[A mérnöki tevékenység egyszerűsége]
[Kúpos (keréktalp) a vonat keréken]
A vonat kerekek nem tökéletesen hengeresek, hanem enyhén kúposak (a keréktalpak).
Véleményünk szerint ez a kúpos forma a mérnöki tevékenység csodája, ami két fő dolgot ért el, egyrészt betereli a vonatot (egyenes vágányban) a középpont (a vágánytengely) felé, másrészt segíti a vonatot (ívben) a differenciál tevékenység elérésében.
[(külső sínszál) Nagyobb hossz, (belső sínszál) kisebb hossz]
Hogy megértsük az első eredményt, nézzünk meg egy egyszerű kísérletet összeragasztott papír poharakkal.
Amikor gördítem ezt az összeragasztott papírpohár készletet ezen az (egyenes) pályán, láthatjátok, hogy tökéletesen egyenesen mozognak, még akkor is, ha az elején megpróbálom egy kicsit megdönteni a poharakat, még mindig sikerül nekik egyenesen mozogni.
Most mi van ezzel a készlettel? Ez ellentétes módon van összeragasztva. (kifelé lejtő kúpossággal).
Mikor ugyanazon a pályán görgetem a poharakat, kisiklanak.
A vasúti kerekek ilyen kúpos formát használnak (a keréktalpon).
[A vonat kerék kúpos alakja]
Ez a szög biztosítja, hogy a kerekek soha ne hagyhassák el a vágányt.
A kérdés az, hogy miért van ez így.
Ez a kúpos elrendezés létrehoz egy magától középre-állító erőt.
Hogy megértsük hogyan, ellenőriznünk kell a kerekekre ható erőket.
Egy egyenes vágányon mozgás közben a kerekekre ható fő erőket itt mutatjuk be.
[Reakció erő, Gravitációs erő, Reakció erő]
A reakció erők mindig merőlegesek lesznek a kúp (keréktalp) felületére.
Ha a kerekek középen állnak, ezeknek az erőknek a vízszintes összetevői kioltják egymást.
Most feltételezzük, hogy valamilyen ok miatt a kerekek (a kerékpár) jobbra elmozdultak.
Egy érdekes dolog történik a vonat kerekeivel, amikor a vágánytengely mentén mozognak.
Észrevetted?
Világos, az ábrából, hogy az egész vonat kerékpár megdől, ahogy mutatjuk.
E dőléssel együtt a merőleges erők is megdőlnek.
Ha elvégzel egy erő-elemzést ebben az állapotban, láthatod, hogy lesz, egy bal irányba mutató eredő erő.
[Eredő erő]
Ez az erő automatikusan középre (a vágánytengely vonalába) hozza a kerékpárt
Ahogy a kerekek közelednek a középponthoz, a magától középre-állító erő eltűnik.
Micsoda egy egyszerű, de briliáns technika a kerékpár középre hozásához, így van?
A kerekek belső oldalára nyomkarimák vannak felszerelve, mint extra biztonsági jellemző.
A szórakozás kedvéért tegyük fel, hogy a vonat keréktalpak itt ellentétes szögben (kifelé) lejtenek.
Ha itt ugyanazt az erő elemzést egy jobbra elmozduláskor elvégezzük, láthatjuk, hogy a kialakult eredő erő ismét jobbra irányul. Ez az, amiért ennél a kerék geometriánál a vonat kerekei mindig kiesnek a vágányról.
Most fedezzük fel a második okot, amiért kúpos alakot adtak a kerekeknek (a keréktalpnak).
[2. ok: Differenciál tevékenység]
Ezzel a kúpos alakkal a mérnökök differenciál tevékenységet tudtak elérni.
Tételezzük fel, hogy a vonatnak ívben kell haladnia, amint mutatjuk. Itt a baloldali keréknek nagyobb távolságot kell megtennie, mint a jobboldali keréknek. (A vasúti jármű tengelyre rásajtolt két kereke, a tengely 1 teljes fordulata esetén szintén 1-1 teljes fordulatot tesz meg).
[Differenciál tevékenység, Nagyobb távolság, Kisebb távolság]
Azonban, amikor a kerekek közös tengellyel vannak összekötve, hogyan tud az egyik kerék nagyobb távolságot megtenni, mint a másik kerék.
Itt lép be a játékba a keréktalp kúpos alakja. Hogy e fordulást elvégezzék, a kerekek azt okozzák, hogy enyhén balra csúsznak. (Ezt okozza az ívben ható centrifugális erő is). Ha figyelembe vesszük a kerekek érintkezési pontját, a bal keréknek nagyobb sugara van (a keréktalpon az érintkezési pont síkjában), mint a jobb keréké.
Röviden, azonos szögelfordulás esetén a bal kerék nagyobb távolságot tesz meg (mint a jobb kerék) és eléri a differenciál tevékenységet.
[Nagyobb távolság, Kisebb távolság]
Ne felejtsd el, hogy ahhoz, hogy az ilyen differenciál tevékenységet elérjék az autóknál, a mérnököknek szét kellett választani a kerekeket, és különböző sebességgel forgatni azokat.
[Nagy sebesség, Szétválasztott tengelycsonkok, Kis sebesség]
Itt a vasútnál a differenciál tevékenységet egyszerűen úgy érték el, hogy a kerekeknek kúpos formát adtak (a keréktalpon).
Érdekes, nem?
Természetesen, amikor a kerekek balra csúsznak, az automatikusan egy jobbra mutató erőt hoz létre, ahogy ezt korábban láttuk.
[Centripetális erő]
Egy fordulási helyzetben ez az erő keletkezik, hogy szolgáltassa a forduláshoz szükséges centripetális erőt. Emiatt a kerekek nem csúsznak vissza középre fordulás közben. (és a keletkező nagy centrifugális erő miatt).
A Lesics-nél köszöntjük a briliáns mérnököket, akik két lényeges mérnöki célt valósítanak meg, csupán azáltal, hogy kipróbálták a kúposságot a kerekekhez.
Köszönöm, hogy megnézte a videót.
Találkozunk legközelebb.