la Itàlia del Renaixement, l'evidència més primerenca d'un compost maneta i la biela es troba en els llibres de dibuix de Taccola, però el dispositiu continua sent mal entesa mecànicament. [23] Un bon coneixement del moviment de la maneta participen demostra una mica més tard que pintava Pisanello un pistó de la bomba conduït per un molí d'aigua i és operat per dos manetes simples i dos bieles. [23]

Aigua de fons de la bomba accionat per manovella i el mecanisme de biela (Georg Andreas Böckler, 1661) Un dels dibuixos dels anònims de les guerres husitas mostra un vaixell amb un parell de rodes de paletes a cada extrem volta pels homes que operen bieles compost (vegeu més amunt). El concepte s'ha millorat molt per l'italià Roberto Valturio en 1463, que va idear un vaixell amb cinc jocs, on les bieles paral.leles estan unides a una sola font d'energia per una biela, una idea també ocupat pel seu compatriota Francesco di Giorgio [24]. Cigonyals també van ser descrits per Konrad Kyeser (d. 1405), Leonardo da Vinci (1452-1519) [13] i un holandès "agricultor" pel nom de Cornelis van Corneliszoon Uitgeest el 1592. La seva serradora amb energia eòlica utilitza un cigonyal per a convertir el moviment circular d'un molí de vent de en un moviment cap enrere i cap endavant encendre la serra. Corneliszoon se li va concedir una patent per a la seva cigonyal en 1597. A partir del segle 16, la prova de cigonyals i bieles integrades en el disseny de la màquina es torna abundant en els tractats tecnològics de l'època: Agostino Ramelli de les màquines diverses i artifactitious de 1588 només mostra exemples de divuit anys, un nombre que s'eleva en el Novum Theatrum Machinarum per Georg Andreas Böckler a 45 màquines diferents, la tercera part del total [25].

Disseny

Components d'un típic cicle de quatre temps, DOHC pistó. (E) de l'arbre de lleves d'escapament, (I) de l'arbre de lleves d'admissió, (S) de la bugia, (V) Vàlvules, (P) Pistó, (R) Biela, (C) de cigonyal, (W) camisa d'aigua per al flux de refrigerant. motors grans són generalment pluricilíndrico per reduir les pulsacions de cops acomiadament individual, amb més d'un pistó connectat a un cigonyal complex. Molts motors petits, com ara les que es troben en els ciclomotors o maquinària de jardí, són només cilindre i l'ús de només un sol pistó, el que simplifica el disseny del cigonyal. Aquest motor també es pot construir sense costures reblades.

Rodaments

El cigonyal té un eix lineal sobre el qual gira, generalment amb diversos seients de coixinets muntats en coixinets reemplaçables (els coixinets principals), celebrada en el bloc del motor. A mesura que el cigonyal es sotmet a una gran quantitat de càrrega cap als costats de cada cilindre d'un motor pluricilíndrico, ha de ser recolzat per diversos rodaments d'aquests, no només un a cada extrem. Aquest va ser un factor en l'aparició dels motors V8, amb el seu cigonyals més curts, en lloc de recta-8 motors. Els cigonyals llarg d'aquest últim va patir una quantitat inacceptable de flexió quan els dissenyadors del motor va començar a utilitzar més alts ràtios de compressió i altes velocitats de rotació. motors d'alt rendiment sovint tenen més coixinets principals que els seus cosins de menor rendiment per aquesta raó.

Carrera del pistó

La distància de l'eix de la maneta tirs des de l'eix del cigonyal determina la mesura del moviment del pistó, i per tant el desplaçament del motor. Una forma comuna d'augmentar el parell a baixa velocitat d'un motor és augmentar la carrera, de vegades conegut com "eix acariciant". Això també augmenta la vibració d'intercanvi, però, el que limita la capacitat d'alta velocitat del motor. En compensació, millora l'operació de poca velocitat del motor, com el moviment del producte ia través de petites vàlvula (s) dóna lloc a una major turbulència i la barreja de la càrrega d'admissió. Per aquesta raó, fins i tot com a motors de producció d'alta velocitat que els actuals motors Honda són classificats com "en plaça" o de carrera llarga, en què la carrera és més llarga que el diàmetre del cilindre. Per tant, trobar l'equilibri adequat entre la velocitat de l'eix-acariciant i longitud conduirà a resultats més òptims.

Configuració del motor

La configuració i el nombre de pistons en les seves relacions entre si i la biela, condueix a la recta, motors en V o planes. El mateix bloc de motor de base es pot utilitzar amb diferents cigonyals, però, a alterar l'ordre d'encesa, per exemple, la configuració del motor V6 de 90 º, en el dia a vegades majors obtingudes per mitjà de sis cilindres d'un motor V8 amb el que és bàsicament una versió reduïda del cigonyal del motor V8, produeix un motor amb un clic inherent en el flux d'energia a causa de la "falta" dos cilindres. El mateix motor, però, es pot fer per proporcionar polsos de l'energia uniformement espaiades utilitzant un cigonyal amb un individu inestable tir per a cada cilindre, espaiats de manera que els pistons són en realitat fases 120 °, com en el motor GM 3800. Si bé la producció de motors V8 d'utilitzar quatre trets maneta espaiats 90 º, els motors V8 d'alt rendiment sovint s'utilitza un "pla" del cigonyal amb trets espaiats 180 °. La diferència es pot escoltar com el resultat de la pla-pla cigonyals en el motor que té un suau, el so d'alta freqüència d'encreuament del pla (per exemple, IRL IndyCar Series en comparació a la NASCAR Nextel Cup, o un Ferrari 355 en comparació amb un Chevrolet Corvette) . Vegeu l'article principal sobre cigonyals crossplane.

Saldo del motor

Per a alguns motors és necessari establir contrapesos per a la massa d'intercanvi de cada pistó i la biela per millorar l'equilibri del motor. Aquests solen ser emesos com a part del cigonyal, però, de tant en tant, van cargolades a les peces. I pesa contra afegir una quantitat considerable de pes en el cigonyal, que proporciona un motor d'un funcionament més suau i permet una major RPMs per a ser assolit.

Els motors de Rotary

Molts motors de les aeronaus primerenca (i alguns en altres aplicacions) es fixa el cigonyal a la cèl.lula i en lloc de girar els cilindres, conegut com un disseny de motor rotatiu. motors rotatius, com el motor Wankel es refereix als motors de rotació com sense pistons. En el motor Wankel, també anomenat motor rotatiu, els rotors de la unitat d excèntric, el que podria ser considerat l'equivalent del cigonyal d'un motor de pistons.

Construcció

Continental cigonyals de motors marins, 1942 Cigonyals pot ser monolític (feta en una sola peça) o muntats a partir de diverses peces. cigonyals monolítics són més comuns, però alguns motors més petits i més grans utilitzen cigonyals muntat.

Forja i fosa

Cigonyals poden ser falsificats d'una barra d'acer, normalment a través de rotllo de forja o fosa d'acer dúctil. Avui en dia els fabricants cada vegada més tendeixen a afavorir l'ús de cigonyals forjats a causa del seu pes més lleuger, més compacte i millor amortiment inherent. Amb cigonyals forjats, acers microaleados de vanadi s'utilitzen sobretot com aquests acers poden ser refrigerats per aire després d'arribar als punts forts d'alta sense tractament tèrmic addicional, amb excepció a l'enduriment superficial de les superfícies de rodament. El contingut de baix aliatge també fa que el material més barat que els acers d'alta aliatge. acers al carboni també s'utilitzen, però això requereix d'un tractament tèrmic addicional per assolir les propietats desitjades. cigonyals de ferro són avui en dia es troben sobretot en els motors de producció més barats (com els que es troben en els motors dièsel de Ford Focus), on les càrregues són menors. Alguns també utilitzen motors de ferro colat cigonyals per a les versions de baix rendiment, mentre que la versió d'alt rendiment més car l'ús d'acer forjat.

Mecanitzat

Cigonyals també pot ser mecanitzat d'un bitllet, sovint usant una barra d'acer d'alta qualitat refós de buit. Tot i que el flux de la fibra (inhomogeneitats locals de la composició química del material generat durant la bugada) no segueix la forma del cigonyal (que no és desitjable), això no sol ser un problema ja que els acers de major qualitat que normalment són difícils de falsificar pot utilitzats. Aquests cigonyals tendeixen a ser molt costós per la gran quantitat de remoció de material que s'ha de fer mitjançant l'ús de torns i fresadores, el cost material d'alta i el tractament tèrmic addicional. No obstant això, atès que no es requereix d'eines cares, aquest mètode permet la producció de petites sèries de producció de cigonyals que es facin sense els alts costos. [Edita] resistència a la fatiga La resistència a la fatiga de cigonyals sol augmentar-se mitjançant l'ús d'un ràdio en els extrems de cada bancada i la monyeca. El radi es redueix la pressió en aquestes àrees crítiques, però com els radis en la majoria dels casos s'enrotllen, això també deixa una mica de la tensió residual de compressió en la superfície que impedeix la formació d'esquerdes. [Edita] Enduriment La majoria de la producció de cigonyals utilitzar superfícies temperades per inducció tenint des que el mètode dóna bons resultats amb baixos costos. També permet que el cigonyal ser rectificat sense haver de refer l'enduriment. Però cigonyals d'alt rendiment, cigonyals bitllet, en particular, tendeixen a utilitzar nitridization lloc. Nitridization és més lent i per tant més costosa, ia més posa certes exigències dels metalls d'aliatge en l'acer, per tal de ser capaç de crear nitrurs estables. L'avantatge de nitridization és que es pot fer a baixes temperatures, que produeix una superfície molt dura i el procés deixarà una mica de la tensió residual de compressió en la superfície que és bo per a les propietats de fatiga del cigonyal. La baixa temperatura durant el tractament té l'avantatge que no té efectes negatius sobre l'acer, com ara el recuit. Amb cigonyals que operen en els rodaments de rodets, l'ús de la carburació tendeix a ser afavorida pel contacte de Hertz a altes pressions, al mateix imprès. Igual que nitruració, la carburació també deixa algunes tensions residuals de compressió en la superfície.

Els contrapesos

Alguns cigonyals cars i d'alt rendiment també utilitzen contrapesos de metalls pesats perquè el cigonyal més compacte. Els metalls pesants s'utilitza més sovint d'un aliatge de tungstè, però l'urani empobrit ha estat utilitzat. Una opció més barata és l'ús de plom, però en comparació amb tungstè la seva densitat és molt menor.

L'estrès de cigonyals

L'eix està sotmès a diverses forces, però en general ha de ser analitzada en dues posicions. En primer lloc, el fracàs pot ocórrer en la posició de màxima flexió, el que pot estar en el centre de la maneta o en qualsevol extrem. En aquesta condició el fracàs es deu a la flexió i la pressió en el cilindre és màxima. En segon lloc, la maneta pot fallar a causa de la torsió, de manera que la biela és necessari revisar a tallant en la posició de torsió màxim. La pressió en aquesta posició és la pressió màxima, però només una fracció de la pressió màxima.

Vegeu també

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Cigonyal

• Càrter del motor, la caixa que envolta el cigonyal
• Bicicletes bieles
• Manovella (mecanisme)
• Clau (eina)
• Controlada del motor de combustió
• Equacions de moviment del pistó
• Hudson Motor Car Company, cigonyal equilibrat el 1916 va permetre grans RPM i més poder
• Arbre de lleves
• Cam

Referències

^ A b c d Ritti, Grewe i Kessener 2007, p. 161: A causa de les troballes a Efes i Gerasa la invenció de la maneta i el sistema de la biela ha hagut de ser redated des del 13 fins al 6 º C, ara l'alleujament de Hieràpolis que porta tres segles, el que confirma que la pedra d'aigua alimentat serradores estaven en ús quan Ausonio va escriure el seu Mosella. Ritti ^, Grewe i Kessener 2007, pp 139-141 Ritti ^, Grewe i Kessener 2007, pp 149-153 ^ Mangartz 2006, p. 579f. ^ Wilson 2002, p. 16 Ritti ^, Grewe i Kessener 2007, p. 156, nota de peu. 74 ^ Beeston AFL, MJL Latham Young, JD, sergent Robert Bertram (1990), La història de Cambridge de la literatura àrab, Cambridge University Press, p. 266, ISBN 0-521-32763-6 ^ Banu Musa, Donald Routledge Hill (1979), El llibre dels dispositius enginyosos (Kitab al-ḥiyal), Springer, p. 23-4, ISBN 90-277-0833-9 ^ Al-Hassan i Hill, 1992, pp 45, 61 ^ A b White, Jr 1962, p. 111 ^ Abc Donald Routledge Hill, "Enginyeria", en Roshdi Rashed, ed., Enciclopèdia de la Història de la ciència àrab, vol. 2, p. 751-795 [776]. Routledge, Londres i Nova York. ^ I Hassan Ahmad al-Jazari i la Història de l'Rellotge d'Aigua ^ A b Ahmad Hassan I. La vara de Crank-Connexió del sistema en una màquina contínua rotació. ^ Sally Ganxo Ganchy, Sarah (2009), l'Islam i Ciència, Medicina i Tecnologia, el grup editorial Rosen, p. 41, ISBN 1-4358-5066-1 ^ White, Jr, 1962, p. 170: Però, que al-Jazari no captar el significat complet de la maneta per a la unió de pistó amb moviment de rotació es mostra per la seva extraordinària complexitat de la bomba accionat a través d'una roda dentada muntada excèntricament sobre el seu eix. ^ Història de l'Enginyeria en Clàssica i Medieval Times: reg i abastament d'aigua, preses, ponts, carreteres, construcció d'edificis; Topografia La segona part, l'enginyeria mecànica: màquines d'Aigua de fons, d'alimentació d'aigua i el vent la tercera part, la tecnologia de precisió: els instruments; autòmats, rellotges ... Per Donald Routledge Hill Publicat per Routledge, 1996 ISBN 0-415-15291-7, 9780415152914 pàg 150 ^ Donald Routledge Hill, "Enginyeria Mecànica a l'edat mitjana Pròxim Orient", Scientific American, maig de 1991, pp 64-9 (cf. Donald Routledge Hill, Enginyeria Mecànica) ^ I Ahmad Hassan. "L'origen de la succió de la bomba: Al-Jazari 1206 dC". Consultat el 16/07/2008. ^ Hill ab Routledge Donald (1996), Història de l'Enginyeria en Routledge Clàssica i Medieval Times, pp 143 i 150-2 ^ Hall 1979, p. 80 ^ White, Jr, 1962, p. 104: No obstant això, un estudiant de la tecnologia xinesa dels comentaris de principis del segle XX que fins i tot fa una generació els xinesos no havia "arribat a aquesta etapa en què se substitueix el moviment rotatori continu per al moviment d'intercanvi d'artificis tècnics, com ara el trepant, torn, serra, etc Per aprofitar la familiaritat amb el pas de la maneta és necessari. La maneta en la seva forma rudimentària simple que trobem en el [moderna] molinet xinès, que l'ús del dispositiu, però, aparentment no ha donat l'impuls al canvi alternatiu en moviment circular a 'altres artificis. A la Xina la maneta era conegut, però es va mantenir inactiu durant almenys als dinou segles, el seu potencial explosiu de la mecànica aplicada ser reconegut i explotat. ^ White, Jr, 1962, p. 112 ^ A b c White, Jr 1962, p. 113 ^ White, Jr, 1962, p. 114 ^ White, Jr, 1962, p. 172

Fonts

• Hall, Bert S. (1979), Les il lustracions Tecnològic de l'anomenada "Anònim de les guerres husitas". Codex Llatí Monacensis 197, Part 1, Wiesbaden: Verlag Dr Ludwig Reichert, ISBN 3-920153-93-6
• Al-Hassan, I. Ahmad; Hill, Donald R. (1992), Tecnologia islàmic. Una història il.lustrada, Cambridge University Press, ISBN 0-521-42239-6
• Mangartz, Fritz (2006), "Zur Rekonstruktion der wassergetriebenen byzantinischen Steinsägemaschine von Efes, Türkei Vorbericht." Archäologisches Korrespondenzblatt 36 (1): 573-590
• White, Jr, Lynn (1962), Tecnologia medieval i canvi social, Oxford: Clarendon Press A
• Ritti, Tulia, Grewe, Klaus; Kessener, Pablo (2007), "un alleujament d'aigua alimentats molí de pedra de serra en un sarcòfag en Hieràpolis i les seves implicacions", Revista d'Arqueologia Romana 20: 138-163

Enllaços externs

• «VIPRATECH::: The FOUR-STROKE CYCLE / OTTO CYCLE by ITC Leipzig».
• Kinematic