🔧

עוזר הידראוליקה ופנאומטיקה

מגמת מכונות ורכב חשמלי — הנדסאים

ברוכים הבאים!

בחרו נושא למטה, ולחצו על "הסבר לי" או "תן לי שאלת תרגול" — כך הבוט יידע בדיוק במה לעזור, בלי ניחושים. אפשר גם לשאול בחופשיות בתיבת הצ׳אט בפינה השמאלית התחתונה.

1. הידרוסטטיקה

חוק פסקל — המכבש ההידראולי

נוסחה: F1/A1 = F2/A2

לחץ שמופעל על נוזל סגור מועבר במידה שווה לכל חלקי הנוזל. כתוצאה מכך, כוח קטן על שטח קטן יכול להפוך לכוח גדול על שטח גדול — זה העיקרון שמאפשר למכבש הידראולי להרים משאות כבדים בעזרת כוח קטן יחסית.

P = F/A    ⇒    F1/A1 = F2/A2
F1 F2 (גדול) A1 קטן A2 גדול
כוח קטן על בוכנה צרה ⇒ כוח גדול על בוכנה רחבה

חוק ארכימדס — ציפה ושקיעה

נוסחה: F_b = γ·V_submerged

גוף השרוי בנוזל מקבל כוח ציפה השווה למשקל הנוזל שהוא מזיז. אם כוח הציפה שווה למשקל הגוף — הוא צף בשיווי משקל; אם קטן ממנו — הגוף שוקע (או שוקע חלקית, כתלות בצפיפות).

F_b = γ_fluid · V_submerged    ;    W_apparent = W - F_b
W (משקל) Fb (ציפה)
שיווי משקל: כוח הציפה מאזן את משקל הגוף

שיווי משקל לחצים — מנומטר / צינור U

שני נוזלים שאינם מתערבבים

בצינור U עם שני נוזלים שונים, הלחץ בכל נקודה נקבע לפי עומק וצפיפות הנוזל שמעליה. משווים לחצים בין שתי הזרועות בגובה משותף כדי למצוא לחץ לא ידוע או הפרש גבהים.

P1 = P2    ⇒    γ1·h1 = γ2·h2 (+ P atm)
h1 h2 נוזל 1 (γ1) נוזל 2 (γ2)
גבהי הנוזלים משתנים לפי צפיפותם עד לשיווי משקל

2. הידרודינמיקה

משוואת הרציפות

A1·v1 = A2·v2

בזרימה רציפה בצנרת, ספיקת הנפח נשארת קבועה. כשהצנרת מצטמצמת — המהירות עולה; כשהיא מתרחבת — המהירות יורדת. שימו לב איך הנקודות בהדמיה מטה נעות מהר יותר בקטע הצר.

Q = A·v    ⇒    A1·v1 = A2·v2
A1, v1 (איטי) A2, v2 (מהיר)
שטח קטן יותר ⇒ מהירות זרימה גדולה יותר

משוואת ברנולי — הבסיסית (אידאלית)

שימור אנרגיה בזרימה

באנרגיה שמורה לאורך קו זרימה: סכום אנרגיית הלחץ, האנרגיה הקינטית והאנרגיה הפוטנציאלית נשאר קבוע (בזרימה אידאלית, בלי הפסדים ובלי משאבה). בקטע הצר (מהיר יותר) הלחץ יורד — זה "אפקט ונטורי".

P1/γ + v1²/2g + z1 = P2/γ + v2²/2g + z2
קו הלחץ — יורד בקטע הצר
מהירות גבוהה בקטע הצר ⇒ לחץ נמוך יותר

משוואת ברנולי המורחבת — עם הפסדים ומשאבה

מוסיפים h_pump ו-h_losses

במערכות אמיתיות יש הפסדי חיכוך (אנרגיה שהופכת לחום) ולעיתים משאבה שמזרימה אנרגיה למערכת. משוואת ברנולי המורחבת מוסיפה את האיברים האלה לשני האגפים.

P1/γ + v1²/2g + z1 + h_pump = P2/γ + v2²/2g + z2 + h_losses
משאבה (מוסיפה אנרגיה) קו האנרגיה יורד — הפסדי חיכוך
המשאבה מרימה את קו האנרגיה; חיכוך מוריד אותו בהדרגה

דארסי-וייסבך — הפסדי חיכוך וריינולדס

זרימה למינרית מול טורבולנטית

מספר ריינולדס קובע אם הזרימה למינרית (שכבות מסודרות, Re נמוך) או טורבולנטית (מעורבבת וכאוטית, Re גבוה). לכל סוג זרימה יש נוסחה שונה לחישוב מקדם החיכוך שבמשוואת דארסי-וייסבך.

h_f = f · (L/D) · v²/2g    ;    Re = v·D/ν
זרימה למינרית זרימה טורבולנטית Re נמוך = מסודר   |   Re גבוה = כאוטי
קווי הזרימה חושפים את סוג המשטר

3. מערכות כוח והספק הידראוליות

מבנה בסיסי: מיכל–משאבה–שסתומים–צרכן

מעגל הידראולי

נוזל ההידראוליקה יוצא מהמיכל, נשאב על ידי המשאבה, עובר בשסתומי בקרה (כיוון/לחץ), ומגיע לצרכן (למשל צילינדר) שמייצר תנועה/כוח. הנוזל חוזר למיכל בלולאה סגורה.

מיכל משאבה שסתום צילינדר (צרכן) קו חזרה למיכל
זרימת השמן: מיכל ← משאבה ← שסתום ← צילינדר ← חזרה

מאזן כוחות על צילינדר + חישובי הספק

F = P·A ,   Power = F·v

הלחץ שהמשאבה מייצרת פועל על שטח הבוכנה ומייצר כוח. הספק קווי (על הבוכנה) מחושב ממכפלת הכוח במהירות; הספק סיבובי (על מנוע/משאבה) ממכפלת מומנט במהירות זוויתית.

F = P·A    ;    N_linear = F·v    ;    N_rotary = M·ω
P·A = F מהירות v ⇒ הספק = F·v
לחץ על שטח הבוכנה יוצר כוח שמניע את המוט

שסתום פורק לחץ

הגנה על המערכת מעודף לחץ

כשהלחץ במערכת עולה מעל ערך מוגדר מראש, שסתום פורק הלחץ נפתח ומזרים חלק מהשמן בחזרה למיכל, כדי להגן על הצנרת ורכיבי המערכת מנזק.

לחץ תקין — שסתום סגור פריקה בעודף לחץ
כשהלחץ חורג, השסתום נפתח לרגע ופורק אותו

נצילות משאבה וכללי תכנון מיכל

η = P_out / P_in

לא כל ההספק שמוזרם למשאבה הופך להספק הידראולי שימושי — חלק הולך לאיבוד כחיכוך וחום. הנצילות היא היחס בין ההספק המתקבל לזה המושקע. גודל המיכל נקבע לפי כללי אצבע הקשורים לספיקת המשאבה.

η_pump = P_hydraulic_out / P_shaft_in   (η < 1)
הספק כניסה הספק יציאה 🔥 איבוד לחום/חיכוך
הפרש בין הספק הכניסה ליציאה = אנרגיה שאבדה

רוצים רצף מבחן של כמה שאלות? פתחו את הצ׳אט ולחצו על "מבחן".

עוזר הידראוליקה — צ׳אט
לא נבחר נושא עדיין — לחצו על כפתור נושא, או כתבו בחופשיות.
שלום! בחרו נושא למעלה בעמוד וכפתור (הסבר / תרגול), או כתבו לי כאן ישירות מה תרצו.