Lábhajtásos és Tengelyhajtásos Műhelyszerszámok

Mi ez?

Két rokon módszer a műhelygépek működtetésére fali aljzat nélkül. A lábhajtás egy lábpedál, amely egy forgattyún keresztül egy lendkerékhez kapcsolódik, a láb ringató mozgását egyenletes forgó mozgássá alakítva – ez a mechanizmus található a régi varrógépeken, lábhajtásos esztergákon és lábhajtásos köszörűköveken. A tengelyhajtás ugyanezt az elvet egy egész műhelyre kiterjeszti: egy központi energiaforrás – történelmileg vízi kerék vagy gőzgép, egy modern amish műhelyben gyakran egy helyhez kötött dízel- vagy hidraulikus egység – egy hosszú tengelyt forgat a mennyezet mentén, és minden gép saját szíjtárcsával és szíjjal kapcsolódik hozzá. Mindkettő lehetővé teszi komoly szerszámok működtetését anélkül, hogy minden szerszámnak saját motorra vagy hálózati csatlakozásra lenne szüksége.

Mire jó?

• Eszterga, köszörűkő, fúrógép, fűrész vagy varrógép működtetése emberi, állati, vízi vagy egyetlen kis motor erejével, egyedi elektromos motorok helyett.
• Hálózaton kívüli és hálózati korlátozásokkal élő környezetek: tanyák, katasztrófahelyzetek és vallási közösségek (különösen az órendi amish és mennonita csoportok), amelyek szándékosan kerülik a "nyilvános" elektromos hálózatot, miközben valódi gép- és famegmunkáló műhelyeket üzemeltetnek.
• Szűkös energia (egy vízi kerék, egy motor) koncentrálása több szerszámra, ahelyett, hogy minden egyeshez motort vásárolnánk és tartanánk karban.
• Csendes, alacsony infrastruktúrájú működés – egy lábhajtás egyáltalán nem igényel üzemanyagot vagy füstöt.

A fizika mögötte

A lábhajtás lábmozdulata egy pulzáló, irányváltó bemenet: a láb lenyomja, egy forgattyút hajt egy forgásrészben, majd vissza kell állítani a következő mozdulathoz. Önmagában ez egyenetlenül forogná a szerszámot, és megállna a forgattyú holtpontjainál. Ezt a lendkerék oldja meg: egy nehéz tárcsa ugyanazon a tengelyen, amelynek forgási tehetetlensége (arányos a tömeggel és a sugár négyzetével) tárolja a mozgási energiát a munkalöket során, és simán felszabadítja azt a holtpontokon keresztül, így a kimenő tengely közel állandó sebességgel forog a nyomások között. Egy nehezebb vagy nagyobb sugarú lendkerék tovább simítja a mozgást, de nagyobb erőfeszítést igényel az első elindításhoz.

A tengelyhajtás egy tiszta szíj- és szíjtárcsa-átviteli probléma. Minden gép sebességét csak a szíjtárcsa átmérők aránya határozza meg, nem a szíj sebessége vagy a tengely távolsága:

kimeneti ford./perc = bemeneti ford./perc × (hajtó szíjtárcsa átmérője ÷ hajtott szíjtárcsa átmérője)

Egy lépcsős (kúpos) szíjtárcsa – két vagy három különböző átmérőjű tárcsa egy agyon – lehetővé teszi, hogy egyetlen szerszám több sebességgel működjön, egyszerűen a szíj egyik lépcsőről a másikra mozgatásával, anélkül, hogy magát a tengelyhajtást érintenénk.

Történelem

A lábhajtásos mechanizmusok a lábhajtásos fazekaskerekekig és szövőszékekig nyúlnak vissza, és a 19. században elterjedtek a varrógépeken, faesztergákon, dekopírfűrészeken és köszörűköveken – egyetlen kézműves saját lába szolgáltatta az erőt. A tengelyhajtás a villamosítás előtti gyár gerincét képezte: a 18. század végétől a vízi kerekek, majd a gőzgépek egy hosszú tengelyt forgattak, amely egy malom teljes hosszában futott, és minden gép a padlón ehhez volt szíjazva mennyezeti szíjtárcsákon keresztül. A 20. század eleji villamosítás olcsóbbá tette az egyedi motorokat, mint a tengelyhajtás karbantartását, és a tengelyhajtások nagyrészt eltűntek a mainstream iparból az 1930-as és 40-es évekre. A gyakorlat fennmaradt az órendi amish és egyes mennonita közösségekben, akik vallási okokból elhatárolódnak a nyilvános elektromos hálózattól, de továbbra is jelentős famegmunkáló és gépészeti műhelyeket üzemeltetnek – ezt ma úgy oldják meg, hogy egy helyhez kötött dízelmotorból vagy egy hidraulikus szivattyú- és motorrendszerből vezetik az energiát ugyanabba a mennyezeti tengely- és szíjrendszerbe, amelyet őseik vízzel és gőzzel használtak.

Egyszerű változat

Egyetlen lábhajtásos szerszám: egy öntöttvas lábhajtásos alap (pedál, hajtórúd, forgattyú és lendkerék), tetején esztergaággyal, köszörűkővel vagy varrógépfejjel. Egy személy közvetlenül egy lábbal (vagy mindkét lábbal egy dupla lábhajtásos alapon) szolgáltatja az összes energiát, és a lendkerék lendülete tartja forgásban a szerszámot a löketek között.

Haladó változat

Egy kis, több szerszámos tengelyhajtás, amelyet kézi hajtókar, kerékpár mechanizmus vagy egy szerény vízi kerék hajt: egy központi tengely, néhány csapágyazással falra vagy mennyezetre szerelve, két vagy három lépcsős szíjtárcsával, amelyek szíjakat vezetnek le egy esztergához, egy köszörűkőhöz és egy fűrészhez. Általában csak egy szerszám működhet teljes teljesítményen egyszerre, hacsak a fő meghajtó nem bőségesen túlméretezett, de a beállítás lehetővé teszi, hogy több szerszám osztozzon egy vízi keréken vagy egy erős hajtókaros személyen, ahelyett, hogy mindegyiknek saját mechanizmusra lenne szüksége.

Ipari változat

A történelmi gyári változat: egy gőzgép vagy nagy vízi kerék hajt egy nehéz vas főtengelyt, amelyről másodlagos tengelyek ágaznak le, több száz lábnyi tengelyrendszerrel és több tucat géppel, amelyek mindegyike saját szíjtárcsáján keresztül van szíjazva – egy egész malompadló mozgott egyetlen fő meghajtó miatt. A modern megfelelője, amelyet még ma is naponta használnak számos amish és órendi mennonita műhelyben, egy helyhez kötött dízelmotor vagy egy hidraulikus szivattyú, amely olajat táplál a gépekre szerelt motorokhoz, vagy egy kompresszor, amely pneumatikus szerszámokat táplál – elkülönítve a nyilvános hálózattól, de képes teljes méretű asztali fűrészek, gyalugépek és CNC-közeli berendezések működtetésére valódi kereskedelmi teljesítménnyel.

Saját építés

1. Szerezzen be egy lábhajtásos alapot vagy egy acél tengelyt, csapágyakat és egy az Ön méretének megfelelő fő meghajtót – kézi hajtókar, kerékpár hajtáslánc, vízi kerék vagy kis motor.
2. Szerelje fel a tengelyt vízszintesen és pontosan erős mennyezeti gerendák mentén; az eltolódás a szíjhajtás problémáinak legnagyobb forrása.
3. Szereljen fel lépcsős szíjtárcsákat a tengelyre és minden szerszámra, hogy a sebességek megváltoztathatók legyenek az egész vonal újraáttételezése nélkül.
4. Méretezze a szíjakat bőségesen, és tartsa a futásokat a lehető legrövidebbnek és legegyenesebbnek, amennyire az épület engedi.
5. Helyezzen el egy szíjelválasztó villát vagy feszítőgörgőt minden szerszámnál, hogy le lehessen választani az egész tengely leállítása nélkül.
6. Védje le az összes szabadon lévő szíjat, szíjtárcsát és a lendkereket – ez a leggyakoribb sérülésforrás mind a történelmi, mind a modern műhelyekben.

Gyakori hibák

• Alulméretezett lendkerék: a szerszám rángatózik és megáll a forgattyú holtpontjainál ahelyett, hogy simán forogna.
• Túl feszes szíjak, túlterhelve a csapágyakat; egy megfelelően feszített laposszíjnak látható mértékű megereszkedéssel kell rendelkeznie.
• Eltolt szíjtárcsák: a nem párhuzamos és nem egy vonalban lévő tengelyek miatt a szíjak lefutnak és egyenetlenül kopnak.
• Alulméretezett fő meghajtó a vonalon lévő szerszámok számához képest: minden lassan működik, és egy második szerszám leállítja az elsőt.
• Nincs gyors kioldás szerszámonként: minden munkához le kell állítani az egész tengelyt, pazarolva a rendszer fő előnyét.
• Hosszú, megereszkedett szíjfutások: a súrlódás és a csúszás valós teljesítményt veszít távolságon keresztül – tartsa a leejtéseket a lehető legrövidebbnek.

Hogyan mérjük

• Lendkerék hatékonysága: mérje meg, mennyi ideig gurul a kerék, miután abbahagyta a lábhajtást – egy jól méretezett lendkerék több másodpercig forog.
• Szíjtárcsa arány ellenőrzése: mérje meg mindkét szíjtárcsa átmérőjét, és ellenőrizze, hogy a szerszám fordulatszáma megegyezik-e a számított aránnyal; az eltérés általában szíjcsúszást jelent.
• Szíjfeszesség: nyomja le a szíj közepét – egy megfelelően feszített laposszíj hüvelykujjal nyomva nagyjából egy hüvelyk (2,5 cm) elhajlást mutat lábanként.
• Teljesítményveszteség egy futás során: hasonlítsa össze a szerszám fordulatszámát a tengely első és utolsó leejtésénél azonos terhelés mellett; nagy esés a csapágy súrlódására vagy csúszásra utal.

Videók

(TODO)

Letölthető PDF

(TODO)