Un arc stochează energie elastică.
Deformarea unui arc creează o forță de revenire. În domeniul de lucru al unui arc liniar, forța crește proporțional cu deformarea: F = kx, unde k este rigiditatea arcului.
Arcurile pot lucra la compresiune, întindere sau torsiune. Materialele și geometria lor stabilesc limitele; modelul liniar nu se aplică fiecărui arc la orice deformare.
Rigiditatea leagă forța de deplasare.
Comprimarea cu 0.02 m produce o forță de revenire de 20 N și stochează 0.2 J de energie: E = ½kx².
Acest exemplu începe cu un arc neîncărcat. Un mecanism asamblat poate conține deja o preîncărcare, astfel încât mișcarea suplimentară nu începe de la forță zero.
Menținerea pe loc diferă de oprire.
O frână cu frecare presează suprafețe una pe alta pentru a se opune mișcării relative. Menținerea unui arbore staționar necesită un cuplu rezistent suficient. Oprirea unui sistem în mișcare necesită și transferul energiei undeva.
În timpul frânării prin frecare, energia mecanică devine căldură. O valoare nominală a cuplului de menținere, singură, nu descrie capacitatea frânei de a absorbi opriri repetate.
O configurație obișnuită cu eliberare electrică.
Bobina nealimentată: arcurile aplică frâna.
Bobina alimentată: magnetul eliberează frâna.
- Bobina și corpul magnetului. Curentul creează un câmp magnetic. Atracția trage armătura spre corpul fix.
- Arc de aplicare. Împinge armătura spre discul de frecare când lipsește forța magnetică de deblocare. Deblocarea comprimă suplimentar arcul.
- Armătură. Se deplasează axial pe o distanță scurtă. Aplicată, strânge discul; eliberată, lasă un joc.
- Suprafață de frecare. Garniturile de pe discul rotorului apasă pe placa fixă și pe armătură pentru a produce cuplu rezistent. Discul este cuplat la arbore.
Aceasta corelează principiile solenoidului din Modulul 02 cu forța mecanică. Alimentarea electrică eliberează frâna; arcurile asigură forța de aplicare.
Frâna unui ascensor face parte dintr-un sistem coordonat.
În multe sisteme cu tracțiune, variatorul controlează decelerarea normală, iar frâna mașinii menține cabina după oprire. Acționarea și monitorizarea frânei sunt coordonate cu controlerul.
Frâna mașinii este distinctă de paracăzătorul ascensorului. Simpla aplicare prin arc nu demonstrează că o frână poate menține sarcina: starea suprafețelor de frecare, cursa mecanică și proiectarea completă rămân importante.
O privire mai atentă
Energia stocată în arc poate rămâne când alimentarea electrică lipsește. Înțelegerea principiului de funcționare al frânei este separată de demontarea sau reglarea ei; proiectarea instalației stabilește jocurile, forțele și verificările specificate.
Verificați ce ați înțeles
Cuplul de menținere al unei frâne staționare transformă continuu acel cuplu în căldură?
Arată explicația
Nu prin alunecare cu frecare dacă nu există mișcare. În timpul opririi prin alunecare, energia se disipă sub formă de căldură. Bobinele electrice pot avea pierderi termice separate.
Lecturi suplimentare.
Lecturi opționale pentru aprofundarea acestei lecții.
- OpenStax: forța arcului și energia stocată
Secțiunea 16.1 explică rigiditatea arcului și energia potențială elastică. Folosiți diagramele și exemplele rezolvate pentru a înțelege limitele modelului de arc liniar.
- KEB: funcționarea unei frâne aplicate prin arc
Videoclipul și transcrierea prezintă o frână aplicată prin arc și eliberată electric. Concentrați-vă pe secvența de funcționare; construcția și mecanismul de eliberare manuală sunt specifice produsului ilustrat.
Faceți legătura cu motoarele.
Vedeți cum se întâlnesc principiile electrice și mecanice în introducerea noastră despre cum funcționează motoarele.