Se sei uno studente di ingegneria o un ingegnere, probabilmente conosci le complicate macchine che fanno funzionare il nostro mondo.
Ma hai mai pensato a quanto sia importante che queste macchine funzionino senza intoppi e che abbiano bilancieri? I bilancieri sono gli eroi non celebrati dell'ingegneria.
Sono utilizzati in qualsiasi cosa, dagli orologi ai motori, e funzionano silenziosamente e bene per stabilizzare il movimento dei meccanismi e dare loro la precisione e l'accuratezza da cui dipendiamo ogni giorno.
Quindi, se sei pronto a saperne di più su questo argomento interessante ma spesso trascurato, allaccia le cinture e preparati a imparare come funziona il bilanciere e perché è così importante per il successo di così tanti progetti di ingegneria.
Introduzione ai bilancieri
Definizione formale:
Una ruota che governa o stabilizza il movimento di un meccanismo.
Un bilanciere è un modo in cui gli orologi meccanici e i piccoli orologi tengono traccia del tempo.
È una ruota appesantita che gira avanti e indietro.
Una molla di torsione a spirale, chiamata molla del bilanciere o spirale, tira indietro la ruota verso il suo centro.
L'organo di regolazione dell'orologio è costituito dal bilanciere e dalla spirale.
Come funziona un bilanciere
La ruota di scappamento invia spinte laterali al bilanciere, che lo fa muovere avanti e indietro.
La molla del bilanciere dà al bilanciere la forza di cui ha bisogno per tornare in posizione.
Il tempo tra ogni oscillazione o vibrazione è tenuto da quanto è pesante il bilanciere e quanto è flessibile la molla.
Ogni scatto o battito del bilanciere consente al treno di ingranaggi di avanzare di una certa quantità, il che fa avanzare le lancette.
Il bilanciere è collegato agli ingranaggi che muovono le lancette di un orologio o orologio.
Il meccanismo di scappamento
Il bilanciere si muove avanti e indietro ed è tenuto in movimento dal meccanismo di scappamento.
Lo scappamento si muove in tre fasi a ogni oscillazione del bilanciere: sbloccaggio, trasferimento dell'impulso e bloccaggio.
Uno dei denti su una ruota di scappamento poggia contro una faccia di bloccaggio, e un altro dente entra in un gioiello di impulso su un rullo di bilanciamento tra due corna.
L'inerzia di questo rullo gli fa muovere una leva, che fa girare o meno le ruote di scappamento, a seconda che siano consentite o meno.
Bilancieri moderni
La maggior parte dei bilancieri degli orologi moderni sono realizzati in Glucydur, che è una lega di berillio, rame e ferro.
Le molle sono solitamente realizzate in Nivarox o altra lega a basso coefficiente termico di elasticità.
Hanno una frequenza di 4 Hz, il che significa che si muovono quattro volte o tremano otto volte al secondo.
La maggior parte delle ruote moderne viene bilanciata al computer nelle fabbriche bruciando fosse precise nei cerchioni con i laser.
Perché i bilancieri sono fondamentali per il successo ingegneristico
Ancora difficile da capire? Permettimi di cambiare un po' il punto di vista:
Chi, comunque, ha bisogno di bilancieri? Voglio dire, chi ha bisogno che le proprie macchine siano stabili e precise, giusto? Non stiamo attenti e vediamo solo cosa succede quando eliminiamo quelle piccole parti fastidiose che fanno funzionare tutto senza intoppi.
Che cosa potrebbe andare storto?
Qualsiasi buon ingegnere o meccanico ti dirà che la risposta è "molto". Il bilanciere non è la parte più eccitante o appariscente di una macchina, ma senza di esso tutto andrebbe in pezzi.
Quindi tuffiamoci nel mondo dei bilancieri e scopriamo perché sono così importanti per così tanti progetti di ingegneria.
Ok, quello era solo uno scherzo fatto per sembrare uno spot televisivo.
Ora torniamo alla spiegazione.
Applicazioni dei bilancieri
Applicazioni comuni dei bilancieri nei dispositivi meccanici
I bilancieri sono stati utilizzati nei dispositivi meccanici per centinaia di anni e sono ancora utilizzati in molti modi oggi.
Alcuni dei modi più comuni in cui i bilancieri vengono utilizzati nelle macchine sono:
- Orologi e orologi: Come abbiamo già detto, i bilancieri sono spesso utilizzati per segnare il tempo in orologi meccanici e piccoli orologi.
In questi dispositivi, la velocità con cui funziona l'orologio è controllata dal bilanciere.
Questo assicura che l'orologio mantenga l'ora esatta.
- Cronometri: i cronometri sono orologi specializzati utilizzati per misurare il tempo con precisione in diverse condizioni.
Sono spesso usati nella navigazione e nel volo e devono essere molto precisi.
Il bilanciere è una parte importante di un cronometro perché aiuta a mantenere in equilibrio il meccanismo di cronometraggio.
- Applicazioni industriali: i bilancieri sono utilizzati in varie applicazioni industriali, come serrature temporali per caveau di banche e spolette temporali per munizioni.
In queste situazioni, il bilanciere viene utilizzato per tenere traccia del tempo e assicurarsi che le cose accadano al momento giusto.
Equilibratura delle ruote
L'equilibratura delle ruote, d'altra parte, è il processo di bilanciamento del peso di un gruppo pneumatico e ruota per assicurarsi che si muova in modo uniforme alle alte velocità.
È una parte molto importante per mantenere la guida sicura e confortevole.
La maggior parte delle volte, una ruota e un pneumatico montati vengono posizionati su un'equilibratrice, che centra la ruota e la fa girare per capire dove dovrebbero andare i pesi.
Le moderne equilibratrici utilizzano una tecnologia informatica avanzata per misurare le forze laterali e assiali.
Ciò consente di posizionare i pesi sulle ruote in modo più accurato.
Le equilibratrici computerizzate possono anche dire quanto peso è sbilanciato e dove dovrebbe essere posizionato il peso per rendere il pneumatico il più uniforme possibile.
Evoluzione dei bilancieri
I bilancieri sono cambiati molto nel tempo per migliorare la qualità di guida alle alte velocità e affrontare i problemi causati dal design dei pneumatici e dall'uso del veicolo.
Negli anni '80, la correzione statica sulle equilibratrici della catena di montaggio e nelle officine è passata a una combinazione di correzione statica e di coppia (bilanciamento dinamico).
Ma man mano che le gomme diventavano più pesanti e più grandi, i doppi pesi di correzione si allontanavano dalle flange del cerchio e si restringevano.
Ciò ha causato problemi.
Le equilibratrici industriali hanno reso possibile automatizzare il processo di equilibratura delle ruote in grandi quantità per adattarsi alle applicazioni OEM.
Con un peso a clip, i pesi vengono spesso inseriti all'interno della ruota invece che sui bordi del cerchio, il che cambia il modo in cui viene calcolato il peso.
Ottenere il giusto equilibrio è diventato molto più importante per affrontare questi problemi.
Tendenze attuali nella progettazione di ruote e pneumatici
Con il miglioramento della tecnologia e della logistica, è diventato più facile e veloce per le aziende produrre e spostare merci.
Per questo motivo, i design e i materiali degli pneumatici continuano a cambiare, rendendo gli pneumatici maneggevoli, aderenti, performanti sotto la pioggia e consumando meno benzina.
A causa dell'aumento delle auto elettriche, i progettisti di ruote e pneumatici stanno cercando di risolvere problemi come coppia più elevata, maggiore usura, resistenza al rotolamento, peso e funzionamento silenzioso (EV).
I bilancieri sono ancora necessari per garantire che i pneumatici si muovano in modo uniforme alle alte velocità, il che è importante sia per la sicurezza che per il comfort durante la guida.
Design e prestazioni dei bilancieri
Il modo in cui è realizzato un bilanciere è molto importante per il suo buon funzionamento.
Quando si realizza un bilanciere, gli orologiai devono scegliere tra una serie di diversi compromessi tra frequenza e inerzia.
Frequenza e inerzia
Il buon funzionamento del bilanciere dipende molto dalla velocità con cui gira e da quanto pesa.
La precisione del bilanciere migliora con l'aumentare della frequenza.
Il movimento del polso ha meno effetto sul bilanciere quando la frequenza è più alta.
Ma un bilanciere più grande con più inerzia rende la bici più stabile.
Quando si progetta un bilanciere per ottenere le migliori prestazioni, è necessario valutare attentamente questo compromesso.
Se il bilanciere è troppo grande, può intralciare altre parti, come barili e molle, e sprecare energia.
Fattori da considerare quando si seleziona un bilanciere
Quando si sceglie un bilanciere per uno specifico dispositivo meccanico, come un orologio o un orologio, è necessario pensare alle seguenti cose:
- Frequenza: la frequenza del bilanciere deve essere selezionata in base alla precisione richiesta del dispositivo meccanico.
- Inerzia: l'inerzia del bilanciere deve essere selezionata in base alla stabilità richiesta e all'efficienza energetica del dispositivo meccanico.
- Materiale: il materiale utilizzato per creare il bilanciere deve essere scelto con cura per fornire la resistenza, la durata e il peso necessari.
- Dimensioni: la dimensione del bilanciere deve essere scelta in modo da fornire prestazioni ottimali assicurando al tempo stesso che non interferisca con altri componenti.
Fattori di bilanciamento pneumatico/ruota
Per un corretto bilanciamento durante l'assemblaggio di pneumatici e ruote, dovresti pensare a quanto segue:
- Capacità di carico: si riferisce al peso che la ruota o la ruota possono sostenere in sicurezza durante il rotolamento.
Quando si scelgono le ruote giuste, potrebbe essere necessario scegliere tra prezzo, capacità di carico e protezione del pavimento.
- Ambiente: include il carico da impatto, il tipo di pavimento e la protezione del pavimento.
- Materiale: il materiale da rettificare e la sua durezza quando si seleziona una mola per un'applicazione specifica.
Anche la dimensione e il grado della grana sulla mola sono importanti.
- Rettifica a umido oa secco: questo è un fattore che determina se il refrigerante verrà utilizzato durante la rettifica.
Se si utilizza il refrigerante, le mole con legante vetrificato agiranno in modo più morbido perché il potere lubrificante del refrigerante aiuta a ridurre l'attrito e l'energia nella zona di rettifica.
- Modalità di equilibratura: le moderne equilibratrici per pneumatici/ruote includono funzionalità come motori a trasmissione diretta, modalità di equilibratura multiple, guide laser, avviamento automatico con un ciclo di secondi, contenitori per la conservazione del peso e bilanciamento statico automatico." Le moderne equilibratrici per pneumatici/ruote hanno motori a trasmissione diretta , molteplici modalità di equilibratura, guide laser, avviamento automatico con un ciclo di secondi, contenitori di stoccaggio del peso e equilibratura statica automatica.
- Tempistica: il controllo dell'equilibrio pneumatico/ruota è importante quando vengono installati nuovi pneumatici sui cerchioni, quando i pneumatici sono stati ruotati e quando ci sono segni di vibrazione o oscillazione durante la guida.
- Metodi e pesi di equilibratura dell'assieme: i metodi e i pesi di equilibratura dell'assieme appropriati devono essere scelti in base alla loro applicazione.
Rimozione e installazione del bilanciere e della forca per pallet
Suggerimento: attiva il pulsante dei sottotitoli se ne hai bisogno. Scegli "traduzione automatica" nel pulsante delle impostazioni, se non hai familiarità con la lingua parlata. Potrebbe essere necessario fare clic sulla lingua del video prima che la tua lingua preferita diventi disponibile per la traduzione.
Conclusione
Mentre concludiamo il nostro sguardo al bilanciere, è chiaro che questa parte piccola ma potente è una parte fondamentale per garantire che un'ampia gamma di dispositivi meccanici funzioni senza intoppi.
Ma al di là dei suoi usi pratici, il modo in cui funziona un bilanciere ha una sorta di poesia, con il suo delicato equilibrio tra forma e funzione e il perfetto equilibrio tra tensione e rilascio.
Forse sia gli ingegneri che le persone che non sono ingegneri possono imparare da questo che anche nel mezzo del caos e della complessità possono esserci momenti di armonia e bellezza.
Quindi, la prossima volta che lavori a un duro progetto di ingegneria, prenditi un momento per pensare a quanto è bello il bilanciere e ricorda che a volte le soluzioni più potenti sono anche le più semplici.
Link e riferimenti
Merriam Webster:
https://www.merriam-webster.com/dictionary/balance%20wheel
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