Mekaniska system

Teori

Laboration - Bygg några mekanismer

Forska, CAD:a och bygg Polhemsmodeller

Laboration - Friktion

[redigera]

Enkla maskiner

Enkla maskiner från Chambers Cyclopedia, 1728.

En enkel maskin är inom fysik en inrättning som bara behöver en enkel kraft för att utföra mekaniskt arbete. Den enkla maskinen arbetar enligt principen, att vad som sparas i kraft förloras i väg.

Som enkla maskiner räknas vanligtvis fem anordningar:

• Lutande planet
• Skruven
• Kilen
• Hävstången
• Hjulet
• Även blocket kan räknas som en av de enkla maskinerna. Skruven betraktas ibland som en rörlig form av det lutande planet.

För att till exempel driva ett föremål uppför ett lutande plan till en viss höjd krävs mindre kraft jämfört med att lyfta föremålet rakt upp till samma nivå. Dock måste föremålet flyttas en längre väg (mekanikens gyllene regel). Den förste att ingående studera de enkla maskinerna var Arkimedes. Antikens större byggnadsverk, till exempel Egyptens pyramider, uppfördes alla enbart med hjälp av enkla maskiner. Wikipedia skriver om Enkel maskin

Polhems mekaniska alfabet

Christopher Polhem levde och verkade år 1661- 1751. Hans betydelse för Sveriges industriella utveckling och ingenjörkonstens framväxt kan inte nog överskattas.

1. Läs vad Wikipedia skriver om Polhems mekaniska alfabet
2. Här finns en kortfattad beskrivning av Polhems alfabet och en trevlig animering av en hiss driven av ett vattenhjul. Tekniken i skolan.
3. Tekniska museet skriver om Polhems mekaniska alfabet. Beskrivningen berättar vad som hänt med Polhems modeller genom åren och hur faktiskt KTH bildades i dess efterföljd. Polhem dokumenterade även maskiner till fabriker och hantverk, gruvdrift och spisar och kakelugnar.
4. Det finns videoanimeringar av tre av Polhems delar i alfabetet. De

Mekanismer

Om man tar ett spett som är 1 meter långt och sätter spetsen under en sten och sedan sätter en sten 1 decimeter från spetsen så har man fått en utväxling på 1:9, vilket innebär att spettets spets, om man trycker nedåt med 500 N på spettets andra ände, utsätter stenen för en kraft av 4 500 N vilket kanske kan få den att lyfta.

Mekanism, eller anordning är en sammansättning av stela kroppar - maskinelement - med förmågan att överföra kraft och rörelse enligt mekanikens lagar. Hjulet, hävstången, skruvar, kuggväxlar, kamrörelser och ledrörelser/länkmekanismer är alla exempel på mekanismer.

Under en stor del av industrialismens framväxt från 1700-talet till 1900-talet var länkmekanismer en högt ansedd konst med ett stort antal berömda, ofta patenterade rörelser som tillämpats för styrning av bland annat ångfördelningsorgan hos ångmaskiner, så kallad ventil- och slidrörelser och vid sidan av det den linjärstyrning - Wattmekanismen - som medgav att kolvstänger kunde kopplas till balansarmen på en ångmaskin på ett sådant sätt att ångmaskiner för första gången kunde göras dubbelverkande.

Mekanismer av liknande typer förekom ofta även inom verkstadsindustrin innan modern numerisk maskinstyrning blev allmän. Det mest kända exemplet är kanske pantografen med vilken en rörelse kan likformigt förstoras eller förminskas, exempelvis vid bokstavsgravyr.

En symaskin är från början- och än idag, full av länkmekanismer för nålstyrning och matning medan kamrörelser sedan mitten av 1900-talet - idag ofta ersatt av numerisk styrning - använts för nålens styrning i sidled vid mer invecklade typer av sömmar. Wikipedia skriver om Mekanism

Ångmaskinens mekaniska system

Tidig 'roterande' dubbelverkande ventilångmaskin med Watts parallellrörelse (1784). Centrifugalregulatorn är kopplad till trotteln T varefter ångan når övre inströmningsventilen V. Samtidigt står nedre utströmningsventilen E öppen. När maskinen når sitt nedre läge påverkar anslaget R hävarmen m så att ventilerna, korsvis kopplade på motstående sidor om balanspunkten hos hävarmen m, kastas om. Luftpumpen, inbyggd i och omsluten av kylvattenbassängen får sin drivning, via Watts linjärrörelse -b-d-c. Samma rörelse förstoras via pantografen -b-d-g till kolvstången.

Ett tekniskt system som banade väg för industrialiseringen är James Watts ångmaskin med Wattmekanismen - James Watts "parallellrörelse".

James Watt var den första att förse en ångmaskin med en linjärrörelse vilket medgav byggandet av dubbelverkande maskiner och var en förutsättning för "roterande" (vevrörelseförsedda) ångmaskiner där roterande rörelse kunde uttas. I och med denna åtgärd kunde industrialismen ta fart på allvar. Det är mot bakgrund av alla dessa förbättringar inte förvånande att James Watt tillskrivs äran av att ha uppfunnit den moderna ångmaskinen även om Newcomen, den som först byggde praktiskt fungerande kolvångmaskiner, är den egentliga uppfinnaren.

Läsmer på Wikipedia skriver om Ångmaskin

Bilens mekaniska system

Många av äldre bilars mekaniska system är idag ersatta av elektriska och elektromekaniska system. Bilens kamaxel styrde förr ventilerna i motorn. Kopplingen till Polhems mekaniska alfabet är tydlig.

Överföringen av motorkraften till hjulen via en kardanknut bygger också på Polhems uppfinning.

• Jämför Polhems alfabetsmodell med animeringen av kamaxeln
• 

  Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet.

• 

  Animerad styrning av två ventiler med överliggande direkttryckande kamaxel.

• 

  Animation av en kardanknut.

• 

  kardanknuten på en drivaxel.

Litteratur

Mekaniska system

• Machines
• Mechanical systems
• Transmission (mechanics)

[redigera]

Titta på några konkreta exempel

• Vindrutetorkare
• Locklyftare till tunna

Skapa en enkel mekanism som går att driva med ett servo. Det kan vara en överföring av kraft någon dm bort och omvanling av servots roterande rörelse till linjär rörelse.

Använd din fantasi till att skapa en lagom svår utmaning.

[redigera]

I det mekaniska alfabetet ingår bland annat:

• Polhems knut (Kardanknut)
• Lager som till exempel glidlager, rullager och spetslager
• Kamaxel
• Spärrmekanismer för kuggstänger

• Några av polhems alfabetsmodeller
• 

  Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet.

• 

  Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet.

• 

  Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet.

• 

  Modell ur Christopher Polhems mekaniska alfabet.

Wikipedia skriver om Polhems_mekaniska_alfabet

Uppgift
Hitta fler bokstäver Vilka fler mekaniska modeller hör till Polhems mekaniska alfabet? Hitta namn, beskriv funktionen och lägg in bilder.

Inspiration

Bra att veta om Fusion 360 och maskiner

Pantografen

[redigera]

Gör denna laboration om eleverna inte gjort den i fysiken.

Teori

Krafter och friktion i Fysik 1

Gör den klassiska fysiklaborationen

Laboration i friktion

Fördjupning

Bestäm friktionskoefficienten för sådana material vi kan tänkas komma att använda i slutprojektet.

Bestäm friktionskoefficienten för olika former (exempelvis en bit rör liggande eller på högkant).