Don Zuvela zamorac

3.14. Finomehanički utezi
Uteg određene mase finomehanički je element iz skupine stati
čkih spremnika koji omogućuje spremanje potencijalne energije.

Izvedbe utega
Uteg je čvrsto tijelo, najčešće valjkasta oblika, izradeno od ma-
terijala većih gustoća kako bi imao potrebnu masu uza što manji obujam. Količina spremljene potencijalne energije ovisi o masi
utega (m) i o razlici položaja njegova težišta (delta h). Za izradbu utega najčešće se rabe slitine bakra (ro = 8 400 do 8 800 kg/m') ili čelici(Ro= 7 850 kg/m').
Finomehanički pogonski utezi (sl. 3.47. 3.48) finomehanički su ele-
mentarni sklopovi sastavljen od utega () obješenoga na uze (2), koje
je pričvršćeno za pogonski bubanj (3) na vratilu (4)

Nacelo djelovanja inomehaničkoga pogonskoga mehanizma s utegom

Na slici 3.48. prikazani su dijelovi finomehaničkoga pogonska game
mehanizma s utegom Uteg (1) obješen je na uže (2) koje se pri okretanju
vratila (4) namata na bubanj (3), pri cemu se za podizanjo utega troši
određeni rad koji se sprema kao potencijalna energija (W). Kada
se bubanj otkoči, uteg se spušta i svojom težinom (G), koja prema
uzdužno osi bubnja djeluje na kraku (), stvara zakretni moment (M)
Na vratilo bubnja vezan je neki prijenosnik (5) kojime se zakretni mo-
ment prenosi na dijelove uređaja koje treba pokretati

Statička je karakteristika utega lineama jer mu spremljena potenci
aina energija raste razmjerno s visinom (nivoom) na koju se podigne.
Spremljena potencijalna energija omogućuje da se utegom obavi
korisni rad

A = detla h puta G [J]
Primjena utega i finomehaničkih pogonskih utega
Uteg se rabi za pogon mehanizama, za regulaciju i za pretvorbu kružnog u pravocrtno gibanje (v. st. 5.24.) i g). Na slici 3.49. prikazana
je primjena ulega za automatsko reguliranje razine vode u spremniku.
Uteg (1) je preko užeta vezan za plovak (2) koji pliva u spremniku
vode. Kada se pri istjecanju vode kroz odvod s ventilom (8) razina u
spremniku spusti na donju dopuštenu, uteg uključuje sklopku (5) mo
tora (7) koji pokrene crpku (6) koja puni spremnik. Uteg se spušta i na
gornjoj dopuštenoj razini, svojim graničnikom isključi sklopku motora
Slika 3.50. prikazuje finomehanički pogonski uteg (1. uteg, 2. uže, 3.
bubanj) satnoga mehanizma. Na pogonskoj su osovini sata (4), uz bu
ban (3), još i zupčasti kotač zupčastoga zadržača (zupčasti se zadrzac
sastoji od zupčastoga kotača 6a) ustave 6.b) i pogonski zupčanik sa
tnoga mehanizma (z,). Zupčasti zadrzac sprječava kontinuiranu vrtnju
bubnja. Sa zupčanika (z.) se preko zupčanika (z,), (z). (z.) i (z.) pre
nosi gibanje na osovinu (7) na kojoj je satni zupčanik (2,). Brzina vrtnje
spojnoga zupčanika (z) regulira se njihalom, i to preko zaprječnoga
sidra 7 b) i zaprječnoga kotača 7.a), na čijoj je osovini zupčanik (z.)
Uzubljen sa (z). U prijenosu do satne kazaljke (10) i minutne kazaljke
(11) sudjeluju zupčanici od (z) do (2)
Finomehanički zamašnjaci
Zamašnjaci su finomehanicki elementi koji spremaju kineticku energiju pri vrtnji kutnom brzinom oko uzdužne osi.
Izvedbe zamašnjaka

Zamašnjaci (st. 3511352 Simetrična su tijela s jednim stupnjem
slobode gibanja, a to je vrtnja oko uzdužne osi vratila na koje su
učvrščeni. Osnovni je oblik zamašnjaka Suplivaliak Da bi zamašnjak
pri vrtnji kutnom brzinom rad s spremio potrebnu kinetičku energiju
u mora imati dovoljan dinamički moment tromosti inercije) (km
Znamo da dinamički moment tromosti ovisi o masi koja se vrti o kva
dratu polumjera tromosti (prisjetite se gradiva tehničke mehanike).
Zato se zamašnjak moraju konstruirati tako da im je večina mase sa
držana u vijencu, a da promjer vijenca bude sto veci. Tako izveden za
mašnjak imat će potreban zamah (K). a težina mu ne če biti prevelika inepotrebno opterecivati ležajeve i vratilo. Promjer zamašnjaka takoderovisi o raspoloživome prostoru u uredaju. Preporučljive izvedbe finomehanickih zamašnjaka prikazane su na slikama 3.51. 3.52. I 3.53.Izbor materijala za zamašnjake ovisi o mjestu primjene, U finomehanici se zamašnjaci najcesce izraduju od bronce, mjedi ili čelika.

Načelo djelovanja zamašnjaka

Zamašnjak koji se vrti (rotira) ima moment količine gibanja ili za
mah. On je tijelo sa svojstvom tromosti, pa nastoji zadržati stalnu
kutnu brzinu. Ako se zbog vanjskih razloga (npr. povećanje pogonske
snage), brzina vrtnje vratila poveca, zamašnjak sprema višak kinetičke energije, a, ako se smanji, zamašnjak svojim zamahom omogućuje nastavak jednolicne vrtnje. Zamašnjak ne mora biti posebni ugradbeni element, jer ulogu zamašnjaka mogu imati remenice, užnice, kotači i slično.
Dinamička karakteristika zamašnjaka (sl. 3.54.) prikazuje ovisnost spremljene kinetičke energije (W) i kutne brzine (w). Izgrafa je vidljivo da je dinamičkakarakteristika nelinearna jer spremljena kinetička energija ovisi okvadratu kutne brzine, odnosno Slika 3.54. Di
Wk =f(w).
Primjena zamašnjaka

Zamašnjaci se najčešce upotrebljavaju kao elementi zaizjednačivanje rada mehanizama (izjednačavanje brzine vrtnje i zakretnoga momenta različitim uređajima), a rjeđe kao pogonski elementi (kod mehaničkih igračaka)

Na slici 3.55. prikazana je primjena zamašnjaka za izjednačivanje
brzine gibanja magnetofonske vrpce u magnetofonu. Zamašnjak (1)
ujedno je i gonjena remenica koju posredovanjem remena pogoni po
gonska remenica (2). Zamašnjak - remenica tijelo je određena dinami
koga momenta tromosti pa mu je pri vrtnji zbog tromosti, kutna brzina stalna. Jednolično kružno gibanje s pomoću tarnoga se prijenosnika (7) pretvara u jednolično pravocrtno gibanje magnetofonske vrpce (4) preko glave za snimanje i reprodukciju (5). odnosno glave za brisanje(6)
Fizikalna njihala
Fizikalna su njihala dinamicki spremnici mehanicke energije jer pri njihanju u uspravnoj ravnini pretvaraju potencijalnu u kineticku energiju i obratno.
Pojam matematičkog njihala

Za razumijevanje djelovanja i proračun fizikalnoga njihala treba pozna
vat teorijske postavke matematičkoga njihala.

Matematičko njihalo (sl. 3.61.) jest zamišljeno (idealno) njihalo jer
se sastoji od teške materijalne točke obješene s pomoću beste
zimske niti za objesište O. Teška materijalna točka nema obujam
Tu njoj je koncentrirana cjelokupna masa (m) njihala. Nit je duljine
(i smatra se nerastegljivom. Na tešku materijalnu točku djeluje sila
teža G = m g [N]. Izvedbom matematičkoga njihala iz ravnoteznog
položaja PP u krajnji KP, sprema se potencijalna energija, a nakon
ispustanja, započinje njihanje oko ravnotežnoga položaja u okomitoj
ravnini Promatranjem njihala u nekom od trenutačnih položaja TP. V
dljivo je da se težina (G) rastavlja na dvije komponente FIF Komponenta F = G cos p (N] djeluje na pravcu niti i zateže nit. Djelo
vanju F suprotstavlja se reakcija u niti, pa se te dvije sile poništavaju.
Tangencijalna komponenta F = G. simoN] uzrokuje njihanje. Ukupna
mehanička energija (W) u svakome trenutku njihanja jednaka je
uloženoj potencijalnoj, a sastoji se od trenutne potencijalne
(W) i trenutačne kinetičke energije (W.). Matematičko njihalo har
monijski (skladno) titra oko ravnotežnoga položaja. Vrijeme trajanja
jednoga titraja jest perioda (T)
Izvedbe fizikalnoga njihala Fizikalno njihalo može biti svako čvrsto tijelo ovješeno na vodoravnoj osovini ako mu je težište T na udaljenosti (e) ispod ovjesišta O. Izvedba fizikalnoga njihala prilagođena je zadaci za koju će se upotrebljavati. Kao primjer je na slici 3.62. prikazan vrlo čest oblik fizikalnoga njihala koje se rabi za reguliranje hoda kod satnih mehanizama. To se njihalo sastoji od
Šipke i lećastoga tijela.
Načelo djelovanja fizikalnoga njihala
Kada se fizikalno njihalo izvede iz ravnotežnoga položaja PP u krajni
položaj KP (sl. 3.63.), sprema se potencijalna energija (W.). Ispušta
njem njihala započinje njihanje u okomitoj ravnini, pri čemu se poten
Cijalna energija pretvara u kinetičku i obratno, ali je ukupna energia
stalna (W = stalno). Svaka čestica fizikalnoga njihala ispod točke O
titra svojom periodom titranja Za izračun periode (T) za cijelo fizikai-
no njihalo primjenjuje se teorija matematičkoga njihala i određuje
tzv. reducirano fizikalno njihalo (sl. 3.64.). Reducirana duljina fizi
kalnoga njihala (1) jednaka je duljini matematičkoga njihala iste
periode (T). To znači da se nanošenjem izračunane () od objesišta
O dobije točka A koja se njiše kao i teška materijalna točka matemati
čkoga njihala, tj. kao da je u njoj sadržana cjelokupna masa fizikalnoga njihala. Točka A zove se središte njihanja.
Primjena fizikalnoga njihala

[J].

Fizikalna se njihala rabe u satnim mehanizmima za mjerenje
vremena (pogledajte si. 3.50.). za utvrđivanje jačine potresa
(seizmografi), za određivanje brzine metaka (balističko klatno), za eksperimentalno odredivanje dinamičkog momenta tromosti tijela nepravilnih oblika i za ispitivanje žilavosti materijala (Charpyjev bat).
Na slici 3.65. prikazan je na način određivanja dinamičkoga
momenta tromosti pomoću fizikalnoga njihala. Tijelu (2)
vaganjem se odredi težina G, a s pomoću fizikalnoga njihala
(1) izmjeri se perioda titranja 7. Iz formule /, =GeT/47?
izračuna se dinamički moment tromosti tijela.

3.18. Torzijska njihala
Torzijska su njihala finomehanički ele
mentarni sklopovi koji se sastoje od
ravne opruge i simetričnoga tijela,
a po zadaći su dinamički spremnici
mehaničke energije koji pri njihanju u
vodoravnoj ravnini pretvaraju poten
cijalnu energiju u kinetičku i obratno.

Izvedbe torzijskoga njihala

Svako torzijsko njihalo (sl. 3.66.) sastoji se od simetričnoga tijela (1) određeno ga dinamičkoga momenta tromosti (). koje je obješeno s pomoću jednostra no ukliještene ravne uvojne opruge (2)
Simetrično tijelo može biti kružna ploča, ili je oblikovano tako da zadovolji i estetske zahtjeve. Tako se npr. kod prenosivih ili zidnih satova simetrično tijelo sastoji od više poliranih kugla od mjedi, bronce ili novoga srebra koje su međusobno povezane šipkama. Ravna uvojna opruga jest Slika 3.66. nit ili žica, najčešće kružnoga poprječnoga presjeka, određene duljine (), izrađena 1 simetrično
od metala velike elastičnosti (npr. od legi 2 ravna oprug 3. dio uredaja
ranih čelika za opruge).
Načelo djelovanja torzijskoga njihala
Djelovanje vanjskog uvojnoga momenta (M) izaziva elastičnu defor
maciju niti (žice), koja se uvija oko uzdužne osi za kut (p). Ispušta-
njem njihala započinje njihanje oko ravnotežnoga položaja u ravnini
okomitoj na uzdužnu os, tj. u vodoravnoj ravnini. Njihanje je posljedica uzajamna djelovanja momenta uvijanja (M) na oprugu i momenta sile tromosti (M) simetričnoga tijela. Suma momenata s obzirom na točku O jednaka je nuli (M, + M = 0). Pri njihanju se spremljena potencijalna energija pretvara u kinetičku i obratno, a zbroj trenutačne potencijalne i kinetičke energije stalan je i jednak ukupno uloženoj energiji.
Primjena torzijskih njihala
Torzijska se njihala uporabljuju za reguliranje hoda satnih mehanizama, zatim za utvrđivanje potresa i za mjerenje dinamičkih momenata tromosti tijela nepravilnih oblika. Na slici 3.67. prikazano je torzijsko njihalo s učvršćenim zupčanikom kojemu treba utvrditi Idx.
3.19. Nemirnice

Nemirnice su finomehanički elementarni sklopovi sastavljeni od
spiralne opruge i zamašnjaka, a po zadaći su dinamički spremnici
jer pri njihanju pretvaraju potencijalnu u kinetičku energiju i obratno.

Izvedbe nemirnica

Zamašnjak nemirnice (sl. 3.68.) biti s dvama, trima ili četirima
palma. Spiralna opruga ima stalan razmak izmedu zavoja (a) kružan
(često) ili pravokutan poprečni presjek. Zamašnjak (2), obično s trima, a rede dvama ili četirima palcima, może biti izrađen od bronce ili mjedi. a spiralna opruga od bronce ili čelika za opruge legiranoga s Ni, Cr, W i Mn. Preporučuje se berilijska bronca. Nemirnicu s obama elementima od berilijske bronce, popularno nazivaju jednomaterijalnom.
Načelo djelovanja nemirnice

Nemirnica (sl. 3.69.) mehanički je titrajni sustav jer se sastoji od
spremnika potencijalne energije- spiralne opruge (1) i spremnika
kinetičke energije - zamašnjaka (2). Zamašnjak je ucvrscen na oso
vini (3), a spiralna je opruga unutarnjim krajem vezana za zamašnjak
(ili osovinu), a vanjskime za kućište mehanizma (6) u koje je ugradena nemirnica. Zakretanjem osovine započinje vrtnja zamašnjaka, a isto dobno se navija spiralna opruga. Navijena se spiralna opruga vraća u početno stanje i zakreće zamašnjak u suprotnome smjeru. Rezultat uzajamna djelovanja zamašnjaka i spiralne opruge jest titranje (njihanje) nemirnice oko ravnotežnoga položaja. Perioda je titranja stalna (T= stalno)
Nemirnice satnih mehanizama (sl. 3.69.) obično imaju spiralnu oprugu vrlo maloga kružnog presjeka i više od 10 zavoja. Vanjski zavoj opruge umetnut je u vilicu (4) tako da je između dvaju izdanaka vilice (detalj LA") opruge mala zračnost. Točnost rada sata regulira se promjenom radne duljine opruge (dio ukupne ispružene duljine opruge), i to samo ako sat radi ubrzano ili ako kasni Radna se duljina mjeri od mjesta učvršćenje unutarnjega kraja spiralne opruge do vilice. Zakretanjem kazaljke regulatora (5), na kojoj je vilica, mijenja se radna duljina, i to: ako sat brza, treba povećati radnu duljinu, pa se kazaljka pomiče na stranu (-), a, ako kasni, valja smanjiti radnu duljinu, tj. kazaljku pomaknuti na stranu (+).

Primjena nemirnice

Nemirnice se, kao i njihala, rabe kao regulatori točnosti mehaničkih
i elektromehaničkih satnih mehanizama (u ručnim satovima i budili
cama, ali i u drugima). Njihova prednost prema njihalima jest da im
djelovanje nije ovisno o položaju, jer one titraju jednolično u svakome
položaju.