El Scotch Yoke (también conocido como mecanismo de enlace ranurado [1] ) es un mecanismo de movimiento alternativo , que convierte el movimiento lineal de un deslizador en movimiento de rotación , o viceversa. El pistón u otra pieza de movimiento alternativo está acoplado directamente a un yugo deslizante con una ranura que se acopla a un pasador de la pieza giratoria. La ubicación del pistón en función del tiempo es un movimiento armónico simple , es decir, una onda sinusoidal que tiene una amplitud y una frecuencia constantes, dada una velocidad de rotación constante .
Aplicaciones
Esta configuración se usa más comúnmente en actuadores de válvulas de control en tuberías de gas y petróleo de alta presión .
Aunque no es una máquina común para trabajar metales hoy en día, los modeladores rudimentarios pueden usar yugos escoceses. Casi todos utilizan un varillaje Whitworth , que proporciona una carrera de corte hacia adelante a baja velocidad y un retorno más rápido.
Se ha utilizado en varios motores de combustión interna, como el motor Bourke , el motor SyTech y muchos motores de aire caliente y motores de vapor .
El término yugo escocés continúa usándose cuando la ranura en el yugo es más corta que el diámetro del círculo formado por el pasador de manivela . Por ejemplo, las varillas laterales de una locomotora pueden tener yugos escoceses para permitir el movimiento vertical de los ejes impulsores intermedios . [2] [3]
Lo que es esencialmente un yugo escocés, se utiliza en la máquina de predicción de mareas n. ° 2 para generar un movimiento sinusoidal (funciones sinusoidales).
Usos del motor de combustión interna
En condiciones ideales de ingeniería, la fuerza se aplica directamente en la línea de desplazamiento del conjunto. El movimiento sinusoidal, la velocidad cosinusoidal y la aceleración sinusoidal (asumiendo una velocidad angular constante) dan como resultado una operación más suave. El mayor porcentaje de tiempo transcurrido en el punto muerto superior (permanencia) mejora la eficiencia teórica del motor de los ciclos de combustión de volumen constante. [4] Permite la eliminación de las articulaciones típicamente servidas por un pasador de muñeca , y casi la eliminación de faldones del pistón y raspaduras del cilindro, ya que se mitiga la carga lateral del pistón debido al seno del ángulo de la biela . Cuanto mayor sea la distancia entre el pistón y el yugo, se produce menos desgaste, pero mayor es la inercia, lo que hace que tales aumentos en la longitud del vástago del pistón sean realmente adecuados solo para aplicaciones de RPM más bajas (pero par de torsión más alto). [5] [6]
El yugo escocés no se usa en la mayoría de los motores de combustión interna debido al rápido desgaste de la ranura en el yugo causado por la fricción deslizante y las altas presiones de contacto [ cita requerida ] . Esto se mitiga con un bloque deslizante entre la manivela y la ranura en el vástago del pistón. Además, el aumento de la pérdida de calor durante la combustión debido a la permanencia prolongada en el punto muerto superior compensa cualquier mejora de combustión de volumen constante en motores reales. [4] En una aplicación de motor, se gasta menos por ciento del tiempo en el punto muerto inferior en comparación con un mecanismo convencional de pistón y cigüeñal, lo que reduce el tiempo de purga para motores de dos tiempos . Los experimentos han demostrado que el tiempo de permanencia prolongado no funciona bien con motores de ciclo Otto de combustión de volumen constante . [4] Las ganancias pueden ser más evidentes en los motores de ciclo Otto que utilizan un ciclo de inyección directa estratificada (diesel o similar) para reducir las pérdidas de calor. [7]
Modificaciones
Un yugo escocés mejorado, con un medio de absorber el empuje lateral, fue patentado en 1978 por William L. Carlson, Jr., Patente de los Estados Unidos 4.075.898 . [8]
Referencias
- ^ "Mecanismos ME 700 | EdLabQuip" .
- ^ Construcción general, Locomotoras industriales de gasolina Baldwin Registro de obras de locomotoras Baldwin , Nº 74, 1913; páginas 7-9. El uso del yugo escocés se explica en la página 8.
- ^ Norman W. Storer, Locomotora eléctrica, Patente estadounidense 991,038 , concedida el 2 de mayo de 1911. El uso del yugo escocés se analiza en la página 2 del texto.
- ^ a b c "Science Links Japan | Efecto de la velocidad del pistón alrededor del punto muerto superior sobre la eficiencia térmica" . Sciencelinks.jp. 2009-03-18. Archivado desde el original el 27 de enero de 2012 . Consultado el 6 de diciembre de 2011 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ Documental de Bourke Engine, publicado en 1968, p50, "Evaluación de la eficiencia del motor" para2
- ^ Documental de Bourke Engine, publicado en 1968, p51, "Factores importantes en el diseño de motores"
- ^ "Efecto de la relación entre la longitud de la biela y el radio del cigüeñal en la eficiencia térmica" . Science Links Japan . Archivado desde el original el 28 de enero de 2008 . Consultado el 8 de julio de 2008 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ "Patente US4075898 - yugo escocés - Patentes de Google" . Consultado el 21 de enero de 2013 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
enlaces externos
- Instituto Brock de Estudios Avanzados: Scotch Yoke
- " Comparación de mecanismos simples de manivela / deslizador y yugo escocés " por Fred Klingener, The Wolfram Demonstrations Project ; Demostración activa.