Amplificador de par

Un amplificador de par es un dispositivo mecánico que amplifica el par de un eje giratorio sin afectar su velocidad de rotación. Está mecánicamente relacionado con el cabrestante que se ve en los barcos. Su uso más conocido es en la dirección asistida de los automóviles. Otro uso es en el analizador diferencial , donde se utilizó para aumentar el par de salida del integrador de bolas y discos , que de otro modo sería limitado . El término también se aplica a algunas cajas de cambios utilizadas en tractores , aunque esto no está relacionado. Se diferencia de un convertidor de par , en el que la velocidad de rotación del eje de salida disminuye a medida que aumenta el par.

El primer amplificador de par accionado eléctricamente fue inventado en 1925 por Henry W. Nieman de la Bethlehem Steel Company de Bethlehem, Pensilvania. ^[1] Su propósito era permitir el control manual de equipos pesados; por ejemplo, grúas industriales, artillería, etc. Vannevar Bush utilizó el amplificador de par de Nieman como parte de su proyecto de analizador diferencial en el MIT a principios de la década de 1930. ^[2] Lord Kelvin ya había discutido la posible construcción de tales calculadoras ya en la década de 1880, pero se había visto obstaculizado por el par de salida limitado de los integradores de bolas y discos . ^[3] Estos integradores utilizaban un cojinete de bolas presionado entre la superficie de un eje giratorio y un disco, transmitiendo la fuerza de rotación del eje al disco. Al mover la bola a lo largo del eje, la velocidad del disco podía variar suavemente. El par en el eje de salida estaba limitado por la fricción entre el cojinete y el disco, y como estos generalmente estaban hechos de metales que limitaban la fricción, como el bronce , para permitir un movimiento suave, el par de salida era bastante bajo. Algunos dispositivos de cálculo podían usar la salida directamente, y Kelvin y otros construyeron varios sistemas, pero en el caso de un analizador diferencial, la salida de un integrador impulsaba la entrada del siguiente integrador, o una salida gráfica. El amplificador de par fue el avance que permitió que estas máquinas funcionaran.

Un amplificador de par consiste básicamente en dos cabrestantes conectados entre sí. Un cabrestante consiste en un tambor conectado a una fuente rotatoria potente, normalmente la máquina de vapor del barco o un motor eléctrico en los ejemplos modernos. Para utilizar el dispositivo, se enrolla una cuerda unas cuantas vueltas alrededor del tambor, con un extremo unido a una carga y el otro sostenido con la mano por el usuario. Inicialmente, la cuerda tiene poca tensión y se desliza fácilmente a medida que el tambor gira. Sin embargo, si el usuario tira de su extremo de la cuerda, la tensión aumenta, lo que aumenta la fricción entre la cuerda y el tambor. Ahora todo el par del conductor se aplica al otro extremo de la cuerda, tirando de la carga. Si el usuario no hace nada, el cabrestante tirará brevemente de la carga hacia sí mismo, aflojando así la cuerda y deteniendo el movimiento. Si, en cambio, el usuario toma la holgura, la tensión se mantiene y la carga continúa siendo tirada. De esta manera, el usuario puede controlar fácilmente el movimiento de una carga muy grande. ^[4]

Un amplificador de par típico consta de dos cabrestantes colocados uno junto al otro a lo largo de una línea de rotación común, normalmente horizontal. Se suministra una única fuente de par, normalmente procedente de un motor eléctrico, que está engranado para impulsar los dos tambores para que giren en direcciones opuestas. Una única cuerda (o banda) se enrolla alrededor de los dos tambores. Si se aplica tensión a un extremo de la cuerda, su cabrestante tira de él, lo que a su vez tensa la salida. Al igual que el cabrestante único, el movimiento comienza y se detiene tan pronto como se aplica o se libera la tensión, pero generalmente el movimiento es suave con distintos grados de par aplicados a la entrada. ^[4]

Por el centro de los tambores pasan dos ejes separados, uno de entrada y otro de salida. Ambos terminan con una leva (oculta en el esquema adjunto) que, a través de un seguidor y un brazo oscilante, sujeta un extremo de cada cuerda. Si el eje de entrada gira desde la posición nula, su leva eleva o baja el seguidor de entrada, que, a través del brazo oscilante de entrada, tensa la cuerda en un tambor y afloja el otro. En ese estado, un tambor aplica una tracción mucho mayor que el otro, lo que hace que tanto el eje de salida como una jaula que monta los brazos de entrada y salida se muevan para seguir el movimiento de entrada. Tan pronto como la jaula y el eje de salida se han movido a la posición correcta, la tensión en las dos cuerdas recupera el equilibrio y el movimiento relativo se detiene. De esta manera, el movimiento del eje de salida sigue de cerca el movimiento de entrada, aunque el par que se le aplica es el par del motor que impulsa el sistema, a diferencia del par mucho menor que se aplica al eje de entrada. ^[4]

Las primeras unidades de piloto automático diseñadas por Elmer Ambrose Sperry incorporaban un amplificador mecánico que utilizaba correas enrolladas alrededor de tambores giratorios; un ligero aumento en la tensión de la correa hacía que el tambor moviera la correa. Un conjunto opuesto de estos impulsores constituía un único amplificador. Este amplificaba los pequeños errores del giroscopio y los convertía en señales lo suficientemente grandes como para mover las superficies de control de la aeronave.

Se utilizó un mecanismo similar en el analizador diferencial Vannevar Bush .

El amplificador electrostático de batería utilizaba una banda enrollada parcialmente alrededor de un tambor giratorio y fijada en su extremo anclado a un resorte. El otro extremo se conectaba a un cono de altavoz. La señal de entrada se transformaba a alto voltaje y se añadía a una línea de alimentación de CC de alto voltaje. Este voltaje se conectaba entre el tambor y la correa. De este modo, la señal de entrada variaba el campo eléctrico entre la correa y el tambor y, por lo tanto, la fricción entre ellos y, por lo tanto, la cantidad de movimiento lateral de la correa y, por lo tanto, del cono del altavoz.

• Servomecanismo
• Convertidor de par

Citas

Lectura adicional