リンク装置
4本の棒を、①図のようにつなぎあわせ、それぞれの棒がつなぎあわせた点のまわりを、自由にまわれるようにしておきます。
このようなしくみを、リンク装置と言います。
このリンク装置で、ａの棒を動かさないでおいてｂの棒をＯのまわりにまわすと、Ｃの棒はＱのまわりをまわれないでその先のＲの点が、ＭとＮのあいだを行ったり来たりします。
反対に、Ｃの棒をＭとＮのあいだで往復させるとｂの棒は、Ｏのまわりをぐるぐるまわります。
リンク装置は、このように回転運動を往復運動にかえたり往復運動を回転運動にかえたりするはたらきをします。
このようなリンク装置を実際に使うには②図のようにＯとＱの点にｂ・cの軸をつけて回転運動や往復運動をさせます。
また、①図で、ｄの棒の途中の点、たとえばＳの点の運動を調べるとＰの点が円運動をするとき、Ｓは楕円形の運動をします。
ｄの棒のかわりに、曲がった棒や板をつけてその上の1点を選んで運動させると8の字の形やいろいろ複雑な運動をさせることができます。
クランク仕掛け
まえのリンク装置の図で、Ｏを通る棒の回転軸とｂの棒をいっしょにすると、つぎの③図のように一部分が曲がった回転軸になります。
このようなものを、曲軸、またはクランクと言います。
このクランクに、ｄの棒をつなぐ点Ｐの回転軸をクランクピンと言い、ｄの棒のことを、連接棒と言います。
いま、クランクを図のようにまわすとリンク装置のときと同じように連接棒のはしのＲの点とぼうｃは矢印のような首振りの往復運動をします。
これと反対に、Ｒに首振りの往復運動をさせてクランクに回転運動をさせることもできます。
④図は、連接棒の先のＲをａの棒につけｄの棒を、ａの棒にそってだけ滑らせるようにしたものです。
この場合は、クランクを回転させるとＲが棒ａの直線上を往復運動します。
このように、クランク、またはその原理を使って回転運動を往復運動にかえたり往復運動を回転運動にかえたりするしくみをクランク仕掛けと言います。
クランク仕掛けで、ａの棒の両はしの位置、ＯとＱが決まっていて動かなければ、ａの棒はなくてもよいわけです。
そのため、実際のクランク仕掛けには、ａの棒はあまり見られません。
クランク仕掛けの利用
クランク仕掛けは、蒸気機関や自動車のエンジンなどで大切なはたらきをしています。
また、私たちの生活に使われている機械にも、いろいろと利用されています。
下の図の①は、ミシンのはずみ車をまわすベルト車と足踏み板とのあいだのクランク仕掛けです。
②図は、足踏み脱穀機に使われている足踏み板と車とのあいだのクランク仕掛けです。
これらは、足踏み板の往復運動を、回転運動にかえるためのものです。
③図は、こうもりがさの骨のはたらきをしめしたものです。
Ｏとｂはクランクではありませんがクランクと同じはたらきをしています。
Ｒが、かさのえを上下に滑ると、クランクピンにあたるＰの点がＯのまわりに円を描いて、かさを広げたり、つぼめたりします。
上の図の右は、自動車のエンジンに使われているクランク仕掛けです。
連接棒の先についているピストンは、ガスの爆発で押されてクランクを回転させます。
上の図の左は、飛行機に使われている、7シリンダの星型エンジンです。
これは、それぞれの連接棒が、共通のクランクピンにつながれています。
クランクの死点
蒸気機関車のクランク仕掛けで一定の力でピストンを押しているとすると、連接棒にはたらく力も一定です。
しかし、クランクをまわす力はクランクピンのまわる位置によって違います。
下の図のように、連接棒がクランクの回転軸を通るときと連接棒を延長した先が、クランクの回転軸を通るときクランクの回転力はゼロになります。
クランクピンが、このような位置にきたときをクランクの死点と言います。
クランクが死点にあるときはいくら連接棒に力を加えても、クランクはまわりません。
そこで、蒸気機関車の両側の動輪はクランクピンの位置を90度だけずらして、一方が死点にあっても他方が死点にならないようにしてあります。
また、動輪の一部が、とくに重くつくられているのはその慣性によって死点で止まらないようにするとともに回転を滑らかにするためです。
自動車のエンジンでも、ピストンが1つだけではちょうど死点の位置にくると、クランクがまわりません。
このために、ピストンをいくつもつけてしかも、クランク軸へ取り付ける角度をかえて滑らかな回転ができるようにしてあります。
また、クランク軸についているはずみ車も、死点で止まるのをふせぎ回転を滑らかにするはたらきをしています。
カム
軸といっしょにまわる物の外側のふちに棒を、いつも触れ合うようにしておきます。
このとき、軸といっしょにまわる物が不規則な形をしているとこれに触れている棒は、そのふちのでこぼこに応じて出たり入ったり、直線運動をします。
このようなしかけを、カムと言います。
図のようなカムでは、棒が円形の部分に触れているときは動きません。
回転する板がつきでているところに、棒が触れるときだけ上にあがります。
自動車のエンジンについている、吸気弁や排気弁はこのようなカムで、開けたり閉めたりしています。
ミシンについているてんびんは、針の動きにつれて上下運動をし上糸をくりだしたり、たぐりあげたりするはたらきをします。
てんびんに、このような動きをさせているのは、てんびんカムです。
てんびんカムは、円筒の外側に、曲がった溝をつけたものです。
てんびんの曲がった部分には、小さなでっぱりがついていてこの溝にはまっています。
このため、てんびんカムが回転するとてんびんは溝の曲がり方にしたがって、上下に動くのです。
このように、カムは、回転運動を往復運動にかえるはたらきをします。
この方法によると、クランク仕掛けよりかんたんになるしカムの形をかえて、往復運動のしかたを、いろいろにかえることができます。
たとえば、止まっている時間を長くしたり、動く速さをかえたり特別な運動をさせたりすることができるので、複雑な機械にはなくてはならないものの1つです。
