Реферат: Кулісний механізм. Практичне застосування. Кривошипно-кулісний механізм Для якої мети застосовується кривошипно-кулісний механізм
Найбільш поширеними механізмами перетворення обертального руху на прямолінійне є знайомі нам по рис. 1 кривошипно-шатунний та по рис. 7, д - рейковий, а також гвинтовий, ексцентриковий, кулісний, храповий та інші механізми.
Гвинтові механізми
Гвинтові механізмишироко застосовуються в найрізноманітніших машинах для перетворення обертального руху на поступальне і, навпаки, поступального на обертальне. Особливо часто гвинтові механізмизастосовуються в верстатах для здійснення прямолінійного допоміжного (подача) або настановного (підведення, відведення, затискання) руху таких складальних одиниць, як столи, супорти, каретки, шпиндельні бабки, головки і т.д.
Гвинти, які застосовують у цих механізмах, називаються ходовими. Часто також гвинтовий механізмслужить для підйому вантажів чи взагалі передачі зусиль. Прикладом такого застосування гвинтового механізмує використання його в домкратах, гвинтових стяжках і т. д. У цьому випадку гвинти будуть називатися вантажними. Вантажні гвинти зазвичай працюють з незначними швидкостями, але з великими зусиллями, порівняно з ходовими гвинтами.
Основними деталями гвинтового механізмує гвинт та гайка.
Зазвичай у гвинтових механізмах(передачах гвинт-гайка) рух передається від гвинта до гайки, тобто обертальний рух гвинта перетворюється на поступальний рух гайки, наприклад, механізм поперечного переміщення супорта токарного верстата. Зустрічаються конструкції, коли рух передається від гайки до гвинта, і гвинтові передачі, в яких обертання гвинта перетворюється на поступальне гвинта, при закріпленій нерухомо гайці. Прикладом такого механізму може бути гвинтова передачаверхню частину столу (рис. 9, а) фрезерного верстата. При обертанні рукояткою 6 гвинта 1 в гайці 2, закріпленою гвинтом 3 в санчатах 4 столу, 5 гвинт 1 починає рухатися поступально. Разом з ним рухається по напрямних санок стіл 5.
Ексцентрикові та кулачкові механізми
Схема ексцентрикового механізмупоказано на рис. 9, б. Ексцентрик є круглим диском, вісь якого зміщена щодо осі обертання валу, що несе диск. Коли вал обертається 2 ексцентрик 1 впливає на ролик 3, переміщуючи його і пов'язаний з ним стрижень 4 вгору. Вниз ролик повертається пружиною 5. Таким чином, обертальний рух валу 2 перетворюється ексцентриковим механізмому поступальний рух стрижня 4.
Кулачкові механізмишироко застосовуються у верстатах-автоматах та інших машинах для здійснення автоматичного циклу роботи. Ці механізми можуть бути з дисковим циліндричним та торцевим кулачками. Показаний на рис. 9, механізм являє собою кулачок 1 з канавкою 2 складної форми на торці, в яку поміщений ролик 3, з'єднаний з повзуном 4 за допомогою стрижня 5. В результаті обертання кулачка 1 (на різних його ділянках) повзун 4 отримує різну швидкість прямолінійного зворотно-поступального руху.
Кулісний механізм
На рис. 9, г представлена схема кулісного механізму, Широко застосовується, наприклад, в поперечно-стругальних і довбання верстатах. З повзуном 1, на якому закріплений супорт з різальним інструментом, шарнірно пов'язана за допомогою сережки 2 деталь 4, що хитається вліво і вправо, звана лаштункою. Внизу куліса з'єднана за допомогою шарнірної сполуки 6, причому своїм нижнім кінцем вона повертається біля цієї осі під час коливань.
Гойдання куліси відбуваються в результаті поступально-поворотних переміщень її пазу деталі 5, званої кулісним каменем і отримує рух від зубчастого колеса 3, з яким вона з'єднана. Зубчастому колесу 3, званому кулісною шестернею, обертання передається колесом, закріпленим на провідному валу. Швидкість обертального руху лаштунків регулюється коробкою швидкостей, пов'язаною з електродвигуном.
Довжина ходу повзуна залежить від того, в якому вигляді встановлений на шестерні кулісний камінь. Чим далі від центру шестірні розташований кулісний камінь, тим більше коло, яке він описує при обертанні шестерні, і, отже, тим більший кут гойдання куліси і довше хід повзуна. І навпаки, що ближче до центру колеса встановлений кулісний камінь, то менше всі перелічені рухи.
Храпові механізми
Храпові механізмидозволяють у широкому діапазоні змінювати величину періодичних переміщень робочих органів машин. Типи та область застосування храпових механізмів різноманітні.
Храповий механізм(рис. 10) складається з чотирьох основних ланок: стійки 1, храповика (зубчастого колеса) 4, важеля 2 і деталі 3 з виступом, що носить назву собачки. Хроповик зі скошеними в один бік зубами насаджений на ведений вал механізму. На одній осі з валом шарнірно закріплений важіль 2, що повертається (хитається) під дією приводної штанги 6. На важелі також шарнірно укріплена собачка, виступ якої має форму, що відповідає западині між зубами храповика.
Під час роботи храпового механізмуприходить у рух важіль 2, Коли він рухається вправо, собачка вільно ковзає по закругленій частині зуба храповика, потім вона під дією своєї сили тяжіння або спеціальної пружини заскакує у западину і, упираючись у наступний зуб, штовхає його вперед. Внаслідок цього храповик, а з ним і ведений вал повертаються. Зворотний поворот храповика з веденим валом при холостому ході важеля з собачкою 3 запобігає стопорній собачці 5, шарнірно закріпленої на нерухомій осі і притиснутої до храповика пружиною.
Описаний механізм перетворює рух важеля в переривчасто-обертальний рух веденого валу.
Якщо говорити про лаштунковий механізм, то почати варто з того, що "куліса" - це французьке слово, яке можна перекласти на нашу мову, як "деталь" або "ланка".
Загальна інформація
З технічної точки зору під кулісним механізмом розуміють пристрій, завданням якого є перетворювати обертальний або ж коливальний рух у зворотно-поступальний. Однак цей механізм може виконувати зворотну функцію. Якщо говорити про загальну класифікацію даного пристрою, то воно може бути трьох типів - це тип, що обертається, коливається тип або рухається прямолінійно. Однак, якщо розбиратися в суті кулісного механізму, стає зрозуміло, що будь-який його різновид можна віднести до важеля типу пристроїв. Крім того, важливо відзначити, що робота куліси здійснюється в парі з ще однією деталлю, яка називається повзун. Ця деталь також є частиною, що обертається, в загальній конструкції механізму.
Переваги та матеріал
Основною перевагою даного механізму є забезпечення досить високої швидкості повзуна, яку він розвиває під час виконання зворотного ходу. Ця перевага призвела до того, що такий пристрій став дуже широко використовуватися в обладнанні, яке має холостий зворотний хід. До того ж, якщо ми порівнюватимемо кулісний механізм із кривошипно-шатунним, приміром, то перший здатний транслювати набагато менше зусиль порівняно з другим.
Найчастіше кулісний пристрій використовується для того, щоб якомога ефективніше перетворювати рівномірний обертальний рух кривошипа у обертальний рух безпосередньо куліси. Цей рух здійснюється нерівномірно. Однак бувають випадки, коли рух куліси буде все ж таки рівномірним. Найчастіше це відбувається в тому випадку, якщо відстань між опорами кривошипу та його лаштунками дорівнює довжині самого кривошипу. У такій системі кулісний механізм одночасно буде ще й кривошипно-шатунним, який забезпечений кулісою з рівномірним рухом.
Конструкція та розповсюдження механізму
На сьогоднішній день найпоширенішою конструкцією куліси є чотириланкова. Крім того, всі конструкції цього типу можна класифікувати на кілька груп залежно від того, якого типу третя ланка у пристрої. Існують такі класи, як: дволанкові, кулісно-повзунні, кулісно-коромислові, кривошипно-кулісні.
Найчастіше застосування ці механізми знаходять у різного роду верстатах, таких як зубодовжинні, поперечно-стругальні та інші верстати, які можна віднести до металорізальних типів. Суть кулісного механізму полягає в тому, що цей один з безлічі різновидів кривошипно-шатунного. До використання механізму з лаштунками вдаються в тому випадку, якщо є необхідність в устаткуванні перетворити обертальний рух на зворотно-поступальний. У стругальних типах верстатів застосовується типу куліса, що коливається, а встановлюється куліса типу, що обертається.
Конструкція чотириланкового механізму
Чотирьохланковий кулісний механізм з кулісним каменем - це система, яку можна розглянути на прикладі стругального верстата, де використовується саме такий тип пристрою. Роботу даної системи можна описати в такий спосіб. Кривошип здійснює круговий рух навколо осі через кулісний камінь, тим самим він спонукає кулісу здійснювати рух, що гойдає. Проте в цей же час, якщо дивитися на рух лаштунків щодо куліси, то він буде здійснювати вже рух зворотно-поступального типу. Такий вид пристрою також часто використовується в гідронасосах, які мають механізми ротаційного типу, з лопатями, що обертаються. Крім того, чотириланковий механізм знайшов своє застосування і серед різних гідро- та пневмоприводів. У цьому випадку конструкція передбачає вхідний поршень на шатуні, який ковзає в циліндрі, що обертається або коливається.
Кулисно-повзунний механізм
Ця модель механізму найчастіше застосовується в лабораторних умовах, а також використовується для навчання та ознайомлення з цим пристроєм в умовах навчальних лабораторій з таких дисциплін, як прикладна та теоретична механіка.
Розповсюджений досить широко багатоланковий кулісно-повзунний механізм має досить великі розміри. Це відбувається через те, що конструкція другого шатуна з повзуном проходить нижче, ніж прямолінійне розташування стрижня куліси. Така конструктивна особливість свідчить про те, що початок шатуна проходитиме нижче, ніж безпосередньо кулісно-важільний пристрій. Це, у свою чергу, говорить про те, що такий механізм повинен мати високу основу або станину, а це означає, що необхідно буде витратити більше коштів на його створення, оскільки зайвий матеріал йде на створення подібної станини. Варто зазначити, що саме цей фактор і вважається найбільшою проблемою та головним недоліком усієї системи в цілому.
Кулисно-важільний пристрій
Кулисно-важільний механізм - це винахід, який знайшов своє застосування в галузі машинобудування. Основним завданням даної системи є перетворення зворотно-поступального руху на повнопривідний обертальний. Мета, з якою винаходив цей механізм, полягала в тому, щоб підвищити термін служби системи, а також підняти її коефіцієнт корисної дії, або ККД. До того ж переслідувалися ще й такі цілі, як розширення можливостей у галузі кінематики, за рахунок того, що система постачалася другою кулісою, а також ланки системи виконувались по-іншому.
Кривошипно-кулісний механізм
Після винаходу даної системи її стали відносити до шарнірно-важільних механізмів, які володіють гідропристроями або пневмопристроями, а метою їх застосування стала вентиляція на складах. Конструкція даного механізму досить проста, і містить три основні елементи: це стійка, кривошип і куліса. Завдання, яке ставилося перед винахідниками даного пристрою - це поліпшення надійності з одночасним спрощенням у плані конструкції механізму. Прототипом для винаходу цієї моделі стали гідравлічні або пневматичні механізми, які також використовували кулісу з виконанням поступального руху. Крім того, в конструкцію входили також стійка, повзун, кривошип.
Ремонт
Як і будь-який інший механізм, кулісний також має свій термін служби. Після цього терміну служби настає час ремонту лаштункового механізму. Однак трапляється і так, що пристрій виходить з експлуатації раніше, ніж визначений термін. Найчастіше в даному механізмі зношуються або стираються такі його частини, як куліса, кулісний камінь, зубчасте колесо, гвинти та гайки переміщення повзушки, а також сама повзушка з пальцем. Якщо поверхні пазів куліси отримали зношування більш ніж на 0,3 мм, а також на них є глибокі задираки, то як ремонт використовують фрезерування з наступною операцією шабріння. Якщо зношування не надто сильне, можна обійти лише шабренням, без фрезерування.
Якщо зношується куліса, то як ремонт спочатку приводять в порядок стінки паза. Під час проведення робіт найчастіше орієнтуються ті ділянки, які зношені менш, ніж інші.
Вступ
1. Передавальні механізми.
Література
Вступ
КУЛІСА (франц. coulisse), ланка лаштункового механізму, що обертається навколо нерухомої осі і утворює з іншою рухомою ланкою (повзуном) поступальну пару. По виду руху розрізняють куліси, що обертаються, гойдаються, прямолінійно рухаються.
КУЛІСНИЙ МЕХАНІЗМ, важільний механізм, до складу якого входить куліса.
Кулісний механізм, шарнірний механізм, в якому дві рухомі ланки - куліси і кулісний камінь - пов'язані між собою поступальною (іноді обертальною при дуговій кулісі) кінематичною парою.
Найбільш поширені плоскі чотириланкові кулісні механізми в залежності від типу третьої рухомої ланки діляться на групи: кривошипно-кулісні, кулісно-коромислові, кулісно-повзунні, двокулісні. Кривошипно-кулісні механізми можуть мати кулісу, що обертається, гойдається або поступально-рухомі. Кулисно-коромислові механізми, що виходять з попередніх при обмеженні кута повороту кривошипа, виконують з кулісою, що гойдається (рис. 1, а) і поступально-рухомою (рис. 1, б),
застосовують для перетворення руху, а також як т.з. синусних механізмів (рис. 1, в) лічильно-вирішальних машин. Кулисно-повзунні механізми призначаються для перетворення коливального руху в поступальне або навпаки, а також використовуються як тангенсний механізм в лічильно-вирішальних машинах. У машинах знаходять застосування двокулісні механізми (рис. 2),
що забезпечують рівність кутових швидкостей лаштунків при постійному куті між ними. Цю властивість використовують, наприклад, в муфтах, що допускають зміщення осей валів, що з'єднуються. Складні багатоланкові кулісні механізми застосовують для різних цілей, наприклад, у системах регулювання наповнення циліндрів двигунів внутрішнього згоряння, реверсивних механізмах парових машин та ін.
1.Передавальні механізми
До передатних відносяться планетарний та кривошипношатунний механізми. Ці механізми дозволяють здійснювати складний рух.
У планетарному механізмі обертальний рух перетворюється на планетарне, при якому деталь обертається навколо своєї осі і одночасно навколо іншої осі (наприклад, так рухаються планети у просторі - звідси назва механізму).
Планетарний механізм (рис. 1.а) складається з двох зубчастих коліс: ведучого 1, яке називається сонячним, і веденого 4, яке називається сателіт (їх може бути кілька). Необхідними умовами роботи даного механізму є жорстке з'єднання цих коліс за допомогою важеля - водила 2, який надає рух сателіту, і нерухомість сонячного колеса 3. Планетарний механізм може бути виконаний на базі двох передач: зубчастої (а, б) із зовнішнім або внутрішнім зачепленням або ланцюгової (в). На основі ланцюгової передачі можна передавати планетарний рух на більшу відстань, ніж на основі зубчастої.
Мал. 2. Планетарні механізми
Кривошипно-шатунний (кривошипно-повзунний, кривошипно-кулісний) механізм служить для перетворення обертального руху на зворотно-поступальний (рис. 2.). Механізм складається з провідного органу кривошипа 1, який на валу здійснює обертальний рух, і шатуна 2, повзуна 3 (б) або куліси, які здійснюють зворотно-поступальний рух. Шатун з'єднаються за допомогою пальця 4 з робочим органом поршнем 3 (а). На рис. 2.б дано варіант кривошипно-повзунного механізму, наприклад, в овочерізках.
Мал. 3. Кривошипно-шатунний та кривошипно-повзунний механізми
2. Передня опора (шасі літака ТУ-4)
Опора розташовується у носовій частині фюзеляжу. Ніша опори обмежена зверху підлогою кабіни екіпажу, з боків поздовжніми балками у вигляді суцільних стінок з поясами по верху та низу, спереду та ззаду ніша зашита суцільними стінками посилених шпангоутів. Знизу ніша закривається двома бічними стулками, шарнірно підвішеними до поздовжніх балок.
Стійка передньої опори складається з амортизатора, у верхній частині якого приварена траверса з двома циліндричними цапфами з боків. За допомогою цих цапф стійка шарнірно підвішується до двох вузлів, встановлених на бічних балках ніші (Рис.6)
Вузли роз'ємні та забезпечені бронзовими втулками, до яких подається мастило від маслянок. Цапфи входять до цих втулок і притискаються до корпусу вузла кришками на болтах. На нижньому кінці штока амортизатора жорстко закріплено корпус механізму розвороту коліс. Усередині корпусу на роликовому підшипнику та бронзовому підп'ятнику обертається шпиндель, до якого знизу за допомогою похилої труби приєднуються осі коліс (Рис.7.)
Колеса своїми підшипниками встановлюються на ці осі і закріплюються ліворуч і праворуч затяжними гайками з наступною контровкою шплінтами. При дії на колеса бічних навантажень шпиндель повертається у корпусі механізму не більше кутів, обмежених упорами на корпусі. Розворот літака на землі забезпечується диференціальним гальмуванням коліс головних опор та вільним орієнтуванням у напрямку руху коліс передньої опори.
На шпинделі спереду закріплений кронштейн, від якого спеціальним потягом рух розвороту коліс передається на гідравлічний демпфер шиммі. Демпфер лопаткового типу закріплений болтами на корпусі механізму розвороту (Рис.8.)
Тяга шпинделя через важіль обертає валик з рухомими лопатками та переганяє рідину з однієї порожнини до іншої. Опір рідини запобігає розвитку автоколивань типу шиммі.
Для встановлення коліс у нейтральне положення після відриву літака від землі усередині шпинделя змонтовано пружинно-роликовий механізм встановлення коліс по польоту. Він складається з гойдалки, закріпленої шарнірно у верхній частині шпинделя. На зовнішньому кінці гойдалки встановлений ролик, а її внутрішній кінець за допомогою вертикального стрижня тисне на пружину, закріплену в шпинделі і має попередню затяжку порядку 4000 Н (Рис.9.)
Рис.7. Рис.8. Рис.9.
При розвороті коліс шпиндель переміщає гойдалку з роликом по колу вперед або назад, змушуючи ролик перекочуватися по профільованій циліндричній поверхні, яка закріплена на корпусі механізму розвороту. Профіль виконаний таким чином, що будь-який розворот коліс від нейтрального положення переміщує ролик нагору і, стискаючи пружину, збільшує зусилля на ролик. У такому відхиленому від нейтралі положенні ролик може утримуватися лише бічними навантаженнями на колесах. Після відриву літака від землі ці навантаження на колесах зникають і зусилля пружини змушує ролик скочуватися в нижню точку профілю, встановлюючи колеса в нейтральне положення по льоту.
Амортизатор стійки рідинно-газовий плунжерний тип з голкою. Циліндр і шток амортизатора пов'язані між собою дволанкою, що виключає розворот штока в циліндрі.
У випущеному положенні стійка утримується заднім підкосом, що складається. Нижня ланка підкосу виконана у вигляді штампованої вилки, яка кріпиться до цапф на муфті циліндра. Верхня ланка підкосу є звареною трубчастою рамою, яка своїми цапфами кріпиться до двох вузлів на бічних стінках ніші.
Між собою верхнє і нижнє ланки підкосу пов'язані просторовим шарніром, що складається з сережки і двох взаємно перпендикулярних болтів (Мал.10.). До верхньої ланки підкосу приєднаний гвинтовий витяг, другий кінець якого пов'язаний з редуктором (Рис.11.)
Конічна шестерня редуктора отримує обертання від двох незалежних електроприводів, один із яких живиться від аварійної мережі. Обертання шестерень редуктора передається на сталевий гвинт, на якому встановлена бронзова гайка (Рис.12.)
Переміщення гайки вздовж осі гвинта сталевою трубою з вільчастим наконечником, приєднаним до підкосу, повертає його верхню ланку вгору при прибиранні та вниз при випуску стійки. На корпусі витягу встановлені два блоки кінцевих вимикачів, які вимикаю привід у крайніх положеннях стійки і забезпечують її надійну фіксацію за рахунок самогальмування гвинтової пари (Рис.13.)
Стулки ніші відкриваються при випуску і закриваються при збиранні стійки. У випущеному положенні стулки фіксуються кулісним механізмом, що складається із двох шарнірно зв'язаних між собою важелів, кінці яких приєднані до стулок. У відкритому положенні стулок важелі замикаються пружним стопором, що не дозволяє складатися важелям (Рис.14.)
У нижній частині штока амортизатора закріплений циліндричний кулачок. Наприкінці збирання стійки кулачок натискає на стопор лаштункового механізму і відмикає його. При подальшому русі стійки кулачок змушує складатися важелі і повертає стулки на закриття. У прибраному положенні стійки кулачок через важелі притискає стулки до окантування ніші та утримує їх у закритому положенні.
Література:
1. Артоболевський І. І., Механізми в сучасній техніці, т, 1-2, М., 1970
2. Кожевніков С. Н., Єсипенко Я. І., Раскін Я. М., Механізми, 3 видавництва, М., 1965;
Кулісна пара – це різновид важільних механізмів. Вона перетворює обертальний рух у зворотно-поступальний чи навпаки. При цьому ланка, що обертається, може здійснювати не повний оборот. Тоді його називають коливальним. Механізм складається з двох основних ланок-куліси і повзуна. Один кінець куліс закріплений на нерухомій осі.
Куліса є прямий або вигнутий важіль з прорізом, в якій ковзає кінець іншого важеля. Він рухається щодо лаштунки прямолінійно. Кулісні механізми бувають коливаються, обертаються і прямі.
Кривошипно-кулісні механізми здатні забезпечувати високу швидкість лінійного переміщення виконавчих органів. Характерним прикладом механізму лаштунків служить система управління клапанами в автомобільних моторах, пристрій управління реверсом парового двигуна і т. д.
Використовуються лаштунки в металообробних і деревообробних верстатах, там, де робочий орган повинен здійснювати багаторазові лінійні переміщення зі зворотним ходом.
Ще одна область застосування-аналогові обчислювальні пристрої, там кулісні пари допомагають визначати значення синусів або тангенсів заданих кутів.
Види кулісних механізмів
Виходячи з типу рухомої ланки важільного схеми в установках і рухомих вузлах використовуються такі види кулісних пар:
- Повзунний. Система важелів, що складається з чотирьох ланок. Основні частини- це куліса та повзун із зафіксованою напрямною. Вона дає повзуну єдиний ступінь свободи для здійснення лінійних переміщень. Гойдання куліси перетворюються пристроєм на лінійне переміщення повзуна. Кінематична схема оборотна-можливе і зворотне перетворення руху.
- Кривошипний. Кривошипно-кулісний механізм побудований за чотириважільною кінематичною схемою. Передає обертання кривошипа кулісі, що також обертається або гойдається. Поширений у промислових установках, наприклад — у поздовжньо-довбання та стругання. Для них застосовують кривошипно-коромисловий механізм з кулісою, що обертається. Така схема забезпечує дуже високу швидкість прямого ходьби та повільне повернення. Застосовується також в установках для пакування.
- Двокулісний. У кінематичній чотириланковій схемі є пара лаштунків. Передається обертання чи хитання через проміжний важіль. Передатне число незмінне і становить одиницю. Застосовується в муфтах, що компенсують.
- Коромисловий. Складається з коромисла, куліси і шатуна, що їх зв'язує. Дозволяє розташовувати осі симетрії зон руху, провідного та веденого ланок під кутом близько 60°. Знаходить застосування у автоматизованих виробничих лініях
Рідше знаходить застосування в транспортних засобах і деяких вимірювальних приладах прямолінійно-напрямний або конхоїдальний механізм, що стоїть кілька особняком.
Конструктивні особливості
Пристрій є одним із підвидів кривошипно-шатунного механізму. Більшість кулісних пар побудовано за чотириланковою кінематичною схемою.
Третя ланка визначає тип механізму: двокулісний, повзунний, коромисловий чи кривошипний.
Схема містить як мінімум дві нерухомі осі та від однієї до двох рухомих осей.
У середині куліси розташовується проріз, яким переміщається рухома вісь. До неї шарнірно закріплений кінець (або інша частина) повзуна, коромисла чи другої куліси.
Залежно від співвідношення довжин у кожен момент виконавчий орган може описувати як прості траєкторії (лінійні, кругові або частина кола), складні у вигляді багатокутників або замкнутих кривих. Вид траєкторії визначається законом руху кінематичної пари – функцією координат виконавчого органу від кута повороту осі, положення повзуна або часу.
Принцип дії механізму
Принцип дії ґрунтується на базових законах прикладної механіки, кінематики та статики, що описує взаємодію системи важелів, що мають як рухливі, так і нерухомі осі. Елементи системи вважаються абсолютно жорсткими, але з кінцевими розмірами і масою. Виходячи з розподілу мас розраховується динаміка лаштункового механізму, будуються діаграми прискорень, швидкостей, переміщень, розраховуються епюри навантажень та моментів інерції елементів.
Сили вважаються прикладеними до нескінченно малих точок.
Важелевий пристрій, що має два рухомі елементи (куліса і кулісний камінь) називають кінематичною парою, в даному випадку кулісною.
Найчастіше зустрічаються плоскі схеми із чотирьох ланок. Виходячи з виду третьої ланки важільного механізму, розрізняють кривошипні, коромислові, двокулісні та повзунні механізми. Кожен з них має власний спосіб перетворення виду руху, але всі вони використовують єдиний причіп дії - лінійне або обертальне переміщення важелів під дією доданих сил.
Траєкторія руху кожної точки кривошипно-кулісного механізму визначається співвідношенням довжин плечей та робочими радіусами елементів схеми.
Обертова або хитна ланка системи важелів впливає на поступово рухається ланка в точці їх зчленування. Воно починає переміщення в напрямних, що залишають цій ланці лише один ступінь свободи, і рухається доти, доки не займе крайнє положення. Це положення відповідає або першому фазовому куту ланки, що обертається, або крайньому кутовому положенню коливається. Після цього при продовженні обертання або хитання у зворотний бік прямоланкове ланка, що рухається, починає переміщення в зворотному напрямку. Зворотний хід триває до тих пір, поки не буде досягнуто крайнього положення, що відповідає або повному обороту ланки, що обертається, або другої граничної позиції коливається.
Після цього робочий цикл повторюється.
Якщо кулісний механізм, навпаки, перетворює поступальний рух на обертальний, взаємодія здійснюється у зворотному порядку. Зусилля, що передається через зчленування від повзуна, прикладається осторонь осі обертання ланки, що має можливість повороту. Виникає крутний момент, і ланка, що обертається, починає повертатися.
Переваги та недоліки кулісного механізму
Основною перевагою пристрою є його здатність забезпечити високу лінійну швидкість поворотного руху. Ця властивість знайшла застосування у верстатах та механізмах, які за умовами роботи мають холостий зворотний хід. Це насамперед довбалі та стругальні верстати. Застосування кулісно-важільного механізму приводу дозволяє суттєво підвищити загальну ефективність використання установки, скоротивши час на непродуктивні такти.
Перевагою двокулісних систем, що застосовуються в аналогових обчислювальних пристроях, є висока надійність та стабільність їх роботи. Вони відрізняються високою стійкістю до таких факторів зовнішнього середовища, ка вібрації та електромагнітні імпульси. Це зумовлювало їх широке застосування у системах супроводу цілей та наведення озброєнь.
Недоліком даної кінематичної схеми є малі зусилля, що передаються. Кривошипно-шатунна схема дозволяє зраджувати в кілька разів більшу потужність.
Недоліком аналогових обчислювальних пристроїв є виняткова складність або навіть неможливість їхнього перепрограмування. Вони можуть обчислювати лише одну, наперед задану функцію. Для обчислювальних систем загального призначення це неприйнятно. З розвитком програмно- апаратних засобів цифрової техніки, підвищенням її надійності та стійкості до впливів довкілля такі обчислювальні системи зберігаються у нішах вузькоспеціальних застосувань.
Проектування (виробництво) кулісного механізму
Незважаючи на простоту пристроїв лаштункового механізму, для того, щоб він працював ефективно, потрібно провести велику роботу з його розрахунку та проектування. При цьому розглядаються такі основні аспекти:
- продуктивність та ККД;
- собівартість виробництва та експлуатації;
- відмовостійкість та міжремонтний ресурс;
- точність дії;
- безпека.
Враховуючи складність взаємовпливу цих аспектів один на одного, розрахунок кривошипно-кулісного механізму являє собою багатоступінчасте ітеративне завдання.
У ході проектування проводять такі види розрахунку та моделювання:
- розрахунок кінематики;
- динамічний розрахунок;
- статичний розрахунок.
Зазвичай проектування та розрахунок розбивається на такі етапи:
- Визначення закону руху розрахунково-аналітичним або графоаналітичним методом.
- Кінематичне моделювання. Виконання загального плану, швидкісного плану, графічне моделювання моментів інерції, графіка енергомасових залежностей.
- Силове моделювання. Побудова плану прискорень, епюр сил, прикладених до ланок у кількох становища.
- Синтез кулісно-важільного механізму. Побудова графіків переміщення, швидкості, прискорення графіко-диференціальним методом. розрахунок динаміки лаштункового механізму та його динамічний синтез.
- Перевірка на відповідність до закону руху. Остаточне профілювання лаштунків.
- Перевірка на дотримання норм безпеки та охорони праці.
- Випуск креслень.
Розрахунок і проектування лаштункового механізму довгий час був дуже трудомісткий процес, що вимагав великого зосередження та уважності від конструктора. Останнім часом розвиток засобів обчислювальної техніки та програмних продуктів сімейства CAD-CAE суттєво полегшив усі рутинні операції з розрахунку. Конструктору достатньо вибрати відповідну кінематичну пару або ланку з програм бібліотек, що поставляються виробником, і задати їх параметри на тривимірній моделі. Існують модулі, на яких достатньо відобразити графічно закон руху, і система сама підбере та запропонує на вибір кілька варіантів кінематичної його реалізації.
Галузь застосування
Кулісні механізми знаходять застосування в тих пристроях та установках, де потрібно перетворити обертання або хитання в поздовжньо-поступальне переміщення або зробити зворотне перетворення.
Найбільш широко вони використовуються в таких металообробних верстатах, як стругальні та довбання. Важлива перевага кулісно-важільного механізму полягає в його здатності забезпечувати високу швидкість руху на зворотному ході. Це дає можливість суттєво підвищити загальну продуктивність обладнання та його енергоефективність, скоротивши час, що витрачається на непродуктивні, неодружені рухи робочих органів. Тут же знаходить застосування кулісний механізм із регульованою довжиною повзуна. Це дозволяє якнайкраще наполягати кінематичну схему виходячи з довжини заготовки.
Механізм конхоїдального типу застосовується в легкому колісному транспорті, що приводиться в дію ножної м'язової силою людини - так званому крокоході. Людина, що керує машиною, імітуючи кроки, по черзі натискає на педалі механізму, закріпленого на осі з одного кінця. Кулісна пара перетворює коливальний рух обертання приводного валу, що передається далі ланцюговим або карданним приводом на провідне колесо.
У аналогових обчислювальних машинах широко застосовувалися звані синусні і тангенсні кулісні механізми. Для візуалізації різних функцій у них застосовуються повзунні та двокулісні схеми. Такі механізми використовувалися у тому числі в системах супроводу цілей та наведення озброєнь. Їх характерною рисою була виняткова надійність і стійкість до несприятливих впливів довкілля (особливо- електромагнітних імпульсів) і натомість достатньої на вирішення поставлених завдань точності. З розвитком програмних та апаратних засобів цифрової техніки сфера застосування механічних аналогових обчислювачів сильно скоротилася.
Ще одна важлива сфера застосування кулісних пар-пристрою, в яких потрібно забезпечити рівність кутових швидкостей куліс при збереженні кута між ними. Муфти, в яких допускається неповна співвісність валів, системи живлення автомобільних двигунів, пристрій реверсу на паровому двигуні.