Stap 1: Penny Crusher Fundamentals
De meest elementaire beperkingen op het ontwerp van een stuiver breker beginnen met het proces voor het breken van een cent. De penning wordt gegooid tussen twee wielen met een opening ertussen die iets kleiner is dan de dikte van de penny. Dit mechanisme is een exemplaar van een rolling mill, een gemeenschappelijk en wijd gebruikte apparaat voor de vermindering van de dikte van metalen platen. In industrie, walserijen kunnen heel groot zijn, en een grote hoeveelheid theoretische en praktische kennis bestaat ter ondersteuning van hun ontwerp en de werking. Ik solliciteerde alleen de meest elementaire modellen van rolling mill bewerking bij het ontwerpen van mijn cent crusher, en grote veiligheidsfactoren waar mogelijk voor eventuele onjuistheden in mijn model toegevoegd.
Ik ben begonnen met enkele fundamentele vragen met inbegrip van:
- Hoe veel kracht duurt het om te verpletteren een cent?
- Hoeveel koppel nodig zullen zijn om te zetten van de rollen?
Het blijkt dat de antwoorden op deze vragen een paar factoren, waarvan sommige binnen de designer's besturingselement zijn afhankelijk. De twee belangrijkste gratis parameters die bepalend zijn voor de kracht en het koppel nodig om de druk op een cent zijn de laatste dikte van de geplette cent en de diameter van de roller-wielen. Belangrijke vaste parameters buiten mijn controle die belangrijk voor de berekening zijn zijn het de cent is gemaakt van materiaal en de dikte van de stuiver voordat breken.
Het fysieke proces dat het kwartje ondergaat wanneer het passeert de rollen heet plastische vervorming. Plastische vervorming in zink en koper, de metalen Amerikaanse centen zijn gemaakt van (post en pre 1982, respectievelijk), wordt gedefinieerd door twee eigenschappen genaamd de druksterkte opleveren en de Stam verharding Exponent van het metaal. Vloeispanning is een meting van de druk die nodig is om te veroorzaken het metaal te vloeien, in plaats van het buigen als een veer. In Zinc alloys is dit ongeveer 30.000-40.000 pond per vierkante inch. De stam verharding Exponent definieert hoe de effectieve vloeispanning toeneemt naarmate het metaal is misvormd, en tussen nul en één varieert. Dit weerspiegelt een eigenschap van vele metalen werk hardening - genoemd in de stam van de metalen ervaringen zijn opbrengst kracht toeneemt, totdat uiteindelijk de vloeispanning overschrijdt de treksterkte en de metaal fracturen. Werk hardening is waarom u kunt buig een stuk metaal heen en weer meerdere malen en vervolgens gemakkelijk breek het af. Kennen alleen de begin- en einddatum diktes van de stuiver, kunnen we de gemiddelde druk toegepast over de contactpunten voor de productie van de vermindering van de dikte op basis van deze twee getallen berekenen.
In mijn geval, een cent is ongeveer.060 duim dik, en ik wilde om het te beperken tot iets meer dan.030 inch dik. Ik kwam op.030 inch na een paar centen in mijn collectie van geperste centen te meten. Op basis van deze waarden berekend ik de gemiddelde stroom stress over de contact regio worden ongeveer 30 Kpsi.
Als je kijkt naar het diagram van de rolling mill hierboven, is het duidelijk dat slechts een klein deel van de stuiver actief misvormde op elk moment. In het bijzonder het deel in contact met de rollen dikte aan het veranderen is, maar het deel dat de rollen al heeft verlaten, en het deel dat ze, nog niet heeft ingevoerd zijn niet. Dit betekent dat we alleen wilt toepassen die 30.000 PSI druk over een klein gedeelte van de penny.
Het negeren van wrijving, is de totale kracht die door de rollen gelijk aan deze druk geïntegreerd over het oppervlak in contact met het kwartje. Dit is ongeveer het gebied in contact tijden 30 Kpsi. De totale oppervlakte in contact, is afhankelijk van de geometrie weergegeven in het diagram hierboven, in het bijzonder de roller diameter, de kloof tussen de rollen, en de eerste dikte van de penny.
Het kiezen van een roller diameter was een complex ontwerp-probleem, dat ik over later praten zal. Voor nu is het genoeg om te weten dat ik koos 1.5". Gegeven deze parameters die ik was in staat om te berekenen dat wanneer het breedste deel van de penning was wordt ingedrukt, het gebied in contact zou hooguit 0.11 vierkante inch.
Dat geeft een totaalkracht per roller van 5,070 pond en een geschatte koppel per roller van 380 inch-pond.
