УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИЛИНДРА КРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ

Кривошипный механизм - устройство, которое позволяет преобразовать прямолинейное движение цилиндра в периодическое угловое движение. Он содержит жесткий стержень, один конец которого имеет шарнир на вилке, чтобы передать движение от цилиндра, а другой конец соединен с валом, который передает это вращательное движение. Примеры кривошипного механизма: рукоятки и педали велосипеда, также как гаечного ключа для затяжки болтов, или для открытия и закрытия большого шарового клапана. Давайте проанализируем последний пример, и представим управление правым гаечным ключом для маневра. Это действие показано как вращательное движение с постоянной силой, потому что плечо (длина гаечного ключа) не подвергается никаким изменениям в течение движения вокруг оси клапана. Представим реализацию такого же самого маневра пневматическим цилиндром, соединенным с кривошипным механизмом: точка приложения его силы приходится на конец кривошипа, ось вращения которого совпадает с осью клапана.

Фиг.1 показывает начальную позицию маневра:(см. рис. C.12)

на рис. 2 цилиндр достиг специфического положение его хода, то есть момента, в котором цилиндр способен обеспечить максимальный "момент вращения" или "крутящий момент" на валу кривошипного механизма.
Как видно из рисунков, эти два плеча bmn и bmx не равны. И это потому, что они измерены между осью вращения и перпендикуляром к линии действия осевой силы цилиндра в этих двух позициях, как представлено на каждом рисунке.
Значение bmx соответствует, фактически, длине кривошипа, т.е. максимальному значению.
Крутящий момент Mt, созданный цилиндром и передаваемый на ось вращения кривошипа, не постоянен. Он изменяется от минимума Mt = Fs x bmn, в начале цикла движения, к максимуму Mt = Fs x bmx и возвращается к начальному значению, когда цилиндр достигает своего конца хода.
Из двух значений, которые должны быть учтены для определения размеров цилиндра, принимается минимальное значение. Интересно отметить, что изменение угла поворота может влиять на размеры цилиндра. Предположим нам необходимо создать кривошипный механизм, который должен находиться в трех различных угловых положениях, но с постоянным крутящим моментом; все звенья механизма вместе с кривошипом, должны приводить во вращение звенья равного веса и при равной скорости движения.
Исходные данные для трех примеров:
Кривошип с рычагом длиной r = 0,50 м;
Требуемый крутящий момент Mt = 100 Н·м (Ньютон на метр);
Углы вращения: 90 - 120 - 150
- Начальный угол - 90 , рис. 4
Формула Fs = Mt/b1 указывает нам на то, что сила Fs должна быть вычислена на основе минимального значения плеча, которым является b1; только для угла 90 , и это значение будет равно:
b1 = r · Cos45 = 0,5 · 0,707 = 0,35 м
Отсюда Fs = Mt/b1 = 285 Н; Fs = Mt/b1 = 285,7 H
- Необходимая длина, для цилиндра, чтобы обеспечить требуемый угол, вычисляется по формуле в соответствии с рисунками 3 и 4, на которых:
h = r - b1 = 0,15 м; h = r - b1 = 0,5- 0,35 = 0,15 м;
отсюда: C = 2 · ? h · (2 · r - h) = 0,7 м = 700 мм; С = 2·r·sin45 = 0,7 м = 700 мм
- При повороте на угол 120 : рисунок 5
- Минимальное значение плеча b2 = r · Sin30 = 0,25 м
- Сила Fs = Mt/b2 = 100/0,25 = 400 Н
- Ход C = 2 · ? h · (2 · r - h) = 0,86 м = 860 мм; С = 2·r·sin60 = 0,866 м = 866 мм
- При повороте на угол 150 : рисунок 6
- Минимальное значение плеча b3 = r · Sin15 = 0,13 м; b3 = r·cos75 = 0,13 м = 130 мм
- Сила Fs = Mt/b3 = 769 Н; Fs = Mt/b3 = 100/0,13 = 769 Н
- Ход C = 2 · ? h · (2 · r - h) = 0,96 м = 960 мм; С = 2·r·sin75 = 0,966 м = 966 мм