Om du är ingenjörsstudent eller ingenjör känner du förmodligen till de komplicerade maskiner som håller vår värld igång.
Men har du någonsin tänkt på hur viktigt det är att dessa maskiner går smidigt att de har balanshjul? Balanshjul är ingenjörens obesjungna hjältar.
De används i allt från klockor till motorer, och de fungerar tyst och bra för att stabilisera mekanismernas rörelser och ge dem den precision och noggrannhet vi är beroende av varje dag.
Så, om du är redo att lära dig mer om detta intressanta men ofta förbisedda ämne, spänn upp dig och gör dig redo att lära dig hur balanshjulet fungerar och varför det är så viktigt för framgången för så många ingenjörsprojekt.
Introduktion till balanshjul
Formell definition:
Ett hjul som styr eller stabiliserar en mekanisms rörelse.
Ett balanshjul är ett sätt som mekaniska klockor och små klockor håller koll på tiden.
Det är ett viktat hjul som svänger fram och tillbaka.
En spiral torsionsfjäder, kallad balansfjäder eller hårfjäder, drar hjulet tillbaka mot mitten.
Klockans reglerorgan består av balanshjulet och hårfjädern.
Hur ett balanshjul fungerar
Utrymningshjulet skickar tryck i sidled till balanshjulet, vilket gör att det rör sig fram och tillbaka.
Balansfjädern ger balanshjulet den kraft det behöver för att komma tillbaka på plats.
Tiden mellan varje svängning eller vibration hålls av hur tungt balanshjulet är och hur flexibel fjädern är.
Varje tick eller slag på balanshjulet tillåter växelståget att röra sig framåt en viss mängd, vilket flyttar händerna framåt.
Balanshjulet är kopplat till kugghjul som rör visaren på en klocka eller klocka.
Utrymningsmekanismen
Balanshjulet rör sig fram och tillbaka och hålls i rörelse av utrymningsmekanismen.
Utrymningen rör sig i tre steg med varje svängning av balanshjulet: upplåsning, impulsöverföring och låsning.
En av tänderna på ett flykthjul vilar mot en låsyta, och en annan tand går in i en impulsjuvel på en balansrulle mellan två horn.
Denna rulles tröghet gör att den flyttar en spak, vilket gör att utrymningshjulen snurrar eller inte snurrar, beroende på om de är tillåtna eller inte.
Moderna balanshjul
De flesta moderna klockbalanshjul är gjorda av Glucydur, som är en legering av beryllium, koppar och järn.
Fjädrarna är vanligtvis gjorda av Nivarox eller annan legering med låg termisk elasticitetskoefficient.
De har en frekvens på 4 Hz, vilket innebär att de rör sig fyra gånger eller skakar åtta gånger per sekund.
De flesta moderna hjul är datorbalanserade i fabriker genom att bränna exakta gropar i fälgarna med laser.
Varför balanshjul är avgörande för teknisk framgång
Fortfarande svårt att förstå? Låt mig ändra synvinkeln lite:
Vem behöver balanshjul egentligen? Jag menar, vem behöver deras maskiner för att vara stabila och exakta, eller hur? Låt oss inte vara försiktiga och bara se vad som händer när vi tar ut de där irriterande små delarna som gör att allt går smidigt.
Vad kan gå fel?
Vilken bra ingenjör eller mekaniker som helst kommer att berätta att svaret är "mycket". Balanshjulet är inte den mest spännande eller flashiga delen av en maskin, men utan det skulle allt falla isär.
Så låt oss dyka in i balanshjulens värld och ta reda på varför de är så viktiga för så många ingenjörsprojekt.
Okej, det var bara ett skämt för att se ut som en tv-reklam.
Låt oss nu gå tillbaka till förklaringen.
Tillämpningar av balanshjul
Vanliga tillämpningar av balanshjul i mekaniska enheter
Balanshjul har använts i mekaniska anordningar i hundratals år, och de används fortfarande på många sätt idag.
Några av de vanligaste sätten att balanshjul används i maskiner är:
- Klockor och klockor: Som vi redan har sagt används balanshjul ofta för att hålla tiden i mekaniska klockor och små klockor.
I dessa enheter styrs hastigheten som klockan fungerar med av balanshjulet.
Detta säkerställer att klockan håller exakt tid.
- Kronometrar: Kronometrar är specialiserade klockor som används för att mäta tid exakt under olika förhållanden.
De används ofta i navigering och flygning, och de måste vara mycket exakta.
Balanshjulet är en viktig del av en kronometer eftersom det hjälper till att hålla tidtagningsmekanismen i balans.
- Industriella applikationer: Balanshjul används i olika industriella applikationer, såsom bankvalvs tidslås och tidständningar för ammunition.
I dessa situationer används balanshjulet för att hålla koll på tiden och se till att saker händer i rätt tid.
Hjulbalansering
Hjulbalansering, å andra sidan, är processen att balansera vikten av ett däck och en hjulenhet för att se till att den rör sig jämnt i höga hastigheter.
Det är en mycket viktig del för att hålla resan säker och bekväm.
För det mesta sätts ett monterat hjul och däck på en hjulbalanserare, som centrerar hjulet och snurrar det för att ta reda på var vikterna ska ta vägen.
Moderna hjulbalanserare använder avancerad datorteknik för att mäta både sido- och axiella krafter.
Detta gör det möjligt att lägga vikterna på hjulen mer exakt.
Datoriserade hjulbalanserare kan också berätta hur mycket vikt som är i obalans och var vikten ska placeras för att göra däcket så jämnt som möjligt.
Evolution av balanshjul
Balanshjul har förändrats mycket över tiden för att förbättra åkkvaliteten vid höga hastigheter och hantera problem som orsakas av däckdesign och fordonsanvändning.
På 1980-talet ändrades statisk korrigering på löpande bands hjulbalanserare och i garage till en kombination av statisk och parkorrigering (dynamisk balans).
Men när däcken blev tyngre och större flyttade de dubbla korrigeringsvikterna bort från fälgflänsarna och blev smalare.
Detta orsakade problem.
Industriella hjulbalanserare har gjort det möjligt att automatisera processen att balansera hjul i stora kvantiteter för att passa OEM-applikationer.
Med en clipsvikt sätts vikter ofta inuti hjulet istället för på fälgens kanter, vilket förändrar sättet att beräkna vikten.
Att få rätt balans har blivit mycket viktigare för att hantera dessa problem.
Aktuella trender inom hjul- och däckdesign
I takt med att tekniken och logistiken har förbättrats har det blivit enklare och snabbare för företag att tillverka och flytta varor.
På grund av detta fortsätter däckdesign och material att förändras, vilket gör att däcken hanterar, greppar, presterar bättre i regn och använder mindre gas.
På grund av framväxten av elbilar försöker hjul- och däckdesigners lösa problem som högre vridmoment, mer slitage, rullmotstånd, vikt och tyst drift (EV).
Balanshjul behövs fortfarande för att se till att däcken rör sig jämnt i höga hastigheter, vilket är viktigt för både säkerhet och komfort under körning.
Design och prestanda för balanshjul
Hur ett balanshjul är tillverkat är mycket viktigt för hur väl det fungerar.
När man gör ett balanshjul måste urmakare välja mellan ett antal olika avvägningar mellan frekvens och tröghet.
Frekvens och tröghet
Hur väl balanshjulet fungerar beror mycket på hur snabbt det svänger och hur mycket det väger.
Balanshjulets noggrannhet blir bättre när frekvensen går upp.
Handledens rörelse har mindre effekt på balanshjulet när frekvensen är högre.
Men ett större balanshjul med mer tröghet gör cykeln mer stabil.
När man designar ett balanshjul för bästa prestanda måste denna avvägning noggrant tänkas igenom.
Om balanshjulet är för stort kan det komma i vägen för andra delar, som tunnor och fjädrar, och slösa energi.
Faktorer att tänka på när du väljer ett balanshjul
När du väljer ett balanshjul för en specifik mekanisk enhet, som en klocka eller klocka, måste du tänka på följande saker:
- Frekvens: Balanshjulets frekvens måste väljas baserat på den mekaniska enhetens erforderliga noggrannhet.
- Tröghet: Balanshjulets tröghet måste väljas baserat på den mekaniska anordningens erforderliga stabilitet och energieffektivitet.
- Material: Materialet som används för att skapa balanshjulet måste väljas noggrant för att ge nödvändig styrka, hållbarhet och vikt.
- Storlek: Balanshjulets storlek måste väljas för att ge optimal prestanda samtidigt som det säkerställs att det inte stör andra komponenter.
Balanseringsfaktorer för däck/hjul
För korrekt balansering när du sätter ihop däck och hjul bör du tänka på följande:
- Lastkapacitet: Det hänvisar till vikten som länkhjulet eller hjulet säkert kan hålla vid rullning.
När du väljer rätt hjul kan du behöva välja mellan pris, lastkapacitet och skydd av golvet.
- Miljö: Detta inkluderar slagbelastning, golvtyp och golvskydd.
- Material: Materialet som mals och dess hårdhet vid val av slipskiva för en specifik tillämpning.
Storleken och graden av korn på slipskivan är också viktiga.
- Våt- eller torrslipning: Detta är en faktor som avgör om kylvätska kommer att användas under slipning.
Om kylvätska används kommer förglasade bundna hjul att verka mjukare eftersom kylvätskans smörjighet hjälper till att minska friktionen och energin i slipzonen.
- Balanseringslägen: Moderna däck/hjulbalanserare inkluderar funktioner som direktdrivna motorer, flera balanseringslägen, laserguider, automatisk start med en cykel på sekunder, viktlagringsfack och automatisk statisk balansering." Moderna däck/hjulbalanserare har direktdrivna motorer , flera balanseringslägen, laserguider, automatisk start med en cykel på sekunder, viktförvaringsfack och automatisk statisk balansering.
- Timing: Att kontrollera balansen mellan däck och hjul är viktigt när nya däck installeras på fälgar, när däcken har roterats och när det finns tecken på vibrationer eller vinglingar under körning.
- Monteringsbalanseringsmetoder och vikter: Lämpliga monteringsbalanseringsmetoder och vikter bör väljas baserat på deras tillämpning.
Ta bort och installera balanshjulet och pallgaffeln
Tips: Slå på bildtextknappen om du behöver den. Välj "automatisk översättning" i inställningsknappen om du inte är bekant med det talade språket. Du kan behöva klicka på språket för videon först innan ditt favoritspråk blir tillgängligt för översättning.
Slutsats
När vi avslutar vår titt på balanshjulet är det tydligt att denna lilla men kraftfulla del är en viktig del av att se till att ett brett utbud av mekaniska enheter fungerar smidigt.
Men utöver dess praktiska användningsområden har sättet som ett balanshjul fungerar en slags poesi över sig, med sin känsliga balans mellan form och funktion och den perfekta balansen mellan spänning och släpp.
Kanske kan både ingenjörer och människor som inte är ingenjörer lära sig av detta att även mitt i kaos och komplexitet kan det finnas stunder av harmoni och skönhet.
Så nästa gång du arbetar med ett hårt ingenjörsprojekt, ta en stund att tänka på hur vackert balanshjulet är och kom ihåg att ibland är de mest kraftfulla lösningarna också de enklaste.
Länkar och referenser
Merriam-Webster:
https://www.merriam-webster.com/dictionary/balance%20wheel
Dela på…
