curiosità su funzionamento colonnina timone Whitlock

[vonkapp]

Sto installando (con molta calma) una colonnina Whitolock di recupero. leggendo la relativa documentazione vedo che è prescritto un angolo di montaggio dei due bracci (quello sotto la colonnina e quello sull'albero del timone) rispetto alla linea latitudinale dello scafo, variabile a seconda della lunghezza della barra di accoppiamento. io pensavo che entrambi i bracci, a pala del timone al centro, dovessero essere esattamente allineati alla linea latitudinale dello scafo. invece il manuale prevede un angolo crescente (ma identico per entrambi i bracci) all'accorciarsi della barra di accoppiamento. non riesco a comprendere cosa cambia nel funzionamento. allego foto del manuale.
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[don shimoda]

Quel cinematismo serve proprio a variare il rapporto di trasmissione tra la rotazione della ruota da quello della pala. La barra viene fornita con una lunghezza calcolata in base alla distanza tra l'asse della timoneria e l'asse del timone. Ho una colonnina Lewmar modello cobra simile al tuo, qualche anno fà mi sono fatto una analisi con excel. Con il timone al centro ogni 5° di ruota ho 0.66° di rotazione della pala, la pala si muove più rapidamente e basta poca forza. A finecorsa (325° di ruota), ogni 5° la pala gira di 0.313° il rapporto favorisce lo sforzo

[giampaolo.p]

il manuale dice che quell'angolo di offset è necessario per ottenere la stessa escursione a dritta come a sinistra probabilmente per comprenderlo bene servirebbe essere bravi in geometria

[don shimoda]

Giusto Giampaolo, Con timone al centro le due manovelle saranno parallele e l'asta sarà ortogonale sia alla manovella del timone che a quella del comando. Siccome la licenza di AutoCad mi è scaduta ho preso un foglio di carta da formaggio (così diceva un mio superiore) ed ho fatto il compito a casa. In forma analitica avere valori corretti con molte cifre oltre la virgola, anche in forma grafica per la verifica e soprattutto consolare l'occhio.
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[don shimoda]

il pdf fà le bizze. proviamo due foto
Analitico
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Grafico
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Nel metodo analitico ho omesso un passaggio, non necessario per il calcolo ma utile per la comprensione, ovvero l'uguaglianza tra gli angoli ABE e 0AD. Per chi vuole approfondire: ABE è stato calcolato e nell'esempio è di 7.932° BAE = 90°- ABE = 82.068° in quanto facente parte del triangolo rettangolo in BEA (il disegno a mano non è in scala ) infatti BE è parallelo a CD che è ortogonale a AD per costruzione. L'angolo di Offset 0AD è complementare a BAE quindi Offset= 90°-BAE ovvero 90°-82.068° =(non a caso) 7.932. Adesso vado a fare una doccia con l'olio perché ho sudato ruggine.

[vonkapp]

ti ringrazio tantissimo per la sudata. non ci ho capito un tubo ma mi hai convinto dell'esigenza di rispettare quell'angolo. siccome la distanza fra albero della colonnina e albero del timone è di circa 820 mm, l'angolo dovrà essere di 8 gradi. ho provveduto a dissaldare il braccio della colonnina (meno male che avevo fatto dare solo qualche punto per vedere se passava senza intoppi nel buco in pozzetto) e a calcolare (non ti dico come, altrimenti mi spari) gli 8 gradi verso prua rispetto alla linea latitudinale della barca. adesso farò saldare il tutto e cercherò qualcuno che mi costruisca il braccio da fissare (sempre con offest di 8 gradi verso prua) all'albero del timone.

[don shimoda]

Ok, se mi dici la lunghezza delle due manovelle (da perno a perno) quelle che nel mio esempio sono di 203 mm e 134 mm ti calcolo la lunghezza dell' asta. Non sparate sul pianista

[vonkapp]

la manovella della colonnina dovrebbe essere 133 mm (devo verificare ma non l'ho sottomano, ho letto dal manuale). quella dell'albero del timone devo ancora costruirla. ma siccome il manuale riporta il rapporto fra le due manovelle di 1.52:1, di conseguenza sarà di 203 mm circa.
come detto la cosa difficile sarà orientarle a 8 gradi in avanti rispetto alla linea del baglio. ho la vecchia asta ma è troppo lunga, cercherò di recuperarla

[don shimoda]

Con queste misure mi risulta una asta di 817 mm , che poi deve avere la sua regolazione di qualche centimetro più o meno L' angolo di Offset e di circa 4.9 ° per ambedue le manovelle (con ruota e pala al centro) Chiaro che con i numeri si spacca il capello in 4mila, ma non credo che un errore di 1 o 2 gradi possa offendere la sensibilità del timoniere. L'asta si che deve essere precisa il tirante deve essere regolato sul posto in modo che ruota e pala siano allineate al centro
Da Excell:
AB 820 mm interasse perni
AD 203 mm manovella alla ruota
BC 133 mm manovella alla Pala
AE 70 mm
BE 817,0067319 mm Asta di accoppiamento
oAd = aBe 4,897063208 ° Offset angolo

[giampaolo.p]

un documento in rete del Cobra System dichiara le lunghezze dei bracci rispettivamente 130 e 200 mm l'analisi analitica penso sia per pochi eletti ma quella grafica è abbastanza intuitiva accorciando il segmento a-b, v si avvicina, l'angolo delle due rette convergenti aumenta e di conseguenza, secondo quel principio, affinchè i bracci restino ortogonali alla retta, l'angolo di offset aumenta

[vonkapp]

@don shimoda per quella lunghezza di asta il manuale parla di angolo di 8° e io ho cercato di rispettare quell'indicazione quando oggi mi son fatto saldare la manovella sulla colonnina da un amico

[don shimoda]

Mi sono preso un po di tempo per rispondere, ho risuscitato i conteggi che avevo e gli ho messi sul pulito con i tuoi dati. Sinceramente non capisco quegli 8 gradi, ma se lo dice il manuale qualche cosa che mi sfugge. Pubblico comunque i miei risultati con una tabella Excel in cui si dimostra la posizione dei vari organi nelle diverse posizioni della ruota, ho tenuto per buono il rapporto di 5 :1 della coppia conica alla colonnina ed evidenzio ( prime quattro colonne) che la differenza tra ruota a destra e ruota a sinistra resta al di sotto del mezzo grado le altre colonne a destra sono i calcoli intermedi che possono essere confrontati con il disegno nelle posizioni Ruota a rinistra 120° ' Ruota al centro, Ruota a dritta 120°.
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[vonkapp]

non sono sparito...ho solo montato la colonnina in maniera definitiva, con i miei tempi ovviamente le quote non sono proprio identiche a quanto preventivato (anche il tornitore si è preso qualche millimetro di licenza poetica). le misure definitive sono: distanza fra centro asse colonnina e centro asse timone: 806 mm;
lunghezza braccio su colonnina (ovviamente fra centro asse e centro perno snodo): 136 mm; lunghezza braccio sul timone (stesso discorso di cui sopra): 204 mm;
considerando l'angolo di 8 gradi verso prua necessario per entrambi i bracci a timone al centro, quanto dovra essere la lunghezza della barra di trasmissione?
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[don shimoda]

ho messo i tuoi nuovi dati nella mia simulazione, la lunghezza della barra mi risulta di 803.13 mm. però l'angolo di montaggio delle due manovelle mi risulta di 4,84° e non da 8°, con una differenza di 3.16°, questo angolo dipende da tutti gli altri dati, e nella mia simulazione (allo stato attuale) non ho previsto di sceglierlo a piacimento, mi prometto di farlo, non adesso che sono in vacanza all'Elba.
Mantenendo l'angolo a 8° comporta che per andare dritto devi tenere la ruota del timone storta. Puoi ovviare sportando di qualche dente sulla coppia conica tra la ruota del timone ed il perno verticale. Sulla mia timoneria ,ho un rapporto di trasmissione 5:1 se hai lo stesso rapporto dovrai tenere la ruota spostata tra i 23° o 24°. Prima che qualche buontempone mi prenda un po in giro vorrei fare un omaggio a Giorgio Gaber "il Tick"
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La conseguenza residua sarà che il rapporto di spostamento (forza / velocita ) saranno leggermente diversi tra una virata a dritta ed una a sinistra, cosa che non è perfettamente uguale nemmeno utilizzando l'angolo richiesto (4.84°), Nell'allegato (se riesco ad inviare) metto la simulazione tenendo la ruota spostata a 24° in modo da ottenere una rotazione della pala di circa 3.16° ( 8°-4.84°). Mi riservo di fare meglio il calcolo tra qualche giorno a terra.
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[vonkapp]

lungi da me volerti disturbare le vacanze! provo a simulare le varie parti su un cartone o un pannello di compensato e vedo che succede... poi ne riparliamo al tuo rientro...intanto mi sto picchiando con una rete Raymarine che non vuole funzionare e con il portamanetta "homemade" che mi obbliga ogni giorno a nuovi adattamenti

[don shimoda]

Eccomi alla tastiera, Ho simulato le due situazioni, la prima con l'angolo suggerito dal calcolo ( 4.84°) la seconda con l'angolo proposto ( 8.00°) ma anche un adattamento della posizione della ruota. Chiarisco che questo cinematismo non è simmetrico, ovvero girando la ruota di 180° a dritta otterrò un certo angolo sulla pala che non sarà uguale a quando giro 180° a sinistra. E' un piccolo difetto che a mio parere non offende la sensibilità del timoniere, però ha il vantaggio che il rapporto tra la forza impressa alla ruota ed il momento di rotazione alla pala è variabile con la posizione e diventa molto elevato quando il timone è "scontrato" Per ogniuna delle situazioni compilo :
-una tabella che mette in relazione la posizione angolare della ruota con la posizione angolare della pala sia quando si gira a dritta che a sinistra,
-nella stessa tabella metto anche il rapporto di forza tra la ruota e la pala con una barra virtuale lunga 1 metro,
- i due grafici della posizione angolare e del rapporto di forza.
Considero che le leve (manovelle) si muovono sul lato di dritta come nel tuo schizzo.
Considero anche una ruota di 550 mm di raggio ed un rapporto di 5:1 della coppia conica alla ruota (che sono quelli che ho io). Questi sono i parametri per il calcolo:
prima simulazione: seconda simulazione:
Questi i numeri, se la soluzione è accettabile o no dipende dalla sensibilità individuale, personalmente la trovo accettabile , perdo 1° / 1.5° di rotazione "*" ma migliore la forza alla pala, la differenza tra dritta e sinistra e moderatamente contenuta.
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[vonkapp]

la ruota, mi ero dimenticato di dirlo, è da 80 cm (se più grande non mi si apre il gavone laterale). quindi raggio 400 mm. quindi lunghezza barra (ovviamente compresi i due snodi sferici) 803 mm da centro snodo a centro snodo. ti ringrazio tanto per i calcoli e la pazienza. ora devo rifare la base della colonnina perché quella in legno, appena installata, si è già crepata... la rifarò in delrin... meno male che non avevo ancora passato tutti i cavi

[don shimoda]

Tanto per ricordare: la barra lunga 803mm deve essere regolabole in lunghezza +/- almeno 10 o 20 mm (con un manicotto a vite) per la regolazione di fino. Buon lavoro, io resto connesso, per me è un piacere fare due conti ognitanto e se sono utile ancora meglio.

[vonkapp]

ovviamente essendo l'asta intestata sui due giunti sferici ha qualche cm di regolazione... sto rifacendo la base della colonnina perchè quella in legno che mi ero procurato ha fessurato dopo una settimana... era carina ma adesso vado di delrin. poi monterò tutto