Szkockie jarzmo
Scotch Yoke (znany również jako mechanizm szczelinowy ) to mechanizm ruchu posuwisto-zwrotnego , przekształcający ruch liniowy suwaka w ruch obrotowy lub odwrotnie. Tłok posuwisto -zwrotnym jest bezpośrednio połączona z przesuwnym jarzmem ze szczeliną, która łączy się z kołkiem na części obrotowej. Położenie tłoka w funkcji czasu jest prostym ruchem harmonicznym , tj. falą sinusoidalną o stałej amplitudzie i stałej częstotliwości, przy stałej prędkości obrotowej .
Aplikacje
Ta konfiguracja jest najczęściej stosowana w siłownikach zaworów regulacyjnych w wysokociśnieniowych rurociągach naftowych i gazowych .
Chociaż obecnie nie jest to powszechna maszyna do obróbki metalu, prymitywni frezarze mogą używać szkockich jarzm. Niemal wszystkie z nich korzystają z połączenia Whitwortha , które zapewnia powolny ruch do przodu i szybszy powrót.
Był stosowany w różnych silnikach spalinowych, takich jak silnik Bourke , silnik SyTech oraz wiele silników na gorące powietrze i silniki parowe .
Termin jarzmo szkockie jest nadal używany, gdy szczelina w jarzmie jest krótsza niż średnica okręgu utworzonego przez czop korbowy . Na przykład boczne pręty lokomotywy mogą mieć jarzma szkockie, aby umożliwić pionowy ruch pośrednich osi napędowych .
To, co zasadniczo jest szkockim jarzmem, jest używane w maszynie do przewidywania przypływów nr 2 do generowania ruchu sinusoidalnego (funkcje sinusoidalne).
Zastosowania silnika spalinowego
W idealnych warunkach inżynierskich siła jest przykładana bezpośrednio na linii ruchu zespołu. Ruch sinusoidalny, prędkość cosinusoidalna i przyspieszenie sinusoidalne (przy założeniu stałej prędkości kątowej) zapewniają płynniejszą pracę. Większy odsetek czasu spędzonego w górnym martwym punkcie (zatrzymanie) poprawia teoretyczną wydajność silnika w cyklach spalania o stałej objętości. Pozwala to na wyeliminowanie połączeń typowo obsługiwanych przez sworzeń nadgarstka oraz prawie wyeliminowanie płaszczy tłoków i zacierania cylindrów, jako boczne obciążenie tłoka przez sinus korbowodu kąt jest złagodzony. Im większa odległość między tłokiem a jarzmem, tym mniejsze zużycie, ale większa bezwładność, co sprawia, że takie zwiększenie długości tłoczyska jest realistyczne tylko w zastosowaniach z niższymi obrotami (ale wyższym momentem obrotowym).
Szkockie jarzmo nie jest używane w większości silników spalinowych ze względu na szybkie zużycie szczeliny w jarzmie spowodowane tarciem ślizgowym i wysokimi naciskami styku [ potrzebne źródło ] . Jest to łagodzone przez blok ślizgowy między korbą a szczeliną w tłoczysku. Ponadto zwiększona utrata ciepła podczas spalania z powodu przedłużonego przebywania w górnym martwym punkcie kompensuje wszelkie ulepszenia spalania o stałej objętości w prawdziwych silnikach. W zastosowaniach silnikowych mniej procent czasu spędza się w dolnym martwym punkcie w porównaniu z konwencjonalnym mechanizmem tłoka i wału korbowego, co skraca czas przedmuchu silniki dwusuwowe . Eksperymenty wykazały, że wydłużony czas przebywania nie działa dobrze w przypadku silników o stałej objętości spalania w cyklu Otto . Zyski mogą być bardziej widoczne w silnikach pracujących w cyklu Otto, wykorzystujących warstwowy cykl wtrysku bezpośredniego (diesel lub podobny) w celu zmniejszenia strat ciepła.
modyfikacje
Udoskonalone jarzmo szkockie, ze środkami pochłaniającymi nacisk boczny, zostało opatentowane w 1978 r. przez Williama L. Carlsona, Jr., patent USA 4,075,898 .
Linki zewnętrzne
- Brock Institute for Advanced Studies: Scotch Yoke
- „ Porównywanie prostych mechanizmów korbowo-suwakowych i jarzmowych ” autorstwa Freda Klinggenera, The Wolfram Demonstrations Project ; Aktywne demo.